Millised energiallikad on meile tulevikus tegelikult kättesaadavad ja kauaks?

 (21)
Süvaülevaade
Naftarobotid ühistöös naftareostust kokku kammimas.
Naftarobotid ühistöös naftareostust kokku kammimas.

Energia on märksõnana meie kõigi keelel ja meelel, vähemalt aeg-ajalt – kas seda ikka jätkub, kas jaksan selle eest ka maksta, kas Emake Loodus jääb ikka alles või on varsti lootusetult tõbine… See lugu püüab pilku heita energiaallikatele, millest igapäevaselt veel ei räägita, kuid mis võivad olla „tegijad” tulevikus.

Pole vaja olla selgeltnägija ennustamaks, et tuleviku ühisnimetajaks jääb nälg energia järele ja see aina kasvab. Pole ka vaja prohvetlikku ettenägemisvõimet järeldamaks, et panustamine ühele-kahele energiatootmisviisile oleks ummiktee. Kui valida on paljude vahel, saab ühe viisi äpardumise või teise tõrke katta suhteliselt valutult kolmanda-neljanda arvelt, kirjutab Tehnikamaailm.

Praegu töötavad energiajaamad on ehitatud pikaajaliseks kasutamiseks. Igati tore kindlustunde jaoks, et energiat homme-ülehomme jagub, kuid mitte väga kena seis muudatuste sisseviimiseks. Elektri-soojusjõujaamad ehitatakse eeldatava tööeaga vähemalt 60 aastat, aga nende poolt atmosfääri paisatud gaasid võivad meid mõjutada sadu aastaid ning kasutatud tuumakütust tuleb hoolikalt hoida isegi tuhandeid aastaid.

Seepärast on erksama mõtteviisiga inimesed püüdnud näha horisondi taha ja välja mõelda, mida veel annaks kasutada – kui mitte enne, siis 50–100 aasta pärast. Kahjuks ei ole ükski neist moodustest veel lõpuni välja arendatud ja süüdi, nagu ikka, on rahapuudus arendustöödeks. Mõnigi neist ideedest võib tunduda hullumeelsena, kuid siia sobiks tuua Soome TMile kirjutava targa mehe Osmo A. Wiio mõttetera: lähituleviku arenguid sageli ülehinnatakse ja kaugema tuleviku arenguid alahinnatakse. Energeetikas on lähitulevik 10–20 aastat, aga 30 aastaga võib toimuda tähtsaid ja ootamatuid muudatusi, mida praegu ei osata arvatagi.

Aatomipatareid

Aasta-poolteist tagasi võis lugeda, kuidas Lõuna-Aafrika Vabariigis ehitatakse kolmanda põlve passiivse ohutusega reaktorit. Selline PBMR-reaktor kasutab kütusena kapseldatud graanulitega kütusekuulikesi (peblesid). Selline moodus tagab lisaks ohutusele ka võimaluse ehitada väiksema võimsusega reaktoreid – pardijahile pole ju vaja kahuriga minna! Aafriklased panid oma projekti küll seisma, kuid selle reaktoritüübi väljatöötajad, USA firmad Westinghouse, NuScale Power ja Wilcox tegelevad arendustööga usinalt edasi ja lähitulevik lubab neilt loota reaktoreid võimsusega 30–300 megavatti. Hea on seejuures, et Westinghouse’i arvates saab neid ka ehitada odavamalt kui suuri. Lisaks elektrienergia ja soojuse tootmisele saab selliseid reaktoreid kasutada veel muukski, kas või magevee või vesiniku tootmiseks. Maailmalõpu kuulutajad pakuvad ju ühe võimalusena välja üleilmset võitlust mageda vee pärast, aga vesinik oleks väga ahvatlev juba ainuüksi autokütusena.

Tuuleenergiat kõrgustest

Tuulegeneraatorite suuruse kasvatamisel enama energia saamiseks jõutakse lõpuks piirini, kus edasi pole tark minna – generaatori ja selle tugijala kaal muutub liiga suureks ning raha kulub enam kui loodetav tulu generaatori tööst. Et generaatorite püstitamiseks sobivaid paiku pole ka lõputult, siis on pilk pööratud kõrgemale. On firmasid, kes töötavad selliste generaatorite loomise kallal, mis hakkaks tööle kusagil 300–800 m kõrgusel maapinnast ilma tugisambale toetumata. Kanada firma Magenn Power on juba sel aastal valmis tootma 100 MW võimsusega generaatoreid,mis oleksid suurte stabiliseerivate ribidega kaetud piklike heeliumõhupallide sees, generaatorite tiivikud paikneksid palli läbival horisontaalsel võllil. Firma kodulehe andmetel töötaks generaator tuule kiiruste vahemikus 3 m/s kuni 28 m/s või isegi enam. Rõhutatakse, et tänu püsimisele kõrguses 150–300 m on teda võimalik üles lasta kedagi häirimata tarbijale kõige vajalikumas kohas ja et 1 kWh energia maksumus oleks 20–25 senti.

Kütteainete varud
Nafta 125 aastat
Kivisüsi 360 aastat
Maagaas (ilma kildagaasita) 210 aastat
Uraan 300–10 000 aastat

Allikas: Science, august 2010

Itaallaste Kite Gen pakub lohesurfaritelt laenatud lahendust – generaator tõuseks lendu koos lohepurjega ja veaks kaasa vaierid, mille abil teda saaks juhtida nagu lohepurje, et anda nii generaatorile sobiv suund.

Päikeseelektrit kosmosest

Päikeseenergia kasutamisel võiks uueks teeks olla selle hankimine väljastpoolt atmosfääri, siis ei segaks pilvine ilm. Energia saadetaks maapinnale laserite või mikrolainete abil.

Jaapani kosmoseagentuur, NASAga võrreldav JAXA, arendab sellist suunda. Ka Euroopa suurim taoline firma EADS Astrium planeerib satelliitpäikesejaamu. Ameerika Ühendriikides on Houstoni ülikooli professor David Criswell pikalt tegelnud projektiga, kus sellised päikeseenergiat korjavad jaamad paikneks Kuul.

Astrium on neist kõige konkreetsem, pakkudes välja, et üks selline satelliitjaam suudaks laseri abil Maale saata umbes 10 kW energiat. Laseri lainepikkus oleks umbkaudu 1,5 μ ja voo tihedus päikesepaistega võrreldav 1000 W/m2, et mitte ohtu seada laserkiire vastuvõtuplatsi lähedusse sattuvaid inimesi. Vastuvõtuks vajalik päikeseelementidega väljak oleks tagasihoidliku suurusega, maksimaalselt 30 x 30 m. Kuid laseri puhul võivad pilved segada, nõrgendades ja hajutades energiavoogu. Kõrgsageduslike (2–10 GHz) mikrolainete kasutamisel atmosfäär ei segaks, kuid siis oleks energia vastuvõtuks vaja palju suuremaid päikeseelementidega kaetud väljakuid. See suurendaks ehitusmaksumust, kuid tagaks püsiva energiavoo. Mõlema variandi juures on hea, et ühele väljakule saaks suunata mitme satelliidi poolt kokku korjatud energia.

Abi biomassi tootvailt baktereilt

Biomassist kõnelemine toob kõigepealt meelde energiavõsa ja teadjaimaile ka ehk vetikad, kuid laboratooriumites tehakse tööd kaugemale ulatuvate arenduste kallal. Massachusettsi tehnoloogiainstituudi professor Antony Sinskey juhitav töörühm tahab valjastada Rhodococcus-bakterid, pannes nad valmistama biodiisli tootmiseks sobivaid rasvu. Uurijad usuvad, et bakterid on energia tootmiseks sobivate ainete loomisel palju efektiivsemad kui vetikad.
Californias on Los Angelese ülikooli uurimisrühm keemikust inseneri James Liao juhtimisel siiranud tsüaanobakterile ehk argikeeles sinivetikale geene, mis panevad bakteri tootma isobutanooli. Isobutanooli energiatihedus on suurem kui etanoolil ja see ei kutsu kasutamisel seadmetes esile korrosiooni.

Tsüaanobaktereid uuritakse ka Euroopa DirectFuel-projektis, milles osalevad üheksa kõrgkooli ja uurimislaborit. Selle projekti käigus üritatakse saada baktereid tootma propaani ehk meile tuttavat majapidamisgaasi. Propaani saab edukalt kasutada nüüdismootoreis.

Vesinikutehnoloogia edeneb

Vesinik on energiaallikana üpris tuntud, nagu ka temaga seotud probleemid – raskused-ohud ladustamisel-hoiustamisel ja tootmise kallidus. Bakteritega askeldavad teadlased, näiteks Turu ülikoolist professor Eva-Mari Aro töörühm, üritavad leida võimalusi ka vesiniku hankimiseks.

Vees kasvavad taimed lagundavad vee hapnikuks ja vesinikuks, vesinikku kasutavad nad suhkru sünteesimiseks. Kahjuks ladestub biomassi sel viisil vaid tuhandikosa päikeseenergiast. Kui inimesed kasutavad seda biomassi kütteainena, lisanduvad uued kaod. Teadlased loodavadki bakterite abil näpata vesinikku bioloogilise protsessi algfaasist, kui toimub vee lagundamine, siis saadaks päikeseenergiast kätte kümnendiku.

Uurijad on üsna kindlad, et kusagil 2030. aastate paiku on elektriautod valitsevad. Suurte veoautode ja busside juures läheks akude mass liiga suureks, seetõttu võiks seal olla tulevikku vesinikul. Näiteks Helsingis tahetakse varsti avada Vuosaarel tankimisjaam, mis teenindaks nii busse kui veoautosid.

Meresoojus kasutusse

Merest juba saadakse katseliselt energiat, kasutades tõuse-mõõnu, hoovusi ja laineid, kuid võimalusi on veelgi. OTEC ehk Ocean Thermal Energy Conversation on viis, mis tahab energia tootmiseks ära kasutada veekihtide temperatuuride erinevusi. Meetod võib end õigustada seal, kus temperatuuride erinevused pinnal ja sügavuses on suured, näiteks Hawaii saarestiku lääneküljel. Piisab, kui vahe on 20 kraadi.

Kui näiteks ammoniaak pumbata torusid mööda umbes kilomeetri sügavusele külma vee piirkonda ja pärast jahtumist taas pumbata üles sooja vee keskkonda, siis ta aurustuks ja paneks tööle madalsurveturbiinid.

Sool energiatootjaks

2009. a novembris avati Oslo lähedal maailma esimene osmoosjõujaam. Jõujaama rajas firma Statkraft, kes usub, et aastal 2015 võiks see olla juba esimene jõujaam, mis toodab elektrit kaubaks.
Osmoosile on iseloomulik, et mingi materjal, näiteks kile, laseb endast läbi vee, kuid peatab soola molekulid. Kui ühel pool poolläbilaskvat kilet on soolane ja teisel pool mage vesi, siis mageveemolekulid siirduvad teisele, soolasele poolele, mistõttu kasvab rõhk.

Jõujaamas juhitakse mage jõevesi tanki, kus poolläbilaskva membraanina toimib polümeermembraan. Teisel pool membraani on soolane vesi ja rõhkude erinevus nende poolte vahel kasvab suuruseni, mis on võrdne 120 m kõrguse veesamba rõhuga ehk võrreldav sama kõrge kose omaga.

Osmoosi kasutamiseks sobivaid kohti on kõikjal, kus jõed suubuvad meredesse. Kõnealuse jõujaama looja, Norra energiauuringulabori SINTEFi arvamusel oleks maailmas niiviisi võimalik aastas toota 1600 TWh energiat, mis oleks kaheksa protsenti maailma praegusest energiatoodangust või 3–4 protsenti aastal 2050.

Energiat maa seest

Geotermiline energia tekib sügaval maakera sisemuses radioaktiivsete ainete lagunemise käigus. Paljudes geotermiliselt aktiivsetes piirkondades, nagu näiteks Islandil, tõuseb see soojus maakoorele väga lähedale. Pole vaja muud kui puurida kaljupinda auk ja kõrvalt juhtida sinna pidevalt vett, mis kuumuses aurustudes tõuseks toru mööda üles ja paneks pöörlema turbiinid. Rahvusvahelise energiaagentuuri IEA arvates saaks geotermilise soojuse abil toota umbes kaks protsenti maakeral vajatavast elektrienergiast.

Energiat niiskusest

Mõned ideed kipuvad esmapilgul olema justkui scifi-valdkonnast. Möödunud aastal esines Ameerika keemikuid ühendava suurkogu ees Brasiilia Campinase ülikooli doktor Fernando Galembeck, tutvustades seal tuleviku elektrienergia allikana niiskust. Tema uurimisrühm pani laboris katseid tehes tähele, et suure niiskusprotsendi korral koguvad õhus hõljuvad räniosakesed negatiivse laengu, samas alumiiniumfosfaadi osakesed aga positiivse. Uurijate arvates saaks seda nähtust ära kasutades tulevikus niiviisi elektrit toota suure õhuniiskusega või udustes piirkondades. Kui palju ja millise hinnaga see toimuks, ei osata veel öelda. Idee kõlab küll pentsikult, aga eks 1950ndail tundus idee päikesepaneelidest vast sama veidrana, ometigi on nad nüüd igapäevases kasutuses.

Õli ja gaas on veel määravad

Nafta peatsest lõppemisest on räägitud juba aastaid. Viimati on sel teemal kõige kõvemini trummi põristanud rahvusvaheline energiaagentuur IEA, ennustades, et 2015 tuleb naftast suur puudus.
Pikas perspektiivis on nafta lõppemisest rääkijail kindlasti õigus. Lühema ajaga mõõtes aga panevad need ennustajad kindlasti mööda.
Puhtfüüsiliselt naftat jätkub ja hindki võib kerkida aeglasemalt kui kardetakse. Kanadas on õli toodetud juba pikka aega õliliivast. Eestistki on tulemas õlimaa. Soomeski on õlisisaldusega settekivimeid, millest loodetakse õli toota Outoteci (koostöös Eesti Energiaga) poolt loodud tehnoloogia abil.

Uued ebatavalised moodused on praegu kallid, kuid igas tööstusharus on saadud ka hinnad vastuvõetavaks, kui toodangu järgi on vajadus ja piisavalt algkapitali – õli puhul on mõlemat.

Õli puudusel on lähimaks asendusaineks maagaas. Ühendriikides on ilma suurema kärata välja töötatud tehnika nn kildagaasi kogumiseks tööstuslikus ulatuses suurte savimassiivide või settekivimite lõhedest. Neid kildagaasi kogumiseks kasutatavaid massiive on kõige rohkem Venemaal ja Ameerikas, aga arvestataval määral ka mujal.
Sellise gaasikogumisviisi esilekerkimine on ühtaegu nii hea kui halb uudis. Hea, sest annab lisaaega uute energiaallikate väljatöötamiseks. Halb, sest võib uinutada ja väljatöötamist edasi lükata – aega veel on… Kas siiski ei peaks kiirustama? Kui asi on tehtud, pole ju midagi kaotatud.

Jälgi Forte uudiseid ka Twitteris!