Valorificarea resurselor extraterestre si atmosferice

Valorificarea resurselor extraterestre si atmosferice

2.1.1. Energia solara

Captarea energiei solare se poate realiza printr-o mare varietate de filiere si metode, dintre care unele sunt deja utilizate pe scara larga, iar altele înca în stadiul experimental. Energia solara poate fi utila omului doar prin conversia ei într-o alta forma de energie, prin intermediul a diferite metode.

b.1. Utilizarea energiei solare la temperaturi joase se realizeaza fie prin absortia radiatilor solare de catre corpuri de culoare închisa (neagra), fie prin crearea efectului de sera, fenomene folosite simultan în constructia de helio-convertoare. Aceste helioconvertoare permit încalzirea unui fluid cu un randament de pâna la 60 % la temperaturi de 100°C. Astfel de instalatii de încalzire a apei au devenit extrem de numeroase în state ca Japonia, Israel, Cipru, Australia, C.S.I., ajungându-se pâna la "orasele solare", ca Village Hornes din California, în care peste 50 % din necesarul de energie este furnizat de Soare. Numai în S.U.A. se desfac anual pe piata circa 1 milion de captatori solari, iar în Japonia peste 800.000 de bucati, utilizarea acestor captatori solari patrunzând si în Olanda, Germania, Marea Britanie, etc. În tara noastra exista realizari importante în acest sens. INCREST a construit o serie de helio-convertori, de marimi diferite, care asigura o parte din energia electrica necesara unor obiective.

b.2. Folosirea energiei solare la temperaturi ridicate, necesita cresterea randamentului conversiei termodinamice, printr-un sistem care permite concentrarea radiatiei solare în vederea ridicarii temperaturii sursei. Aceste instalatii sunt mult mai sofisticate, folosesc oglinzi de forme diverse, orientabile prin programare electronica, care ating randamente de 80 % si în a caror focare temperatura se ridica pâna la 1700-3500°C. Numarul acestor helioconvertoare este însa mic iar capacitatea lor este modesta, 1-2 MW, asa cum sunt cele de la Adrano (Italia), Almeria (Spania), etc., prima centrala de talie ceva mai mare, 10 MW, fiind în constructie la Barstow (California-S.U.A.). Aceste instalatii mai servesc la topirea substantelor greu fuzibile (ex. Montlouis-Franta), la desalinizarea apei de mare (ex. Taskent), etc. S-au elaborat si o serie de proiecte de sisteme de oglinzi satelizate care sa ilumineze noaptea marile orase sau zonele polare. Pentru viitorul apropiat, se preconizeaza a se construii în Europa centrale de acest tip, cu puteri electrice de 1-3.5 MW.

d. Conversia energiei solare în alta forma de energie foloseste urmatoarele metode:

d.2. Un procedeu de perspectiva este fotoelectroliza apei, reusita deocamdata experimental, pe baza unor instalatii cu dioxid de titan si platina, folositi ca electrozi într-un circuit electric declansat de energia solara. Se obtine astfel hidrogen, un combustibil foarte bun, iar randamentele acestor instalatii ating 40 %.

Utilizarea energiei solare, în toate variantele prezentate anterior, are si avantajul de a fi inepuizabila, abundenta, un pret de cost neglijabil în forma sa bruta si mai ales nepoluanta, aspecte de mare importanta pentru valorificarea ei în viitor. Totusi, faptul ca numeroase metode de valorificare a acestei energii nu ai depasit stadiul de experiment se datoreaza unor servituti inerente - densitate slaba a fluxului energetic (cel mult 1400 W/m²), intermitenta datorita alternantei dintre zi si noapte, nebulozitatea, pret ridicat al instalatiilor de captare si conversie, pierdere de energie prin conversie etc. Se explica astfel numarul redus de instalatii de captare si conversie a energiei solare a caror productie de energie electrica este înca foarte mica, si chiar la nivelul anului 2000 nu acopera mai mult de 2 % din consumul de energie al statelor industriale dezvoltate.

2.1.2. Energia eoliana

Energia eoliana rezulta ca urmare a diferentelor de potential termic si baric din troposfera, ca urmare a încalzirii neuniforme a atmosferei. Curentul de aer, vântul, care tinde sa echilibreze diferentele existente, se remarca prin intensitate, viteza, durata si directie. Cu cât viteza este mai mare cu atât efectul mecanic creste. Astfel, la o viteza de 9,5 m/s efectul mecanic este de 7 kgf/m² iar la 30 de m/s valoarea se ridica la 220 kgf/m².

Amplificarea energiei mecanice proportional cu cubul vitezei (Legea cubului) are o mare semnificatie pentru captarea si valorificarea energiei eoliene. De asemenea, durata de bataie a vântului, în special durata cu o viteza constanta sau crescânda (asa numitele viteze utile - Vu, mai mari decât viteza de pornire - Vo care este egala la majoritatea motoarelor cu 4 m/s), este importanta pentru evaluarea posibilitatilor de exploatare. Cunoasterea celor doi parametrii este necesara la proiectarea si exploatarea instalatiilor energetice eoliene. Se stie faptul ca numai o parte a potentialului eolian poate fi receptionat de aceste instalatii si depinde de suprafata acoperita de roata eoliana, precum si de coeficientul de utilizare a vitezei vântului (randamentul motorului eolian). Asadar, valorificarea potentialului eolian depinde de dimensiunile instalatiilor, de puterea acestora si de viteza vântului.

Tabelul nr. 3. - Evaluarea potentialului exploatabil a energiei eoliene de-a lungul litoralului (dupa Raboca N., 1995)

Preocupari în directia valorificarii energiei eoliene apar înca din antichitate. Nu se stie când s-a început folosirea fortei vântului pentru navigatie, dar instalatiile eoliene de pompare a apei pentru macinatul cerealelor au fost utilizate de catre egipteni, chinezi si persani. Pe la începutul secolului al IX-lea îsi fac aparitia morile de vânt în Anglia si se vor raspândi în timpul evului mediu în Ţarile de Jos iar mai târziu în Germania si Rusia. La sfârsitul secolului al XVIII-lea apar constructii de motoare de vânt, urmate la mica distanta de motoare eoliene care sunt folosite pentru producerea curentului electric. Criza energetica contemporana a readus în actualitate constructia de centrale electrice eoliene. Ele pot functiona în zonele în care viteza medie anuala a vântului depaseste 5 m/s. Din motive tehnice, centralele eoliene sunt înca destul de putine, potentialul energetic al atmosferei fiind slab folosit, pretul electricitatii obtinute cu ajutorul energiei eoliene fiind cu cca. 30 % mai mare decât al celei obtinute prin metode clasice.

Prima centrala electrica eoliana a functionat în C.S.I., la Ai-Petri (Crimea). Acesteia îi urmeaza o serie de centrale în S.U.A. (Rutland-Vermont, cu 1.2 MW, Grandpe Know cu 1.2 MW), Marea Britanie (Caernarvon, cu 0.1 MW), Franta (Nogent la Roy, cu 0.6 MW), Canada, Japonia, Olanda. Cea mai mare centrala eoliana pusa în functiune (1981) se afla la Brunsttel în Germania. Interesant este programul de cercetare al Ministerului Energiei din Danemarca care, pe baza experientei câstigate si alocarii de fonduri, a construit pâna în 1985 un numar de 1400 aerogeneratoare. Lânga Aalborg sunt în functie doua centrale eoliene de capacitate medie cu o putere instalata de 600 KW. Concomitent cu acesta, se desfasoara o intensa activitate de proiectare si experimentare a unei game variate de tipuri de masini, cu puteri diferite, atât cu ax orizontal cât si cu ax vertical. Totodata, la nivelul anului 1985, valoarea exportului de centrale eoliene se ridica la circa 2000 milioane de coroane daneze.

În România, aceasta sursa de energie poate fi utilizata în mod rentabil mai ales în Dobrogea, Delta Dunarii, Baragan, nordul Moldovei si în zona montana. În unele din aceste locuri au fost construite centrale eoliene cu diferite puteri instalate.

Pentru viitor se prevede construirea unor centrale electrice eoliene mai mari, pâna la 200 MW, pe tarmul atlantic al Frantei, pe litoralul estic al S.U.A., în Anglia (proiectul Orkney, cu doua centrale). De asemenea, pe coasta vestica si sudica a Australiei se vor construi 300 de generatoare eoliene care vor furniza 20 milioane MW/an.

Pentru a avea un randament mai mare, la Hilton Keynes, S.U.A., a fost construita o minicentrala solar-eoliana alcatuita dintr-o turbina eoliana de 20 KW, o serie de celule fotovoltaice însumând 5 KW si un acumulator pentru stocarea energiei electrice în surplus.

Construirea de centrale electrice eoliene ridica însa o serie de probleme care se cer a fi solutionate, cum ar fi: concentrare relativ mica a energiei si variatia acesteia în timp, incapacitatea instalatiilor de a exploata întregul potential eolian, fenomenul de oboseala a instalatiilor, conditiile meteorologice nefavorabile din zonele montane (chiciura), lipsa unor mijloace si forme de stocare a energiei eoliene, reducerea pretului de realizare a instalatiilor de captare, etc. Este imperioasa rezolvarea acestor probleme deoarece sursele clasice de energie sunt într-o continua regresie, energia eoliana este nepoluanta si, în conditii tehnice optime, ieftina.

Energia eoliana continua sa fie folosita în instalatii pentru pomparea apei din adâncime, în alimentarea sistemelor de irigatii (ex. în Baragan la Marculesti), pentru unele masini agricole si pentru obtinerea de energie electrica în locurile izolate. Numarul centralelor eoliene a ajuns la circa 500000 în S.U.A., 100000 în C.S.I. si de ordinul zecilor de mii în Franta, Australia, Noua Zeelanda, etc.

2.1.3. Valorificare unor componente atmosferice

Folosirea practica a unor componente atmosferice dateaza din a doua jumatate a secolului al XIX-lea, când începe cucerirea învelisului gazos al Pamântului.

Astazi, pe baza celor mai recente si mai precise analize chimice la care a fost supus aerul din imediata apropiere a solului si din primele straturi ale atmosferei, compozitia lui este bine cunoscuta. Prin compozitia sa, atmosfera constituie un rezervor important de materii prime, în primul rând, pentru lumea biotica si în al doilea rând, pentru productia industriala.

Plantele se aprovizioneaza cu azot fie prin fixarea lui direct din atmosfera, fie prin intermediul unor compusi nitrici, care odata cu precipitatiile ajung în sol fiind preluati apoi de plante. Se apreciaza ca, pe cale indirecta, un hectar de teren primeste anual 3-4 kg de azot, contribuind la fertilizarea naturala a solului. Dupa unele estimari, plantele globului ar consuma anual 25.000.000 tone de azot, eliberând în schimb, importante cantitati de oxigen.

Oxigenul, element indispensabil vietii în procesele de respiratie si de sinteza organica, faciliteaza procesele de arderi, putrezire si descompunere. El se combina cu alte elemente si da oxizi, devenind o sursa materiala si energetica pentru vietuitoare si om (în 24 de ore un adult consuma 600 l de oxigen). Totodata, a mai primit utilizari variate în industria siderurgica, fiind folosit pentru convertizoarele cu insuflare de oxigen, în industria chimica, industria constructiilor de masini (pentru sudura) si în medicina.

Desi dioxidul de carbon se afla în cantitati mici în atmosfera (0.03 %), are o mare însemnatate în viata plantelor, fiind materia prima de baza în fotosinteza si chimiosinteza. Legat de acest gaz, se fac cercetari pentru obtinerea din dioxid de carbon, în combinatie cu apa si hidrogenul, de combustibili, mase plastice, proteine, etc. De asemenea, unii aerosoli stimuleaza procesele biotice, contribuind chiar la mentinerea starii de sanatate a omului (aerosolii de NaCl, de ex.).

Progresul tehnic înregistrat spre sfârsitul secolului a XIX-lea permite realizarea în laborator a unor presiuni foarte mari si a unor temperaturi coborâte (- 200°C). Ca urmare, separarea si utilizarea gazelor atmosferice devin efective. Prin lichifiere s-a obtinut distilarea fractionata a oxigenului (1880), apoi a azotului si a hidrogenului (1888). În conditii extrem de dificile (temperaturi de - 269°C), a fost lichefiat si heliul (1908). În urma acestor performante a putut sa se dezvolte industria produselor chimice pe baza de azot. Peste 80 % din azotul produs se obtine din aer, astfel încât industria chimica fixeaza din aer 45 milioane tone azot anual. Întrebuintarea principala a acestuia este pentru obtinerea îngrasamintelor chimice. Combinarea directa între azot si oxigen, în prezenta calciului, duce la obtinerea azotatului de calciu, îngrasamânt agricol de mare valoare, utilizat înca înainte de al doilea razboi mondial în Anglia, Norvegia, Belgia, Germania, si ulterior pe o scara din ce în ce mai larga. În prezent, industria îngrasamintelor chimice pe baza de azot, mai foloseste ca materie prima, pe lânga azotul atmosferic si gazul metan, gazele de sonda si produse ale industriei carbochimice.

Fabricarea anumitor medicamente, a explozibililor, a vopselelor, a mata-surilor, etc., se bazeaza de asemenea pe azotul extras din atmosfera.

Heliul, fiind un gaz usor si neinflamabil, este folosit în aeronautica (la umplerea baloanelor si a dirijabilelor).

Celelalte gaze rare (neonul, kriptonul si xenonul), se folosesc în industria electronica (la umplerea tuburilor luminiscente).

Se poate trage concluzia ca, alaturi de celelalte geosisteme, atmosfera constituie o valoroasa sursa de materii prime.