Füüsika ja sellega seotud teadusvaldkondade arengud on toonud kaasa palju läbimurdeid taastuvenergia tehnoloogiates, mis omakorda on andnud meile tooted, mis täna hakkavad muutma inimeste elu üle kogu maailma.

Mida teeb teadlane laboris, alates idee tekkimisest kuni uue päikesepatarei või tuuleturbiini laba disaini väljatöötamiseni? Kuidas kasutavad teadlased füüsikat, sealhulgas kvant- ja tahkisefüüsikat, materjaliteadust, biofüüsikat, polümeeriteadust, aerodünaamikat, termodünaamikat, ülijuhte ja optikat?

Kuigi tuuleveskid on olnud kasutusel sajandeid ja päike on soojendanud hooneid paljudes maailma paikades põlvkondade vältel, toimus nende tehnoloogiate arengus kvantitatiivne hüpe teaduslike edusammude toel 1950. ja 1960. aastatel. Fotogalvaanika – päikesevalguse muutmine elektriks – sai oma esimese tõuke varajaste satelliitide ja kosmoseprogrammi kaudu. Füüsika ja arenenud materjalide abil on päikeseelektri hind viimase kahekümne aasta jooksul langenud sada korda. Päikesepaneelid hakkavad järgmisel sajandil pakkuma puhast ja usaldusväärset energiat paljudes maailma piirkondades, nagu ka tuuleenergia.

Aerodünaamika mõistmine, mille arengule on kaasa aidanud lennundustööstus, on andnud meile õhuprofiiilide disainid, mis muudavad tänapäevaste tuuleturbiinide elektri tootmise peaaegu sama kuluefektiivseks kui fossiilkütustest toodetud energia.

Peame viima füüsika laborist välja ning tooma selle oma kodudesse. Millised taastuvenergia tooted on täna kasutusel tööstuses ja tarbijate poolt?

PV-katused; õhukesekihilised päikesepatareid ja paneelid rekordiliste kasuteguritega; päikeseseinad (transpireeruvad päikesekollektorid); iseseisvad päikeseenergia süsteemid kodudele ja ettevõtetele; kommunaalvõrgu mastaabis PV-rakendused, mis varustavad elektriga tuhandeid kliente; väikesed, ühe hoone tuuleturbiinid ning massiivsed, kommunaalvõrgu mastaabis tuulemasinad, mida kasutatakse tuuleparkides üle kogu riigi.

Milline tänane laboriuuring annab meile järgmise põlvkonna taastuvenergia tooted ja süsteemid? 

Vesiniku tootmine ja salvestamine; kütuseelemendid; termofotogalvaanika – elektri tootmine soojuse, mitte päikesevalguse abil – ning arenenud tuuleturbiinid.

Millist rolli võivad füüsika ja teised teadusvaldkonnad mängida puhta energiatehnoloogia arendamisel, mis aitab lahendada tõsiseid keskkonnaprobleeme, nagu globaalne kliimamuutus ja õhusaaste?

Lineaarne majandus on raiskav süsteem: paljud väärtuslikud materjalid “kaovad” prügilatesse ning toodetud tooteid kasutatakse pidevalt alaoptimaalselt.

Jäätmekäitlus (JK) kujutab endast väljakutset avalikule võimule, kuna linnastumise kasvuga kaasneb jäätmete hulga suurenemine, omavalitsuse eelarvele langevad majanduslikud koormused ning paratamatult tekivad häiringud keskkonnale ja kohalikele elanikele.

Vastupidiselt lineaarsüsteemile püüab ringmajandus lahutada majanduskasvu piiratud ressursside tarbimisest ning on oma olemuselt taastav ja taastootmist soodustav.

Üleminek ringmajandusele on keeruline, kuna vaid 9 protsenti ülemaailmse majanduse kaupade ja toodete voost ringleb ühel või teisel moel. Selline multidistsiplinaarne ja mitmetahuline protsess vajab olemuslikult tõenduspõhist ja teaduslikult põhjendatud teavet tehtud otsuste võimalike tagajärgede kohta.

Koos tööstuse kasvuga, rahvastiku suurenemise, kiire linnastumise ja elatustaseme tõusuga on viimastel aastakümnetel Euroopa Liidus (EL) raisatud tohutul hulgal materjale. ELi statistika näitab, et 2014. aastal tekkis kuni 2,6 miljardit tonni jäätmeid (määratletud direktiiviga 2008/98/EÜ), millest enamik pärineb majandustegevusest nagu ehitus (34,7%), kaevandamine (28,2%) ja töötlev tööstus (10,2%), samas kui majapidamised andsid 8,3%. Tarbimismustrid, majanduslik jõukus koos prognoositava rahvastiku kasvuga viivad tõenäoliselt lähitulevikus olmejäätmete mahu suurenemiseni. Üldiselt näitab jäätmete teke piiratud suutlikkust kasutada esmaseid ressursse tõhusalt. Lineaarne majandus on põhimõtteliselt üles ehitatud mudel, mis tugineb toorainete kaevandamisele ja nende töötlemisele toodeteks ja võimalikeks kõrvalsaadusteks, mis pärast kasutamist käsitletakse jäätmetena ning ladestatakse peamiselt prügilatesse või jäätmehoidlatesse. Varem on seda mudelit peetud edukaks ja tõhusaks lähenemiseks, mis võimaldas toota tooteid konkurentsivõimeliste hindadega, elavdades arengumaade ja tööstusriikide majandust ning soodustades inimeste tarbimist.

Siiski on m