Gyvenimas be naftos

ĮVADAS Žemės gyventojams po 50 metų teks įsisavinti naujas planetas, jei Žemės gamtos ištekliai bus ir toliau taip intensyviai eksploatuojami, perspėjo Pasaulinis gamtos apsaugos fondas (WWF). Maždaug nuo 2030 metų gyvenimo lygis pradės kristi, o plėtra lėtėti, jei žmonija nesiliaus vartoti daugiau gamtinių išteklių, nei Žemė gali atkurti, sakoma WWF pranešime "Living Planet Report", kuriame smerkiamas dabartinis aukštas vartojimo lygis Vakarų šalyse. WWF pažymi, kad žmonija šiuo metu suvartoja 20-čia proc. daugiau gamtinių išteklių, nei Žemė gali atkurti, ir šis skaičius kasmet vis didėja. Apskaičiuota, kad jei žmonių skaičius ir vartojimas didėtų taip, kaip dabar, iki 2050 metų žmonija suvartotų 180-220 procentų Žemės biologinių išteklių. Todėl jei vyriausybės skubiai nesiims atitinkamų veiksmų, 2030 metais žmonijos gerovė, kuri matuojama vidutine gyvenimo trukme, išsilavinimu ir pasaulio ekonomikos lygiu, pradės smukti. “Faktas, kad mes gyvename turtingoje, tačiau ribotų išteklių planetoje, pasauliniame viršūnių susitikime dėl aplinkai draugiškos stabilios plėtros pasaulio lyderiams bus aiškus iššūkis", - sakė "WWF International" generalinis direktorius dr. Claude'as Martinas. WWF pranešime pažymima, kad per pastaruosius tris dešimtmečius dėl žmogaus veiklos buvo sunaikinta daugiau kaip trečdalis gamtos išteklių. Pranešime įspėjama, kad žmonėms teks arba atsisakyti dabartinio gyvenimo būdo, arba suversti atsakomybės naštą mokslininkams, įpareigojus juos ieškoti naujos planetos, tinkamos gyventi. Kadangi tokia galimybė mažai tikėtina, vienintelė išeitis iš susidariusios padėties - mažinti vartojimą. Pasak kai kurių analitikų, po kelių dešimtmečių Žemėje nebeliks naftos išteklių,tačiau panikuoti kol kas nėra pagrindo — naftos kelis dešimtmečius užteks visiems. Tačiau kas nutiks vėliau? Bus atrasti nauji naftos telkiniai ir niekas nesikeis, bus pradėti naudoti nauji energijos šaltiniai, o gal dar kartą taps populiarios avižomis varomos transporto priemonės? Visam transportui nafta yra vienas iš svarbiausių šaltinių. Galima tik įsivaizduoti, kas nutiktų avialinijų ar krovinių gabenimo verslui, jei pasaulyje staiga dingtų nafta. Iš naftos pagamintais degalais varoma apie 90 proc. visų pasaulyje naudojamų transporto priemonių. Be naftos neįsivaizduojamos ir tolimos kelionės. Lėktuvas — ne troleibusas, be degalų nepaskris. Vos ne kiekvieną dieną rekordus pasiekianti naftos kaina tik dar labiau sustiprino anksčiau prasidėjusius ginčus dėl pasaulyje likusių naftos atsargų ir planų, kuriuos reikėtų įgyvendinti, kad pasauliui netektų išgyventi energetinės krizės. Bene pesimistiškiausiai nusiteikusi viena neoficiali mokslininkų ir naftos ekspertų asociacija, kurios nariai sako, kad po kelių dešimtmečių žmonijai gresia pavojus. Ši asociacija teigia apskaičiavusi, jog naftos gavyba pradės mažėti 2010 metais. Kadangi paklausa vis didės, tad siaubą kelianti 50 dolerių už barelį kaina po šešerių metų atrodys „pigiau grybo“.Tiesa, tai — tik prognozės. Kitos organizacijos mano, jog naftos gavyba aukščiausią tašką pasieks maždaug 2020 metais. Dabar surastos naftos atsargos yra didesnės nei trilijonas barelių. Pagal šią prognozę, naftos gavyba iki 2050 metų nemažės. Tačiau tikslių prognozių neįmanoma pateikti, nes nėra žinoma, kiek naujų naftos telkinių bus surasta bei kaip keisis naftos gavybos technologijos. Be to, ne visos prognozes pasiteisina. Prognozių dėl naftos atsargų istorija senesnė nei 85 metai. 1919 metais JAV telkinių biuro vadovas paskelbė, kad „per artimiausius dvejus ar penkerius metus JAV naftos gavyba pasieks maksimumą ir pradės mažėti“. Tačiau taip įvyko tik 1970 metais. 1956 metais buvo pasigirdusi nuomonė, kad pasaulyje naftos gavyba nuo 2000 metų nebedidės. 1998 metais naftos geologai Colinas J. Campbellas ir Jeanas H. Laherrčre sakė maną, jog naftos gavybos pikas bus pirmąjį šio amžiaus dešimtmetį. To priežastys: 1) esą 90 proc. visos Žemėje esančios naftos jau atrasta, o nuo 1970 metų naftos buvo daugiau išgauta nei surasta naujų telkinių; 2) be to, keturi penktadaliai naftos išgaunama telkiniuose, kurie buvo atrasti prieš 1973 metus. Naftos atsargos sparčiai senka Kai kurie skeptikai šiuolaikinę žmoniją vadina „naftos civilizacija“. Naftos reikšmė dabartiniame gyvenime bei „juodojo aukso“ įtaka pasaulio vystymuisi — akivaizdi. XVIII amžiuje anglis sukėlė pramonės revoliuciją. O kokią revoliuciją sukėlė nafta, kurią iš Žemės gelmių pradėta siurbti XIX amžiaus viduryje? Perdirbta į žibalą nafta pirmiausia buvo naudojama tik apšvietimui. Situacija pasikeitė, kai buvo išrastas vidaus degimo variklis ir iš naftos pradėtas gaminti benzinas. Tai paskatino plėtoti automobilių bei lėktuvų pramonę. Nafta kaip energijos resursas iš rinkos ėmė stumti anglį, nes mažiau teršė aplinką, be to, ją buvo lengviau transportuoti. Pigūs energijos šaltiniai skatino žmones daugintis. Žinoma, netiesiogine šio žodžio prasme. Tada, kai buvo pradėti eksploatuoti pirmieji naftos telkiniai, pasaulyje gyveno vos daugiau nei vienas milijardas žmonių. Nafta žmones šildė ne tik kaip energijos šaltinis, ir ne tik elektrą ji tiekė (ir tebetiekia iki šiol iš šiluminių elektrinių). Ji tapo ir drabužis sparčiai besidauginančiai žmonijai. Daugelio drabužių sudėtis — 40 proc. ir daugiau sintetika — natūralių medžiagų visiems gyventojams paprasčiausiai neužtektų. O sintetika, kaip ir plastmasė, gaminama iš naftos. Alternatyva gaminamai šilumos bei elektros energijai, naudojant naftą, yra branduolinės jėgainės bei elektros gavyba iš atsinaujinančių šaltinių (vėjo bei saulės jėgainės, hidroelektrinės). Tačiau pastarieji šaltiniai yra kur kas brangesni. Bet koks verslas prsideda nuo investicijų. Naftos pramonėje – tai išteklių paieška. Sprendimas dėl šių darbų finansavimo gana paprastas – tyrimų sanaudos turi buti mažesnės už pajamas, kurias planuojama gauti eksploatuojant aptiktus naftos išteklius. Tačiau energetikos pramonės konsultantų ”Wood Mackenzie” tyrimo, kuriame išanaliuoti 10-ies didžiausių naftos bendrovių duomenys, rezultatai rodo, jog 2003 metais 8 mlrd. USD kainavę naftos paieskos darbai padėjo rasti tik 4 mlrd. USD vertės naftos išteklių. Pažymėtina, kad panašūs rezultatai – jau kelerių metų tendencija. Pasak ”The New York Times” apžvalgininko Jameso Boxello, paskutinis didelis naftos telkinys buvo aptiktas 2000 metais Kazachstane, Kašagane. Tai, kad naftos gavyba atskirose srityse mažeja, jau galima laikyti nuolatiniu reiškiniu. Net ir Lietuvoje naftos gavyba 2003 – 2004 metais sumažejo apie 20%. JAV naftos gavyba pradėjo mažėti 1970-ųjų spalį, kai pasiekė 10 mln. barelių (1 barelis – 159 litrai) per dieną ribą ir dabar tesiekia apytiksliai pusę buvusio tūrio. Šių metų vasarį Matthew Simmonsas, energetikos investicijų banko „Simmons & Co. International” analitikas ir JAV prezidento George‘o W. Busho patarėjas, įspėjo, kad visai tikėtina, jog pradės mažėti ir didžiausios naftos eksportuotojos – Saudo Arabijos – naftos gavyba. „British Petroleum“ duomenimis, dabar per metus pasaulyje išgaunama apie 30 mlrd. barelių naftos, o patvirtinti naftos rezervai – apie 1.189 mlrd. barelių. Pažymėtina, kad pastaruoju metu tapo beveik yprasta mažinti savo patvirtintų naftos išteklių rezervus. Pirmoji 2004-aisiais tai padarė „Shell“, paskelbusi, kad turi penktadaliu sumažinti savo turimų rezervų prognozes. Kita naftos milžinė „El Pas“ netrukus pripažino netekusi 41% savo išteklių. „Netekti“ – naftos gavybos pramonėje žinomas reiškinys, kai aktyviai eksploatuojant naftos telkinius iš jų teoriškai galimas išgauti naftos kiekis sparčiai mažėja. Tai įvyksta dėl technologijų ribotumo, kai, itin spartinant lengvai išgaunamos naftos gavybą, netenkama galimybės išgauti likusios naftos dalies. Naftos pramonėje jau senokai diskutuojama apie reiškinį, pavadintą Kingo Hubberto vrdu. JAV geofizikas 1956 metais sukūrė ir Amerikos naftos institutui pristatė žinomų rezervų modelį, pagal kurį JAV naftos gavyb savo maksimumą turėjo pasiekti tarp 1965 ir 1970 metų. Taip ir atsitiko. Itin svarbu, kd Huberto piko teorija taip pat tinka ir viso pasaulio naftos pramonei, o jos pikas prognozuotas apie 2000 metus. Tai reiškia naftos gavybos mažėjimo prdžią. Nuolat didėjant pasaulio gyventojų skičiui ir augant vrtojimui, tai reiškia nuolat nuožmėjančią konkurenciją dėl vidutiniškai išgaunmo naftos kiekio vienam gyventojui. Rinkos ekonomikos sąlygomis šis reiškinys byloja apie didėjančią naftos, o kartu ir visų iš jos gaminamų produktų, teikiamų paslaugų kainą. Naftos gavybai sumažėjus katastrofiškai, tai gali lemti karus dėl naftos išteklių. Optimistiniai scenrijai teigia, kad teks ieškoti ekonomiškesnių alternatyvų, bus skatinami pakaitinių energijos šaltinių tyrimai. Optimistinės globalinės rinkos prognozės teigia, kad žmonija sugebės rasti efektyvių pakaitinių energijos rūšių — vėjo, saulės, vandens. Teigiama, kad pakaitiniai energi­jos šaltiniai užtikrins galimybę pakeisti naftos energiją. Pavyzdžiui, maisto gamyboje trąšas ir pesticidus pakeis modernesnės technologijos, chemijos ir medicinos pra­monė taip pat sugebės rasti alternatyvų naftai, o tekstilės pramonė grįš prie natūralių medžiagų. Vis dėko sudėtingiausia alternatyvą rasti transporto prie­monėms - automobiliams, lėktuvams, laivams. Būtent šios priemonės naudoja daugiausia naftos išteklių. Teigiama, kad šiuo metu pasaulyje yra apie 700 mln. savaeigių trans­porto priemonių, kurių judėjimo energiją reikėai pakeisti alternatyvios energijos šaltiniais. Hibridinio "Toyota Prius" ir kitų, modernesnių modelių sėkmė atveria naujas galimy­bes pramonei ir automobilininkams, o Štai laivų, lėktuvų, gamintojams tai dar ateities klausimas. Tiesa, kai kurias naftos pakaitalų paieškos problemas ga­lima spręsti ir kitais būdais - pavyzdžiui, keičiant vaitojimo įpročius, atsisakant iš naftos produktų gaminamų drabu­žių, diegiant alternatyvias šildymo sistemas - tokios domi­nuoja Islandijoje, kur itin iengvai perimama geoterminių vandenų energija. "British Pteroleum" duo­menimis, Rusija šiuo metu turi apie 72,3 mlrd. bareliu patvirtintų naftos atsargų. Per 2004 metus ji išgavo apie 3,4 mlrd. barelių, todėl išlaikyda­ma tuos pačius tempus šalis sugebės naftos tiekti dvidešimt vienerius metus. Galima palyginti - Kazachstanas turi beveik 40 mlrd. barelių at­sargų, iš kuritį per metus išgauna vos 0,5 mlrd, o Norve­gija, per metus išgaunanti apie 1,2 mlrd. barelių, teturi 9,7 mlrd. barelių atsargų. Svarbu ir tai, kad naftos ištekliai dažniausiai tiesiogiai susiję su gamtinėmis dujomis. Pagal 2002 metais patvirtintą Lietuvos energetikos strategiją, 2000-aisiais Lietu­voje naftos produktai sudarė apie 31% bendro sunaudoro pirminės energijos iš­teklių kiekio. Iki 2009 metų pabaigos valstybė pamažu sukaups 90 parų naftos produktų ir atsargtį rezervą, kurio turėtų pakakti patikimai aprūpinti šalies ūkį nafta ir naftos produktais. Tikimasi, kad naftos produktų dalis tarp pirminių ener­gijos išteklių mažės ir iki 2020 metų su­darys apie 20-25%. Šiemet JAV šviesiosios naftos kainos vidurkis yra 56 USD už barelį, o OPEC naftos krepšelio - 50 USD. O Štai Vokietijos ekonominių tyrimų instituto "DIW Berlin" eks­pertai įsitikinę, jog naftos kainos turėtų kristi ir ilgiau laiky­tis tokio lygio nei dabar. Tačiau kalbėdamas apie ilgą laiko­tarpį, DIW nurodo pagrindinę problemą - nepakantoj mus naftos išteklius. Pagal scenarijų, kai naftos išteklių pa­lanka, naftos kainos iki 2025 metų turėtų siekti 30-40 USD už barelį (skaičiuojant 2000 metų kainomis). Tačiau. jei gavybos pajėgumai ateityje nedidės, žaliavos kainos 2025-aisiais gali pakilti iki 160 USD už bareli. Minėtasis analitikas Simmonsas gegužę prognozavo, jog dabar kylančios naftos kainos stabilizuosis tik pasiekus 182 USD už barelį ribą. Analitikas savo prognozes grindžia di­džiule pasauline naftos paklausa, ypač Kinijoje. Tačiau tai dar ne pabaiga, yra ir visai apokaliptiškų pro­gnozių: Prancūzijoje įsikūrusio investicijų banko "Ixis-CIB" ekspertai skaičiuoja, kad iki 2015 metų naftos bare­lio kaina gali lengvai pasiekti 380 USD ribą. Automobilių kuro keitimas alterntyviu Automobilių gamintojai intensyviai ieško alternatyvų benzinu ar dyzelinu varomoms mašinoms. Naujausi jų pasiekimai — vandeniliu varomi automobiliai ar vadinamieji hibridiniai automobiliai (varomi ir benzinu, ir elektra). Tiesa, visiškai atsisakyti naftos produktų pavyko tik pradėjus gaminti elektromobilius bei vandeniliu varomus automobilius. Tačiau pirmieji yra nepatogūs (degalinėje, kol įkraus akumuliatorių, tektų laukti kelias valandas) bei nepakankamai galingi. O antrieji — velniškai brangūs ir dar neišbandyti. Kol kas geriausiai sekasi kurti tarpinį variantą — hibridinį automobilį. Prieš metus „Toyota“ pirmoji pasaulyje pradėjo gaminti serijinius hibridinius automobilius. Šiame automobilyje įmontuoti du varikliai — benzininis ir elektros. Toks automobilis sunaudoja dvigubai mažiau degalų nei įprastas automobilis, be to, gerokai mažiau teršia orą. Pavyzdžiui, „Toyota“ teigia, kad jos kūrinys „Toyota Prius“ su vos 4,3 l degalų gali nuvažiuoti 100 km. Pradėjus važiuoti automobilio ratus suka elektros variklis, o jei reikia greičiau įsibėgėti, įsijungia ir benzininis variklis. Pasiekus norimą greitį, elektros variklis išsijungia, o ratus suka benzininis variklis. Besisukantys ratai tuo metu įkrauna elektros variklio akumuliatorių. Ekspertai vis dar nesutaria, ar vandeniliu varomi automobiliai turės paklausą. Tokiame automobilyje vykstanti cheminė reakcija gamintų energiją elektros varikliui, kuris suktų ratus. Pranašumas — vandeniliniai automobiliai neteršia aplinkos. Tačiau prisipildant degalų baką vandeniliu, gali kilti problemų — norint išlaikyti vandenilį skystą, reikia didelio slėgio. Nežinia, kas nutiktų, jei toks automobilis pakliūtų į avariją. Neseniai Japonijoje vykusioje parodoje “2005 Automotive Engineering” buvo pristatyta netgi šios šalies masteliais išskirtinė naujiena - “Mitsubishi Colt EV” modelis su nauja MIEV (Mitsubishi In-wheel motor Electric Vehicle) technologija. Šios sistemos esmė - ličio-jono baterijos, sukančios automobilio ratuose sumontuotus varikliukus. Elektros varikliai gali būti sumontuoti tiek į du, tiek į visus keturis ratus. Svarbiausia tai, kad kiekvienam ratui, nepriklausomai nuo kitų, tiekiama optimali pagreitėjimo arba stabdymo jėga. Kompaktiški į ratus montuojami varikliukai suteikia didesnę laisvę planuojant kitų svarbių automobilio mazgų išdėstymą. Mat, variklius sumontavus ratuose, galima atsisakyti daugelio sudėtingų ir nemažai sveriančių agregatų - įprasto vidaus degimo variklio, transmisijos, degalų bako. Negana to, ratuose montuojami varikliai ne tik taupo erdvę, bet ir atveria naujas galimybes automobilių dizaineriams, galėsiantiems iš naujo pažvelgti tiek į eksterjero, tiek į interjero planavimo ir dizaino galimybes. Lengviau pasiekiamas svorio balansas turės teigiamos įtakos ne tik automobilio greičiui, bet ir valdymui. Ratuose montuojami varikliukai yra naujosios sistemos kertinė ašis, tačiau gamintojai akcentuoja ir itin didelį potencialą turinčias ličio-jono baterijas, kurios, palyginti su kitomis pakartotinai įkraunamomis baterijomis, išsiskiria didesniu energijos atidavimu, didesne generuojama galia ir ilgesniu tarnavimo laikotarpiu. Beje, “Mitsubishi” kompanija sukūrė jau ne vieną eksperimentinį modelį, kuriame buvo sumontuotos ličio-jono baterijos. 1996 metais pasirodė “Mitsubishi HEV” modelis. Po dvejų metų buvo išleistas “Mitsubishi FTO-EV”, o 2000-aisiais - “Mitsubishi Eclipse EV”. Įdomu, kad eksperimentinis automobilis FTO-EV specialioje trasoje pasiekė 24 valandų važiavimo pasaulio greičio rekordą, o “Eclipse EV”, baterijas įkrovus vos vieną kartą, bendro naudojimo keliais nuvažiavo net 400 kilometrų. Šie ir kiti bandymai įrodė, kad ličio-jono baterijos gali būti pritaikomos automobilių pramonėje ir turi didžiulę perspektyvą. “Mitsubishi Motors” inžinieriai jau pradėjo naujosios MIEV technologijos bandymus su tikru automobiliu. Bandymų poligonu pasirinktas kompaktiškasis “Colt” modelis. Iš šio automobilio buvo pašalintas vidaus degimo variklis, degalų bakas ir transmisija. Vietoje jų galiniuose ratuose buvo sumontuoti du varikliukai, kuriems energija tiekiama iš ant grindų sumontuotos ličio-jono baterijos. Šiuo metu automobilis itin intensyviai bandomas. Artimiausiu metu planuojama testuoti nepriklausomą kiekvieno rato greitėjimo ir stabdymo jėgos paskirstymą. Neabejojama, kad ištobulinta tokia sistema gerokai kilstelės automobilio dinaminius rodiklius. Kol kas maksimalus šio modelio greitis siekia 150 km/val., o atstumas, kurį galima įveikti nepakrovus baterijų - 150 kilometrų. 20 kW galią išvystantis varikliukas gali pasigirti įspūdingu 600 Nm sukimo momentu. Naujai įsikūrusi kompanija ruošiasi gaminti aplinkos neteršiančius automobilius, varomus muilo sudedamąja dalimi. Amendolos grupė įrodė, kad vandenyje ištirpinti balti borakso, įprastinės muilo sudėtinės dalies, milteliai gali varyti kuro celėmis maitinamą automobilį. Toks kuras neišskiria jokių aplinką teršiančių medžiagų. Dar daugiau, pagrindinė jo dalis yra plačiai paplitusi. Po kelių mėnesių atsirado nauja kompanija Millenium Cell, kuriai pavyko gauti 30 mln. dolerių pradinį kapitalą. Po Ford Explorer kapotu yra Amendolos vadovaujamos grupės tyrimų rezultatas - patentuota Vandenilio pagal pareikalavimą (Hydrogen on demand) sistema - kompaktiškas siurblių, vamzdžių ir kamerų su katalizatoriais rinkinys. Kada kuras, t.y. natrio borohidridas paliečia katalizatorių, įvyksta reakcija, kurios metu atsiranda vandenilis, kartu su ore esančiu deguonimi naudojamas daugelyje kuro celių. Vandenilio lakumas iki šiol buvo pagrindine kliūtimi komercializuojant kuro celes. Tačiau Millenium sistemoje bet koks pavojus yra minimalus, nes dujos po truputį yra gaminamos nedidelėje talpoje, o jų slėgis daug mažesnis nei slėgis suslėgto vandenilio balionuose, kuriuose jis paprastai yra saugomas. Daugeliu požiūrių šis vandenilis yra saugesnis už benziną. Pačiame kure vandenilio yra vos 7 svorio dalys; jis nedegus ir nesprogus. Kitas privalumas yra didelės pasaulinės boratų atsargos, vertinamos 600 mln. tonų. Daugiausia jų yra Turkijoje; antroje vietoje yra JAV. Natrio borohidride esantis energijos tankis - naudinga vandenilyje sukaupta energija - kuro celes leidžia prilyginti vidaus degimo varikliams. Paskutiniai prototipiniai automobiliai iki papildomo degalų bako užpildymo nuvažiuodavo 450 km. Praėjusį gruodį DaimlerCrysler pademonstravo savąjį Natrium, hibridinį Town & Country mikroautobusą, kuriame panaudotos kuro celės ir akumuliatorių maitinamas elektros variklis. Natrium automobilyje buvo pirmą kartą išbandyta Millenium sukurta technologija. Bandymuose Natrium sugeba pagreitėti nuo nulio iki 90 km/h per nieko perdaug nestebinančias 16 s, bet DaimlerChrysler įsitikinę, kad šį parametrą galima pagerinti. Patrauklios cheminės borakso savybės buvo žinomos jau daugiau kaip 50 metų. Jis buvo tarp medžiagų, kurias ir JAV, ir Sovietų Sąjunga bandė raketų kurui iki pat šeštojo dešimtmečio, kuomet atsirado geresnė alternatyva. Dabar šis chemikalas daugiausiai yra vartojamas kaip baliklis popieriaus pramonėje. Amendola, kuris dešimtojo dešimtmečio pradžioje buvo energetikos konsultantas, pamanė, kad boraksas idealiai tiktų užpilant didelių, aibę benzino ryjančių amerikiečių automobilių bakus. Savo laboratorijoje Amendola sukūrė bateriją, kuri ne tik veikė vos įjungus, bet ir sugebėjo gaminti elektrą ištisas 11 dienų. Po to jau buvo nesunku pritraukti investitorius. Millenium, siekdama priartinti savo technologiją prie vartotojo, dabar pasitelkė du Nobelio premijos laureatus ir grupę patyrusių mokslininkų, anksčiau dirbusių Duracell, Du Pont ir Dow Chemical. Kompanijai teks įveikti nemažai didžiulių kliūčių. Komercinis boraksas kol kas kainuoja 50 kartų daugiau už palyginamą benzino kiekį. Be to šis kuras teikia mažiau energijos, negu jos yra sunaudojama jį gaminant. Viena kompanija nesugebės sukurti ir infrastruktūros, teiksiančios angliavandenių neturintį kurą. Millenium likimas priklausys nuo to, kokia sėkmė toliau lydės kuro celių konstruktorius, bei nuo eilės socialinių faktorių, galinčių paskatinti angliavandenių neturinčių energijos šaltinių plėtrą. Ne vien dėl to, kad Millenium kuras dar yra brangus. Reikės atpiginti ir pačias kuro celes. Iki plačiau paplintant vandenilio energetikai, teks sukurti eilę tarpinių technologijų. Vandenilį, gaminamą Millenium sistemoje, naudojantys vidaus degimo varikliai galėtų būti tarpine grandimi link masinio šių sistemų įdiegimo. Kompanija dabar kaip tik bando tokį variklį turintį automobilį. Jis išmeta daug mažiau azoto oksidų nei šiandieniniai automobiliai ir nei kiek anglies dvideginio. Artimiausioje ateityje Millenium technologija gali būti įdiegta atsarginiuose elektros šaltiniuose, kurie yra naudojami silicio elektronikos gamyklose, telekomunikacijų tinkluose ir karinėse sistemose. Ilgą gyvenimo trukmę turinčios natrio borohidrido baterijos galėtų rasti taikymų tankuose, laivuose, nepilotuojamose skraidyklėse ir daug kur kitur. Aišku, aplinkos neteršiantiems automobiliams yra bandomos ir kitos technologijos, pavyzdžiui, naudojančios gamtines dujas ir metanolą. Daug mokslininkų mano, kad geriausiai tam tiks kietakūnės vandenilio saugojimo talpos, galbūt naudojančios anglies nanovamzdelius, bet iki jų atsiradimo dar teks palaukti ne vieną dešimtmetį. Ar Millenium pavyks nukonkuruoti kitas technologijas priklausys nuo to, kiek ir kokių partnerių pavyks kompanijai susirasti artimiausioje ateityje. Iki šiol kompanija susilaukė didelio chemijos pramonės milžinų dėmesio. Dabar jai labai svarbu įtikinti savo technologijos perspektyvumu kurį nors iš didžiųjų automobilių gamintojų. Kuro elementai Kuro elementai (Fuel cells) – daugelio ekspertų nuomone – netolimoje ateityje pats perspektyviausias kogeneracinių jėgainių tipas. Nors šiuo metu Pasaulyje įrengiamos tik demonstracinės jėgainės, manoma, kad jos po 10-15 metų sukels tikrą technologinę revoliuciją šilumos ir elektros energijos ūkyje. Kuro elementai (Fuel cells) yra elektrocheminis įrenginys kuriame vyksta vandenilio ir deguonies jungimosi reakcija, o atsipalaiduojanti energija iš karto paverčiama elektros energija, o ne šiluma. Taigi, iš principo – kuro elementai yra ta pati visiems įprasta, baterija. Skirtumas tik tas, kad baterija“išsenka“, o kuro elementai – ne, kadangi jiems yra pastoviai tiekiamas kuras. Tai kogeneracinis įrenginys, kadangi likutinis reakcijos produktas be vandens yra ir šiluma. Fundamentalius elektrocheminius principus, kuriais grindžiamas kuro elementų darbas, 1839 m. atrado Velso mokslininkas Viljamas Grovė (Wiliam Grove). Tačiau realiai medžiagos ir technologijos, tinkamos praktiniam taikymui, buvo sukurtos tik XX amžiaus antrojoje pusėje, kuro elementus pritaikant kosminėje pramonėje. Būtent NASA mokslininkai pasirinko kuro elementus, kaip elektros generavimo kosminiuose laivuose alternatyvą brangioms saulės baterijoms ir pavojingoms branduolinėms technologijoms. Čia kuras yra vandenilis, gamtinės dujos, metanolas ar kiti angliavandeniliai. Procesas švarus (vieninteliai likutiniai produktai yra vanduo ir šiluma) ir tylus (nėra jokių judančių dalių arba degimo proceso). Kuro elemento efektyvumas gerokai didesnis nei šiluminių procesų, nes jo neriboja termodinamikos dėsniai. Labai nedideli yra šių įrengimų aptarnavimo kaštai. Kuro elementų efektyvumas yra daug didesnis, nei tradicinių elektros gamybos būdų.Jėgainių su kuro elementais efektyvumas jau dabar yra 50-65%, o ateityje tikimasi, kad efektyvumas viršys 85%. Kuro elementai leidžia tiesiogiai generuoti elektros energiją, vykstant katalizinėms elektrocheminėms reakcijoms, pvz., vandenilio oksidacijai ant anodo ir deguonies redukcijai ant katodo, pernešant protonus per laidžią membraną. Standartiniams kuro elementams vienintelis tinkamas kuras yra vandenilis. Pats savaime tai yra labai brangus kuras, gaminamas stambiose chemijos įmonėse. Tačiau paprastai kuro elementai įeina į sistemą, kur greta kuro elemento yra reformeris, įgalinantis kuro elementą dirbti, panaudojant bent kokį angliavandenilių kurą. Pasaulio mokslininkai šiuo metu tiria ir tobulina kelis populiariausius vandenilio generavimo metodus: 1. Reformeriai. Vandenilis yra gaunamas iš bet kurio angliavandenilinio kuro. T.y – gali būti panaudojamas metanolis, etanolis, gamtinės dujos, naftos distiliatas, skystas propanas ir gazifikuota akmens anglis. Vandenilio generavimo procesas vadinamas reformingu. Šis metodas ypač populiarus ten, kur vandenilio saugojimui nėra sąlygų. Pirmas reformingo tipas yra endoterminis reformingas garu, vandens garui sąveikaujant su kuru ir specialių membranų pagalba separuojant iš kuro išsiskiriantį vandenilį. Metodo trūkumas yra tai, kad procesas yra endoterminis, t.y – jam vykdyti yra reikalinga šiluma. Kitas reformerių tipas yra dalinės oksidacijos (POX) reformeriai. 2.Vandenilio generavimas bakteorologiniu būdu. Vandenilis yra išskiriamas bakterijų ir dumblių pagalba. Cyanobakterija - plačiai paplitęs vienaląstis organizmas savo veikloje išskiria vandenilį. Ši bakterija gali būti auginama ore arba vandenyje, naudoja energiją, gaunamą iš saulės spindulių skaidant vandens molekules ir išskiriant vandenilį. Iš kuro elementų grįžtantis vanduo vėl yra naudojamas bakterijų “maistui”, sukuriant uždarą ciklą. 3. Saulės ir vėjo energijos panaudojimas vandenilio generavimui Panaudojant atsinaujinančią saulės ir vėjo energiją, mokslininkai sugebėjo iš vandens elektrolizės būdu išskirti vandenilį. Šiuo atveju vandenilis tampa energijos nešėju, įgalinančiu transportuoti energiją iš generavimo vietos į naudojimo vietą bei naudoti energiją skirtingu, nei generavimas, metu. Šiuo atveju procese nevyksta jokios taršos. . Kuro elementų tipai 1. Fosforo rūgšties kuro elementai(PACF) Šio tipo KE jau galima įsigyti rinkoje komerciniais pagrindais. Pasaulyje įrengta daugiau nei 200 PACF KE sistemų ligoninėse, viešbučiuose, administraciniuose pastatuose, mokyklose, elektrinėse, oro uostų terminaluose, buitinių atliekų sąvartynuose ir vandens valymo įrengimuose. PAFC generuoja elektros energiją didesniu nei 40% efektyvumu, maždaug 85% kogeneruojamos šilumos yra panaudojama kaip garas, tiekiamas iš kogeneracinės elektrinės vartotojų poreikiui. Darbo temperatūra yra apie 150 - 200 oC. Esant žemesnėms temperatūroms, fosforo rūgštis tampa prastu jonų laidininku, o anglies monoksidas (CO) tampa ypač žalingu platinos katalizatoriui ant anodo. Elektrolitu šiuose KE yra skysta fosforo rūgštis išmirkytoje matricoje. Vienas iš pagrindinių šio KE tipo privalumų (neskaitant beveik 85% bendro kogeneracijos įrenginio efektyvumo) yra galimybė panaudoti nepilnai išvalytą nuo anglies monoksido kurą. PAFC kuro elementai gali naudoti kur, kuriame yra iki 1,5% CO. Tai leidžia pasirinkti platesnį naudojamo kuro spektrą. Šio KE tipo trūkumai yra – brangaus platinos katalizatoriaus naudojimas, palyginus nedidelis elektros generavimo efektyvumas, šie įrengimai yra dideli ir sunkūs. PAFC yra iki šiol labiausiai išvystyta kuro elementų technologija. Jų galia yra maždaug iki 200 kW(e), nors yra ir bandomosios 1 MW(e) galios jėgainės. 2. Protonų membranos kuro elementai (PEM) Šio tipo KE dirba prie sąlyginai žemos temperatūros (apie 80oC ), aukštas yra jų elektros generavimo efektyvumas, kuro elementai leidžia prisitaikyti prie greitai kintančio elektros energijos poreikio , todėl ypač tinka taikyti automobiliuose. JAV Energetikos Departamento vertinimu, šio tipo kuro elementai yra perspektyviausi įrengimui lengvuosiuose automobiliuose, nedideliuose pastatuose, taip pat potencialiai – smulkesniems poreikiams, pakeičiant pakraunamų akumuliatorių naudojimą. Protonų membrana yra plonas plastikinis lakštas, pro kurį gali prasiskverbti vandenilio jonai. Membrana iš abiejų pusių yra padengta plonu metalo lydinio (dažniausiai platinos) sluoksniu, kuris veikia kaip katalizatorius. Naudojamas elektrolitas – kietos būsenos organinis polimeras . poly-perflourosulfoninė rūgštis. Kietos būklės elektrolitas yra privalumas, kadangi tai mažina koroziją ir aptarnavimo išlaidas. Vandenilis yra tiekiams link anodo, kur katalizatorius skatina vandenilio atomus skilti į elektronus ir protonus. Elektronai elektros srove teka elektros grandine link katodo. Šią elektros srovę galima naudoti pagal paskirtį. Deguonis tiekiamas link katodo. Tuo pačiu metu protonai prasiskverbia pro membraną (elektrolitą) link katodo, kur susijungia į vandenilio atomus ir reaguoja su deguonimi, virstant į vandenį. Šio tipo kuro elementai yra labai jautrūs priemaišoms kure. Kuro elementų galia paprastai būna nuo 50 iki 250 kW. 3. Lydyto karbonato kuro elementai (MCFC) Šio tipo kuro elementuose yra naudojamas skystas ličio, natrio ir kalio karbonatų tirpalas išmirkytoje matricoje.Šio tipo kuro elementai pasižymi aukštu elektros generavimo (apie 60%) ir bendru kogeneracijos (apie 85%) efektyvumu. Darbinė temperatūra siekia maždaug 650oC. Aukšta temperatūra yra reikalinga, siekiant padidinti elektrolito laidumą. Aukštos darbinės temperatūros leidžia naudoti paprastesnius katalizatorius. Iki šiol MCFC kuro elementai buvo panaudoti įrengimuose, naudojančiuose vandenilį, anglies monoksidą, gamtines dujas, propaną, biodujas, dyzelinį kurą, anglies gazifikavimo metu gautas dujas. Yra bandomieji įrengimai nuo 10 kW iki 2 MW galingumo. Numatoma, kad šio tipo kuro elementai yra ypač perspektyvūs stambesnėse elektros generavimo jėgainėse. Demonstraciniai pavyzdžiai buvo sėkmingai įrengti Japonijoje ir Italijoje. Be daugelio šių kuro elementų tipo privalumų, yra ir jo trūkumai – tai dėl aukštos darbinės temperatūros padidėjusi korozija ir sutrumpėjęs atskirų elementų tarnavimo laikas. 4. Kieto elektrolito kuro elementai(SOFC) Kitas kuro elementų tipas, perspektyvus panaudojimui stambesnėse pramoninėse ir elektros generavimo jėgainėse. SOFC kuro elementuose vietoje skysto elektrolito paprastai naudojamas kieta keraminė medžiaga cirkonio oksidas su nedideliu kiekio itrio. Tai leidžia darbinę kuro elementų temperatūrą pakelti iki maždaug 1000 oC. Elektros generavimo efektyvumas siekia 60% (bendras kogeneracijos efektyvumas 85%). Pasaulyje yra tik keli demonstraciniai šio tipo kuro elementų pavyzdžiai. 5. Šarminiai kuro elementai Būtent šio tipo kuro elementai buvo pirmieji, kuriuos NASA pritaikė savo erdvėlaiviuose elektros energijos ir geriamo vandens generavimui. Elektros generavimo efektyvumas juose siekia 70%. Darbinė kuro elementų temperatūra yra nuo 150 iki 200 oC . Pasižymi ypač aukšta kaina, nors keletas įmonių šiuo metu dirba, bandydami sumažinti šio tipo kuro elementų kainą. Elektrinė šio tipo kuro elementų galia dažniausiai būna nuo 300W iki 5kW. 6. Tiesioginiai metanolio kuro elementai(DMFC) Šio tipo kuro elementai yra panašūs į PEM kuro elementus, kadangi ir čia naudojama polimerinė membrana kaip elektrolitas. Tačiau DMFC kuro elementuose, anodo katalizatorius pats savaime pritraukia vandenilį iš skysto metanolio, taigi prie kuro elementų nereikia įrengti kuro reformerio. Tikimasi pasiekti 40% elektros generavimo efektyvumą, dirbant 50-100 oC darbinėje temperatūroje. Dėl žemos darbinės temperatūros perspektyvus yra šio tipo kuro elementų panaudojimas nešiojamuose kompiuteriuose ir mobiliuose telefonuose. Pagrindinė problema yra kuro perėjimas nuo anodo prie katodo, negeneruojant elektros energijos. Daugelis kompanijų teigia, kad jie šią problemą jau išsprendė. Šiuo metu dirbama prie prototipinių pavyzdžių. 7. Regeneratyviniai kuro elementai(DMFC) Tai dar labai „jauna“ technologija. Kuro elementų sistema dirba kaip uždaras ratas. Vanduo yra išskaidomas į vandenilį ir deguonį, naudojant saulės energija maitinamu elektrolizeriu. Vandenilis ir deguonis tiekiamas į kuro elementą, kur generuoja elektros energiją, šilumą ir vandenį. Vanduo yra nukreipiamas atgal į saulės energija maitinama elektrolizerį ir procesas prasideda iš naujo. Šiuo metu šio tipo kuro elementus tiria NASA ir kiti moksliniai tiriamieji centrai. Moksliniai tyrimai Kuro elementai yra labai perspektyvus ekologiškai švarios energijos šaltinis ir jų tyrimai intensyviai vystomi visame Pasaulyje. Lietuvos energetikos strategijoje elektrocheminiai kuro elementai yra išskirti kaip sritis, kurios tyrimams reikalinga konkreti Vyriausybės parama ir įsipareigojimai. Europos Sąjunga skiria išimtinį dėmesį vandenilio (kuro elementų) energetikos plėtrai, jai skiriama 24% visų ES pagal Bendrąją programą (Fifth Framework Programme) Energijos paprogramei tyrimams skirtų finansinių resursų. Daugelio nuomone, kuro elementai gali tapti ta technologija, kuri sukurs tiltą tarp šios dienos energetikos, pagrįstos kuro deginimu, ir ateities energetikos, pagrįstos atsinaujinančiais energijos šaltiniais”, - rašo Europos Komisijos narys, atsakingas už tyrimus, Filipas Baskinas (Philippe Basquin). Atsinaujinantys energijos šaltiniai gamintų vandenilį ir deguonį, kurie kuro elementuose generuotų elektros energiją ir vandenį. Ypač palanki tam yra sistema, sudaryta iš fotoelektros jėgainės, elektrolizerio, vandenilio ir deguonies talpų bei kuro elementų jėgainės. Kartu labai svarbu spręsti vandenilio kaupimo ir laikymo bei jo transportavimo klausimus. Tikimasi, kad kuro elementai ilgainiui taps vienu iš pagrindinių energijos tiekėjų, ypač dėl to, kad kuro elementai su vandeniliu yra švariausias galimas kuras. Dėl to reikia, kad tyrimai visų rūšių kuro elementų ir vandenilio gamybos bei laikymo technologijose būtų nukreipti į ryškų kainų sumažinimą, kad pasiektų dabartinių technologijų kainas, bet su mažesniu išmetamų teršalų kiekiu. Numatomos tyrimų kryptys: Kuro elementai ir su jais susijusios technologijos tiek stacionarioms, tiek ir mobiliosioms jėgainėms: • kainų sumažinimas PEM (protonų membranos kuro elementams), ir DMFC (tiesioginiams metanolo kuro elementams) komponentams ir sistemoms; • vandenilio gamybos (elektrolize ir reformeriais), laikymo, paskirstymo kainos sumažinimas. • Asmeninių ir komercinių 10-100 kW jėgainių gamyba; • Aukštos temperatūros SOFC (kietojo elektrolito kuro elementai) (100 kW iki 1 MW) elektros gamybai, turintys 70 proc. efektyvumą, galintys dirbti su dujų turbinomis; • Sistemų supaprastinimas ; • Kilnojamos jėgainės nuo 500 W iki 3 kW; • Pigūs komponentai ir sistemos, įskaitant įvairaus kuro panaudojimą. Sukurti bandomieji kuro elementų generuojama elektra varomi automobiliai (Daimler-Chrysler, General Motors, Toyota, Opel), autonominės elektros pastotės gyvenamiesiems namams (Ballard, Siemens). Pagrindine problema išlieka mažas efektyvumas dėl katalizatoriaus apnuodijimo CO ir didelė savikaina. Pastaraisiais metais aktyviai ieškoma naujų katalizatorių sistemų. Siekiant sumažinti tauriųjų metalų panaudojimą, keleto nanometrų dydžio katalizatorių dalelės nusodinamos ant didelio paviršiaus ploto smulkiadispersinės anglies pagrindo. Lietuvos chemijos institute tiriami anglies elektrodai modifikuoti paladžio-rodžio nanostruktūromis. Chemijos instituto mokslininkai tiria aliuminio oksidų korines nanostruktūras bei jų užpildymą metalais ir puslaidininkiais iš vandeninių ir nevandeninių elektrolitų. Aliuminio oksidų nanostruktūras sudaro nuo kelių iki kelių šimtų nanometrų dydžio reguliaraus išsidėstymo korinės kolonijos. Tyrimai yra svarbūs kuriant elektrocheminius jutiklius bei cheminių reakcijų katalizatorius. Šie tyrimai atliekami kartu su kolegomis iš Vilniaus universiteto, Kauno technikos universiteto, Liono universiteto bei Tokushimos universiteto. Kuro elementų perspektyva Šiuo metu Pasaulyje esanti rinka kuro elementams įvertinta lygi 218 milijonų USD. Įmonės ”Business Communications Company“ vertinimu, iki 2009 metų ši rinka išsiplės iki 7 milijardų USD. Kompanijos atliktoje studijoje, numatoma, kad didžiausia rinkos dalį pasidalins kuro elementų naudojimas decentralizuotam elektros energijos generavimui ir kuro elementų naudojimas motorinėse transporto priemonėse. Tuo tarpu Allied Business Intelligence Inc.kompanijos vertinimu, stacionarių kuro elementų rinka nuo šiuo metu esančių 40 milijonų USD per 9 metus išaugs net iki 10 milijardų USD. Pasaulyje įrengtų stacionarių kuro elementų jėgainių bendra galia išaugs 250 kartų nuo maždaug 75 MW (2001 metais) iki 15 tūkst. MW (2011 metais). Manoma, kad perspektyvoje, tokie įrenginiai galės būti įrengiami kiekviename atskirame pastate. Įrengimas dirba tyliai ir nekeliant jokios taršos, o likutinę šilumą galima panaudoti pastatų šildymui ir karšto vandens generavimui. Šiuo metu egzistuojančių komercinių kuro elementų sistemų santykinė kaina viršija 3000 USD/kW(e). Esant tokiai aukštai sistemų kainai, jos negali konkuruoti su įprastomis kogeneracinėmis jėgainėmis ir pritaikomos tik labai išskirtiniais atvejais. Arthur D. Little, Inc. kompanijos atliktoje studijoje numatoma, kad tik kuro elementų kainai nukritus žemiau 1500 USD/kW(e) ribos, kuro elementai pradės populiarėti. Tikimasi, kad, išaugus jų gamybos mastams, kaina vėliau sumažės iki 1000 USD/kW(e), o tolimoje perspektyvoje – iki 500 USD/kW(e) Kuro elementai turėtų būti dar kur kas pigesniais, siekiant juos pritaikyti automobiliuose. Vidutiniška lengvojo automobilio variklio kaina šiuo metu yra apie 3000 USD, taigi dar daug tiriamųjų darbų turės būti atlikta, kol kuro elementais pagrįstų variklių kaina nukris iki panašaus lygio. IŠVADOS Esama sąmokslo teorijų, teigiančių, kad didžiosios naftos kompanijos blokuoja pakaitinių energijos šaltinių tyrimą. Tačiau derėtų pasakyti, kad verslo paskatos yra su­sijusios su nauda, o ne su noru kenkti žmonijai. Technologinių revoliucijų pasekmės dažnai būna prie­štaringos. Štai miestų gatves kažkada užtvindė automobi­liai, o ką teko veikti vežikams ir arklininkams? Taip ir naf­tos kompanijoms kada nors ateis laikas, kai reikės susi­mąstyti, ar verta investuoti, nes technologinė revoliucija gali nuvertinti žvalgymo ir gręžimo įrangą, jūrines naftos platformas, tanklaivius, vamzdynus, žvelgiant dar plačiau - ir elektros perdavimo linijas. Tada ir tampa neaišku, kas yra auksarankis išradėjas - žmonijos gelbėtojas ar jos prie­šas. Mažai energetinių išteldių turinčios valstybės, pvz., Indija ar Kinija, tokiam išradėjui tiktai paplos, tačiau Ru­sija ir Saudo Arabija tikriausiai padarys viską, kad jo išra­dimas būtų nukištas kuo toliau ir pamirštas kaip galima ilgiau. Veikiausiai naftos amžiaus pabaigos scenarijus bus toks: bus siekiama suvartoti visą prieinamą naftą iki paskutinio lašo, nes tai apsimoka naftos verslovių savininkams. Esant tokiai politikai, Kioto protokolas, ribojantis anglies dvi­deginio išmetimą į atmosferą, primena figos lapą: nesvar­bu, kokiais tempais, tačiau visa nafta kada nors bus sude­ginta ir dėl to atsiradęs anglies dvideginis iki paskutinio atomo anksčiau ar vėliau pateks į orą. Naudota literatūra 1. Verslo Žinios, Veslo klasė, 2005, Gyvenimas be naftos, nr 11, p13-16. 2. Domaševičius Mykolas, 2005, Senka naftos atsargos, prieiga per internetą:

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!