Free Press

Pokud se vám při pojmu „obnovitelná energie“ vybaví moře solárních panelů nebo vysoké větrné turbíny, nejste sami. Získávání energie ze slunce a větru je stále běžnější. Je to proto, že tyto „čisté“ zdroje energie vyrábějí elektřinu, aniž by znečišťovaly naše ovzduší. Stejně důležité je, že neuvolňují do atmosféry oxid uhličitý. Tento skleníkový plyn zachycuje sluneční teplo a přispívá k měnícímu se klimatu.

Sluneční a větrná energie má však jednu velkou nevýhodu: Nejsou vždy k dispozici. Slunce svítí pouze přes den. Vítr přichází a odchází. Je jen velmi málo míst, kde je vítr natolik stálý, aby mohl neustále vyrábět elektřinu. A jakkoli to zní jednoduše, skladování energie pro pozdější použití se ukázalo jako velký problém.

Ale mořské vlny? Jak vám řekne každý, kdo někdy pobýval v blízkosti pláže, vlny narážejí na pobřeží ráno, v poledne i večer. A to z nich dělá ideální zdroj energie po celý den. Vědci nyní zjišťují, kolik energie by vlny mohly poskytnout.

Když vítr fouká přes vodní hladinu, vytváří vlny. Pokud jste někdy viděli bílé čepičky na oceánu nebo na nějakém jezeře za větrného dne, viděli jste to v akci. Vítr způsobuje, že se voda na hladině pohupuje nahoru a dolů. I když se zdá, že voda putuje z jednoho místa na druhé, ve skutečnosti se příliš daleko nedostane. Spíše se pohybuje v kruzích – nahoru, nahoru, na vrchol vlny, pak dolů, dolů, na druhou stranu.

To platí, alespoň pokud je voda velmi hluboká, například v oceánu. Těmto jemně se pohupujícím vlnám se říká „vlnobití“. Vlny se však změní, když se přiblíží ke břehu.

Jakmile je voda mělčí, nemůže se už pohybovat v kruzích. Do cesty se jí postaví zem. Voda naráží na dno oceánu a mačká kruh do oválu. Podobně jako člověk o něco zakopne, voda „zakopne“ o zem. Horní část se prosmýkne kolem dna. Vlna se „zlomí“ a narazí blíže k pláži.

Systémy vlnové energie využívají pohyb vody k výrobě elektřiny. Některé typy těchto zařízení využívají sílu lámajících se vln. Jiné využívají vlnobití. Další využívají tlaku vln v blízkosti oceánského dna. Všechny však mají stejný cíl: přeměnit energii vln na energii elektrickou. Tato elektřina může být použita k napájení elektrické sítě. To je síť kabelů, která přenáší elektřinu do domácností a budov, abychom ji mohli používat.

Energie z vln je omezena na oblasti v blízkosti oceánu. Koneckonců kabely, které přenášejí elektřinu, mohou být jen tak dlouhé. Ale 40 % světové populace žije ve vzdálenosti do 100 km od oceánu. To znamená, že spousta světel, televizorů a tabletů by mohla být napájena z vln.

S ohledem na všechny tyto slibné možnosti využití energie z vln vědci testují, jak dobře různé typy generátorů přeměňují energii oceánu na elektřinu. Zároveň se snaží zajistit, aby při tom nedošlo k poškození mořských živočichů.

Energie tam, kde je potřeba

První krok k vytvoření energie z vln? Zjistit, kam nejlépe umístit měniče energie.

Ne všechny pobřežní oblasti jsou vhodné pro výrobu energie z vln. Tvar pevniny pod mořem mění velikost a tvar vln. Měniče energie z vln jsou také nákladné. Nejlepší místa by měla mít dostatek vln, ale ne tolik, aby se měniče mohly při bouři poškodit.

Pro určení nejlepších míst se vědci obracejí k počítačovým modelům. Joao Morim Nascimento a Nick Cartwright jsou inženýři životního prostředí v Austrálii. Oba pracují na Griffithově univerzitě v Southportu ve státě Queensland. Inženýr životního prostředí se zabývá snižováním znečištění a odpadů. Dvojice chtěla najít vhodná místa pro umístění konvertorů energie z vln podél jihovýchodního pobřeží své země. Na něm se nachází několik velkých australských měst. Vzhledem k tomu, že v blízkosti pobřeží žije mnoho lidí, mohla by tato oblast být pro energii z vln skvělá.

Výzkumníci začali s existujícím počítačovým modelem nazvaným SWAN. (Tento název znamená Simulating WAves Nearshore.) SWAN vyvinuli vědci z univerzity v Delftu v Nizozemsku. Předpovídá sílu a umístění energie oceánských vln. Za tímto účelem zohledňuje například vítr, vlastnosti oceánského dna a interakce mezi více vlnami.

Morim Nascimento a Cartwright upravili SWAN tak, aby se dal použít pro jihovýchodní Austrálii. Přidali podrobnosti o hloubce vody do vzdálenosti 50 kilometrů od břehu. Doplnili také údaje o větru a vlnách v oblasti. Poté model otestovali pomocí údajů z bójí v oceánu. Inženýři model vylepšovali, dokud přesně nepředpověděl množství energie vln zaznamenané bójemi.

Model pomohl týmu najít „horké body“ – místa s tím, co Cartwright popisuje jako „hojnost energie vln“. Každé místo se nachází do 5 kilometrů od pobřeží ve vodě hluboké maximálně 22 metrů. Vysvětluje, že tato místa jsou ideální, protože je snazší a levnější dostat energii na pobřeží z těchto míst než z větších vzdáleností.

„V oceánu je přírodní energie více než dost,“ říká. „Výzvou je využít a přeměnit ji v dostatečné množství“, aby ji lidé mohli využívat. Součástí této výzvy je samotný oceán. Vlny neustále narážejí na zařízení. Hardware se také může potýkat s extrémními povětrnostními podmínkami. Velmi velké bouřkové vlny mohou měniče poškodit, říká Cartwright. A dodává, že slaná mořská voda způsobuje korozi nebo poškození všech kovových částí.

Mořský koberec

Vědci a inženýři zkoušejí spoustu různých způsobů, jak tyto problémy překonat. Jejich nápady vedly k mnoha typům návrhů. Některé konvertory se vznášejí na hladině a jsou připoutány ke generátorům vln na dně oceánu. Jiné mají jeden konec ukotvený na mořském dně a druhý se může volně převracet ze strany na stranu, když ho omývají vlny. Další využívají k výrobě elektřiny tlak vzduchu nebo vody.

Jeden z nejnovějších systémů vypadá trochu jako plochý koberec. Mohammad-Reza Alam a jeho tým z Kalifornské univerzity v Berkeley navrhli konvertor tak, aby napodoboval bahnité mořské dno. Místa s velkým množstvím bahna dobře pohlcují přicházející vlny, vysvětluje Alam. Rybáři v mělkých mořích často míří do bahnitých oblastí, když udeří bouřlivé počasí. Lodě, které se tam zdržují, jsou chráněny před velkými vlnami, když přečkávají bouři.

Jestliže bahno dokáže pohltit tolik energie, usoudil Alam, pak by konvertor energie, který se chová jako bahno, měl dokázat totéž. To by ho učinilo extrémně účinným při získávání energie z vln.

„Kobercová“ část jeho měniče je vyrobena z hladkého plátu gumy. Spočívá v blízkosti mořského dna, kde se může ohýbat a prohýbat přímo s vlnami. Jak se pohybuje nahoru a dolů, tlačí příspěvky dovnitř a ven z pístového čerpadla. Čerpadlo převádí pohyb pístu na elektřinu, která pak putuje po kabelu do elektrické sítě.

Koberec dokáže z vln odvést téměř veškerou energii, říká Alam. A byl by schopen napájet spoustu domácností. Každou hodinu, říká, „každý metr čtvereční koberce dokáže z vody poblíž kalifornského pobřeží získat asi 2,5 kilowattu“. To je dvojnásobek množství elektřiny, které každou hodinu spotřebuje běžný americký dům

„Pokud bychom chtěli získat stejnou energii ze sluneční energie,“ říká Alam, „potřebovali bychom 14 metrů čtverečních solárních panelů.“ To je 14krát více! Říká, že vlnový koberec v plné velikosti by byl pravděpodobně asi 10 metrů (33 stop) široký a 20 metrů (66 stop) dlouhý. Měl by tedy být schopen nepřetržitě vyrábět 500 kilowattů elektřiny za hodinu – což by stačilo k napájení více než 400 domácností.

Na jiných místech, například v severní Evropě, jsou vlny energičtější. Vlnový koberec by tam tedy mohl vyrábět více elektřiny, poznamenává Alam. Na druhou stranu slabší vlny v místech, jako je Mexický záliv, by nemohly do rozvodné sítě dodávat tolik elektřiny.

Celá konstrukce je ukotvena na mořském dně a leží těsně nad mořským dnem. Je tedy zcela mimo dohled. To je důležité pro mnoho lidí, kteří tráví čas na pláži. Neradi vidí velké stavby vyrábějící energii (jako jsou větrné turbíny), když se jdou koupat nebo plachtit. Ve skutečnosti je mnoho větrných elektráren umístěno daleko od břehu, takže je lidé, kteří si užívají pláž, nevidí. Koberec vln však může být blízko břehu. To znamená, že kabely, které přivádějí elektřinu do sítě, mohou být mnohem kratší. A elektřina vyrobená pomocí vlnového koberce by proto měla stát méně.

Prospěšné pro životní prostředí?

Není pochyb o tom, že hledání nových zdrojů obnovitelné energie je pro životní prostředí dobré. Méně znečištění a méně skleníkových plynů je dobré pro lidi, rostliny i zvířata. Čisté zdroje energie však stále mohou způsobovat problémy.

Větrné turbíny mohou například překážet migrujícím ptákům a netopýrům. (Podle některých odhadů mohou ročně zahynout statisíce těchto živočichů v důsledku srážky s mohutnými rotujícími lopatkami.) Menší výška měničů energie z vln znamená, že by migrujícím živočichům pravděpodobně nepřekážely. „Musíme však pečlivě zvážit jejich interakci s mořským prostředím,“ říká Deborah Greavesová. Je oceánskou inženýrkou na Plymouthské univerzitě v Anglii.

Jednou z obav jsou případné ekologické dopady pohlcování veškeré energie z přicházejících vln. (Koneckonců, právě tak se vyrábí elektřina – přeměnou energie vln na energii elektrickou). Energie odebraná z vln sníží množství energie, která zůstane, když vlny pokračují směrem ke břehu. Budou menší, alespoň na určitou vzdálenost. Menší vlny by mohly vést k menšímu míchání živin ve vodním sloupci (to je voda mezi určitým kouskem oceánského dna a hladinou nad ním). A to by mohlo mít vliv na druhy, které tam žijí, říká Greaves. „Ale může to být i přínosem,“ dodává. Koneckonců „měniče energie z vln mohou pomoci zajistit určitou ochranu pobřeží“ tím, že sníží erozi.

Elektrické generátory by také mohly ovlivnit vzájemné vztahy mezi divokými zvířaty. Mnoho ptáků a mořských savců loví ryby v oblastech, které by mohly být ideálními místy pro umístění měničů vln. Je možné, že konvertory by k sobě mohly přilákat i ryby, pokud by v nich menší živočichové, kterými se živí, hledali útočiště. To by zase mohlo přilákat hladové predátory. To by mohlo přispět k posílení mořského života v dané oblasti. Ryby, tuleni a další živočichové by se však také mohli zamotat do dlouhých kabelů, kterými jsou ukotveny konvertory energie plovoucí na hladině. Vědci proto musí prozkoumat, kde chtějí tyto konvertory instalovat, aby se ujistili, že nepoškodí místní ekosystémy.

Další obava: Konvertory budou způsobovat hluk. To může být problém pro ryby, delfíny a další živočichy, kteří se při hledání potravy nebo komunikaci spoléhají na zvuk. Hluboký hukot lodi a hlasité pingání sonaru způsobují oceánským živočichům nejrůznější problémy. Tito živočichové mohou mít potíže s hledáním potravy nebo mohou být dezorientovaní. Podle Greavese je však nepravděpodobné, že by konvertory vln vytvářely vysokou hladinu hluku. Nejhlučnější by bylo, kdyby se měniče zpočátku instalovaly na nějakém místě. Jakmile začnou pracovat, měly by být poměrně tiché.

Příznivou stránkou konvertorů je, že by se mohly stát základem umělého útesu, pokud se na konstrukci uchytí řasy, mlži, korýši nebo koráli a začnou růst. Takové útesy poskytují ochranu rybám a dalším mořským živočichům. To by mohlo zvýšit rozmanitost mořského života v oblasti. Mohly by být užitečné, pokud tito živočichové nebudou narušovat pohyb měniče vln.

„Z obrovských zdrojů oceánu má energie vln potenciál obrovsky přispět k našim budoucím potřebám čisté energie,“ říká Greaves. Upozorňuje však, že „musí být realizována udržitelným způsobem, v souladu s mořským prostředím.“

.