Według niektórych szacunków około 0,2-0,5 procent światowej powierzchni lądu pokryte jest drogami. A wskaźnik ten powinien wzrosnąć o 60% do 2050 roku. Jest niesamowita ilość miejsca zarezerwowanego na drogi i tak naprawdę są one głównie wykorzystywane tylko do transportu. A jeśli sprawisz, że będą wytwarzać energię? Chiny budują jedne z pierwszych na świecie torów słonecznych. Czy autostrady pokryte energią słoneczną mogą być elektrowniami przyszłości?
Jedną z przewag paliw kopalnych nad odnawialnymi źródłami energii jest gęstość energii. Powód jest dość prosty: paliwa kopalne to energia odnawialna, która gromadzi się przez miliony lat. Ropa, węgiel, gaz ziemny - to wszystkie rezerwy energii, które powstały z roślin (i zwierząt, które je zjadały) i gromadziły energię słoneczną przez tysiące lat w procesie fotosyntezy. Okazuje się, że paliwa kopalne są bardziej energochłonne niż wykorzystanie energii słonecznej w czasie rzeczywistym.
Mówiąc najprościej: paliwa kopalne wymagają znacznie mniej ziemi do wytwarzania energii niż panele słoneczne.
Jedną z największych przeszkód w korzystaniu z odnawialnych źródeł energii jest fizyczna przestrzeń wymagana do obsługi tych źródeł. A nasze stale rosnące zużycie energii sprawia, że jest to problem. Energia pierwotna - całkowita ilość energii zużywanej przez ludzi ze wszystkich źródeł - obejmuje paliwa kopalne i źródła odnawialne. W 2016 r. Zużyliśmy 478 TW energii pierwotnej iz każdym rokiem liczba ta rośnie.
Na przykład, jeśli chcesz zaspokoić wszystkie nasze potrzeby energetyczne za pomocą bioetanolu z kukurydzy, którego gęstość produkcji energii wynosi 0,2 wata na metr kwadratowy (jedna z najgorszych wśród biopaliw), potrzebujesz około 2 x 1015 metrów kwadratowych ziemi do uprawy kukurydzy. Niestety jest to ponad czterokrotnie większa powierzchnia niż powierzchnia Ziemi.
Przeciwnicy energii odnawialnej wykorzystują ten przykład, aby pokazać, że infrastruktura energii odnawialnej jest po prostu niemożliwa. Ale to przesada; gęstość energii dla paneli słonecznych może osiągnąć 20 W / m2 lub nawet więcej, a powierzchnia Ziemi jest do tego wystarczająca. Warto również zauważyć, że energia wytwarzana przez panele słoneczne ma postać wysokiej jakości energii elektrycznej.
Ponieważ odejście od paliw kopalnych oznacza korzystanie z energii elektrycznej zamiast spalania paliwa, które jest często bardziej wydajne, w świecie bez paliw kopalnych zużywalibyśmy mniej energii pierwotnej; Elektrownie na paliwa kopalne nie są w 100% wydajne, a niektóre z nich tracą do 70% swojej energii pierwotnej po konwersji na energię elektryczną. Jednak skala odnawialnych źródeł energii, które mogłyby zastąpić tradycyjne źródła energii, będzie wymagała sporego terenu.
To naturalne, że wiele osób uważa sieci drogowe za opcję.
Film promocyjny:
Biorąc pod uwagę, że teren jest już pokryty drogami, szkody środowiskowe będą dość niewielkie. Takie elektrownie nie będą cierpieć z powodu problemów z oddaleniem, z którymi możemy się spotkać na Saharze; do naprawy i konserwacji wystarczy do nich dotrzeć … drogą. Dodaj diody LED i oznaczenia, pojawią się znaki drogowe, światła i granice. Można nawet marzyć, że pewnego dnia samochody będą odbierać energię bezprzewodowo, po prostu jadąc po takich drogach.
Wydawałoby się, że jest to całkowicie niemożliwe. Ale nie, drogi słoneczne mają duże wsparcie ze strony rządów i firm.
W Chinach postanowili zamknąć 2 kilometry paneli słonecznych w kanapce między przezroczystym asfaltem a warstwą izolatorów. I to jest ostatnia próba zrobienia czegoś. Solar Roadways, startup z Idaho, zebrał już 2 miliony dolarów na rozwój na Indiegogo. Scott Bryusov, założyciel firmy, odsłonił prototypową drogę na podwórku, która mogłaby pokryć połowę zapotrzebowania energetycznego Stanów Zjednoczonych. Niestety Solar Roadways będzie musiało przyciągnąć więcej inwestycji i pokonać barierę sceptycyzmu. David Biello zauważył w artykule w Scientific American, że „szkło do takich dróg musi być hartowane, samooczyszczające się i zdolne do przepuszczania światła do baterii nawet w trudnych warunkach atmosferycznych - takie szkło po prostu nie istnieje”.
Chińska metoda wykorzystuje nowy przezroczysty asfalt zamiast szkła i rozwiązuje problem materiałoznawców, ponieważ może wytrzymać 10 razy większe ciśnienie niż konwencjonalny asfalt. Budowa dróg słonecznych nie jest sprawą jednej osoby ani jednego kraju; prototypy powstały w Holandii - na ścieżce rowerowej SolaRoad, a we Francji - wygląda na to, że zbudowali nawet pierwszą drogę słoneczną. Takie projekty generują energię już od kilku lat, więc pomysł jest w zasadzie wykonalny. Niestety, istnieje ogromna przepaść między „w zasadzie możliwym do zrealizowania” a „praktycznym”.
Na przykład cena. Szacuje się, że Solar Roadways Scotta Bryusova koszt wymiany amerykańskich dróg na słoneczne wyniesie 56 bilionów dolarów, więc żadne finansowanie społecznościowe nie pokryje kosztów (chyba że wszyscy na świecie zapłacą za sprawę Bryusowa). W każdym rządzie panuje zgoda co do inwestycji infrastrukturalnych, ale jest mało prawdopodobne, aby drogi słoneczne były finansowane bez przeszkód. Chińska droga solarna kosztuje 458 USD za metr kwadratowy, a droga Bryusov kosztuje 746 USD. Lepiej, ale niewiele.
Oczywiście każde rzeczywiste rozwiązanie naszego kryzysu energetycznego musi być radykalne i masowe. Podobne drastyczne plany przekształcenia Sahary w gigantyczny panel słoneczny lub wyssania dwutlenku węgla z atmosfery również będą warte biliony dolarów.
Ale obok kosztów pojawia się również bardzo ważne pytanie, czy to zadziała jako rozwiązanie kryzysu energetycznego. Drogi nie zawsze były budowane w optymalnych miejscach dla paneli słonecznych i mogą nie być ustawione pod idealnym kątem dla paneli słonecznych. Jeśli czyszczenie paneli słonecznych na Saharze z kurzu jest problemem, to jednoczesne utrzymywanie funkcjonujących i czystych dróg może zmienić się w koszmar dla technika. Trudno zrozumieć, dlaczego umieszczenie paneli równolegle do drogi nie byłoby tańsze ani lepsze.
A same prototypy …
Zgłoszono, że prototypowa droga w Holandii działa „lepiej niż oczekiwano”, generując „70 kilowatogodzin na metr kwadratowy rocznie”. Ale 70 kWh to niewiele. Jeśli chcesz naładować swój samochód na takiej drodze, 1 metr kwadratowy da Ci 500 kilometrów rocznie w Twojej Tesli; jednak przeciętny samochód przejeżdża 15 000 kilometrów rocznie, więc te 500 kilometrów będzie kroplą w morzu potrzeb.
A co z problemem gęstości energii? Zwiększenie rozmiaru holenderskiego prototypu zaowocuje gęstością 8 watów na metr kwadratowy. Jeśli wydasz 56 bilionów na drogi słoneczne, pokryjesz panelami około 7,5 x 1010 metrów kwadratowych i uzyskasz 600 GW energii elektrycznej. Nieźle - mniej więcej tyle samo energii dziennie zużywa Stany Zjednoczone. Ale za 56 bilionów można by wymyślić coś lepszego.
Dążenie do budowy słonecznej drogi w Chinach jest na swój sposób symboliczne. Kraj poszukuje innowacyjnych rozwiązań energetycznych. Kto wie, może pewnego dnia drogi słoneczne staną się na tyle tanie i wydajne, że staną się rzeczywistością. W najgorszym przypadku ten projekt odciągnie nas od szukania lepszych rozwiązań. W najlepszym przypadku droga otrzyma kolejne spotkanie.
Ilya Khel