První solární elektrárna? Zapomenutý „Sluneční motor“ z 20. století

Počátek 20. století byl dobou uhlí a železa. Průmysl byl hlučný a špinavý a dým z hořícího uhlí se šířil široko daleko. Ve Philadelphii, jednom z průmyslových úlů na východním pobřeží USA, se situace stala neúnosnou. V roce 1904, asi 50 let před zákonem o znečišťování ovzduší v zemi (1955), vytvořili správci města vlastní nařízení pro čistší vzduch – omezovalo množství kouře v kouřovodech, komínech a na prostranstvích a trestalo pokutami ty, kteří vypouštěli zplodiny „určitého stupně temnoty“.

Do této situace vstupuje americký vynálezce s jednoduchým plánem – využít sluneční teplo, aby jej bylo možné využít k pohonu strojů. Trvalo více než století, než myšlenky podobné těm jeho dosáhly potřebného zastání, prakticky ovšem můžeme mluvit o bodu zlomu.

Technologie, která znamenala začátek celého odvětví využití solární energie, je z pohledu dnešní doby poněkud zastaralá, příběh Franka Shumana o snaze využít sílu Slunce ukazuje, že idea o využití sluneční energie vznikla dříve, než jaký je obecný předpoklad.

V 90. letech 19. století Shuman vynalezl metodu zpevňování skla vnitřními dráty. Sklo bylo odolnější proti ohni a také drželo pohromadě, když prasklo, takže bylo méně pravděpodobné, že vytvoří nebezpečně ostré střepy.

Instituce, jako školy a věznice, jeho vynález milovaly. Shuman, který začal svou kariéru ve Virginii, pak odešel pracovat do továrny na kovovýrobu svého strýce ve Philadelphii – továrna odlévala sochu zakladatele Pennsylvánie Williama Penna a potřebovala najít způsob, jak ji galvanicky pokovit hliníkem, aby byla chráněna před znečištěním ze vzduchu. Ve stejné době Shuman založil společnost prodávající jeho patentované „Safe-tee Glass“ sklo.

Procesy galvanického pokovování a drátěného skla byly přitom tak inovativní, že časopis Scientific American publikoval článek o každém z těchto vynálezů jen zhruba dva týdny od sebe v roce 1892 – a podle všeho šlo o takový úspěch, že Shuman opustil zaměstnání, aby se mohl na plný úvazek soustředit na své vynálezy.

Začalo to vláčkem

Shuman, zarytý vynálezce, byl dlouho fascinován konceptem využití přírodních sil k výrobě elektřiny a moc dobře si byl vědom všudypřítomného uhelného kouře. Díky ziskům z prodeje bezpečnostního skla začal Shuman v roce 1906 pracovat již na vlastní půdě, na severovýchodním předměstí Tacony ve Philadelphii, kde plánoval vytvořit motor poháněný slunečními paprsky.

Jednotlivé odrazivé plochy byly umístěny kolem izolovaných boxů, které byly postaveny na otočných čepech, takže během dne bylo možné sledovat dráhu Slunce. Sluneční paprsky směřovaly k nádobě s vodou drženou ve vakuu ke snížení jejího bodu varu, a ta byla napojena na nízkotlaký parní stroj. V roce 1910 Shuman zdokonalil koncept do bodu, kdy mohl provozovat malý vláček na odpařeném éteru a vychvaloval výhody této čisté formy síly všem, kteří naslouchali.

Zatímco Shuman pracoval na svém „slunečním motoru“, jiný americký vynálezce – Aubrey Eneas – vytvořil v roce 1906 pro pštrosí farmu v Kalifornii obří kovový solární motor, který byl obložen téměř 1 800 zrcadly a měřil 10 metrů v průměru. Zařízení fungovalo a na farmě obsluhovalo čerpadlo k zavlažování půdy, ale nakonec bylo příliš drahé a těžkopádné na to, aby se ukázalo jako životaschopné.

Příležitost v Egyptě

Zprávy o Shumanových projektech tak nakonec putovaly do Egypta, který byl tehdy pod vojenskou okupací Britského impéria. Egypt měl rozlehlá bavlníková pole, ale jejich ruční zavlažování byl pracný proces a používání motorů poháněných uhlím nebylo nákladově efektivní.

V roce 1913 Shuman dostal příležitost odcestovat do Egypta, aby předvedl svou technologii. Voda v kotlích zahřátá na více než 200 °F (93 °C) se změnila na nízkotlakou páru a poháněla speciálně navržený motor o výkonu 75 koní. Jako mávnutím kouzelného proutku motor běžel jen a pouze na „sluneční světlo“ a čerpal tisíce galonů vody z Nilu a nasytil vyprahlou krajinu.

Mezi davem byl lord Kitchener, britský vojenský vůdce, který v 90. letech 19. století přivedl Súdán pod kontrolu Britského impéria. Podle dostupných informací Kitchener inovaci viděl jako nedílnou součást svého programu zlepšování infrastruktury v Egyptě. Nabídl proto Shumanovi bavlníkovou plantáž o rozloze 30 000 akrů (121 km2) v Súdánu, aby motor replikoval.

Budoucnost zastavila ropa

Shumanův vynález však brzy utrpěl dvojitou ránu – tou první byl příchod první světové války, druhou objev levné ropy na Blízkém východě (ale i jinde). Jako problém se v retrospektivě ukazuje nejspíš i Shumanův design, který možná nebyl dostatečně propracovaný pro běžné použití, což ztížilo jeho všeobecné rozšíření a přijetí širší veřejnosti.

Navzdory tomu Shuman vytrvale vyzdvihoval potenciál „solárních motorů“ a jejich schopnosti nahradit špinavé palivo, když budou vyráběny ve velkém počtu. Již v roce 1911 psal do Scientific American a předpověděl druh obrovských solárních farem – takových jaké běžně vidíme dnes:

„Sluneční elektrárna, aby byla proveditelná, musí mít za prvé vysokou účinnost, nízké náklady na instalaci a údržbu, dobře vyznačenou délku provozu a neměla by vyžadovat speciálně vyškolené mechaniky pro svůj provoz… Je zcela proveditelné vyrobit tímto způsobem sluneční elektrárnu až do 10 000 koňských sil a více. Ideální elektrárna musí být vystavena malé nehodovosti, proto musí ležet blízko země, aby nebyla ovlivněna bouřkami a větry. Musí být opravitelná bez zastavení provozu; konstrukce musí být jednoduchá a snadno pochopitelná pro běžného parního inženýra. Její opotřebení musí být sníženo na minimum.“

O půl století napřed

Shuman zemřel v roce 1919 a trvalo dalších 50 let, než se jeho myšlenky znovu prosadily poté, co šok z ropné krize v roce 1973 ukončil éru levné ropy. Zhruba o deset let později byla v kalifornské poušti Mojave odhalena první plnohodnotná solární elektrárna, zařízení Solar Energy Generating Systems (Segs).

Segs nakonec obsahovalo více než 936 000 zrcadel (nebo „kolektorů“) odrážejících sluneční světlo o 70 až 80násobku jeho přirozené intenzity, aby se uvařil syntetický olej, který pak poháněl turbínu vytvářející elektřinu. Ačkoli velká část původních Segs elektráren byla nahrazena fotovoltaickými panely, zařízení bylo na svém vrcholu schopno generovat dostatek energie pro více než 230 000 domácností.

V roce 2013 dva švýcarští umělci – Christina Hemauer a Roman Keller – znovu vytvořili část Shumanova dalekosáhlého designu jako součást umělecké instalace v Egyptě. Spolu s částmi solárního motoru z roku 1913 byl vystaven citát Shumana napsaný v roce 1914: „Je jedna věc, kterou jsem si jistý, a to, že lidská rasa musí konečně využít přímou sluneční energii, nebo se vrátit k barbarství.“

Více než století po Shumanových experimentech se zdá, že svět konečně pochopil potenciál Shumanem predikovaného řešení. Samotný Egypt otevřel to, co je nyní čtvrtou největší solární elektrárnou na světě, asi 40 km (25 mil) severozápadně od Asuánské přehrady. Benban Solar Park pokrývá více než 37 km čtverečních (14,4 mil čtverečních) a je tak velký, že jej lze vidět z vesmíru – vhodně předimenzovaný důkaz Shumanovy vize získávání síly z vesmíru.