Ceny obnovitelných zdrojů nadále klesají a na některých místech světa se z nich stávají ekonomicky zajímavé alternativy fosilních zdrojů už i bez státních dotací. Zatím sice v omezené míře například kvůli výkyvům počasí, ale i to se může změnit, pokud bude současný trend pokračovat. Co se ovšem nezmění, je „produkt“ těchto zdrojů. Voda, vítr i slunce slouží ve všech případech k výrobě elektřiny.
Ta přitom představuje jen zhruba čtvrtinu z celkové energetické spotřeby lidstva: mnohem více potřebujeme teplo na vaření, topení či pohon našich vozidel. Významnou část této práce může časem zastat elektřiny, ale úplný přechod k obnovitelným zdrojům si dnes nelze právě kvůli spotřebě tepla především v průmyslu představit, ani když hodíme ekonomiku daleko za hlavu.
Někdo ovšem v tomto problému vidí obchodní příležitost. Například malá kalifornská společnost Heliogen, která 19. listopadu vystoupila ze stínu tiskovým prohlášením oznamujícím její řešení problémů „obnovitelného“ tepla. Zprávy si všimla celá řada médií, do značné míry snad proto, že mezi prvními investory do společnosti byl i Bill Gates, který v ní nadále drží podíl. (Odhadujeme, že právě s ohledem na tisk a veřejnost byl Gates citován i v tiskové zprávě.)
V teplotě na nás nikdo nemá
Ale pojďme k technické stránce věci. Heliogen se věnuje oboru, který v podstatě není nijak nový: vývoji solárně-termálních elektráren. To jsou zařízení, ve kterých zrcadla soustředí odrážené světlo do jediného místa, z praktických důvodů na vyvýšeném místě, charakteristické věži uprostřed elektrárny. Vznikající teplo pak slouží k vytváření páry pohánějící turbínu.
Heliogen se od jiných systémů liší ovšem v jednom důležitém ohledu, totiž dosažené teplotě. Tiskové prohlášení společnosti uvádí, že teplota na „terči“, kde se soustředí paprsky odrážené zrcadly, těsně přesahuje 1 000 °C. U jiných solárně-termálních elektráren se teploty pohybují výrazně níže, zhruba o polovinu. (Dosavadní teplotní rekord byl podle Heliogenu 565 °C).
Z čistě technického hlediska jde o zajímavý úspěch. Firma ho dosáhla nasazením velmi přesného řídícího systému zrcadel. Kolem cílové plochy na věži jsou umístěny čtyři fixní kamery zaostřené každá na jiný pomyslný bod. Počítač vyhodnocuje v reálném čase, zda a jak se odraz mění, a podle toho určuje nastavení zrcadel. Podle vyjádření šéfa firmy Billa Grosse na serveru Vox nesledují kamery přímo zrcadlo, ale zaostří na čtyři různé, ale stejně vzdálené body vedle zrcadla. Poté se jejich obraz vzájemně porovná, a pokud se na obrazu všech kamer objeví stejná „stopa“ rozptylu světla v atmosféře, tak je zrcadlo správně nastavené. Pokud ne, software určí nutnou korekci.
Systém není ovšem tak triviální, jak by se mohlo z popisu zdát, vyhodnocování obrazu je poměrně výpočetně náročné. Heliogen tvrdí, že ještě před pěti lety prostě nebyla k dispozici počítačová technika, která by ho zvládla. Výsledkem v každém případě je, že systém dokáže udržet paprsky zrcadel soustředěné na oblast o průměru zhruba 50 centimetrů, díky čemuž teplota přesáhne zmíněných 1 000 °C.
Detail „terče“ elektrárny v kalifornském Lancasteru. Rozžhavená oblast má průměr cca 50 centimetrů.
K čemu to
Zvyšování teploty přitom má podle Heliogenu rozšířit možnosti využití solární energie k jiným účelům než výrobě energie. Zpráva konkrétně zmiňuje výrobu stavebních materiálů, v tisku se často objevovaly zmínky o možném využití při výrobě oceli. Ovšem to je podle našeho názoru vize spíše na pomezí science fiction.
Za prvé proto, že praktické nasazení takové technologie totiž nebude vůbec jednoduché. Solárně-termální elektrárna pracuje jen na přímém slunci, a prakticky tedy jen na suchých a slunných místech (například ve Španělsku ano, u nás prakticky vůbec). Slunce je také zdroj s poměrně malou energetickou hustotou, a k dosažení dostatečného tepelného výkonu je zapotřebí velké plochy.
Případný zájemce také musí počítat s tím, že část výroby musí přesunout na věž vysokou řádově desítky metrů. Ještě podstatně větším problémem je, že provoz funguje pouze několik hodin denně. Opravdu těžko si představit například tavicí pec či výrobu stavebních materiálů, která bude fungovat pouze část dne – a některé dny vůbec, protože prostě nesvítí slunce.
Zajímavější by snad mohlo být další zvyšování teploty, ve které firma doufá. Heliogen totiž uvádí, že jeho cílem je dosáhnout teplot kolem 1 500 °C. Proč? Protože při takových teplotách by se již dalo uvažovat o využití technologie pro výrobu syntetických paliv. Myslíme konkrétně rozklad vody pro výrobu vodíku. V souvislosti s Heliogenem mluví nejčastěji o produkci tzv. syntézního plynu, tedy směsi vodíku a oxidu uhelnatého (CO), která může také posloužit jako náhrada řady fosilních paliv. Výchozími surovinami by byl oxid uhličitý a voda.
Jinak řečeno, postup by pak mohl sloužit k ukládání energie z obnovitelného zdroje do dobře skladovatelné podoby klasického paliva pro pohon motorů či turbín. Ovšem podobně jako v případě technologie výroby paliv z CO2 zachyceného ze vzduchu, o kterém jsme psali před časem, podobná technologie by v blízké budoucnosti mohla dávat finanční smysl pouze za specifických okolností, kdy běžná paliva budou znevýhodněna například zatížena uhlíkovou daní.
První zářez
Když mluvíme o Heliogenu, neměli bychom zapomenout na jejího zakladatele Billa Grosse. V oboru solárně-termálních elektráren se totiž pohybuje poměrně dlouho, a jeho příběh je v mnohém ilustrativní. V roce 2007 založil Gross společnost eSolar, která fungovala do roku 2016, a také se pokusila o rozvoj solární elektrárny soustřeďující světlo z mnoha zrcadel do jednoho bodu. Základní nápad byl také stejný: vzít poměrně levná zrcadla, ale vybavit je velmi dobrým řídícím systémem.
Společnost eSolar dotáhla svou elektrárnu až k praktické demonstraci. V roce 2009 spustila v Kalifornii solární elektrárnu o výkonu 5 MW (stojí poblíž města Lancaster, tedy zároveň nedaleko od zkušebního provozu Heliogenu). Elektrárna se skládala ze dvou „jednotek“, tedy de facto dvou věží, kolem kterých stálo celkem 24 tisíc zrcadel. Světlo se soustředilo poblíž vrcholku věží, kde v potrubí vytvářelo páru pohánějící připojenou turbínu.
Jak se ovšem ukázalo, v praxi bylo zařízení ekonomicky neudržitelné. Podle údajů, které provozovatel nakonec po naléhání některých zájemců a aktivistů zveřejnil, pracovala elektrárna minimálně v prvních letech provozu zhruba čtyři až pět dní v měsíci, a to pouze během poledních hodin. Proč ne každý den, když oblast je velmi slunná a jasno je většinu roku? Nevíme přesně, ale dalo by se spekulovat, že provoz se vyplatil ve dnech, kdy byla cena elektřiny na trzích zvýšená. Ovšem jde pouze spekulaci.
Pohled na centrální věz elektrárny Heliogenu s rozžhaveným terčem uprostřed
V každém případě byl provoz neudržitelný. Mezi červencem 2009 a 2010 vyrobila cca 552 megawatthodin (MWh), odhady před zahájením provozu, na jejichž základě se dělala i ekonomická analýza, uváděly odhad výroby zhruba 4 300 MWh. A nebyly to vlivem „dětských nemocí“ – během následujících dvanácti měsíců byla výroba prakticky totožná, cca 539 MWh. V roce 2015 tak byl provoz ukončen a elektrárna postupně rozebrána. Věže například zmizely v roce 2018.
Zkušenost eSolaru je tedy dobrým příkladem praktických obtíží zavádění solárně-termálních elektráren do praxe. Obor byl na přelomu první dekády 21. století plný nadějí, ale dnes jde o zcela okrajovou záležitost omezenou v podstatě na pár zemí na světě. Výkon všech elektráren tohoto typu je kolem šesti gigawattů, což je z globálního hlediska zcela zanedbatelná hodnota.
Výroba elektřiny ze slunečního záření, tedy fotovoltaické systémy, jsou praktičtější, protože vyžadují obecně řečeno jednodušší údržbu a fungují i při zamračené obloze a slabším světle. A co je samozřejmě ještě důležitější, jsou dnes jednoznačně levnější. Jejich cena také nadále klesá, a minimálně z technologického hlediska se jeví oprávněná naděje, že trend by mohl pokračovat i v blízké budoucnosti.
„Inteligentní“ revoluce?
Bill Gross se ovšem po neúspěchu eSolaru nevzdal a své nápady dokázal znovu dostat do praxe. Možná by nemělo být tak překvapivé, že o nich přesvědčil Gatese (či jeho investiční poradce) – Gross totiž sází na výpočetní techniku. Domnívá se, že právě ona může přinést doslova „revoluci“ v energetice.
V současné době obor prochází velkou proměnu, kterou pro naše potřeby můžeme nazvat přechodem od fosilních zdrojů k těm nízkouhlíkovým. V minulosti podobné energetické přerody trvaly dlouhá desetiletí a leccos nasvědčuje tomu, že to ani nemůže být jinak. Například kvůli tomu, že nějakou dobu trvá, než se lidé a organizace nechají přesvědčit nebo než dokážou našetřit na novou generaci zdrojů. Někteří „technooptimisté“, například právě zakladatel Heliogenu Bill Gross, si ovšem myslí, že dnešní proměna by se mohla odehrát rychleji. (Argumenty shrnuje jednoduše například tento nepříliš dlouhý článek Davida Robertse na Vox.com, který stojí do značné míry právě na názorech Billa Grosse)
Důvodů zmiňují několik: například to, že většina „nových“ zdrojů, jejímž nejdůležitějším zástupcem bude patrně fotovoltaika či bateriové systémy, jsou minimálně z části malé, distribuované zdroje. Pořizovací náklady tedy nejsou vysoké, a to dává možnost vstupu nových investorů, až na úroveň jednotlivců či domácností. A ty se rozhodují přece jen jinak než velké energetické koncerny. Samozřejmě, stále existuje řada důvodů, proč význam argumentu nepřeceňovat, navíc dosavadní průběh zatím nenasvědčuje tomu, že by současná situace měla být výjimkou z historického pravidla.
Ovšem Gross zdůrazňuje právě roli výpočetní techniky. Ta podle něj de facto „znásobí“ dopad do praxe zařazených nových komponentů. To se nemusí týkat jen solárních elektráren, snad ještě lepším příkladem by mělo být využití baterií v domácnostech či elektromobilech. Dnes celá řada subjektů pracuje na vývoji systémů „pronájmu“ a spolupráce takových systémů, aby i jednotlivci mohli své přebytky skladovací kapacity či výroby nabízet na volném trhu. „Chytřejší“ využití kapacity by mělo v podstatě vést ke snížení nutných investic na přechod k novým energiím, a tedy zkrátit trvání procesu změn.
Heliogen i řada dalších, často praktičtějších příkladů ukazuje, že výpočetní technika nepochybně bude hrát v energetice ohromnou roli, optimismus Billa Grosse se nám zdá poněkud přehnaný. I proto, že to, co se označuje za „umělou inteligenci“, má k obecně přijímané definici inteligence daleko. Není celkem sporu o to, že nárůst výkonů a s ním úzce související nástup nových tříd softwaru umožní automatizovat další a další činnosti. Schopnosti „AI“ jsou ovšem stále velmi omezené na poměrně úzkou skupinu úkolů (jedním z nich je právě analýza obrazu jako u Heliogenu). Bude to stačit na to, abychom byli v energetickém přechodu výrazně rychlejší a „chytřejší“ než naši předkové?
Zaznít by tak samozřejmě mělo také, že Gross a další energetičtí inovátoři musejí prodávat své nápady. „Umělá inteligence“ je dnes hojně skloňovaný výraz, který přitahuje investory, a ty bude Heliogen určitě ještě nějakou dobu ke svému přežití nepochybně potřebovat.
