Gaja – matka Ziemia

 Gaja – matka Ziemia

Znany angielski chemik James Lovelock (wym. Lawlok), członek szacownego Towarzystwa Królewskiego w Londynie, jest jednym z niewielu uczonych świata, którzy pracują we własnym, prywatnym laboratorium. W swej posiadłości we wsi Bowerchalke prowadzi on badania na zlecenia różnych wielkich firm, jak na przykład Schell Oil. Pewnego dnia ten niespełna sześćdziesięcioletni uczony obejrzał fotografię ziemi wykonaną przez sztucznego satelitę i doszedł do arcyciekawych wniosków. Zauważył bowiem zadziwiające podobieństwo planety otulonej płaszczem atmosfery do żyjącego organizmu, na przykład do ślimaka w skorupie.
Wówczas, jak powiada sam uczony, narodziła się fascynująca koncepcja ścisłej zależności żyjących organizmów - biosfery i środowiska naturalnego. Dotychczas uważano (i wielu badaczy nadal tak sądzi), że środowisko naturalne decyduje o tym, które organizmy mogą na Ziemi przeżyć, a które wymrą. Hipoteza Lovelocka głosi, że wszystkie żyjące organizmy, lądy, oceany i atmosfera tworzą jakby gigantyczny makroorganizm nazwany przez niego „Gaja” od imienia bogini Ziemi czczonej przez starożytnych Greków. Teraz uczony chętnie pozuje do zdjęć u stóp rzeźby Gai, którą ustawił w ogrodzie swej posiadłości.
Według Lovelocka, żyjące organizmy mogą zmieniać swe środowisko i kontrolują skład atmosfery ziemskiej, tak by z jednej strony uchronić glebę od spalenia promieniami Słońca, a z drugiej – nie dopuścić do jej zlodowacenia. Życie powstało na Ziemi jakieś 3,5-4 miliardów lat temu i zdaniem Lovelocka, pierwsze kroki uczynione przez pierwotne mikroorganizmy to właśnie utworzenie ochronnej atmosfery. Skład chemiczny płaszcza otulającego Ziemię ulega ciągłym niewielkim zmianom i uzupełnieniom, tak aby temperatura powierzchni globu utrzymywała się w granicach umożliwiających życie. Jako jeden z dowodów na poparcie swej tezy Lovelock wykazał wraz z biologiem Lynnem Margulisem z Uniwerstytetu w Bostonie, że różne owady wytwarzają pokaźne ilości gazu metanu, który wędruje do stratosfery. Zapewnia to utrzymanie właściwej proporcji tlenu w dolnych warstwach atmosfery, czyli tam, gdzie przebywają organizmy żywe, poprzez odprowadzanie do góry nadmiaru szybko z nim reagującego wodoru. Gdyby nie to, mielibyśmy zamiast tlenu zwykłą wodę, która niezbyt nadaje się do oddychania, o czym wszyscy chyba dobrze wiedzą.
Innym dowodem jest to, że zgodnie z prawami chemii większość tlenu i azotu z atmosfery (a są to jej główne składniki) powinna się łączyć ze sobą i rozpuszczać w wodzie oceanów jako jon azotanowy. Tymczasem stężenie tlenu od tysięcy czy milionów lat nie ulega zmianie – jednym słowem jest on „sztucznie” wprowadzany do atmosfery przez procesy biologiczne.
Nie można odmówić Lovelockowi umiejętności kojarzenia faktów z różnych, dość odległych dziedzin wiedzy. Przecież biolodzy od lat wiedzieli, że owady wytwarzają metan, a badacze atmosfery, że w górnych jej warstwach – w stratosferze – występuje metan, lecz nie potrafili skojarzyć tych dwóch zjawisk ze sobą. Nawiasem mówiąc, to właśnie Lovelock odkrył, że gaz freon, uwalniany z puszek z chętnie stosowanymi przez nas aerozolami, poważnie zagraża warstwom ozonu chroniącego Ziemię i jej mieszkańców przed groźnym promieniowaniem kosmicznym.
Jeśli uczony ma rację, jeśli istotnie tworzymy wraz ze wszystkim, co nas otacza, jeden wielki organizm Gai, zastanówmy się, czy nie można by skorzystać z zawartych w nim źródeł energii. Czy naprawdę musimy szukać dziwnych dróg wyjścia z sytuacji – rozbijać lub łączyć jądra atomowe, wypalać drogocenne pokłady węgla i ropy naftowej? Pamiętajmy, że wprawdzie Gaja – to bogini Ziemi, ale równocześnie istota okrutna i mściwa, małżonka władcy świata Uranosa, która rozgniewana jego postępkami sprawiła, że utracił swój tron i zginął w mrokach niepamięci.
Spalanie węgla i ropy naftowej powoduje wydzielanie do atmosfery ogromnych ilości gazów i pyłów, co grozi zachwianiem odwiecznej równowagi w tak wielkim stopniu, że żywe organizmy mogą pewnego dnia nie sprostać zadaniu regulacji składu atmosfery i wszystko, na czym opiera się nasze istnienie, runie jak kostki domina czy domek z kart. Z kolei zatruwanie środowiska naturalnego odpadami promieniotwórczymi może także spowodować nieobliczalne wprost skutki. Zastanówmy się więc, czy można korzystać z różnych źródeł energii, które istnieją w organizmie Gai od miliardów lat, tak aby nie rozgniewać jej nie przemyślanymi postępkami. A możliwości rozsądnego postępowania jest sporo, o czym zaraz się przekonacie.
Gaja, którą będziemy więc teraz szczegółowo badać, to kula ziemska, z jej lądami i oceanami, rzekami i morzami, otoczona płaszczem atmosfery. Już najprymitywniejszy obserwator może zauważyć, że wszystko jest tu w ciągłym ruchu, który trwa od niepamietnych czasów, może nawet od miliardów lat. Ba, nawet sama twarda skorupa ziemi wydziela ciepło, a przecież ciepło to jedna z form energii! - można je zamieniać na elektryczność, czego dowodem są także liczne elektrownie.
Od bardzo dawna, odkąd istnieją kopalnie, ludzie wiedzieli, że tylko powierzchnia Ziemi zmienia swą temperaturę wraz z porami roku – czasem zamarza, niekiedy zaś jest tak gorąca, że aż trudno na nią stąpnąć bosą nogą. Ale im głębiej ludzie wkopywali się pod powierzchnię, tym bardziej temperatura rosła – w płytszych kopalniach trudno było zauważyć różnicę, lecz w głębszych ledwie można pracować. Przeciętnie, co jakieś 33 metry temperatura podnosi się mniej niż 1 stopień Celsjusza. Nie jest to dużo, lecz gdyby było więcej, nie moglibyśmy budować kopalni, w których pracują ludzie.
Istnieje jednak wiele wyjątków od tej reguły. W pewnych miejscach na kuli ziemskiej tamperatura podnosi się znacznie szybciej, na przykład w miasteczku Neuffem w Niemczech podnosi się ona o 1 stopień co niecałe 4 metry. To już jest coś, o czym można myśleć w związku z wykorzystaniem Ziemi, na przykład do ogrzewania wody. Ale warto chyba zastanowić się, co grzeje skały we wnętrzu Ziemi i dlaczego grzeje je nierównomiernie.
Zagadkę tę wyjaśniono dopiero w XX wieku, gdy fizycy ujawnili zjawisko rozpadu promieniotwórczego. Większość skał tworzących skorupę Ziemi to granit, który zawiera tylko nieznaczną domieszkę uranu. Ale jak wykazują dokładne obliczenia, już nawet tak niewielka ilość radioaktywnych atomów wystarcza do owego, jak byśmy powiedzieli, normalnego nagrzania skał. Jedyna jednak korzyść z tego ogrzewania, to ta, że nie trzeba zakładać kaloryferów w kopalniach.
Ciekawsze więc dla nas są wspomniane obszary nietypowe, gdzie coś grzeje skały silniej, niż by to czyniły rozpadające się pierwiastki promieniotwórcze. Co to takiego? Oczywiście, jak się to określa uczenie, działalność wulkaniczna. Ziemia, mimo iż jej powierzchnia na to nie wskazuje, ma w swym środku gorące, rozpalone jądro otoczone cienką, spękaną skorupą skalnych płyt, które powolnym ruchem przesuwają się po płynnym wnętrzu globu. Przez pęknięcia, rozdzielające wielkie płyty, na których leżą kontynenty i dna oceanów, gorąca lawa czy magma z wnętrza Ziemi przedostaje się bliżej powierzchni i jej wpływ na temperaturę gruntu zaczyna przewyższać wpływ pierwiastków radioaktywnych. Co ciekawe, wysoka temperatura utrzymuje się bardzo długo po wygaśnięciu wulkanów. Nawet jeśli czynne niegdyś wulkany wygasły już przed 7 milionami lat, i tak przy wierceniu okazuje się, że temperatura wzrasta znacznie szybciej niż tam, gdzie wulkanów nie było nigdy.
Lecz najpiękniej i najwidoczniej przejawia się ciepło wnętrza ziemi w pewnych okolicach, w których tworzą się tak zwane gejzery. Podróżnikom, którzy pierwsi dotarli do tych odległych okolic wydawało się, że stanęli u wrót piekieł. Bo jakże inaczej wytłumaczyć sobie widok cuchnących siarką rozpadlin skalnych, z których co pewien czas tryskają w górę fontanny gorącej wody i pary, sięgające nieraz dziesiątków metrów. Co prawda od dawien dawna znano już gorące źródła i syczące obłoki pary, wydobywające się z ziemi w Toskanii, około 100 kilometrów na południe od Florencji. Już Rzymianie korzystali z tych źródeł dla celów leczniczych. Ale w innych punktach naszego globu można dostrzec widoki zaiste przerażające.
Owe inne punkty to przede wszystkim wąwozy odległej Kamczatki, Nowa Zelandia, Islandia i zachodnie wybrzeże Stanów Zjednoczonych. Tam poprzez spękaną skałę woda, która niemal wszędzie znajduje się pod powierzchnią ziemi, dociera do bardzo silnie rozgrzanych obszarów. I cóż się wówczas dzieje? Każdy kto zna choć trochę fizykę, odpowie od razu – woda zamienia się w parę, gwałtownie zwiększa swą objętość i szuka dla siebie ujścia spod ziemi. Wypycha wówczas gorącą wodę, która jeszcze nie zdążyła zamienić się w parę i ze szczeliny skalnej tryska wspaniały pióropusz wrzątku i pary, nieraz nawet na 300 metrów w górę. Niektóre gejzery wybuchają co kilka godzin, z regularnością zegarka, inne są zdradliwe, nigdy nie wiadomo kiedy z ich wnętrza chluśnie wrzątek, który może dotkliwie poparzyć nieostrożnego a ciekawego człowieka, zaglądającego do jego wnętrza. No, ale nam to nie grozi, niestety, w Polsce gejzery nie istnieją.
Na Kamczatce, gdzie gejzerów są setki, trzeba bardzo uważać – przewodnicy chętnie pokazują na brzegu jednego z gejzerów ślady pazurów niedźwiedzia, zwierzęcia obeznanego z niebezpieczeństwami tej okolicy, który zaskoczony przez wybuch zsunął się do wrzącej czeluści. Gejzer ten znajduje się w odnalezionej niedawno przepięknej dolinie o krajobrazie jakby z innej planety. Jest ona skryta między górami i tak trudno dostępna, że wiele ekspedycji naukowych pracowało zaledwie o kilkanaście kilometrów od jej wylotu, nie przeczuwając nawet, jak ciekawe rzeczy kryje przed nimi zazdrosna przyroda.
Istnieje również na Kamczatce znacznie mniej malownicza dolina, którą przepływa niewielka rzeczka Paużetka, wpływająca do większej rzeki Oziornej. Dolinę i znajdujące się w niej osiedle nazwano Paużetska. Osiedle powstało w końcu lat pięćdziesiątych, zbudowane rękami komsomolskich ochotników, między innym po to, by mogli w nim zamieszkać pracownicy zatrudnieni w unikalnej elektrowni – nie ma w niej kotłów ani palenisk, a para jest doprowadzana do turbin wprost z wnętrza ziemi. Gorąca woda płynąca również z ujarzmionego gejzeru ogrzewa mieszkania, szklarnie, w których rosną różne egzotyczne jak na tę surową okolicę kwiaty i rośliny, a nawet drogę wiodącą z osiedla do elektrowni. Dzięki temu w czasie największych śniegów i najsroższych zim można przejść do pracy dosłownie w rannych pantoflach.
Pierwsza elektrownia geotermiczna (geos – znaczy po grecku ziemia, zaś termiczna to po prostu cieplna) zbudowana na Kamczatce pracuje do dziś, już niemal 10 lat, bez usterek, a podobne do niej powstały i w innych miastach, na przykład w Esso i Kliuczi. Cały wielki półwysep jest jednym laboratorium, w którym pracują naukowcy, badający sposoby lepszego wykorzystania ciepła ziemi. A problemów do rozwiązania jest jeszcze niemało, zresztą ludzie interesują się tymi zjawiskami już ponad 2 tysiące lat...
Już w III wieku przed naszą erą Rzymianie zażywali kąpieli leczniczych w słynnych gorących źródłach Toskanii. Przemysłowcy zainteresowali się tymi źródłami dopiero w początkach XIX wieku, kiedy znaleziono w gorących wodach różne związki chemiczne, na przykład kwas borowy. Pierwszy większy zakład wydobywający kwas borowy założył w 118 roku francuski emigrant Francois Larderel, a niecałe 30 lat później miejscowość, w której znajdował się ten zakład, nazwano od jego nazwiska – Larderello. Już w 1827 roku do ogrzewania kotłów w zakładach zaczęto tam z powodzeniem wykorzystywać parę wydobywającą się z wnętrza ziemi. Jest to data warta zapamiętania, jako historyczny moment pierwszego przemysłowego wykorzystania energii geotermicznej.
Następnym punktem zwrotnym jest rok 1904. Wtedy to ówczesny właściciel zakładów Piero Ginori Conti (wym. Konti) postanowił oświetlić Larderello elektrycznością. Kupił niewielką prądnicę, silnik parowy i doprowadził do niego parę spod ziemi. A już w rok później po tej pierwszej udanej próbie stanęła w Larderello pierwsza w świecie spora elektrownia geotermiczna. Zresztą do dziś gorące źródła Larderello nie straciły znaczenia. W okolicy znajduje się sześć dużych elektrowni, które dostarczają elektryczność na potrzeby kilku miast i to zupełnie za darmo.
Jednakże nie wszędzie i nie wszystkim szło tak łatwo. W Stanach Zjednoczonych odkryto w górach na północ od San Francisco Dolinę Gejzerów już w roku 1847 – dotarł tam podróżnik William Bell Elliott. W 75 lat później znaleźli się ludzie, którzy chcieli się dorobić na taniej elektryczności i zbudowali pierwszą elektrownię geotermiczną, jednak szybko zbankrutowali – kropelki wody porywanej przez parę niosły tak wiele różnych minerałów, że użyte przez nich rury i części turbin rdzewiały niemal w okamgnieniu. Odstraszyło to ich następców na ponad 30 lat.
Dziś, dzięki postępom techniki, nade wszystko kłopotom ze źródłami energii, już osiem państw wykorzystuje na znaczną skalę energię geotermiczną. Stolica niewielkiej Islandii, Reykjawik, jest ogrzewana wodą spod ziemi. Elektrownie istnieją w ZSRR, Japonii, Nowej Zelandii, Chinach, USA, Italii i Meksyku. Wszystkie kraje, w których były gejzery, nie oparły się pokusie wykorzystania ich jako źródeł energii.
A co mają czynić kraje, w których gejzery nie występują? Jak uczy doświadczenie geologów, często miejsca nawet pozornie całkiem wystygłe kryją pod ziemią skały rozgrzane w niepamiętnej przeszłości. W wielu miejscach istnieją też podziemne zbiorniki gorącej wody mające wielkość małych mórz. Trzeba ich tylko poszukać, czyli innymi słowy przeprowadzić dokładne badania geologiczne pozornie nieciekawych pokładów „zwykłych” skał, mierząc ich temperaturę. A gdy się już taką gorącą skałę znajdzie?
Trzeba wtedy wywiercić dwa otwory. Jednym z nich wprowadza się wodę pod ciśnieniem, a z drugiego jakby nigdy nic wylatuje z sykiem para. Brzmi to prosto, ale nie zapominajmy o rozlicznych trudnościach. Największą z nich jest odpowiednie uszczelnienie obu wywierconych przewodów, przez które przepływa woda i para pod ciśnieniem. Najciekawszym chyba rozwiązaniem jest opracowany niedawno świder, który nie wierci skał, tylko je stapia. Po jego przejściu powstaje otwór o gładkich ścianach, jakby wyłożonych szkliwem – niezwykle szczelną warstwą stopionego kamienia.
Ziemia kryje w sobie jeszcze wiele tajemnic i wiele krajów może liczyć na odkrycie źródeł taniej energii. Pewne jest, że za kilka czy kilkanaście lat na wszystkich kontynentach ruszą potężne siłownie geotermiczne. Nie będą one niestety w stanie zaspokoić wszystkich potrzeb energetycznych ludzkości, lecz trudno sobie wyobrazić takie pojedyńcze źródło, które zawładnęłoby energetyką całego świata.
Ale przewędrowawszy Kamczatkę, Islandię i inne dalekie i ciekawe krainy, nie zapominajmy o Polsce. Czy u nas energia geotermczna może mieć jakieś znaczenie? Znalezione w kraju zasoby gorących wód mają temperaturę zaledwie kilkudziesięciu stopni Celsjusza i nadają się co najwyżej na kąpiele lecznicze. Można by powiedzieć, że i to jest już coś. Przynajmniej zaoszczędzimy paliwa na podgrzewanie wody w uzdrowiskach w Sudetach – w Lądku i Cieplicach. Od dawna też słynny jest Ciechocinek ze swymi termami. Doniesienia geologów badających inne okoloce nie brzmią optymistycznie. Ale za to możemy spać spokojnie. Przynajmniej nie grożą nam trzęsienia ziemi ani wybuchy wulkanów. Przecież wszędzie tam, gdzie istnieją gejzery, ludzie żyją w ciągłym strachu, że spotka ich los na przykład mieszkańców Gwatemali czy Włoch, których tragedia z 1976 roku rozniosła się szerokim echem na cały świat. Nie ma tego złego, co by na dobre nie wyszło...
Warto jednak zwrócić uwagę na śmiały i nie tak nieprawdopodobny, jak by się na pierwszy rzut oka zdawało, pomysł trzech uczonych amerykańskich – G. Kennedy'ego, D. Stewarta (wym. Stiuart) i J. Burnhama (wym. Bernam). Zaproponowali oni, ni mniej ni więcej, by utworzyć sztucznie rozpalone ognisko skalne na głębokości 2-3 kilometrów pod powierzchnią ziemi za pomocą eksplozji wielu niezbyt silnych bomb atomowych w głębokim szybie, specjalnie wywierconym w tym celu. Nazwano ten pomysł „Projekt Lemiesz”.
Atomowy lemiesz miałby nie tylko rozgrzać skały do wysokiej temperatury, ale również połupać je, podzielić siecią pęknięć, rozciągających się daleko od miejsca wybuchu. Ułatwiłoby to przepływ wody wtłaczanej pod ziemię i wydobywanie się pary. Obliczono, że eksplozja około 50 średniej wielkości bomb atomowych, odpowiednio rozmieszczonych pod ziemią, utworzyłaby źródło energii geotermicznej zdolne napedzać ogromny zespół elektrowni przez co najmniej 30 lat. Perspektywa to zaiste oszałamiająca. Czemu więc nie została jeszcze zrealizowana?
Myślę, że po prostu ze strachu, czy inaczej mówiąc, z rozsądku. Nikt nie może bowiem przewidzieć, jakie skutki przyniesie tak brutalne traktowanie skorupy naszej planety. Jest to przecież niezwykle wątła powłoka, o czym jakże często przekonują nas straszliwe trzęsienia ziemi. Nie wiadomo, czy wybuchy atomowe nie spowodują uaktywnienia wulkanów od dawna wygasłych albo czy nie rozerwą tych części płyt kontynentalnych, na których leżą nasze lądy czy dno morskie, co wywołałoby straszne w skutkach fale, zalewające brzegi. Zresztą, nie można wykluczyć, że ostatnie trzęsienie ziemi w Gwatemali zostało wywołane przez podziemną eksplozję jądrową w USA. Dokładnie na 3,5 minuty przed trzęsieniem eksplodowano bombę na poligonie w rejonie Yucca Flats w stanie Nevada. A 3,5 minuty to czas, jakiego potrzebowała fala sejsmiczna, by przebyć drogę miedzy Yucca Flats i Gwatemalią.
Z kolei, nawet pozornie niewinne wykorzystywanie istniejących gorących skał również może mieć skutki opłakane. Przyspieszenie ich stygnięcia spowoduje szybsze kurczenie się powłoki ziemi. Nikt jeszcze nie jest w stanie przewidzieć następstw, które mogłyby się jednak okazać korzystne. Być może, czerpanie energii z wnętrza ziemi będzie jakby klapą bezpieczeństwa, hamując niszczycielską działalność wulkanów.
Trzeba będzie jeszcze wielu lat pracy inżynierów i naukowców, by elektrownie geotermiczne znalazły miejsce w naszym krajobrazie. Ale perspektywa jest kusząca. Po pierwsze nie wymagają one dostarczania paliwa, nie trzeba dowozić ani węgla, ani ropy, ani też substancji promieniotwórczych. Nie zanieczyszczają one środowiska naturalnego. A gdybyśmy opanowali technikę wiercenia otworów do głębokości 30-50 kilometrów, wówczas można by je budować praktycznie wszędzie. Na tej głębokości skały są tak gorące, że nie potrzeba się uciekać ani do wymyślnych sztuczek, ani też groźnych jak by nie było wybuchów atomowych.
Największą zaletą energii geotermicznej jest jednak chyba jej taniość. Raz zbudowana elektrownia będzie mogła tę energię wykorzystywać dopóty, dopóki nie rozpadnie się ze starości, a i wtedy wystarczy po prostu wymienić jej zużyte części na nowe.
Gaja oferuje nam więcej takich źródeł energii, które nie wymagają większych kosztów dla uzyskania korzyści. Jednym z nich są liczne rzeki, które przecinają w różnych kierunkach ziemskie kontynenty. Początki wykorzystania energii płynączej wody do zastąpienia pracy wykonywanej przez ludzi (poza transportem drogą wodną), to bez wątpienia wynalezienie koła wodnego i połączenie do z żarnami. Pierwsze młyny wodne zbudowali niemal dwa tysiące lat temu Rzymianie, chociaż nie obyło się bez przeszkód. Podobno, gdy wynalazca proponujący zastąpienie niewolników kołem z łopatkami obracanym przez strumień wody zgłosił się ze swym projektem do rzymskiego cesarza Wespazjana, ten, obawiając się pogorszenia mąki, nie tylko odrzucił ten pomysł, ale dla świętego spokoju również pozbawił życia biednego męczennika techniki. Cóż, historia obfituje w podobne przypadki niedocenienia wynalazków.
Mimo sprzeciwów cesarza wynalazek koła wodnego przyjął się i przetrwał wiele stuleci. Dopiero maszyna parowa wyparła je z zakładów przemysłowych. Ale nie na długo. Już pod koniec XIX wieku, niedługo po uroczystym otwarciu pierwszej na świecie elektrowni Edisona, przy słynnym gigantycznym wodospadzie Niagara zbudowano pierwszą maleńką jeszcze elektrownię wodną, czyli hydroelektrownię. Z biegiem lat zwykłe koła „młyńskie” zastąpiono wymyślnymi turbinami, a elektrownie wodne jako najtańsze źródła elektryczności pojawiły się wszędzie tam, gdzie woda płynęła z dużą szybkością, czyli na wartkich, górskich rzekach. Na przykład w krajach Skandynawii większość elektryczności powstaje właśnie w elektrowniach wodnych.
Ale elektrownie wodne można budować również w innych miejscach. Najlepszym tego przykładem jest Związek Radziecki. Sztuczne, wzniesione rękami ludzkimi zapory spiętrzają wody wielkich rzek: Wołgi, Angary, Jeniseju. Powstajś dzięki temu prawdziwe śródlądowe morza, a u ich wylotu ustawia się turbiny, które napędzają generatory ogromnych elektrowni. Do niedawna elektrownia Bracka na Angarze była największą na świecie, teraz palmę pierwszeństwa przejmuje elektrownia Krasnojarska na Jeniseju. Hydroelektrownie zbudowane na Angarze produkują niemal tyle energii elektrycznej, co wszystkie elektrownie polskie. Z tą tylko różnicą, że produkują ją za darmo. Na przykład, już w rok po uruchomieniu elektrownia Bracka zwróciła nakłady poniesione na jej budowę. A system elektrowni na Jeniseju pobije nawet Angarę o głowę...
Zwłaszcza w krajach rozwijających się, w Afryce, Azji i Ameryce Południowej toczą swe wody ogromne rzeki, które przepływają przez te państwa bezużytecznie. Zbudowanie hydroelektrowni zapewniłoby im tanią elektryczność w ilości znacznie przewyższającej ich dziesiejsze potrzeby. Ale wymaga to pieniędzy, których owe państwa nie mają. W Afryce eksploatuje się obecnie zaledwie około tysięcznej części energii rzek, a w Ameryce Południowej może dziesięć razy więcej, co i tak pozostawia jeszcze ogromne rezerwy.
Z kolei w Europie, również w Polsce, perspektywy są znikome. Na dobrą sprawę wszędzie tam, gdzie elektrownie można było zbudować, już je zbudowano. Ważną przeszkodą jest obawa przed zniszczeniem piękna krajobrazu w górach. Zostało już tak niewiele miejsc, w których można odpocząć od widoku betonowych budowli, że każdy projekt budzi kategoryczne sprzeciwy ludzi, którzy chcieliby od czasu do czasu nie oglądać widomych przejawów postępu technicznego. I to bardzo dobrze, że nie zostaniemy pozbawienie widoku natury w jej nieskażonej postaci.
Jednakże na świecie powstanie jeszcze z pewnością wiele hydroelektrowni. Na przykład, może doczeka się realizacji projekt przekucia w Tybecie pod przełęczą Doszong La w Himalajach tunelu, którym popłynęłaby część wód rzeki Brahmaputra. Tunel ten o długości niecałych 20 kilometrów spinałby pętlę rzeki przełamującej się przez Himalaje – woda spadałaby w nim o około 2 kilometry. Wystarczyłoby to do zbudowania jednej z największych elektrowni, nie mających sobie równych w świecie. Na przeszkodzie znów stoi brak kilkunastu miliardów dolarów – wydaje się, że nawet połączone siły sąsiadów: Chin, Indii i Bangladeszu nie zdołałyby podołać temu zadaniu.
Tak więc państwa rozwijające się, o ile tylko dostaną pomoc finansową od państw bogatych, mogą, przynajmniej przez jakiś czas, nie kłopotać się o źródła elektryczności. Opanowanie rzek zapewni im energię na wiele lat.
Lecz rzeki to tylko maleńka cząsteczka wód należących do Gai. Płyną bowiem po kontynentach, które zajmują mniej niż trzecią część powierzchni naszego globu. Reszta to oceany i morza, ogromna masa wody, która bezustannie faluje, przesuwa się w prądach morskich, wreszcie pod wpływem przyciągania Księżyca tworzą się potężne przypływy i odpływy. Czy nie można by wykorzystać zmagazynowanej w nich energii dla naszych potrzeb/ Ależ tak! Tyle tylko, że do niedawna wszystkie takie projekty uważano za fantazje. Przecież całkowicie wystarczało nam spalanie paliw kopalnych, ponadto wierzyliśmy, że już za parę lat opanujemy reakcję termojądrową. Po cóż mielibyśmy zawracać sobie głowę rozwiązywaniem różnych problemów technicznych? Teraz jednak znajduje się coraz więcej zwolenników czerpania energii z tego niezmierzonego źródła, jakim są oceany.
O brzegi oceanów i mórz bezustannie biją fale. Toczą się skądś z dalekich stron, by z szumem lub nawet ogłuszającym rykiem w czasie sztormu, załamać się na skałach lub piaskach wybrzeża. Nie jest ważne dlaczego i gdzie fale powstają. Ciekawe jest natomiast, w jaki sposób można by spożytkować ich energię.
Pierwszym człowiekiem, który mierzył siłę fal uderzających o brzeg, był Anglik Thomas Stevenson, ojciec znanego pisarza Roberta Louisa Stevensona, autora licznych książek ulubionych przez młodych czytelników. Nic dziwnego, że właśnie Anglika zainteresowało to zagadnienie, bowiem rzadko gdzie zdarzają się tak potężne fale, jak na atlantyckim wybrzeżu północnej Anglii. Zadziwiają doniesienia, na przykład o fali, która potrafiła wyrwać z dna morskiego kamienno-betonowy falochron ważący ponad 2,5 tony i przerzucić go o wiele metrów dalej. Latarnicy często opowiadają o ogromnych kamieniach, które wyrwane przez fale z dna morskiego wybijają szyby w oknach latarni, znajdujących się przecież o kilkadziesiąt metrów nad poziomem wody. A jednak to prawda. Lecz dla naszych celów potrzebne są raczej fale spokojniejsze, które toczą się na głębszej wodzie, w większej odległości od brzegu.
Pomysł czerpania energii z fal morskich nie jest nowy. Wkrótce po zakończeniu I wojny światowej dziesiątki wynalazców opatentowało ponad 100 „niezawodnych” urządzeń, z których, o ile wiem, do dziś tylko jeden doczekał się realizacji, a i to na bardzo skromną skalę. Mechanizm ten zawierał tłk czy pływak, który unosił się do góry, gdy nadbiegała fala i opadał na dół po jej przejściu. Urządzenie ma bardzo małą wydajność, więc zastosowanio je wyłącznie do zasilania lamp w pływających bojach, wytyczających szlaki żeglugowe.
Niedawno, w kwietniu 1975 roku, w znanym angielskim czasopiśmie naukowym „Nature” ukazał się artykuł profesora Stephena Saltera z Uniwerstytetu w Edynburgu. Okazuje się, że przy odrobinie pomysłowości nawet tak pozornie trudne zadanie można rozwiązać w sposób dziecinnie prosty. Stephen Salter zaproponował, aby wykorzystać nie ruch falującej wody do góry i na dół, lecz ruch wirowy, czyli to, że fala popycha i obraca przeszkodę, którą napotyka na swojej drodze. Co więcej, artykuł zawierał już wyniki doświadczeń i prób, które wykazały nie tylko całkowitą przydatność urządzenia wynalezionego przez Saltera, lecz również jego ogromną wydajność, nawet dla fal o różnej wysokości i odległości pomiędzy kolejnymi szczytami.
Pora chyba powiedzieć, jak wygląda owo cudowne urządzenie. Tak prosto, że aż się wierzyć nie chce, że nikt przedtem nie wpadł na ten pomysł. Elementem, który będzie w urządzeniu Saltera odbierał energię falom, jest walec o długości kilkudziesięciu metrów i średnicy około 15 metrów, mający kształt w przekroju, jak można go określić w przybliżeniu, jajowaty. Oś obrotu wału znajduje się w środku jego grubszej części, a węższa część stanowi jakby skrzydełko, które będzie obracane przez fale o pewien kąt, zaś w przerwie między falami będzie powracało do położenia wyjściowego. Obudowę stanowi ogromne pudło żelbetowe o długości niemal kilometra i głębokości około 20 metrów, prawie całkowicie zanurzone w wodzie, w którym zostanie umieszczonych na wspólnej osi 20-40 wałów. Cała ta konstrukcja o wielkości supertankowca będzie wystawać ponad powierzchnię wody niewiele więcej niż metr.
Oczywiście pudło z wałami będzie zakotwiczone, tak aby fale go nie porwały i nie rzuciły na brzeg. Wybrano już nawet miejsce, w którym zostanie ustawiona pierwsza elektrownia Saltera. Znajduje się ono około 16 kilometrów na zachód od Hebrydów. Wiadomo również, że zespół 10 takich elektrowni może zaopatrzyć w energię elektryczną spore miasto, przy czym nie tylko będzie on pracował przez cały rok, ale w zimie, kiedy potrzeba najwięcej elektryczności, zaś fale są większe, elektrownia będzie dostarczać nawet więcej prądu. Wynalazca twierdzi, że rozwiązał już większość problemów technicznych, między innymi sposób przetwarzania wahadłowego ruchu wałów na ruch obrotowy napędzający generator elektryczności.
Kto wie, czy za 10-15 lat wybrzeża oceanów nie zostaną opasane licznymi elektrowniami Saltera. Wcale bym się nie zdziwił, bowiem mają one same zalety. Po pierwsze, podobnie jak hydroelektrownie dostarczają energii za darmo. Nie powodują zanieczyszczenia środowiska naturalnego, a nadto poza nimi, przy brzegu, powstanie pas spokojnej wody, w którym będą mogli działać rybacy i żeglować sportsmeni. Nadto skończy się zmora niszczącego działania fal na brzegi. Urządzenie Saltera odbierać bedzie falom niemal całą ich energię. Wypada jeszcze dodać, że zespół uczonych i techników, pracujący pod kierunkiem Saltera otrzymał ostatnio pokaźne dotacje na zbudowanie pierwszej elektrowni, więc chyba nie będziemy długo czekać na wyniki.
Fale przewalające się po powierzchni oceanów to najlepiej widoczny przejaw ruchu wody – zresztą ruchu pozornego, polegającego na kołysaniu się do góry i na dół. Niezależnie od falowania, w głębi oceanów płyną istne rzeki, znacznie większe od tych, które przecinają kontynenty. Lecz Europejczycy dowiedzieli się o tym dopiero w początkach XVI wielku, kiedy przez Ocean Atlantycki zaczęły pływać żaglowce. Wyprawy Thora Heyerdala na tratwach przez Ocean Spokojny, a później Atlantycki, stanowią pewien dowód na to, że starożytni znali prądy i umieli z nich korzystać w wędrówkach między kontynentami. Jednak wiedza ta poszła później w zapomnienie.
Hiszpańscy kapitanowie, którzy w początkach XVI wieku pływali często po Atlantyku, szybko nauczyli się korzystać z prądów i wiedzieli zarówno którędy one płyną, jak też w jakim kierunku. Ale początki były trudne. Na przykład trzy statki Ponce de Leona, płynące w 1513 roku z przylądka Canaveral na Tortugę, „chociaż miały dość wiatru, nie były zdolne iść naprzód, lecz posuwały się wstecz”. Jeszcze w 1769 roku, kiedy Ameryka Północna była kolonią Anglii, a stanowisko wicedyrektora poczt dla koloni piastował znany wynalazca piorunochronu Beniamin Franklin, miał on nie lada orzech do zgryzienia. Otóż dyrekcja ceł w Bostonie uskarżała się, że statki pocztowe z Anglii płynęły na zachód o dwa tygodnie dłużej, niż dowodzone przez kapitanów amerykańskich. Strapiony Franklin żalił się wówczas pewnemu kapitanowi z Nantucket, Tymoteuszowi Folgerowi, który bez trudu wyjaśnił mu tę zagadkę. Otóż kapitanowie angielskich statków pocztowych nie wiedzieli o istnieniu silnego Prądu Zatokowego, podczas gdy wielorybnicy z Nantucket, spośród których rekrutowała się większość kapitanów statków pocztowych, znali te wody „na wylot”.
„Poszukując wielorybów, które podpływają do Prądu, lecz nigdy nie są w nim spotykane, żeglowaliśmy wzdłuż niego często go przecinając; wówczas natykaliśmy się niekiedy na statki pocztowe tkwiące w Prądzie Zatokowym i usiłujące go pokonać. Wyjaśniliśmy im, że żeglują pod prąd płynący przeciwko nim z szybkością trzech mil na godzinę, byli oni jednak za mądrzy na to, aby przyjmować rady od prostych amerykańskich rybaków” - opowiadał Folger. Na prośbę Franklina Folger wykreślił wówczas na mapie trasę Prądu Zatokowego – ta gigantyczna „rzeka”, kilkaset razy większa od Missisipi, ma szerokość ponad 170 kilometrów, głębokość niemal cztery kilometry i płynie z szybkością około 5,5 kilometra na godzinę niosąc masy ciepłej wody od wybrzeży Ameryki Środkowej, w poprzek Atlantyku, aż za Europę, na Ocean Lodowaty.
Dziś wiemy, że wszystkie morza i oceany przecinają niezliczone prądy. Zdarza się nawet, że w warstwach wody położonych na różnych głębokościach prądy płyną w przeciwnych kierunkach. Jeśli więc wykorzystujemy rzeki płynące po lądach, czemu nie mielibyśmy skorzystać z energii gigantycznych „rzek” płynących w morzach i oceanach. Znów, podobnie jak w przypadku innych „egzotycznych” źródeł energii, również i to zwróciło na siebie uwagę dopiero wtedy, gdy ludzie zaczęli w ostatnich latach gorączkowo poszukiwać dróg wyjścia z kryzysu energetycznego.
Najciekawszy i chyba najbardziej dojrzały pomysł zaprezentował niedawno Bernard Morin, ( wym. Morę) francuski inżynier, specjalista od samolotów. Chce on wykorzystać szybkie prąd opływające brzegi wysp i kontynentów. Opatentował wynalazek urządzenia, jakby młyna, które jego zdaniem stanowi rozwiązanie wszelkich kłopotów ludzkości z zaopatrywaniem w energię. Nawiasem mówiąc, każdy z wynalazców przekonuje nas o tym samym...
Zasadniczą część urządzenia wynalezionego przez Morina stanowi wielka płaska tarcza, która może obracać się dokoła osi, przechodzącej przez jej środek. Na górnej i dolnej powierzchni ustawionej poziomo tarczy znajdują się umieszczone promieniście zawiasy, utrzymujące klapy, które mogą się odchylać – albo leżą na tarczy, albo stoją prostopadle do niej. Klapy na górnej powierzchni są wykonane z materiału cięższego niż woda, na dolnej z lżejszego i dzięki temu, gdy nie ma prądu, leżą po prostu na tarczy. Nie ulega chyba żadnej wątpliwości, że po wstawieniu takiej tarczy do strumienia płynącej wody zacznie się ona obracać, przy czym co ciekawe, kierunek jej obrotu nie zależy wcale od kierunku prądu wody, a tylko od ustawienia zawiasów. Będzie zgodny z kierunkiem, w którym otwierają się klapy z położenia równoległego do tarczy do położenia prostopadłego. Jeżeli ktoś nie wierzy, nic łatwiejszego niż zrobić model tarczy...
Na konferencji prasowej, zwołanej w Paryżu 11 września 1975 roku Bernard Morin zapewnił, że jego wynalazkiem zainteresowały się trzy wielkie przedsiębiorstwa – japońskie, holenderskie i międzynarodowe, lecz równocześnie nie skrywał oburzenia, że projekt ten nie wzbudził zachwytu francuskiej komisji do spraw energii. Cóż, od dawna wiadomo, że najtrudniej być prorokiem wśród swoich. Również opowiedział zebranym, że opracowuje dokładne plany konstrukcyjne elektrowni, która niedługo zostanie umieszczona na dnie Morza Śródziemnego, przy południowym wybrzeżu Sycylii.
Będzie to prawdziwy gigant – tarcza ma mieć średnicę 400 metrów, a klapy wysokość 15 metrów. W prądzie morskim o szybkości 10 mil na godzinę (czyli węzłów) elektrownia ta ma wytwarzać tyle samo energii elektrycznej, co spora elektrownia jądrowa. Koszt energii elektrycznej będzie około 500 razy niższy niż w elektrowni opalanej węglem i 30 razy niższy niż w najlepszej elektrowni jądrowej. Nie wypada nam nic innego, jak uchylić kapelusza przed pomysłowością owego inżyniera, a nade wszystko poczekać, czy jego przepowiednie się sprawdzą. Jeśli ma on rację, wiele krajów wszystkich kontynentów mogłyby skorzystać z jego propozycji. Doprawdy trudno znaleźć wybrzeże, które nie byłoby omywane przez dość szybko płynący prąd morski.
Mówiąc o oceanach nie sposób zapomnieć o przypływach i odpływach. Co prawda na Bałtyku są one niezauważalne, wąskie cieśniny duńskie skutecznie izolują nasze morze od ruchów wody w oceanach, ale to piękne zjawisko warte jest kilku słów. Starożytni widząc, jak dwa razy na dobę poziom wody w oceanach i większych morzach podnosi się nieraz o kilka metrów, po czym opada, mawiali, że to wielki potwór żyjący w głębinach morskich powoli oddycha. Od czasów Newtona wiemy już, że Księżyc, naturalny satelita Ziemi, wywiera poważny wpływ nie tylko na lunatyków, lecz także na całą przyrodę. Jednym z jakże widocznych przejawów jego obecności, są właśnie przypływy o odpływy, czyli jak mawiają uczeni, pływy morskie. Księżyc okrąża Ziemię i w ślad za nim zdąża potężna fala przypływu – siła grawitacji oddziaływając na wodę, jakby ją wybrzusza. Istnieją nawet miejsca na kuli ziemskiej, w których wskutek szczególnego ukształtowania linii brzegu i profilu dna różnica poziomów w czasie przypływu i odpływu przekracza 10 metrów. Do miejsc tych należą między innymi Puerto Gallegos w Argentynie, Cook Inlet na Alasce, Zatoka Frobishera w Cieśninie Davisa, rzeka Koksoak, uchodząca do Cieśniny Hudsona, Zatoka St. Malo we Francji czy wreszcie Zatoka Penżyńska na Morzu Ochockim w ZSRR.
Widok wody przypływającj i odpływającej z niezwykłą gwałtownością, a więc i wielką energią od lat zaprzątał umysły ludzi mieszkających na wybrzeżach. Nic więc dziwniego, że już 300 lat temu we Francji i Anglii znaleźli się zmyślni młynarze, którzy budowali młyny wykorzystujące pływy morskie. Zwykłe koła młyńskie, takie jak na spiętrzonych strumykach, poruszane były na zmianę przez przypływy i odpływy – tyle tylko, że kręciły się za każdym razem w inną stronę. Dziś technicy znów zwrócili uwagę na to źródło energii.
I znów byli to przedsiębiorczy Francuzi, którzy wykorzystali wysokie przypływy w Zatoce Saint Malo. Do zatoki tej wpada rzeka Rance o długim lejkowatym ujściu. Francuski uczony Robert Gibrat (wym. Żibra) przez 15 lat pracował teoretycznie, obliczając wszystko co trzeba. Następnie 10 lat trwała budowa i wreszcie w roku 1966 oddano do użytku pierwszą na świecie elektrownię, która działa podobnie jak młyny sprzed 300 lat, tyle że jest to budowla znacznie większa i bardziej skomplikowana. Ujście rzeki przegrodzono zaporą wodną i kanałami, w których znajdują się turbiny. Kręcą się one raz w jedną, raz w drugą stronę starając się wydobyć jak najwięcej energii z wody pchanej na zaporę przez odległy Księżyc. Nie jest to jednak zadanie łatwe. Ponieważ prędkość przepływającej wody stale się zmienia, specjalnie zaprogramowany komputer reguluje ustawienie łopat turbin. Mimo wszystko jednak opłaca się pokonywać te kłopoty.
Najlepszym dowodem na to, że warto ujarzmić energię przypływów, jest fakt przystąpienia już w wielu innych państwach do budowy podobnych elektrowni. Jako pierwsza z nich niedawno została uruchomiona elektrownia radziecka w maleńkiej zatoczce Kisłaja Guba w pobliżu Murmańska. Podobne powstaną w Argentynie, USA i w Anglii. Jednak astronomowie ostrzegają przed nadmierną eksploatacją pływów morskich. Tarcie przypływów o dno morskie zwalnia obrót Ziemi. Wszelki dodatkowe opory spowodują silniejsze zahamowanie wirowania globu. Sama zapora na rzece Rance wydłuży dobę o dziesiątą część sekundy w ciągu 2000 lat. Nie jest to wiele, ale ostrożność w tym przypadku powinna zapanować nad głodem energii.
Obraz Gai byłby niepełny, gdybyśmy nie wspomnieli o innym oceanie – atmosferze, która otula niby płaszczem całą kulę ziemską. Jak wiadomo powszechnie, płaszcz ten jest w ciągłym ruchu, stale wieją wiatry, które mimo pozornej nieważkości powietrza potrafią nieraz przewracać drzewa i czynić różne szkody. Zarazem jednak już od czasów niemal prehistorycznych ludzie znajdowali sposoby na ciągnięcie z nich znacznych korzyści. Nie wiemy kto i gdzie wpadł pierwszy na pomysł, by na swej prymitywnej łódce ustawić pionowy kij i rozpiąć na nim żagiel. Zyskano wówczas najtańszy, choć nie zawsze niezawodny środek transportu. Żaglowce zaczęły przemierzać morza, a równocześnie na lądzie, było to chyba w starożytnej Persji, zbudowano pierwsze wiatraki, które zastąpiły ludzi obracających żarna.
Pierwsze wiatraki miały bardzo charakterystyczną budowę. Oś obrotu ich łopatek była pionowa, a śmigła przypominały nieco młyńskie koło, tyle że były pokryte materiałem lub ciasno ułożonymi oatykami. Później narodziły się wiatraki mające śmigłą. Te pracowite maszyny były nieocenione w okolicach, w których nie można było budować młynów wodnych i w wielu miejscach można je spotkać do dziś, jako malownicze upiększenie wiejskiego krajobrazu. Niestety, niewiele z nich jeszcze pracuje. Zostały wyparte przez szybciej i dokładniej pracujące młyny parowe. Ale wszystko wskazuje na to, że wkrótce wiatraki znów wrócą do łask. Zajmuje się nimi wielu poważnych naukowców, którzy – jak wszyscy pracujący nad dziedziną zdobywania nowych źródeł energii – usiłują nas przekonać, że właśnie ich pomysł jest zbawieniem dla ludzkości.
Wiatraki mielące powietrze skrzydłami gdy tylko zawieje wiatr wykorzystywano już w Danii od lat dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku do produkcji taniej elektryczności. Po pierwszej wojnie światowej mnóstwo zamożniejszych właścicieli gospodarstw rolnych, oddalonych od miast mających elektrownie, zaopatrzyło się w wiatraki, które poruszając prądnicę umożliwiały im oświetlenie domów elektrycznością. Jednak rozwój sieci elektrycznej przybliżył elektrowdo najbardziej nawet zapadłych wiosek. Znacznie lepiej było mieć pewne źródło prądu niż wiatrak, który w bezwietrzną pogodę nieraz parę dni smętnie spoczywał w bezruchu. Trudno wyprodukować wiele energii elektrycznej na zapas. Nawet najlepsze akumulatory mają ograniczoną pojemność i po kilku dniach bez wiatru nieuchronnie trzeba było wyciągać lampy naftowe z komórek.
Gdy jednak zaczęły się obecne kłopoty z wytwarzaniem coraz większych ilości energii elektrycznej, właśnie rozbudowana sieć elektryczna umożliwia ustawienie wielu wiatraków w różnych punktach kraju – trudno bowiem sobie wyobrazić, by wszędzie panowała cisza, można liczyć, że zawsze gdzieś będzie wiał wiatr. Ponadto, ogromne postępy techniki umożliwiają budowanie większych, bardziej wydajnych wiatraków, które nawet przy dość słabym wietrze i tak będą wytwarzać sporo energii elektrycznej. Trudno jednak zgodzić się na plany różnych fanatyków proponujących ustawianie zgrupowań tysięcy gigantycznych wiatraków, aby zapewnić pokrycie niemal wszystkich potrzeb energetycznych kraju. Jednym z takich uczonych jest profesor William Heronemus z Uniwerstytetu w Massachusetts, który nawołuje do zbudowania około 300 tysięcy wież o wysokości ponad 200 metrów, z których każda utrzmywałaby 20 wiatraków. Wieże te miałyby stanąć USA w pasie sięgającym od Teksasu do Kanady. Trzeba przyznać, że oszpeciłyby one kawał kraju, na dokładkę może to przynieść skutki zarówno dobre, jak i katastrofalne.
Jednakże, jak pisał 4 marca 1976 roku korespondent „Życia Warszawy” z Danii, mieszkańcy tego gęsto zaludnionego kraju protestują przeciwko budowie reaktorów jądrowych, których się po prostu boją, znacznie więcej natomiast zwolenników ma wśród nich projekt specjalistów z Akademii Nauk Technicznych, którzy zaproponowali wzniesienie na zachodnich wybrzeżach Pólwyspu Jutlanckiego 500 wiatraków o 50-metrowych skrzydłach. Zbudowanie 1500 wiatraków zaspokoiłoby już połowę potrzeb energetycznych Danii.
Najbardziej pociągającym projektem jest chyba jednak propozycja uczonych radzieckich. Odkryli oni, że w oceanie powietrznym istnieją prądy, podobne do tych, które płyną w oceanach. Znajdują się one na wysokości 10-12 kilometrów nad powierzchnią ziemi. Wystarczy więc wytropić taki prąd, wiejący w stałym kierunku z niezmienną prędkością (bo to je właśnie charakteryzuje) i umieścić w nim strowiec wypełniony lekkim gazem – helem. Sterowiec, oczywiście przymocowany do ziemi potężnmi linami, po to, aby nie poleciał z wiatrem, miałby duży wiatrak i prądnicę. Wytworzony prąd elektryczny można by przesyłać na ziemię poprzez liny kotwicze. Projekt ma wielkie szanse realizacji w odda- lonych rejonach Syberii, gdzie wystarczałoby zawiesić na niebie jeden taki sterowiec nad każdym miastem. Kto wie, czy nie doczekamy się widoku pierwszych zdjęć podniebnych elektrowni już w bliskiej przyszłości.
A jeśli już jesteśmy przy atmosferze, to czy pamiętacie słynne doświadczenie Beniamina Franklina, które doprowadziło go do wynalezienia piorunochronu? Pisał o nim w liście do Petera Collinsona: „A gdy deszcz zmoczył latawiec i nitkę, tak że mogły swobodnie przewodzić ogień elektryczny, można było spostrzec, że wypływa on obficie z klucza przy zbliżeniu palca”.
Widząc nadchodzącą burzę Franklin wypuszczał latawca na jedwabnej nici, do której końca przywiązał klucz i obserwował przepływ prądu elektrycznego pomiędzy kluczem i własnym palcem. Prawdę powiedziawszy, trudno orzec, jaka szczęśliwa gwiazda czuwała nad uczonym, który według wszelkiego prawdopodobieństwa powinien był zginąć od uderzenia piorunu, jak to się przytrafiło innym mniej szczęśliwym badaczom. Nie to jednak jest ważne. Często nie zdajemy sobie sprawy, jak wielkie napięcia elektryczne wytwarzają się pomiędzy wyższymi warstwami atmosfery a ziemią.
Pole elektryczne występujące w atmosferze ziemskiej charakteryzuje właśnie duża różnica potencjałów, czyli napięć elektrycznych, nawet na stosunkowo niedużej wysokości. Wystarczy zawiesić niezbyt wysoką antenę, by pomiędzy jej końcem i ziemią uzyskać wysokie napięcie. Jednak zwykle stosowane silniki elektryczne wymagają niezbyt wyskokich napięć, natomiast wysokiego natężenia przepływającego prądu – są to silniki elektromagnetyczne. Obrót ich wirnika wymusza zmienne pole magnetyczne. A czy można zbudować inny silnik, taki, który mogłby pracować przy zasilaniu prądem wysokiego napięcia i o niskim natężeniu? Oczywiście, można, pierwszy z nich zbudował w 1748 roku Beniamin Franklin.
Mam tu na myśli tak zwany silnik elektrostatyczny, którego działanie opiera się na fakcie, że jednakowe ładunki elektryczne odpychają się, a różnoimienne – przyciągają. Silniki takie buduje się z izolatorów, które można naładować elektrycznie. Nie będziemy wnikać w szczegóły ich konstrukcji. Ważne jest tylko to, że już przed kilkoma laty uruchomiono pierwsze niezwykle lekkie i nieskomplikowane silniki, które czerpią energię elektryczną wprost z powietrza,
czyli praktycznie biorąc, z niczego. Nie mają one dużej mocy, to prawda, nie mogłyby na przykład uruchamiać windy w domu. Ale istnieje mnóstwo zadań, które silniki te mogą spełniać, na przykład zasilanie różnego rodzaju przyrządów pomiarowych, żyroskopów w samolotach i na statkach itp. Zresztą nie można wykluczyć, że przy dokładniejszym zbadaniu zostaną wynalezione nowe typy silników elektrostatycznych, a wtedy zyskamy jeszcze jednego sprzymierzeńca w walce o zaspokojenie potrzeb energetycznych.
Tak oto dobiegliśmy końca przeglądu możliwości Gai. Są one ogromne i nikt jeszcze nie zdaje sobie sprawy z tego, co może przynieść przyszłość. Pochłonięci spalaniem tego, co mieliśmy pod ręką: węgla, ropy naftowej i gazu oraz rozbijaniem i łączeniem jąder atomowych, nie zwracaliśmy uwagi na to, co jest nam najbliższe. Trzeba było dopiero kryzysu energetycznego, by pozornie utopijne i nikomu niepotrzebne badania zyskały należną sobie rangę. Mało kto dziś wyśmiewa uczonych szukających nowych źródeł energii, choć jeszcze przed kilkoma laty niemal wszyscy mieli ich za nieszkodliwych maniaków. Być może żadne z zaprezentowanych przeze mnie źródeł nie uzyska monopolu jako wyłączne źródło energii na świecie. Ale każde z nich z osobna może znacznie poprawić najlepszą możliwość w każdych warunkach, a widmo kryzysu przestanie spędzać nam sen z powiek. Zresztą Gaja ma potężnego konkurenta, który bezustannie zalewa ją potokami energii – jest nim Słońce. Ale to już znów temat na osobną opowieść, choć być może, uważni czytelnicy spostrzegli, że większość zasobów enrgetycznych Gai pochodzi w prostej linii od Słońca. Wiatry i ruchy wód są tego najlepszym przykładem.

Energia za darmo?

W czasie II wojny punickiej, w roku 214 p.n.e. Rzymianie oblegali miasto Syrakuzy. Silna flota pod wodzą Marcellusa stanęła u wejścia do portu i pewnego dnia ruszyła do ataku na sprzymierzone z Kartaginą miasto. Lecz jednym z obywateli miasta był słynny Archimedes. Podanie mówi, że ustawił on na murach szereg żołnierzy z dobrze wypolerowanymi tarczami i rozkazał im, by wszyscy skieorwali odbite od tych tarcz promienie słoneczne na najbliższy wrogi statek.
Na wynik nie trzeba było długo czekać – okręt stanął w ogniu. Byłoby to pierwsze wykorzystanie energii słonecznej na większą skalę. Od czasów Archimedesa mijały stulecia, w czasie których energię słoneczną wykorzystywano głównie do suszenia upranego ubrania. Po wnalezieniu soczewek i wklęsłych zwierciadeł, często dla zabawy ogniskowano promienie słoneczne, by coś zapalić. Przykładem może być armatka, którą w 1573 roku Samuel Zimmermann, znany technik, połączył z wklęsłym zwierciadłem tak, że w południe zogniskowana wiązka światła zapalała lont i następował donośny wybuch.
Dopiero w roku 1878, na Wystawie Światowej w Paryżu, A. Mouchor (wym. Muszor) zaprezentował budzącą powszechną sensację maszynę parową, która pracowała tylko przy słonecznej pogodzie, a nieruchomiałą po zachodzie lub gdy było pochmurno. Maszyna ta bowiem była połączona z kotłem umieszczonym w ognisku dużego zwierciadła wklęsłego o kilkumetrowej średnicy. Skupione promienie słoneczne ogrzewały wodę, zamieniając ją na parę, która napędzała silnik. W 1912 roku dwaj inżynierowie z Filadelfii, Shuman (wym. Szuman) i Boys zbudowali w miejscowości Meadi, leżącej o 11 kilometrów na południe od Kairu siłownię słoneczną, w której szeregi luster w kształcie rynien skupiały promienie na rurach z wodą. Wytwarzana para zasilała 100-konny silnik parowy.
I znów na wiele lat zapanował zastój. Mimo iż wzrastało zapotrzebowanie na energię, nikt nie zważał na promienie słoneczne, a wszyscy starali się spalić jak najwięcej węgla i nafty, aby tę energię uzyskać.
Jest to co najmniej dziwne, bowiem Słońce wysyła w naszym kierunku niezrównany potok energii, na skalę zaiste kosmiczną. Zaledwie jedna trzydziestomiliardowa część tej energii trafia w maleńką tarczę Ziemi, a i tak każdego roku otrzymujemy porcję energii 150 tysięcy razy większą niż wyniosła produkcja energii elektrycznej na Ziemi w 1975 roku.
Energia słoneczna dociera do Ziemi w postaci promieniowania elektromagnetycznego – czyli światła oraz promieniowania cieplnego (podczerwonego) i nadfioletowego. Spora jej część jest pochłaniana przez atmosferę ziemską i często zalegające na niebie chmury, ale i to, co zostaje, jest prezentem nie do pogardzenia. Już Dymitr Mendelejew obliczył, że na samej pustyni Kara-Kum wciągu jednego dnia marnuje się tyle energii, ile jej wytworzą w ciągu niemal 20 lat wszystkie istniejąc obecnie radziecki elektrownie na paliwa kopalne – węgiel, ropę i gaz ziemny. W ciągu 15 minut Słońce rzuca na Ziemię potok energii równy co do wielkości energii zużywanej przez ludzkość w ciągu całego roku.
Liczby te brzmią wręcz fantastycznie i być może to właśnie odstręczało uczonych od zajmowania się energią słoneczną. Właściwie może trudno mówić tu o uczonych, raczej niechętni byli tym projektom ci, którzy za badania naukowe płacą, a więc rządy niemal wszystkich państw. Nic w tym dziwniego, jeśli weźmiemy pod uwagę, że przed II wojną światową energii nikomu jeszcze nie brakowało – krajom rozwinętym gospodarczo wystarczał tani węgiel i kupowana niemal za darmo ropa naftowa, a w zacofanych koloniach i tak nikt elektrowni nie budował. Natomiast po wojnie od razu powstało środowiko fizyków jądrowych, którzy mieli wielkie wpływy w rządach i na ich badania szła większość funduszów przeznaczonych na rozwój nowych źródeł energii.
Jednakże od razu trzeba zastrzec, że wyjątek stanowiły dwa państwa, które właściwie oceniły korzyści z opanowania energii słonecznej. Były to ZSRR i Francja. W Związku Radzieckim już w 1949 roku powstał jedyny w świecie Instytut Energii Słonecznej. Jego siedzibą jest Taszkient, stolica słonecznego Uzbekistanu, a założycielem i kierownikiem profesor Hijas Umarow. W sąsiedniej Turkmenii podobne badania prowadzi profesor Walenty Baum. Obie te republiki należą do najbardziej nasłonecznionych miejsc na kuli ziemskiej, nic więc dziwnego, że postanowieono tam zaprzęgnąć słonce do pracy.
Zarówno w Taszkiencie, jak i w Aszchabadzie uczeni osiągnęli wspaniałe rezultaty. Budowane przz nich urządzenia do odsalania wody na pustyniach pracują bez zarzutu już ponad 10 lat, a koszt uzyskiwanej w ten sposób wody do picia jest co najmniej 20-krotnie niższy niż wody do tego czasu sprowadzanej z odpowiednich źródeł. Zresztą wodę wydobywa się tam spod ziemi również przy użyciu pomp zasilanych przez kocioł parowy, nagrzewany przez słońce. Z doświadczeń uczonych rzdzieckich korzystają, między innymi, liczne kraje Afryki i Azji.
Francuzi zaś mogą się poszczycić tym, że w 1968 roku zakończyli budowę gigantycznego pieca słonecznego w Odeillo w odległości 8 kilometrów od ruin twierdzy Font Romeu w Pirenejach. Piec ten, którego twórcą był profesor Felix Trombe (wym. Trąb), wytwarza temperaturę ponad 3600 stopni Celsjusza i jest wykorzystywany do produkcji cennego metalu cyrkonu z tlenku cyrkonu. Jest to budowla imponująca. 63 płaskie zwierciadła kierowane przy pomocy silników dokładnie na Słońce odbijają promienie słoneczne tak, aby padały na wielkie wklęsłe zwierciadło, zajmujące całą ścianę 7-piętrowego budynku laboratorium, które ogniskuje światło na tygiel z wytapianym metalem. W laboratorium – rzecz jasna – prowadzi się również najróżniejsze badania naukowe.
Poza wymienionymi gigantami, istnieją jeszcze rozsiane po całym niemal świecie, oczywiście tylko tam, gdzie słońce mocno grzeje, różne pompy, destylarnie wody i piecyki. Na przykład, na wyspie Nisyros na Morzu Egejskim 32 destylarnie słoneczne zaopatrują 700 mieszkańców w słodką wodę do picia. W miasteczku Chinguetti w Mauretanii pompy słoneczne wydobywają wodę spod ziemi. Ale stać nas na więcej i wkrótce z pewnością będziemy wykorzystywać znacznie większą niż dotychczas część energii słonecznej padającej na Ziemię.
Dotychczas głównie wykorzystywano promieniowanie cieplne słońca. W pierwszych, najprymitywniejszych urządzeniach skupione przez zwierciadłą światło słoneczne ogrzewało wodę, która parowała i uzyskaną parę kierowano do różnych silników. Nie były to urządzenia zbyt wydajne, znaczna część energii, którą można było spożytkować, uciekała bezpowrotnie w przestrzeń.Wiele uwagi poświęcili więc uczeni próbom znalezienia takich powierzchni, które skutecznie zatrzymywałyby kwanty podczerwieni.
Wiadomo jednak, że większość ciał równie łatwo oddaje pochłonięte ciepło, ogrzewając otaczające je powietrze wysyłanymi kwantami podczerwieni i nigdy nie osiąga zbyt wysokiej temperatury. Jednym ze sposobów, niestety dość kosztownych, jest wykorzystanie zjawiska interferencji światła wcienkich warstwach napylonych na powierzchni rozgrzewanego ciała. Warstwy takie wykonuje się między innymi z krzemu. Blacha stalowa pokryta odpowiednio dobranymi, niezwykle cienkimi powłokami rzeczywiście nagrzewa się do znacznie wyższej temperatury niż blacha niczym nie powleczona. Warstewki mają jeszcze dodatkową zaletę, że mogą zamieniać kwanty światła widzialnego na ciepło. A oto konkretny projekt urządzenia, zaproponowanego przez profesora Adena Meinela z Uniwerstytetu Arizony w Tuckon, byłego dyrektora znanego obserwatorium astronomicznego w Kitt Peak.
Zasadniczą część urządzenia stanowią dwie rury, wewnętrzna stalowa, powleczona powłoką cienkich warstw i zewnętrzna z wytrzymującego wysoką temperaturę szkła kwarcowego, której wewnętrzna powierzchnia jest posrebrzona, z wyjątkiem dwu dość wąskich pasków, biegnących na całej jej długości. Przestrzeń pomiędzy rurami jest szczelna i opróżniona z powietrza, wcelu zmniejszenia strat ciepła przez przewodnictwo w gazie. Obie rury znajdują się w ognisku parabolicznego zwierciadła o kształcie rynny, które jest nastawione przez automat tak, aby patrzało w słońce przez cały dzień. Promienie słoneczne padające na zwierciadło przechodzą przez przezroczyste paski w zewnętrznej rurze do jej wnętrza, a gdy już się tam dostaną, odbijają się od jej wewnętrznej powierzchni, aż wreszcie trafią na rurę stalową, która je pochłonie.
Próby wykonane dla prototypu wykazały, że około 95 procent energii padającego na zwierciadło promieniowania słonecznego zostaje zamienione na ciepło i rozgrzewa gaz przepływający we wnętrzu rury stalowej. Z kolei gorący gaz pod wysokim ciśnieniem można wykorzystać do napędzania turbiny elektrowni. W ostatecznym rozrachunku aż trzecia część padającej energii słonecznej zostaje zamieniona na energię elektryczną. Jest to ogromna ilość – wystarczyłoby ustawić klektory Meinela na niewielkiej części ziemskich pustyń, by zaspokoić całe zapotrzebowanie ludzkości na energię. Dowiemy się wkrótce, czy konstrukcja ta działa na większą skalę, bowiem Meinel uzyskał już pieniądze potrzebne do zbudowania sporej elektrowni. Jeśli jego przepowiednie spełnią się, wówczas z pewnością elektrownie tego typu staną się groźnym konkurentem elektrowni jądrowych i termojądrowych; są one nie tylko tańsze, ale również znacznie bezpieczniejsze – nie tylko nie zagrażają ludziom, lecz również nie powinny mieć żadnego wpływu na środowisko naturalne.
Innym, bardzo podobnym pomysłem, jest zbudowanie wieży o wysokości 300 metrów, otoczonej zwierciadłami ustawionymi na ziemi, które ogniskują promienie słoneczne na jej szczycie. W dużym kotle na szczycie wieży można na przykład uzyskiwać silnie przegrzaną parę, która zasili turbiny elektrowni. Przy takiej elektrowni na pustyni ulokowano by zakłady przemysłowe, które wymagają dużo energii elektrycznej, jak na przykład hutę aluminium. A gdyby wreszcie na świecie zapanowała zgoda, więcej państw mogłoby współdziałać w budowaniu na pustyniach elektrowni słonecznych, które zostałyby włączone do ogólnoświatowego systemu energetycznego, z ogromną korzyścią dla wszystkich zainteresowanych. Ponieważ ropa naftowa występuje głównie w państwach, które również dysponują największą ilością energii słonecznej, można by po prostu kupować od nich elektryczność zamiast wydobywać ropę i przewozić ją do odległych państw, powodując zanieczyszczenie oceanów i marnując cenny surowiec dla przemysłu chemicznego. Ale jest to, jak na razie, pomysł dość utopijny.
Przyznać należy, że państwa leżące w strefie równikowej, mimo iż obecnie najmniej rozwinięte, są najbardziej uprzywilejowane przez Słonce. U ich wybrzeży rozciąga się również największy na ziemi kolektor energii słonecznej, a mianowicie oceany, które miedzy zwrotnikami Raka iKoziorożca, gdzie słonce grzeje najsilniej, zajmują aż 90 procent powierzchni globu. W okolicach równika powierzchnia oceanu jest o ponad 20 stopni cieplejsza niż warstwy wody leżące o kilkadziesiąt metrów głębiej.
Pomiędzy zwrotnikami Raka i Koziorożca temperatura powierzchni wody utrzymuje się niemal zawsze na poziomie około 25 stopni Celsjusza, w wyniku ustalenia się równowagi miedzy ogrzewaniem przy pochłanianiu promieniowania słonecznego i ochładzaniem w wyniku parowania wody. Natomiast na głębokości 300-400 metrów niemal zawsze utrzymuje się temperatura około 5 stopni, ponieważ spływają tam wody chłodniejsze z okolic odległych od równika. Nie jest to duża różnica temperatury, lecz jak się okazało, zupełnie wystarczająca.
W 1929 roku wykorzystano pomysł francuskiego inżyniera nazwiskiem Claude (wym. Klod) do zbudowania niewielkiej elektrowni u wybrzeży Kuby. W tak zwanym cyklu Claude parę uzyskuje się nie z podgrzewania wody, lecz przy wprowadzeniu ciepłej wody powierzchniowej do komory, w której panuje niskie ciśnienie. Wytworzona w ten sposób para o niskim ciśnieniu popycha łopatki turbiny, a za nimi trafia do skraplacza chłodzonego przez wodę pompowaną przez rurę z warstwy ziemnej, z głębokości około 300 metrów. Para skrapla się, co powoduje poważne zmniejszenie ciśnienia. W ten sposób powstaje różnica ciśnień pomiędzy wlotem i wylotem turbiny. W cyklu Claude uzyskuje się prócz elektryczności również bardzo duże ilości czystej, destylowanej wody, która zazwyczaj w okolicach równikowych jest płynem bardzo poszukiwanym.
Obecnie opracowano już plany gigantycznej pływającej elektrowni, która przypuszczalnie zostanie uruchomiona przed rokiem 1985. Będzie to betonowa beczka o średnicy 103 metrów i wysokości 17 pięter, w której wnętrzu znajdują się pompy, turbiny, generatory, skraplacze i inne urządzenia. Zamiast cyklu Claude zostanie zastosowany zamknięty obieg łatwo parującej cieczy, takiej jak amoniak. Zimna woda będzie pobierana z głębokości 1200 metrów przez rurę o średnicy 15 metrów. Platformy tej nie trzeba będzie zakotwiczać – dzięki wykorzystaniu strumieni pompowanej wody, działających jak silniki odrzutowe, będzie ona miała znaczną swobodę poruszania się jak statek.
Czy projekty te są realne? Wszystko wskazuje, że tak. Elektrownia tego typu będzie produkować energię elektryczną taniej niż elektrownie opalane węglem lub naftą, a nadto może dostarczać sól, wodę do picia i lód – wszystko to ma przecież swą cenę, zwiększającą jeszcze bardziej opłacalność przedsięwzięcia. Wypada więc żałować, że nasz Bałtyk nie jest morzem podzwrotnikowym, skończyłyby się dla nas kłopoty z energią. Ale temperatura wody w naszym morzu rzadko osiąga 25 stopni, a nieraz zimą Bałtyk wręcz zamarza.
Jesteśmy więc dość upośledzeni przez nasze położenie geograficzne. Nie mamy ciepłego oceanu i kraj nasz leży daleko od obszarów o największej operacji słońca. Czy ma więc w ogóle sens mówienie o energii słonecznej? Z pewnością tak. Po pierwsze, nawet dość prymitywne kolektory energii słonecznej, jakie stosuje się obecnie w innych krajach do ogrzewania domów, u nas można stosować jako wspomagające źródło ciepła, znacznie redukujące ilość opału potrzebnego do ogrzania domków jednorodzinnych, fabryk czy szklarni ogrodniczych. Słońca jest w Polsce mniej, ale choć brzmi to nieprawdopodobnie, w ciągu roku na metr kwadratowy powierzchni pada u nas zaledwie dwa razy mniej energii niż w najbardziej nasłonecznionym stanie USA – Arizonie. Wszędzie tam, gdzie istnieje rolnictwo, rosną lasy, opłaca się myśleć o wykorzystaniu energii słonecznej. Jeśli jest dość dla roślin, można również pożytkować ją w urządzeniach wytwarzających ciepło lub elektryczność. Dotychczas nie mówiliśmy jeszcze o jednym ciekawym urządzeniu, które bezpośrednio zamienia energię słoneczną na prąd elektryczny. Idzie tu oczywiście o półprzewodnikowe ogniwa słoneczne. Te zmyślne kryształki krzemu, siarczku kadmu i wielu innych substancji zostały wynalezione dopiero niespełna ćwierć wieku temu i dotychczas niewiele zrobiono dla ich ulepszenia.
Powszechnie stosuje się je w światłomierzach fotograficznych, lecz tam wytwarzają tak znikome ilości energii elektrycznej, że trudno o nich nawet mówić jako o źródle energii. Większe ogniwa, całe ich baterie, zastosowano do zasilania urządzeń na sztucznych satelitach ziemi, ale i tam uzyskiwana energia jest znacznie mniejsza niż na przykład zużywana w średnim gospodarstwie domowym.
We wrześniu 1975 roku rozmawiałem z profesorem Josephem Loferskim, Polakiem z pochodzenia, który mieszka w Stanach Zjednoczonych i zajmuje się badaniami ogniw słonecznych od samego początku ich istnienia. Profesor Loferski od jesieni 1974 roku do lata 1975 roku przebywał w Polsce i pracował w Instytucie Badań Jądrowych w Świerku, a we wrześniu 1975 roku przyjechał na Zjazd Fizyków Polskich. Ponieważ wszyscy przeciwnicy wykorzystania energii słonecznej jako koronny argument przeciwko niej wysuwają fakt, że ogniwa słoneczne mają bardzo małą wydajność - czyli trzeba operować ich dużymi powierzchniami, oraz że kosztują ogromne sumy, co łącznie wyklucza możliwość ich stosowania na Ziemi, zapytałem profesora Loferskiego, co o tym sądzi. Oto co mi odpowiedział:
„Pierwsze krzemowe ogniwa słoneczne powstały niewiele ponad 20 lat temu i ich badaniami zajmowało się bardzo niewielu ludzi. Nawet dziś, na przykład w Polsce, zaledwie cztery osoby badają te ogniwa, a podobnie jest w innych krajach, choć wszystkim zagląda do oczu głód energii. Ogniwa słoneczne staną się konkurencyjne dla wszystkich innych źródeł energii, gdy ich cena spadnie około 50-krotnie, a wszystko wskazuje, że niedługo to nastąpi. Znana jest reguła, że cena przyrządów czy elementów zależy od wielkości ich produkcji. Sądzę, że podobnie jak w przypadku tranzystorów i obwodów scalonych, cena będzie spadać o około 20 procent przy każdym podwojeniu ilości wyprodukowanych sztuk.
Trudno mi dokładnie przepowiedzieć, kiedy nastąpi wymagane zwiększenie produkcji. Ogniwa słoneczne wykorzystywano dotychczas wyłącznie na satelitach, to znaczy produkowano ich milion razy mniej niżby potrzeba na Ziemi. Cena ogniw była wskutek tego sztucznie zawyżona, bowiem nikt nie martwił się wydanim kilkuset tysięcy dolarów, jeśli wysyłanie rakiety kosztowało kilkadziesiąt milionów dolarów. Ogniwa musiały być za to doskonałe, bo przecież w Kosmosie nikt ich nie mógł naprawiać. Było to tak, jak byśmy produkowali same cadillaki, a przecież potrzebne nam są tanie volkswageny.
Gdy cena ogniw spadnie do rozsądnego poziomu, wystarczy dla nich słońca i w Polsce. Gdyby w Polsce zużycie energii elektrycznej na jednego mieszkańca dorównywało jej zużyciu w USA, wówczas ogniwa słoneczne zaspokajające całość potrzeb powinny mieć powierzchnię około 1,5 tysiąca kilometrów kwadratowych, czyli pół procenta powierzchni kraju. Ale po pierwsze nie musiałoby to przecież, być jedyne źródło energii, a po drugie, można ogniwa słoneczne „zdecentralizować” i umieszczać je na przykład na dachach domów. Jednak w czasie swego pobytu w Polsce zorientowałem się, że wasi specjaliści unikają myśli o wykorzystaniu tak „egzotycznego” źródła energii.
Zresztą również w USA jeszcze cztery lata temu na wykorzystanie energii słonecznej, nikt poza NASA, która finansowała wyłącznie badania baterii dla pojazdów kosmicznych, nie dawał na to pieniędzy. Ale już w 1975 roku dostaliśmy 50 milionów dolarów. Coś się zaczęło dziać. To przecież już jest kilka procent tego, co się przeznacza na badania w dziedzinie fizyki jądrowej. Silna grupa fizyków jądrowych skutecznie ośmieszała wykorzystanie energii słonecznej, ale jestem przekonany, że zwyciężymy fizyków jądrowych na Ziemi, tak samo jak w kosmosie. Pamiętam rozmowy, jakie toczyły się przy wysyłaniu pierwszych satelitów w kosmos. Fizycy jądrowi zgadzali się, by na razie zastosować te „śmieszne ogniwa”, zanim oni nie zbudują odpowiedniego reaktora. W ciągu ponad 10 lat przeznaczono na te badania ogromną sumę pieniędzy. Zasiadałem później w komisji, która miała ocenić postępy i zadecydować, czy dalsze finansowanie tych badań ma sens. Mimo iż większość członków komisji stanowili fizycy jądrowi, wobec znikomych wyników i mizernych perspektyw badania przerwano.
Żywot energii jądrowej, a raczej projektów jej stosowania w kosmosie obejmuje 10-15 lat. Na Ziemi poczyniono już ogromne inwestycje w tym zakresie i trudno się teraz wycofywać. Przecież nakłady na fizykę półprzewodników były niewspółmiernie mniejsze. Problemy, jakie tu występują, są błahe w porównaniu, na przykład, z konstrukcją tak chętnie ostatnio wspomnianych reaktorów powielających czy reaktorów termojądrowych. Nawet dobór materiałów wytrzymujących wysoką temperaturę i ciśnienie jest tam niezwykle trudną sprawą. A konstrukcja tańszych i doskonalszych ogniw słonecznych to tylko dobór atomów i kryształów oraz opracowanie tańszej, masowej technologii.
Słyszymy czasem demagogiczne argumenty przeciwko energii słonecznej, polegające na stwierdzeniu, że jeśli już dziś trzeba pokryć powierzchnię Ziemi ogromnymi płachtami ogniw, to co będzie za lat na przykład 200. A przecież, gdybyśmy mieli całą energię elektryczną czerpać z elektrowni jądrowych, za niecałe 100 lat wzdłuż wszystkich wybrzeży oceanów trzeba by w odstępach 10-kilometrowych ustawić wielkie elektrownie – tylko w ten sposób można by je chłodzić. Widzę miejsce i dal energii jądrowej, choć w ograniczonym zakresie. Na pewno będziemy wykorzystywać również energię wiatru, tam gdzie to jest możliwe, i energię przypływów morskich. Ogromnym i nie wykorzystanym źródłem energii są prądy morskie i różnice temperatury na powierzchni i w głębi mórz tropikalnych. W każdym rejonie świata istnieją specyficzne źródła energii i należy je wszystkie wykorzystywać”.
Trudno nie zgodzić się z profesorem Loferskim. Na dodatek, jak doniosła prasa fachowa, opracowano niedawno dwie „nowinki” techniczne, które z pewnością przyspieszą wykorzystanie energii słonecznej i zmniejszą jego koszt. Pierwsza z nich znajdzie zastosowanie w kolektorach ciepła niesionego przez promieniowanie słoneczne. Dotychczas stosowano powierzchnie absorbujące gładkie, które mimo pokrywania cienkimi powłokami nie były doskonałe. Trzej wynalazcy z laboratorium znanej firmy IBM produkującej komputery, opracowali sposób pokrywania cienkiej blaszki wolframowej mikroskopijnymi gęsto upakowanymi kryształkami wolframu. Światło padające na gąszcz niewidocznych gołym okiem maczugowatych igiełek zostaje uwięzione, a na dokładkę wolfram niechętnie oddaje zgromadzone ciepło z powrotem w postaci promieniowania. W ten sposób aż 95 procent padającej energii rozgrzewa płytkę i można ją wykorzystać na przykład do ogrzania cieczy, która z kolei krąży w rurach centralnego ogrzewania.
Wiele mówiono o wysokiej cenie krzemowych ogniw słonecznych. Wynikała ona głównie z tego, że trzeba było najpierw produkować duże kryształy, później precyzyjnie je rozcinać na wąskie pasemka i wreszcie zamykać w obudowie z elektrodami odprowadzającym wytworzony prąd. Dopiero takie pojedyńcze pudełeczka łączono w większą baterię. Wszystkie te kolejne operacje niezwykle podnosiły cenę, bowiem były bardzo pracochłonne i wymagały skomplikowanych przyrządów. Kłopoty te są już w znacznej mierze za nami. Trzej uczeni, profesor Bruce Chalmers (wym. Czolmers) z Uniwerstytetu Harwardzkiego oraz A. Mlavsky i D. Jewett (wym. Dżuet) z laboratoriów firmy Tyco wymyślili, w jaki sposób można od razu wytwarzać kryształy w formie taśmy o szerokości 2,5 centymetra, grubości 0,3 milimetra i długości aż 2 metrów. Szczegóły techniczne nie są ważne, cenna jest tylko informacja, że już sprawdzono działanie tych kryształów jako ogniw słonecznych i niczym nie ustępują one tym maleńkim kryształkom, które obrabiano z takim trudem. Obecnie trwają prace nad równoczesną produkcją wielu taśm, co jeszcze bardziej obniżyłoby ich cenę.
Innym problemem jest niezbyt wysoka wydajność ogniw słonecznych. Zaledwie około jednej dziesiątej padającej energii zamieniają one na energię elektryczną. Gdyby udało się znaleźć nowe materiały półprzewodnikowe produkujące więcej elektryczności, wystarczyłaby mniejsza powierzchnia baterii, a tym samym energia elektryczna uzyskiwana z tych ogniw znacznie bypotaniała. Prowadzone w laboratoriach próby wykazują, że wielce obiecującą substancją jest siarczek kadmu, który w laboratoriach daje niemal dwukrotnie więcej elektryczności niż krzem. Ale potrzeba bedzie jeszcze wiele pracy, aby wykorzystać nowe materiały na skalę przemysłową.
Tymczasem uczeni, nie zrażeni chłodnym przyjęciem i brakiem funduszy na badania, snują wspaniałe wizje wykorzystania baterii słonecznych, jako głównego źródła energii. Jednym z nich jest Peter Glaser (wym. Glejzer) ze znanej firmy zajmującej się nowościami technicznymi, prowadzonej przez Arthura Little'a (wym. Litl). Zaproponował on ni mniej ni więcej, tylko zbudowanie gigantycznych elektrowni słonecznych w kosmosie. Profesor Loferski powiedział o tym projekcie: „osobiście wierzę w powodzenie projektu Glasera. Baterie słoneczne leżące na dachach domów są dla ludzi zbyt prostym rozwiązaniem. Nie pachną, nie szumią, a leżeć mogą niemal całą wieczność niezauważalnie. Nie jest to pomysł zbyt ludzi pociągający. Natomiast słoneczne elektrownie kosmiczne – to zupełnie coś innego, to chyba zafascynuje wszystkich. Lubujemy się przecież w wielkich budowlach”.
Kosmiczna elektrownia słoneczna, której plany już opracowano, a Peter Glaser uzyskał na nią patent nr 3 781 647, znajdowałaby się w odległości 35 800 kilometrów od Ziemi, na tak zwanej orbicie stacjonarnej. Oznacza to, że okrążałaby ona naszą planetę z szybkością odpowiadającą dobowemu ruchowi obrotowemu, czyli innymi słowy, wisiałaby jakby nieruchomo nad stale tym samym wybranym punktem planety. Podobnie jak „zwykłe” sztuczne satelity, ma ona mieć skrzydła czy tace wyłożone ogniwami słonecznymi. Jest tylko jedna różnica. Wymiary „skrzydeł” sputników liczy się w metrach, zaś elektrownia miałaby dwa jakby pola o rozmiarach 4 na 4 kilometry. Zebrana w nich energia elektryczna, przekazana do korpusu elektrowni, zostałaby zamieniona na bardzo krótkie fale radiowe, tak zwane mikrofale i wysłana przez specjalną antenę w kierunku wybranego punktu na powierzchni Ziemi.
W owym punkcie na Ziemi trzeba by zbudować podobną antenę odbiorczą. Miałaby ona średnicę około 7 kilometrów, co zajmuje wręcz nieznaczną powierzchnię. Jedna elektrownia to jeszcze za mało. Aby zaspokoić wszystkie potrzeby energetyczne USA w roku 2000 trzeba by ich zbudować 30. Z kolei, gdyby połączyć wszystkie elektrownie orbitalne w jeden pierścień otaczający ziemię w odległości odpowiadającej orbicie stacjonarnej, mający szerokość około 4 kilometrów, wówczas uzyskalibyśmy w nich energię elektryczną w ilości 200 razy wiekszej, niż wyniesie na nią zapotrzebowanie świata w roku 1980. Są to projekty dość fantastyczne, ale nie tak bardzo, jak by się mogło wydawać na pierwszy rzut oka.
Elektrownie kosmiczne (jeśli zostaną zbudowane) zapewnią ciągłą dostawę energii elektrycznej w postaci zupełnie czystej, bez zanieczyszczenia środowiska czy uszczuplenia zasobów ziemskich. Ważne jest również to, że będą pracowały przez całą dobę. W znacznej odległości od Ziemi Słońce świeci stale, nie ma dnia i nocy, czyli odpada główny argument przeciwników wykorzystania energii słonecznej na Ziemi. Ponadto, w przestrzeni kosmicznej Słońce operuje aż 15 razy silniej niż na powierzchni Ziemi, po przejściu przez atmosferę i zawieszone w niej pyły i chmury. Innymi słowy, każde ogniwo słoneczne na orbicie dostarczy znacznie więcej energii elektrycznej, niż zainstalowane na Ziemi.
Przeciwnicy Glasera, a raczej jego projektu, stale twierdzą, że jest to przedsięwzięcie zbyt kosztowne, niepewne i niebezpieczne. Ale koszt wysłania pierwszej elektrowni na orbitę ma wynieść zaledwie 4 miliardy dolarów, co wcale nie jest zbyt wiele jak na spodziewane korzyści, a poza tym wykonane już programy badań kosmicznych kosztowały znacznie więcej. Nikt ponadto nie twierdzi, że wszelkie wysiłki ma ponosić jeden kraj. Zapoczątkowana wspólnym lotem Sojuz-Apollo współpraca dwu wielkich potęg kosmicznych, ZSRR i USA, wskazuje, że możliwe jest współdziałanie nie tylko dwóch krajów. Przy odpowiednim rozdzieleniu wydatków i zadań, już za 15-20 lat można by zaspokoić większość potrzeb. A chyba wszystkim powinno zależeć, aby stało się to jak najszybciej.
Argument, że przedsięwzięcie jest niepewne, wydaje się po prostu śmieszny. Przecież wszystkie potrzebne zjawiska fizyczne i konstrukcje techniczne zostały już dawno opracowane. Sprawdzono zarówno przydatność baterii słonecznych do zasilania pojazdów kosmicznych, jak i możliwości przesyłania energii za pośrednictwem wiązki mikrofal. Nie musimy tu już nic odkrywać, wystarczą jedynie niewielkie ulepszenia istniejących urządzeń. Dla przypomnienia podam, że w przypadku reaktorów termojądrowych nie dysponujemy jeszcze nawet podstawowymi informacjami o zachowaniu materiałów, z których zostanie zbudowana komora – nikt nie wie, czy znajdzie się taki stop, który wytrzyma napór połączonego działąnia wysokiej temperatury silnego strumienia neutronów i żrącej cieczy – litu.
Ostrzeżenia przed niebezpieczeństwem, jakie grozi kierowanie na Ziemię silnych wiązek mikrofal, są jawną demagogią. Głoszą je najczęściej zwolennicy reaktorów jądrowych i termojądrowych, tych beczek z prochem, ba, nawet stokroć groźniejszych od przysłowiowej beczki z prochem. Prawdą jest, że promieniowanie mikrofalowe , takie jakie wykorzystuje się na przykład w kuchniach „Agata” może upiec każde żywe stworzenie, a więc i człowieka, w mgnieniu oka. Ale wystarczą przecież proste urządzenia zabezpieczające, które wyłączą elektrownię, gdyby nacelowana wiązka zaczęła się zsuwać z anteny odbierającej energię na Ziemi. Wszystko, czego trzeba, to kilkadziesiąt czy też z czasem nawet kilkaset ogrodzonych obszarów o promieniu paru kilometrów. Można je otoczyć nawet strefą ochronną o szerokości dalszych paru kilometrów, i tak jest to powierzchnia znikomo mała w porównaniu na przykład z poligonami, na których wypróbowuje się obecnie bomby atomowe.
Jednakże, mimo tych wszystkich zalet, każdy trzeźwo myślacy człowiek zdaje sobie sprawę, że zbudowanie elektrowni kosmicznych nie jest sprawą nawet najbliższych pięciu lat. Trzeba pokonać liczne opory i zmobilizować wielkie siły do realizacji tego niezwykle amitnego planu. Zwolennicy projektu stale wysuwają tę koncepcję i możemy mieć tylko nadzieję, że ich słowa zostaną wysłuchane. Ale projekt Glasera nie jest ani najśmielszy, ani najbardziej dalekowzroczny.
Na Uniwerstytecie w Princeton, czyli tam gdzie pracował w ostatnich latach swego życia wielki Albert Einstein, działa profesor fizyki Gerald O'Neill (wym. Onil). Co prawda, złośliwi twierdzą, że od początku 1974 roku przestał być fizykiem, a jego jedynym zajęciem jest opracowanie planów kolonii w kosmosie, ale to przecież nie ma znaczenia. Chyba projekt zbudowania osiedla w przestrzeni kosmicznej, w którym mieszkaliby i pracowali ludzie, może być na tyle frapujący, by oderwać trzeźwo myślącego fizyka od jego zajęć.
Brzmi to jak opowiastka fantastycznonaukowa, ale chciałbym przypomnieć słowa wielkiego twórcy kosmonautyki, Konstantego Ciołkowskiego: „Ziemia jest kolebką ludzkości, lecz nie można spędzić całego życia w kolebce”. Zdanie to stało się teraz szczególnie aktualne, nasza klebka staje się trochę zbyt ciasna i zaczyna nam doskwierać głód energii, której w kosmosie jest w bród.
Projekt O'Neilla przewiduje zbudowanie miasteczka kosmicznego na 10 tysięcy ludzi. Które miałoby kształt walca o długości 30 kilometrów i średnicy 7 kilometrów. Walec powoli obracać się madookoła swej osi, tak aby wytworzyć sztuczne ciążenie w jego wnętrzu – ludzie nie będą potrafili odróżnić siły odśrodkowej od zwykle działającej na nich na powierzchni Ziemi grawitacji. We wnętrzu walca zostanie założony prawdziwie rajski ogród – będą tam pola uprawne, pastwiska dla zwierząt, rzeki pełne ryb i drzewa, na których uwiją gniazda wesoło ćwierkające ptaki. Przez całą długość walca będą się ciągnęły cztery okna, na które specjalnie uformowane zwierciadła skierują odbite promienie słoneczne. Zwierciadła te posłużą również jako okiennice, które po zamknięciu wywołają złudzenie nocy. Powolne ich zamykanie da całkowite złudzenie ziemskiego zmierzchu.
Ludzie będą mieszkać w pobliżu jednej z podstaw walca, tam gdzie również znajdą się wszelkie urządzenia zapewniające im energię, odświeżające atmosferę i oczywiście zakłady przemysłowe, bo przecież pozaziemski raj nie polega na nieróbstwie. Osiedle będzie czerpało energię z promieniowania słonecznego, przy czym oczywiście możliwe jest zarówno wykorzystanie kolektorów cieplnych dla napędu turbin, jak i baterii słonecznych, które bezpośrednio dostarczą elektryczności. Dysponując niemalże nieograniczonymi zasobami energii koloniści będą mogli dowolnie zmieniać klimat swego osiedla, pracować i przeprowadzać badania naukowe.
Najodpowiedniejszym miejscem dla umieszczenia kolonii będzie punkt nazwany L5, znajdujący się na orbicie Księżyca, w równej odległości od Ziemi i od Księżyca. L występujące w nazwie tego punktu pochodzi od pierwszej litery nazwiska znanego matematyka Lagrange'a (wym. Lagranż), który jako pierwszy obliczył, że siły przyciągania Ziemi i Księżyca idealnie się w tym miejscu równoważą, tak że ciało o niewielkiej masie (w porównaniu z masami obu ciał niebieskich) pozostanie w nim na zawsze. A o to przecież idzie, by nasza kolonia nie poleciała gdzieś w bezkresną przestrzeń.
Kolonizacja i kolonie zawsze kojarzyły się z wyzyskiem i podbojem, prowadzącym do wykorzystania podbitych ludów przez silniejszych najeźdźców. Tym razem, po raz pierwszy w historii ludzkości, będzie to podbój terenów, na których nie ma istot żywych, tak że koloniści wykorzystają wyłącznie niezmierne bogactwa leżące dotychczas bezużytecznie w przestrzeni kosmicznej. A najwżniejszym z nich jest energia słoneczna.
Zresztą pierwsza kolonia, ważąca około 500 tysięcy ton, zostanie głównie, bo aż w 98 procentach, zbudowana z materiałów pochodzenia pozaziemskiego. Tylko niezbędne na początek maszyny i urządzenia przylecą z Ziemi. Reszta zostanie wykopana z Księżyca. Uszczerbek, jaki poniesie przy tym nasz satelita, będzie praktycznie niezauważalny. Później będzie można czerpać surowce z niezliczonych planetoid, które bezużytecznie krążą w naszym układzie słonecznym.
Założenie kopalni na Księżycu i planetoidach pozwoli na znaczne zaoszczędzenie wydatków. Gdyby wszystko trzeba było przywozić z Ziemi, musiałyby kursować miedzy naszym globem i kolonią kosmiczną liczne rakiety, zużywające masy paliwa, a co za tym idzie cennej energii. Zaś na Księżycu siła ciążenia jest znacznie mniejsza. Projekt przewiduje, by do napędu robotów dowożących surowce wykorzystać również energię słoneczną. Pierwsza kolonia byłaby niewielka, ot tyle, aby pomieściły się zakłady przemysłowe, które umożliwią wykonanie odpowiednich urządzeń dla kolonii, budowanej z materiałów pozaziemskich.
Jaki cel ma budowanie kolonii kosmicznych? Czy chodzi tylko o zbudowanie jakby wesołych miasteczek dla znudzonych ludzi? Otóż nie. Głównym zadaniem kolonistów będzie zbudowanie elektrowni kosmicznych według projektu Glasera. Przy przeniesieniu produkcji w kosmos, koszty spadną co najmniej dziesięciokrotnie, a wtedy naprawdę będzie można mówić o pełnym wykorzystaniu energii słonecznej. Używając do tego niewielkich silników rakietowych można będzie umieszczać gotowe elektrownie na właściwej orbicie okołoziemskiej, skąd zaczną wysyłać na ziemię energię w postaci skoncentrowanych wiązek mikrofal.
Czy projekt profesora O'Neilla jest jeszcze jedną utopijną wizją, nie mającą pokrycia w rzeczywistości? Przedstawia on konkretne obliczenia, projekty i nie wykorzystuje w nich niczego, co nie było sprawdzone we wcześniejszych próbach. Nawet analizy kosztów tego przedsięwzięcia wykazują, że nie stanowiłoby ono większego obciążenia niż na przykład projekt Apollo. Zresztą znajduje ono zwolenników wśród znanych uczonych z całego świata. Do najznakomitszych z nich należą J. Szkłowski i N. Kardaszew z ZSRR oraz C. Sagan i F. Dyson (wym. Dajson) z USA. Jednak mimo wszystko jest to zadanie bardzo trudne i wszyscy zgodnie powiadają, że nie należy oczekiwać jego realizacji wcześniej niż za 20-25 lat. Ale przecież tyle możemy poczekać?
Prócz zwolenników oczywiście są i wrogowie. Warto przedstawić przynajmniej jednego z nich. Jest nim profesor Howard Odum (wym. Oudam) z Uniwerstytetu Florydy w Gainesville. Jego zdaniem wszystkie nowe źródła energii są gorsze odropy naftowej i węgla. Nie ulega bowiem wątpliwości, że aby energię uzyskać, trzeba również ją stracić. Na przykłąd w kopalniach odkrywkowych muszą pracować zastępy potężnych maszyn, które zdejmują warstwy ziemi i wydobywają minerały zasobne w substancje palne. Każda z tych maszyn spala dużo cennej benzyny czy oleju napędowego.
Zdaniem profesora Oduma, najważniejszym czynnikiem określającym przydatność nowych projektów jest uzyskiwana przy ich użyciu energia netto, czyli różnica całkowitej wytworzonej energii i tej, którą trzeba było zużyć dla jej zdobycia. Tracenie coraz większych ilości energii, aby uzyskać jej nieznacznie więcej, to nie jest, jego zdaniem, korzystny interes. Ocena wszystkich istniejących i proponowanych źródeł energii przy pomocy skomplikowanych modeli komputerowych przyniosła niezbyt pocieszające wnioski.
Okazuje się, że o ile bliskowschodnia ropa naftowa daje ponad 6 jednostek energii w zamian za jedną jednostkę energii, o tyle kopalnia odkrywkowa daje już tylko trzy jednostki, a elektrownia jądrowa zaledwie dwie. Profesor Odum również kwestionuje celowość budowy orbitalnych elektrowni słonecznych i twierdzi, że ich koszt (zarówno urządzeń satelitarnych, jak i naziemnych) stawia pod znakiem zapytania celowość tych nakładów. Jednym słowem, spirala zużycia energii, potęgowanego przez nakłady na jej uzyskiwanie, przypomina sięganie lewą ręką do prawego ucha. Porównanie to byłoby niepełne bez przypomnienia, że ręka ta bezustannie się skraca, a odległość do ucha rośnie. Ale każdy szanujący się uczony, jeśli tylko coś krytykuje, zgłasza własne kontrpropozycje.
To, co zgłosił profesor Odum, jest prawdziwą wizją „nowego wspaniałego świata”, choć delikatnie mówiąc, nieco utopijną. Jego propozycja polega na oparciu gospodarki na rolnictwie posługującym się głównie pracą ręczną, niemal bez nawozów sztucznych. Byłby to „stan stacjonarny” gopodarki, wykorzystującej wydajne i samoodtwarzające się przetworniki energii słonecznej – lasy, uprawy i inne rośliny, które towarzyszyły nam od niepamiętnych czasów.
Nie jest to miła perspektywa dla ludzi, którzy zaznali już dobrodziejstwa cywilizacji. Jej autor spotkał się z potężną dawką krytyki – jego propozycja to przecież też sięgnięcie po niezmierzone zasoby energii słonecznej, tyle że w najmniej korzystny sposób. Wszelkie rośliny, choć nie chciałbym im odmawiać talentu w czerpaniu energii z promieniowania, czerpią jej tak niewiele, że istotnie musielibyśmy potężnie cofnąć wstecz, aby nam to wystarczyło.
Dotychczas korzystaliśmy z zapasów energii wytworzonych przez rośliny, zmagazynowanej w postaci energii chemicznej w ropie naftowej i węglu. Ale zapasy te powstawały w ciągu milionów lat, a my rozprawiliśmy się z nimi skutecznie w ciągu niespełna 300 lat, tak że zostało nam ich zaledwie na następne 200-300 lat. Zdrowy rozsądek nakazuje znów czerpać energię z promieniowania słonecznego, tyle że w sposób godny etapu rozwoju, jaki osiągnęliśmy. Słońce, które dało nam życie, z pewnością umożliwi wspaniały rozkwit cywilizacji. Nie można cofnąć się z raz obranej drogi. Gdybyśmy mieli polegać na roślinach, na cóż by się zdały osiągnięcia techniczne, których dokonali inżynierowie idący tropem odkryć naukowych. Stoimy dziś w przededniu nie spotykanego w dziejach ludzkości rozkwitu i wszelkie cofnięcie się może oznaczać tylko przekreślenie rozwoju naszej cywilizacji.
Warto chyba posłuchać, jak widzi rozwój cywilizacji radziecki astrofizyk, profesor Mikołaj Kardaszew. Jego zdaniem cywilizacje przechodzą przez trzy stadia rozwoju. W pierwszym cywilizacja znajduje potrzebne źródła energii na własnej planecie. W drugim stadium, bardziej rozwiniętym, następuje podbój układu słonecznego i cywilizacja zaczyna czerpać energię ze swej gwiazdy. Wreszcie, w trzecim stadium, cywilizacja jest na tyle skomplikowana, a jej potrzeby energetyczne tak się rozrastają, że zaczyna je zaspokajać w skali całej galaktyki.
Osiągnięcie fazy pierwszej następuje po trwającej miliardy lat ewolucji biologicznej, zaś przejście ze stadium pierwszego do drugiego (to właśnie nas dotyczy) następuje już w kilka tysiącleci później. Z kolei przejście ze stadium drugiego do trzeciego wymaga aż kilkudziesięciu milionów lat. Obecne kłopoty z zasobami naturalnych surowców i źródłami energii zdają się wymownie świadczyć o tym, że zaczyna nam się robić ciasno na naszej planecie, czyli – jeśli nawet nie jesteśmy jeszcze na granicy między stadium pierwszym i drugim – moment ten już jest bardzo bliski. A więc, jaka przyszłość czeka naszą energetykę? Oczywiście sięgnięcie po energię słoneczną.