Posibil răspuns la criza energetică: bateriile pe bază de apă - video

Statisticile arată că, la nivel mondial, între 1972 şi 2002, consumul de electricitate s-a dublat. În 2003, consumul anual mondial de energie era de 12.000 GW (adică un milion de MW sau, altfel, 1 miliard de kW). Consumul anual actual la nivel global este echivalentul a 12.000 de reactoare nucleare de 1 GW. Previziunile arată că în viitor, în anul 2050, consumul energetic mondial se va dubla din nou, atingând valoarea de 24 TW. În aceste condiţii, necesitatea folosirii unor surse de energie alternativă este vitală.

În cercetarea energiilor alternative, una dintre pistele de lucru este aceea a energiei solare. Cu toate că energia solară este cunoscută de foarte multă vreme, ea este totuşi destul de puţin folosită. Soarele trimite către Pământ o cantitate imensă de energie. Unele calcule arată că Terra primeşte de la Soare 12.200 GW într-o singură oră, adică aproape cam tot atât cât consumă întreaga noastră civilizaţie, considerând toate formele şi sursele de energie, într-un an întreg! Radiaţia care cade pe Terra într-o singură oră ar fi suficientă aşadar pentru a acoperi întreg consumul pe un an; noi totuşi nu reuşim nici să folosim, nici să stocăm în mod eficient nici măcar o miliardime din această cantitate de energie. (Unele estimări arată că, în prezent, contribuţia energiei solare la energia mondiala este de doar 0,1 %, de zece ori mai puţin decât cea eoliană. Ea contribuie, la nivel global, cu 8,7 GW. Japonia este statul cu cea mai mare contribuţie de energie solară în consum, iar industria energiei solare este într-o creştere fără precedent, cu până la 80% anual.)

Energia solară utilizează celulele voltaice (sau celulele solare) care convertesc energia radiaţiei luminoase direct în curent electric. Ele au început să fie utilizate începând din 1958, pentru sistemele de alimentare a sateliţilor ce orbitează în jurul Terrei, pentru mijloace de transport de putere mică şi în alimetarea cu o parte din energia electrică şi agent termic a locuinţelor.

Energie doar până la asfinţit

Randamentul de transformare a energiei solare în curent electric nu a depăşit până acum 20%. În luna iunie a anului 2004, câţiva cercetători de la Freiburg anunţau un fapt spectaculos atunci: reuşiseră, prin intermediul unor celule solare din siliciu multicristalin, să atingă un randament care să permită transformarea a 20,3% din radiaţia solară în energie electrică.

O altă problemă cu care s-a confruntat industria acestui sector a fost elaborarea unor soluţii de stocare a energiei solare. Câtă vreme soarele este sus pe cer, energia solară se dovedeşte a fi o soluţie foarte bună, însă după apus, sau pe timpul zilei, în situaţia unei perioade de timp în care norii acoperă astrul, producerea curentului electric vădeşte necesitatea unor noi soluţii tehnice.

„Despicarea“ electrică a apei

Electroliza este un proces cunoscut de secole. În esenţă, el surprinde un proces prin care, trecerea unui curent electric printr-o substanţă compusă determină descompunerea moleculelor ei. Chiar termenul electroliză este unul compus. Lysis în limba greacă înseamnă „a tăia“, sau „a despica“, electoliza fiind deci procedeul de „despicare“ a constituienţilor substanţei compuse. Electroliza se produce prin intermediul a doi electrozi, unul pozitiv (anod) şi unul negativ (catod), prin care circulă curent electric. În urma electrolizei, din substanţa compusă sunt extraşi ioni (atomi de substanţă care posedă sarcină electrică pozitivă sau negativă, sau altfel spus, atomi cărora le prisosesc sau le lipsesc electroni).

Probabil, cel mai cunoscut proces de electroliză este cel al apei, prin care ionii de hidrogen şi cei de oxigen sunt separaţi din legăturile moleculei de apă. Pentru că apa este o substanţă stabilă, separarea ionilor de hidrogen şi de oxigen nu poate fi făcută decât utilizând energie, în forma unui curent electric aplicat electrozilor. Apa pură nu este foarte bună conducătoare de energie, şi din acest motiv, pentru a-i spori conductivitatea, se dizolvă în ea un catalizator. De asemenea, reuşita electrolizei depinde şi de cei doi electrozi. În urma acestui proces, fiecare două molecule de apă sunt separate în două molecule de hidrogen şi una de oxigen.

Pe de altă parte, când sunt puse împreună, moleculele de oxigen şi cele de hidrogen reacţionează, formând apă şi degajând o cantitate importantă de energie. Aceste procese erau cunoscute de mult timp, însă randamentul lor scăzut nu le-a recomandat, în această formă, ca soluţii viabile de energii alternative.

Revoluţie în producţia de energii alternative

O combinaţie reuşită a acestor două tipuri de reacţii - electroliza apei, separarea ionilor de hidrogen şi oxigen, şi reacţia lor pentru degajare de energie, cu aportul de energie solară, reprezintă una dintre descoperirile majore în materie de energii alternative, făcute în urmă cu o săptămână.

Massachusetts Institute of Technology a anunţat de curând ca a pus la punct o metodă cu adevărat revoluţionară de a stoca energia solară cu costuri deosebit de mici. Soluţia găsită este promiţătoare, anunţând energia solară drept una dintre sursele principale de energie ale viitorului. Cercetătorii au încercat să rezolve problema depozitării energiei solare, un proces de altfel costisitor şi cu un randament destul de scăzut. Ei au fost inspiraţi, în elaborarea acestei soluţii, de procesul fotosintezei prezent în viaţa plantelor. Prin intermediul unui curent electric (asigurat prin transformarea energiei solare) apa este supusă procesului de electroliză. Anumite tipuri de electrozi şi folosirea unor catalizatori speciali, care sunt parte importantă din succesul acestei descoperiri, pot facilita separarea hidrogenului de oxigen, în aşa fel încât necesarul de energie să fie destul de mic, putând fi acoperit doar din curentul furnizat de energia solară. Electroliza apei dă naştere la oxigen şi hidrogen. Pe timpul nopţii, când lumina solară nu mai există, oxigenul si hidrogenul pot fi re-combinate într-o incintă de alimentare, producând din nou, prin intermediul unui mecanism de conversie, energie electrică. În acest fel, energia solară este stocată, pe timpul zilei, în forma unor rezerve separate de hidrogen şi oxigen extrase din apă, iar recombinarea lor poate disponibiliza din nou energia înmagazinată.

Soluţia este simplă şi practică, deoarece pe durata zilei, când există suficientă lumină solară, posesorii unui astfel de sistem pot utiliza energia solară pentru a-şi asigura necesarul de electricitate, agent termic, dar şi pentru a disocia hidrogenul de oxigen în electroliza apei. Pe timpul nopţii, hidrogenul şi oxigenul obţinute din apă vor fi recombinate, pentru a asigura o parte din necesarul energetic al locuinţei. Soluţiile găsite de cercetători fac din această tehnologie una foarte uşor de aplicat, în condiţii de temperatură şi presiune normale, ca cele dintr-o locuinţă, cu ajutorul unei ape cu pH neutru.

În următorul deceniu, susţin cercetătorii, locuinţele şi birourile ar putea utiliza din plin acest nou tip de energie verde.