Free Press

Hvis du ved begrebet “vedvarende energi” kommer til at tænke på et hav af solpaneler eller tårnhøje vindmøller, er du ikke den eneste. Det bliver mere og mere almindeligt at indfange energi fra solen og vinden. Det skyldes, at disse “rene” energikilder producerer elektricitet uden at forurene vores luft. Lige så vigtigt er det, at de ikke frigiver kuldioxid til atmosfæren. Denne drivhusgas fanger solens varme og bidrager til vores skiftende klima.

Men sol- og vindenergi har en stor ulempe: De er ikke altid tilgængelige. Solen skinner kun om dagen. Vinden kommer og går. Der er meget få steder, hvor vinden er konstant nok til at generere elektricitet hele tiden. Og hvor let det end lyder, har det vist sig at være en stor udfordring at lagre energi til senere brug.

Men havbølger? Som enhver, der har opholdt sig i nærheden af en strand, kan fortælle dig, slår bølgerne ind på kysten morgen, middag og aften. Og det gør dem ideelle til at generere energi døgnet rundt. Nu er forskere ved at finde ud af, hvor meget energi bølgerne kan give.

Når vinden blæser hen over vandoverfladen, skaber den bølger. Hvis du nogensinde har set hvide hætter på et hav eller en sø på en blæsende dag, har du set dette i aktion. Vinden får vandet ved overfladen til at boble op og ned. Selv om det ser ud som om vandet bevæger sig fra et sted til et andet, bevæger det sig faktisk ikke særlig langt. Det bevæger sig snarere i cirkler – op, op, op, op til toppen af bølgen, og så ned, ned, ned, ned på den anden side.

Det gælder i hvert fald, når vandet er meget dybt, som f.eks. ude i havet. Disse blidt bølgende bølger kaldes “dønninger”. Men bølger ændrer sig, når de kommer tæt på kysten.

Når vandet bliver mindre dybt, kan det ikke længere bevæge sig i cirkler. Jorden kommer i vejen. Vandet støder op mod havbunden, og cirklen bliver presset sammen til en oval. På samme måde som en person, der snubler over noget, “snubler” vandet over bunden. Den øverste del af vandet rykker forbi den nederste del. Bølgen “brækker” og styrter tættere på stranden.

Bølgeenergisystemer bruger vandets bevægelse til at lave elektricitet. Nogle typer af disse anordninger udnytter kraften fra bølgebrydende bølger. Andre gør brug af dønninger. Andre igen udnytter trykket fra bølger nær havbunden. Men alle har det samme mål: at omdanne bølgeenergi til elektrisk energi. Denne elektricitet kan bruges til at forsyne elnettet med strøm. Det er det netværk af kabler, der overfører elektricitet til hjem og bygninger, så vi kan bruge den.

Bølgeenergi er begrænset til områder nær havet. De kabler, der transporterer elektricitet, kan trods alt kun være så lange. Men 40 procent af verdens befolkning bor inden for 100 kilometer (60 miles) fra havet. Det betyder, at en hel masse lys, tv-apparater og tablets kan blive drevet af bølger.

Med alt dette løfte for bølgekraft tester forskerne, hvor godt forskellige typer generatorer omdanner havets energi til elektricitet. Undervejs forsøger de at sikre, at havets liv ikke bliver skadet i processen.

Strøm, hvor der er brug for den

Det første skridt til at skabe bølgekraft? At finde ud af det bedste sted at placere disse energiomformere.

Det er ikke alle kystområder, der er velegnede til at generere bølgekraft. Formen af landet under havet ændrer bølgernes størrelse og form. Bølgeenergikonvertere er også dyre. De bedste steder skal have masser af bølger, men ikke så meget, at konverterne kan blive beskadiget i en storm.

For at finde ud af, hvor de bedste steder er, benytter forskerne sig af computermodeller. Joao Morim Nascimento og Nick Cartwright er miljøingeniører i Australien. Begge arbejder på Griffith University i Southport, Queensland. En miljøingeniør arbejder med at reducere forurening og affald. Parret ønskede at finde gode steder til bølgeenergikonverteringsanlæg langs deres lands sydøstlige kyst. Det er hjemsted for flere store australske byer. Da der bor så mange mennesker tæt på kysten, kunne dette område være godt for bølgekraft.

Forskerne startede med en eksisterende computermodel kaldet SWAN. (Navnet står for Simulating WAves Nearshore.) SWAN blev udviklet af forskere ved universitetet i Delft i Nederlandene. Den forudsiger styrken og placeringen af havbølgeenergi. For at gøre det tager den højde for ting som vind, træk på havbunden og interaktioner mellem flere bølger.

Morim Nascimento og Cartwright har tilpasset SWAN til at gælde for det sydøstlige Australien. De tilføjede detaljer om vandets dybde op til 50 kilometer fra kysten. De indsatte også data om regionens vind og bølger. Derefter testede de modellen ved hjælp af data fra bøjer i havet. Ingeniørerne finjusterede modellen, indtil den var tæt på at forudsige mængden af bølgeenergi, der blev registreret af bøjerne.

Modellen hjalp holdet med at finde “hotspots” – steder med det, som Cartwright beskriver som en “overflod af bølgeenergi”. Hvert sted ligger inden for 5 kilometer (3 miles) fra kysten i vand, der ikke er mere end 22 meter (72 fod) dybt. Disse steder er ideelle, forklarer han, fordi det er nemmere og billigere at få strømmen til kysten fra disse steder, end det ville være længere ude.

“Der er mere end nok naturlig energi i havet”, siger han. “Udfordringen er at udnytte og omdanne nok af den til strøm”, som folk kan bruge. En del af den udfordring er selve havet. Bølgerne slår konstant mod udstyret. Udstyret kan også opleve nogle ekstreme vejrforhold. Meget store stormbølger kan beskadige omformerne, siger Cartwright. Og han tilføjer, at salt havvand ætser eller nedbryder alle metaldele.

Søtæppe

Videnskabsfolk og ingeniører prøver mange forskellige måder at overvinde disse udfordringer på. Deres idéer har ført til mange typer design. Nogle omformere flyder på overfladen og er bundet til bølgegeneratorer på havbunden. Andre har den ene ende forankret i havbunden, mens den anden er fri til at vende sig fra side til side, når bølgerne skyller hen over den. Andre igen bruger luft- eller vandtryk til at generere elektricitet.

Et af de nyeste systemer ligner lidt et fladt tæppe. Mohammad-Reza Alam og hans team på University of California, Berkeley har designet konverteren til at efterligne et mudret havbundsmateriale. Steder med masser af mudder er gode til at absorbere indkommende bølger, forklarer Alam. Fiskere i lavvandede farvande søger ofte mod mudrede områder, når der er hårdt vejr. Både, der ligger der, er beskyttet mod store bølger, mens de sejler ud i en storm.

Hvis mudder kan absorbere så meget energi, tænkte Alam, så burde en energiomformer, der fungerer som mudder, gøre det samme. Det ville gøre den ekstremt effektiv til at høste bølgeenergi.

Den del af hans omformer, der hedder “tæppe”, er lavet af et glat stykke gummi. Det hviler nær havbunden, hvor det kan bøje og bøje sig lige i takt med bølgerne. Når det bevæger sig op og ned, skubber det stillinger ind og ud af en stempelpumpe. Pumpen omdanner stemplens bevægelse til elektricitet, som derefter transporteres langs et kabel til elnettet.

Tæppet er i stand til at fjerne næsten al energien fra bølgerne, siger Alam. Og det ville være i stand til at forsyne mange hjem med strøm. Hver time, siger han, “kan hver kvadratmeter af tæppet hente omkring 2,5 kilowatt ud af vandet nær Californiens kyst”. Det er dobbelt så meget elektricitet, som et typisk amerikansk hjem bruger hver time

“Hvis vi vil have den samme strøm fra solenergi”, siger Alam, “skal vi bruge 14 kvadratmeter solpaneler.” Det er 14 gange så meget! Han siger, at et bølgetæppe i fuld størrelse sandsynligvis ville være omkring 10 meter (33 fod) bredt og 20 meter (66 fod) langt. Så det skulle være i stand til at generere 500 kilowatt elektricitet i timen – nok til at forsyne mere end 400 hjem med strøm – døgnet rundt.

Andre steder, f.eks. i Nordeuropa, har mere energiske bølger. Så et bølgetæppe der kunne generere mere elektricitet, bemærker Alam. På den anden side kunne svagere bølger på steder som Den Mexicanske Golf ikke pumpe så meget elektricitet ind i elnettet.

Hele strukturen er forankret i havbunden og ligger lige over havbunden. Så den er helt ude af syne. Det er vigtigt for mange mennesker, der tilbringer tid på stranden. De bryder sig ikke om at se store energiproducerende strukturer (som vindmøller), når de er ude at bade eller sejle. Faktisk er mange vindmølleparker placeret langt fra kysten, så folk, der nyder stranden, ikke kan se dem. Bølgetæppet kan dog ligge tæt på kysten. Det betyder, at de kabler, der fører elektricitet til nettet, kan være meget kortere. Og den elektricitet, der produceres af bølgetæppet, skulle derfor koste mindre.

Godt for miljøet?

Der er ingen tvivl om, at det er godt for miljøet at finde nye kilder til vedvarende energi. Mindre forurening og færre drivhusgasser er godt for mennesker, planter og dyr. Men rene energikilder kan stadig skabe problemer.

Vindmøller kan f.eks. stå i vejen for trækkende fugle og flagermus. (Nogle skøn siger, at hundredtusindvis af disse dyr kan dø hvert år på grund af kollisioner med de massive snurrende vinger). Den lavere højde på bølgeenergikonvertere betyder, at de sandsynligvis ikke ville forstyrre migrerende dyr. Men “vi er nødt til at overveje deres interaktion med havmiljøet nøje”, siger Deborah Greaves. Hun er havingeniør ved University of Plymouth i England.

En af bekymringerne drejer sig om eventuelle økologiske virkninger af at absorbere al den energi fra indkommende bølger. (Det er trods alt sådan, de genererer elektricitet – ved at omdanne bølgeenergi til elektrisk energi). Den energi, der tappes fra bølgerne, vil reducere, hvor meget energi der vil være tilbage, når bølgerne fortsætter ind mod kysten. De vil blive mindre, i det mindste i et stykke tid. Mindre bølger kan føre til mindre opblanding af næringsstoffer i vandsøjlen (det er vandet mellem en bestemt del af havbunden og overfladen over den). Og det kan have en indvirkning på de arter, der lever der, siger Greaves. “Men det kan også være en fordel,” tilføjer hun. Når alt kommer til alt, kan “bølgeenergikonvertere være med til at yde en vis kystbeskyttelse” ved at reducere erosion.

De elektriske generatorer kan også påvirke, hvordan dyrelivet interagerer. Mange fugle og havpattedyr jager efter fisk i områder, der kunne være ideelle steder for bølgeomformere. Det er muligt, at omformerne endda kan tiltrække fisk til dem, hvis de mindre dyr, som de spiser, søger tilflugt der. Det kan til gengæld tiltrække sultne rovdyr. Det kan være med til at fremme det marine liv i området. Men fisk, sæler og andre dyr kan også blive viklet ind i de lange kabler, der forankrer de overfladiske energiomformere. Forskerne skal derfor undersøge, hvor de ønsker at installere disse konvertere for at sikre, at de ikke skader de lokale økosystemer.

En anden bekymring: Konverterne vil lave støj. Det kan være et problem for fisk, delfiner og andre dyr, der er afhængige af lyd for at finde føde eller for at kommunikere. Den dybe rumlen fra en båd og det høje ping fra sonar giver alle mulige problemer for havets dyr. Disse dyr kan have svært ved at finde føde eller blive desorienteret. Greaves siger imidlertid, at det er usandsynligt, at bølgekonvertere vil skabe høje støjniveauer. Den mest støjende del vil ske, når konverterne installeres i første omgang på et sted. Når de først er begyndt at køre, skulle de være forholdsvis stille.

På den positive side kan konverterne måske blive basis for et kunstigt rev, hvis alger, muslinger, strandskaller eller koraller får fat i strukturen og begynder at vokse. Sådanne rev giver beskyttelse til fisk og andet marint liv. Det kan øge mangfoldigheden af det marine liv i området. De kunne være nyttige, så længe disse dyr ikke forstyrrer bølgekonverterens bevægelse.

“Ud fra havets enorme ressourcer har bølgeenergi potentiale til at yde et enormt bidrag til vores fremtidige behov for ren energi”, siger Greaves. Men, advarer hun, “det skal gøres på en bæredygtig måde, i harmoni med havmiljøet.”