Плаващи соларни ферми за гориво: идеята от 2019 г. и какво показаха следващите години

През юни 2019 г. изследователи от Швейцария и Норвегия публикуваха в списанието PNAS идея за плаващи соларни ферми, които не дават ток, а течно гориво. Островите щяха да стоят в открито море и да използват слънчевата енергия за водород. Той щеше да се съединява с въглероден диоксид, извлечен от морската вода, и да дава метанол. Заглавието на EcoWatch гласи, че гигантски плаващи соларни ферми могат да помогнат за решаване на климатичната криза. Самите автори пишат по-скромно: работата „инициира развитието на тази концепция“ и посочва въпроси във физиката, химията и механиката.

Какво предлага проучването

Статията е на Patterson, Mo, Borgschulte, Hillestad, Joos, Kristiansen, Sunde и van Bokhoven. В изследването участват ETH Zurich, институтът PSI, университетите в Цюрих и Берн, норвежкият университет NTNU и Empa.

Една инсталация е група от около 70 гъвкави кръгли острова с диаметър 100 м. Фотоелементите са на площ 550 000 м², а групата заема около 1 км². При средно слънчево греене от 220 W/м² върху нея пада мощност 120 MW, а при ефективност на модулите 20 % се получават около 24 MW електричество. То захранва електролиза на вода и извличане на CO₂ от морската вода, където на кубичен метър има около 125 пъти повече CO₂, отколкото във въздуха. Резултатът е 1,75 тона метанол на час, или 15 300 тона годишно, при енергийна ефективност на съхранението 8,0 %.

Метанолът е избран пред метана, защото е по-лесен за транспорт. Според Брус Патерсън (Bruce Patterson), физик от Цюрихския университет, горивото е предназначено най-вече за самолети, камиони на дълги разстояния, кораби и неелектрифицирани железници. Местата трябва да отговарят на условия, като максимална височина на вълните за 100 години под 7 м, дълбочина за закотвяне под 600 м и малка вероятност за урагани. При икономическа граница от 15 долара за гигаджаул една инсталация не бива да струва повече от 90 млн. долара, включително експлоатацията.

Мащаб и открити въпроси

Една група е далеч от нужното. По сметките на авторите за компенсиране на емисиите от далечния транспорт ще трябват около 170 000 такива инсталации, а теоретичният максимум е 3,2 милиона, ако 1,5 % от площта на океана бъде заета. Университетът в Цюрих нарича целта утопична, но такава, която си струва да се преследва.

Авторите посочват и неизвестни. Прототипна клетка с електродиализа е извлякла 59 % от разтворения CO₂ и карбонатите при разход 242 kJ на мол CO₂, а морската вода замърсява мембраните и изисква предварителна обработка. Не е ясно дали електродиализата е най-добрият метод в голям мащаб. Заливането на островите от вълните е нелинейно явление и според авторите изисква по-подробен нелинеен анализ, отколкото е направен в статията.

Марк Джейкъбсън (Mark Jacobson) от Станфорд, който не е участвал в работата, каза пред NBC News: „Плаващата слънчева енергия е добра идея, но само за производство на електричество.“ Производството на метанол той нарече „заобиколен начин“, а горивото – такова, от което „всъщност не се нуждаем“. Патерсън признава, че фермите няма да са „сребърен куршум“.

Какво показаха следващите години

В прегледаните от нас публикации и съобщения няма данни да е построен морски остров за метанол. Плаващата фотоволтаика върху водоеми обаче се развива.

Докладът на Световната банка „Where Sun Meets Water“ от октомври 2018 г. отчита 1,1 GW инсталирана плаваща мощност към септември 2018 г., над 100 пъти повече от 10 MW в края на 2014 г. Потенциалът е 400 GW при консервативни допускания, колкото цялата фотоволтаична мощност в света в края на 2017 г. Авторите отбелязват и недостатъците: няма дълъг опит, възможно е влияние върху качеството на водата, а закотвянето е сложно.

През 2023 г. екип с водещ автор Юбин Дзин (Yubin Jin) от SUSTech оцени в Nature Sustainability 114 555 язовира с обща площ 554 111 км². При покритие на 30 % от повърхността (най-много 30 км² на язовир) плаващите панели биха давали 9 434 ТВтч годишно, а при други допускания за покритие 4 300–11 000 ТВтч. Най-голям потенциал имат САЩ с 1 911 ТВтч и Китай с 1 107 ТВтч. Намаленото изпарение би спестявало около 106 км³ вода годишно. Това е оценка на потенциала, а не прогноза за строителство. Авторите пишат, че за реализирането му трябва да се решат проблеми, свързани с политиката, планирането и финансирането.

Има и обратна страна. Проучване на Корнелския университет, публикувано в Environmental Science and Technology през декември 2024 г., покрива три езерца със 70 % панели и установява, че изпусканият метан и CO₂ са с 26,8 % повече, а разтвореният кислород намалява. Покритието от 70 % е описано като горна граница, а резултатите са от малки езерца. Според университета жизненият цикъл на плаващата слънчева енергия вероятно остава с по-ниски емисии на киловатчас от наземната слънчева и от изкопаемите горива.

В края на 2025 г. китайската компания CHN Energy свърза с мрежата 1 GW фотоволтаична централа на около 8 км от бреговете на Дунин, провинция Шандун, при дълбочина на морето 1–4 м. Централата е на 2 934 стоманени платформи върху 11 736 пилота и според оценката ще дава около 1,78 ТВтч годишно. Тя не е плаваща. Примерът показва разликата между фотоволтаика в плитко море върху фиксирани основи и закотвените плаващи острови от идеята от 2019 г.