Gelbėjant planetą nuo angliavandenilių priklausomybės
Daniel Nocera (56 m.), yra Harvardo universiteto profesorius energetikos srityje, ir šiek tiek išradėjas – įžymybė atsinaujinančioje energetikoje. Nocera retai praleidžia progą paaiškinti savo klausytojams apie dirbtinius lapus. Jis apskaičiavo, kad per praeitus metus jis skaitė apie šimtą paskaitų darnaus vystymosi ir atsinaujinančios energetikos temomis. Iš visų jo provokuojančių teiginių, ko gero radikaliausias yra ne moksliškas, o socioekonominis – išgelbėti planetą nuo siaubingų, angliavandenilių priklausomybės, pasekmių. Mes galime padaryti perversmą visoje mūsų energetikos sistemoje, ir pasak D. Nocera tai galime padaryti “pasirūpindami skurstančiais”. Trečiųjų šalių gyventojai gali tapti pionieriais naudojant dirbtinius lapus.
Deja, šiuo metu tai nėra nei populiari, nei įgyvendinama idėja. Dažnos kalbos tik primena, kad sunkiausias išradimo etapas ateina tada, kai padarai atradimą.
Prireikia išskirtinio temperamento ir charakterio norint būti pranašu, kurį visi nori nušauti; jei toks negimė tai D. Nocera tikrai spėjo apšilti kojas augdamas ir tapdamas juo. Nepaklusnus vaikas, maištingas paauglys, ilgaplaukis kontrkultūrinis mokslininkas – visa tai galima rasti jo gyvenimo aprašyme. Net jei nuotraukose ir matome asketišką, beveik visiško klieriko manieras turinčią asmenybę, iš tikrųjų jis – “bandų” provokuotojas, galintis nuotaikingai ginčytis ir diskutuoti su tokia pat verdančia energija, kokią demonstruoja burbuliukai kylantys iš stiklinėje esančio jo garsiausio išradimo.
Aš rimtai įsitraukiau į mokslą nes galėjau jį nešiotis kartu su savimi
Visiems žinomo fotosintezės proceso (jo metu augalas paverčia saulės šviesą jiems kita naudinga energijos forma) pionierinius darbus atliko dabartinis jo patarėjas Harry Gray. Atsinaujinančios energetikos sritis tuo metu buvo “ant bangos” dėl artimųjų rytų naftos embargo 1970 m., o Nocera tapo apsėstas minties panaudoti saulės energiją, kaip kad augalai suskaldantys vandenį į vandenilį ir deguonį. Tačiau labai greitai jis suprato, jog nauja idėja turi būti pakankamai pigi, kad galėtų konkuruoti su “šaltais ir kietais tikros ekonomikos faktais”.
1995 m. buvo išleistas specialus žurnalo Accounts of Chemical Research numeris, kuriame žymių chemikų buvo klausiama kokio „šventojo gralio“ tikslo yra siekiama šiuo metu. Vienas iš pateiktų Allen J. Bard ir Marye Anne Fox atsakymų buvo – procesas, kurio metu būtų galima skaldyti vandenį naudojant saulės energiją. Visiškas šio proceso paprastumas atskleidžia jo cheminę eleganciją – reikia energijos norint suardyti cheminius ryšius, tokius kurie laiko vandenilio atomus surištus su deguonies, o augalai būtent tai ir daro. Rezultatas – vandenilis ir deguonis. Augalai paleidžia deguonį į atmosferą, o vandenilį panaudoja savo energijos gamybai. Bet vandenilis, pats kaip dujos, yra švarus ir tinka saugojimui, kol bus panaudotas vėliau – būtent to ir siekė D. Nocera.
Susipažinkite – dirbtinis lapas
Pati idėja yra paprasta ir elegantiška, bet nelengva, ypač pagalvojus apie atitinkamą kainą. John Turner iš Nacionalinės Atsinaujinančios Energetikos Laboratorijos pavyko tai padaryti dar prieš kelis metus, bet procesas naudodavo sąlyginai brangias medžiagas. Nocera jau baigdamas mokyklą manė kad šis išradimas turi būti pigus ir paprastas. Darbai tęsėsi net kai 1984 m. tapo Mičigano valstijos universiteto profesoriumi , ir galiausiai 2011 m. paskelbė savo išradimo sėkmę žurnale Science.
Kaip atrodo tas dirbtinis lapas?
„Taip, mes galime eiti į laboratoriją“- taria Nocera pakildamas iš už stalo. „Tik įjungsiu dirbtinę Saulę ir pamatysime tai. Turiu galvoje tuojau pat ir išvysime tai, vien tam, kad būtų galima įrodyti kaip tai lengva“, spragteldamas pirštais prideda: „Tai įvyks taip greitai“.
Realybėje dirbtinis lapas atrodo (bent jau demonstracinė jo versija, kurią studentas ištraukė iš spintos) kaip nuplėštas pašto ženklas, o ne kaip priedas, kurį norėtų turėti kiekvienas save gerbiantis medis. Jis nėra žalias, ne lapo formos ir neverčia vandens ir anglies dioksido į angliavandenilius, kaip tai daro medžiai. Bet po kelių minučių pasiruošimo studentas padeda “lapą“ į mažą kvadratinę stiklinaitę su vandeniu ir fokusuojama šviesa į jį. Tą pačią akimirką pastovi srovė tarpusavyje besigrumiančių burbuliukų šnypšdami nulėkė nuo lapo paviršiaus kaip lenktyniaujančios pelės.
„Lapas“ iš tikrųjų yra plonas „sumuštinis“ iš neorganinių medžiagų, kurios naudoja saulės šviesą kad būtų nutraukti cheminiai ryšiai, laikantys deguonį ir vandenilius įprastame H2O. „Lapas“ veikia, nes jo viduryje yra fotovoltinis sluoksnis, kuris paverčia saulės šviesą į elektros krūvį, kuris vėliau yra nukreipiamas į išorinius sluoksnius, šie yra padengti cheminiais katalizatoriais iš abiejų pusių. Vienas pagreitina vandenilio susidarymą, kitas – deguonies.
Atsinaujinančios energetikos žvaigždė
Pasak jo kritikų, Nocera, apsiginklavęs savo pagrindiniu išradimu, nuskubėjo į priekį per toli ir per greitai manydamas, kad jo sukurtas dirbtinis lapas sukels revoliuciją pasaulyje. Dažnai besidalindamas idėjomis jis pasakoja, kaip šis išradimas galėtų būti įrengtas ant kiekvieno namo stogo ir paprastą čiaupo vandenį verstų į du elementus. Fotovoltinės saulės jėgainės galėtų palaikyti energijos tiekimą dienos metu, o vandenilis galėtų būti laikomas saugyklose iki jo naudojimo naktį. Jūsų namai taptų asmenine elektrine ir vandenilio dujų saugykla, kurių dėka galėtumėte užpildyti elektromobilius arba vandenilio-mobilius, kurie pasak Nocera yra jau netoli mūsų kasdienio vartojimo. Taip pat jis mėgsta pridurti, kad visko, ko reikia šiai utopijai pasiekti, galima nusipirkti Google.
2011 m. kai Nocera paskelbė apie savo išradimą American Chemical Society tuometinė reakcija buvo milžiniška. Nocera įkūrė įmonę pavadinimu Sun Catalytix, kad jo išradimas taptų komerciniu. Kai mokslininkas gavo pasiūlymą, jis perkėlė savo tyrimus į Harvardo universitetą. Žurnalas ChemBar tai palygino su krepšinio žvaigždžių pirkimu ir tokiu būdu Daniel Nocera tapo atsinaujinančios energetikos įžymybe.
„Taupus išradimas“
Nepaisant kritikos, Nocera pabrėžia, kad dirbtinis lapas vienija kelis išradimus. Vienas iš jų yra ypatingo katalizatoriaus išradimas (sukurto tuometinio kolegos Matthew Kanan 2008 m.), kuris pagreitina deguonies susiformavimą katalizatoriui nesuyrant. Kitaip tariant, kobalto-fosfato danga vienoje lapo pusėje veikia kaip tarpininkas palengvinantis vandens skaidymą – nei suirdamas, nei turėdamas didelius kaštus (energetine prasme). Kitas yra tas, kad „lapo“ gamyba yra santykinai paprasta, lengva ir pigi. O tai ir tenkina jo iškelto „taupaus išradimo“ sąvoką.
Žinoma, nei vienas išradimas neapsieina be kritikos, o jos D. Nocera gauna labai daug. Vieni teigia, kad jo technologija negali prigyti dabartiniame energetikos infrastruktūros tinkle, o kiti pirštu bado, kad jo įkurta įmonė Sun Catalytix per kelis metus tyliai nustojo vystyti dirbtinio lapo idėją.
Kompanijoje 2011 m. rudenį buvo iškelta labai rimta diskusija ką daryti su pilotiniu projektu. Ir buvo nuspręsta technologiją tobulinti tol, kol ją bus galima disponuoti dar pigiau. Kaip pats Nocera sako „Aš suradau mokslo šventąjį gralį. Puiku! Bet tai nereiškia, kad radau technologijos šventąjį gralį. Ir būtent to nesupranta kiti mokslininkai“. Taip pat jis pabrėžia, kad per kelis „tylos“ metus kompanija neapleido dirbtinio lapo minties ir vysto šią technologiją iki kol ji bus pigesnė.
Tuo tarpu Sun Catalytix pakeitė savo sritį į kitą technologiją – tą kuri labiau tinka dabartinei infrastruktūrai, bet tuo pačiu orientuojasi į atsinaujinančią energetiką. Ši sritis vadinama srautinėmis baterijomis (tai redukcijos oksidacijos baterijos, kurios įsikrauna dviejų cheminių elementų, ištirpusių skystyje ir atskirtų membrana, pagalba).
Revoliucija atsinaujinančioje energetikoje
Nocera prisipažįsta esąs darboholikas, kuris kiekvieną dieną dirba po 14 valandų, 7 dienas per savaitę ir kas rytą pabudęs mąsto kaip padaryti, kad dirbtinio lapo technologija būtu tokia pigi, kad jai būtų neįmanoma atsispirti.
Jis taip pat yra varomas iššūkių ateityje. Planuojama, kad 2050 m. žmonių populiacija gali siekti 9 milijardus žmonių kuriems reikės – 30 teravatų energijos. Kasmet statant 200 naujų atominių elektrinių per ateinančius 40 metų vis tiek nepatenkintų tokio poreikio. Kita vertus, tradicinis, rizika paremtas, kapitalizmas neturi nei kantrybės, nei vizijos investuoti į technologijas, skatinančias masinius pokyčius atsinaujinančioje energetikoje.
Išsivysčiusiame pasaulyje kapitalistai nori susigražinti pelną už investicijas per 2-5 metus, o 5 metai tai yra labai daug. Sukurta alternatyvi, fotosinteze pagrįsta energija, sistema niekada nepasotins žmonių, norinčių greitai susigrąžinti investicijas, apetito.
Jis sako: „O kuo gera kapitalistinė visuomenė? Išmaniąsias programėlės sukurti gali bet kuris vaikas savo bendrabučio kambaryje – o Harvarde dauguma tai jau ir yra padarę. Būtent tai teikia jiems sėkmės istorijas, kurių visi vaikosi ir siekia tapti turtingais. Bet tai yra programėlės, o ne aukšto lygio išradimas. Energetikos srityje mes kalbame apie masyvios infrastruktūros pokyčius. Tačiau vaikas savo kambaryje niekaip negali pakeisti visos infrastruktūros“.
Kokia didelė ji yra? Niekas tiksliai nėra suskaičiavęs kiek yra išleista visai energetikos infrastruktūrai. Amerikoje visos jėgainės, anglies kasyklos, naftos platformos, skalūniniai ištekliai, traukiniai, laivai ir kitas transportas ar elektros linijos, vienaip ar kitaip prisideda prie elektros patekimo į namus. Nocera apskaičiavo, kad vien nuo 19 a. vidurio buvo išleista 150 trilijonų $. „Ir tai yra 150 trilijonų $ dydžio gorila šituose energetikos debatuose“.
„Nėra nei vieno žmogaus bet kuriame universitete ar laboratorijoje, kuris padarytų vieną vienintelį atradimą ir sugebėtų pakeisti visą infrastruktūrą, sukurtą per 150 metų. Jei tu esi šimtai trilijonų dolerių – tai ką tau gali padaryti vienas žmogus su keliais studentais savo laboratorijoje?“
Būtent todėl D. Nocera tiki, kad revoliucija prasidės ir turi prasidėti ne išsivysčiusiose šalyse su įsisenėjusia infrastruktūra ir kapitalizmu, o trečiosiose pasaulio šalyse, tokiose kaip Afrika ir Indija, kur nėra tokių gigantų, kurie pastotų atradimams kelią.
„Žmonės sako ‘O, kaip miela, kad Nocera daro kažką gero skurstantiems.’ Nuo tokių žodžių man kraujas užverda! Aš nepadedu vargšams. Aš esu niekšas! Vargšai padeda man. Jie neturi tokios energetikos bazės kokią turime mes, todėl jie tave patys nuves už rankos prie atsinaujinančios energetikos ateities“.
Šaltinis: National Geographic
Autorius: Stephen S. Hall
Nuotraukos: Deanne Fitzmaurice
Iš anglų k. vertė: Martynas Klepeckas
