Furduescu, Bogdan – Alexandru (2025), Energia verde și tehnologia viitorului, Cunoașterea Științifică, 4:2, https://www.cunoasterea.ro/energia-verde-si-tehnologia-viitorului/

 

Green Energy and Future Technology

Abstract

In the 21st century, we live in a digitalized, if not digital-first, world where software is the driving force behind change. Technology is only as good as people can create, control, and use it. And green energy recognizes the environmental challenges related to specific technologies. We would be surprised to learn how many searches there are for policymakers, researchers, and professionals in the green energy sector to provide the knowledge and skills needed to make informed decisions in the industry. This article (1) investigates recent advances in green energy sources (solar, tidal, wind, biomass, hydro, and geothermal), while assessing their implications for sustainability, economic development, and social equity, (2) summarizes current scientific research findings and technological innovations in the field of green energy, focusing on improving efficient energy storage solutions and integrating these technologies into existing energy infrastructures, and (3) assesses the economic impacts of the green energy transition and examines the social implications for disadvantaged communities. The article also addresses the role of green energy in combating energy poverty and promoting social equity, especially in disadvantaged communities.

Keywords: fuel, green energy, sources, technology, future

Rezumat

În secolul 21 trăim într-o lume digitalizată, dacă nu chiar mai întâi digitală, în care software-ul este forța motrice din spatele schimbării. Tehnologia este atât de bună pe cât o pot crea, controla și folosi oamenii. Iar energia verde recunoaște provocările de mediu legate de tehnologii specifice. Am fi surprinși să aflăm câte căutări sunt pentru factorii de decizie, cercetători și profesioniști din sectorul energiei verzi, în vederea oferirii cunoștințelor și abilităților necesare pentru luarea deciziilor în cunoștință de cauză în industrie. Acest articol (1) investighează progresele recente în sursele de energie verde (solar, maree, eolian, biomasă, hidro și geotermal), evaluând în același timp implicațiile acestora pentru durabilitate, dezvoltare economică și echitate socială, (2) sintetizează descoperirile actuale ale cercetării științifice și inovațiile tehnologice în domeniul energiei verzi, concentrându-se pe îmbunătățirea soluțiilor eficiente de stocare a energiei și pe integrarea acestor tehnologii în infrastructurile energetice existente și (3) evaluează impacturile economice ale tranziției la energia verde și examinează implicațiile sociale pentru comunitățile defavorizate. De asemenea, articolul abordează rolul energiei verzi în combaterea sărăciei energetice și în promovarea echității sociale, în special în comunitățile defavorizate.

Cuvinte cheie: combustibil, energie verde, surse, tehnologie, viitor

 

CUNOAȘTEREA ȘTIINȚIFICĂ, Volumul 4, Numărul 2, Iunie 2025, pp. xxx
ISSN 2821 – 8086, ISSN – L 2821 – 8086
URL: https://www.cunoasterea.ro/energia-verde-si-tehnologia-viitorului/
© 2025 Bogdan – Alexandru FURDUESCU. Responsabilitatea conținutului, interpretărilor și opiniilor exprimate revine exclusiv autorilor.

 

Energia verde și tehnologia viitorului

Bogdan – Alexandru FURDUESCU[1]
bogdan.furduescu@ici.ro

[1] Institutul Național de Cercetare– Dezvoltare în Informatică – ICI București

 

1. Introducere

Peisajul energetic global trece printr-o transformare substanțială și esențială din cauza preocupărilor sporite de mediu și a nevoii urgente de a aborda schimbările climatice. Sursele convenționale de energie, dependente în principal de combustibilii fosili, au demonstrat o disponibilitate limitată și au provocat daune semnificative asupra mediului, cum ar fi eliberarea de gaze cu efect de seră și deteriorarea ecosistemelor. Aceste realizări au determinat o schimbare fundamentală în deschiderea către opțiuni mai ecologice cu ajutorul tehnologiilor de energie verde (regenerabilă), care oferă o cale plină de speranță către un viitor mai curat și mai durabil. Acordul global tot mai mare cu privire la necesitatea soluțiilor energetice durabile este demonstrat de acorduri internaționale, precum Acordul de la Paris privind schimbările climatice, în care țările semnatare se angajează să-și reducă emisiile de carbon pentru a combate încălzirea globală, acest angajament acționând ca un stimulent pentru avansarea și implementarea rapidă a tehnologiei energiei verzi în ultimul deceniu. Recunoscând legătura intrinsecă dintre practicile responsabile din punct de vedere ecologic și energia durabilă, guvernele din întreaga lume au promulgat legi și au stabilit obiective ambițioase pentru energia verde, cu scopul de a accelera tranziția de la combustibilii fosili.

2. Aplicațiile și impactul energiei verzi

Aplicațiile de energie verde au multe utilizări dincolo de funcția lor principală de generare a energiei electrice: (1) panourile solare fotovoltaice au depășit centralele convenționale și sunt acum folosite pentru generarea de energie distribuită, furnizând energie caselor individuale, organizațiilor și chiar comunităților întregi, (2) turbinele eoliene (cunoscute pentru eficiența lor în continuă îmbunătățire și capacitatea de a fi ajustate în dimensiune) au devenit embleme bine-cunoscute ale generării de energie ecologică, contribuind în mod semnificativ la rețeaua electrică mondială sau (3) hidroenergia, geotermia și tehnologiile emergente, cum ar fi energia valurilor și mareelor, extind gama de surse de energie verde, creând o infrastructură energetică stabilă și adaptabilă. Imperativul de a aborda schimbările climatice, progresul tehnologic și o atenție sporită a repercusiunilor ecologice ale dependenței de combustibilii fosili au accelerat implementarea la nivel mondial a alternativelor de energie verde.

După cum demonstrează mai multe studii de caz, descoperirile recente în tehnologiile de energie verde prezintă căi interesante pentru realizarea unei societăți durabile, neutre din punct de vedere al carbonului. S. Tushar et al. (2023) subliniază încorporarea fotovoltaicilor integrate în clădiri în Singapore, demonstrând potențialul structurilor urbane de a reduce considerabil consumul de energie și emisiile de carbon. Y. Hsu et al. (2023) examinează parcul eolian Hornsea One offshore din Marea Britanie, care are o capacitate de 1,2 GW și furnizează energie la peste un milion de locuințe, subliniind avantajele sale economice și de mediu. S. Thorhallsson et al. (2023) ilustrează în Reykjavik, Islanda, că încălzirea geotermală centralizată a dus la o scădere cu 90 % a consumului de combustibili fosili pentru încălzirea locuinței, demonstrând eficacitatea energiei geotermale în mediile metropolitane. L. Wang et. al (2023) afirmă că implementarea autobuzelor cu celule de combustibil cu hidrogen în Beijing permite trecerea către transportul public cu emisii zero, demonstrând cheltuieli operaționale reduse în comparație cu autobuzele diesel convenționale. R. Gonzalez et. al (2023) menționează o instalație de producție de biogaz din Spania care folosește resturi agricole, subliniind avantajele sale gemene: generarea de energie regenerabilă și minimizarea deșeurilor. D. Chiaramonti et. al (2023) amintește biocombustibilii care îmbunătățesc durabilitatea în generarea de energie. R. Kumar et al. (2023) elucidează îmbunătățiri ale tehnologiilor bateriilor pentru stocarea energiei regenerabile, care este crucială pentru stabilizarea aprovizionării cu energie din surse intermitente. A. Almalki (2023) afirmă că regiunea Golfului a evaluat potențialul energiei valurilor din Arabia Saudită, ilustrând contribuția resurselor marine la portofoliile de energie regenerabilă. M. Lopez și F. Perez (2023) examinează economia circulară în energia solară, prezentând studii de caz care evidențiază oportunități și probleme pentru dezvoltarea durabilă. M. Meyer și T. Becker (2023) examinează strategia Danemarcei privind hidrogenul, demonstrând importanța hidrogenului în viitoarele sisteme energetice și capacitatea sa de a reduce dependența de combustibilii fosili.

Aceste studii de caz evidențiază metodologiile și tehnologia utilizate la nivel mondial pentru a promova un viitor neutru din punct de vedere al carbonului. Ele explorează gama variată de utilizări ale energiei verzi, recunoscând semnificația lor crucială în abordarea preocupărilor de mediu și socio-economice ale erei noastre. Tehnologiile de energie verde reduc efectele negative asupra mediului cauzate de producția de energie și au un potențial semnificativ pentru generarea de locuri de muncă, promovarea dezvoltării economice și asigurarea stabilității energetice. Pe măsură ce examinăm amănunțit aceste studii, devine clar că viitorul energiei depinde atât de metodele durabile de a ne îndeplini nevoile crescânde de energie, cât și de inițiativele de a proteja echilibrul fragil al ecosistemelor planetei noastre.

Proliferarea efectivă a tehnologiilor de energie verde este influențată în mod semnificativ de cadrele politice regionale. Aceste cadre sunt esențiale în promovarea inovației, investițiilor și progresului în infrastructură. De asemenea, ele ajută la abordarea a numeroase probleme, cuprinzând obstacole economice, politice și tehnologice, necesitând soluții personalizate pentru a garanta expansiunea susținută a energiei verzi la nivel global. Totuși, aceste politici regionale trebuie să fie executate eficient în toate regiunile pentru a atinge cu adevărat obiectivele globale de sustenabilitate.

Scopul acestei cercetări, care este de o importanță esențială, cuprinde o examinare cuprinzătoare a tehnologiilor de energie verde, inclusiv solară, eoliană, biomasă și sursele emergente; ea se concentrează pe progresele în eficiență, soluții de stocare a energiei și pe integrarea acestor tehnologii în infrastructurile energetice existente și va explora, de asemenea, impactul economic al tranziției la energia regenerabilă, în special în ceea ce privește crearea de locuri de muncă și beneficiile pentru comunitățile locale. În plus, va investiga și efectele asupra mediului ale implementării energiei verzi, va evalua eficacitatea cadrelor legislative și de reglementare, va identifica provocările legate de integrarea în rețea și va explora soluții inovatoare, cum ar fi rețelele inteligente, va lua în considerare implicațiile sociale ale inițiativelor de energie verde asupra accesului și echității la energie, în special în comunitățile defavorizate, și va compara abordările diferitelor țări cu privire la integrarea energiei regenerabile.

3. Tehnologia viitorului în energie verde

Sursele de energie regenerabilă, cum ar fi energia hidroelectrică, solară și eoliană, reduc efectele asupra mediului și înlocuiesc combustibilii fosili folosind resurse naturale pentru a genera electricitate. O durabilitate îmbunătățită și o tranziție mai rapidă către surse de energie mai ecologice sunt aduse de progresele tehnologice în domeniul energiei regenerabile, cum ar fi panourile solare mai eficiente, modelele de turbine eoliene și tehnologiile de stocare a energiei.

3.1. Energia eoliană

Energia eoliană este captată de turbinele eoliene onshore și offshore, care transformă energia cinetică a vântului în energie electrică sau mecanică. Turbinele eoliene produc energie prin transformarea energiei cinetice a aerului în mișcare. Paletele turbinei se rotesc ca răspuns la vânt, care antrenează un generator care generează energie electrică. Energia eoliană este adaptabilă și poate fi utilizată, de asemenea, onshore și offshore. Progresul tehnologic a îmbunătățit proiectarea turbinelor eoliene, care implică încorporarea de rotoare mai mari, turnuri mai înalte și palete mai eficiente. Aceste îmbunătățiri optimizează extracția energiei din vânt, producând energie electrică mai mare. Datorită vitezei lor ridicate ale vântului, parcurile eoliene offshore sunt un domeniu promițător pentru avansarea inovației tehnologice

3.2. Energia solară

Energia solară este produsă folosind mai multe tehnologii, cum ar fi rețele fotovoltaice (FV), sisteme fotovoltaice independente și energia solară termică, care valorifică lumina solară pentru energie electrică sau căldură. Tehnologia fotovoltaică este metoda de transformare directă a razelor solare în energie electrică utilizând materiale semiconductoare. Panourile solare, compuse din celule fotovoltaice, valorifică lumina soarelui și produc energie electrică. Această tehnică folosește energia solară pentru a produce energie termică. Aparatul cu energie solară concentrată utilizează o lentilă sau o oglindă pentru a direcționa lumina soarelui într-o anumită regiune. Aceasta crește temperatura, ceea ce alimentează turbinele cu abur pentru a produce energie. Inovațiile în energia solară, cum ar fi celulele duble și policristaline, au crescut semnificativ eficiența conversiei. Progresele în materiale și tehnici de fabricație sporesc eficiența energiei solare, rezultând o accesibilitate crescută și o disponibilitate pe scară largă. Mulți oameni folosesc baterii litiu-ion pentru a stoca energie solară suplimentară în timpul orelor de vârf de lumină solară. Acest lucru facilitează o furnizare de energie mai uniformă și mai sigură, chiar și în perioadele de lumină solară limitată.

3.3. Energia hidroelectrică

Hidroenergia este generată din energia cinetică a apei curgătoare, demonstrând versatilitatea energiei regenerabile. Energia hidroelectrică valorifică energia apei în mișcare sau coborâre pentru a genera electricitate. Rezervoarele sunt create prin construirea de baraje pentru a reține apa. După descărcarea sa, apa trece prin turbine, unde energia sa potențială este transformată în energie mecanică, pe care generatoarele o transformă ulterior în energie electrică. Generarea de hidroenergie s-a îmbunătățit datorită îmbunătățirii designului și pieselor turbinei. Modelarea computațională îmbunătățită permite proiectarea unor forme de turbine mai eficiente, crescând eficiența conversiei energiei. S-au făcut progrese în sistemele de stocare hidro-pompată, un tip de stocare a energiei. Ascensoarele transportă apa într-un rezervor mai înalt atunci când cererea este scăzută, iar turbinele creează electricitate atunci când cererea este mare. Această tehnică permite acestor sisteme să stocheze excesul de electricitate.

3.4. Bioenergia

Bioenergia, o altă sursă versatilă, presupune transformarea materialelor organice, inclusiv lemnul, bălegarul animal, resturile agricole și deșeurile alimentare, în forme de energie utilizabile, cum ar fi electricitatea, căldura sau biocombustibilii. Biocombustibilii mai sunt obținuți și din substanțe organice, inclusiv culturi, resturi agricole și alge, care pot fi alternative la combustibilii fosili tradiționali în transport. Aceștia pot atinge neutralitatea carbonului prin echilibrarea emisiilor de dioxid de carbon (CO₂) provenite de la ardere cu CO₂ absorbit din materia primă în creștere. Cu toate acestea, amploarea consecințelor asupra mediului depinde de variabile precum utilizarea terenului și procedurile de fabricație. De asemenea, pentru a reduce emisiile de carbon în sectorul transporturilor, biocombustibilii pot fi încorporați cu ușurință în motoarele cu ardere internă existente, cu modificări modeste, reprezentând un răspuns în timp util la problema reducerii emisiilor de carbon.

În altă ordine de idei, energia din biomasă este obținută din substanțe organice, inclusiv lemn, deșeuri agricole și gunoi. Biomasa poate fi arsă pentru energie termică sau transformată în biocombustibili, cum ar fi bioetanolul și biodieselul; digestia anaerobă a deșeurilor organice produce biogaz, care este o resursă de energie semnificativă și regenerabilă. Progresele tehnologice în producția de biocombustibili, cum ar fi procesele îmbunătățite de piroliză și gazeificare, sporesc eficiența transformării biomasei în biocombustibili, lucru care încurajează avansarea opțiunilor durabile pentru industria transporturilor. De asemenea, progresele recente în tehnologia de transformare a deșeurilor în energie permit transformarea eficientă a deșeurilor organice în biogaz sau energie prin metode de digestie anaerobă și incinerator, reducând astfel efectele negative asupra mediului.

3.5. Energia geotermală

Energia geotermală utilizează energia termică derivată din interiorul Pământului. Acest lucru poate fi realizat prin exploatarea aburului din rezervoarele naturale de apă caldă sau forând adânc în scoarța terestră pentru a ajunge la temperaturi ridicate. Ulterior, aburul este valorificat pentru a propulsa turbinele și pentru a produce energie electrică. Sistemele geotermale îmbunătățite sunt instalate pentru a utiliza energia geotermală în zone îndepărtate. Aceste sisteme îmbunătățesc extracția căldurii prin producerea artificială de fisuri în scoarța terestră, lărgind aria geografică a energiei geotermale. Instalațiile electrice cu ciclu binar, care utilizează resurse geotermale la temperatură scăzută, au demonstrat o eficiență îmbunătățită. Aceste sisteme transferă căldura către un fluid de lucru cu punct de fierbere mai scăzut, îmbunătățind eficiența. De asemenea, aceste surse de energie regenerabilă oferă în mod colectiv un substitut durabil și ecologic pentru combustibilii fosili, reducând emisiile de carbon și promovând autonomia energetică globală.

3.6. Energia mareelor și a valurilor

Energia mareelor, o sursă promițătoare și consistentă, este produsă folosind forțele gravitaționale dintre Pământ, Lună și Soare, rezultând fluctuații ciclice ale nivelului mării, numite maree. Forțele gravitaționale pe care le exercită aceste corpuri cerești determină oceanele să sufere oscilații regulate, ducând la maree înaltă și joasă. Sistemele de putere mareelor ​​valorifică energia cinetică din mișcarea apei în timpul ciclurilor de maree. În timpul mareelor ​​înalte și joase, apa traversează turbinele în baraje de maree, turbine subacvatice sau lagune de maree, transformând energia cinetică a apei în energie mecanică, care este ulterior transformată în energie electrică.

Energia valurilor valorifică în mod similar energia cinetică a valurilor oceanului, generată în principal de vânt și de diferite condiții meteorologice. Tehnologii precum coloanele de apă oscilante și absorbitoarele de puncte transformă mișcarea verticală a undelor în energie electrică. Coloanele de apă oscilante funcționează prin captarea aerului într-o cameră; pe măsură ce valurile urcă și coboară, aerul este comprimat și decomprimat, propulsând o turbină pentru a produce energie. Absorbitoarele de puncte sunt dispozitive plutitoare care oscilează cu mișcarea valurilor, transformând mișcarea verticală în energie. Energia valurilor și mareelor ​​prezintă un potențial semnificativ ca surse de energie fiabile și durabile, în special pentru zonele de coastă, oferind speranță pentru un viitor mai verde

3.7. Stocarea energiei

Investigarea și îmbunătățirea tehnologiilor bateriilor, în special a bateriilor cu stare solidă și cu flux, înseamnă un progres substanțial în urmărirea unor opțiuni de stocare a energiei mai eficiente și durabile. Bateriile cu stare solidă, care folosesc electroliți solizi în loc de cei lichizi, prezintă o densitate energetică îmbunătățită, facilitând alimentarea prelungită cu energie în forme mai compacte. Bateriile Flow, datorită capacității lor distincte de a stoca energie în electroliți lichizi, oferă durabilitate prelungită și siguranță îmbunătățită prin reducerea pericolelor de supraîncălzire și inflamabilitate. Aceste progrese atenuează limitările semnificative ale sistemelor existente de stocare a energiei, facilitând integrarea surselor de energie regenerabilă intermitentă, cum ar fi solară și eoliană, în rețeaua electrică. În plus, tehnologiile power-to-gaz (putere-la-gaz) sunt esențiale în această schimbare, deoarece transformă excesul de electricitate regenerabilă în hidrogen sau metan. Acest gaz stocat poate fi utilizat pentru generarea de energie în timpul reducerii producției de energie regenerabilă, garantând o aprovizionare sigură cu energie. Aceste sisteme îmbunătățesc stabilitatea rețelei și întruchipează o metodă de stocare a energiei flexibilă și scalabilă, capabilă să găzduiască multe aplicații și să promoveze o infrastructură energetică mai robustă și mai durabilă.

Concluzii

Articolul examinează trecerea globală către sursele de energie verde ca alternativă durabilă la combustibilii fosili tradiționali. De asemenea, acesta subliniază atât importanța cadrelor legislative, a progreselor tehnologice și a investițiilor în infrastructură în sprijinirea utilizării mai largi a tehnologiei energiei verzi, cât și importanța politicilor de susținere, a stimulentelor și a acordurilor internaționale în promovarea obiectivului de energie verde.

Concluziile cheie sunt descoperiri tehnologice ce subliniază rolul esențial al tehnologiilor de energie verde în conturarea unui viitor energetic durabil și rezistent:

• inovațiile privind eficiența și stocarea energiei sunt esențiale pentru integrarea perfectă a surselor regenerabile în infrastructurile energetice existente;
• tranziția la energia verde influențează pozitiv crearea de locuri de muncă, dinamica pieței și tendințele investițiilor, evidențiind beneficiile economice ale adoptării tehnologiilor verzi;
• reducerea emisiilor de carbon și conservarea biodiversității ca rezultate tangibile ale implementării energiei verzi.

Trecerea la energia verde prezintă atât o necesitate de mediu, cât și economică. Aceste îmbunătățiri sunt esențiale pentru abordarea problemelor de intermitență legate de sursele regenerabile și pentru garantarea unei aprovizionări consistente cu energie. Evidențierea lor poate consolida semnificația acestora pentru a permite o tranziție fără probleme către un viitor energetic durabil. O examinare mai amănunțită a recomandărilor de politici care ar putea accelera adoptarea tehnologiilor regenerabile, cum ar fi promovarea stimulentelor care stimulează investițiile în infrastructura și cercetarea din surse regenerabile, perspectivele de angajare și de avansare economică, în special în cadrul comunităților locale, precum și avantajele sociale ale atenuării sărăciei energetice și ale promovării echității, poate oferi o perspectivă cuprinzătoare asupra avantajelor energiei verzi.

Bibliografie

1. Almalki, A. et. al (2023) – „Wave energy potential in Saudi Arabia: a pathway to sustainable marine resources”, Marine Renewable Energy Journal, Vol. 5 (1), pp. 65-80;
2. Chiaramonti, D. et. al (2023) – „Novel biomass conversion methods: case studies on sustainable biofuels”, Renewable Energy Reviews, Vol. 15 (2), pp. 145-160;
3. Gonzalez, R. et. al (2023) – „Biogas production from agricultural waste in Spain: renewable energy generation and waste minimization”, Waste Management & Research, Vol. 41 (4), pp. 300-312;
4. Hsu, Y. et. al (2023) – „Economic and environmental benefits of the Hornsea One offshore wind farm in the UK”, International Journal of Wind Energy, Vol. 12 (2), pp. 115-130;
5. Jayabal, R. (2024) – „Towards a carbon-free society: Innovations in green energy for a sustainable future”, Results in Engineering, Vol. 24, Article 103121;
6. Kumar, R. (2023) – „Innovations in battery technologies for renewable energy storage: a critical review”, Energy Storage Journal, Vol. 9 (3), pp. 175-190;
7. Lopez, M.,  Perez, F.  (2023) – „Circular economy in solar energy: case studies and challenges for sustainable development”, Sustainable Energy Reviews, Vol. 11 (2), pp. 95-110;
8. Meyer, M.,  Becker, T.  (2023) – „Denmark’s hydrogen strategy: implications for future energy systems and reduced fossil fuel dependency”, Journal of Hydrogen Energy, Vol. 32 (1), pp. 22-37;
9. Thorhallsson, S. et. al (2023) – „The impact of geothermal district heating in Reykjavik: a case study of reduced fossil fuel consumption”, Geothermal Energy Journal, Vol. 8 (3), pp. 205-220;
10. Tushar, S. et. al (2023) – „Incorporating building-integrated photovoltaics in urban structures: a case study from Singapore”, Journal of Renewable Energy Research, Vol. 13 (1), pp. 45-60;
11. Wang, L. et. al (2023) – „Transitioning to zero-emission public transportation: an analysis of hydrogen fuel cell buses in Beijing”, Journal of Cleaner Transportation, Vol. 10 (1), pp. 33-50.