Moderní solární panely na střechách a bílé větrníky v polích vypadají jako vynález posledních dekád. Málokdo tuší, že historie obnovitelných zdrojů elektřiny sahá hluboko do 19. století – a využívání přírodních sil samo je staré tisíciletí.
Když vítr poprvé rozsvítil žárovky
Rok 1887 přinesl průlom, který předběhl svou dobu o celé generace. Skotský elektrotechnik James Blyth, působící na Anderson’s College (dnes Univerzita ve Strathclyde v Glasgow), zkonstruoval zařízení připomínající větrný mlýn se čtyřmi rameny. Každé z nich měřilo asi čtyři metry a neslo látkovou plachtu.
Centrální hřídel roztáčela dynamo, jež vyrábělo proud a nabíjelo akumulátor. Blythův rekreační dům ve vesnici Marykirk se tak stal vůbec prvním obydlím na planetě, které zásobovala elektřina z větru. Sám vynálezce popsal, že turbína při „mírném vánku“ dodávala energii pro deset žárovek na 25 voltů. Dokázala navíc pohánět malý soustruh.
Některé prameny připisují prvenství rakouskému konstruktérovi Josefu Friedländerovi, jenž měl větrné kolo pro výrobu elektřiny představit už v roce 1883 na Mezinárodní elektrotechnické výstavě ve Vídni. Princip zůstával totožný: větrné kolo typu Halladay o průměru 6,6 metru roztáčelo dynamo a elektřina putovala do akumulátorů.
Samotné využívání větru však lidstvo znalo mnohem dříve. Perské větrné mlýny v Nashtifanu mletly obilí prokazatelně už v 7. století – a fungují dodnes. Čínští zemědělci kolem roku 200 př. n. l. poháněli větrem čerpadla na zavlažování polí. Odhaduje se, že po celém světě pracuje stále přes milion takových zařízení.
Ještě starší je využití větru na moři: plachty napínají lodě nejméně 7 000 let. Větrná energie tak patří k nejdéle osvědčeným přírodním zdrojům, i když dnes většinu plavidel pohánějí motory.
Slunce, které dodává napětí
Modré solární panely na střechách domů se masově rozšiřují teprve posledních třicet let. Fotovoltaika je přitom nejrychleji rostoucím zdrojem energie na planetě – a zároveň překvapivě mladým. Její kořeny však opět vedou do 19. století.
Americký vynálezce Charles Fritts sestrojil první funkční solární článek v roce 1883. Místo dnešního křemíku použil vrstvu selenu pokrytou tenkou zlatou fólií. Účinnost dosahovala pouhého jednoho procenta, zatímco současné křemíkové panely překonávají 20 procent. Vícevrstvé články v laboratořích už dosáhly 47,6 procenta a teoretická hranice byla nedávno posunuta na 66 procent.
Vědecký základ položil téměř o půl století dříve Alexandre Edmond Becquerel. Francouzský fyzik popsal fotoelektrický jev v roce 1839, když mu bylo pouhých devatenáct let. Zjistil, že některé materiály vytváří elektrické napětí pod vlivem světla. První prakticky použitelný křemíkový solární článek vyvinuli vědci z Bellových laboratoří – Daryl Chapin, Calvin Fuller a Gerald Pearson – až v roce 1954.
Před vznikem fotovoltaiky lidé sluneční světlo využívali pasivně nebo pomocí zrcadel a čoček. Budovy se orientovaly na jih, aby jarní, podzimní a zimní slunce vyhřívalo místnosti, zatímco vysoké letní slunce dovnitř nepronikalo. Zrcadla a čočky soustřeďovaly paprsky k získávání tepla nebo k rozdělání ohně. Dnes tento princip nachází uplatnění v solárních tepelných elektrárnách.
Voda, biomasa a teplo Země
Několik zemí dnes pokrývá většinu své spotřeby elektřiny z vodní energie – Norsko, Island a Bhútán nechávají vodu z přehrazených řek protékat turbínami nepřetržitě. Počátky výroby elektřiny z vody nás opět zavádějí do viktoriánské éry.
Vynálezce William Armstrong postavil v roce 1870 první vodní elektrárnu u svého rodinného sídla Cragside poblíž britského města Rothbury. Voda z umělého jezera poháněla turbínu a dynamo, které v roce 1878 napájelo uhlíkové obloukové lampy. Od roku 1880 Armstrong osvětloval dům žárovkami od známého britského vynálezce Josepha Swana.
O deset let později vznikaly vodní elektrárny i v Americe. Kolem roku 1880 dynamo poháněné vodní turbínou vyrábělo elektřinu pro divadlo a osvětlení obchodu v Grand Rapids v Michiganu. Roku 1881 dodávalo dynamo připojené k turbíně vodního mlýna proud pro pouliční osvětlení ve městě Niagara Falls v New Yorku.
Tekoucí vodu však lidé využívali k mechanické práci už před více než 2 000 lety. Řetězy nebo kola s nádobami dopravovaly říční vodu do vyšších poloh pro zavlažování polí. Později vodní kola a mlýny mlely obilí na mouku. Z někdejších přibližně 50 000 větrných a vodních mlýnů zůstává v Německu v provozu jen asi 50, které uchovávají tradiční mlynářské řemeslo.
Při hledání nejstaršího obnovitelného zdroje energie však vítr ani voda nezvítězí. Mnohonásobně starší je spalování biomasy, které člověk ovládá desítky tisíc let. Oheň přinášel světlo, teplo a umožňoval tepelnou úpravu potravin.
Dnešní elektrárny na biomasu spalují organické látky a vzniklé teplo vytváří páru, která pohání turbínu a generátor. V roce 2023 se biomasa podílela na globální výrobě elektřiny přibližně 2,3 procenty. V Německu její podíl v loňském roce činil 8,7 procenta.
K výrobě elektřiny z biomasy lidé přistoupili nejpozději v roce 1889. Kanadský podnikatel Peter Prince v Calgary si uvědomil, že odpad z jeho pily lze spalovat a pohánět tak parou elektrický generátor. Instaloval soustrojí s výkonem 75 kilowattů, které zásobovalo elektřinou pilu i městské osvětlení.
Podle archeologických nálezů dokázali oheň ze spalovaného dřeva využívat už neandertálci před 400 000 až 40 000 lety. Nález z Izraele dokládá záměrné spalování dřeva zhruba před 790 000 lety. Ovládání ohně tedy sahá k ještě starším předchůdcům člověka.
Mezi obnovitelné zdroje patří také geotermální energie – využívání tepla i chladu zemského podloží – a energie moře získávaná z přílivu, odlivu a vln. Tyto zdroje se na výrobě elektřiny podílejí jen nepatrně.
Na světě jsou v současnosti pouze dvě přílivové elektrárny se jmenovitým výkonem přes 200 megawattů, a to ve Francii a Jižní Koreji. Mlýn Moinho de Maré de Corroios při ústí řeky Tejo v Portugalsku patří k nejlépe zachovaným přílivovým mlýnům na světě – byl postaven v roce 1403 a komerčně fungoval až do konce sedmdesátých let 20. století.
První geotermální elektrárna vznikla v roce 1904 v italském Larderellu a zpočátku napájela pouhých pět lamp. Komerční provoz zahájila v roce 1913 s výkonem 250 kilowattů. V roce 2025 se geotermální energie podílí na světové výrobě elektřiny přibližně 0,5 procenta. V některých zemích, například v Keni, na Islandu a na Novém Zélandu, její podíl činí 15 až 45 procent.
Zemské teplo sloužilo lidem dávno před výrobou elektřiny. Nejstarší známý místní geotermální systém zásobování teplem funguje od roku 1332 ve francouzském Chaudes-Aigues, jehož název znamená „horké vody.
Římané začlenili termální lázně pevně do své kultury a lidé od doby železné vyhledávali horké prameny. Už od doby kamenné zapouštěli své chýše či jiné obytné stavby alespoň částečně do země, aby využili stabilní teplotu půdy pohybující se mezi 10 a 18 stupni Celsia. Stejný princip dnes využívají tepelná čerpadla se zemní sondou nebo zemními kolektory – v zimě k vytápění, v létě k ochlazování budov.