Hva skal vi gjøre når det fossile brennstoffet er oppbrukt?
Vi har allerede gjort mange funn i jakten på en realistisk, fornybar energikilde, og vi vil gjøre mange flere i takt med at vitenskapen og teknologiutviklingen gjør nye framskritt. Vi er allikevel langt fra målet, og forbybar energi utgjør bare 10–20 prosent av energi-produksjonen vår. Store hindre som kostnadsnivå og effektivitet gjør at vi fortsatt er avhengige av kull, olje og gass for å holde oss varme. Som med all ny teknologi vil nok kostnadene minke og effektiviteten øke over tid, men hvilke andre problemstillinger er det forskerne står overfor i sin utvikling av grønn energi?
Fornybare energikilder på fremmarsj
Hvorfor er vi ennå ikke en grønn planet? Til tross for at vi har tilgjengelige potensielt evigvarende grønne energikilder, er det fortsatt fossile brennstoff som dominerer rundt om i verden. Men de fornybare energikildene vil nok vokse og vokse i andel fremover. Med klimautfordringene hengende over oss haster det med å få lagt om verdens energiforsyning.
Utfordringene for fornybare kilder som vind- og solenergi har både vært teknologiske, men også kostnadsmessige. Som med det meste av dagens industriutvikling, er det markedskreftene som rår. Det har lenge vært billigst å lage strøm fra forurensende fossilt brennstoff som olje, kull og gass. I tillegg har mange land satset stort på kjernekraft. Når det først er satset stort, er det ofte lønnsomt å drive anleggene i mange år.
Vind- og solkraft har rett og slett blitt for dyrt sammenliknet med de fossile energikildene. Men nå skjer det to ting. De forurensende energikildene blir dyrere blant annet fordi CO2-avgifter blir pålagt, og fordi ressursene blir færre. Samtidig blir de nye energikildene stadig billigere etter hvert som teknologien utvikles og volumet av sol- og vindanlegg øker.
Produsentene forbedrer stadig teknologien slik at det nå rett og slett kommer mye mer energi ut av hvert solcelleanlegg eller hver vindmølle.
Et tredje moment som vektlegges stadig mer i mange land er energisikkerhet. Land ønsker ikke lengre å være avhengig av energileveranser fra andre land, land de kanskje ikke alltid er enige med på den internasjonale politiske arena. Hva er da mer sikkert enn energi produsert av vind og sol i sitt eget land? Slike anlegg er ganske raske å bygge.
Tyskland er på mange måter et foregangsland. I fjor utgjorde energi fra fornybare energikilder 28,4 % av landets samlede energiproduksjon, og dette vokser stadig. I 2014 ble verdens største solcelleanlegg satt i drift i California, med 9 millioner solcellepaneler fordelt over 24 kvadratkilometer. Anlegget skal produsere over 1 GWh i året, nok til å forsyne over 160 000 gjennomsnittlige husstander i California med strøm.
I 2014 ble vindkraftanlegg med samlet kapasitet på over 50 GWh installert rundt om i verden. Det er en vekst på 44 % fra året før. Danmark har planer om å få 50 % av all sin energiproduksjon fra vind innen 2020.
Solcellepaneler gir stadig mer strøm per panel og nye typer fungerer også bedre i overskyet vær.
Kloakk som energi
Janicki Bioenergy Omni Processor er en ny type kloakkrensesystem som lager fornybar energi. Den fungerer som et trygt depot for menneskelig avføring og forhindrer dermed at avføring blir dumpet i lokale elver og kystområder. Maskinen produserer også rent drikkevann og elektrisitet uten å slippe ut skadelige drivhusgasser.
Dragekraft
Tradisjonelle vindturbiner er mindre enn 200 meter høye og utnytter dermed ikke de kraftigere og mer forutsigbare vindene høyere oppe. For å utnytte denne sterke vinden prøver derfor flere selskaper å utvikle flyvende vindturbiner. Disse har også en annen fordel: De hverken synes eller høres.
Spray-on solceller
Forskere ved University of Toronto har utviklet en metode for å spraye solcellepaneler på bevegelige overflater. SprayLD-systemet deres bruker kolloide kvantumflekker (CQD) og krystaller på noen få nanometer tykkelse, med bare et par tusen atomer som absorberer sollys og gjør det om til strøm. En væske som inneholder disse CQD-ene, sprayes på en overflate for eksempel plast, glass eller plastfolie, i ett enkelt lag. Så sprayes en kjemisk blandling oppå dette laget. Denne blandingen omgjør CQD-ene fra isolerende til elektrisk ledende. Denne prosessen gjentas for å bygge opptil 65-85 lag.
Inntil nylig var den eneste måten å gjennomføre denne prosessen på å produsere kun et fåtall av gangen. Dette var dyrt og tok tid. Nå kan SprayLD-systemet festes på en måte som likner på en gammeldags avispresse. CQD-ene er riktignok bare halvparten så effektive som konvensjonelle solcellepaneler, men koster under halvparten så mye å produsere, så man får mer valuta for pengene.
Grønt hjem
Pilotbygget Multikomfort er lagd av det norske arkitektfirmaet Snøhetta og bruker sol- og geotermisk energi til å produsere tre ganger så mye strøm som det trenger. Den ekstra energien huset produserer, kan faktisk brukes til å holde en elbil i gang året rundt. Huset er mer enn stort nok til en vanlig familie.
Menneskekraft
Kan kroppene våre være den neste grønne energikilden? Menneskekroppen er en eneste stor kraftstasjon. Kalorier kommer inn gjennom maten vi spiser, og blir til energi i organene og musklene våre. Å gå en kjapp tur kan generere hele 163 watt med kraft. Den store utfordringen er å finne ut hvordan vi kan omgjøre dette til utnyttbar energi.
Forskere jobber med flere innovative måter å utvinne denne energien på, og en av disse metodene er piezoelektrisitet. Denne energien produseres når en flate utsettes for trykk, som når et menneske går på den.
Når et objekt med atomer og molekyler som er organisert på samme måte som krystaller, utsettes for trykk, blir ladingen presset ut av balanse. Den nedtrykte siden blir positivt ladet, mens den motsatte siden får en negativ lading. Når trykket så forsvinner, går det en elektrisk strøm mellom de to stedene. Denne energien kan da lagres og brukes som energikilde. Det er bevist at dette fungerer, men det er dessverre bare en ørliten mengde strøm som produseres, ikke i nærheten av nok til å drive de fleste elektroniske innretninger.
En annen måte kinetisk energi kan utnyttes på, er ved hjelp av magnetiske felt. Forskere ved HSG-IMIT forskningssenteret i Tyskland har utviklet en sjokkutvinner og en bevegelsesutvinner som passer i en vanlig sko. Når hælen treffer bakken eller foten beveger seg mellom skrittene, beveges en magnet i hver av utvinnerne forbi en stasjonær tennspole. Dette genererer en elektrisk strøm som kan bli til rundt tre–fire milliwatt med energi. Dette er riktignok ikke en gang nok til å lade telefonen din, men prosessen kan drive små sensorer og sendere som loggfører bevegelsene dine. Oppfinnerne håper at dette en gang kan drive verdens første selvknytende sko.
Energi fra trening
Alle som har prøvd seg på et tøft treningsprogram, vet hvor mye energi som kreves. Men det kanskje ikke alle vet, er at trening også genererer energi. Noen treningssentre, som Cadbury House Club i Bristol i England, har investert i treningsapparater som konverterer brukerens bevegelser til strøm. Dette driver selve maskinene mens all strømmen som er til overs, går til å drive bygningen. Du kan også kjøpe ditt eget strømgenererende treningsutstyr: Hoppetauet PULSE er en liten, bærbar generator som lades mens du hopper. I hvert av håndtakene er det en DC-motor og et litium-ion-batteri. Hver gang du hopper og slenger tauet, dreies kontakter i begge håndtakene. Disse driver motorene som lagrer strøm i batteriene. Et kvarter med hopping generer nok strøm til å holde en lampe lysende i rundt to timer. Hoppetauet er også utstyrt med en USB-inngang så du enkelt kan lade telefonen og andre små enheter.
Lad telefonen med klærne dine
60 prosent av all energien vi produserer, forsvinner som varmeenergi. Ny teknologi kan forhindre at alt dette går til spille ved å utnytte kroppsvarmen vår – en evig energikilde.
Et forskerteam på Wake Forest University i USA har utviklet en termoelektrisk tekstil som de har døpt Power Felt. Tekstilen omgjør varme til elektrisitet og kan en dag brukes til å lage klær.
Vi har hatt termoelektriske materialer en god stund, men de er som regel svært skjøre og dyre. Power Felt er derimot et lett, fleksibelt materiale som er billig å produsere. Når det plasseres mellom to objekter med forskjellige temperaturer, som kroppen din og den kjølige luften i omgivelsene, begynner elektronene på den varme siden å bevege seg raskere og forflytte seg mot den kalde siden. Dette gjør at den kalde siden blir negativt ladet, mens den varme siden blir positivt ladet. Det oppstår derfor en spenning som ledes av knøttsmå karbonbaserte nanorør i tekstilen som genererer elektrisk strøm. En kvadratcentimeter med Power Felt kan generere en milliwatt med strøm, så et telefoncover ikledd tekstilet kan forlenge batteritiden kun ved å ligge i lommen.
En annen type varmedreven, strømgenererende tekstil er Fittersift-skjorta som er utstyrt med 13 termoreaktive mineraler som omgjør kroppsvarme, som ellers ville bli bortkastet, til brukbar strøm. Skjorta reflekterer infrarød stråling tilbake til kroppen som øker oksygennivået i blodet, forbedrer blodomløpet og regulerer kroppstemperaturen.
Disse materialene er ennå under utvikling, men Sentralstasjonen i Stockholm genererer allerede strøm fra kroppsvarme. Bygningens ventilasjonssystem har varmeenheter som konverterer kroppsvarme fra de 250 000 daglige reisende til varmt vann. Varmtvannet pumpes til en kontorbygning i nærheten hvor det driver radiatorene, og senker dermed strømregningen med 25 prosent.
Solenergi og klær
I tillegg til å generere energi fra kroppsvarme kan klesplagg også høste energi fra Sola. Flere motedesignere samarbeider med forskere for designe plagg med solceller. Designerne bak Solar Fiber-prosjektet jobber med fleksible fotovolkaiske fibre som omgjør solenergi til strøm og kan veves inn alle typer tekstiler. De har allerede ferdigstilt en prototype-kjole med solcellestropper og et «solsjal» med solcellegarn. Dette gir deg beskjed om hvor mye strøm det genererer til en hver tid på en integrert skjerm.
Firmaet Wearable Solar har allerede produsert en hel kolleksjon med antrekk med solceller. Både jakka og kjolen deres kan generere nok strøm til å lade en smarttelefon etter kun å ha blitt brukt i sollyset i to timer. Solcellepanelene kan også brettes bort når de ikke er i bruk.
