Svaki put kada nas zateknu ekstremne ljetne vrućine, prirodno je zapitati se zašto tu ogromnu količinu energije jednostavno ne možemo „uhvatiti“ i spremiti za hladne zimske mjesece. Ideja na prvi pogled zvuči logično i gotovo jednostavno: ljeti imamo višak topline koji nas često opterećuje i čini boravak na otvorenom nepodnošljivim, dok zimi trošimo značajne iznose novca i resursa kako bismo održali ugodnu temperaturu u svojim domovima. Ipak, put od ove intuitivne zamisli do praktične primjene u stvarnosti pun je tehničkih, fizičkih i ekonomskih prepreka koje ovaj proces čine daleko složenijim nego što se može pomisliti u teoriji.
Sadržaj...
Razlika između topline i električne energije
Da bismo razumjeli zašto nije lako pohraniti ljetni zrak u baterije, prvo moramo razjasniti razliku između toplinske i električne energije. Toplina je zapravo energija u obliku kretanja molekula. Kako bismo tu toplinu pretvorili u električnu energiju, koju možemo lakše pohraniti, potreban nam je proces poznat kao termodinamički ciklus.
Većina današnjih elektrana radi na principu razlike u temperaturi. Da bi se pokrenule turbine koje proizvode struju, potreban je snažan protok energije koji nastaje između jedne vrlo vruće točke i jedne hladne. Ovdje nastaje glavni problem s ljetnim zrakom. Iako nam temperatura od 35 ili 40 stupnjeva Celzija djeluje nepodnošljivo, s gledišta fizike ona je relativno niska. Industrijski generatori zahtijevaju temperature od stotina ili čak tisuća stupnjeva kako bi radili učinkovito.
Da bismo izvukli korisnu energiju iz zraka temperature 35 stupnjeva, trebali bismo imati sustav hlađenja koji je ekstremno hladan. Međutim, energija potrebna za održavanje takvog hlađenja bila bi znatno veća od one koju bismo dobili iz samog procesa, što cijeli pothvat čini energetski neisplativim. U biti, pokušali bismo stvoriti energiju trošeći više energije nego što bismo dobili, što krši osnovne zakone ekonomike i fizike.
Izazovi pohrane energije u velikim razmjerima
Čak i kada zanemarimo problem pretvaranja topline u struju, suočavamo se s drugim ogromnim izazovom: pohranom. Današnje baterije, poput onih u mobilnim telefonima ili električnim automobilima, izvrsne su za kratkoročnu upotrebu, ali nisu dizajnirane za pohranu energije u razmjerama cijelih gradova tijekom nekoliko mjeseci.
Kada govorimo o sezonskoj pohrani, problem postaje još izraženiji zbog prirodnih gubitaka. Svaki sustav pohrane energije gubi dio kapaciteta tijekom vremena. Bilo da se radi o kemijskim baterijama ili termalnim spremnicima, energija polako „curi“ u okolinu. Da bismo spremili toplinu iz srpnja za upotrebu u siječnju, trebali bismo izgraditi sustave izolacije neviđenih razmjera koji bi bili sposobni spriječiti gubitak topline mjesecima, što trenutno nije ekonomski opravdano niti tehnički izvedivo na razini masovne primjene.
Osim toga, postoji i pitanje materijala. Pohrana ogromnih količina topline zahtijeva materijale koji mogu izdržati termalno širenje i stezanje bez pucanja ili degradacije. Iako postoje materijali s visokim toplinskim kapacitetom, njihova nabava i instalacija u razmjerima potrebnim za grijanje stambenih četvrti zahtijevali bi investicije koje trenutno nadmašuju troškove tradicionalnog grijanja.
Alternativni pristupi i održiva rješenja
Iako je izravno „hvatanje zraka“ trenutno nemoguće, znanost nudi drugačije načine kako bismo iskoristili ljetnu energiju. Umjesto pokušaja pohrane topline iz zraka, fokus prebacuje se na sustave koji koriste prirodne resurse i modernu tehnologiju za optimizaciju grijanja i hlađenja.
Jedan od najuspješnijih primjera su toplinske pumpe. One ne stvaraju toplinu iz ničega, već je prenose s jednog mjesta na drugo. Ljeti mogu izbacivati toplinu iz kuće prema van (hlađenje), a zimi je crpiti iz zemlje ili zraka i prenositi u dom
