Dary od matky přírody

Nejdříve bylo ticho. Jen v krbu praskalo dřevo, líně olizované plameny. I světla bylo málo, místnost spoře osvětlovaly jen ony plameny. Líně se pohupujíc v houpacím křesle, dumal jsem, co budu chtít světu říct v dalším blogu. Myšlenky spíše samy přicházeli, než že bych usilovně přemýšlel.

Za okny padal sníh. Krátký den vystřídala dlouhá noc. Všechno spalo zimním spánkem. Zvířata přezimovala někde v úkrytu své nory. Stromy spaly přykrytý sněhovou pokrývkou. Slunce zrovna obšťastňovalo přívaly životadárné energie jižní polokouli a jak už to tak v prosinci bývá, na severní ji mnoho nezbývalo. Ta si bude muset počkat na sluneční přízeň až do jara. Příroda zdála se polomrtvá.

Dumal jsem, co s tím. Jak zachránit něco z toho nadbytku tepelné energie, kterým býváme obdarováváni v přehřátém srpnu, kdy se naše tělesné schránky musí chladit hektolitry potu, aby nedošly zdravotní újmy a využít ji v zimě, alespoň k vytápění našich promrzlých příbytků. Neškemrat už na příště u Rusáků o zemní plyn, nedrancovat naše lesy, ani nezamořovat ovzduší splodinami z PET lahví.

Nemá smysl uvažovat nad skladováním samotného tepla, ježto je jen synonymem pro kinetickou energii kmitajících molekul. Konev vody ohřátá do bodu varu vystydne na pokojovou teplotu už za půl hodiny. V dobře izolované termosce vydrží max o 2 až hodiny déle. Asi bude lepší rovnou uvažovat v intencích něčeho polapitelnějšího - energie elektrické .

Solární panely už známe. Aktuálně se daří za pomocí křemíkových solárních panelů přeměnit 17% energie dopadajícího záření na energii elektrickou. Je jistě chválihodné, že se v posledních letech vyrojily jako houby po dešti a zdobí nejednu českou střechu, pole či zpustlý tovární dvůr. Jejich podstatou je tak zvaný fotoelektrický jev, kterému vděčíme za vznik volných elektronů dopadem slunečního záření. I když fotoelektrický jev objevil Einstein začátkem minulého století, technologie je to poměrně nová. Jistě se bude postupem času vylepšovat, účinnost solárních panelů jistě ještě poroste, avšak fyzikálním maximem je 34 procent.(viz Shockley-Queisser limit).

Je poměrně překvapující, že do solární energetiky začíná promlouvat také genetika. Na světlo světa se derou organické solární panely, které využívají k výrobě elektrické energie fotosyntézu. Reagujícím elementem zde jsou geneticky zkonstruované bílkoviny. Tento výdobytek z dílny telavivské univerzity slibuje větší (až 25%) efektivitu přeměny elektrické energie na sluneční a několikasetnásobné snížení výrobních nákladů tedy i ceny.

Problémem tedy není sluneční energii zachytit (resp. transformovat na jinou zpracovatelnější formu energie), ale skladovat. Je to vlastně problém elektrické energie obecně. Neumíme ji skladovat. Naprostá většina elektřiny, kterou dnes lidstvo vyrobí, se obratem spotřebovává. Nenechme se ukolébat zdánlivou všudypřítomností akumulátorů přenosných zařízení. Chemické akumulátory jsou velké, těžké, drahé a mají relativně malou kapacitu, v řádech jednotek ampérhodin. Pro srovnání, měsíční spotřeba domácností se počítá na stovky kilowathodin (přeneseně tisíce ampérhodin). Pro energetickou náročnost vytápění budov jsou akumulátory v jakékoliv známé podobě naprosto nedostačující. Navíc trpí takzvaným samovybíjením, rozhodně nevydrží zůstat nabité po dobu několika měsíců.

Jiný, zajímavý způsob uchovávání elektřiny vyvinuli ve Švédsku. Při přebytku čerpají vodu vzhůru do přehrady, kterou při nedostatku zase upouštějí a za pomoci turbín z kinetické enegie tekoucí vody opět vyrábějí elektřinu. Neznám přesná čísla, ale efektivita takového postupu bude jistě mizerná. A jistě si také dovedete představit, že se tento způsob skladování elektrické energie příliš nehodí pro domácnosti.

Další způsob by mohly napovědět palivové články. Palivový článek je zařízení, které za vzniku vody vyrábí z vodíku a kyslíku elektrickou energii. Představuji si to tak, že v létě by se energie ze solárních panelů věnovala na výrobu vodíku elektrolýzou vody a pomocí palivového článku by se z něho v zimě vyráběla zpět elektrická energie. Nebo by se vodík prostě a jednoduše spaloval. Tolik teoretická vize. Při detailnějším náhledu opět narazíme na logistické a bezpečnostní problémy, které jistě vyvstanou potřebou skladovat třaskavý vodík ve větším množství a....a v tom mi to docvaklo

(ještě stále pozorujíc rozpustilé a hřejivé plameny v krbu)

Zamysleme se nad principem tohoto postupu:

2H2 + O2 › 2H2O + teplo

Nebo-li, jedná se o přemněnu sluneční energie na energii elektrochemické vazby. V principu se tedy jedná o stejný typ přeměny energie, jako při hoření dřeva, akorát, že dřevo je lépe a bezpečněji skladovatelné než vodík.

Tato analogie mě pobavila. Lidstvo stovky let usilovně špekuluje, aby vyvinulo technologické vychytávky typu organické solární panely, palivové články a nedohrabalo se ani na úroveň funčknosti přirozených přírodních procesů. Pomineme-li jinou funkci stromů, můžeme na ně nahlížet jako na vskutku geniální způsob ukládání letního nadbytku sluneční energie pro mrazivé zimní měsíce.

Tolik o dřevě, ještě veselejší jsou však úvahy nad svetrem. Nauka o tepelných izolacích je obor snad ještě užitečnější a blahodárnější. Věděli to naši předkové, víme to i dnes. V současných budovách se teplo spotřebovává velmi neefektivně. V některých prostorách dochází přímo k mimořádným tepelným ztrátám. Vrcholem plýtvání jsou zahrádky restaurací, které aby mohly být využívané i v zimě, jsou vytápěné velkými houbovitými infrazářiči, nebo obrovskými plynovými hořáky. Račte se sami přesvědčit například v centru Prahy, kde jich můžete během prosincové procházky potkat několik.

Není divu, žě západní civilizace, která geograficky většinově sídlí v mírném klimatickém pásmu, na vytápění budov vydávává až 15% z celkové spotřeby energie. Ukázalo se však, že to není opodstatněné. Neexistuje totiž žádná souvislost mezi obsazeností budovy a množstvím energie, která se využívá pro jejich vytápění. Příkladem jsou obrovské vstupní haly divadel, škol, či muzeí vytápěné na komfortní teploty nad 20°C. Také kancelářské prostory bývají často takto vytápěné i přes noc, prázdné domácnosti zase přes den. To je ovšem zbytečné, budovy stačí jen mírně temperovat, aby uvnitř nezamrzlo potrubí, nepopraskala izolace drátů atd..

Naštěstí se chytré hlavy v Americe dali dohromady a tak se zrodil projekt ,,Local warming“ (Místní oteplování). Jeho duchvním otcem je Carlo Ratti, vedoucí katedry architektury na Massachutseském itnstitutu technologií (MIT). Hlavní cílem projektu ,,SENSEable City“ je vyvinout technologii vytápění, kterou by bylo možné teplo zaměřovat pouze na osoby a místa, kde se výhradně pohybují. Zní to jednoduše, ale je třeba zapojit kombinaci výkonných infračervených lamp, spoustu optických sensorů, servomotorů a samozřejmě vysoce sofistikované počítačové systémy, který by takové systémy řídili. Včetně software, které by na základě statistických dat předvídalo pohyb a dráhu osob. Tvůrci systému dokonce pro další úsporu energie plánují nahradit infračervené lampy řadami infračervených LED diod a PIR čidel, které jednoduše zapnou vytápění, až když v daném prostoru detekujují pohyb. Zároveň se plánuje tyto řady infradiod zabudovat do stropních podhledů. budovách. A aby toho nebylo málo, systém Local Warming prý bude schopen spolupracovat s mobilními telefony, kde si bude moci každý nastavit teplotu, která mu vyhovuje.

Českou veřejnoost o tomto převratném systému nedávno informoval časopis Respekt v příloze Technologie. Zároveň však přiznává, že efektivitu a úspornost systému Local Warming lze těžko vypočítat. Prý, když bude v lokálně vytápěném prostoru určitý počet osob, systém saturuje do stavu, kde bude mít obdobnou účinnost, jako běžný typ vytápění. Napadlo mě, že by se dalo ušetřit ještě více, například na pořizovacích nákladech, systémy Local warming jistě nebudou levnou záležitostí. Kdyby si osoby plánující pohyb v méně frekventovaných lokalitách oblékli svetr, nebylo by je nutné tak složitě a sofistikovaně vytápět.

Nepřípomíná nám to opět něco? Něco z principů, které jsme letmo zahlédli na stránkách biologie. Směrem uvažování, který byl nastolen projektem Local warming, bychom se klidně mohli prouvažovat až k srsti a termoregulaci teplokrevných živočichů. Ne nadarmo evoluce nadělila některým svým dětem taková těla, ktera si teplo umí vyrábět sama, distribuovat ho tekutinou - krví a dobře zaizolovat srstí. Chápu, že technologové a výzkumníci draze dotovaných institucí potřebují vykazovat nějakou činnost, ale občas by neškodilo, kdyby se nechali inspirovat matičkou přírodou. Letos to už nezachráníme, ale až se nás napříště zima zeptá, co budeme dělat v létě, není třeba neustále všechno inovovat. Některé zavedené tradiční postupy, ověřené a testované miliony let, není třeba za každou cenu měnit.Třeba bychom se mohli napříště nechat poučit a v zimních měsících najet na úsporný režim. Zkuste o tom zauvažovat, alespoň pro dnešní večer, jestli by nebylo energeticky úsporné a tudíž ekologicky prospěšné, po vzoru některých savců zavést zimní spánek.

Přeji šťastné a veselé Vánoce.

http://archiv.eretz.cz/?p=2575 Solární panel stokrát levnější

Respekt/The Economist: Teplo Domova (Edice Fenomén příloha Technologie – Podzim/Zima 2014)

Wikipedia