Vaclav Smil: pomysły geniusza, który może uratować planetę

Vaclav Smil, idee, które mogą zmienić świat

Ścieżkę wytyczył ekolog Vaclav Smil, naukowiec z University of Manitoba w Kanadzie, autor książki „Wynalazek i innowacja: krótka historia szumu i niepowodzeń”, w którym nie ufając tym, którzy obiecują niezwykłe i nieosiągalne wynalazki, spisał swoją „listę życzeń”, by uratować świat, twardo stąpając po ziemi. Jest autorem ponad 40 książek i blisko 500 artykułów na temat energii, środowiska i technologii.. W 2010 roku został uznany przez magazyn Foreign Policy za jednego ze 100 najlepszych światowych myślicieli, aw 2014 roku został członkiem Orderu Kanady. Opublikowano dla Einaudi Liczby nie kłamią. Opowiadania, aby zrozumieć świat (2021 i 2023) oraz Jak naprawdę działa świat. Energia, żywność, środowisko, surowce: odpowiedzi z nauki (2023).

„Główne nowości, moim zdaniem – wyjaśnia – dotyczą szeregu spraw, którymi musimy się pilnie zająć. Koncentrują się na obszarów, które będą miały największy wpływ na dobrobyt ludzi i środowisko i gdzie istnieje już bogactwo wiedzy, na której można budować”.

Czego naprawdę teraz potrzebujesz?

Pozbądź się paliw kopalnych do transportu, a do tego potrzebujesz super-baterii, wydajniejszych do magazynowania wystarczającej ilości energii elektrycznej dla środków transportu: baterie litowo-jonoweUżywane dzisiaj do zasilania samochodów elektrycznych, telefonów komórkowych, laptopów i innych przenośnych urządzeń elektronicznych, są obecnie najlepszym wyborem. Najlepszy na rynku typ ma gęstość energii 755 Wh/l, a tymczasem kalifornijska firma Amprius Technologies opracowuje nową generację akumulatorów litowych zdolnych do magazynowania 1150 Wh/l.

Dlaczego coraz częściej stosuje się akumulatory litowo-jonowe?

Weźmy jako przykład akumulatory litowo-jonowe rowerów elektrycznych:

Akumulatory LITOWO-JONOWE (Li-Ion) są obecnie najczęściej stosowaną technologią w świecie rowerów elektrycznych, ponieważ dzięki ich stosunek mocy do masy, może pokonywać duże odległości na jednym ładowaniu, zmniejszenie o 60% wagi klasycznych akumulatorów ołowiowych.

Charakteryzują się bardzo niskim samorozładowaniem i nie posiadają tzw. „efektu pamięci” ze względu na częste doładowania. Wewnętrzna jednostka sterująca (BMS) zarządza napięciem każdego pojedynczego ogniwa zarówno w fazie rozładowania, jak i ładowania, tak aby nie uszkodzić całego akumulatora.

Przeciąganie liny między energiami

A jednak, pomimo ulepszeń, gęstość energii akumulatorów pozostaje znacznie niższa niż w przypadku paliw płynnych, które nadal dominują w transporcie: benzyna osiąga 9600 Wh/l, nafta lotnicza 10.300 10.700 Wh/l, olej napędowy i XNUMX XNUMX Wh/l. Dlatego, powinno być możliwe wypełnienie luki między gęstością energii baterii a paliwami kopalnymi.

W ciągu ostatnich 50 lat maksymalna gęstość energii używanych akumulatorów wzrosła pięciokrotnie. Jeśli utrzymamy ten wskaźnik przez następne 50 lat, osiągniemy poziom 3750 Wh/l. Wynik, który ułatwiłby ciężki transport drogowy i morski pojazdami elektrycznymi, ale który wciąż byłby niewystarczający do zasilenia elektrycznego Boeinga 787.

Siła roślin strączkowych

Jeśli chodzi o rolnictwo, jeśli chcesz, aby było zrównoważone, wyzwanie jest nie mniejsze. Jest to działalność o bardzo dużym wpływie ze względu na zużycie wody, użytkowanie gruntów i uwalnianie zanieczyszczających nawozów azotowych. Według Smila kluczową innowacją byłaby możliwość rozwoju roślin, które nie potrzebują nawozów sztucznych (w 2020 r. grunty rolne otrzymały 113 mln ton, o 40% więcej niż w 2000 r.): są to rośliny zdolne do naturalnego wchłaniania azotanów jako rośliny strączkowe zrobić, które wykorzystują symbiotyczne mikroorganizmy przyczepione do korzeni. Klucz byłby wyizolowanie genów roślin strączkowych, które umożliwiają wiązanie azotu i przeniesienie ich do roślin zbożowych i warzywnych.

produktywna fotosynteza

Potrzebujemy również bardziej produktywnej fotosyntezy – rośliny są naprawdę nieefektywne w przekształcaniu energii słonecznej w biomasę. Tylko połowa promieniowania słonecznego docierającego do rośliny może zostać wykorzystana w samej fotosyntezie., odsetek, który spada do 44% po odjęciu światła odbitego od liści. Stopniowo szacuje się, że ostatecznie tylko 4,5% energii słonecznej jest przekształcane w węglowodany.

Dlatego nawet stosunkowo niewielka poprawa spowodowałaby dużą różnicę w plonach, a co za tym idzie, w globalnej dostępności żywności do odpowiedniego wyżywienia populacji, która może osiągnąć 10.000 miliardów do 2050 r. Dlatego badania powinny działać dla usprawnić proces syntezy biomasy, na przykład, identyfikując geny, które sprawiają, że korzenie są bardziej wydajne w gromadzeniu wody i składników odżywczych, a następnie włączając je do DNA wszystkich roślin uważanych za interesujące. Konieczne byłoby również wybranie roślin o wyższych plonach i szybszym wzroście.

Iluzja Vaclava Smila i samooczyszczające się systemy fotowoltaiczne

Temat odnawialny, w zasięgu każdego. Smil myśli o samoczyszczących systemach fotowoltaicznych, które można nakładać jako farbę na ściany oraz jako szkło w oknach budynków. Systemy fotowoltaiczne, które przetwarzają energię słoneczną na energię elektryczną, można zainstalować w dowolnym nasłonecznionym miejscu. Najbardziej zaawansowane wersje zachowują swoją wydajność przez co najmniej 20 lat.

Ideałem byłoby zatem wyłożenie miast tymi systemami, tjpozbyć się powłok fotowoltaicznych zastosować na dowolnej powierzchni miejskiej, wprowadzić energię elektryczną wytwarzaną w sieciach lokalnych. Oczywiście jest to gra, jeśli te wkładki są również samoczyszczące, dzięki czemu zachowują funkcjonalność przez długi czas.

Coraz bliżej spełnienia marzenia Vaclava Smila: okna słoneczne, które wytwarzają energię elektryczną, są już na rynku. Symbolicznym przykładem jest firma Pilkington, która produkuje okna samoczyszczące, których powłoki fotokatalityczne reagują na światło słoneczne, rozbijając i rozpuszczając brud. Następnym krokiem będzie uczynienie tych materiałów niedrogimi i elastycznymi, dostępnymi dla każdego.

Początki szkła fotowoltaicznego…

La Historia szkła fotowoltaicznego rozpoczęła się trzy lata temu, kiedy to zespół naukowy z Katedry Inżynierii Materiałowej Uniwersytetu im Uniwersytet Milano-Bicocca odniósł sukces w przedsięwzięciu, które dla wielu może wydawać się science fiction. Zespół zwiastował nadejście szkła fotowoltaicznego, zdolnego do wytwarzać energię elektryczną za pomocą światła .

Ten typ systemu słonecznego można bezproblemowo zintegrować z architekturą dużych budynków i nie tylko. Różnica w stosunku do zwykłego szkła polega na dodaniu materiały optycznie czynne , nanosfery, które pochłaniają światło i ponownie emitują je jako energię. Płytki wkłada się do a trzywarstwowe podwójne szyby i gwarantują izolację termo-akustyczną oraz ochronę urządzenia fotowoltaicznego przed otaczającym środowiskiem.

Jakie są zalety okien fotowoltaicznych?

Okna ze szkłem PV zintegrowany oferują kilka korzyści, w rzeczywistości są strukturami dość stabilny, bez negatywnego wpływu na odporność. Ponadto nie ograniczają nadmiernie naturalnego promieniowania domu, gdyż gwarantują do 80% przezroczystości. Wręcz przeciwnie, zapewniają dość wysoką wydajność, z jaką są wykonane Ekologiczne materiały, mają niski koszt i pozwalają na większą oszczędność energii w Twoim domu.

Jakie są wady szkła fotowoltaicznego?

Jak każdy produkt, szkło fotowoltaiczne ma również swoje wady. Te ostatnie można postrzegać w kategoriach wydajność , w rzeczywistości tradycyjny system fotowoltaiczny może być zorientowany i pochylony zgodnie z promieniowaniem słonecznym. Okna fotowoltaiczne jednak zawsze stać prosto a ta pozycja zmniejsza produkcję energii w porównaniu z klasycznym systemem paneli.

prawdziwe zielone tworzywa sztuczne

Potrzebujemy też prawdziwie „zielonego” plastiku. Światowa produkcja tworzyw sztucznych zbliża się do 400 milionów ton rocznie, z czego prawie całość trafia na wysypiska śmieci. Tylko niewielka część jest poddawana recyklingowi a do tego, zauważa Smil, konieczne byłoby wytwarzanie prawdziwie biodegradowalnego plastiku na skalę przemysłową i przy użyciu tanich procesów, na przykład wytwarzanych z materiałów odpadowych lub wytwarzanych przez mikroorganizmy.

gorączka planetarna

Przed planetarną gorączką - dodaje uczony - nie jest wykluczone, że kiedyś będziemy musieli skorzystać z "gigantycznej osłony przeciwsłonecznej", stosowanej w kosmosie i zdolnej do odchylenia od 1 do 2 proc. światła słonecznego. Ta bariera musiałaby być zaparkowana około 1,5 miliona kilometrów dalej, w punkcie między Słońcem a Ziemią, gdzie ich siły grawitacyjne znoszą się nawzajem, aby struktura pozostała w stabilnej pozycji. W tej chwili jest to kontrowersyjna i kosztowna perspektywa, a Smil postrzega to jako „żart”, jeśli emisja CO2 nie zostanie wystarczająco zmniejszona.

Ale to nie wszystko dla Vaclava Smila...

Pilne i możliwe innowacje nie kończą się na tym, podsumowuje Smil. Jego książka ma być uspokajającym opisem tego, jak technologia i kreatywność mogą być decydujące w rozwiązaniu wielkiego dramatu chwili: zmian klimatu.