Elektřina: Co si vyrobíme, to spotřebujeme

Možná si to ani neuvědomujeme, ale elektrická energie je v současné době hybnou silou pokroku. Celá moderní společnost je na ní závislá. Kdyby nebylo této elektrické síly, současný vývojový vzestup by se zhroutil jako domeček z karet. AI a všechny digitální systémy jsou bez elektrické energie nicotnými hračkami – neužitečnými předměty, které náhle ztrácí svůj význam i v kritické infrastruktuře. Jinými slovy, když vás doma nečekaně postihne bezproudí, všechny elektrické spotřebiče, jako jsou chladnička, pračka, myčka, televize, žárovky a osvětlení, se stávají v jednom okamžiku nepotřebným harampádím bez užitku. Proto vám v tomto článku představím určité řešení, které vás v případě výpadku elektřiny nenechá na holičkách. Navíc tímto způsobem nejen ušetříte peníze, ale překvapivě také zlepšíte své zdraví.

Již řecký filozof Tháles z Milétu v 6. století př. n. l. prováděl pokusy s elektrostatickými jevy, které považoval za důkaz existence duše neživých předmětů. Ovšem byl to Alessandro Volta, který v roce 1800 sestavil Voltův sloup složený ze zinkových a měděných kotoučků potažených kůží navlhčenou roztokem, vytvořil první elektrický článek na světě vyrábějící elektrický proud.

Teprve v 19. století se však elektřina stala hybnou civilizační silou doby, kdy nečekaný rozvoj elektrických vynálezů spustil revoluční éru pokrokových objevů v této oblasti. Michael Faraday představil svou elektromagnetickou indukci, Thomas Edison zdokonalil žárovku, Nikola Tesla sestrojil elektromotor a Alexander Graham Bell vynalezl telefon.

A od těch dob až dodnes se expanze a spotřeba elektrického proudu jen navyšuje, což sebou přináší i určité výzvy, které se budou muset v budoucnosti vyřešit. Pro představu uvádím, že v roce 1980 nám stačilo 7,3 terrawatthodin elektřiny, což je ve srovnání s dneškem zanedbatelná spotřeba. Současná světová poptávka je cca 23 tisíc Twh.

Terawatthodina (nebo TWh) je jednotka výroby nebo spotřeby elektřiny nebo plynu pro velké celky - pro kraje, státy nebo kontinenty. Celková spotřeba elektrické energie v ČR dosáhla v roce 2021 hodnoty 73,7 TWh. S rostoucí spotřebou elektřiny se však současná civilizace stává na této energetické síle závislejší než kdykoliv předtím. Nyní už víme, jak to všechno s touto energetickou silou začalo, a také kam elektřina evolučně dovedla naši civilizaci, respektive jak elektrický proud povznesl lidstvo na současnou úroveň pokroku.

To, že je naše společnost bez elektřiny fakticky nefunkční, každý pochopí v momentě, kdy nastane výpadek proudu. Představit si tuto „digitální krev“ je už o něco složitější. Název elektřina pochází z řeckého slova „élektron,“ což znamená jantar. Právě na této zkamenělé pryskyřici byly poprvé pozorovány silové účinky statické elektřiny.

Ve staré češtině se například zvažovalo pojmenovat elektřinu podle blesku jako sílu bleskovou. Z odborného hlediska je elektřina vytvářena pohybem elektronů nebo jiných elektricky nabitých částic ve vodiči.

Kromě svého tepelného pohybu se tyto částice posouvají ve směru působení elektrické síly. Elektrická energie je jednou z forem energie a lze ji charakterizovat jako schopnost elektromagnetického pole vykonávat elektrickou práci. Čím více energie má elektromagnetické pole, tím více elektrické práce může vykonat. Laicky a zjednodušeně si elektřinu můžeme představit jako tekoucí vodu.

Pokud vezmeme měděný drát, který v tomto případě můžeme považovat za vodič, elektřina jím proudí podobně jako voda potrubím. Proto elektřinu nazýváme elektrickým proudem. Elektřina je navíc charakterizována napětím, které si můžeme představit buď jako množství vody v řece, nebo jako tlak proudící vody v potrubí.

Z výše uvedeného vyplývá, že výroba elektřiny není složitá, a proto se předpokládá, že se bude stále více vyrábět z obnovitelných zdrojů, které postupně nahradí fosilní paliva, jako jsou uhlí a ropa. Jak je tedy vidět, elektřina je ztělesněním pokroku a civilizačního vzestupu lidstva.

Až přijdou nové myšlenky a objevy, jak vyrobit čistou a levnou elektrickou energii, logicky tím nastane efektivnější využití elektrického proudu ve všech možných činnostech, zejména v dopravě. Mnozí zarputilí pesimisté s těmito závěry možná nebudou souhlasit, ale dnes již žijeme ve světě s umělou inteligencí, která v sobě skrývá neocenitelný potenciál. Ten by mohl této civilizaci s pomocí svých algoritmů vyřešit problém s levnou elektrickou energií, která by mohla změnit svět k nepoznání.

Když jsem napsal článek o elektromobilech, které představují jednu z nejdůležitějších alternativ vůči klasickým spalovacím motorům, byl jsem překvapen nečekaným odporem a bouřlivou reakcí. Taková zaostalost myšlení mě skutečně zaskočila, protože jsem se s něčím podobným dosud nesetkal.

Jako badatele a částečně i vizionáře mě fascinuje, jak lidé stále nemohou pochopit, že žijeme v převratné době. V budoucnosti už nebudou o tom, co budeme používat, rozhodovat jen lidé, ale také umělá inteligence, která již nyní dosahuje nevídaných úspěchů.

A to jsme teprve na začátku této zázračné technologie, která zjevně mění všechny dosud zaběhnuté pořádky. Mimo téma tohoto článku musím čtenáře upozornit, že AI se již úspěšně podílí na výzkumu komplexních neurodegenerativních onemocnění, jako jsou Alzheimerova a Parkinsonova choroba. A to není vše.

Například nástroj s umělou inteligencí GNoME objevil 2,2 milionu nových krystalů, včetně 380 000 stabilních materiálů, které by mohly pohánět budoucí technologie. GNoME ukazuje potenciál využití umělé inteligence k objevování a vývoji nových materiálů ve velkém měřítku. Výzkumný tým z Lawrence Berkeley National Laboratory ve spolupráci s Google DeepMind publikoval v časopise Nature článek, který ukazuje, jak lze predikce umělé inteligence využít pro autonomní syntézu materiálů.

Proč v tomto příspěvku zmiňuji téma, které s článkem zdánlivě nesouvisí? Jde o to, že umělá inteligence, pokud dostane příležitost, může odpovědět i na otázky typu: Proč Čína otevírá tolik uhelných elektráren, pokud to není kvůli elektromobilům? Jeden čtenář mi tuto otázku položil v souvislosti s mým článkem Česko nepochopilo, že elektromobilita je naší budoucností. Za tuto chybu můžeme draze zaplatit!

Souhlasím, že s ohledem na očekávanou budoucí spotřebu bude elektřiny nedostatek. Navíc je třeba vzít v úvahu skutečnost, že odhadovaná celosvětová spotřeba elektrické energie datových center v roce 2022 dosáhla 240–340 TWh, což představuje přibližně 1–1,3 % celosvětové konečné poptávky po elektřině. Tento údaj navíc nezahrnuje energii spotřebovanou na těžbu kryptoměn, která se v roce 2022 vyšplhala na přibližně 110 TWh.

Když porovnáme tyto údaje s roční spotřebou České republiky, která v roce 2021 činila 73,7 TWh, je zřejmé, že s rozvojem digitalizace a AI systémů bude globální spotřeba elektřiny enormně narůstat. Jak se s tímto nevídaným nárůstem spotřeby elektřiny vypořádáme? Nepochybuji, že právě umělá inteligence spolu s vědeckými inovátory již nyní hledá řešení, jak zajistit přístup k neomezeným zdrojům a levné výrobě elektřiny.

Jestliže se může AI podílet na výše uvedených projektech, potom není žádný důvod, aby se tyto algoritmy nezaměřily na revoluční objev vedoucí k zajištění výroby laciného elektrického proudu. Proto odhaduji, že do deseti let, se lidstvo s pomocí AI dopracuje k takzvané volné energii. Pokud se tak nestane, pak bude logicky lidstvo ohroženo energetickým kolapsem.

A protože je lidská vynalézavost neomezená, rád bych zde představil několik zajímavých projektů, které by mohly posunout výzkum a nové směry v oblasti získávání levného elektrického proudu.

1. V americkém Portlandu působí od roku 2016 firma In-Pipe Energy, která vyvinula technologii mikroturbín pro zachycení energie generované ve vodovodních trubkách. Americká agentura pro ochranu životního prostředí odhaduje, že 50 000 amerických vodohospodářských podniků spotřebovává na dopravu a úpravu vody přibližně 4 % veškeré energie. Mikroturbíny by mohly tuto situaci změnit.

2. Sběr tělesného tepla. Několik velkých měst se zapojilo do projektů zaměřených na zachycování tepla generovaného miliony cestujících v uzavřeném prostředí metra. Lidé produkují obrovské množství tepla, které provozovatelé metra musí odstraňovat pomocí nákladných konvenčních metod. Nově se však objevila možnost využít toto přebytečné teplo k napájení a vytápění místních domů a podniků. V Londýně jsou stovky domů v okolí Highbury a Islingtonu součástí programu, který využívá teplo z londýnského metra.

3. Kinetická energie generovaná našimi každodenními kroky. Kinetická energie, kterou produkujeme při běžných činnostech, se stává předmětem zájmu díky využívání piezoelektrických technologií v různých prostředích, jako jsou stanice metra, noční kluby a tělocvičny. Piezoelektrické efekty vznikají v určitých krystalech v reakci na kompresní sílu. Pokud se na povrchu, který se pohybuje, umístí piezoelektrické krystaly, lze tímto způsobem generovat malé množství energie.

4. Thoriové reaktory. Miniaturní jaderné reaktory poháněné pouhou tunou radioaktivního thoria by se mohly objevit v nové generaci lokálních systémů výroby energie. To znamená, že thoriové reaktory by vyžadovaly vysokoenergetické neutrony, aby spustily svou štěpnou aktivitu, což vedlo britské vědce k zahájení práce na miniaturních urychlovačích částic. Prototyp EMMA (Electron Model of Many Applications) pracuje s přibližně 20 miliony elektronvoltů neboli 20 MeV, což je silný začátek. To znamená, že zůstává značná míra skepse ohledně používání thoria a praktických aspektů výstavby a údržby většího počtu místních jaderných reaktorů. Kdo z nás může vědět, zda se ta či ona technologie v budoucnu prosadí, nebo ne?

5. V jednoduchosti je síla. To platí i pro výrobu elektřiny, kterou je možné získat z ničeho, což by představovalo nekonečný a nevyčerpatelný zdroj energie. Výzkumný tým z University of Massachusetts Amherst vytvořil zařízení, které využívá přírodní protein k výrobě elektřiny z vlhkosti přítomné ve vzduchu. Technologie „Air-gen“ používá malé elektricky vodivé nanodrátky na bázi proteinů. Výzkumný tým propojuje tyto nanodrátky s generátorem, který vyrábí elektřinu z vlhkosti ve vzduchu. Konečným cílem je rozšíření této technologie na plnou výrobu elektřiny.

Netvrdím, že některý z těchto popisovaných projektů vyřeší budoucí koncept neomezeného výrobního procesu elektrického proudu, ale jak jsem naznačil výše, s využitím umělé inteligence můžeme v dohledné době očekávat revoluční objev, který lidstvu přinese dlouho očekávanou neomezenou elektrickou energii.

Až k tomu dojde, čemuž nepochybně věřím, stanou se ze všech zarputilých odpůrců elektromobility brzy skalní příznivci nového a hlavně čistého elektroautomobilismu. Předpokládám, že obdobně uvažuje i EU, což je patrné z nových pravidel omezujících provoz spalovacích motorů po roce 2035.

V souvislosti s elektrickým proudem existuje jedno úskalí, které by stávající civilizace neměla podcenit. Jak již bylo uvedeno, naše závislost na elektřině je tak značná, že v případě bezproudí jsme ztraceni, jako bychom se ocitli v poušti bez jídla a vody. V tomto kontextu nechci tvrdit, že musí bezpodmínečně nastat v médiích často zmiňovaný blackout, tedy rozsáhlý výpadek dodávek elektrické energie.

Jenže, pokud budeme na takovou situaci dostatečně připraveni, můžeme se vyhnout velkým nepříjemnostem, které mohou dokonce vést k obětem na životech, pokud by šlo o dlouhodobý výpadek. Jaké okolnosti mohou vést ke katastrofickému výpadku dodávek elektrického proudu? Příčin, které mohou vyvolat bezproudí, je celá řada.

Nejčastěji se však mluví o domino efektu: větrná smršť → pády stromů do elektrického vedení → přerušení dodávek elektrické energie koncovým odběratelům → narušení rovnováhy mezi výrobou a spotřebou elektrické energie → automatické odpojování nezatížených výrobních zařízení → rozpad přenosové soustavy na oddělené ostrovy → kaskádové šíření poruchy → BLACKOUT.

Podle mého názoru je nezbytné mít v každé domácnosti k dispozici náhradní zdroj elektrické energie. Dnes je na trhu celá řada výrobků, které mohou v případě významného výpadku elektřiny poskytnout alternativní zdroj energie a zajistit její dodávky tam, kde je to nejvíce potřebné. Co si můžete pořídit pro strýčka Příhodu, když nechcete být zaskočeni výpadkem elektřiny?
Klidně můžete vyzkoušet následující možnosti:

1. Generátor: Může sloužit jako záložní zdroj elektřiny a může být poháněn benzínem, naftou nebo jinými palivy. Je důležité mít dostatečné množství paliva a pravidelně provádět údržbu generátoru.

2. Solární panely s bateriemi: Pokud máte na střeše solární panely, můžete využít energii ze slunce a ukládat ji do baterií. Tyto baterie pak mohou sloužit jako záložní zdroj elektřiny v případě výpadku.

3. Dobíjecí baterie: Můžete si pořídit několik dobíjecích baterií, které můžete používat jako záložní zdroj. K dispozici jsou různé typy baterií, například lithiové, olověné nebo nikl-kadmiové.

Ovšem jako nejschůdnější řešení považuji náhradní zdroj elektrické energie, který vychází z konceptu: „Co si člověk neudělá sám, to nemá!“ Tím chci říct, že nejlepší je elektřina, kterou si můžeme vyrobit vlastní silou. Ano, již existují rotopedy na výrobu elektřiny!

Rotopedová elektrárna (zde naleznete video s popisem a ukázkou) se skládá z rotopedu, motoru, usměrňovače, filtračního kondenzátoru (kapacitoru), PWM regulátoru a baterií. Brzdu na rotopedu je třeba odpojit. Při šlapání se roztočí setrvačník, který následně pohání třífázový motor. Tento motor začíná rekuperovat energii. Třífázový proud, který motor generuje, je nejprve usměrněn v třífázovém usměrňovači a poté putuje do kapacitoru. Kapacitor vyhlazuje napětí a slouží jako úložiště energie.

Nakonec je energie přivedena do pulzně šířkového regulátoru, který ji připojuje k bateriím a zároveň zabraňuje jejich přebití. Kapacita baterií by měla být alespoň desetinásobkem vyráběného výkonu, aby dobíjecí proud nepřekročil 0,1 kapacity baterií. Takto vyrobenou elektřinu lze v případě krize (výpadku elektřiny) využít jako zdroj světla nebo jako napájení pro notebooky, krátkodobě i pro vrtačky, rozbrušovačky a další zařízení.

Dokonce jsem na internetu narazil na projekt Manoje Bhargava, který vytvořil speciální kolo převádějící mechanickou energii šlapání člověka na elektřinu. Podle článku, který jsem četl, může toto zařízení po jedné hodině šlapání poskytnout až 24 hodin elektřiny, v závislosti na jeho využití.

Toto zařízení má poskytovat čistý a cenově dostupný zdroj elektřiny pro venkovské oblasti nebo tam, kde je obtížný přístup k energii. Ať už byl tento projekt úspěšný či ne, protože jsem se dál o kolo Free Electric nezajímal, utvrdilo mě to v přesvědčení, že my všichni můžeme, navzdory všem překážkám, svou lidskou silou přispět k čistotě přírody a ovzduší, pokud se vydáme cestou, kterou jsem vám v tomto příspěvku podrobně představil.

A protože je pravděpodobné, že v budoucnosti přijdou i další vynálezy, jako například rotopedové elektrárny s vyšší produkcí elektřiny, může lidstvo překonat všechny možné negativní vize a černé scénáře, které dnes působí toxicky na naši mysl a povahu existence.

Jsem přesvědčen, že revoluce v myšlení může změnit nepříznivý osud lidstva. Představte si, že bychom šlapali a vyráběli si vlastní elektřinu. To by nám nejen poskytlo chlazené potraviny, osvětlení, a zábavu u televize nebo počítače, ale především to nejcennější – zdraví, které máme jen jedno. Vzhledem k jednoznačné souvislosti mezi civilizačními nemocemi a nedostatkem pohybu bychom tak mohli zabít dvě mouchy jednou ranou.

Tyto nemoci jsou častější ve vyspělých zemích a jsou úzce spjaty s moderním životním stylem. Mezi civilizační choroby patří například ateroskleróza, diabetes mellitus 2. typu, obezita, hypertenze, srdečně-cévní onemocnění, chronická obstrukční plicní nemoc (CHOPN) a další.

S pomocí tohoto článku můžete začít přemýšlet o tom, jak se připravit na nečekané výpadky proudu, které vzhledem k proměnlivému a větrnějšímu počasí mohou být častější. Svou snahou můžete pomoci nejen sobě, ale i celému energetickému sektoru. Pokud bychom v celé EU začali využívat tuto metodu (šlapání), mohli bychom dosáhnout větší energetické samostatnosti a snížit závislost na nedůvěryhodných zemích, které mohou vydírat náš evropský prostor. Tento podnět je zvlášť důležitý pro ekologicky smýšlející jednotlivce, kterým není životní prostředí lhostejné. Ačkoli to není jediná cesta, kombinace různých opatření může přispět k našemu cíli. Je důležité vybrat správnou cestu!