Każdego roku świat stawia przed nami kolejne wyzwania. Zapotrzebowanie na energię stale rośnie, tymczasem jej odpowiedzialne pozyskiwanie – jak się wydaje – zostało daleko w tyle. Czy niebieska energia okaże się rozwiązaniem przynajmniej części problemów? Możliwe. Póki co jednak więcej jest związanych z nią wyzwań. Prace więc trwają… i warto im kibicować.

Podobnie jak zielona energia, pochodząca z odnawialnych źródeł, tak samo niebieska energia to określenie, które z czasem stanie się jeszcze popularniejsze. Na tym nie koniec podobieństw. Zarówno w jednym, jak i drugim przypadku, chodzi o ogólną kategorię – bez wskazywania, jak konkretnie niebieska czy też błękitna energia miałaby być pozyskiwana. Możliwości jest bowiem co najmniej kilka – a każda przedstawia się obiecująco. Żadna nie jest niestety pozbawiona wad.

Słona woda jako źródło energii – przyszłość maluje się w (dla odmiany) niebieskich barwach

Najkrócej rzecz ujmując, niebieska energia to energia pozyskiwana z mórz i oceanów.

Oceany czy też – z technicznego punktu widzenia – jeden wielki wszechocean zajmują ponad 70% powierzchni Ziemi. Jest to obszar z energetycznego punktu widzenia niemal niewykorzystany. Na niewielką skalę w pasach przybrzeżnych buduje się elektrownie wiatrowe. Te jednak – zgodnie z nazwą – wykorzystują siłę wiatru, nie wody. Tradycyjne elektrownie wodne, niemające nic wspólnego z tzw. błękitną energią, ustawiane są na rzekach. Tam, gdzie odbywa się ciągły ruch wody. Wykorzystują energię potencjalną wody. Znane są od lat, wykorzystywane powszechnie – i choć zaliczane są do OZE (odnawialne źródła energii), to ich wpływ na środowisko jest mocno negatywny, m.in.: zahamowują naturalny bieg rzeki, wymagają budowy zbiorników retencyjnych, powodują osuszanie jednych obszarów i zalewanie innych.





Jest też wiele pozytywów, ale tak czy inaczej tradycyjnym elektrowniom wodnym daleko do optymalnego źródła energii. Na szczęście to nie koniec związanych z wodą możliwości.

Niebieska energia może być pozyskiwana na wiele różnych sposobów

Co rozumieć pod pojęciem niebieskiej energii? Prace nad stworzeniem odpowiednich technologii, a niekiedy samych koncepcji, trwają od wielu lat, a poszczególne rozwiązania pojawiają się i znikają. Zostają odłożone – np. z braku istniejących możliwości technologicznych – by po pewnym czasie, kiedy warunki staną się bardziej korzystne, powrócić w blasku chwały (bądź nie).

  • Energia dyfuzji – wykorzystuje różnice w zasoleniu wody słodkiej i słonej
  • OTEC, energia cieplna – wykorzystuje różnice w temperaturze wód powierzchniowych i głębinowych
  • Energia pływów i prądów i falowania – wykorzystuje fakt, że wody morskie i oceaniczne pozostają w ciągłym ruchu

Tam, gdzie występują duże różnice w zasoleniu wody słodkiej i słonej, a więc u ujścia rzek do mórz, można wykorzystać energię dyfuzji

Woda słodka oraz woda słona różnią się od siebie między innymi gęstością – a kiedy jedna zaczyna mieszać się z drugą, powstały roztwór dąży do równowagi. Zjawisko to można wykorzystać do pozyskiwania energii. Jak? Pomysłów jest kilka. Metoda PRO[1] zakłada wykorzystanie membrany, która oddziela wodę słodką i słoną. Zatrzymuje jony wody morskiej, a przepuszcza wodę rzeczną. W efekcie wzrasta ciśnienie, a stąd już tylko krok do budowy pompy dyfuzyjnej bądź silnika. Alternatywę dla PRO stanowi metoda RED. Wykorzystuje naturalną dyfuzję – jony z wody morskiej poprzez membranę przedostają się do wody słodkiej, wywołując przepływ prądu. Jest to „bezpośrednia konwersja energii dyfuzji w prąd elektryczny”[1].

Miejsca, w których w sposób naturalny można by wykorzystać energię dyfuzji, narzucają się same. To wszelkie ujścia rzek do mórz i oceanów, ale nie tylko. Sprawdzić mogłyby się także inne zbiorniki słonowodne, między innymi Morze Martwe, które wbrew swojej nazwie jest przecież jeziorem.

Oceany Ziemi magazynują ogromne ilości energii, a dzięki różnicy temperatur między wodą na powierzchni i wodą w głębinach można wykorzystać silniki cieplne

Wraz ze zmianą głębokości, zmienia się temperatura wody w oceanach. W przedziale 1,5-4 km wynosi ona ok. 3-4°C[2], na większych głębokościach jeszcze mniej. Z kolei przy powierzchni woda oceaniczna potrafi nagrzać się do ponad 20°C, osiągając niekiedy – w pewnych rejonach – nawet 30°C. To doskonała okazja do tego, by wykorzystać silniki cieplne w ramach technologii Ocean Thermal Energy Conversion, w skrócie OTEC. Następuje tu konwersja energii termicznej, energii cieplnej, w mechaniczną bądź elektryczną – w zależności od tego, jakiego rodzaju elektrownia zostanie zastosowana.

W przypadku technologii OTEC najcenniejsze są obszary położone między zwrotnikami. Z oczywistych względów – tam woda powierzchniowa nagrzewa się najmocniej. Dzięki temu największy jest też gradient temperatur między wodą na powierzchni, a wodą w głębinach. W najbardziej korzystnych miejscach różnica ta przekracza 20 stopni Celsjusza.

Prawdopodobnie najchętniej analizowana niebieska energia pochodzi jednak z ruchu wody – prądów morskich, pływów oceanicznych, a nawet samego falowania

Zarówno w przypadku energii dyfuzji, jak i energii cieplnej, widoczne są pewne ograniczenia. Nie wszędzie metody te można wykorzystać – i nie wszędzie z podobną skutecznością. Pod tym względem lepiej przedstawia się energia pływów, prądów i falowania. W dużym uproszczeniu pływy oznaczają przemieszczanie się wody w kierunku pionowym, jej podnoszenie i opadanie. Prądy – w kierunku poziomym, z jednego obszaru na drugi. Jak wygląda falowanie, nie trzeba chyba wyjaśniać. Co łączy wszystkie te trzy elementy? Ruch. Ponieważ woda nieustannie się przemieszcza, pojawiło się wiele pomysłów na to, by ten właśnie fakt wykorzystać.

Nie obyło się bez problemów. Badacze starają się unikać ingerowania w prądy morskie, obawiając się potencjalnych konsekwencji. To właśnie prądy morskie uznawane są za jeden z najbardziej istotnych czynników regulujących klimat. Jeśli dojdzie do choćby najmniejszego zaburzenia ich naturalnego cyklu, długofalowe skutki są nie do przewidzenia. Dlatego też pomimo wielkiego potencjału prądów morskich, w kwestiach energetycznych częściej rozpatruje się pływy oceaniczne. Tam potencjał ten jest niższy, ale za to bezpieczeństwo większe. Ryzyko narobienia bałaganu na globalną skalę maleje.

Pozostaje jeszcze energia falowania z całym swoim nieprzewidywalnym charakterem. Zmienność falowania wystawia na poważną próbę wytrzymałość elektrowni – stworzenie uniwersalnego i wydajnego rozwiązania nie jest wcale łatwym zadaniem. Stąd też wiele różnych pomysłów, m.in. elektrownie pneumatyczne, w których fale wymuszają ruch powietrza, elektrownie mechaniczne wykorzystujące siłę wyporu, elektrownie indukcyjne bazujące na poruszające się pływaki i cewki, a także elektrownie hydrauliczne, w których przypadku przelewające się szczyty fal napędzają turbinę.

Niezależnie od wybranej metody, aby energia mórz i oceanów mogła zacząć być stosowana na naprawdę dużą skalę, trzeba rozwiązać istotne kwestie.

Jak pozyskać energię z mórz i oceanów, nie dokonując jednocześnie zamachu na kolejne środowisko – to problem, z którym muszą zmierzyć się naukowcy

Testowano już w praktyce różne metody, za każdym razem mierząc się z wyzwaniami. Niebagatelne znaczenie mają koszty. Pozyskiwanie energii musi być tanie, aby jej zastosowanie miało ekonomiczne uzasadnienie. Powinno też być efektywne, a także – co szczególnie istotne – bezpieczne dla środowiska. Póki co niebieska energia wydaje się nie spełniać żadnego z tych kryteriów. W przyszłości powinno się to zmienić – ale na ten etap trzeba jeszcze poczekać.

Podwodne turbiny, a w szwedzkim przypadku nawet podwodne latawce, specyficzne i rozległe konstrukcje, długie rury – prawdziwe wyzwanie polega na tym, by sprawić, aby żadne z tych elementów nie kolidowały ze środowiskiem naturalnym. Aby nie zagrażały podwodnemu życiu – bo w ten sposób zaszkodzimy nie tylko organizmom morskim, ale i samym sobie. Przed badaczami mnóstwo problemów, ale i szansa na to, by dokonać czegoś naprawdę wielkiego.


Źródła: [1] Prof. nadzw. dr hab. inż. Z. J. Małecki, Leksykon odnawialnych źródeł energii – energia wodna, [2] Encyklopedia.pwn.pl,
Zdjęcie tytułowe: Morze Egejskie (fot. Olaf Czubla)

Napisz komentarz