Téma energetiky je ožehavé téma, v českém prostředí se hodně mluví o tendru na dostavbu jaderné elektrárny v Dukovanech, ale často se také skloňuje téma obnovitelných zdrojů.Podle Jiřího Pleška z Ústavu termomechaniky AV ČR, který sedm let koordinoval program Účinná přeměna a skladování energie v rámci Strategie AV21 a od března 2021 coby člen Akademické rady koordinuje Strategii AV21 jako celek, se oproti době před dvaceti posunulo především vnímání důležitosti energetiky a jejího dopadu na životní prostředí.
V dnešní době je již zřejmé, že energetický průmysl se musí transformovat na nízkoemisní zdroje. Ty zastupují především jaderné elektrárny a do značné míry i takzvané obnovitelné zdroje, kde stále významnější roli hraje fotovoltaika, u které došlo za posledních deset let k dramatickému zvýšení účinnosti a poklesu ceny fotovoltaických článků. Ovšem efekt na životní prostředí je i opačný. A sice, že cíle stanovené pro životní prostředí ovlivňují rozhodování v energetice. Stále víc se také řeší národní bezpečnost, například v tom, kdo by měl dodat jaderné technologie, závislost na dodávkách plynu a podobně.
Zajištění elektrické sítě
V Česku zajišťují elektrickou síť především uhelné elektrárny, které by ale měly být do roku 2038 odstaveny. Tím ovšem může vzniknout problém. Státní energetická koncepce totiž počítala s pokrytím až poloviny potřeb elektrické energie z jaderných elektráren, což se ale již dnes jeví jako nereálné a úspěchem bude, pokud jaderné elektrárny pokryjí současných třicet procent. Obnovitelné zdroje pak pokrývají asi dvanáct procent produkce. Další vývoj není přesně jasný, asi lze spíše předpokládat využití fotovoltaiky, protože pro větrnou energii nejsou v Čechách moc dobré podmínky. Optimistický odhad využití obnovitelných zdrojů kolem roku 2040 je přibližně dvacet až pětadvacet procent. Podle současného poznání je pak celková kapacita Česka asi třicet procent. Pokud by tedy Česko přišlo o uhlí, bude muset začít pálit zemní plyn. Navíc se v úvahu nebere elektromobilita.
Vědci se stále zabývají tím, co udělat pro zvýšení podílu obnovitelných zdrojů, a to z více úhlů pohledu. Jedním z nich je účinná přeměna a skladování energie. Dochází ke zdokonalování vodíkové technologie, výrobě paliv z odpadů a alternativních materiálů pro fotovoltaiku – například organické nebo perovskitové solární články.
Obnovitelné zdroje
Nejvýznamnějším obnovitelným zdrojem u nás je již zmíněná fotovoltaika. Solární panely jsou již dnes vidět na polích, ale hodně i na střechách budov. Do budoucna se ale předpokládá zvýšení účinnosti článků, které bude znamenat menší nároky na plochu. Důležité je ovšem srovnání s jinými obnovitelnými zdroji. Pro využití větrné energie jsou v Česku velmi špatné podmínky a problematické je i využití biomasy. Právě pyrolýza biomasy je chemický proces probíhající za vysoké teploty bez přístupu kyslíku, čímž se zabrání hoření. Výsledným produktem mohou být topné oleje. Ovšem celková účinnost je malá. I přes dříve optimistické odhady by příspěvek biomasy byly zhruba pět procent. Tímto výzkumem je však třeba se dále zabývat.
Jaderná energie
Alternativní zdroje se sice rozvíjí, ale je jasné, že největší důležitost bude mít v blízké budoucnosti jádro. Vědci z Ústavu fyziky plazmatu AV ČR pracují v široké mezinárodní spolupráci na vývoji zdroje energie na principu takzvané jaderné fúze. Ta využívá jaderné reakce dodávající energii například Slunci. V pozemských podmínkách je velmi horké plazma, v němž tato reakce probíhá, drženo pomocí opravdu silných magnetických polí. Také se bude řešit realizace evropského prototypu fúzní elektrárny. Komerční využití jaderné fúze, která představuje bezpečný, čistý a téměř nevyčerpatelný zdroj, se předpokládá po roce 2050. Vedle těchto futuristických technologií se ale stále řeší i současná problematika, například zdokonalení metod pro posouzení seismické bezpečnosti. Zde by se mohlo zdát, že se seismická bezpečnost řeší především kvůli havárii ve Fukušimě, tam ovšem nebylo nedostatečné seismické zabezpečení příčinou. Pod pojmem seismická bezpečnost je myšlen širší kontext problematiky vibrací, otřesů a rázů, které mohou vznikat nejen přirozenou seismicitou, ale též technologiemi a činností člověka. Jaderná zařízení totiž musejí být například odolná proti pádu letadla nebo teroristickému útoku. Protože takové podmínky lze jen těžko zkoumat experimentálně, používají se k tomu náročné počítačové simulace. Takové katastrofy jako ničivé zemětřesení, pád letadla nebo útok jsou extrémy. Je třeba monitorovat i obyčejné opotřebení materiálu, které probíhá na denní bázi.
Chytré domácnosti a skladování energie
Ve světě se stále častěji objevuje nový trend takzvané chytré sítě či chytré budovy. V Čechách však domácnosti spotřebovávají asi jen čtvrtinu energie, což je mnohem méně než průmysl a doprava. A i když šetření energií si většina lidí spojuje právě s představou funkce domácnosti, celkový efekt velký není. Energie se může také skladovat. Je možno ji skladovat po dobu minut, hodin, dní či měsíců. Orientační doby skladování jsou jedna hodina v superkapacitorech, jeden den v setrvačnících, jeden měsíc v bateriích a jeden rok v přečerpávacích nádržích. Jako dlouhodobé médium slouží například vodík nebo stlačený plyn. Hodně důležitá je také stabilita.
Významným stabilizačním prvkem je rotační setrvačnost, přesněji řečeno moment hybnosti uložený v točivých strojích, jako jsou turbíny a setrvačníky. Vzhledem k vysoké zásobě kinetické energie v takových strojích je frekvence a velikost proudu dodávaného do sítě prakticky konstantní. Stability lze dosáhnout i u jiných zdrojů, ovšem k tomu jsou zapotřebí pokročilé řídicí systémy. Problematika ukládání energie je možná nenápadnou, ale o to je významnější. Proto vědci vyvíjejí konstrukce nových baterií a ukládání mechanické energie v levitujících setrvačnících. Jedním z kvalitních nových výsledků práce Ústavu termomechaniky a Fyzikálního ústavu je technologie na výrobu kovových nanočástic, které se nyní patentují a které lze použít v elektrolyzérech a palivových článcích vodíkových jednotek. Tato technologie kovových nanočástic může snížit množství použitých drahých kovů, jako jsou platina nebo iridium, při zachování potřebných vlastností palivového článku, což by znamenalo nižší náklady, a tudíž nižší cenu budoucích výrobků.
Elektromobilita
Nad elektromobilitou visí stále mnoho otazníků. Není ani jasné, zda dojde k boomu elektroaut. Zejména ve městech je elektromobilita vítaná jako dobrý doplněk paliva. Jako základní způsob dopravy je to nesmysl. Je dost možné, že klasický spalovací motor bude vždy dobře sloužit, už při tom, jak dlouho již spalovací motory fungují. Současné agregáty jsou výkonné, čisté a pracují nesmírně úsporně, což nemůže žádný elektromobil nikdy nahradit. Mohlo by jít ale o obdobný případ jako s „úspornými“ zářivkami, které byly užitečným překlenutím mezi neefektivními žárovkami a dříve nesmyslně drahými LED diodami. Možná bude stejně tak elektromobilita překlenovací technologií mezi současnými auty na fosilní paliva a budoucími na vodíkový pohon. Vodíkový vůz je navíc vlastně elektromobil, který si vozí palivo s sebou. Světové automobilky již na svých vodíkových autech pilně pracují.
Pod křídly Akademie věd
Mnohé ze zde uvedených vědeckých výsledků spatřily světlo světa pod záštitou programu Strategie AV21 Účinná přeměna a skladování energie. Především se podařilo propojit ústavy Akademie věd na tématech, na kterých dříve nespolupracovaly. Spojení Ústavu termomechaniky s Ústavem informatiky například umožnilo vyvinout magnetorezistivní senzor, který má o dva řády vyšší frekvenční rozsah i přesnost oproti komerčním senzorům. Další plodná spolupráce vznikla mezi Ústavem chemických procesů a Ústavem makromolekulární chemie na vývoji membránových materiálů pro separaci oxidu uhličitého ze spalin. Díky financování z projektu se podařilo rozběhnout i další projekty. Další úsilí Akademie věd v oblasti perspektivních technologií pro skladování energie, distribuovaných zdrojích a úložištích energie se postupně dostalo do povědomí odborné veřejnosti a Akademie věd v této snaze pokračuje. Vedle obnovitelných zdrojů energie, vodíkových technologií a baterií pro skladování energie jsou diskutovanými tématy některé nové výzvy, jako jsou decentralizace energetiky, boj s klimatickou změnou, sociální aspekty energetiky či energetická a surovinová bezpečnost.