LOW←TECH MAGAZINE Polski

Rolnictwo pionowe nie oszczędza przestrzeni

Tue, 16 Feb 2021 00:00:00 +0000

Miejskie rolnictwo w formie umieszczonych wewnątrz budynków pionowych „farm” szybko się rozwija. Sztuczne oświetlenie pozwala na całoroczną uprawę roślin na położonych jedno na drugim „polach”. Ludzie promujący tą metodę przekonują, że uprawa roślin w ten sposób może zaoszczędzić mnóstwo przestrzeni i poszerzyć tym samym dostępny areał ziemi rolnej. Kolejną zaletą, według nich, ma być oszczędność energii na transporcie (ponieważ większość ludzi żyje w miastach) oraz wody i środków ochrony roślin.

Co można uprawiać w ten sposób?

Pionowe farmy są obecne na rynku komercyjnym od wielu lat. Wszystkie z nich uprawiają te same rośliny tj. sałatę, roszponkę, pomidory, ogórki, paprykę i zioła, które w większości składają się z wody (bardziej niż inne rośliny, przyp. tłum). Nie są to płody rolne, którymi można wyżywić miasto. Praktycznie pozbawione są węglowodanów, białka i tłuszczów. Żeby wyżywić mieszkańców miasta, potrzeba zbóż, bulw, strączków i roślin olejowych, a te obecnie zajmują obszar 16 milionów kilometrów kwadratowych, czyli praktycznie tyle co cała Ameryka Południowa. ¹

Pionowa uprawa pszenicy

W Brukseli wystawiono instalację artystyczną nazwaną „Farma”, która w założeniu jest eksperymentem badawczym, mającym na celu oszacować czego potrzeba, aby uprawiać pszenice w pionowej farmie wewnątrz budynku. Na potrzeby tego eksperymentu obsiano pszenicą jeden metr kwadratowy ziemi w całkowicie sztucznym środowisku. Mierząc dopływ surowców (m. in. wody i energii) do doświadczalnego poletka, projekt ukazuje w jakim stopniu naturalne ekosystemy podtrzymują produkcję naszego pożywienia. Pszenica wysiana pod gołym niebem, jedna obok drugiej (zamiast jedna na drugiej), otrzymuje darmowe światło ze słońca i darmową wodę z chmur.

Bochenek chleba za 345 euro

Eksperyment pokazał, że 1 m² pszenicy w uprawianej w sztucznym środowisku zużywa 2,577 kWh energii elektrycznej i 394 litry wody rocznie. Energia zużyta na wyprodukowanie sprzętu „rolnego” (np. oświetlenia) nie została uwzględniona, więc końcowy wynik jest zaniżony. Pod uwagę nie została również wzięta ilość energii potrzebnej do budowy budynku i jego utrzymania (ogrzewanie, klimatyzacja, pompowanie wody).

Do całkowitego kosztu rocznej uprawy pszenicy w pionowej farmie wliczono koszt zakupu sprzętu (1,227 euro). Założono, że infrastruktura starczy na 8 lat. Po podliczeniu kosztów wyszło, że uprawa 1 m² pszenicy w całkowicie sztucznych warunkach kosztuje 610 euro za metr kwadratowy na rok, z czego 412 euro poszło na rachunek za prąd i 1 euro za wodę. Możliwe, że ten wynik jest przeszacowany, ponieważ farma jest umiejscowiona w przestrzeni wystawienniczej.

„Farma” dała cztery żniwa w roku. Z każdego żniwa można było zrobić jeden bochenek chleba o masie 580 gramów, który kosztował co najmniej 345 euro. Każdy bochenek zawierał 2,000 kalorii, czyli tyle ile potrzebuje jedna dorosła osoba na dzień. Z tego wynika, że do wyżywienia w ten sposób jednej przeciętnej osoby przez rok potrzeba 91 m² sztucznie uprawianej pszenicy, co będzie kosztowało 125 680 euro rocznie.

Paradoks rolnictwa pionowego

Sztuczne oświetlenie oszczędza przestrzeń, ponieważ rośliny można sadzić jedne na drugiej. Jednakże, jeśli prąd pochodzi z paneli słonecznych, to oszczędność miejsca jest negowana przez przestrzeń zabieraną przez panele. Pionowe rolnictwo tworzy paradoks, którego jedynym rozwiązaniem jest energia paliw kopalnych ² (albo atomowa, przyp. tłum.). W efekcie, w tym przedsięwzięciu nie ma nic zrównoważonego.

Przyjmując uzysk energii z jednego metra kwadratowego paneli fotowoltaicznych na 175 kWh rocznie, uprawa 1 m² pszenicy w sztucznych warunkach będzie wymagała instalacji 20 m² paneli słonecznych. Jest to liczba zaniżona, ponieważ opiera się na średnim rocznym uzysku. W zimie dostępność światła jest niższa niż w lecie. W rzeczywistości, pionowa farma potrzebuje znacznie więcej powierzchni paneli słonecznej, aby móc pracować przez cały rok. Ponieważ fotowoltaika generuje energię w sposób nieciągły, należy postawić system magazynowania energii elektrycznej, co oczywiście również wymaga nakładów finansowych i energii. Na koniec, musimy przypomnieć, że produkcja paneli słonecznych również zużywa energię, a jeśli chcemy je produkować za pomocą fotowoltaiki, to znów będziemy musieli poświęcić na to przestrzeń.

Innowacja?

Ta krytyka tyczy się również farm pionowych produkujących sałatę i pomidory. W ich wypadku zużycie wody jest znaczące. Firmy sprzedające tak uprawiane warzywa przynoszą dochody, ponieważ uprawa opiera się na energii tanich paliw kopalnych. Jeśli energię miały by dostarczać panele słoneczne, to dodatkowy koszt i przestrzeń, potrzebna na zapewnienie dostaw energii, znów zaneguje powstałe oszczędności, czy to miejsca czy pieniędzy. Jedyną zaletą uprawy pionowej jest zmniejszenie odległości na jaką transportowana byłaby żywność z „pola” do miejskich odbiorców.

Problemem uprawy rolnej nie jest to, że odbywa się ona na wsi. Problemem jest to, że zależy ona w ogromnej mierze od paliw kopalnych. Pionowa uprawa nie jest rozwiązaniem, ponieważ zastępuje, znowu, darmową i odnawialną energię słońca kosztowną technologią zależną od paliw kopalnych (lampy LED, komputery, budynki z betonu, panele słoneczne). Nasz styl życie staje się coraz mniej zrównoważony, a nasza zależność od surowców mineralnych, infrastruktury, maszyn i paliw kopalnych rośnie. Niestety, można to samo powiedzieć o większości dzisiejszej technologii określanej mianem zrównoważonej.

Więcej informacji: Solar Share (The Farm), by Disnovation.org (Maria Roszkowska, Nicolas Maigret) and Baruch Gottlieb.

Smil, Vaclav. “It’ll be harder than we thought to get the carbon out [Blueprints for a Miracle].” IEEE Spectrum 55.6 (2018): 72-75. ↩︎
Atomic power and wind turbines are other options. See the comments. ↩︎

Jak i dlaczego przestałem kupować nowe laptopy

Sun, 20 Dec 2020 00:00:00 +0000

Zdjęcie: Low-tech Magazine jest pisany i publikowany na ThinkPadzie X60s z 2006 roku.

Będąc niezależnym dziennikarzem – lub pracownikiem biurowym, jeśli chcesz tak to nazwać – zawsze uważałem, że potrzebuję dobrego komputera do wykonywania swojej pracy, oraz skoro chcę dobrego produktu, to muszę za niego sporo zapłacić. Od 2000 do 2017 roku korzystałem z trzech laptopów które kupiłem w stanie nowym za blisko 5,000 euro, co daje średni koszt 300 euro na rok przez cały ten okres. Średni żywot tych laptopów to 5,7 lat.

W 2017 roku, pomiędzy odłączeniem swojego biura od sieci elektroenergetycznej, postanowiłem zaprzestać kupowania nowych laptopów. Zamiast tego, zacząłem korzystać z laptopa z 2006 roku, który kupiłem w stanie używanym za 50 euro, i który robi wszystko, czego od niego wymagam lub potrzebuję. Po doliczeniu wymiany baterii i prostego ulepszenia podzespołów, inwestycja ta kosztowała mnie mniej niż 150 euro.

Jeśli mój laptop z 2006 roku wytrzyma dłużej niż jego poprzedniki – to znaczy, podziała jeszcze 1.7 lat – będzie mnie kosztował zaledwie 26 euro na rok. To ponad 10 razy mniej, niż średni koszt poprzednich trzech egzemplarzy. W tym artykule, wyjaśnię co zmotywowało mnie do tego, aby przestać kupować nowe laptopy, oraz to w jaki sposób ty możesz zrobić to samo.

Wykorzystanie Materiałów I Energii W Laptopach

Jeśli zdecydujesz się nie kupować nowych laptopów, pozwoli ci to, nie tylko na zaoszczędzenie sporej sumy pieniędzy, lecz także wielu zasobów naturalnych i destrukcji środowiska. Według najnowszej analizy cyklu życia, wyprodukowanie jednego laptopa wymaga od 3,010 do 4,340 megadżuli energii – w tej liczbie zawarte jest wydobywanie materiałów, produkcja urządzenia oraz dostarczenie go na rynek. ¹

Każdego roku, ludzie kupują od 160 do 200 milionów laptopów. Oznacza to, że produkcja laptopów zużywa od 480 to 868 petadżuli energii każdego roku, czyli 25-50% całej energii słonecznej wyprodukowanej na świecie w 2018 roku (2,023 petadżuli). ² Produkcja laptopów wymaga dużej ilości materiałów, w tym także minerałów, które są ciężkie do zdobycia ze względu na ekonomiczne, socjalne, geochemiczne i geopolityczne ograniczenia. ³⁴

Produkcja mikrochipów jest procesem niesamowicie wymagającym, zarówno jeśli chodzi o energię jak i materiały, ale to nie jest jedyny problem. Wysoki koszt materiałowy spowodowany jest również ich krótką długością życia. Większość z tych 160-200 milionów laptopów nabywanych każdego roku ma na celu zastąpienie poprzedniego zakupu. Biznesy zazwyczaj wymieniają swoje laptopy co trzy lata, podczas gdy u osób prywatnych dzieje się to co pięć lat. ³ Moje 5.7 lat jest zatem dość typowe.

Laptopy Nie Zmieniają Się

Analiza, do której się odnoszę, wykonana była w roku 2011; badany w niej produkt to Dell Inspiron 2500 z 2001 roku. Nie zdziwię się, jeśli uznasz tę “najnowszą analizę cyklu życia” za przestarzałą, lecz jest to tylko złudzenie. Inne badanie z 2015 roku odkryło, że energia wcielona w laptopach pozostaje po latach taka sama. ⁵

Naukowcy rozłożyli w nim na części 11 laptopów podobnej wielkości, wyprodukowanych między 1999, a 2008 rokiem, i zważyli poszczególne elementy. Zmierzyli także powierzchnie kwarcowe na wszystkich płytach głównych, a także 30 kart DRAM wyprodukowanych, mniej więcej, w tym samym przedziale czasowym (do 2011 roku). Wyniki pokazują, że masa i zawartość materiałów wszystkich kluczowych komponentów – baterii, płyty głównej, dysku twardego, pamięci – zmieniła się tylko nieznacznie, mimo że procesy produkcji stały się bardziej efektywne, zarówno pod względem zużywanej energii jak i materiałów.

Powód jest prosty: większa efektywność produkcji jest zrównoważona przez zwiększoną funkcjonalność. W celu uzyskania tych samych parametrów co wcześniej, wymagana jest teraz mniejsza masa baterii, pamięci i dysków twardych, lecz zwiększone wymagania czynią całkowitą masę tych podzespołów niezmienioną. Ta sama zależność wyjaśnia dlaczego nowsze laptopy nie zużywają mniej energii podczas pracy niż starsze modele. Obecne laptopy są w stanie wykonać te same czynności szybciej, oszczędzając na tym energię, lecz wykonują zarazem znacznie więcej czynności, niż ich poprzednicy. Komputery są zatem najlepszym przykładem działania paradoksu Jevonsa.

Wyzwanie

Wszystko to składa się na to, że zamiana starego laptopa na nowy nie jest przyjazna ani portfelowi, ani środowisku. Jest wręcz przeciwnie; najlepszym sposobem, w jaki konsument może poprawić ekologiczną i ekonomiczną wartość swojego laptopa, jest używanie go tak długo, jak to możliwe. Na szczęście, laptopy są już dojrzałą technologią (nowsze egzemplarze nie różnią się znacznie od poprzednich pod względem funkcji) i posiadają wystarczającą moc do wykonywania swoich zadań. A jednak, konsumenci którzy spróbują korzystać ze swoich dotychczasowych laptopów, będą musieli zmagać się z pewnymi frustrującymi problemami. Poniżej wyjaśnię kilka z tych, na które sam natrafiłem, a także to, dlaczego wcale nie są one tak wielkie, jak mogłoby się wydawać.

Zdjęcie: Trzy laptopy, które używałem od 2000 do 2017 roku.

Mój Pierwszy Laptop - Apple iBook (2000-2005)

W roku 2000, kiedy byłem wolnym strzelcem w branży dziennikarstwa naukowego i technologicznego w Belgii, kupiłem swój pierwszy laptop - Apple iBook. Zaledwie dwa lub trzy lata później, ładowarka zaczęła szwankować. Kiedy dowiedziałem się o koszcie zakupu nowej ładowarki, byłem tak oburzony praktykami Apple – ładowarki można wyprodukować bardzo tanio, lecz producent sprzedawał je bardzo drogo – że odmówiłem jej zakupu. Zamiast tego, udało mi się korzystać nadal z dotychczasowej ładowarki, najpierw kładąc ją pod naciskiem książek i mebli, a gdy to również przestało działać, za pomocą mocno ściśniętej klamry.

Mój Drugi Laptop – IBM ThinkPad R52 (2005-2013)

Kiedy ładowarka w końcu kompletnie przestała działać w 2005 roku, postanowiłem kupić nowy laptop. Miałem tylko jeden wymóg: miał on mieć ładowarkę, która działa długo i jest tania w wymianie. Produkt który wybrałem spełnił moje wymagania, i o wiele więcej. Kupiłem Thinkpad R52 od IBM, i zakochałem się na miejscu. Mój laptop IBM był kompletnym przeciwieństwem iBooka i to nie tylko pod względem wyglądu (prostokątna skrzynka, dostępna w każdym kolorze jaki sobie życzysz, pod warunkiem że życzysz sobie czarnego). Cała maszyna była zbudowana trwale, by służyła mi długo i była łatwa w naprawie.

Gospodarka o obiegu zamkniętym i modułowe produkty są obecnie na czasie, jego żywot może być wydłużany bez końca, poprzez stopniowe naprawianie i wymienianie każdego elementu. Pytaniem zatem nie jest to, jak możemy przejść na gospodarkę o obiegu zamkniętym, lecz dlaczego wciąż się od niej oddalamy.

Pytaniem nie jest to, jak możemy przejść na gospodarkę o obiegu zamkniętym, lecz dlaczego wciąż się od niej oddalamy.

Mój Thinkpad był droższy, niż mój iBook, lecz przynajmniej moje pieniądze nie poszły na fajny wygląd, tylko na porządny komputer. Ładowarka nie sprawiała mi żadnych problemów, a gdy straciłem ją podczas podróży i musiałem kupić nową, mogłem ją dostać w przyzwoitej cenie. Nie wiedziałem wtedy, że ten szczęśliwy zakup będzie jedynym w swoim rodzaju.

Zdjęcie: IBM ThinkPad R52 z 2005 roku.

Mój Trzeci Laptop: Lenovo Thinkpad T430 (2013-2017)

Przenieśmy się do roku 2013. Mieszkałem wtedy w Hiszpanii i prowadziłem Low-tech Magazine. Do pracy wciąż używałem mój IBM Thinkpad R52, lecz na horyzoncie pojawiały się problemy. Po pierwsze, Microsoft chciał mnie niedługo zmusić do wymiany systemu operacyjnego, kończąc wsparcie dla Windowsa XP pod koniec roku 2014. Nie miałem ochoty wydawać kilkaset euro na system operacyjny, który byłby i tak zbyt wymagający dla mojego starego laptopa. Ponad to, nawet po przywróceniu ustawień fabrycznych, mój laptop nie był tak szybki, jak tego chciałem. Innymi słowy, wpadłem w pułapkę zastawioną przez producentów podzespołów i oprogramowania, i błędnie zacząłem myśleć, że potrzebuję nowego laptopa.

Będąc niezmiernie zadowolonym z mojego Thinkpada, kupienie nowego wydawało się logiczne. Tu pojawił się jednak problem: w 2005 roku, niedługo po zakupie mojego pierwszego Thinkpada, Lenovo pochodzące z Chin, które jest obecnie największym producentem komputerów na świecie, wykupiło biznes PC od IBM. Chińskie produkty nie cieszą się reputacją długowiecznych, co było prawdą szczególnie w tamtych latach. Jednak Thinkpady sprzedawane przez Lenovo wyglądały niemal identycznie do tych produkowanych przez IBM, więc liczyłem na szczęście i kupiłem Lenovo Thinkpad T430 w kwietniu 2013 roku. I to za dość sporą kwotę, lecz wierzyłem, że jakość uzasadni cenę.

Mój błąd był oczywisty od samego początku. Musiałem odesłać produkt dwukrotnie, ponieważ jego obudowa była zdeformowana. Gdy wreszcie dostałem egzemplarz, który nie kołysał się na moim biurku, nie musiałem długo czekać na kolejny problem: klawisze zaczęły odpadać. Do dziś pamiętam swoje zdumienie, gdy stało się to po raz pierwszy. Thinkpady od IBM słyną ze swoich wytrzymałych klawiatur, których destrukcja wymaga młotka. Lenovo najwyraźniej nie ceniło sobie tej cechy, więc wymienili klawiatury na gorsze. Może i potrafię pisać agresywnie, ale nigdy nie zepsułem żadnej innej klawiatury.

Z niechęcią zamówiłem wymianę klawisza za 15 euro. W kolejnych miesiącach, wymiana kolejnych klawiszy pochłaniała dodatkowe fundusze. Po wydaniu ponad 100 euro na plastikowe klawisze, które z czasem i tak zepsułyby się ponownie, wyliczyłem, że wymiana wszystkich 90 klawiszy kosztowałaby mnie 1,350 euro. Znalazłem tymczasowe rozwiązanie w przenośnej klawiaturze, ale nie było to praktyczne, zwłaszcza do pracy poza domem – a czyż nie po to mi właśnie laptop?

Jednego byłem pewien – potrzebuję nowego laptopa. Znowu. Ale jakiego? Wiedziałem, że mój wybór na pewno nie padnie ani na Apple, ani na Lenovo.

Zdjęcie: Wymiana wszystkich klawiszy w moim Lenovo T430 kosztowałaby mnie 1350 euro.

Mój Czwarty Laptop: IBM Thinkpad X60s (2017-teraz)

Gdy nie mogłem znaleźć tego, co chciałem, w stanie nowym, postanowiłem przenieść się w czasie. Doszedłem do wniosku, że nowe laptopy produkowane są gorzej niż starsze modele, nawet jeśli ich cena tego nie odzwierciedla. Dowiedziałem się, że Lenovo zmieniło w roku 2011 klawiatury i zacząłem szukać na stronach aukcyjnych Thinkpadów wyprodukowanych zanim do tego doszło. Mógłbym wrócić do mojego R52 z 2005 roku, ale zdążyłem się przyzwyczaić do hiszpańskiego układu klawiatury, podczas gdy R52 miał układ belgijski.

W kwietniu 2017 roku, zdecydowałem się kupić Thinkpada X60s z 2006 roku. ⁶ Pisząc ten artykuł w grudniu 2020 roku, maszyna ta służy mi niemal cztery lata, mając już 14 lat – trzy do pięciu razy więcej, niż przeciętny laptop. Jeśli mój Thinkpad R52 z 2005 roku, zasługiwał na moją miłość, to mój X60s zasługuje na moje uwielbienie. Jest on zbudowany równie trwale - przeżył on już upadek ze stołu na betonową podłogę – a jednocześnie jest mniejszy i lżejszy: 1.43 kg zamiast 3.2 kg.

Robi on wszystko, czego od niego wymagam. Używam go do pisania artykułów, szukania informacji i utrzymywania stron internetowych. Korzystałem z niego także na scenie podczas wykładów i do pokazywania zdjęć na dużym ekranie. Jedyne czego mi w nim brakuje to kamera internetowa, co zaczęło mi szczególnie doskwierać w tym roku. Gdy jest mi potrzebna, uruchamiam ten przeklęty laptop z 2013 roku z zepsutą klawiaturą. Innym rozwiązaniem byłby zakup Thinkpada X200 z 2008 roku, który jest nowszą wersją tego samego modelu i posiada wbudowaną kamerę.

Zdjęcie: Mój ThinkPad X60s.

Jak Sprawić, By Stary Laptop Działał Jak Nowy

Jeśli zdecydujesz się, że twoim kolejnym zakupem będzie stary laptop zamiast nowego, licz się z tym, że może on nie działać tak dobrze jakbyś tego chciał/chciała. Wskazane jest ulepszenie podzespołów, a wymiana oprogramowania jest wręcz wymagana. Oto dwie rzeczy, które musisz zrobić:

1. Używaj oprogramowania oszczędzającego energię.

Mój laptop działa teraz na Linux Lite, jednym z kilku otwartych systemów operacyjnych zaprojektowanych z myślą o działaniu na starych komputerach. Korzystanie z Linuxa to nie tylko sugestia. Nie myśl, że ożywisz stary laptop pakując w niego Microsoft Windows lub Apple iOS. Prędzej cała maszyna się zawiesi. Linux Lite może i nie ma oszałamiającego wyglądu czy najnowszego interfejsu, jednak jest on wciąż przyjazny w użyciu i w żadnym wypadku przestarzały. Zajmuje on bardzo mało miejsca i wymaga niewiele pamięci i mocy procesora. Rezultatem jest stary laptop, który pomimo skromnej specyfikacji, wciąż pracuje płynnie. Używam też lekkich przeglądarek internetowych: Vivaldi oraz Midori.

Jako wieloletni użytkownik Windowsa, uważam systemy z rodziny Linuxa za o wiele lepsze, chociażby dlatego, że ich pobranie i instalacja są darmowe. Ponadto, kradzież danych osobowych i próby zamknięcia cię we własnym ekosystemie są rzadkością - w przeciwieństwie do najnowszych ofert od Microsofta lub Apple. Jednak nawet w przypadku Linuxa, przestarzałość może być nieunikniona. Linux Lite przestanie wspierać 32-bitowe komputery począwszy od roku 2021, co oznacza że będę musiał niedługo zacząć szukać innego systemu, lub nieco młodszego laptopa z 64-bitowym procesorem.

2. Wymień dysk twardy na dysk SSD.

W ostatnich latach dyski SSD stały się powszechnie dostępne i tanie, będąc jednocześnie o wiele szybsze od dysków twardych (HDD). Chociaż możesz, jeśli chcesz, wskrzesić stary laptop tylko za pomocą lekkiego systemu operacyjnego, to dodatkowa wymiana dysku da ci maszynę niemal tak szybką, jak nowy laptop. W zależności od pojemności jakiej potrzebujesz, za dysk SSD zapłacisz od 20 euro (120 GB) do 100 euro (960 GB).

Instalacja jest dość prosta i można znaleźć wiele poradników na ten temat w internecie. Dyski SSD są ciche i bardziej odporne na uszkodzenia fizyczne, ale żyją krócej niż dyski twarde. Mój służy mi już prawie cztery lata. Wygląda na to, że zarówno z punktu widzenia środowiska jak i finansów, stary laptop z dyskiem SSD jest o wiele lepszym wyborem niż zakup nowego laptopa, nawet jeśli będzie trzeba od czasu do czasu wymienić dysk.

Zapasowe Laptopy

Z czasem, postanowiłem zmienić również moją strategię. Kupiłem dwa identyczne modele w podobnej cenie, jeden w roku 2018, a drugi w 2020, jako modele zapasowe. Mam w planie używać tych maszyn tak długo, jak to możliwe, mając części wymiennych pod dostatkiem. Dotychczas miałem do czynienia z dwoma usterkami. Po około jednym roku użytkowania wiatraczek przestał działać. Udało mi się go naprawić w jeden wieczór,w niewielkim sklepie komputerowym prowadzonym przez Chińczyka w Antwerpii.. Powiedział mi wtedy, że podziała on jeszcze przez sześć miesięcy, a tymczasem dwa lata później, wiatrak nadal pracuje.

Następnie w zeszłym roku, tak jak ten przeklęty laptop Lenovo, mój X60s nagle przestał ładować baterię. Wygląda na to, że jest to powszechny problem z Thinkpadami, ale nie udało mi się go naprawić. Wcale też nie musiałem, ponieważ miałem zapasowy laptop w gotowości z którego korzystałem gdy chciałem lub musiałem pracować poza domem.

Zdjęcie: Trzy identyczne laptopy z 2006 roku, wszystkie sprawne i kupione w sumie za mniej niż 200 euro.

Ilustracia: Wnętrze Thinkpada X60s. Źródło: [Hardware Maintenance Manual](https://download.lenovo.com/ibmdl/pub/pc/pccbbs/mobiles_pdf/42x3550_04.pdf).

Magiczna Karta SD

Chciałbym teraz zaprezentować wam moją magiczną kartę SD, czyli kolejne “ulepszenie podzespołów”, które ułatwia używanie starych (a także nowych) laptopów. Wiele osób używa ich do tworzenia kopii zapasowych dokumentów, normalnie przechowywanych na dyskach twardych. Ja używam ich odwrotnie.

Wszystkie swoje dane przechowuję na karcie SD o pojemności 128 GB, którą wkładam na przemian do swoich Thinkpadów. Raz w miesiącu robię kopię zapasową na zewnętrznym dysku, a także regularne kopie na laptopach, na których pracuję. W moim przypadku okazało się to niezawodne: Przestałem zmagać się z utratą danych z powodu problemów technicznych i niedostatecznych kopii zapasowych.

Kolejną przewagą jest to, że mogę pracować na którymkolwiek laptopie, będąc niezależnym od danych przechowywanych na ich dyskach. Podobne zalety ma przechowywanie plików w chmurze, jednak karta SD jest bardziej przyjazna środowisku i nie wymaga dostępu do internetu.

Hipotetycznie, oba dyski twarde mogłyby paść tego samego dnia, a ja mógłbym wciąż pracować, jakby nic się nie stało. Ponieważ używam teraz dwóch laptopów na przemian – jednego na baterii, jednego bez – mogę zostawiać je w rożnych miejscach i nie obawiać się o brakujące dane, tak długo jak trzymam kartę SD w portfelu. Spróbuj zrobić to samo ze swoim nowym, drogim laptopem – powodzenia! Mogę ich też używać jednocześnie, jeśli potrzebuję dodatkowego ekranu.

Jeśli zdecydujesz się używać dysków twardych, karta SD może służyć jako alternatywa do dysku SSD zwiększająca wydajność laptopa. Mój zapasowy laptop nie ma dysku SSD, przez co może być powolny podczas przeglądania ciężkich stron internetowych. Dzięki karcie SD, otwieranie dokumentów i map jest niemal natychmiastowe, tak jak ich przeglądanie i zapisywanie. Pozwala ona również utrzymać dysk w większości pusty, co przyśpiesza jego działanie. Nie wiem, czy jest to praktyczne rozwiązanie w innych laptopach, ale wszystkie moje Thinkpady mają sloty na karty SD.

Koszty

Przeliczmy całkowite koszty tego przedsięwzięcia, w tym inwestycję w zapasowe laptopy i kartę SD, używając aktualnych cen dla kart i dysków SSD, które znacząco potaniały od czasu kiedy je kupiłem:

ThinkPad X60s: 50 euro
Zapasowy ThinkPad X60s: 60 euro
Zapasowy ThinkPad X60: 75 euro
Dwie baterie do wymiany starych: 50 euro
Dysk SSD o pojemności 240 GB: 30 euro
Karta SD o pojemności 128 GB: 20 euro
W sumie: 285 euro

Jeśli kupisz wszystko to co ja, wyniesie cię to jedynie 285 euro. Nowe laptopy w tej cenie są niczym więcej, jak badziewiem, a już na pewno nie dostaniesz dwóch dodatkowych egzemplarzy. Jeśli uda ci się pracować w ten sposób przez dziesięć lat, twój przenośny komputer wyniesie cię zaledwie 28.5 euro na rok. Być może będziesz musiał wymienić dysk SSD lub kartę SD, ale nie zrobi to wielkiej różnicy w kosztach. Co więcej, ograniczasz niszczenie środowiska wywołane przez produkcję nowego laptopa co 5.7 lat.

Zdjęcie: W przewidywalnej przyszłości, moja potrzeby w kwestii laptopów są zaspokojone.

Nie Przesadzaj

Mimo, że ja użyłem Thinkpad X60s jako przykład, ta sama strategia działałaby z innymi modelami – tutaj znajdziesz listę wszystkich modeli – oraz z laptopami innych producentów (o których nic nie wiem). Jeśli nie chcesz korzystać z serwisów aukcyjnych, twój lokalny lombard z pewnością zaoferuje ci używany laptop na gwarancji. A być może nawet nie musisz nic kupować, gdyż wiele ludzi ma stare laptopy walające się po domu.

Nie trzeba się cofać aż do 2006 roku. Mam nadzieję, że jasne jest, iż celem tego artykułu jest przedstawienie ogólnej idei, a nie promowanie mojej konkretnej implementacji. Co więcej, dla większości osób, cofnięcie się przed rok 2006 nie jest realistyczne. Moją pierwszą próbą był Thinkpad X30 z 2002 roku, ale okazało się to zbyt dużym krokiem. Używał on innej ładowarki, nie miał slotu na kartę SD i nie mogłem sobie poradzić z połączeniem bezprzewodowym do internetu. Dla wielu osób, młodszy laptop może być lepszym wyborem. 64-bitowa architektura oraz wbudowana kamera internetowa z pewnością ułatwi użytkowanie. Oczywiście, możesz mnie przebić i cofnąć się do lat 90-tych, ale pożegnasz się wtedy z internetem bezprzewodowym i złączami USB.

Twój wybór laptopa zależy też od tego, co chcesz na nim robić. Jeśli przede wszystkim przeglądasz internet, piszesz, rozmawiasz z innymi, oglądasz filmy i słuchasz muzyki, możesz to zrobić tak samo tanio, jak ja. Jeżeli natomiast pracujesz obrabiasz grafikę, sytuacja może być bardziej skomplikowana, po części dlatego, że prawdopodobnie używasz obecnie Apple. Ta sama strategia mogłaby być przeprowadzona na nieco młodszym i bardziej zaawansowanym laptopie. Jeśli chodzi o zmianę z iOS na Linux, aplikacje biurowe są absolutnie lepsze na Linuxie, niż na jego komercyjnych odpowiednikach, lecz z powodu braku doświadczenia nie mogę się wypowiedzieć na temat innych aplikacji.

To Jest Sztuczka, Nie Nowy Model Ekonomiczny

Nawet jeśli kapitalizm mógłby nam zapewnić dostęp do używanych laptopów przez następne kilka dekad, strategia którą opisałem powyżej powinna być traktowana jedynie jako sztuczka, a nie jako nowy model ekonomiczny. Jest to sposób na radzenie sobie, lub ucieczka, od systemu który próbuje zmusić ciebie do konsumowania tyle, ile się tylko da. To próba przełamania systemu, a nie rozwiązania jego problemów. Potrzebny jest nam inny model ekonomiczny, w którym wszystkie laptopy będą budowane jak Thinkpady sprzed 2011 roku. W konsekwencji, ceny laptopów poszłyby w dół, i właśnie tego chcemy. Ponadto, moglibyśmy znacznie zmniejszyć energię wymaganą na produkcję i pracę laptopów, gdybyśmy wstrzymali trend coraz bardziej wrastającej mocy komputerów.

Co ważne, chociaż zarówno podzespoły oraz oprogramowanie zachęcają ludzi do częstej wymiany komputerów, kluczową rolę gra tutaj właśnie oprogramowanie. Komputer wyprodukowany 15 lat temu wciąż ma te same funkcje, których potrzebujesz, ale nie jest on kompatybilny z najnowszym (komercyjnym) oprogramowaniem. Dotyczy to zarówno systemów operacyjnych, jak i wszelkiego typu programów, od gier, przez programy biurowe, aż do stron internetowych. Co za tym idzie, aby laptopy były bardziej przyjazne dla środowiska, producenci oprogramowania musieliby tworzyć lżejsze wersje swoich kolejnych produktów - nie cięższe. Im lżejsze oprogramowanie, tym dłużej nasze laptopy będą nam służyły i mniej energii będzie zużywane na ich produkcję.

Zdjęcia: Jordi Manrique Corominas, Adriana Parra, Roel Roscam Abbing

Korekta wersji polskiej: Michał Kolbusz

Komentarze

By zostawić komentarz, wyślij go poprzez e-mail na solar (małpa) lowtechmagazine (kropka) com. Twój adres e-mail nie będzie wykorzystywany do innych celów i zostanie usunięty po opublikowaniu komentarza. Jeśli nie chcesz, aby twoje imię zostało opublikowane, podpisz komentarz używając w wiadomości nazwy, którą chcesz, byśmy użyli.

Deng, Liqiu, Callie W. Babbitt, and Eric D. Williams. “Economic-balance hybrid LCA extended with uncertainty analysis: case study of a laptop computer.” Journal of Cleaner Production 19.11 (2011): 1198-1206. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0959652611000801 ↩︎
International Renewable Energy Agency (IRENA). https://www.irena.org/solar ↩︎
André, Hampus, Maria Ljunggren Söderman, and Anders Nordelöf. “Resource and environmental impacts of using second-hand laptop computers: A case study of commercial reuse.” Waste Management 88 (2019): 268-279. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0956053X19301825 ↩︎ ↩︎
Bihouix, Philippe. The Age of Low Tech: Towards a Technologically Sustainable Civilization. Policy Press, 2020. https://bristoluniversitypress.co.uk/the-age-of-low-tech ↩︎
Kasulaitis, Barbara V., et al. “Evolving materials, attributes, and functionality in consumer electronics: Case study of laptop computers.” Resources, conservation and recycling 100 (2015): 1-10. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921344915000683 ↩︎
Lenovo przejęło biznes PC od IBM w 2005 roku, więc technicznie rzecz biorąc laptop który kupiłem to Lenovo Thinkpad X60s. Jednak podzespoły jeszcze wtedy nie zostały zmienione. Nowa marka daje o sobie znać jedynie przez logo umieszczone obok logo IBM. Mój zapasowy laptop, niemalże identyczny model z tego samego roku (X60, samiast X60s) nie posiada żadnych nawiązań do Lenovo. ↩︎

Jak ponownie uczynić energię wiatrową zrównoważoną

Sun, 02 Jun 2019 00:00:00 +0000

Ilustracja: Eva Miquel dla Low-Tech Magazine

Przez ponad dwa tysiące lat budowano wiatraki wytwarzające energię mechaniczną, wykorzystując materiały nadających się do recyklingu lub wielokrotnego użytku: drewno, kamień, cegły, płótno, metal. Kiedy w latach osiemdziesiątych XIX wieku pojawiły się turbiny wiatrowe nowego typu - wytwarzające energię elektryczną - materiały konstrukcyjne nie zmieniły się. Dopiero po pojawienie się kompozytowych skrzydeł wiatraków w latach osiemdziesiątych XX wieku energia wiatrowa stała się źródłem toksycznych odpadów, które trafiają na wysypiska śmieci.

Nowe technologie produkcji drewna oraz nowe rozwiązanie konstrukcyjne pozwalają ponownie budować duże turbiny wiatrowe niemal całkowicie z drewna - nie tylko skrzydła, ale także resztę konstrukcji. Upowszechnienie tych technologii rozwiązałoby problem odpadów i uczyniłoby produkcję turbin wiatrowych w dużej mierze niezależną od wydobycia paliw kopalnych i surowców mineralnych. Las posadzony między turbinami wiatrowymi może zapewnić drewno do budowy nowych wiatraków, kiedy stare ulegną zużyciu.

Czy skrzydło turbiny jest przyjazne środowisku?

Turbiny wiatrowe są uważane za czyste i zrównoważone źródło energii. Chociaż rzeczywiście mogą wytwarzać energię elektryczną emitując mniej CO2 niż elektrownie spalające paliwa kopalne, produkują dużo odpadów. Ten fakt można łatwo przeoczyć, ponieważ około 90% masy dużej turbiny to stal, użyta to konstrukcji wieży. Złomowana wieża jest często poddawana recyklingowi, co wyjaśnia, dlaczego turbiny wiatrowe mają bardzo krótki czas zwrotu energii - stal z recyklingu może być wykorzystana do produkcji nowych części turbin wiatrowych, co znacznie obniża zużycie energii podczas procesu produkcyjnego. (“Czas zwrotu energii” jest to czas w którym urządzenie wytwarzające energię, wytworzy energię równą energii użytej do wyprodukowania urządzenia, przyp. tłum.).

Jednak skrzydła współczesnych turbin wiatrowych są wykonane z lekkich kompozytowych tworzyw sztucznych, które zajmują sporo przestrzeni i są niemożliwe do recyklingu. Chociaż masa skrzydeł jest niska w porównaniu z całkowitą masą turbiny wiatrowej, nie jest ona zaniedbywalna. Na przykład jedno 60-metrowej długości skrzydło z włókna szklanego waży 17 ton, co oznacza, że turbina wiatrowa o mocy 5 MW wytwarza ponad 50 ton odpadów z tworzyw sztucznych, pochodzących z samych tylko skrzydeł.

Skrzydło ze wzmocnionego włókna szklanego. Źródło: [Gurit](https://www.gurit.com/Our-Business/Industries--Markets/Wind).

Skrzydło wiatraka zazwyczaj składa się z połączenia żywicy epoksydowej - produktu rafinacji ropy naftowej - ze wzmocnieniami z włókna szklanego. Skrzydła zawierają również umieszczone w rdzeniu takie materiały jak pianka z polichlorku winylu, pianka z politereftalanu etylenu, drewno balsa (splecione we włókna i żywice epoksydowe) oraz powłoki poliuretanowe. ¹²³⁴

W przeciwieństwie do zawartej w wieży stali, plastikowe skrzydła nie mogą być poddane recyklingowi w celu wytworzenia nowych plastikowych skrzydeł. Zużyte materiały można jedynie poddać „downcycklingowi” (przetworzenie materiału na materiał niższej jakości przyp. tłum.), na przykład poprzez jego rozdrobnienie. Jednakże proces ten uszkadza włókna kompozytów i czyni je bezużytecznymi. Tak przetworzone skrzydło może jedynie posłużyć jako wypełniacz w produkcji cementu lub asfaltu. Opracowywane są inne metody przeróbki, jednak wszystkie napotykają na ten sam problem: nikt nie chce „przetworzonego” materiału. Pewna grupa architektów wykorzystała zużyte skrzydła do zrobienie ławek i placów zabaw, ale nie jest to rozwiązanie problemu kłopotliwych odpadów - nie możemy budować wszystkiego ze skrzydeł turbin wiatrowych.

Turbina wiatrowa o mocy 5 MW zawiera w samych skrzydłach ponad 50 ton tworzywa sztucznego, które nie nadaje się do recyklingu.

Ze względu na ograniczone możliwości recyklingu i ponownego wykorzystania skrzydła są one zwykle składowane na wysypiskach (w USA) lub spalane (w UE). To ostatnie podejście jest nie mniej niezrównoważone niż składowanie, ponieważ spalanie tylko częściowo zmniejsza objętość odpadów (60% produktów spalania to toksyczny popiół), a resztę przekształca w zanieczyszczenie powietrza. Ponadto, biorąc pod uwagę, że włókno szklane jest niepalne, wartość kaloryczna łopat jest tak niska, że można z nich uzyskać niewielką lub żadną energię. ¹²³⁴

Problem odpadów - 25 lat później

Większość z około 250 000 turbin wiatrowych działających obecnie na całym świecie zainstalowano mniej niż 25 lat temu. 25 lat to szacunkowa długość życia turbiny. Gwałtowny rozwój energetyki wiatrowej w ciągu ostatnich dwóch dekad zostanie wkrótce odzwierciedlony, w opóźnionej w czasie, ale stale rosnącym i nieskończonym strumieniu odpadów.

W Europie udział zainstalowanych turbin wiatrowych starszych niż 15 lat wzrośnie z 12% w 2016 r. do 28% w 2020 r. W Niemczech, Hiszpanii i Danii ich udział wzrośnie do 41-57%. Tylko w 2020 r. te trzy kraje będą musiały zdeponować na składowiskach od 6 000 do 12 000 skrzydeł turbin wiatrowych. ⁵

Staroświeckie wiatraki miały żagle zrobione z materiałów całkowicie nadających się do recyklingu. Źródło: Rasbak (CC BY-SA 3.0)

Ilość składowanych na wysypiskach skrzydeł będzie nie tylko rosnąć ale również ich rozmiary będą się powiększać. Obecnie na świecie panuje trend budowy coraz większych wirników. Turbiny wiatrowe budowane 25 lat temu miały skrzydła o długości około 15-20 m, podczas gdy dzisiejsze łopaty osiągają długości 75-80 m lub więcej. ³ Szacunki oparte na aktualnych danych dotyczących wzrostu energii wiatrowej sugerują, że do 2028 r. na całym świecie odpady z materiałów kompozytowych ze skrzydeł turbin osiągną masę 330 000 ton rocznie i 418 000 ton rocznie do 2040 r. ¹

Gwałtowny rozwój energetyki wiatrowej w ciągu ostatnich dwóch dekad zostanie wkrótce odzwierciedlony, w opóźnionym w czasie, ale stale rosnącym i nieskończonym strumieniu odpadów.

Są to ostrożne szacunki, ponieważ nie biorą pod uwagę licznie zgłaszanych awarii i wymiany uszkodzonych skrzydeł oraz ponieważ ciągły rozwój bardziej wydajnych skrzydeł o wyższych możliwościach generowania energii powoduje wymianę tych elementów na długo przed końcem ich żywotności. ¹ ⁶ Ponadto szacowana ilość odpadów wynika z liczby turbin wiatrowych zainstalowanych w latach 2005–2015, kiedy to energia wiatrowa zapewniała maksymalnie 4% światowego zapotrzebowania na energię. Gdyby wiatr, tak jak oczekuje się tego w krajach uprzemysłowionych, dostarczał 40% (obecnego) zapotrzebowania na energię, powstawałoby 3 do 4 milionów ton odpadów rocznie.

Skrzydło wiatraka na przestrzeni wieków

Kiedy przyjrzymy się historii energetyki wiatrowej, zobaczymy że tworzywa sztuczne nie były jej istotnym elementem. Wykorzystanie wiatru do mechanicznej produkcji energii sięga starożytności, a pierwsze wiatraki wytwarzające energię elektryczną - obecnie nazywane turbinami wiatrowymi - powstały w latach osiemdziesiątych XIX wieku. Skrzydła z włókna szklanego zaczęto produkować dopiero w latach osiemdziesiątych XX wieku. Przez około dwa tysiące lat wiatraki dowolnego rodzaju nadawały się w całości do recyklingu.

Pierwsze turbiny wiatrowe w Europie postawił w Danii Paul La Cour. Użył skrzydeł z drewnianych listew - tak jak w tradycyjnych wiatrakach. Zdjęcie: Paul La Cour Museum.

Staromodne wiatraki miały wieże zbudowane z drewna, kamienia lub cegły. Ich „skrzydła” lub „żagle” były zwykle wykonane z drewnianej ramy pokrytej płótnem lub deskami. W późniejszych wiekach części były coraz częściej wytwarzane z żelaza, materiału również nadającego się do recyklingu.

Kiedy w XVIII i XIX wieku wynaleziono nowe typy żagli (później w XX wieku opracowano żagle Dekkerized i Bilau), konstrukcja wiatraków uległa zmianie, ale materiały konstrukcyjne pozostały takie same (można wspomnieć również o ograniczonym użyciu aluminium w XX wieku, metalu, który można w całości poddać recyklingowi przyp. tłum). ⁷ Ponadto, w przeciwieństwie do współczesnych turbin wiatrowych, które wymagają regularnej wymiany w całości, staromodne wiatraki mogą przetrwać wiele dziesięcioleci, a nawet stuleci, dzięki regularnym naprawom i konserwacji.

Rzut oka na historię energetyki wiatrowej pokazuje, że plastik nie jest koniecznym materiałem.

Pierwsza turbina wiatrowa w USA, zbudowana przez Charlesa F. Brusha, miała żagiel o średnicy 17 m, złożony 144 cienkich łopatek wykonanych z drewna cedrowego. Pierwsza turbina wiatrowa w Europie, zbudowana przez Paula La Cour w Danii, miała cztery tradycyjne żagle z drewnianymi listwami o średnicy wirnika 22,8 m.

Projekt La Cour’a został szeroko skopiowany przez lokalne duńskie przedsiębiorstwa na terenie całego kraju, w wyniku czego tysiące turbin wiatrowych pracowało na duńskich farmach w latach 1900–1920. W pierwszej połowie XX wieku zbudowano dziesiątki eksperymentalnych turbin wiatrowych, w tym niektóre wyposażone w stalowe skrzydła, takie jak turbina wiatrowa Smith-Putnam z 1939 r. w USA. ⁸

Wirnik trójskrzydłowej turbiny Gedser usztywniony nadbudową z ramą powietrzną ze stalowych drutów.

W 1957 r. Johannes Juul - uczeń Paula La Cour - zbudował trójskrzydłową turbinę wiatrową Gedser. Wirnik o średnicy 24 m opierał się na nadbudowie z ramą powietrzną ze stalowych drutów, zapewniającą należytą sztywność wirnika i skrzydeł. Łopaty zostały zbudowane ze stalowych żerdzi obudowanych aluminiowymi płatami mocowanymi do drewnianych żeber.

Turbina Gedser była najbardziej udaną turbiną wiatrową, aż do połowy lat osiemdziesiątych. Pracowała przez 11 lat bez konserwacji, generując do 360 000 kWh rocznie. Pracę turbiny przerwała na wiele lat awaria łożyska wirnika. Usterka została naprawiona dopiero pod koniec lat siedemdziesiątych. Kiedy turbina znów zaczęła pracować okazało się, że działa sprawniej niż pierwsze turbiny wiatrowe ze skrzydłami z włókna szklanego. ⁸⁹

Rozmiar ma znaczenie

Pierwsza turbina wiatrowa ze skrzydłami z włókna szklanego została postawiona 1978 roku w Danii, gdzie zasilała budynek szkoły. Dzięki wirnikowi o średnicy 54 m turbina Tvind była w tym czasie największą turbiną wiatrową jaką kiedykolwiek zbudowano. Po 1980 roku skrzydła z włókna szklanego stały się standardem w Danii, a „duński model” został później skopiowany na cały świat. Wydaje się, że skrzydła z plastiku to nieodłączna cecha wiatraków. To stawia nas przed istotnym dylematem.

Przejście na skrzydła z włókna szklanego było spowodowane głównie chęcią budowy większych turbin wiatrowych. Większe turbiny wiatrowe obniżają koszt wytworzonej energii elektrycznej na kilowatogodzinę z dwóch powodów: siła wiatru rośnie wraz z wysokością, a podwojenie promienia wirnika zwiększa moc wyjściową turbiny czterokrotnie.

Odkąd zaczęto wprowadzać do konstrukcji włókno węglowe, wiatraki staja się coraz większe. Średnice wirników wzrosły z około 50 m latach dziewięćdziesiątych do 120 m latach dwutysięcznych. Największe współczesne morskie turbiny wiatrowe mają średnice wirników powyżej 160 m, a w Holandii budowana jest turbina o mocy 12 MW i średnicy wirnika 220 m. ³⁶¹⁰

Udoskonalone skrzydła wiatraka z lat czterdziestych XX w. zaprojektowane i zbudowane przez P. L. Fauel. Zdjęcie: Rasbak (CC BY-SA 3.0)

Jednak wraz ze wzrostem wielkości wzrasta również masa skrzydła wirnika, co wymaga użycia lżejszych materiałów. Jednocześnie większe skrzydła bardziej odchylają się pod naporem wiatru, tak że ich sztywność strukturalna ma coraz większe znaczenie dla utrzymania optymalnej wydajności aerodynamicznej i uniknięcia uderzenia skrzydła w wieże. Krótko mówiąc, większe turbiny wiatrowe z dłuższymi skrzydłami stawiają coraz wyższe wymagania wobec użytych materiałów, które to wymagania przewyższają możliwości materiałów nadających się do recyklingu. ¹¹¹² Turbiny wiatrowe stały się bardziej wydajne, ale także mniej zrównoważone.

Większe turbiny wiatrowe z dłuższymi skrzydłami stawiają coraz wyższe wymagania materiałowe.

Obecnie ten trend ilustruje rosnące wykorzystanie kompozytów wzmocnionych włóknem węglowym, które są jeszcze mocniejsze, sztywniejsze i lżejsze niż kompozyty wzmocnione włóknem szklanym. ¹¹ Zastosowanie włókna węglowego – które dodatkowo komplikuje możliwość recyklingu - stało się standardem w konstrukcji największych skrzydeł turbin wiatrowych, głównie w miejscach poddawanych dużym obciążeniom, takich jak: mocowania skrzydeł do piasty lub czop dźwigara. Wkroczyliśmy w nową erę, w której skrzydła są teraz tak wielkie, że nie mogą być wykonane z samych kompozytów wzmocnionych włóknem szklanym.

Skrzydło wirnika wynaleziona na nowo.

Przemysł, który nazywa siebie zrównoważonym i odnawialnym, nie może co roku wysyłać milionów ton odpadów z tworzyw sztucznych na wysypiska. Czy możemy wrócić do budowania turbin wiatrowych wyłącznie z materiałów nadających się do recyklingu? Jak duże moglibyśmy je budować? W jakim stopniu można pogodzić wydajność i zrównoważony rozwój?

Udoskonalone skrzydła wiatraka z lat trzydziestych XX w. zaprojektowane przez Kurta Bilau. Wieża jest zbudowana z kamienia, a łopaty z drewna i aluminium. Zdjęcie: Frank (CC BY-SA 3.0).

Większość badań nad bardziej przyjaznymi środowisku skrzydłami turbin wiatrowych trzyma się kurczowo tworzywa sztucznego jako głównego materiału. Tworzywa termoplastyczne można stopić i ponownie wykorzystać, co umożliwia przetworzenie zużytych skrzydeł w nowe skrzydła, nawet na miejscu. Jednak ze względu na niższą wytrzymałość i sztywność materiałów termoplastycznych nie skonstruowano jeszcze z nich skrzydeł większych niż 9 m. ¹¹³

Innym kierunkiem badań są próby zastąpienie włókien szklanych włóknami drzewnymi lub lnianymi. Takie skrzydła mogą osiągać duże rozmiary, ale mają tylko niewielką przewagę w zakresie zrównoważonego rozwoju w porównaniu z łopatami z włókna szklanego i żywicy epoksydowej. ¹⁴¹⁵ Żywica epoksydowa na bazie ropy naftowej jest bardziej szkodliwa niż włókno szklane, a materiały kompozytowe wytwarzane z użyciem naturalnych włókien wymagają zastosowania większej ilość żywicy (część żywicy jest pochłaniana przez same włókna, co nie ma miejsca w przypadku włókna szklanego przyp. tłum) ¹⁶¹⁷¹²

Niektórzy inżynierowie i naukowcy zbaczają z utartych ścieżek rozwoju technicznego i wracają do bardziej tradycyjnych konstrukcji drewnianych. W przypadku małych turbin wiatrowych skrzydła można wyciąć z litego drewna. W przypadku większych turbin wiatrowych skrzydła mogą przybierać postać pustej w środku aerodynamicznej skorupy, przymocowanej do żebrowanej ramy, i podłużnic wspartych na belce zwanej dźwigarem – wszystkie elementy zbudowane z klejonych laminowanych desek, belek i paneli.

Drewno klejone warstwowo z fornirów

Drewno klejone warstwowo z fornirów – jest to materiał który powstaje poprzez zrywanie z drzewa z płatów drewna, a następnie sklejanie ich w cienkie warstwy. Materiał ten pojawił się w latach osiemdziesiątych XX wieku i posiada wyraźną przewagę nad litym drewnem. Struktura drewna może różnić się w obrębie jednego drzewa. Dlatego długość belki-dźwigara używanych w przedprzemysłowych wiatrakach była ograniczona dostępnością dużych pni drzew o równomiernej jakości. Największy tradycyjny drewniany wiatrak, jaki kiedykolwiek zbudowano - młyn Murphy z 1900 r. W San Francisco - miał średnicę wirnika 35 m.

Skrzydła patentowe z krawędziami Dekker'a, lata 40te XX w. Zdjęcie: Reboelje.

Proces licowania, w którym powstaje drewno laminowane, równomierniej rozkłada defekty drewna (takie jak sęki), dając lepsze i bardziej przewidywalne właściwości materiału. Pozwala to budować większe drewniane skrzydła. ¹² Laminaty drewniane pozwalają na znaczne obniżenie kosztów i masy w porównaniu z włóknem szklanym. Mimo że wytrzymałość i sztywność są niższe, większość obciążenia, które musi wytrzymać skrzydło, jest wynikiem jego ciężaru własnego. Z tego wynika, że drewniane skrzydło nie musi być tak wytrzymała jak skrzydło z włókna szklanego (ponieważ waży proporcjonalnie mniej) ¹² Niemniej jednak niska sztywność drewna utrudnia kontrolę ugięcia skrzydła w wirnikach o bardzo dużych rozmiarach.

W 2017 roku podczas testów turbiny wiatrowej o mocy 5 MW ze skrzydłami o długości 61,5 m przeprowadzonej w UMassAmherst w USA obliczono, że aby uzyskać wystarczającą sztywność i wytrzymałość, skrzydło wykonane z laminowanych paneli fornirowych musiałaby być o 2,8 razy cięższe niż skrzydło wykonane z tworzywa sztucznego (48 ton w porównaniu z 17 tonami) i musiałaby być skonstruowana z laminatu o grubości ponad 50 cm. ¹² Chociaż wynik testów sugeruje, że z technicznego punktu widzenia możliwe jest zbudowanie wiatraka z drewnianymi skrzydłami o długości większej niż 60 m, lecz nie jest to praktyczne rozwiązanie. Cięższe skrzydła wymagają znacznie solidniejszej konstrukcji turbiny, co pomnaża koszty i zużycie zasobów.

Są dwa sposoby rozwiązania problemu niskiej sztywności drewna. Pierwszym z nich jest konstruowanie skrzydeł wykonanych głównie z drewna klejonego warstwowo z fornirów wzmocnionego poprzeczkami z włókna węglowego pokrytych zewnętrzną warstwą włókna szklanego. We wcześniej wspomnianym teście stwierdzono, że takie hybrydowe skrzydła drewno-włókno węglowe są wystarczająco sztywne aby osiągnąć długość 61,5 m dla turbiny o mocy 5 MW i osiągają ciężar o 3 tony niższy niż skrzydła z włókna szklanego. ¹² Inne badania skrzydeł drewno-włókno węglowe o tej samej długości, uzyskały podobne wyniki (chociaż w drugim przypadku skrzydło drewno-włókno węglowe jest nieco cięższe niż skrzydło z tworzywa sztucznego). ¹⁴

Skrzydła wykonane z drewna wzmacnianego włóknem węglowym zawierają mniej elementów z tworzyw sztucznych, a jednocześnie elementy te nie są przeplecione z drewnem na całej długości skrzydła, ale są wyraźnie oddzielone od niego. Dzięki takiemu rozwiązaniu ponowne użycie lub spalanie zużytych skrzydeł staje się bardziej atrakcyjne. Jednak zgodnie z wyżej wspomnianymi badaniami tak skonstruowane skrzydło nadal zawiera 2,5 tony ¹⁴ do 6,2 ton ¹² kompozytów z tworzyw sztucznych, co oznacza, że trójskrzydłowa turbina wiatrowa o mocy 5 MW wytworzyłaby 7,5 do 18,4 ton odpadów nie nadających się do recyklingu (konwencjonalna turbina tej mocy produkuje do 50 ton odpadów nie nadających się do przetworzenia).

Mniejsze turbiny wiatrowe?

Szkody środowiskowe spowodowane przez odpady powstające przy złomowaniu skrzydeł hybrydowych można uznać za dopuszczalne w porównaniu z masę odpadów z konwencjonalnych skrzydeł. Jednak dalej nie rozwiązuje to problemu powstawania nienadających się do przetworzenia odpadów co przy dynamicznym wzroście produkcji energii wiatrowej nadal skutkuje rosnącym strumieniem plastiku.

Skrzydło z drewna klejonego warstwowo z fornirów wzmocnione włóknem węglowym. Źródło [^14]

Możemy jednak podejść do problemu zrównoważonego rozwoju w sposób bardziej ambitny i powrócić do budowy turbin wiatrowych wykonywanych w całości z drewna - nawet jeśli oznacza to, że będą one mniejsze. Istnieje również inny powód za tym, aby przestać skupiać się wyłącznie na wydajności turbin. Problem powstawania szkodliwych odpadów nie wynika jedynie z konstrukcji skrzydeł. Inne części turbin wiatrowych są również coraz częściej wykonywane z tworzyw sztucznych. Są to przede wszystkim przednia piasta (miejsce mocowania łopat) i pokrywa gondoli (obudowa, która chroni układ napędowy i urządzenia pomocnicze przed warunkami atmosferycznymi). ¹²³⁴

Dzisiejsze trendy w konstrukcji turbin stawiają na coraz większe zastosowanie elektroniki, która w większości nie nadaje się do recyklingu, oraz instalowanie generatorów z magnesami trwałymi opartymi na pierwiastkach ziem rzadkich, które oszczędzają koszty w porównaniu z mechanicznymi przekładniami, ale tylko kosztem niszczycielskiego wydobycia surowców. Większe turbiny wiatrowe zabijają także więcej ptaków i nietoperzy. ¹⁸

Poświęcając część wydajności, moglibyśmy wiele zyskać w kwestii ochrony środowiska.

Poświęcając część wydajności moglibyśmy wiele zyskać w kwestii ochrony środowiska. Zwolennicy energetyki wiatrowej mogą się z tym nie zgadzać, ponieważ spowodowałoby to, że energia wiatrowa byłaby mniej konkurencyjna w stosunku do paliw kopalnych.

Jednak wzrostowi cen energii wiatrowej zawsze można przeciwdziałać przez wzrost cen paliw kopalnych. Wysoce problematyczne jest to, że tanie paliwa kopalne służą nam za punktu odniesienia dla oceny rentowności energii wiatrowej. Turbiny wiatrowe stają się coraz bardziej szkodliwe dla środowiska przez dążenie do konkurowania z paliwami kopalnymi - a tym samym przez dążenie do zapewnienia energii dla zasilania naszego stylu życia opartego na węglu, ropie i gazie. Gdybyśmy zmniejszyli nasze zapotrzebowanie na energię, mniejsze i mniej wydajne turbiny wiatrowe nie stanowiłyby problemu.

Pierwsza turbina wiatrowa w USA, zbudowana przez Charles'a F. Brush'a, miała wirnik średnicy 17 metrów złożony z 144 cienkich cedrowych łopatek.

Jak duże moglibyśmy budować skrzydła turbin wiatrowych wykorzystując jedynie laminowany fornir? Na dzień dzisiejszy nie wiadomo. Zapytałem Rachel Koh, naukowczynię, która obliczyła wymagania dla w pełni drewnianej łopaty o długości 61,5 m, ale nie mogła mi pomóc: „Przeprowadziłam modelowanie jedynie dla skrzydeł turbiny o mocy 5 MW. Hipotetycznie możliwe byłoby przeprowadzenie kolejnego modelowania aby odpowiedzieć na Twoje pytanie, ale byłoby to poważne przedsięwzięcie”. Koh zauważa także, że możliwe jest dalsze zwiększenie sztywności laminatów drewnianych dzięki innowacjom w ich produkcji.

Las turbin wiatrowych

Niezależnie od tego, czy wybieramy duże skrzydła z drewna i włókna węglowego, czy mniejsze łopaty z samego drewna, w obu przypadkach możemy użyć drewna do wykonanie pozostałych elementów turbin. W 2012 r. niemiecka firma TimberTower zbudowała wieżę z klejonego warstwowo drewna o wysokości 100 m dla turbiny wiatrowej o mocy 1,5 MW. Może się wydawać, że nie ma potrzeby aby budować drewniane wieże turbin skoro są one konstruowane z materiałów doskonale nadających się do recyklingu (ze stali). Jednak turbina wiatrowa, której konstrukcja jest prawie całkowicie wykonana z drewna, oferuje dodatkowe korzyści.

Ilustracja Eva Miquel dla Low-Tech Magazine.

Użycie drewna może prawie całkowicie uniezależnić produkcję turbin wiatrowych od wydobycia surowców mineralnych i paliw kopalnych. Wykonanie części przekładni i podzespołów elektrycznych nadal potrzebowałoby pozyskania kopalin, jednak możliwe jest częściowe ominięcie tego problemu konstruując wiatraki wytwarzające bezpośrednio energię mechaniczną (takie konstrukcje nie wymagają użycia elektroniki, a niezbędne elementy metalowe można wykonać z przetworzonego złomu, przyp. tłum.). ¹⁹ Ponadto, drewniane turbiny wiatrowe mogą sekwestrować CO2, ponieważ drzewa przeznaczone na wiatraki pochłaniają dwutlenek węgla w procesie fotosyntezy.

Ponadto, przestrzeń pomiędzy turbinami wiatrowymi na farmie wiatrowej, która nie nadaje się pod zabudowę, powinna zostać wykorzystana do hodowli lasu, który dostarczy drewno dla następnego pokolenia turbin wiatrowych. Drewno można piłować, przetwarzać i montować na miejscu, co eliminuje zużycie energii związane z transportem części turbin wiatrowych. Energia potrzebna do produkcji laminatów i budowy turbin mogłaby pochodzić z wiatraków, a także ze spalania biomasy leśnej. Drewniana turbina wiatrowa może stać się podręcznikowym przykładem gospodarki o obiegu zamkniętym.

Co z panelami słonecznymi?

W nadchodzącym artykule skupimy się na panelach fotowoltaicznych. Czy są one przyjazne środowisku i czy ich produkcja jest zrównoważona? Czy toksyczne i niezdatne do recyklingu odpady są nieodłącznie towarzyszą energii słonecznej z PV? Czy możemy budować panele słoneczne przy użyciu zrównoważonych materiałów? Jaki to będzie miało wpływ na cenę i wydajności energii słonecznej?

Ramirez-Tejeda, Katerin, David A. Turcotte, and Sarah Pike. “Unsustainable Wind Turbine Blade Disposal Practices in the United States: A Case for Policy Intervention and Technological Innovation.” NEW SOLUTIONS: A Journal of Environmental and Occupational Health Policy 26.4 (2017): 581-598. http://docs.wind-watch.org/ramireztejeda2016-bladedisposal.pdf ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Wilburn, David R. Wind energy in the United States and materials required for the land-based wind turbine industry from 2010 through 2030. US Department of the Interior, US Geological Survey, 2011. https://pubs.usgs.gov/sir/2011/5036/sir2011-5036.pdf ↩︎ ↩︎ ↩︎
Jensen, Jonas Pagh. “Evaluating the environmental impacts of recycling wind turbines.” Wind Energy 22.2 (2019): 316-326. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/we.2287 ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Martínez, Eduardo, et al. “Life cycle assessment of a multi-megawatt wind turbine.” Renewable energy 34.3 (2009): 667-673. http://communityrenewables.org.au/wp-content/uploads/2013/02/Life-cycle-analysis-turbines_Renewable-Energy_2009.pdf ↩︎ ↩︎ ↩︎
Ziegler, Lisa, et al. “Lifetime extension of onshore wind turbines: A review covering Germany, Spain, Denmark, and the UK.” Renewable and Sustainable Energy Reviews 82 (2018): 1261-1271. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032117313503 ↩︎
Lefeuvre, Anaële, et al. “Anticipating in-use stocks of carbon fiber reinforced polymers and related waste flows generated by the commercial aeronautical sector until 2050.” Resources, Conservation and Recycling 125 (2017): 264-272. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0921344917301775 ↩︎ ↩︎
De Decker, Kris. “Wind powered factories: history (and future) of industrial windmills.” Low-Tech Magazine. Barcelona (2009). here ↩︎
The Rise of Modern Wind Energy: Wind Power for the World. Pan Stanford Publishing, 2013. https://www.crcpress.com/Wind-Power-for-the-World-The-Rise-of-Modern-Wind-Energy/Maegaard-Krenz-Palz/p/book/9789814364935 ↩︎ ↩︎
Lundsager, P., Sten Tronæs Frandsen, and Carl Jørgen Christensen. “Analysis of data from the Gedser wind turbine 1977-1979.” (1980). http://orbit.dtu.dk/files/33441311/ris_m_2242.pdf ↩︎
Gupta, Ashwani K. “Efficient wind energy conversion: evolution to modern design.” Journal of Energy Resources Technology 137.5 (2015): 051201. http://energyresources.asmedigitalcollection.asme.org/article.aspx?articleid=2211540 ↩︎
Brøndsted, Povl, Hans Lilholt, and Aage Lystrup. “Composite materials for wind power turbine blades.” Annu. Rev. Mater. Res. 35 (2005): 505-538. http://www-eng.lbl.gov/~shuman/NEXT/MATERIALS&COMPONENTS/Pressure_vessels/FRP_Hutter_flange.pdf ↩︎ ↩︎
Koh, Rachel. “Bio-based Wind Turbine Blades: Renewable Energy Meets Sustainable Materials for Clean, Green Power.” (2017). https://scholarworks.umass.edu/dissertations_2/1102/ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Murray, Robynne, et al. Manufacturing a 9-meter thermoplastic composite wind turbine blade. No. NREL/CP-5000-68615. National Renewable Energy Lab.(NREL), Golden, CO (United States), 2017. https://www.nrel.gov/docs/fy18osti/68615.pdf ↩︎
Borrmann, Rasmus. “Structural design of a wood-CFRP wind turbine blade model.” (2016) https://www.eksh.org/fileadmin/bilder/themen/Energieforschung/02_-Final_Report-_Strcutural_Design_of_a_Wood-CFRP_Wind_Turbine_Blade_Model.pdf ↩︎ ↩︎ ↩︎
Spera, David. “Wind Turbine Technology: Fundamental Concepts in Wind Turbine Engineering, Second Edition.” (2009) https://ebooks.asmedigitalcollection.asme.org/book.aspx?bookid=271 ↩︎
Corona, Andrea, et al. “Comparative environmental sustainability assessment of bio-based fibre reinforcement materials for wind turbine blades.” Wind Engineering 39.1 (2015): 53-63. http://orbit.dtu.dk/files/129909032/0309_524x_2E39_2E1_2E53.pdf ↩︎
The use of wood for wind turbine construction. Meade Gougeon, NASA. https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19800008214.pdf ↩︎
Loss, Scott R., Tom Will, and Peter P. Marra. “Estimates of bird collision mortality at wind facilities in the contiguous United States.” Biological Conservation 168 (2013): 201-209. https://repository.si.edu/bitstream/handle/10088/35192/NZP_Marra_2013-Estimates_of_bird_collision_mortality_at_wind_facilities_in_the_contiguous_United_States.pdf?sequence=1&isAllowed=y ↩︎
De Decker, Kris. “Heat your house with a mechanical windmill.” Low-Tech Magazine. Barcelona (2019). here ↩︎