Cu 70% din suprafața Pământului acoperită de oceane, puterea valurilor ar putea fi una dintre cele mai mari resurse energetice ale noastre. Dacă ai fost vreodată doborât de un val mare, ai simțit o picătură a acelei puteri.
Timp de decenii, oamenii de știință și inginerii s-au uitat la vastele noastre oceane și au visat la modalități de a extrage o mică parte din acea energie. Într-o eră a conștientizării schimbarii climatei găsirea unor modalități de a face acest lucru înseamnă, în sfârșit, mai multă atenție.
Planul de acțiune pentru clima oceanică al administrației Biden dezvăluie modul în care oceanul deține un potențial important pentru energie regenerabilă, atât din energia eoliană offshore, cât și din surse mai puțin explorate, cum ar fi valurile, mareele și curenții. Chiar și apele mai reci care se află adânc sub mările tropicale ar putea furniza energie marină curată.
Planul cunoaște un efort ambițios care se apropie de finalizare în largul coastei Oregonului, unde 10 km de conducte au fost așezate pe fundul Oceanului Pacific, folosind tehnici de foraj orizontale de pionierat. În curând, cablurile groase vor fi trecute prin acea conductă pentru a conecta continentul la PacWave, un banc de testare experimental în larg construit pentru a dezvolta și demonstra o nouă tehnologie care transformă puterea valurilor în electricitate pe uscat.
Odată complet operațional (începând cu 2025), PacWave ar putea genera până la 20 de megawați, suficient pentru a alimenta câteva mii de case. „Sunt foarte entuziasmat de energia valurilor, deoarece resursa este atât de mare”, a spus Levi Kilcher, un om de știință senior la Laboratorul Național de Energie Regenerabilă.
Kilcher a fost autorul principal al raportului NREL din 2021 care a compilat date disponibile despre sursele de energie marine din SUA, inclusiv valuri, maree și curenți oceanici. Echipa a descoperit că potențialul energetic total este egal cu mai mult de jumătate (57%) din energia electrică generată în SUA într-un singur an.
Deși site-urile experimentale precum PacWave indică o modalitate eficientă de a colecta puterea valurilor și ar putea facilita descoperiri, energia valurilor mai are un drum de parcurs înainte de a deveni o sursă semnificativă de energie electrică. Deși valurile sunt constante, ele nu sunt identice, reprezentând o provocare cheie în proiectarea unei mașini care să le capteze energia.
„Încercați să reglați [abordarea tehnologică] astfel încât să puteți profita de aceste tipuri de valuri schimbătoare”, a spus Andrea Copping, cercetător senior la Laboratorul Național Pacific Northwest.
Abordările diferite ale captării energiei valurilor includ dispozitive care călătoresc pe vârful valurilor sau cele care traduc undele de presiune puse pe fundul mării în putere. O altă abordare implică dispozitive numite coloane de apă oscilante, care comprimă aerul pe măsură ce valurile trec prin ele. Aerul comprimat învârte o turbină și generează energie.
Energie din adâncuri
Valurile sunt doar o sursă potențială de energie marină pe care oamenii de știință și oficialii o investighează.
Copping spune că există un interes reînnoit pentru o altă formă de energie marină: conversia energiei termice oceanice sau OTEC, care implică ridicarea de apă mai rece din părțile mai adânci ale oceanului. Acest flux rece trece apoi printr-un proces de schimb de căldură cu apă de suprafață mai caldă, similar modului în care pompele de căldură de acasă schimbă aer cald și rece. Acest proces conduce o turbină pentru a genera electricitate.
Tehnologia OTEC a fost pionierată în anii 1970, când prețurile la energie au crescut, dar nu a prins niciodată cu adevărat. Potrivit Copping, schimbările climatice au condus la o atenție sporită asupra OTEC, care ar putea fi potrivită pentru insule precum Puerto Rico, Guam și națiunile mici din Pacificul de Sud.
„Există un interes real și chiar credem că de data aceasta va merge”, a spus Copping.
O mică fabrică OTEC funcționează în Hawaii de ani de zile. Copping consideră că noile angajamente din partea guvernului SUA sunt promițătoare pentru viitorul tehnologiei, care a cunoscut, de asemenea, un interes semnificativ în Japonia și alte națiuni din jur.
Este posibil ca preocuparea față de schimbările climatice să deblocheze noi surse de finanțare pentru OTEC. Între timp, construirea de facilități mai mici (10 megawați sau mai puțin) și punerea lor pe uscat în loc să plutească pe ocean face tehnologia mai accesibilă, a spus Copping.
Există, de asemenea, un bonus suplimentar că conductele de apă rece se pot dubla ca o formă de aer condiționat în zonele tropicale unde OTEC funcționează cel mai bine.
Purtați de flux
O mare parte a coastei SUA, cum ar fi Alaska, nord-vestul Pacificului și țărmurile stâncoase ale Maine, au climate în care există puține șanse de a găsi apă de suprafață suficient de caldă pentru OTEC. Din fericire, unele dintre aceste locuri sunt optime pentru a genera energie dintr-o sursă care se bazează pe apă mai puțin adâncă: mareele.
Crescând în Alaska, Kilcher a fost întotdeauna fascinat de puterea mareelor. Dar nu avea idee că Cook Inlet din apropiere este considerat unul dintre locurile ideale din lume pentru valorificarea energiei lor. Când Kilcher a început să lucreze la Laboratorul Național de Energie Regenerabilă, a fost surprins când colegii săi l-au informat că acest oraș natal Homer, Alaska, se numără printre cele mai bune puncte de energie mareale din lume.
Când vine vorba de transformarea mișcărilor oceanului în energie electrică, tehnologia energiei mareelor este cea mai dezvoltată – este cam la fel de simplu ca așezarea turbinei potrivite la locul potrivit în apă. O serie de proiecte privind energia mareelor au fost deja implementate în Europa și în alte părți, precum și în aplicații de nișă din întreaga lume.
Energia mareelor este yin-ul yang-ului energiei valurilor. Valurile pot fi oriunde și peste tot, dar sunt greu de prezis. Mareele sunt o cantitate cunoscută în mare parte și sunt globale, dar potențialul lor de putere este limitat la câteva locuri foarte specifice. Debitele rapide necesare pentru a genera energie se găsesc de obicei doar în canale înguste sau între insule și continent. Totuși, acolo unde funcționează energia mareelor, este o formă foarte fiabilă de energie regenerabilă.
„Un lucru care face ca energia mareelor să fie deosebit de atractivă este că este previzibilă 100%”, a spus Kilcher.
Unele experimente mai mici sunt efectuate cu alte caracteristici consistente ale oceanelor, în afară de maree, cum ar fi curenții lor majori, cu mișcare lentă. Kilcher a remarcat că cercetările sunt în curs de desfășurare în largul coastei din sud-estul SUA pentru a examina cât de multă putere poate fi extrasă de la curenți înainte de a afecta modelele de circulație a căldurii în Atlanticul de Nord.
„Nu vrei să extragi atât de multă energie încât Gulf Stream să înceapă să se închidă”, a spus el. „Acestea sunt genul de întrebări de cercetare științifică la care ne uităm”.
Energia eoliană offshore
Până acum, tragerea efectivă a puterii din ocean are mai puțin de-a face cu apa decât cu aerul de deasupra acestuia. Energia eoliană offshore este de departe cea mai productivă sursă de energie pe care o transferăm de la ocean la uscat.
„Eolianul offshore este, fără îndoială, cea mai matură tehnologie”, a spus Bryson Robertson, directorul Pacific Marine Energy Center de la Oregon State University. „Lucrăm la sisteme de energie eoliană chiar de la nașterea civilizației. Am condus barci cu pânze și am folosit mori de vânt pentru a măcina grâul”.
Turbinele eoliene mari, generatoare de energie, ancorate pe fundul mării, au devenit o priveliște familiară în largul coastei statelor din nord-est și în alte locații. Robertson spune că turbinele eoliene plutitoare offshore sunt o tehnologie mai nouă, promițătoare, care ar putea ajuta la creșterea cantității de electricitate pe care o extragem literalmente din aer.
Vântul este mai consistent în larg, iar infrastructura plutitoare poate fi desfășurată în mai multe părți ale lumii și pe mările mai adânci. Și turbinele mai înalte ar putea accesa vânturile de mare altitudine în locații care nu sunt vizibile publicului.
Robertson consideră că oportunitățile de a genera mai multă energie eoliană din infrastructura plutitoare sunt suficient de semnificative pentru a face o scădere reală în emisiile de carbon.
Un mediu dur
Spre deosebire de dezvoltarea unei noi aplicații mobile sau chiar a unui telefon mobil, construirea infrastructurii pentru a extrage energie dintr-unul dintre cele mai neospitaliere și neîmblânzite medii de pe Pământ poate fi un proces lent și dificil.
„Știm mai puține despre aceste creșteri ale mareelor, aceste zone cu valuri mari pentru că rămânem în afara lor”, a spus Copping. „Acesta este unul dintre motivele pentru care acest lucru necesită timp. Dar uită-te doar la ocean – este greu să nu vezi potențialul energetic”.
Există, de asemenea, o serie de alte considerații, inclusiv impactul pe care infrastructura energetică marină le-ar putea avea asupra vieții sălbatice, a mediului mai larg, a populațiilor locale, a pescuitului și a altor industrii.
„Cred că cea mai mare problemă este incertitudinea”, a adăugat Robertson. „Nu am făcut acest lucru la scară până acum, deci care vor fi impacturile asupra mediului?”
El spune că procesul de politică poate fi lent din motive întemeiate, dar nevoia de energie marină este încă urgentă.
„Trebuie să găsim o modalitate de a implementa tehnologia mai rapid, în timp ce suntem conștienți de mediu”, a spus el. „Trebuie doar să găsim o modalitate de a accelera acest proces dacă vom avea un impact măsurabil asupra schimbărilor climatice”.