8. októbra 1975 na vedeckom zasadnutí venovanom 250. výročiu Akadémie vied ZSSR vypracoval akademik Piotr Leonidovič Kapitsa, ktorému bola o tri roky udelená Nobelova cena za fyziku, koncepčnú správu, v ktorej na základe základných fyzikálnych princípov pochoval v podstate všetky typy „Alternatívna energia“, s výnimkou riadenej termonukleárnej fúzie.
Ak chcete zhrnúť úvahy akademika Kapitsu, je možné dosiahnuť nasledujúce:
Hlavným argumentom, ktorý použil Kapitsa vo svojej správe o možnostiach alternatívnej energie, nebol v žiadnom prípade ekonomický prístup, ale fyzické úvahy. Jeho hlavná námietka proti bezuzdnej fascinácii módou už vtedy, pred štyridsiatimi rokmi, bola koncepcia „bezplatnej a ekologickej alternatívnej energie“zjavným obmedzením, ktoré dodnes nie je dovolené: žiaden z alternatívnych zdrojov energie, či už sú to solárne panely, veterné elektrárne alebo rovnaké vodíkové palivové články nedosahovali energetickú a energetickú hustotu, ktorú poskytujú také fosílne palivá ako uhlie, ropa a plyn alebo jadrová energia.
Bohužiaľ, tento druh obmedzenia nemá politickú, ale presne fyzickú povahu - bez ohľadu na štátny systém alebo ideológiu zvolenú v krajine musí každá ekonomika vychádzať v tej či onej miere práve z fyzikálnych zákonov sveta okolo nás. Úsilie vedcov alebo inžinierov nás môže dostatočne priblížiť k teoretickému fyzikálnemu limitu tejto alebo tej technológie, ale, bohužiaľ, je zbytočné pokúšať sa preskočiť tento druh obmedzovača.
Takže napríklad limitujúcou konštantou pre slnečnú energiu je takzvaná „slnečná konštanta“, ktorá je na obežnej dráhe našej Zeme 1367 W na meter štvorcový. Bohužiaľ je tento „orbitálny kilowatt“pre nás žijúcich na zemskom povrchu úplne neprístupný. Množstvo slnečnej energie dosahujúcej povrch Zeme ovplyvňuje veľa faktorov: počasie, všeobecná priehľadnosť atmosféry, oblaky a hmla, výška Slnka nad horizontom.
Najdôležitejšia je ale rotácia našej planéty okolo svojej osi, ktorá okamžite znižuje dostupnú energiu slnečnej konštanty takmer o polovicu: v noci je Slnko pod horizontom. Výsledkom je, že my, obyvatelia Zeme, sa musíme uspokojiť s maximálne desatinou orbitálnej slnečnej konštanty.
Nech sa už vezme do úvahy akýkoľvek zdroj energie, možno ho charakterizovať dvoma parametrami: hustotou energie - to znamená jej množstvom na jednotku objemu - a rýchlosťou jeho prenosu (šírenia). Produktom týchto veličín je maximálny výkon, ktorý je možné získať z jednotkového povrchu pomocou tohto typu energie.
Propagačné video:
Povedzme slnečná energia. Jeho hustota je zanedbateľná. Ale šíri sa obrovskou rýchlosťou - rýchlosťou svetla. Vďaka tomu tok slnečnej energie prichádzajúci na Zem a oživujúci všetko nie je vôbec malý - viac ako kilowatt na meter štvorcový. Bohužiaľ, tento tok je dostatočný pre život na planéte, ale ako hlavný zdroj energie pre ľudstvo je mimoriadne neúčinný. Ako poznamenal P. Kapitsa, na úrovni mora, berúc do úvahy straty v atmosfére, môže človek skutočne použiť tok 100 - 200 wattov na meter štvorcový. Aj dnes je účinnosť zariadení, ktoré premieňajú slnečnú energiu na elektrinu, 15%. Aby sme pokryli iba potreby jednej modernej domácnosti, je potrebný prevodník s rozlohou najmenej 40 - 50 metrov štvorcových. A s cieľom nahradiť zdroje fosílnych palív slnečnou energiou,je potrebné vybudovať súvislý pás solárnych batérií široký 50-60 kilometrov pozdĺž celej pevninskej časti rovníka. Je celkom zrejmé, že takýto projekt v dohľadnej budúcnosti nemožno zrealizovať ani z technických, finančných ani politických dôvodov.
Opačným príkladom sú palivové články, pri ktorých dochádza k priamej premene chemickej energie oxidácie vodíka na elektrinu.
Petr Kapitsa napísal: „V praxi je hustota energetického toku veľmi nízka a zo štvorcového metra elektródy je možné odobrať iba 200 wattov. Pri výkone 100 megawattov dosahuje pracovná plocha elektród kilometer štvorcový a nie je nádej, že kapitálové náklady na výstavbu takejto elektrárne budú odôvodnené energiou, ktorú generuje. To znamená, že palivové články je možné použiť iba tam, kde nie je potrebný vysoký výkon. Ale pre makroenergiu sú zbytočné. ““
Tu je hustota energie vysoká a účinnosť takejto premeny tiež vysoká, dosahuje 70 alebo viac percent. Ale rýchlosť jeho prenosu je extrémne nízka, obmedzená veľmi nízkou rýchlosťou difúzie iónov v elektrolytoch. Výsledkom je, že hustota energetického toku je približne rovnaká ako v prípade slnečnej energie. Petr Kapitsa napísal: „V praxi je hustota energetického toku veľmi nízka a zo štvorcového metra elektródy je možné odobrať iba 200 wattov. Pri výkone 100 megawattov dosahuje pracovná plocha elektród štvorcový kilometer a nie je nádej, že kapitálové náklady na výstavbu takejto elektrárne budú odôvodnené energiou, ktorú generuje. “To znamená, že palivové články je možné použiť iba tam, kde nie je potrebný vysoký výkon. Ale pre makroenergiu sú zbytočné.
Takže dôsledným hodnotením veternej energie, geotermálnej energie, energie vĺn, vodnej energie Kapitsa tvrdil, že všetky tieto sú podľa názoru amatéra dosť sľubné, zdroje nikdy nebudú schopné vážne konkurovať fosílnym palivám: hustota veternej energie a energia morských vĺn je nízka; nízka tepelná vodivosť hornín obmedzuje geotermálne stanice v miernom rozsahu; s vodnou energiou je každý dobrý, ale aby to bolo efektívne, sú potrebné buď horské rieky - keď je možné zdvihnúť hladinu vody do veľkej výšky a zabezpečiť tak vysokú hustotu gravitačnej energie vody - je ich však málo, alebo je potrebné zabezpečiť obrovské plochy nádrží a zničiť úrodné pôda.
Pokojný atóm sa nikam neponáhľa
Petr Leonidovič Kapitsa sa vo svojej správe osobitne dotkol jadrovej energie a poukázal na tri hlavné problémy týkajúce sa spôsobu jej vzniku ako hlavného zdroja energie pre ľudstvo: problém s likvidáciou rádioaktívneho odpadu, kritické nebezpečenstvo katastrof v jadrových elektrárňach a problém nekontrolovaného šírenia plutónia a jadrových technológií. O desať rokov neskôr, v Černobyle, sa svet mohol ubezpečiť, že poisťovacie spoločnosti a akademik Kapitsa boli pri hodnotení nebezpečenstva jadrovej energie viac než správne. Takže zatiaľ sa nehovorí o prenose svetovej energie na jadrové palivo, aj keď možno očakávať zvýšenie jeho podielu na priemyselnej výrobe elektriny.
Petr Kapitsa vložil svoje najväčšie nádeje do termonukleárnej energie. Za posledných tridsať nepárnych rokov sa však napriek obrovskému úsiliu vedcov z rôznych krajín problém kontrolovanej termonukleárnej fúzie nielenže nepodarilo vyriešiť, ale v priebehu času pochopenie zložitosti problému iba narástlo.
V novembri 2006 sa Rusko, Európska únia, Čína, India, Japonsko, Južná Kórea a USA dohodli na začatí výstavby experimentálneho termonukleárneho reaktora ITER založeného na princípe magnetického ohraničenia vysokoteplotnej plazmy, ktorý má poskytnúť 400 megawattov tepelnej energie na 400 sekúnd. Na zhodnotenie tempa vývoja môžem povedať, že v rokoch 1977-1978. autor sa podieľal na analýze možnosti „napájania“ITERu vypaľovaním tablety s pevným vodíkom do plazmy. Myšlienka laserovej fúzie založená na rýchlej kompresii vodíkového terča pomocou laserového žiarenia tiež nie je v najlepšom stave.
Veľmi drahá sci-fi …
Ale čo vodíková energia a povestné biopalivo, ktoré sa dnes najaktívnejšie propaguje? Prečo im Kapitsa vôbec nevenovala pozornosť? Ľudstvo koniec koncov používa biopalivo vo forme palivového dreva už celé storočia a vodíková energia sa dnes javí taká sľubná, že takmer každý deň sa objavujú správy, že najväčšie automobilové spoločnosti demonštrujú koncepčné vozidlá poháňané vodíkovým palivom! Bol akademik skutočne taký krátkozraký? Bohužiaľ … Nemôže existovať žiadny vodík alebo dokonca bioenergia v doslovnom zmysle slova.
Pokiaľ ide o vodíkovú energiu, pretože na Zemi neexistujú žiadne prirodzené usadeniny vodíka, jeho prívrženci sa snažia vymyslieť stroj na trvalý pohyb v planetárnom meradle, nie viac a nič menej. Existujú dva spôsoby, ako získať vodík v priemyselnom meradle: buď elektrolýzou na rozloženie vody na vodík a kyslík, ale to si vyžaduje energiu, ktorá je zjavne lepšia ako tá, ktorá sa potom uvoľní, keď sa vodík spáli a premení späť na vodu, alebo … zo zemného plynu pomocou katalyzátorov a opäť spotreba energie - ktorú je potrebné získať … opäť spaľovaním prírodných fosílnych palív! Je pravda, že ani v druhom prípade nejde o „stroj s permanentným pohybom“: pri spaľovaní takto získaného vodíka sa stále vytvára ďalšia energia. Bude to však oveľa menej, ako by sa dosiahlo priamym spaľovaním zemného plynu,obísť jeho premenu na vodík. To znamená, že „elektrolytický vodík“vôbec nie je palivom, je to iba „akumulátor“energie získanej z iného zdroja … ktorý jednoducho neexistuje. Použitie vodíka získaného zo zemného plynu pravdepodobne trochu zníži emisie oxidu uhličitého do atmosféry, pretože tieto emisie budú spojené iba s výrobou energie potrebnej na získanie vodíka. Ale na druhej strane, v dôsledku tohto procesu bude celková spotreba neobnoviteľných fosílnych palív iba rásť!pretože tieto emisie budú spojené iba s výrobou energie potrebnej na výrobu vodíka. Ale na druhej strane, v dôsledku tohto procesu bude celková spotreba neobnoviteľných fosílnych palív iba rásť!pretože tieto emisie budú spojené iba s výrobou energie potrebnej na výrobu vodíka. Ale na druhej strane, v dôsledku tohto procesu bude celková spotreba neobnoviteľných fosílnych palív iba rásť!
Situácia s „bioenergiou“nie je o nič lepšia. V tomto prípade hovoríme buď o oživení starej myšlienky používania rastlinných a živočíšnych tukov na pohon spaľovacích motorov (prvá „nafta“nafty bežala na arašidovom oleji), alebo o použití etylalkoholu získaného fermentáciou prírodných - obilia, kukurice, ryže, trstiny atď. - alebo podrobené hydrolýze (tj. rozkladu vlákniny na cukry) - poľnohospodárskych výrobkov.
Pokiaľ ide o výrobu olejov, jedná sa o výrobu s mimoriadne nízkou účinnosťou, podľa „kritérií spoločnosti Kapitsa“. Napríklad výnos arašidov je najlepšie 50 c / ha. Aj pri troch úrodách ročne nepresiahne úroda orechov 2 kg ročne na meter štvorcový. Z tohto počtu orechov sa najlepšie získa 1 kg oleja: energetický výkon je o niečo viac ako 1 watt na meter štvorcový - to znamená o dva rády menej ako slnečná energia dostupná z rovnakého štvorcového metra. Zároveň sme nebrali do úvahy skutočnosť, že získanie takýchto plodín si vyžaduje intenzívne používanie energeticky náročných hnojív, spotrebu energie na obrábanie pôdy a zavlažovanie. To znamená, že na pokrytie súčasných potrieb ľudstva by bolo potrebné úplne zasiať pár svetov arašidmi. Vykonaním podobného výpočtu pre energiu „alkoholu“je ľahké sa uistiťže jeho účinnosť je ešte nižšia ako účinnosť „naftového“agrocyklu.
… Je to však veľmi výhodné pre ekonomiku „mydlovej bubliny“.
Sme naši, vybudujeme nový svet
Výsledkom obmedzovačov slnečnej energie boli poznatky, ktoré boli dobre dostupné už v roku 1975: v skutočnosti z jedného metra zemského povrchu nemožno zhromaždiť viac ako 100 - 200 wattov priemernej dennej slnečnej energie. Inými slovami, na uspokojenie aj súčasných potrieb ľudstva by bola oblasť solárnych elektrární umiestnených na povrchu Zeme jednoducho obrovská.
Na umiestnenie solárnych panelov by bol navyše najvhodnejší pás zemského povrchu pozdĺž zemského rovníka - alebo v púštnych tropických oblastiach, zatiaľ čo väčšina spotrebiteľov slnečnej energie sa nachádza v miernom pásme severnej pologule. Výsledkom je, že abstraktné „štvorce“solárnych panelov na Sahare, ktoré tak radi kreslia apologétov neobmedzenej slnečnej energie, sa ukážu ako virtuálny predpoklad.
To však v žiadnom prípade nezastavilo tých, ktorí školský kurz fyziky úplne nezvládli. Projekty solárneho rozvoja Sahary vznikali a vznikajú so závideniahodnou pravidelnosťou.
Napríklad európska spoločnosť Desertec založená v roku 2003 sa pokúsila realizovať megaprojekt na výstavbu solárnych elektrární v Tunisku, Líbyi a Egypte na dodávku solárnej elektriny do západnej Európy, a to aj napriek účasti na projekte takých veľkých korporácií a bánk ako Siemens, Bosch, ABB a Deutche Bank, o desať rokov neskôr, v roku 2013, v tichosti skrachovala. Ukázalo sa, že náklady na výstavbu a údržbu elektrární na Sahare a náklady na prepravu elektriny na tisíce kilometrov, dokonca aj so „voľnou“slnečnou konštantou na Sahare, ktorá nebola zatemnená mrakmi alebo hmlami, boli jednoducho neúnosné.
Situácia nie je o nič ružovejšia v samotnom západoeurópskom priemysle solárnej energie, kde už druhé desaťročie po sebe rôzne krajiny a fondy vyčlenili bilióny dolárov na rozvoj slnečnej a veternej energie. Napriek „zlatému dažďu“, ktorý sa výdatne valil na sektor obnoviteľnej energie (OZE) a na všestrannú politickú podporu pre obnoviteľné zdroje energie (aj kvôli nútenému odstaveniu jadrových elektrární a uhoľných tepelných elektrární), nebol „prechodný cieľ“pre OZE od roku 2016 v žiadnom prípade tak pôsobivé.
Takže do roku 2015 mali aj Nemecko a Dánsko, ktoré inštalovali maximálny počet veterných turbín a solárnych panelov, najvyššie ceny elektriny - 29,5 eurocentov a 30,4 eurocentov za kWh. Zároveň sa Bulharsko a Maďarsko, „zaostalé“, pokiaľ ide o inštaláciu obnoviteľných zdrojov energie, kde sa počas sovietskej éry budovali výkonné jadrové elektrárne, mohli pochváliť úplne odlišnými cenami elektriny - 9,6 a 11,5 eurocentmi za kWh.
Dnes hovoríme o tom, že ambiciózny program „2020“v oblasti obnoviteľnej energie, ktorý prijala Európska únia a podľa ktorého by sa do roku 2020 malo vyrábať 20% elektrickej energie v EÚ z obnoviteľných zdrojov, bol položený na plecia európskych daňových poplatníkov, ktorí boli podpísaní za zaplatenie špeciálne nafúknutej tarify na elektrinu. Stačí povedať, že pokiaľ ide o ruskú realitu, Nemci a Dáni platia za každú spotrebovanú kilowatthodinu 20–21 rubľov).
Preto sa ukazuje, že súčasné úspechy obnoviteľných zdrojov energie nesúvisia s ekonomickou realitou ich ziskovosti a ani s pôsobivým pokrokom v zlepšovaní efektívnosti alebo znižovaním ich nákladov na výrobu a údržbu, ale v prvom rade s protekcionistickou politikou krajín EÚ vo vzťahu k obnoviteľným zdrojom energie a s elimináciou akejkoľvek konkurencie. na strane tepelnej alebo jadrovej energetiky, na ktorú sa vzťahujú ďalšie daňové tlaky (poplatky za emisie oxidu uhličitého) alebo dokonca úplný zákaz (ako napríklad jadrová energia v Nemecku).
Americkí vedci tieto čísla a vyhliadky nepoznajú? Samozrejme, že majú. Richard Heinberg vo svojej senzačnej knihe PowerDown: Možnosti a kroky pre post-uhlíkový svet (najpresnejší preklad významu - „Koniec sveta: Príležitosti a kroky v post-uhlíkovom svete“) najpodrobnejším spôsobom opakuje Kapitsovu analýzu a ukazuje, že žiadna bioenergia svet nezachráni.
Tak čo sa deje? Tu je to: iba veľmi naivný človek verí, že dnešná ekonomika, podobne ako pred 150 rokmi, funguje podľa marxistického princípu: „peniaze - komodita - peniaze“. Nový vzorec peňazí a peňazí je kratší a efektívnejší. Z „veľkej ekonomiky“sa rýchlo vylučuje problémové prepojenie v podobe výroby skutočných statkov, ktoré majú pre ľudí skutočnú užitočnosť v obvyklom zmysle slova. Vzťah medzi cenou a úžitkom v hmotnom zmysle - úžitok veci ako jedlo, oblečenie, bývanie, dopravné prostriedky alebo služba ako prostriedok uspokojenia nejakej skutočnej potreby - sa vytráca do zabudnutia, rovnako ako sa stratil vzťah medzi nominálnou hodnotou mince a jej hmotnosťou. drahý kov v ňom uzavretý. Rovnakým spôsobom sú „veci“nového veku očistené od všetkej užitočnosti. Jediná konzumačná schopnosť týchto „vecí“ich jediná „užitočnosť“, ktorá si v ekonomike modernej doby zachováva zmysel, je ich schopnosť predať a inflácia „bublín“sa stáva hlavnou „výrobou“, ktorá prináša zisk. Všeobecná viera v schopnosť predávať vzduch vo forme akcií, opcií, futures a mnohých ďalších „finančných nástrojov“sa stáva hlavnou hybnou silou ekonomiky a hlavným zdrojom kapitálu pre kňazov tejto viery.
Po postupnom praskaní bublín „dot-com“a nehnuteľností a „nanotechnológií“, ktoré priťahujú rozprávkové vyhliadky, ich zväčša naďalej priťahuje bez zjavnej materializácie, americkí finančníci, zdá sa, vážne zamerali svoju pozornosť na alternatívne zdroje energie. Investovaním peňazí do „zelených projektov“a platením za vedecky podloženú reklamu sa môžu spoľahnúť na to, že početní Pinocchio svojím zlatom dokonale oplodnia finančnú oblasť zázrakov.