LOW←TECH MAGAZINE Polski

Materace faszynowe: koszykarsko do kwadratu

Wed, 03 Nov 2021 00:00:00 +0000

Zdjęcie: Zatapianie materacy faszynowych w śluzach na rzecze Den. Źródło: Dienst Zuiderzeewerken CC BY 3.0 NL. Data wykonania zdjęcia nieznana.

Zabezpieczenie brzegów morskich i rzek

Zmiany klimatu są realnym zagrożeniem dla gęsto zaludnionych obszarów wybrzeży morskich i rzek. Ludzie przez wieki stawiali struktury chroniące ich przez powodziami i zabezpieczające brzegi przed erozją: falochrony, łamacze fal, wały przeciwpowodziowe, jazy, śluzy, opaski, ostrogi brzegowe, i wiele innych. Dzisiaj te struktury stawiamy przeważnie z energo- i węglo-intensywnych materiałów: żelbetonu (najczęściej), geotekstyliów, stali, siatki drucianej, asfaltu. Jednak ludzie mogą, i robili to w przeszłości, budować działające zabezpieczenia bez konieczności niszczenia środowiska.

Inspiracji warto poszukać w Holandii. Morze zagrażało Niderlandom na długo przed zmianami klimatycznymi. Holendrzy zbudowali swoje państwo częściowo na dnie morza osuszonym przez wiatraki. Wydarty wodzie ląd otoczyli wałami. Wybrzeże Niderlandów to lekkie, drobnopiaszczyste gleby, słabo opierające się falom. Prądy morskie, fale i śruby statków wzburzają dno i mogą doprowadzić do podmywania i usuwania się wałów, nadbrzeży, grobli i przyczółków.

Zdjęcie: Osuwanie się podmytych wałów w Zelandii, w pobliżu Kats w Noord-Beveland. Domena publiczna.

Materace faszynowe

W stojącej, wolno-płynącej lub półsłonej wodzie, ochronie wybrzeży i brzegów rzek może pomóc sadzenie trzcin, jednakże ta metoda nie sprawdza się w słonej wodzie ani nie chroni przez mocnymi falami. Co najmniej 400 lat temu Holendrzy rozwiązali ten problem: wymyślili materace faszynowe. Materac faszynowy składa się z tysięcy (przeważnie wierzbowych) witek. Splata się je razem w solidną konstrukcję i zatapia na dnie kanału, ujścia rzeki czy na dnie rzeki. Materac może częściowo wychodzić na brzeg lub wał.

Materace faszynowe wyplatano przeważnie w formie obszernych prostokątów: najczęściej miały wymiary pomiędzy 20-30 metrami szerokości i do 150 metrów długości (czasem więcej). Te struktury powstawały na lądzie, holowane były na miejsce przeznaczania i zatapiane na dnie przez obciążanie kamieniami i gruzem. Wszystkie prace wykonywano ręcznie. Pobliskie zagajniki odroślowe dostarczały surowca.

Zdjęcie: Wyrób materacy faszynowych, Haringvliet, 1956 rok. Domena publiczna.

Przewidywany czas użytkowania: wieki

Nie do końca wiadomo kiedy właściwie Holendrzy zaczęli używać faszynowych materacy. Najstarszy obraz na jakim można je zobaczyć namalował w 1676 roku Matthias Withoos. Na obrazie widać naprawę grobli. Można napotkać wzmianki o naprawianiu urządzeń hydrotechnicznych łodygami drzew pochodzące już z szesnastego wieku. Wiele z materacy faszynowych spełnia swoją rolę do dziś, pomimo upływu kilku wieków od ich wykonania. Drewno wierzby pod wodą staje się twarde jak kamień i praktycznie się nie rozkłada. Badania przeprowadzone w latach 60. XX w. pokazały, że większość materacy faszynowych zatopionych ponad 100 lat wcześniej – niektóre datuje się na wczesne lata 20. XIX w – jest w stanie nienaruszonym.

Nie wiemy jak wiele faszynowych umocnień wciąż pełni swoje zadanie na dnie holenderskich wód, jednak wiemy, że są praktycznie wszędzie. Większość informacji które mamy pochodzi z okresu poprzedzającego drugą wojnę światową, kiedy to Holendrzy wykorzystywali tą technologią na szeroką skalę.

Zdjęcie: Materac faszynowy w Biesbosch, rok 1968. Domena publiczna.

W 1953 roku Holandię nawiedziła katastrofalna powódź. Z jej przyczyny rozpoczęto Prace Delta, czyli szereg ambitnych projektów inżynieryjnych mających ochronić ląd przez morzem. Materace faszynowe były kluczowym elementem planu. Dla przykładu, pomiędzy rokiem 1960 a 1966, Holendrzy położyli 200 tys. m2 materacy faszynowych w regionie Wadden (grupa wysp na północy Niderlandów). Pomiędzy rokiem 1954 a 1967 w całym kraju zatopiono 1,2 mln m2 faszynowych umocnień.

Wyplatanie materacy faszynowych

Zrobienie materaca faszynowego to rzemiosło polegające przede wszystkim na wiązaniu i wyplataniu. W strefach pływowych Holendrzy wyplatali maty na równiach pływowych, kiedy odpływ odsłaniał ląd. Wskazany był pośpiech. Kiedy przypływ znowu wzbierał, struktura zaczynała unosić się na wodzie – musiała być na tyle solidna, aby się nie rozpaść. Budowa mogła zostać dokończona w czasie kolejnego odpływu, a nawet kiedy pływała po wodzie.

Rzemieślnicy rozpoczynali budowę materacu od splatania witek w pęki nazywane „faszynami” (po niderlandzku „wiepen”). Faszyny miały do 50 m długości, średnicę ok. 30-50 cm i były łączone ze sobą cienkimi witkami. Faszyny stanowiły dolną ramą maty - zasadniczą część całej struktury. Wiązki faszyn układano na krzyż, jedna na drugiej w odstępach jednego metra, zabezpieczając miejsce przecięcie liną i palikiem.

Na wierzchu dolnej ramy kładziono 30-40 centymetrowe „wypełnienie”, czyli dwie warstwy witek, jedna nad drugą. Pomiędzy nimi wkładano warstwę trzciny, co powodowało, że materac nie przepuszczał piasku. Następnie budowano górną ramę (identyczną do dolnej ramy) i kładziono ją na „wypełnienie”. Potem całą konstrukcję przywiązywano do belek. Potrzeba było sześciu ludzi by zbudować 100 m2 maty faszynowej.

Zdjęcie: Materac faszynowy. Autor Jan Muijs, Rijkswaterstaat, 1974. CC BY 30 NL.

Obraz: Rysunek klasycznego wiklinowego materacu faszynowego służącego do ochrony dna dróg wodnych. Źródło: Hollands Rijshout, Van Breen, rok 1920.

Zdjęcie: Przygotowanie maty, rok 1945. Autor nieznany / Anefo, CCO, przez Wikipedia Commons.

Zdjęcie: Przygotowanie faszyn, rok 1952. Autor Harry Pot / Anefo. CCO, przez Wikimedia Commons.

Zdjęcie: Transport faszyn, rok 1953. Autor Joop von Bilsen / Anefo. CCO, przez Wikimedia Commons.

Zdjęcie: Splatanie ze sobą faszyn, rok 1956. Autor Harry Pot / Anefo. CCO, przez Wikimedia Commons.

Przegrody i ścianki

Następnym krokiem było wyplecenie przegród wewnętrznych i zewnętrznych ścianek pomiędzy słupkami wystającymi z miejsc skrzyżowania się faszyn. Te przegrody i ścianki dodatkowo wzmacniały całą konstrukcję i zapobiegały sturlaniu się balastu z materaca, co mogła się zdarzyć podczas zatapiania konstrukcji. Po zatopieniu przegrody zapobiegały przemieszczaniu przez ruchy wody drobnych kamyków. Co więcej, dzięki tym wzmocnieniom materac faszynowy mógł spełniać swoją rolę nawet ustawiony na mocno pochylonym brzegu, np. na grobli.

Zdjęcie: Zaplatanie ścian na materacu faszynowym, rok 1950. Autor van Oorschot

Anefo, CC0, dzięki Wikimedia Commons.

Obraz: Zaplatanie ścian. Źródło: [Zink- en aanverwante werken, benevens het hoe en de wijze waarop](https://repository.tudelft.nl/islandora/object/uuid%3A1ed44c19-ee2a-450d-bc3c-6e377cae54ef), B. Hakkeling, rok 1970.

Zatapianie materacy faszynowych

Kiedy materac faszynowy został zaholowany na miejsce docelowe i przycumowany, można było go zatopić. Robiono to przez obciążanie konstrukcji kamieniami i gruzem. Tę ciężką pracę wykonywano ręcznie. Robotnicy ustawiali się w rzędach, podając sobie kolejno kamienie o wadze od 10 do 30 kg. Taczkarze dostarczali balast z lądu, lub wysypywali taczki bezpośrednio na materace z pokładów łodzi.

Żeby zatopić na morzu 1 m2 materacu faszynowego potrzeba prawie 200 kg obciążenia. Najwięcej balastu umieszczano przy krawędziach, aby materac się nie przewrócił podczas zatapiania. Kiedy konstrukcja opadła na dno, dokładano jeszcze jedną tonę większych kamieni. Żeby zatopić materac w rzece wystarczyło mniejsze obciążenie – około 120 kg na 1m2 do zatonięcia i 300 kg, aby utrzymać go w miejscu. Więcej kłopotów nastręczało znalezienie odpowiedniej ilości kamieni, niż witek.

Kluczowe było wybranie na prace odpowiedniej pory, ponieważ materace faszynowe mogły być zatapiane jedynie na spokojnym morzu przy słabym prądzie. Starano się jak najlepiej wykorzystać czas niskiej wody (kilka minut pomiędzy odpływem a przypływem, przyp. tłum.), nawet jeśli oznaczało to, że praca będzie odbywać się częściowo nocą.

Zdjęcie: Robotnicy montują materace do stawianych w Haringvliet (w pobliżu Hellovoetsluis) śluz, rok 1956. Anefo, CC0.

Zdjęcie: Zatapianie materacy faszynowych, rok 1968. Holenderskie Archiwa Narodowe, CC0.

Zdjęcie: Umacnianie bulwaru Vlissingen, rok 1958. Anefo, CC0.

Zdjęcie: Umacnianie grobli w pobliżu Ouwerker na Duiveland, rok 1953. Autor Joop van Bilsen / Anefo, CC0.

Zdjęcie: Zatapianie materaca. Źródło: [Zink- en aanverwante werken, benevens het hoe en de wijze waarop](https://repository.tudelft.nl/islandora/object/uuid%3A1ed44c19-ee2a-450d-bc3c-6e377cae54ef), Autor B. Hakkeling, rok 1970.

Zdjęcie: Przygotowania do zatopienia materacu. Źródło: [Holland’s rijshout](https://repository.tudelft.nl/islandora/object/uuid%3A72029c69-9567-4ad9-8883-ff428cf7d68b), Autor L.G. van Breen, rok 1920.

Zdjęcie: Cumowanie materaca daszynowego. Zwróc uwagę na drąg na pierwszym planie. Autor Joop van Bilsen / Anefo, CC0.

Nakładania na siebie materacy faszynowych

Umiejscawianie materacy faszynowych we właściwym miejscu było wyzwaniem. Nie łatwo precyzyjnie je zatapiać. Według niektórych źródeł, starano się, aby pomiędzy sąsiednimi materacami było 2-5 metrów odstępu. Unikano nakładania na siebie materacy, ponieważ prąd mógł przewrócić konstrukcję leżącą wyżej.

Gerrit Jan Schiereck, emerytowany profesor inżyniery hydraulicznej i były pracownik Holenderskiego departamentu robót publicznych, ma inne zdanie: „Wbrew temu, co mówią niektóre podręczniki, koniecznie było, aby materace faszynowe częściowo nachodziły na siebie.” ¹

Nie wszystkie materace były budowane na planie prostokąta. Aby wpasować je do istniejących urządzeń, dna rzeki, albo innych nieregularności, materace często przybierały formy trapezów lub nierównobocznych czworokątów. Jednak jeśli się dało, to unikano kształtów z wciętymi narożami.

Obraz: Źle położone materace faszynowe na dnie rzeki. Źródło: [Zink- en aanverwante werken, benevens het hoe en de wijze waarop](https://repository.tudelft.nl/islandora/object/uuid%3A1ed44c19-ee2a-450d-bc3c-6e377cae54ef), Autor B. Hakkeling, 1970.

Obraz: Zestaw wielu materacy faszynowych. Źródło: [Holland’s rijshout](https://repository.tudelft.nl/islandora/object/uuid%3A72029c69-9567-4ad9-8883-ff428cf7d68b), Autor L.G. van Breen, 1920.

Pływowe zagajniki odroślowe

Wyrabianie materacy zrobionych z faszyn było uzależnione od istnienia wielkoobszarowych zagajników odroślowych dostarczających surowca. Jak dowiedzieliśmy się ze wcześniejszego artykułu, nasi przodkowie pozyskiwali drewno raczej ogławiając drzewa niż je ścinając. Holenderskie zagajniki odroślowe – „grienden” – wyróżniają się spośród reszty ze względu na ich „mokre” gleby i okazyjne zalewanie przez wysokie poziomy wody i pływy. W przeciwieństwie do innych gatunków drzew wierzba znosi słoną wodę i (tymczasowe) zalewanie. Dzięki temu, zagajniki można było sadzić na gruntach nie nadających się pod uprawę.

W 1915 roku, około 14 tys. ha lasów w Holandii stanowiły nadrzeczne lub pływowe zagajniki - w porównaniu do 85 tys. ha „normalnych” plantacji i 155 tys. ha tradycyjnych lasów. Większość z nich leżała wzdłuż ujść rzek, za groblami, oraz w poprzecinanych rzekami regionach Południowej Holandii i Północnej Brabancji. Największy kompleks zagajników znajdował się w Biesbosch (dzisiaj to teren parku narodowego, przyp. tłum.) W zagajnikach hodowano ponad 200 odmian wierzby. Na wyjałowionych glebach holendrzy sadzili pomiędzy wierzbami olchy, których spadające liście nawoziły glebą, pomagając zagajnikom dłużej pozostać produktywnymi.

Zagajniki odroślowe nierzadzko otaczał wał nie dopuszczający wody do wdarcia się przy normalnych falach. Plantacje były wtedy zalewane tylko podczas zimowych sztormów. Zastawki zapewniały, że woda będzie spływać powoli, pozwalając osadzić się zawieszonym w niej osadom użyźniającym glebę. Zagajniki przecinały rowy odprowadzające stagnującą wodę szkodliwą dla drzew. Robotnicy korzystali z wąskich kanałów do transportu łodziami ściętych witek. Nadrzeczne zagajniki sadzono pomiędzy groblami, a poziom wód gruntowych – zależny od sąsiadujących rzek – określał warunki dla drzew.

Zbiór witek wymagał równie dużo pracy co wyplatanie faszyn. Pielęgnacja drzew odbywała się tylko ręcznie i koncentrowała się głównie w zimowych miesiącach. Pracownicy plantacji ścinali witki kiedy liście opadły i wiązali je we wiązki. Sadzili również nowe drzewa (wsadzając ucięte gałązki w ziemię), oczyszczali rowy i usuwali drewno. Większość robotników pracujących w zagajnikach brało dniówki w porach roku kiedy na roli było niewiele pracy. Kwaterowali się przeważnie w małych chatkach i łódkach na terenie plantacji. ²

Zdjęcie: Zagajnik wierzbowy posadzony za groblę w Oude Mass (Carnisse Grienden). Ceinturion, (CC BY-SA 3.0).

Obraz: Biesbosch w 1908 roku. Źródło: [Wilgenkartering in de Brabantse, Sliedrechtse en Dordtse Biesbosch, 2012-2013](http://www.ecologischadviesbureaumaes.nl/429_I.pdf). Park Narodowy Biesbosch, 2014.

Zdjęcie: Zalewowe zagajniki odroślowe (Anna-Jacominaplaat) w 1950 roku. Źródło: [Wilgenkartering in de Brabantse, Sliedrechtse en Dordtse Biesbosch, 2012-2013](http://www.ecologischadviesbureaumaes.nl/429_I.pdf). Park Narodowy Biesbosch, 2014.

Zdjęcie: Rów przecinający plantacje wierzby (1930-1950). Źródło: [Wilgenkartering in de Brabantse, Sliedrechtse en Dordtse Biesbosch, 2012-2013](http://www.ecologischadviesbureaumaes.nl/429_I.pdf). Park Narodowy Biesbosch, 2014.

Zdjęcie: Chatka pracowników na wzniesieniu. Źródło: Archiwum Regionalne Dordrecht. (CC-BY-SA 4.0).

Zdjęcie: Łódź mieszkalna w zagajniku odroślowym. Źródło: Archiwum Regionalne Dordrecht. (CC-BY-SA 4.0).

Ewolucja w latach 60.

W następstwie katastrofalnych powodzi w latach 50. XX w. Holendrzy zawiązali grupę roboczą, która miała za zadanie opracować metody usprawniające i przyspieszające wytwarzanie materacy faszynowych. Plecenie faszyn - zajęcie zabierające około jedną trzecią całej pracy przy wyrobie materacy - po raz pierwszy spróbowano zmechanizować. „Maszyna faszynowa” – zasilana silnikiem diesla o mocy 2 kM – pojawiła się w roku 1956. Mogła wypleść 10 tysięcy faszyn tygodniowo, wystarczająco dużo do zrobienia 2,300 m2 materacy. Od lat 50. holendrzy zaczęli używać dźwigów i podajników wibracyjnych do przemieszczania gruzu i zaczęli budować nadbrzeża, aby wyplatać materace blisko brzegu na rozległych stokach, dzięki czemu uniezależnili budowę od pływów i lepiej organizowali pracę. Również techniki zatapiania ewoluowały.

Wynalezienie geotekstyliów (jako właściwych barier dla piasku) obniżyło zapotrzebowanie na surowiec z plantacji wierzby i na trzciny. To był kluczowy moment, ponieważ istniejące ówcześnie w kraju zagajniki nie mogły by sprostać zapotrzebowaniu Prac Delta. Holenderskie zalewowe i rzeczne zagajniki odroślowe zaczęły służyć innym celom, a materace faszynowe stały się mało znaczącym odbiorcą surowca. Ważniejsze stało się wyplatanie koszyków i skrzyń, a szczególnie wyrób bednarek (taśm okalających klepki beczki, przyp. tłum.) na beczki na śledzie – ważny holenderski towar eksportowy w tym czasie. Holendrzy wykorzystywali odpady z plecenia bednarek do wyplatania materacy faszynowych. Jednak po pierwszej wojnie światowej żelazne taśmy zaczęły zastępować wiklinowe bednarki. Co więcej, paliwa kopalne ułatwiły osuszanie gruntów, przez co, coraz mniej terenów było dostępnych na zakładanie zagajników odroślowych. Z 14 tys. ha zalewowych i rzecznych zagajników w 1915, zostało tylko 2 tys. w roku 1983.

Tradycyjne materace faszynowe – nie używające geotekstyliów – zniknęły prawie całkowicie. Korzysta się z nich jeszcze w rezerwatach przyrody, jednak zainteresowanie nimi powoli wraca. Produkcja stali, cementu i plastiku emituje dwutlenek węgla i produkuje zanieczyszczenia, kiedy tradycyjne materace faszynowe pochłaniają węgiel z atmosfery i zatrzymują go na dnie mórz i rzek na wieki – bez zanieczyszczeń i paliw kopalnych.

Podziękowania dla Gerrit Jan Schiereck, Bart Schultz, i Alice Essam.

Odniesienia:

De Bruin, Dick, and Bart Schultz. “A simple start with far‐reaching consequences.” Irrigation and Drainage: The journal of the International Commission on Irrigation and Drainage 52.1 (2003): 51-63.

Zink- en aanverwante werken, benevens het hoe en de wijze waarop, B. Hakkeling, 1970.

JW van Westen, Ontwerp en uitvoering van zinkwerken, 1969.

Holland’s rijshout, L.G. van Breen, 1920.

J.A.M. Schepers, Een landelijk overzicht van de grienden, 1988

Getijdenbossen, F.W. Rappard, 1971

Rijshout-, riet- en stroconstructies, J.C Visser 1954

Stroomzinken 1967-1968, H.Y. Wenning

De teelt van griend- en teenhout in nederland en het naburige vlaanderen. DWP Wisboom van Giessendam, 1878.

Geschiedenis van de techniek in nederland. De wording van een moderne samenleving. 1800-1890, deel III. H.W. Lintsen, 1993.

Wilgenkartering in de Brabantse, Sliedrechtse en Dordtse Biesbosch, 2012-2013. Nationaal Park de Biesbosch, 2014.

Wiadomość uzyskana w rozmowie telefonicznej 2 listopada 2021. ↩︎
Jak mi wiadomo, duże materace faszynowe nie wyszły poza Niderlandy. Jednak holenderscy inżynierowie (np. Johannis de Rijke) wprowadzili tę technologię do Japonii w okresie Meji (1868-1912). W Japonii robiono je z bambusa. Kilka lat temu użyto tej technologii w regionie Hokuriku. Rzeczne zagajniki odroślowe można spotkać w dzisiejszej Belgii (wokół Bornem) i w Polsce, jednak dostarczają one surowca tylko dla koszykarstwa. ↩︎

Piece Termoelektryczne: Fotowoltaika do Lamusa?

Tue, 26 May 2020 00:00:00 +0000

Ilustracja: [Diego Marmolejo](https://www.instagram.com/ddidak/).

Jeśli popatrzymy na stary, dobry wiatrak (mający już z grubsza 2 tysiące lat) jak na przodka współczesnej turbiny wiatrowej.

Fotosynteza była fundamentem wszystkich historycznych źródeł energii mechanicznej: dzięki niej ludzie i zwierzęta otrzymywali paliwo w postaci pożywienia i drewna do budowy młynów i wiatraków. Chociaż ani staroświecki wiatrak, ani piec na drewno, nie wytwarzają elektryczności to oba można w łatwy sposób do tego przystosować. Wystarczy do wiatraka podpiąć generator prądu, a do pieca generator termoelektryczny.

Generator Termoelektryczny

Generatory termoelektryczne są bardzo zbliżone do generatorów „fotoelektrycznych” - dzisiaj nazywanych „fotowoltaicznymi” (albo ogniwami fotowoltaicznymi). Generator fotowoltaiczny bezpośrednio zmienia światło słoneczne w elektryczność, a generator termoelektryczny bezpośrednio zmienia ciepło w elektryczność. ¹

Generator termoelektryczny składa się z elementów półprzewodnikowych w kształcie sztabek, które są połączone szeregowo z paskami metalu. Z góry i z dołu, sztabki są izolowane ceramicznymi płytkami przewodzącymi ciepło (ale nie prąd elektryczny). Taki zestaw tworzy kompaktowy moduł o budowie „kanapki”. ² Gotowe moduły są dostępne w sprzedaży przez takich producentów jak Hi-Z, Tellurex, Thermalforce i Thermomanic.

Zdjęcie: Moduł termoelektryczny. Gerardtv (CCBY-SA3.0)

Moduł termoelektryczny. Zdjęcie wykorzystane za pozwoleniem Applied Thermoelectric Solutions LLC, [Jak Działa Generator Termoelektryczny](https://thermoelectricsolutions.com/how-thermoelectric-generators-work/).

Przyklej moduł termoelektryczny do powierzchni pieca na drewno, a będzie on wytwarzał energię elektryczną za każdym razem gdy piec będzie rozpalany do gotowania, ogrzewania pomieszczeń lub podgrzewania wody. W eksperymentach i prototypach, które są opisane bardziej szczegółowo w dalszej części artykułu, uzyskano moc wyjściową na moduł od 3 do 19 watów.

Podobnie jak w przypadku paneli słonecznych, moduły termoelektryczne można łączyć ze sobą równolegle i szeregowo, aby uzyskać dowolne napięcie i moc wyjściową - przynajmniej tak długo na ile starczy nam powierzchni pieca. Tak, jak w ogniwie fotowoltaicznym, prąd elektryczny wytwarzany przez moduł/y termoelektryczny jest regulowany przez regulator ładowania i gromadzony w baterii, dzięki czemu nadwyżka energii jest dostępna również wtedy gdy piec nie jest używany. Piec termoelektryczny jest zwykle łączony z urządzeniami niskonapięciowymi na prąd stały, co pozwala uniknąć strat na konwersji wynikających z zastosowania falownika.

Piece termoelektryczne mogą znaleźć zastosowanie w wielu częściach świata. Większość badań nad ich wykorzystaniem celuje w „Globalne Południe”, gdzie prawie 3 miliardy ludzi (40% światowej populacji) jest zależnych od spalania biomasy do grzania wody i gotowania. Niektóre z tych gospodarstw domowych, używają pieców lub palenisk również do oświetlania (1,3 miliarda ludzi nie ma dostępu do elektryczności) oraz do ogrzewania pomieszczeń. Istnieją również badania nad wykorzystaniem pieców termoelektrycznych w społeczeństwach przemysłowych gdzie piece i kominki na biomasą, szczególnie poza miastami, zyskują na popularności.

Sprawność 100%

Od czasu kiedy efekt termoelektryczny został po raz pierwszy opisany przez Thomasa Seebecka w 1821 roku, generatory termoelektryczne cieszą się złą sławą ze względu na słabą sprawność konwersji ciepła na elektryczność. ³⁴⁵⁶ Dzisiejsze moduły termoelektryczne osiągają sprawność rzędu 5-6%, mniej więcej trzy razy niższą niż przeciętny panel fotowoltaiczny. ⁴

Jednak w połączeniu z piecem na biomasę, sprawność konwersji energetycznej modułu termoelektrycznego przestaje być tak istotna. Jeśli moduł osiąga jedynie 5% sprawności, zamieniając energię termalną na elektryczną, to pozostałe 95% energii pozostaje do wykorzystania w postaci ciepła. Jeśli piec jest używany do ogrzewania pomieszczeń to nie można mówić o stratach energii, ponieważ 95% ciepła wykonuje zamierzoną pracę. Całkowita sprawność systemu (ciepło + elektryczność) zbliża się do 100% - energia się nie marnuje. Odpowiednio zaprojektowany piec może ponownie wykorzystać ciepło konwersji elektrycznej do gotowania czy grzania wody.

Bardziej Niezawodny Niż Panel Fotowoltaiczny

Moduły termoelektryczne dzielą wiele zalet z panelami fotowoltaicznymi: są modułowe, wymagają niewiele uwagi, nie mają ruchomych części, pracują bezgłośnie i ich żywotność jest długa. ⁷ Jednak moduły termoelektryczne, jeśli w domu regularnie używa się nieelektrycznego źródła ciepła, oferują coś więcej niż panel solarny.

Chociaż moduły termoelektryczne są prawie trzy razy mniej sprawne od fotowoltaiki, to piece termoelektryczne dostarczają elektryczności w bardziej przewidywalny sposób, ponieważ ich działanie nie jest uzależnione od kaprysów pogody, pory roku czy od obecności słońca na niebie. Używając żargonu inżynierów powiedzielibyśmy; że piece termoelektryczne mają wyższy „współczynnik wykorzystania mocy netto”.

Nawet, jeśli piec używany byłby jedynie do gotowania i grzania wody, to codzienne domowe prace gwarantują przewidywalną produkcję elektryczności bez względu na klimat. Co więcej, produkcja elektryczności przez piece termoelektryczne bardzo dobrze dopasowuje się do zapotrzebowania na prąd gospodarstwa domowego: w tym samym czasie kiedy używa się pieca, z reguły pojawia się potrzeba użycia elektryczności. Niestety, fotowoltaika generuje bardzo niewiele, albo wcale, energii elektrycznej wtedy kiedy potrzeba jej w domu.

Zdjęcie: Radziecki generator termoelektryczny oparty na lampie naftowej zasilający radio. 1959 rok. [Źródło: Muzeum Retrotechnologii](http://www.douglas-self.com/MUSEUM/POWER/thermoelectric/thermoelectric.htm).

Pamiętajmy, że ta przewaga znika kiedy generator termoelektryczny jest bezpośrednio zasilany energią słoneczną. Solarne generatory termoelektryczne (z ang. „STEGS”), w których moduł termoelektryczny nagrzewany jest skoncentrowaną wiązką promieni słonecznych, nie zrekompensuje niskiej sprawności modułu swoją wyższą przewidywalnością produkcji energii, ponieważ jest, tak samo jak fotowoltaika, skazany na zmienną pogodę. ⁸⁹¹⁰

Mniejsza Potrzeba Magazynowania Energii

Dzięki większej przewidywalności nie ma potrzeby zbytniej rozbudowy mocy wytwórczej i systemów magazynowania energii, żeby zrekompensować niższą produkcję prądu na jesieni i zimą (oraz w pochmurne dni), tak jak wymaga tego fotowoltaika. Baterie muszę mieć tylko tyle pojemności, aby energii starczyło pomiędzy jednym rozpaleniem pieca, a kolejnym i nie ma potrzeby montować dodatkowych modułów, żeby zrekompensować okresy niskiej produkcji.

Generatory termoelektryczne można łączyć z panelami fotowoltaicznymi, dzięki czemu stworzymy pewny, poza-sieciowy system korzystający jedynie ze skromnych magazynów energii. Taki hybrydowy system dobrze współpracuje z piecem służącym tylko do ogrzewania pomieszczeń. Moduły termoelektryczne dostarczają większości energii zimą, a fotowoltaika latem.

Tańsze w Instalacji, Łatwiejsze w Recyklingu

Drugą przewagą termoelektryki nad fotowoltaiką jest jej łatwiejszy montaż. Nie ma potrzeby budowania konstrukcji na dachu i połączenia elektrycznego ze światem zewnętrznym, ponieważ cała elektrownia znajduje się wewnątrz domu. Zapobiega to również kradzieży instalacji co, w przypadku fotowoltaiki, jest poważnym problemem w niektórych regionach świata.

Wszystkie te czynniki sprawiają, że piec termoelektryczny jest tańszy i bardziej zrównoważony w porównaniu do paneli fotowoltaicznych. Zaoszczędzimy sporo energii, surowców i pieniędzy, które trzeba by zużyć na wyprodukowanie baterii, modułów i infrastruktury towarzyszącej fotowoltaice.

Kolejną przewagą modułów termoelektrycznych jest ich wyższy stopień zrównoważania, ponieważ łatwiej od paneli słonecznych poddają się recyklingowi. Chociaż krzem w ogniwach fotowoltaicznych doskonale nadaje się do ponownego przetworzeniu to problemem jest to, że ogniwa otoczone są warstwą plastiku (przeważnie laminatem „EVA”, czyli etylenem/polimerem winylowym), który jest kluczowy dla długotrwałej sprawności modułu. ¹¹ Zdjęcie warstwy polimerowej bez uszkadzanie ogniw krzemowych jest technicznie możliwe, ale jest to proces tak bardzo złożony, że recykling fotowoltaiki staje się nieatrakcyjny zarówno ze względów finansowych jak i energetycznych. ¹²¹³ Moduły termoelektryczne nie posiadają żadnych elementów plastikowych. ¹⁴¹⁵¹⁶

Chłodzenie Modułów

Sprawność elektryczna generatora termoelektrycznego nie zależy jedynie od samego modułu. W dużej mierze jest związana z różnicą temperatur pomiędzy gorącą, a chłodną stroną modułu. Kiedy różnica temperatur spadnie o połowę to moduł termoelektryczny będzie generował tylko jedną czwartą mocy. W związku z tym, poprawa zarządzania ciepłem generatora termoelektrycznego jest głównym celem projektowania pieców termoelektrycznych, ponieważ umożliwia wytwarzanie większej mocy przy użyciu mniejszej liczby modułów.

Po pierwsze, polega to na zlokalizowaniu najgorętszych miejsc na piecu i zamocowaniu tam modułów - pod warunkiem, że są w stanie przyjąć tyle ciepła. Większość pieców ma temperaturę powierzchni od 100 do 300ºC, natomiast gorąca strona modułów z tellurku bizmutu (najbardziej przystępnych cenowo i wydajnych) wytrzymuje ciągłe temperatury od 150 do 350ºC, w zależności od modelu.

Po drugie, zarządzanie ciepłem sprowadza się do maksymalnego obniżenia temperatury strony chłodnej, co można osiągnąć na cztery sposoby: konwekcją wymuszoną chłodzoną powietrzem i wodą z wykorzystaniem wentylatorów i pomp elektrycznych albo chłodzoną powietrzem lub wodą konwekcją naturalną, która polega na zastosowaniu pasywnych radiatorów nie powodujących pasożytniczego obciążenia systemu.

Wymuszone chłodzenie ma zwykle wyższą wydajność, nawet jeśli weźmie się pod uwagę dodatkowe użycie wentylatora lub pompy. Z drugiej strony, systemy pasywne są tańsze, działają cicho i są bardziej niezawodne niż systemy aktywne. W szczególności awaria wentylatora może być problematyczna, ponieważ przegrzanie może doprowadzić do awarii modułu. ¹⁷

Piece Termoelektryczne Z Radiatorami

Pierwsze piece termoelektryczne na biomasę zostały zbudowane na początku XXI wieku, chociaż Sowieci byli pionierami podobnej koncepcji w latach pięćdziesiątych XX wieku, wykorzystując lampy naftowe do zasilania elektrycznych odbiorników radiowych. ⁶ W 2004 roku zespół libańskich naukowców doposażył typowy żeliwny piec opalany drewnem, powszechnie używany na terenach wiejskich, w wykonany przez zespół, pojedynczy moduł termoelektryczny o wymiarach 56 na 56 mm. ¹⁸

Zdjęcie: Żeliwny piec użyty do testów. [^18]

Naukowcy przykręcili gładką aluminiową płytę o grubości 1 cm do najgorętszego miejsca na powierzchni pieca, następnie do niej zamocowali moduł termoelektryczny, a do zimnej strony modułu dołożyli duży (180 na 136 na 125 mm) aluminiowy radiator żebrowany. Przy szybkości spalania wynoszącej 2,5 kg drewna sosnowego na godzinę, uzyskali średnią moc wyjściową równą 4,2 wata. Dziesięć godzin pracy pieca dziennie (z wyłączeniem fazy rozgrzewania) dostarcza zatem wiejskiemu libańskiemu gospodarstwu domowemu 42 watogodzin energii elektrycznej. Wystarczająco dużo na pokrycie podstawowych potrzeb.

Zdjęcie: Szczegóły budowy pieca termoelektryczny i jego umiejscowienia. [^18]

Zawsze można dodać więcej modułów i radiatorów w celu zwiększenia mocy wyjściowej, ale oczywiście powierzchnia pieca jest ograniczona, a wraz z dodawaniem modułów będą one umieszczane w obszarach o niższej temperaturze co pogorszy ich wydajność. Innym sposobem na zwiększenie produkcji energii jest zastosowanie jeszcze większego radiatora i / lub droższego radiatora wykonanego z materiałów o wyższej przewodności cieplnej.

Piece Termoelektryczne z Wentylatorami

Większość dotychczas zbudowanych pieców termoelektrycznych do chłodzenie modułu wykorzystuje wentylatory elektryczne w połączeniu ze znacznie mniejszym radiatorem. Chociaż wentylator może się zepsuć, i jest pasożytniczym obciążeniem systemu, to jednocześnie pozwala zwiększyć wydajność pieca poprzez wdmuchiwanie gorącego powietrza do komory spalania - zmniejszając tym sposobem zużycie drewna opałowego i zanieczyszczenie powietrza, mniej więcej o połowę. Ponadto, piece z wentylatorem nie potrzebują komina i zamiast niego wystarczy im pozioma rura dymowa. ¹⁹ Dzięki takim rozwiązaniom, piece z własnym zasilaniem, chłodzone wentylatorem umożliwiają zmniejszenie zużycia drewna opałowego i zanieczyszczenia powietrza w pomieszczeniach na wiejskich obszarach Globalnego Południa, gdzie ludzie nie mają łatwego dostępu do elektryczności, ani środków na zbudowanie standardowego komina.

Podczas testów jednomodułowa, termoelektryczna kuchenka z wymuszonym nadmuchem osiągnęła moc wyjściową 4,5 W, z czego 1 W był potrzebny do zasilenia wentylatora. ²⁰ Produkcja energii netto (3,5 W) była niższa w porównaniu z piecem z samym radiatorem (4,2 W), jednak piec chłodzony wentylatorem zużył o połowę mniej drewna opałowego: wytwarzał 3,5 W energii elektrycznej netto przy szybkości spalania 1 kg drewna na godzinę, podczas gdy piec pasywnie chłodzony potrzebował 2,5 kg drewna do wyprodukowania 4,2 wata.

Zdjęcie: Kuchenka z wymuszonym ciągiem powietrza i modułami termoelektrycznymi. [^20]

W przeprowadzonym w Malawi, 80-dniowym teście podobnej konstrukcji przenośnej, terenowej kuchenki termoelektrycznej wykazano, że technologia ta była wysoko ceniona przez użytkowników, ponieważ piece wytwarzały więcej energii elektrycznej niż było to potrzebne. W całym okresie testów produkcja energii wynosiła od 250 do 700 Wh energii elektrycznej, a zużycie energii elektrycznej od 100 do 250 Wh. ²¹

Niektóre, dostępne w handlu termoelektryczne kuchenki do gotowania chłodzone wentylatorem, często są projektowane z myślą o turystach. Przykładami są produkty firm BioLite, Termomanic i Termefor, które podają moc wyjściową od 3 do 10 W, w zależności od konstrukcji kuchenki i liczby modułów termoelektrycznych. ¹⁷

Piece Termoelektryczne ze Zbiornikami Na Wodę

Najbardziej wydajne piece termoelektryczne to takie, w których zimna strona modułu (modułów) jest chłodzona przez bezpośredni kontakt ze zbiornikiem wody. Woda ma niższy opór cieplny niż powietrze, dzięki czemu skuteczniej chłodzi. Co więcej, jej temperatura nie przekroczyć 100ºC co zmniejsza prawdopodobieństwo awarii modułu z powodu przegrzania.

Obraz: Zasada działania pieca termoelektrycznego z pasywnym chłodzeniem wodnym. [^17]

Ciepło odpadowe, powstające podczas konwersji energetycznej modułu termoelektrycznego chłodzonego wodą, nie służy do ogrzewania pomieszczeń, ale do ogrzewania wody użytkowej. Piece termoelektryczne chłodzone wodą mogą być aktywne (wyposażone w pompy) lub pasywne (bez ruchomych części). ¹⁷

Większość pieców termoelektrycznych z pasywnym chłodzeniem wodnym ma małe rozmiary i służy jedynie do podgrzewania stosunkowo niewielkich ilości wody. Z reguły, nie jest to klasyczny piec, a najczęściej garnek wyposażony w moduły termoelektryczne. Na przykład PowerPot, to dostępny w sprzedaży, turystyczny garnek do gotowania wyposażony w moduł termoelektryczny przymocowany do podstawy. Można go postawić bezpośrednio na kuchence, a wygeneruje 5-10 W mocy.

Obraz: Wielozadaniowy piec na drewno z pasywnym chłodzeniem wodą. [^22]

Znacznie większy i bardziej wszechstronny piec termoelektryczny z pasywnym chłodzeniem wodnym został zaprojektowany przez francuskich naukowców na podstawie dużego, wielofunkcyjnego pieca na drewno z Maroka. ¹⁹²²²³²⁴²⁵ Zainstalowali oni osiem modułów termoelektrycznych na dnie 30-litrowego zbiornika wody, który służył nie tylko jako radiator dla zimnej strony generatora, ale także jako źródło ciepłej wody użytkowej dla gospodarstwa domowego. Ponadto, piec wyposażono w wentylator elektryczny z własnym zasilaniem i podwójną komorę spalania podnoszącą efektywność spalania drewna.

Prototypowy piec wygenerował w teście 28 watów mocy przy użyciu dwóch modułów, spalając 1,5 kg drewna do gotowania i / lub ogrzewania. Wentylator zużywał 15 W, co oznaczało, że do pozostałych zastosowań zostało 13 W mocy. Praca pieca dostarczała 60 litrów ciepłej wody na godzinę. W zależności od tego, ile czasu zajmowało gotowanie na piecu (dwa razy dziennie), w akumulatorach zgromadzono w ciągu doby od 35 do 55 Wh energii elektrycznej. Zwróćmy uwagę na to, że badacze uwzględnili w obliczeniach straty wynikające z pracy regulatora ładowania, akumulatora 6 V i wentylatora.

Piece Termoelektryczne z Pompami

Pasywne chłodzenie wodne ma istotną wadę. Wraz ze wzrostem temperatury wody w zbiorniku różnica między zimną, a gorącą stroną modułu zmniejsza się, przez co spada sprawność pieca. Musi minąć odpowiednio dużo czasu, pomiędzy kolejnymi rozpaleniami pieca, aby woda w zbiorniku dostatecznie ostygła. Można również regularnie wymieniać ciepłą wodę (i używać ją do prac domowych) na zimną, a żeby się ciągle nie męczyć i ręcznie nie wymieniać wody, wystarczy zamontować pompę, która zrobi to za nas.

Zdjęcie: Prototyp pieca termoelektrycznego z modułami chłodzonymi wodą. [^26]

Przyjrzyjmy się teraz prototypowi pieca z 2015 roku. W tej konstrukcji pieca opalanego drewnem, służącego do gotowania i ogrzewania pomieszczeń oraz wody, umieszczono 21 modułów termoelektrycznych z aktywnym systemem chłodzeniem wodnym. Testy wykazały produkcję mocy na poziomie od 25 W (spalanie 1 kg drewna sosnowego na godzinę), przez 70 W (4 kg drewna / godzinę), do 166 W (9 kg drewna / godzinę). ²⁶ Moc wyjściowa na jeden moduł wyniosła aż 7,9 wata, co stanowi prawie dwukrotność mocy wyjściowej na jeden moduł pieca z pasywnym chłodzeniem powietrznym. Pompa zużywała 5 W. Prototyp posiadał dodatkowy wentylator (pobierający 1W) zwiększający efektywność spalania. ²⁷²⁸

Gazowe Kotły Termoelektryczne?

W obecnej infrastrukturze energetycznej społeczeństw ery przemysłowej lepiej odnajdą się generatory termoelektryczne z wymuszonym chłodzeniem wodnym, zwłaszcza w gospodarstwach domowych z systemami centralnego ogrzewania. Można zwiększyć liczbę zainstalowanych modułów, dzięki czemu wzrośnie produkcja energii elektrycznej, tak potrzebna w „wysokoenergetycznym” stylu życia. Niestety pojawiają się tutaj pewne trudności. Po pierwsze, systemy centralnego ogrzewania są używane tylko do ogrzewania pomieszczeń i wody, a nie do gotowania, co sprawia że ilość energii, którą wytwarzają zmienia się sezonowo. Po drugie, tylko niektóre systemy CO spalają biomasę lub pelet drzewny. Większość działa na gaz, olej opałowy, węgiel lub prąd.

Zdjęcie: Prototyp opalanego peletem drzewnym kotła termoelektrycznego. [^30]

Gdy źródło ciepła jest elektryczne, nie ma oczywiście sensu przyklejać do niego modułu termoelektrycznego. System termoelektryczny jest nie do pogodzenia z wizją nowoczesnego, zrównoważonego budynku, w którym ogrzewanie odbywa się za pomocą elektrycznej pompy ciepła, gotowanie odbywa się na kuchence elektrycznej, a ciepłą wodę dostarcza bojler elektryczny.

Jednakże, gdy źródłem ciepła w domu jest gaz lub olej opałowy, to kocioł termoelektryczny jest niskoemisyjnym dostawcą elektryczności, na równi z systemem fotowoltaicznym umieszczonym na dachu. ²⁹ Taki termoelektryczny system grzewczy nie uniezależni jednak gospodarstwa domowego od paliw kopalnych, podobnie jak nie uczyni tego instalacja fotowoltaiczna podłączona do sieci energetycznej. Opiera się on bowiem na centralnej sieci energetycznej (w dużej mierze zasilanej paliwami kopalnymi), aby uniknąć niedoborów energii i pozbyć się nadwyżek, a do ogrzewania pomieszczeń i wody wykorzystuje z reguły system CO zasilany paliwami kopalnymi.

Zdjęcie: Jedno kilowatowy generator termoelektryczny z wymuszonym chłodzeniem wodnym, zaprojektowany do wykorzystania niskotemperaturowego ciepła geotermalnego. [^31]

Termoelektryczny system grzewczy zasilany paliwami kopalnymi wypada korzystniej w porównaniu z dużą elektrociepłownią, która wychwytuje ciepło odpadowe z produkcji energii elektrycznej i rozprowadza je do indywidualnych gospodarstw domowych. W termoelektrycznym systemie grzewczym ciepło i moc są wytwarzane i konsumowane na miejscu. W przeciwieństwie do centralnej elektrociepłowni, nie ma potrzeby utrzymywania rozbudowanej infrastruktury dystrybucji ciepła i prądu. W ten sposób, oszczędza się zasoby i zapobiega stratom energii podczas przesyłu, które wynoszą od 10 do 20% w przypadku dystrybucji ciepła, i od 3 do 10% (lub znacznie więcej w niektórych regionach) w przypadku elektryczności.

Elektrociepłownia jest bardziej energooszczędna (25-40% sprawności konwersji) w procesie przetwarzaniu ciepła w energię elektryczną. Termoelektryczny system cieplny dostarcza znacząco więcej ciepła niż energii elektrycznej w porównaniu do elektrociepłowni. Nie jest to jednak problem ponieważ średnio, nawet w Europie, 80% zużywanej w gospodarstwach domowych energii schodzi na ogrzewanie pomieszczeń i wody.

W obu przypadkach praca może zostać odwrócona. Kiedy prąd elektryczny popłynie w module termoelektrycznym, ten będzie działał jak grzejnik albo chłodziarka. Kiedy w module fotoelektrycznym popłynie prąd to wytworzy się światło – jest to zasada działania LEDów. ↩︎
Rowe, David Michael, ed. CRC handbook of thermoelectrics. CRC press, 2018. ↩︎
Generatory termoelektryczne, The Museum of Retrotechnology, accessed May 2020. http://www.douglas-self.com/MUSEUM/POWER/thermoelectric/thermoelectric.htm ↩︎
Polozine, Alexandre, Susanna Sirotinskaya, and Lírio Schaeffer. “History of development of thermoelectric materials for electric power generation and criteria of their quality.” Materials Research 17.5 (2014): 1260-1267. ↩︎ ↩︎
Goupil, Christophe, ed. Continuum theory and modeling of thermoelectric elements. John Wiley & Sons, 2015. ↩︎
Joffe, Abram F. “The revival of thermoelectricity.” Scientific American 199.5 (1958): 31-37. ↩︎ ↩︎
The Stirling engine, another predecessor of the solar PV panel that converts heat into electricity, lacks many of these advantages. ↩︎
Kraemer, Daniel, et al. “Concentrating solar thermoelectric generators with a peak efficiency of 7.4%.” Nature Energy 1.11 (2016): 1-8. ↩︎
Amatya, R., and R. J. Ram. “Solar thermoelectric generator for micropower applications.” Journal of electronic materials 39.9 (2010): 1735-1740. ↩︎
Gayathri, Ms D. Binu Ms R., Mr Vijay Anand Ms R. Lavanya, and Ms R. Kanmani. “Thermoelectric Power Generation Using Solar Energy.” International Journal for Scientific Research & Development, Vol. 5, Issue 03, 2017. ↩︎
Jiang, Shan, et al. “Encapsulation of PV modules using ethylene vinyl acetate copolymer as the encapsulant.” Macromolecular Reaction Engineering 9.5 (2015): 522-529. ↩︎
Xu, Yan, et al. “Global status of recycling waste solar panels: A review.” Waste Management 75 (2018): 450-458. ↩︎
Sica, Daniela, et al. “Management of end-of-life photovoltaic panels as a step towards a circular economy.” Renewable and Sustainable Energy Reviews 82 (2018): 2934-2945. ↩︎
Bahrami, Amin, Gabi Schierning, and Kornelius Nielsch. “Waste Recycling in Thermoelectric Materials.” Advanced Energy Materials (2020). ↩︎
Balva, Maxime, et al. “Dismantling and chemical characterization of spent Peltier thermoelectric devices for antimony, bismuth and tellurium recovery.” Environmental technology 38.7 (2017): 791-797. ↩︎ ↩︎
Jeśli chodzi o skład wagowy modułu to: 5 gramowy moduł termoelektryczny zawiera aluminium i płytki ceramiczne (44% masy), miedź na styki (28% masy), tellur (10%), bizmut (6%), antymon (2%) na „nóżki” termoelektryczne, małe ilości cyny do lutowania, selen jako wzmocnienie tellurków bizmutu i pastę sylikonową w formie spoiwa (jedyny komponent polimerowy). W modułach termoelektrycznych zwartość antymonu, telluru i bizmutu jest znacznie większą niż w rudach tych pierwiastków, więc ich recykling jest bardzo opłacalny. ¹⁵ ↩︎
Gao, H. B., et al. “Development of stove-powered thermoelectric generators: A review.” Applied Thermal Engineering 96 (2016): 297-310. ↩︎ ↩︎ ↩︎
Nuwayhid, Rida Y., Alan Shihadeh, and Nesreen Ghaddar. “Development and testing of a domestic woodstove thermoelectric generator with natural convection cooling.” Energy conversion and management 46.9-10 (2005): 1631-1643. ↩︎
Champier, Daniel, et al. “Study of a TE (thermoelectric) generator incorporated in a multifunction wood stove.” Energy 36.3 (2011): 1518-1526. ↩︎ ↩︎
Raman, Perumal, Narasimhan K. Ram, and Ruchi Gupta. “Development, design and performance analysis of a forced draft clean combustion cookstove powered by a thermo electric generator with multi-utility options.” Energy 69 (2014): 813-825. ↩︎
O’Shaughnessy, S. M., et al. “Field trial testing of an electricity-producing portable biomass cooking stove in rural Malawi.” Energy for Sustainable development 20 (2014): 1-10. ↩︎
Champier, Daniel, et al. “Thermoelectric power generation from biomass cook stoves.” Energy 35.2 (2010): 935-942. ↩︎
Champier, Daniel, et al. “Prototype combined heater/thermoelectric power generator for remote applications.” Journal of electronic materials 42.7 (2013): 1888-1899. https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02014177/document ↩︎
Champier, Daniel. “Thermoelectric generators: A review of applications.” Energy Conversion and Management 140 (2017): 167-181. ↩︎
Favarel, Camille, et al. “Thermoelectricity-A Promising Complementarity with Efficient Stoves in Off-grid-areas.” Journal of Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems 3.3 (2015): 256-268. ↩︎
Goudarzi, A. M., et al. “Integration of thermoelectric generators and wood stove to produce heat, hot water, and electrical power.” Journal of electronic materials 42.7 (2013): 2127-2133. ↩︎
Badacze podają możliwy sposób na wyeliminowanie pompy z systemu: zbiornik wodny można umieścić na wysokości 1 metra, co zapewni przepływ konwekcyjny gorącej wody, która zostanie zmagazynowana w izolowanym termicznie zbiorniku, a do chłodzenia modułu w jej miejsce napłynie zimna woda. ↩︎
Kolejny prototyp wygenerował średnio 27 W mocy tylko z dwóch modułów, znacznie więcej niż potrzeba było do zasilenia pompy wodnej (8 W). Produkcja energii netto wyniosła 9,5 W na moduł. Montecucco, Andrea, Jonathan Siviter, and Andrew R. Knox. “A combined heat and power system for solid-fuel stoves using thermoelectric generators.” Energy Procedia 75 (2015): 597-602. ↩︎
W rzeczywistości, pierwsze eksperymentalne wykorzystanie systemów ogrzewania termoelektrycznego datuje się na rok 1990, i miało ono na celu opracowanie samo-zasilających się kotłów gazowych. Systemy CO pobierają z sieci średnio 250-400 W elektryczności do zasilania elementów systemu tj. wentylatorów, pomp, nagrzewnic i paneli sterowania. Dokładając do systemu moduły termoelektryczne, zachowuje on możliwości działania nawet w sytuacji długich przerw w dostawie prądu. Jeśli podłączyć taki system do sieciowej fotowoltaiki to jego działanie uzależnia się od obecności słońca na niebie. Allen, D. T., and W. Ch Mallon. “Further development of” self-powered boilers"." Eighteenth International Conference on Thermoelectrics. Proceedings, ICT'99 (Cat. No. 99TH8407). IEEE, 1999. Allen, Daniel T., and Jerzy Wonsowski. “Thermoelectric self-powered hydronic heating demonstration.” XVI ICT'97. Proceedings ICT'97. 16th International Conference on Thermoelectrics (Cat. No. 97TH8291). IEEE, 1997. ↩︎

Za dużo spalania, za mało ognia

Sun, 29 Dec 2019 00:00:00 +0000

Ilustracja: [Diego Marmolejo](https://www.instagram.com/ddidak/).

Ogień, który pali się w naszych domostwach już przeszło czterysta tysięcy lat, pozostaje najbardziej wszechstronną i zrównoważoną technologią jaką zna ludzkość. Od tysiącleci ogień zapewnia nam to, do czego dzisiaj używamy szeregu nowoczesnych urządzeń takich jak: piekarnik, płyta grzewcza, żarówka, lodówka, zamrażarka, bojler, suszarka bębnowa i telewizja. W przeciwieństwie do tych nowoczesnych technologii, ogień aby działać nie potrzebuje rozbudowanej, scentralizowanej infrastruktury - wystarczą łatwo dostępne lokalne materiały.

Od Ogniska do Elektrowni

Szacuje się, że człowiek świadomie korzysta z ognia już 300-400 tys. lat. ¹² Aż do XX wieku, ogień powstający ze spalania biomasy był jedynym zużywającym energię “urządzeniem domowym” - bez względu na to, czy ludzie mieszkali w jaskini, w jurcie czy w murowanym budynku. Pierwsze ludzkie schronienia były stawiane z potrzeby podtrzymywanie ognia, miały ochraniać go przed wiatrem i deszczem.

Przez większość ludzkiej historii, ogień miał formę otwartego paleniska, rozpalanego na ziemi po środku schronienia. Dym wydostawał się przez otwór w dachu. W początkach XIV wieku w Europie, otwarte paleniska były stopniowo zastępowane przez paleniska połączone z kominem, przeważnie wbudowane w ścianę w formie murowanego pieca. W zimniejszych regionach (takich jak Skandynawia) domy wyposażano w bardziej wydajne piece kaflowe, a w cieplejszych stronach (w basenie Morza Śródziemnego) ludzie wciąż używali kotłów - przenośnych metalowych naczyń, w których palono węgiel drzewny. W XVIII i XIX wieku murowane piece zaczęto zastępować żeliwnymi.

Ogień zajmował w domu centralną pozycję, aż do XX wieku, kiedy coraz częściej zaczął ustępować miejsca szeregowi nowo wynalezionych urządzeń, podłączonych do scentralizowanej infrastruktury. Dzisiaj, nawet w społeczeństwach uprzemysłowionych, metalowe piece są rzadkością. Otwarty ogień został zakazany, w szczególności w miastach. W nowych budynkach nie znajdziemy już kominków, kominów czy otworów w suficie.

Ogień zajmował w domu centralną pozycję, aż do XX wieku, kiedy coraz częściej zaczął ustępować miejsca szeregowi nowo wynalezionych urządzeń, podłączonych do scentralizowanej infrastruktury.

“Paradoksalnie”, pisze Luis Fernandez-Galiano w Fire and Memory, On Architecture and Energy (Ogień i Pamięć, Rzecz o Architekturze i Energii), “ludzkie schronienia, których życie rozpoczęło się jako miejsce ochrony ogniska domowego, dzisiaj unikają żywego ognia”. ³ W Fire: A Brief History (Krótka Historia Ognia), Stephen J. Pyne dokonuje następującej obserwacji; “Mieszkańcy miast mogą latami nie widzieć żywego ognia. Jeśli zobaczą płomienie to będę one zwykle dziełem wypadku czy podpalenia i zostaną uznane, prawie zawsze, za zagrożenie”. ⁴

Pomimo tego, ogień nie zniknął w zupełności. Tysiące pojedynczych, domowych palenisk zastąpiono kilkoma gigantycznymi paleniskami w elektrowniach. W innych miejscach również płoną ognie. “W naszej gospodarce obfitości”, pisze Stephen J. Pyne, “ogień jest w sercu magii - w fabrykach, samochodach, domach, elektrowniach […]. Nowoczesne miasto pozostało ekosystemem napędzanym ogniem […]. Zaprzestańcie spalania, a miasto stanie w miejscu. Otwarty ogień jednak zniknął. Tak jak czarna dziura pośrodku kosmosu, ogień kształtował wszystko co go otaczało, sam pozostając niewidocznym.”

Uprzemysłowienie nie zlikwidowało spalania, a jedynie zmieniło jego formę. Co więcej, ogień zaczął płonąć dzięki nowym, obfitym źródłom energii: paliwom kopalnym. Aż do XX wieku, prawie wszystkie rozpalane przez ludzi ognie były wynikiem spalanie surowców odnawialnych: drewna, trawy, łajna (torf i wczesne użycie węgla kamiennego są wyjątkiem). Dzisiaj w społeczeństwach uprzemysłowionych prawie każdy ogień “w sercu magii” płonie dzięki gazowi, węglowi i ropie naftowej.

Ogień Kontra Elektryczność

Przyjmując globalną perspektywę, zobaczymy, że kilka miliardów ludzi nadal mieszka w domach zbudowanych wokół staroświeckiego ognia, często w formie prostego ogniska. Niektórzy mieszkańcy Zachodniego Świata postrzegają tę praktykę jako zacofaną i prymitywną, i uważają że powinna zostać zakazana - nawet jeśli oparta jest na wykorzystaniu surowców odnawialnych.

W 2011 roku, ONZ i Bank Światowy, w wspólnej inicjatywie pt. “Zrównoważona Energia dla Wszystkich”, zadeklarowali “zapewnienie powszechnego dostępu do nowoczesnych usług energetycznych do 2030 roku”.⁵ Co kryje się za “nowoczesnymi usługami energetycznymi”, nie jest do końca jasne, ale widać że przede wszystkim chodzi o wykorzystanie elektryczności i gazu - co praktycznie oznacza spalanie paliw kopalnych.

“Mieszkańcy miast postrzegają ogień jako technologię, którą można zastąpić innymi, bardziej zaawansowanymi technologiami”.

Inicjatywy tego typu sugerują, że “nowoczesne usługi energetyczne” są lepsze od tradycyjnego ogniska i paleniska. “Mieszkańcy miast postrzegają ogień jako technologię, którą można zastąpić innymi, bardziej zaawansowanymi technologiami”, pisze Stephen J. Pyne, “Jeśli ogień jest urządzeniem, chcą [oni] ulepszonego ognia i aktualizacji do wersji bez dymu”.

Przykładami takiego, lepszego ognia i ognia bez dymu, są panele fotowoltaiczne i turbiny wiatrowe. Dzięki nim, zakończymy w końcu naszą zależność od paliw kopalnych - w tym momencie wciąż niezbędnych do zapewnienia powszechnego dostępu do “nowoczesnych usług energetycznych”. Ale zadajmy sobie pytanie - jaka jest rzeczywista efektywność otwartego paleniska w porównaniu z “nowoczesnymi usługami energetycznymi” (wliczając w to, te oparte na zrównoważonych źródłach energii)? A co ze zdrowiem, bezpieczeństwem i zrównoważonym wykorzystaniem? Co tak naprawdę chcemy powiedzieć, kiedy mówimy, że „elektryczność albo gaz są lepsze od tradycyjnego ognia”?

Wszechstronność Ognia

Jednym z powodów dlaczego współcześni ludzie, w społeczeństwach uprzemysłowionych, postrzegają ogień jako nieefektywny i niezrównoważony jest to, że nie mają wiedzy o tym jak ich przodkowi rzeczywiście go używali. W dzisiejszych czasach, ogień jest uważany za mało wydajny. Jest tak dlatego, ponieważ jego wydajność porównywana jest jedynie, do jednej z szeregu funkcji jaką może spełniać, tj. do ogrzewania pomieszczeń. Jednakże, nasi przodkowie nie korzystali z ognia jedynie po to, aby ogrzać siebie samych. Używali go również do gotowania, oświetlenia, konserwacji żywności, grzania wody, suszenia ubrań, ochrony przed drapieżnikami i insektami, i do wielu, wielu innych zastosowań.

Ilustracja: [Diego Marmolejo](https://www.instagram.com/ddidak/).

Ogień jest niesamowicie wszechstronny - ciężko powiedzieć jakie jego zastosowanie było najwyżej cenione przez naszych przodków. Z tego powodu, jeśli chcemy zmierzyć zużycie energii domowego paleniska i porównać je do nowoczesnych technologii, nie powinniśmy patrzeć jedynie na zużycie energii systemu grzewczego, i do niego porównywać ognia, a powinniśmy przyjrzeć się zużyciu energii w całym gospodarstwie domowym.

Gotowanie na Ogniu

Jako urządzenie do gotowania, ognia można użyć na wiele rożnych sposób i tym samym zastąpić zaskakująco wiele nowoczesnych urządzeń kuchennych. Ogień nie tylko działa jako kuchenka, ale również jako piekarnik. W trakcie pieczenia czy grillowania, jedzenie obracało się na rożnie i piekło dzięki bezpośredniemu działaniu płomieni. Gliniane naczynie, wkładane w popiół paleniska (“piec Holenderski”), służyło jako piekarnik. Innym sposobem było pieczenie w wbudowanym w piec piekarniku lub na ścianach komory paleniska. Wykorzystywano również wolno stojące na zewnątrz urządzenia. Gotowanie i smażenie odbywało się w wiszącym nad ogniem kociołku. ⁶⁷

Ogień może spełniać te same funkcje, które zapewniają małe, elektryczne urządzenia kuchenne. Na przykład, możecie sądzić, że ludzie zaczęli jeść tosty dopiero wtedy kiedy pojawiły się tostery (XX wiek). Jednakże, zanim pojawiły się elektryczne opiekacze, ludzie po prostu wkładali chleb na drucianym opiekaczu do ognia. Szybkie przygotowanie gorących napojów również nie rozpoczęło się dopiero z wymyśleniem elektrycznego czajnika - wcześniej ludzie wkładali do kubków rozgrzany do czerwoności żelazny przyrząd, który zagotowywał wodę w kilka sekund. ⁸

Jako urządzenie do gotowania, ognia można używać na wiele różnych sposób i tym samym zastąpić zaskakująco wiele nowoczesnych urządzeń kuchennych.

Ogień zastępował również dzisiejsze lodówki i zamrażarki. W książce The Food Axis: Cooking, Eating and the Architecture of American Houses (Oś żywności: Gotowanie, Jedzenie i Architektura Amerykańskich Domów), Elizabeth Collins Cromley opisuje jak konserwowano mięso i ryby, przez wieszania ich na wiele tygodni w dymie. ⁶ Najprostszą metodą wędzenia, stosowaną przez naszych przodków, było zawieszanie kawałków mięsa i ryb w kuchennym kominie, lub (jeśli nie było komina) wysoko u powały, nad otwartym paleniskiem. Wędzono również w komorze wędzarniczej, która była dostawiona do kuchennego paleniska lub dobudowana, w piwnicy lub na strychu, do komina. Korzystano również z wolno stojących, zewnętrznych wędzarni.

Powstało wiele innych metod konserwacji żywności opartych na użyciu ognia. Jeśli klimat nie był dostatecznie słoneczny to owoce, warzywa i zioła suszono nad ogniem. Robienie słodkich przetworów owocowych, produkcja sera i masła, były zależne od ciepła ognia. Sól, kluczową do konserwacji żywności, wieszano w pojemniku blisko paleniska, aby nie zawilgotniała. ⁶

Rozprowadzanie Ciepła i Światła

Ogień nie tylko produkuje ciepło i dym - daje również światło. Jako źródło światła, ogień był kiedyś tak wszechstronny, jak dzisiaj jest oświetlenie elektryczne. Blask płomieni nie jaśniał jedynie z wnętrza paleniska czy pieca, ale świecił również z pochodni, łuczyw, a później ze świec i lamp naftowych. ⁹¹⁰ Ciepło paleniska mogło być rozprowadzane po całym domu. Chociaż kuchnia była z reguły jedynym ogrzewanym w domu pomieszczeniem, to dzięki takim przenośnym urządzeniom jak szkandele i ogrzewacze do stóp, żar węgli można było roznosić po całym domu (zamiast żaru do rozprowadzenie po domu ciepła, używano też termoforów i ceramicznych dzbanków z gorącą wodą, przyp. tłum.).¹¹

Dzięki ogniowi grzano wodę przeznaczoną do prania i mycia. Praktykę tę kontynuowano kiedy pojawiły się żeliwne piece wolno stojące, często zaopatrzone w płaszcze wodne lub zbiorniki na wodę. Co więcej, ogień suszył pranie, robiąc to samo co dzisiejsze suszarki bębnowe. Ludzie nie zaczęli prasować ubrań dopiero wtedy, kiedy wynalezione zostało żelazko elektryczne. Od czasów średniowiecza, ludzie używali prostych, metalowych żelazek, które rozgrzewano na ogniu lub piecu. Popularne były również bardziej zaawansowane żelazka z duszą, w które wkładano żar lub węgle z paleniska. Niektóre z nich miały nawet małe kominki, którymi uciekał dym, nie pozostawiając nieprzyjemnego zapachu na prasowanych ubraniach. ¹²

Ludzie nie zaczęli prasować ubrań dopiero wtedy, kiedy wynalezione zostało żelazko elektryczne. Od czasów średniowiecza ludzie używali prostych metalowych żelazek, które rozgrzewano na ogniu lub piecu.

Ogień spełniał w domu jeszcze jedną istotną funkcję. Był centrum dookoła, którego ludzie gromadzili się w celach towarzyskich i po to żeby wymienić informacje. Przez tysiące lat, palenisko było “[…] iskrzącą duszą i sercem domu, wokół którego od niepamiętnych czasów, zbierano się i rozmawiano”.³ Współcześnie te role przejęły telewizja i telefony komórkowe, ale wątpliwe jest czy kiedykolwiek uda im się skraść czar żywych płomieni. Masa elektronicznych gadżetów, które starają się imitować płomienie ognia - elektryczne świece i ogniska, żarówki LED z migoczącymi efektami płomieni czy nagrania trzaskającego ogniska - zdaje się wskazywać na ukrytą, ludzką tęsknotę za ogniem.

Wydajność i Zrównoważone Użycie

W domu, którego życie tętni dookoła ognia, przygotowywanie gorących napojów i tostów, suszenie ubrań, czy oświetlenie pomieszczeń nie podnosi zużycia całkowitej energii ognia; po prostu wykorzystuje, w sposób bardziej wydajny, energię, która i tak jest zużywana do innych potrzeb, takich jak ogrzewanie pomieszczeń czy gotowanie. Chcąc dzisiaj uzyskać ten sam efekt, musimy włączyć szereg urządzeń elektrycznych, a każde z nich potrzebuje dodatkowej, własnej energii do działania: centralne ogrzewanie, płyta grzewcza, elektryczny toster, suszarka bębnowa, oświetlenie itd.

Co więcej, musimy brać pod uwagę wydobycie surowców i zużycie energii jakiej potrzeba, żeby zastąpić jedno palenisko, dziesiątkami sprzętów wyprodukowanych w odległych fabrykach i przywiezionych do konsumentów. A na koniec, powinniśmy uwzględnić ilość energii i materiałów potrzebnych do zbudowania i utrzymania infrastruktury dzięki, której te urządzenia mogą działać, takiej jak sieć elektryczna, sieć gazowa czy łańcuch chłodniczy. Zupełnie inaczej jest z piecem czy paleniskiem, których użycie jest niezależne od scentralizowanej infrastruktury, a do ich budowy wystarczą łatwo dostępne, lokalne materiały.

Ilustracja: [Diego Marmolejo](https://www.instagram.com/ddidak/).

Odnawialne źródła energii, takie jak panele słoneczne i turbiny wiatrowe, nie są wystarczającą odpowiedzią na problemy energetyczne dzisiejszego świata. Trzeba je wyprodukować, przetransportować, utrzymywać, naprawiać, utylizować, a na końcu zastąpić nowymi. Można by pomyśleć, że w ten sam sposób, możemy postępować z coraz to większą masą sprzętu AGD, która ma zaspokoić nasze potrzeby - zaprojektować, wyprodukować, a jak się zużyje to wyrzucić. Nawet produkcja prądu elektrycznego ze spalania biomasy, nie uczyni dzisiejszego systemu zrównoważonym. Chociaż eliminuje ona użycie paliw kopalnych to ogromna ilość energii jest marnowana w procesie konwersji biomasy na elektryczność. Biomasa nie spowoduje również, że znikną fabryki produkujące sprzęt AGD.

Porównanie Zużycia Energii: Starożytne a Nowoczesne Domy

Jeśli przyjrzymy się zużyciu energii we współczesnym Europejskim domu, to zobaczymy, że 64% całej zużywanej energii idzie na ogrzewanie przestrzeni, 15% na grzanie wody, 14% na oświetlenie i urządzenia elektryczne, 5% na gotowanie, a 1% na pozostałe usługi (w tym chłodzenie).¹³ Większość z tych usług może być świadczona przez ogień. Jak się więc ma, zużycie energii w tradycyjnym domostwie, z otwartym paleniskiem, do zużycia energii w nowoczesnym domu, zbudowanym wokoło różnych urządzeń i centralnej infrastruktury?

Nie ulega wątpliwości, że zużycie energii nowoczesnego domu jest lepiej udokumentowane niż budynków i schronień z zamierzchłych czasów. Możemy jednak powołać się na badania, których celem było obliczenie wykorzystania energii przez gospodarstwa domowe wciąż korzystające ze starego, dobrego ognia.

Jeśli mierzymy wykorzystanie energii ognia w domu, w porównaniu do współczesnych technologii, to powinniśmy porównać zużycie energii w całym gospodarstwie domowym.

Policzono, że w 2002 roku roczne zużycie drewna w tradycyjnych nepalskich domach wahało się pomiędzy 6 a 33 m³ na gospodarstwo domowe, co odpowiada 35 do 165 giga dżulom (GJ) energii.¹⁴¹⁵¹⁶. Patrząc na zużycie energii we współczesnym niemieckim (75 GJ/rok) albo kanadyjskim domu (105 GJ/rok), te liczby wydają się dosyć duże.

Jednakże, w czasie trwania badań, jeden nepalski dom zamieszkiwało średnio od 5 do 12 domowników, kiedy współczesne, przeciętne zachodnie gospodarstwo domowe skurczyło się do 2 osób. Wynika z tego, że w 2002 roku w nepalskich domach roczne zużycie energii wyniosło od 2 do 33 GJ na osobę. Nowsze badania, nad zużyciem drewna do ogrzewania, gotowania i oświetlenia w Nepalu, podają zużycie 2.5 do 10 GJ energii na rok na osobę.¹⁷¹⁸ Dla porównania w krajach takich jak Holandia, Niemcy i Kanada zużycie energii na osobę wynosi około 30-40 GJ/rok.

10 Miliardów Ludzi Dookoła Paleniska

Nawet jeśli pominiemy ilość surowców i energii, jaką trzeba zużyć na wyprodukowanie współczesnej infrastruktury i urządzeń, to zużycie energii w czasach preindustrialnych wydaje się być znacząco mniejsze niż dzisiaj. Szybka kalkulacja to potwierdza. Teoretycznie, można założyć, że jeśli 10 miliardów ludzi korzystałoby tylko z otwartych palenisk, jako jedynego źródła energii, to byłaby to całkowicie zrównoważona praktyka.

Przyjmując średnie roczne zużycie drewna opałowego na 6 m³ na osobę, potrzebowalibyśmy 60 miliardów metrów sześciennych drewna rocznie. Do zebrania jednego metra sześciennego drewna rocznie potrzeba 0.2 hektara lasu, więc dla uzyskania 60 miliardów m³ potrzeba 120 milionów kilometrów kwadratowych lasu, użytkowanego w zrównoważony sposób (aby uniknąć całkowitego wylesienia). To powierzchnia, ponad trzykrotnie większą, niż powierzchnia lasów całej Ziemi i równa około 80% całkowitej powierzchni lądów naszej planety (150 milionów kilometrów kwadratowych).

Ponieważ nie potrzebowalibyśmy dodatkowej przestrzeni dla fabryk i dróg, potrzebnych do produkcji produktów konsumpcyjnych, moglibyśmy powrócić do otwartych palenisk bez niszczenia środowiska. Nie można tego powiedzieć o 10 miliardach ludzi, dalej spalających paliwa kopalne i używających nowoczesnej infrastruktury.*

*Komentarz tłumacza: Powyższe założenie zdaje się nietrafione, ponieważ sam autor pisze, że nie dysponujemy na naszej planecie wystarczającą ilością lasów, żeby pozyskiwać drewno dla 10 miliardów ludzi - nawet w sposób zrównoważony.

Zdrowie Kontra Zrównoważone Użycie

Skoro “nowoczesne usługi energetyczne” nie są, ani bardziej zrównoważone, ani wydajniejsze od tradycyjnego ognia, to dlaczego ciągle uważamy je za lepsze? Za unikaniem używania otwartego ognia w nowoczesnych miastach, mają odpowiadać dwa dodatkowe czynniki: po pierwsze, ogień jest szkodliwy dla zdrowia (zanieczyszcza powietrze) i po drugie, jest niebezpieczny (niesie ze sobą ryzyko pożaru). Te zagrożenia są prawdziwe, ale jak wypada ogień pod względem zdrowia i bezpieczeństwa w porównaniu z “nowoczesnymi usługami energetycznymi”?

Nie ma wątpliwości, że zastąpienie w domach i mieszkaniach, otwartego ognia przez nowoczesną infrastrukturę, polepszyło jakość powietrza i bezpieczeństwo w miastach. Jednak może być to tylko chwilowa korzyść. Nowoczesna infrastruktura (ponieważ jest uzależniona od paliw kopalnych), co najmniej w tym samym stopniu zagraża zdrowiu i bezpieczeństwu.

Jak wypada ogień pod względem zdrowia i bezpieczeństwa w porównaniu do “nowoczesnych usług energetycznych”?

Za przykład można wziąć fale upałów i pożary lasów, szalejące w tej chwili (grudzień 2019 roku) w Australii, zabijające ludzi, niszczące mienie i powodujące, tak wielkie zadymienie, że ludzie w dużych miastach nie mają czym oddychać. Te pożary, nie są spowodowane przez ludzi rozpalających paleniska. Te pożary, to wynik zmian klimatycznych, za które przede wszystkim odpowiadają ludzie korzystający z przemysłowej infrastruktury - zasilanej paliwami kopalnymi.

Nasza nadmierna zależność od scentralizowanej infrastruktury, która zaspokaja nasze podstawowe potrzeby, to kolejne zagrożenia dla zdrowia i bezpieczeństwa. Odetnijmy na chwilę duże miasto od prądu, a prawie wszystko przestanie działać - włączając w to kanalizację, lodówki i alarmy antywłamaniowe.

Nasze spaczone spojrzenie na dobry, stary ogień częściowo jest zakorzenione w pomieszaniu dwóch odmiennych od siebie pojęć: “zdrowia” i “zrównoważonego użycia”. W rzeczy samej, coś może być jednocześnie zdrowe, bezpieczne i zrównoważone, jak np. chodzenie (o ile nie ma chodników). Ale również coś może być zdrowe i bezpieczne, ale już niezrównoważone, jak lodówka, która jest zależna od energochłonnego łańcucha chłodniczego. Na koniec, coś może być niezdrowe i niebezpieczne, ale zrównoważone jak np. wędzarnia w piwnicy.

Zdrowie i długowieczność są tym, czego my, jako jednostki “potrzebujemy”, chcemy, pożądamy i czujemy się do tego przywiązani. Tak samo, jak czujemy się przywiązani do określonego poziomu komfortu, wygody, prędkości i czystości. Jednak ustalenie tego jak powinniśmy żyć, aby nasza egzystencja była zrównoważona i nie doprowadziła nas i naszego środowiska do upadku, wymaga zakwestionowania obecnych wyobrażeń na temat poziomu komfortu, wygody, czystości, prędkości, bezpieczeństwa i zdrowia na jakie zasługujemy. Możemy przedkładać bezpieczeństwo i zdrowie ponad zrównoważone życie, gdy są one ze sobą w konflikcie, ale tylko kosztem bezpieczeństwa i zdrowia młodszych i przyszłych pokoleń.

Roebroeks, Wil, and Paola Villa. “On the earliest evidence for habitual use of fire in Europe.”. Proceedings of the National Academy of Sciences 108.13 (2011): 5209-5214. ↩︎
Berna, Francesco, et al. “Microstratigraphic evidence of in situ fire in the Acheulean strata of Wonderwerk Cave, Northern Cape province, South Africa.” Proceedings of the National Academy of Sciences 109.20 (2012): E1215-E1220. ↩︎
Fernández, Guillén, and Luis Fernández-Galiano. Fire and memory: on architecture and energy. Mit Press, 2000. ↩︎ ↩︎
Pyne, Stephen J. Fire: a brief history. University of Washington Press, 2019. ↩︎
https://www.seforall.org ↩︎
Collins Cromley, Elizabeth. The food axis: cooking, eating, and the architecture of American houses. University of Virginia Press, 2010. ↩︎ ↩︎ ↩︎
W przeciwieństwie do gazowych i elektrycznych piekarników i piecyków, ogień nie ma przycisków i pokręteł, którymi można by regulować temperaturę. Aby gotować lub dusić na wolnym ogniu, garnki wieszało się na ramieniu, które można było podnosić lub opuszczać. W przypadku pieca, kucharz mógł zdecydować, aby na początku, kiedy piec osiągał najwyższą temperaturę, upiec ciasto lub chleb, a następnie kiedy temperatura z wolna opadała, pierniki, budynie, a na końcu wkładał zboże do suszenia. [6] ↩︎
Marcoux, Paula. Cooking with fire: From roasting on a spit to baking in a tannur, rediscovered techniques and recipes that capture the flavors of wood-fired cooking. Storey Publishing, 2014. ↩︎
Hough, Walter. Fire as an agent in human culture. No. 139. Govt. print. Off., 1926. ↩︎
Źródłem energii tych rozproszonych ogni było drewno, żywice, wosk, tłuszcz, łój lub olej. Potrzeba specjalnego skoncentrowania i umiejscowienia źródła światła, doprowadziła do wynalezienia specjalnych uchwytów, stojaków i wieszaków .[9] ↩︎
Heating people, not spaces: restoring the old way of warming, Kris De Decker, Low-tech Magazine, 2016. ↩︎
History of ironing, Old & Interesting, retrieved December 26, 2019. ↩︎
Energy consumption and use by households, Eurostat, 2019. ↩︎
Rijal, H. B., and H. Yoshida. “Investigation and evaluation of firewood consumption in traditional houses in Nepal.” Proceedings: Indoor Air (2002): 1000-1005. ↩︎
Gęstość energetyczna 1 m³ składowanego drewna zależy, od gatunki drewna i tego jak jest ułożone. Starałem się porównywać zbliżone rzeczy, jeśli to było możliwe, jednak nie zawsze dało się to zrobić, więc wyniki są jedynie szacunkowe. ↩︎
Roczne zużycie drewna opałowego w osiemnastowiecznej Austrii (Karyntia) było prawem ograniczone do 35 m³ na gospodarstwo domowe: Źródło: Peter, Sieferle Rolf. The subterranean forest. Cambridge: The White Horse Press, 2001. ↩︎
Rijal, Hom Bahadur. “Firewood Consumption in Nepal.” Sustainable Houses and Living in the Hot-Humid Climates of Asia. Springer, Singapore, 2018. 335-344. ↩︎
Liczby wynoszą 0.5 to 2 m³ drewna opałowego na osobę rocznie, co przeliczyłem do 2.5 do 10 GJ energii na osobę rocznie. ↩︎