מיכל ביוגז, פאנלים פוטו-וולטאיים וטורבינת רוח. צילום: wikipedia.org
ב-8 באוקטובר 1975, נאם האקדמאי פיוטר ליאונידוביץ' קפיטסה במושב מדעי שהוקדש למלאת 250 שנה לאקדמיה למדעים במדינה. האקדמאי, שיוענק לו פרס נובל לפיזיקה שלוש שנים מאוחר יותר, קרא דו"ח רעיוני שבו, בהתבסס על עקרונות פיזיקליים בסיסיים, הוא קבר כמעט את כל סוגי ה"אנרגיה האלטרנטיבית". המדען עשה חריג רק עבור היתוך תרמו-גרעיני מבוקר.
כמעט חצי מאה לאחר מכן, המצב השתנה. למרות שחלקה של אנרגיה חלופית עדיין אחראי לייצור חשמל לא מספיק, ההתפתחות והצמיחה של כיוון זה ברורות. לפי חברת הנפט והגז בריטיש פטרוליום, בשנת 2019, ייצור מקורות אנרגיה מתחדשים חלופיים (למעט תחנות כוח הידרו גדולות) הגיע ל-10,4 אחוזים מייצור החשמל העולמי. בפעם הראשונה, אנרגיה חלופית עלתה על האנרגיה הגרעינית במדד זה.
על מה דיבר האקדמאי פיוטר קפיטסה
אנרגיה חלופית היא קבוצה גדולה של דרכים מבטיחות להשיג, להעביר ולהשתמש באנרגיה (לעיתים קרובות אנחנו מדברים על מקורות מתחדשים). העניין העיקרי של סוג אנרגיה זה נובע מרווחיות השימוש והסיכון הנמוך לפגיעה בסביבה.
שיקוליו של המדען והאקדמיה המפורסם התבססו על העובדה שלא משנה באיזה מקור אנרגיה אנו רואים, תמיד ניתן לאפיין אותו באמצעות שני פרמטרים עיקריים: קצב העברת האנרגיה (התפשטות) וצפיפות האנרגיה - כלומר, הכמות שלה. ליחידת נפח. המכפלה של שתי הכמויות המצוינות ייתן את תפוקת ההספק המרבי שניתן לקבל ממשטח יחידה בעת שימוש באנרגיה כזו או אחרת.
פיוטר קפיטסה אמר שצפיפות האנרגיה הסולארית זניחה. במקביל הוא מתפשט במהירות אדירה - מהירות האור. לכן שטף השמש המגיע לכדור הארץ אינו קטן כלל, הוא מספק חיים לכל החיים על הפלנטה שלנו. עם זאת, המדען האמין שאנרגיה סולארית כמקור האנרגיה העיקרי עבור כל האנושות היא מאוד לא יעילה.
פיוטר ליאונידוביץ' קפיטסה בשנות ה-1930
כפי שאמר האקדמאי קפיטסה, בגובה פני הים, תוך התחשבות בהפסדים באטמוספרה של כדור הארץ, אדם יכול בסופו של דבר להשתמש בשטף של 100-200 ואט למ"ר. באותה תקופה, היעילות של מכשירים שהמירו אנרגיית שמש לחשמל הגיעה ל-15 אחוזים.
על מנת לכסות רק את הצרכים הביתיים של משק בית אחד, יידרשו לוחות של 40-50 מ"ר. על מנת להחליף את כל מקורות הדלקים המאובנים הקיימים על פני כדור הארץ באנרגיה סולארית, יהיה צורך לבנות תחנת כוח שתתפוס את כל החלק היבשתי של קו המשווה, בעוד שרוחב הפאנלים הסולאריים יגיע ל-50–60 ק"מ. האקדמיה חשבה שפרויקט כזה אינו בר מימוש, לא מטכני, ולא כלכלי, ועוד יותר מסיבות פוליטיות.
כמעט חצי מאה לאחר מכן, המספרים נותרו כמעט ללא שינוי. לרוב הפאנלים הסולאריים בתנאים רגילים יש יעילות של 15-20 אחוז (בעוד שדגימות עם יעילות של 25-30 ואפילו 45 אחוז פותחו ונבדקו בניסוי). אבל צריכת החשמל על ידי מכשירי חשמל מודרניים הופחתה באופן משמעותי. מגמת ההתייעלות האנרגטית נקבעה ונשמרה בכל העולם.
נכון, לאנרגיה סולארית באמת עדיין חסרים כוכבים מהשמים, למרות שהיא קיבלה תנופה עצומה בפיתוח. אבל, כמו קודם, הוא לבדו אינו מסוגל להחליף את כל הצרכים של תושבי כדור הארץ, אולם עד כה משימה כזו אינה עומדת בפני האנושות.
קפיטסה דחה אנרגיה גיאותרמית מסיבות גיאוגרפיות ברורות למדי. ניתן לפתח אותו ביעילות רק במקומות עם פעילות וולקנית. דוגמאות כאלה אכן מוצלחות, אבל בהיקף מוגבל. יחד עם זאת, לאנרגיה כזו היו יתרונות: היא אינה תלויה במזג האוויר, בעונה, יצירת אנרגיה גיאותרמית יכולה להתבצע באופן רציף, והעתודות שלה, למעשה, בלתי נדלות.
תחנת כוח גיאותרמית Nesavetlir באיסלנד
בלתי נדלה, בנוסף לאנרגיה סולארית וגיאותרמית, הן גם עתודות מים. ניתן להשתמש ביעילות בכוח ההידרו המתקבל מסגירת נהרות ובזמן גאות ים. באמצע שנות ה-1970, אנרגיית המים היוותה 5 אחוזים מתמהיל האנרגיה. קפיטסה האמין שיהיה קשה ביותר להגדיל חלק זה, שכן רק נהרות מסוימים מתאימים להקמת תחנות כוח הידרואלקטריות חזקות, רצוי באזורים הרריים.
האקדמיה חשבה שהשימוש באנרגיית הרוח אינו מוצדק מספיק מבחינה כלכלית בשל הצפיפות הנמוכה של זרימת האנרגיה. יחד עם זאת, קפיטסה האמין כי השימוש במקורות אנרגיה חלופיים יכול להיות מבוקש לצרכים ביתיים, אך הוא סבר שהיקף השימוש כזה הוא קטן.
כמעט חצי מאה לאחר מכן, ניתן לקבוע כי חלק מהמדינות השיגו הצלחה בשימוש במקורות אנרגיה חלופיים בשל מיקומן הגיאוגרפי ואוכלוסייתן הנמוכה, כמו איסלנד. כל החשמל במדינה זו מופק ממקורות מתחדשים (70 אחוז - חשמל הידרואלקטרי, 30 אחוז - אנרגיה גיאותרמית). אבל ההצלחות של אנרגיית הרוח כנראה יפתיעו יותר מכל את פטר ליאונידוביץ'. כיום, טחנות רוח מהוות נתח עצום מייצור החשמל במספר מדינות באירופה, וזה רחוק מצריכה ביתית.
סיכויים לאנרגיה חלופית כיום
כיום, הסיכויים לאנרגיה חלופית נראים הרבה יותר עדיפים מאשר לפני חצי מאה בלבד. זה נובע בעיקר מהתפתחות הטכנולוגיה, המדע והטכנולוגיה. במדינות מפותחות, חלקה של אנרגיה חלופית גדל בהדרגה, בעיקר בייצור חשמל. לדוגמה, בארצות הברית, תרומתה של אנרגיה חלופית לייצור חשמל בשנת 2017 נאמדה ב-17,1 אחוזים (בהתחשב בהפעלת תחנות כוח הידרואלקטריות גדולות). וזו לא תוצאה יוצאת דופן.
באירופה הנתונים גבוהים בהרבה במספר מדינות. לדוגמה, במחצית הראשונה של 2020, מקורות אנרגיה מתחדשים היוו 56 אחוז מייצור החשמל בגרמניה. יחד עם זאת, במדינה האירופית הזו, רק 4 אחוזים הגיעו מתחנות כוח הידרואלקטריות קלאסיות, 52 אחוזים היו ממקורות חלופיים, מהם אנרגיה סולארית היוותה 11,4 אחוזים, והרוח היוותה 30,6 אחוזים מייצור החשמל.
טורבינות רוח ליד החוף הדני. צילום: wikipedia.org
בחלק ממדינות אירופה, ייצור החשמל ממקורות אנרגיה מתחדשים גבוה אף יותר. המנהיגים הם מדינות סקנדינביה. לדוגמה, שוודיה שמה לעצמה יעד שאפתני לבטל לחלוטין את השימוש בדלק פחמן עד 2040.
דנמרק, הדרומית ביותר מבין מדינות סקנדינביה, מציבה גם יעדים שאפתניים להפחתת פליטת ה-CO2030 שלה ב-2% עד 70 בהשוואה לרמות של 1990. גם כאן מיושמת תוכנית רחבת היקף לפיתוח אנרגיית רוח. בסוף 2019, חלקה של אנרגיית הרוח בייצור החשמל בדנמרק הגיע ל-55,2 אחוז, וזו כבר תוצאה מצוינת.
תוכניות שאפתניות מאוד לפיתוח אנרגיה חלופית מוכרזות היום גם על ידי סין, שהיא עדיין צרכנית הפחם העיקרית בעולם. יחד עם זאת, פחם הוא אחד הדלקים המאובנים המלוכלכים ביותר עבור האקולוגיה של כדור הארץ. למרות שגם כאן כדאי לעשות התאמה לזמן. לרוב תחנות הכוח התרמיות הסיניות המודרניות יש מסנני ניקוי מצוינים וממזערות נזקים למערכת האקולוגית.
לפי מומחים סינים, עד שנת 2050 על המדינה לצמצם את ייצור האנרגיה מתחנות כוח פחמיות ל-30-50 אחוז מצריכת האנרגיה הכוללת. 50-70 האחוזים הנותרים מתוכננים להיות מסופקים על ידי שימוש בגז טבעי, נפט, כמו גם מקורות אנרגיה מתחדשים, לרבות אנרגיה גרעינית, כוח מים, אנרגיית רוח ואנרגיה סולארית.
במהלך השנים האחרונות, סין כבר הייתה המובילה בעולם במונחים של קיבולת מותקנת במגזרי אנרגיה הידרומית, כוח הרוח וייצור פוטו-וולטאיים. ייצור האנרגיה המתחדשת של סין הגיע ל-2020 טריליון קילו-וואט בשנת 2,2, המהווה סך של 29,5 אחוזים מצריכת החשמל הכוללת של המדינה, על פי ג'אנג ג'יאנהואה, ראש מינהל המדינה לענייני אנרגיה של הרפובליקה העממית של סין. זה 9,5 אחוז יותר ממה שהמדינה יכולה לייצר בעזרת RES ב-2012.
פנורמה של חוות רוח במחוז שאנשי, סין. צילום: wikipedia.org
יחד עם זאת, בניגוד למדינות סקנדינביה, לסין יש סיכויים טובים יותר לפיתוח אנרגיה סולארית. בסוף 2020 הופעלה בסין תחנה סולארית בהספק של 2,2 GW. מתקן תשתית האנרגיה ממוקם במדבר העצום של מחוז צ'ינגהאי. בנוסף לתאי פוטו ישירים, התחנה מצוידת במערכות אחסון אנרגיה. התחנה חוברה לאזורים מיושבים בצפיפות של האימפריה השמימית בעזרת קו מתח גבוה במיוחד - 800 קילו וולט.
באופן מסורתי, מוקדשת תשומת לב רבה לנושאי אנרגיה ירוקה בארצות הברית. שם זה לעתים קרובות סדר היום של הבחירות לנשיאות. עם התוכנית להחדרת דלק ביולוגי, דיבר ג'ורג' וו. בוש. הנשיא האמריקני החדש ג'ו ביידן גם מקדם באופן פעיל רעיונות לאנרגיה ירוקה. הוא היה מוכן להשקיע שני טריליון דולר בהעברת אנרגיה לאומית למקורות ידידותיים לסביבה, בעוד שמעבר מלא מתוכנן להתבצע עד 2035.
לא סביר שהתכניות הללו ימומשו במלואן, אבל המומנטום ברור למדי. חברות במגזר האנרגיה הירוקה הגיבו בעליית מניות לבחירתו של ביידן. כל השאלה היא באיזו מידה ניתן יהיה ליישם תוכנית שאפתנית, שכן היסטוריה עם דלק ביולוגי, למרות שהוא קיבל התפתחות רצינית בארצות הברית, אבל לא הגיע לנתונים שהודיע בוש.
סיכויים לאנרגיה חלופית ברוסיה
ברוסיה, כמו גם בכל העולם, הם מבינים את הצורך לפתח אנרגיה חלופית ולהפחית את ההשפעה השלילית על הסביבה. יחד עם זאת, רוסיה לא עשתה שום התקדמות רצינית בתחום זה.
אחד הבלמים העיקריים לפיתוח כיוון זה נקרא באופן מסורתי נוכחות בארץ של עתודות גדולות של דלק אורגני. מתוך סך משאבי האנרגיה של רוסיה בשנת 2012, רק 4 אחוזים הגיעו ממקורות מתחדשים, מתוכם 2/3 הופקו על ידי כוח מים.
במבנה ייצור החשמל המצב טוב יותר בגלל תחנות כוח הידרואלקטריות שייצרו כ-2020 אחוזים מכלל החשמל ב-20, עוד 12 אחוז מגיעים מתחנות כוח גרעיניות, רק 0,55 אחוז מאנרגיית השמש, ו-0,07 אחוז מאנרגיית רוח. (בטווח הטעות). רוב החשמל ברוסיה עדיין מופק על ידי תחנות כוח תרמיות - 67 אחוז.
תחנת הכוח הסולארית הגדולה ביותר ברוסיה "פרובו" בחצי האי קרים. צילום: Activ Solar / flickr.com
מתוכנן לתקן מצב זה באמצעות פיתוח תוכניות אנרגיה מתחדשת. עד 2035, היקף התמיכה של המדינה רק בפרויקטים בתחום זה אמור להסתכם ב-360 מיליארד רובל. בתחילת יוני, 2021 האתר הרשמי של ממשלת הפדרציה הרוסית מדווח על כך. זוהי התוכנית השנייה לפיתוח אנרגיה מתחדשת ברוסיה, הראשונה אמורה להסתיים ב-2024.
כפי שדווח בעבר על ידי משרד האנרגיה, בשנים 2023-2035, רוסיה צפויה להפעיל כ-2,4 GW של חשמל סולארי, 4,1 GW של אנרגיית רוח ו-0,2 GW של תחנות כוח מים קטנות. בסך הכל, עד שנת 2035, מתכננת רוסיה להכניס קיבולת של כ-6,7 ג'יגה-וואט המופקת ממקורות אנרגיה מתחדשים, שבמקרה הטוב יהיו כ-4 אחוזים ממאזן האנרגיה של המדינה.
לשם השוואה: בסין, עד 2035, נתח זה אמור לעלות על 25 אחוזים והוא כבר עומד על 15 אחוז. בסוף 2020, הקיבולת הכוללת של אנרגיית השמש של סין הייתה 253,4 GW, אנרגיית רוח - 281,6 GW.