TRIBUNA NOASTRA
NR. 56, ianuarie - martie 2007

Organismul oficial al guvernului american, Energy Information Administration, este mandatat sa produca cele mai precise previziuni de productie si de consumatie de energie din SUA si din lume. Previziunile acestui organism sunt bazate pe modele clasice de crestere economica, pe documente oficiale de politica energetica si pe estimatii de rezerve de materii prime. In raportul sau anual 2006, sunt prezentate urmatoarele cifre, relativ la anii 2003 (consumatie reala), 2013 si 2030 (previziuni) la nivel mondial :

Consumatia de energie hidraulica si de alte energii reinoitoare nu sunt detailate dar sunt estimate sa creasca cu 2,4% pe an. Consumatia totala creste deci cu 2% pe an (1% in zona OECD, 3% in restul lumii) pe cand cresterea economica ar fi de 3,8 % pe an. Cu alte cuvinte, consumatia de combustibile fosile ar continua sa creasca ca si cand n-ar fi nici un pericol in vedere…

Pericolul este concentratia gazului carbonic CO₂ in atmosfera care a trecut de la cca 280 ppm (parti pe milion) din epoca preindustriala, la 381 ppm in 2006. Majoritatea cercetarilor fara riscuri de schimbari climatice catastrofale. Pentru ca aceasta limita sa nu fie atinsa trebuie ca productia de carbune atmosferic (C) sa fie stabilizata la nivelul actual de 7 miliarde de tone pe an (7Gt/a), dar concentratia de gaz carbonic va continua sa creasca inainte de a se stabiliza la randul ei. In consecinta, previ-ziunile de mai sus, care arata o crestere continua a productiei de combustibile fosile, nu trebuie sa se realizeze! Daca se realizeaza, aceasta ar insemna ca in anul 2056, omul ar produce 14 Gt/an pe an. Trebuie deci luate masuri pentru a reduce emisiunile aditionale de C, in anul 2056, de 7 Gt/a.

Un plan pentru a reduce emisiunile aditionale de C

Posibilitati exista. Astfel, s-a propus o gama de 15 masuri diferite, fiecare capabila, singura, sa reduca 1Gt/a. Din punct de vedere economic, aceste masuri nu vor deveni atragatoare decat daca se atribuie un «cost» emisiunii de C, de exemplu 100-200 $/t. Posibilitatile vor trebui fi alese in asa fel, incat sa fie echitabile atat pentru fiecare tara, in  faza ei de dezvoltare economica respectiva, cat si pentru generatiile viitoare:

• a economisi benzina dubland eficacitatea (automobile parcurand 60 mile/galon in loc de 30);

• a parcurge jumatatea din distanta parcursa acum (5000 de km pe an in loc de

10000 km);

• a mari eficacitatea centralelor cu C de la 40% la 60%;

• a scade cu 25 % din consumatia de electricitate in case, birouri si magazine;

• a inlocui 1400 de mari centrale cu C cu centrale cu gaz;

• a instala sisteme de recuperare de C (la 90%) la 800 mari centrale cu C;

• a dedica centrale cu carbune cu sisteme de recuperare de carbun (SRC), cu o eficacitate de 50%, pentru a produce hydrogen, presupunand o consumatie de 170 kgH/automobil;

• a instala SRC in centralele ce vor produce combustibil sintetic (30Mbaril);

• a dubla capacitatea centralelor nucleare;

• a mari cu un factor 40 producerea de electricitate din energie eoliana pentru a inlocui energia provenind din C;

• a mari cu un factor 700 producerea de energie solara pentru a inlocui energia din C;

• a mari cu un factor 80 producerea de enrgie eoliana pentru a produce hidrogen;

• a intrebuinta 2 miliarde de automobile functionand cu etanol (produs de 1/6 din productia de cerele din lume, azi)

• a stopa complect despadurirea;

• a intrebuinta o agricultura economa in emisiune de C.

Transportul

Problematica sistemulului de transport este urmatoarea : 25% din productia de CO₂ provine din sistemul de transport. Azi, lumea consuma 80 Mb/zi de petrol, din care 53 pentru transport. Eficacitatea motoarelor cu combustie interna cu scanteie este numai de ~10% daca se considera cantitatea utila transportata (calatorul, nu auto-mobilul). In SUA consumul de petrol a crescut de la 2,5 miliarde de litri pe an (~2,5 Gl/a), in 1970, la 6,0 Gl/an. Daca toata lumea ar consuma atat cat consuma un cetatean american, consumatia mondiala ar fi aproape de 10 ori mai mare!

Posibilitatile de economie pot proveni din masurile urmatoare:

• ameliorarea tehnologiilor intrebuintate in motoarele de combustie;

• modificarea felului nostru de a conduce automobilul;

• micsorarea greutatii automobilelor;

• intrebuintatea altor combustibili.

Atunci cand se compara doua posibilitati intre ele, este indispensabil de considerat «ciclul» intreg, care cuprinde productia si distributia de combustibil, conducerea automobilului de-a lungul vietii sale (de 240 000 km), fabricatia, intretinerea si repa-ratiile precum si punerea la rebut.

Tehnologiile actuale pot fi ameliorate prin R&D relativ la eficacitatea motoarelor, a sistemului de transmisie si al cauciucurilor, la franarea aerodinamica si la greutatea meterialelor intrebuintate. Daca ameliorarea este numai de 1-2% pe an, consumatia de benzina ar putea scade cu o treime in 20 de ani. In plus, si la un termen mai indepartat, se pot dezvolta alti combustibili (etanol si bio-diesel), alte metode de propulsie (hidrogen sau electricitate) si intrebuintarea automobilelor mai mici si deci mai economice (deja exista un prototip Volkswagen pentru doua persoane care cantareste numai 290 kg si care parcurge 240 mile/galon adica de 10 ori mai economic decat automobilele de azi.

Pentru a pune in aplicare aceste masuri, va trebui probabil  introdus un  sistem de taxe favorizand automobilele cele mai economice si penalizand cele mai consu-matoare.

Economii de energie

Marirea eficacitatii energetice constituie mijlocul cel mai ieftin pentru a reduce emi-siunile de C. Intai cateva date:

• 65% din energia initiala produsa este pierduta in procesul de conversiune catre energia utila;

• 80% din energia primara provine din combustibili fosili;

• 35% din emisiunile producand efectul de sera provin din intrebuintarea energiei in  constructii.

Cateva posibilitati simple de ameliorare: ameliorarea randamentului sistemelor de aer conditionat, al refrigeratoarelor, a masinilor de spalat si de uscat; intrebuintarea becurilor fluorescente compacte. Alte posibilitati: pentru noile constructii, intre-buintarea unui design care minimalizeaza costul produselor tinand seama de toate cheltuielile (fabricare, transport, intretinere si miza la rebut); pentru celelalte, inlocuirea elementelor neeconomice. In plus, introducerea de masuri ca taxarea echitabila a consumului de energie, incurajari fiscale, antrenarea de specialisti in domeniul economiilor de energie, introducerea de masuri de protectie a mediului ambiental, schimbul comercial intre emitatorii de CO₂, reglementare internationala pentru produsele comerciale.

Tehnici de reducere de carbune

Printre caracteristicile pozitive ale carbunelui se pot nota faptul ca este un combus-tibil relativ abundent si ieftin, si faptul ca tehnologia utilizarii sale este bine contro-lata. Printre caracteristicile negative este faptul ca este un combustibil extrem de poluant si de nociv sanatatii (din cauza accidentelor in minele de extractie si din cauza gazelor emise, SO₂ si CO₂, care produc ploi acide si gaz de efect de sera).  In general, intrebuintarea carbunelui este in mare expansiune, atat in tari avansate ca SUA cat si in tarile in dezvoltare economica rapida ca India si China. Astfel, produ-catorii de electricitate din SUA prevad constructia  echivalentului de 280 de centrale de 500 MW fiecare pana in anul 2030, pe cand in China, se construieste deja o mare centrala de carbune!  Se prevede astfel ca centralele care vor functiona in anul 2030 - deci in mai putin de 15 ani - vor emite in decursul celor 60 de ani de functionare prevazuta, tot atat de mult CO₂ ca tot carbunele ce s-a consumat de la inceputul Revolutiei industriale pana azi, daca se va continua cu tehnologia de productie actuala!

Posibilitati de a reduce aceasta emisiune exista dar n-au fost inca intrebuintate decat pe o scara mult mai redusa. In plus, aceste tehnologii sunt costisitoare, pretul electri-citatii putand creste cu 30 la 40%, ceea ce nu pare acceptabil azi decat daca s-ar schimba metodele de stabilire a costului - ce nu se face inca - costul social al ciclului de carbune.

Ce trebuie facut este, pe de o parte, intrebuintarea unui sistem de combustie diferit de cel actual si, pe de alta parte, echiparea centralelor cu carbune de dispozitive care colecteaza CO₂ produs, care-l transporta in locuri apropriate de exploatare si care-l ingroapa in adancimea solului in mod securitar.

Din punct de vedere tehnic este vorba de a nu mai arde carbunele intr-un generator de aburi ci de-al oxida partial intr-un «gazificator» sarac in oxigen dar care contine vapori de apa sub presiune. In aceste conditii, se produce monooxid de carbon (CO) si hidrogen H₂). CO este oxidat din nou pentru a produce CO₂ care este separat, curatat, uscat si transportat aiurea prin gazoducte, pe cand hidrogenul este ars dand apa (H₂O) sub forma de abur la temperatura si presiune inalta ce invarteste un turbogenerator performant. Ingroparea gazului carbonic trebuie facuta intr-o roca poroasa inconjurata de materiale impermeabile capabile sa reziste de-a lungul timpului. Una din posibilitatile economice ar fi in zacamintele de petrol partial golite.

Optiunea nucleara

Avantajele optiunii nucleare sunt bine cunoscute: disponibilitate de combustibil, cost redus de functionare si lipsa de emisiuni de gaz de sera. Dezavantajele sunt de ase-menea cunoscute: cost important de constructie, cost de producere de electricitate mai ridicat decat cel produs de centralele de gaz sau carbune (acolo unde acesti combustibili sunt usor accesibili) - dar acest factor dispare daca se atribuie un cost emisiunii de CO₂ -, teama populatiei de accidente, problema nerezolvata inca a stocajului (pentru un timp indefinit) al reziduurilor radioactive precum si teama de proliferare a armelor nucleare (desi acestea pot fi produse in absenta centralelor de energie).

Din anul 2000, s-au instalat centrale nucleare de o capacitate totala de 20 000 MW: daca in Occident se constata o franare a optiunii nucleare, ea se dezvolta in Asia. Pentru viitor, se  prevede posibilitatea de a tripla capacitatea mondiala actuala pentru a atinge un million de MW in anul 2050, o reducere de 1,8 miliarde de tone de carbune. Aceasta posibilitate este bazata pe urmatorii factori:

• un design mai modern, mai securitar si mai ieftin (care ar antrena o scadere de 25% din costul de constructie si de 20% din durata constructiei);

• ameliorare in sistemul de functionare si de intretinere;

• rezolvarea psihologica a temei stocajului in adancime (problema tehnica este rezol-vata); daca nu, un stocaj in  suprafata;

• in ceea ce priveste proliferarea, este vorba de o problema de reglat la nivel international.

Avantajul energiei solare este ca poate fi captata practic oriunde. In California, se prevede instalarea a 3 000 MW pentru anul 2018.

Sistemele termosolare

In aceste sisteme, energia solara este transformata intai in caldura. In afara de sis-teme experimentale, exista un proiect de 3 000 MW in California, pentru anul 2009.

Eolienele

Capacitatea eolienelor atinge azi 60 000 MW (40 000 MW in SUA, 10 000 MW in Spania etc.). Cresterea a fost de 36% in anul 2005. Costul variaza intre 4-7¢/kW-h, deci incepe sa fie concurential. Desi potentialul este enorm (de 3 ori productia actuala a carbunelui), companiile de electricitate ezita sa generalizeze intrebuintarea eolienelor si populatia incepe sa se opuna.

Biocombustibilele

Biocombustibilele sunt combustibile fabricate din vegetatii; ele pot inlocui in mare parte benzina. Cel mai cunoscut este etanolul produs din cereale (porumb), din ierburi salbatice («switch-grass») sau pomi (plopi). In SUA s-au produs, in 2005, 16,2 miliarde de litri de etanol (2,8% din consumatia pentru automobile). Pentru 2007, se asteapta o productie 50% mai ridicata, gratie subventilor acordate de autoritati. Pe de alta parte, subzista intrebari asupra eficacitatii reale ale inlocuirii benzinei cu etanol in ceece priveste economia in materie de emisiune de CO₂ daca se ia in consideratie ciclul intreg de productie. De aceea, unii prefera intrebuintarea de plante continand celuloza sau bio-deseuri, trecand prin procesul de gazificare ale biomasei.

In toate cazurile, va fi nevoie de un important efort de R&D si de o politica autoritarista a statului, ca de exemplu guvernul suedez care a anuntat ca vrea sa renunte in intregime la combustibilele fosile.

-----------------------------------------

Surse: International Energy Outlook 2006 si Scientific American  - September 2006.

 ENERGIILE DE POIMAINE

Wladimir Paskievici

Hidrogenul ca combustibil

Hidrogenul ar fi un combustibul ideal pentru ca este nepoluant, arderea lui nedand decat apa.  Din pacate, cum nu este disponibil in natura, el trebuie produs - tehnicile actuale de productie trebuie ameliorate -, transportat - un important si costisitor sistem de distributie ar trebui fi instalat -, si consumat, ceea ce implica dezvoltarea de noi motoare si de rezervoare de combustibil apropriate. Hidrogenul este deci o energie de “poimaine”, o solutie de lung termen (50 de ani). Mai ales ca miliarde de persoane, in China, India si in alte tari din lume, aspira sa dispuna de automobile conventionale.

Din punct de vedere tehnic, principiul este simplu: intr-o celula de combustibil se oxideaza hidrogenul pentru a produce electricitatea care alimenteaza un vehicul.  Problema este cu membrana separatoare - intre hidrogenul intrebuintat si oxigenul din aer - care nu lasa sa treaca decat ionii pozitivi de hidrogen. Aceasta membrana se degradeaza mult prea repede, adica dupa 2000 ore de functionare in loc de 5000 de ore considerate azi necesare. In plus, ea este prea costisitoare: 125 $/kW in loc de 30 $/kW pentru un motor cu benzina. In fine, problema stocajului in vehicul, pentru ca acesta sa parcurga 500 km intre realimentari, nu este rezolvata.

Pentru obtinerea hidrogenului exista mai multe solutii: dezvoltarea tehnicilor intrebuintate azi - extragere din gazul metan prin decompozitia acestuia, la mare temperatura si presiune, in prezenta unui vapor de apa -,  producerea din gazificarea biomasei sau prin electroliza. Aceasta din urma ar utiliza electricitatea provenind din surse nepoluante: centrale nucleare, celule solare sau eoliene. Toate aceste solutii sunt azi costisitoare si revin la 6-10 $/kg in loc de 2-4 $/kg pentru un automobil conventional.

In ceea ce priveste constructia infrastructurii de transport, ea prezinta un risc financiar atat de mare, incat nu este de conceput fara subventii guvernamentale asigurate.

Alte forme de energii

Daca proiectele de stabilizare ale emisiunilor de CO₂ in atmosfera nu-si ating scopul propus, va fi nevoie de luat alte masuri, mai drastice sau mai inovante. Printre aceste ultime, care au o sansa sa fie exploatate in viitorul previzibil, se gasesc urmatoarele:

Fuziunea termonucleara

Avantajele fuziunii nucleare sunt multiple: fuziunea produce o cantitate de energie fabuloasa (1 kg de combustibil poate alimenta o centrala de 1000 MW timp de o zi intreaga), combustibulul principal (deuterium) se gaseste in cantitate practic ilimitata in apa oceanelor, centralele termonucleare nu produc gaze de sera si ele sunt mult mai securitare decat centralele nucleare. Problema provine din faptul ca temperatura combustibilului trebuie ridicata la 100 milioane de grade si ca la aceasta temperatura, gazul se descompune in ioni si electrioni extrem de greu de continut intr-un volum dat. Problemele tehnogice sunt enorme si ele nu pot fi rezolvate decat printr-un efort international sustinut.

Astfel, un model avansat va fi construit in Franta. Numit ITER (dupa International Thermonuclear Experimental Reactor), va costa cel putin 10 miliarde de dolari si nu va putea fi operational decat in anul 2016. In afara de faptul ca se vor verifica anumite posibilitati tehnice, scopul sau principal este modest desi important: sa veri-fice posibilitatea de a produce mai multa energie (de 10 ori) decat cea consumata. Daca rezultatele vor fi satisfacatoare, va fi nevoie de cca 20 de ani pentru a construi o centrala electrica comerciala si pobabil alti 20 de ani pentru a deveni concurentiala.

Vanturi de inalta altitudine

Aceste vanturi sunt foarte puternice si ar putea produce o energie abundenta, reinoi-toare si nepoluanta. Din pacate, domesticarea lor nu este asigurata, intre altele pentru ca aceste vanturi sunt neregulate. In acest domeniu, numai doua proiecte sunt anuntate: primul, canadian, prevede intrebuintarea unui balon umflat, de marimea unui autobus, inaltat la 122 m de sol si mentinut prin cabluri. Presiunea inegala a aerului ar face ca balonul sa se invarteasca in jurul unui ax orizontal putand astfel sa produca electricitate (4kW), culeasa si transmisa la pamant prin cablurile de susti-nere. Daca acest prototip functioneaza conform previziunilor, un model avansat putand produce 1,6 MW ar urma in 2010. Proiectul american prevede intrebuintarea de “autogire” un sistem de zmei uriasi comportand pale inclinate care s-ar invarti in jurul unui ax orizontal - totul controlat prin ordinator. Sistemul ar putea produce 250 kW si ar costa 4 milioane de dolari.

Panouri solare spatiale

Ideea este de a capta energia solara gratie unui imens reflector metalic pus pe o orbita geostationara si care ar concentra aceasta energie asupra unui panou solar care ar produce energie electrica putand fi transmisa pe pamant prin microunde. Desi costul unui astfel de sistem este colosal, Japonezii au intentia sa lanseze, in 2010, un satelit avand panouri solare putand sa transmita 100 kW. Daca testul este concludent, viitoare etapa ar fi lansarea unui prototip de 250 MW in 2020.

Celule solare bazate pe nanotehnologii

Celulele solare obisnuite sufera de un slab randament (22% max) si de un cost ridi-cat. Cu ajutorul a noi materiale, bazate pe incorporarea de «puncte» metalice sub-microscopice (10-10 m), randamentul ar putea fi dublat. Pe de alta parte, imprimarea de puncte similare de seleniura dubla de cupru, indium si galium pe pelicule ultrafine ar putea scadea simtitor pretul celulelor solare. Un subiect de urmarit.

Energia mareelor si a valurilor

Captarea energiei produse de maree reprezinta o posibilitate interesanta - desi locali-zata numai acolo unde mareea este puternica -, si usor de realizat din punct de vedere tehnic. Prima centrala a fost instalata mai de mult in Franta si producea 240 MW de putere. Costul nu era insa competitiv. Printre noile proiecte, se pot mentiona 6 centrale de 36 kW langa New-York si centrale in Irlanda (1 MW), in Spania (1,25 MW) si Anglia (5 MW si 10 MW). Tot in Anglia se examineaza un proiect gigantic prevazand constructia unui baraj de 12 km de lungime care ar putea alimenta o centrala uriasa de 8 600 MW.  Costul ar fi in consecinta: 25 de miliarde de dolari!  Mai prozaic, unii preconizeaza «mori acvatice». Astfel, un prototip de 540 hW va fi in curand instalat. In ceea ce priveste energia valurilor, proiectele sunt mult mai modeste desi potentialul lor este enorm. Cel mai important este unul de 2,25 MW in constructie avansata.

Energie produsa de celule vii artificiale

Cea mai ingenioasa si recenta idee este de a realiza, prin modificari genetice, plante bogate in celuloza care ar putea fi transformate, prin  microbi «traficati» de om, in  combustibile lichide. Mai in viitor, putin «science fiction», fabricarea artificiala de microbi avand capacitatea genetica de a transforma gazul carbonic CO₂ in gaz metan CH₄.