Energin från vatten och vind
VID sidan om de direkta metoderna för att utnyttja solenergin finns det många sätt att indirekt ta till vara den. Rinnande vatten har i mer än 1.000 år drivit anläggningar för att mala säd, lyfta upp vatten och uträtta många andra arbeten. Vattnet förs tillbaka från haven till flodernas källflöden genom de naturliga processerna avdunstning och nederbörd, vilket allt hålls i gång av solens strålning. Vattenkraften förnyas på så sätt ständigt och utgör en pålitlig källa år efter år.
Genom uppdämning av stora och små floder har man under alla årstider kunnat åstadkomma en kontinuerlig energitillförsel för alstring av vattenkraft. I en del länder finns det så rikligt med vattendrag som har stora fallhöjder och god vattentillgång att vattenkraften är den viktigaste energikällan. I Norge står vattenkraften för nästan all elförsörjning. Men i världen som helhet är vattenkraften i jämförelse med andra energikällor mindre betydelsefull. Vattenkraften står för bara omkring 5 procent av den totala energiproduktionen i hela världen. I många delar av världen har mycket av den tillgängliga vattenkraften redan utnyttjats och kan inte utökas särskilt mycket för att tillgodose den växande efterfrågan på energi.
Väderkvarnen är ett annat mycket gammalt sätt för att ta till vara energin i omgivningen. Vindkraften är också beroende av solen, eftersom solen ger upphov åt vädret och de klimatskillnader som avgör i vilken riktning och hur kraftigt vinden blåser.
Väderkvarnar brukade vara karakteristiska inslag i landskapsbilden i många delar av världen. Hollands pittoreska väderkvarnar pumpade bort vatten från invallade lågland. På 1700-talet drev väderkvarnarna sågverk och slipstenar och fick industricentra att blomstra och ha framgång. Milliontals vindhjul fanns en gång i tiden utspridda på slätterna i centrala och västra Förenta staterna. De användes mest till att pumpa upp vatten ur brunnar, men också som en källa till elkraft. Under 1900-talet har man ersatt de flesta vindhjulen med bensindrivna motorer.
Men nu, i en tid då oljan håller på att förlora sin dominerande ställning, ser vindkraften ut att återvinna sin popularitet. Vad som stimulerar det förnyade intresset är att man inser att vindkraftens möjligheter är mycket större än vad man tidigare trott. En vetenskapsman vid University of California i USA hävdar att globalt sett skulle vindkraften ensam kunna tillgodose hela mänsklighetens energibehov 20 gånger om. Också i Förenta staterna skulle vindkraften, om dess möjligheter utnyttjades till fullo, kunna tillgodose landet med 75 procent av den energi som nu används. På många platser har vinden en nästan lika stor energipotential som solljuset.
De anordningar som utformas och provas för att utvinna energi ur vinden varierar avsevärt till formen. Det finns två- eller trebladiga propellrar, som monterats på vad som ser ut som ett litet vinglöst flygplan längst upp på ett högt torn. I Clayton i New Mexico i USA finns ett sådant vindkraftaggregat med 19 meter långa propellerblad. Om vinden blåser — vilket den gör 90 procent av tiden — alstrar denna anläggning upp till 200 kilowatt, vilket räcker till en sjättedel av de 1.300 hushållen i Clayton. År 1978 var det tre gånger dyrare att få energi från vind än från olja, men större anläggningar och massproduktion förväntas nedbringa kostnaden, under tiden som oljepriserna stiger snabbt.
På många platser provar man liknande anläggningar, och på en bergstopp i närheten av Boone i North Carolina i USA har man byggt en vindgenerator med en effekt på 2.000 kilowatt, vilket är den största generatorn av detta slag hittills. Ett privat företag kommer att sätta upp ett antal vindkraftaggregat i ett blåsigt bergspass i centrala Kalifornien i USA. Om det visar sig vara en ekonomisk framgång, kommer man att sätta upp hundratals vindkraftaggregat på lämpliga platser.
En annan typ av vindkraftaggregat har svängda blad som är fästa upptill och nertill vid en vertikal axel. Dess utseende påminner något om en jättestor äggvisp. Det behöver inte vändas efter vinden. Detta vindkraftaggregat kräver liksom andra modeller en viss minimivindhastighet för att fungera — vanligen omkring 3,6 meter per sekund. Om det blåser för kraftigt, kan man stänga av aggregatet för att förhindra olyckor och haverier.
Ytterligare ett annat ovanligt vindkraftaggregat består av ett fast runt torn med vertikalt inställda klaffar runt om. På tornets vindsida öppnas klaffarna i en viss vinkel och på läsidan hålls de stängda. Vinden som kommer in i tornet riktas in i en spiralformad cirkulation och rör sig uppåt och bildar en virvelstorm i miniatyr. Det låga trycket i mitten drar in luft från botten genom en turbin som har relativt små skovlar och rör sig med hög hastighet.
Ytterligare andra utformningar av vindkraftaggregat uppfinns och utvecklas. Fältet är öppet för nya idéer om hur vinden kan alstra elektricitet, och ingen kan nu förutsäga vilken anordning som slutligen kommer att producera den billigaste energin. Omfattande forskning fortsätter alltså för att utveckla många konkurrenskraftiga vindkraftaggregat.
När man jämför vindkraften med andra energikällor, måste man ta i övervägande den estetiska aspekten. Ett enstaka vindkraftaggregat kan betraktas som pittoreskt, men långa rader av vindkraftaggregat skulle kunna bli ett störande inslag i landskapsbilden. Ett annat bekymmer är att vindkraftaggregaten kan orsaka störningar i den lokala TV-mottagningen.
Som det nu ser ut är vindkraften på väg att bli åtminstone lika betydelsefull som den en gång varit, och den kommer troligen att få en ännu större betydelse för energiförsörjningen. I Förenta staterna kommer enligt olika beräkningar vindkraften att omkring år 2000 svara för mellan 1 och 10 procent av energin.
Utjämning av topparna och dalarna
När solen inte skiner, eller när vinden mojnar, kommer energiproduktionen från vind- eller solkraftverken att avstanna. Om dessa anläggningar kompletterar ett annat energisystem, till exempel ett vattendrivet eller koleldat kraftverk, är dessa variationer inget problem. Driftspersonalen kommer helt enkelt att reglera uteffekten från huvudgeneratorerna för att kompensera den skiftande sol- och vindkraften på samma sätt som de tillgodoser den växlande efterfrågan under dygnet.
För en del ändamål skulle man kunna använda solenergin utan kompletterande energi från andra källor genom att så att säga ”smida medan järnet är varmt”. Om solenergin används för att pumpa upp vatten i en reservoar eller om den används vid den elektrokemiska tillverkningen av aluminium eller vid framställningen av väte, skulle driften kunna vara i gång när solen skiner och stoppas när den inte gör det.
Men för många ändamål måste man på något sätt lagra energin. Elektricitet kan lagras i batterier, vilket man sedan länge har gjort i bilbatterier. Men antalet av och storleken på de vanliga blyackumulatorceller, som skulle behövas för att tillgodose ett medelhushålls energibehov, skulle göra ett sådant batteri skrymmande och dyrbart. Dess bättre utlovar forskningen på senare tid nya slag av ackumulatorbatterier som skulle kunna lagra stora mängder elektrisk energi i en liten volym.
Om sådana batterier blir verklighet, kommer elektriska bilar att bli mycket mera användbara än vad de är i dag. Man låter sin bil vara kopplad till kraftuttaget hemma i garaget eller där man parkerar medan man arbetar eller handlar. Med förbättrade solceller såväl som batterier kan det bli möjligt att montera solfångare på biltaket för att ladda batteriet under tiden bilen går såväl som under tiden den är parkerad. En sådan bil provas nu i Florida i USA. En initiativrik och energisk uppfinnare i Kalifornien i USA har till och med anslutit ett batteri till solceller som monterats på vingarna på ett litet flygplan och bevisat att planet kan flyga på solkraft.
För att lagra energi från stora kraftanläggningar kan det vara mera praktiskt att omvandla energin till andra former. Man kan till exempel använda den överflödsenergi som alstras under soliga dagar eller då vinden blåser till att pumpa upp vatten till en högt belägen reservoar. Genom att sedan låta vattnet strömma tillbaka kan den energi som utvinns användas på natten eller under vindstilla perioder. Ett annat förslag är att under tryck pumpa in luft i naturliga underjordiska utrymmen. Mekanisk energi kan lagras i ett väldigt svänghjuls roterande rörelse. Dessa många olika uppslag visar att om sol- och vindkraft slår igenom, kommer det att bli förändringar i de sätt på vilka vi använder energin.
Solsken ”på flaska”
Fotokemisk bränsleproduktion genom solljus är ett annat sätt att använda solenergin. En naturlig process av det här slaget är fotosyntesen. Gröna växter använder solens ljus för att tillverka sådana energirika föreningar som kolhydrater. Människans första sätt att använda solenergin var att elda med ved för att laga mat och värma upp bostaden.
Genom jäsning, som är en annan process i naturen, kan man ur många växtmaterial framställa alkohol, som kan användas som bränsle. Man kan blanda ut bilbensinen med 10 till 20 procent alkohol utan att man behöver ändra motorn. Man kan också bygga om bilmotorerna, så att de kan förbränna ren alkohol. Hittills har alkohol varit dyrare än bensin, men situationen håller på att förändras, och bilister har börjat använda en blandning av bensin och alkohol (på engelska kallad ”gasohol”). I Brasilien har man startat stora projekt för att producera alkohol och bli oberoende av oljeimport. För att göra alkoholtillverkningen mera ekonomiskt lönsam studerar man olika slag av snabbväxande träd, som skulle lämpa sig för kommersiell odling. Växtlighet som på detta sätt utnyttjas för att få energi går under beteckningen ”biomassa”.
En del vetenskapsmän med framåtanda skulle vilja använda solljuset för att direkt sönderdela vatten i väte och syre. Detta kan naturligtvis göras genom elektrolytisk sönderdelning, men de söker efter en fotokemisk metod. Vad som behövs är en lämplig katalysator för reaktionen — någonting som verkar på samma sätt som klorofyll gör för att framställa socker ur vatten och koldioxid. Om man kan finna en sådan katalysator, kan komprimerat väte komma att användas som bränsle till våra bilar i framtiden.
Sådana bränslen som alkohol eller väte, framställda genom solljus, har stora fördelar framför kolväten. De förorenar inte miljön, och till skillnad från fossila bränslen rubbar de inte heller koldioxidbalansen i naturen, eftersom hela tillgången på energi finns i kretslopp i atmosfären.
[Infälld text på sidan 10]
En vetenskapsman hävdar att vindkraften skulle kunna tillgodose människans totala energibehov 20 gånger om
[Infälld text på sidan 10]
I en del områden finns det i vinden i genomsnitt nästan lika mycket energi som i solljuset
[Infälld text på sidan 11]
Det kan bli möjligt att montera solfångare på taket på elektriska bilar för att ladda batteriet medan bilen går eller medan den är parkerad
[Infälld text på sidan 11]
Alkohol kan tillverkas av växtmaterial och användas som bränsle; alkohol förbränns utan att avge några föroreningar
[Ruta på sidan 12]
Energi från jordens inre
Förutom kärnenergin finns det ytterligare en annan energikälla som inte härrör från solen — varken nu eller i det förflutna. Det är jordens egen inre värme. Det har länge varit känt av dem som borrar djupa hål i jorden att ju djupare man kommer, desto hetare blir det. På vissa platser finns det också heta områden nära jordytan. Det skådespel som ett vulkanutbrott utgör, då en vulkan spyr ut glödande smält berg som väller ner för dess sidor, är det mest dramatiska uppvisandet av jordens inre värme. En inte fullt så stor uppvisning ger gejsrarna, som sprutar ånga och kokande vatten högt upp i luften. Ännu stillsammare är de varma källorna, som för många människor är populära och omtyckta hälsobrunnar.
Vetenskapsmän tror att jordens värme är resultatet av att berg och metalliska material i jordens inre har tryckts samman genom gravitationen. Man kan anta att en gång i tiden var hela jorden glödande; skorpan svalnade, men det inre är fortfarande hett. Den återstående värmen strömmar hela tiden mot ytan — på vissa platser snabbare än på andra. Denna ursprungliga värme ökas genom radioaktivt sönderfall av sådana ämnen i jordskorpan som kalium, uran och torium.
På sådana platser där jordens värme är tillgänglig, utgör den en användbar energikälla. I Larderello i Italien har man sedan år 1904 utnyttjat den ånga som kommer upp ur jorden till att driva elektriska generatorer. En större anläggning i närheten av Geyserville i Kalifornien i USA alstrar över 500.000 kilowatt från torrånga.
Överhettat underjordiskt vatten utgör också en källa till ånga, då det leds till jordytan och trycket lättas. På Nya Zeeland och i Mexico har man utnyttjat hett vatten till energiproduktion. Den första anläggningen av detta slag i Förenta staterna byggs nu i närheten av El Centro i Kalifornien. Anläggningen kommer att producera 50.000 kilowatt, och man beräknar att i detta geotermiska område kommer den kapaciteten att kunna utvidgas 10 gånger.
Tillgången på geotermisk energi är så ofantligt stor att den praktiskt taget är en obegränsad energikälla i jämförelse med människans behov. Men det är på relativt få platser den kan utnyttjas. För närvarande är möjligheterna att utnyttja geotermisk energi relativt små i jämförelse med möjligheterna att utnyttja solkraft och vindkraft, som är tillgängliga överallt på jorden.