8. října 1975 na vědeckém zasedání věnovaném 250. výročí Akademie věd SSSR akademik Petr Leonidovič Kapitsa, kterému byla o tři roky později udělena Nobelova cena za fyziku, vypracoval koncepční zprávu, ve které na základě základních fyzikálních principů pohřbil v podstatě všechny typy „Alternativní energie“, s výjimkou řízené termonukleární fúze.
Abychom shrnuli úvahy akademika Kapitsy, došlo k následujícímu:
Hlavním argumentem, který použil Kapitsa ve své zprávě o možnostech alternativní energie, nebyl v žádném případě ekonomický přístup, ale fyzické úvahy. Jeho hlavní námitka proti bezuzdné fascinaci módou už tehdy, před čtyřiceti lety, představovala koncept „bezplatné a ekologické alternativní energie“zjevné omezení, které dodnes není povoleno: žádný z alternativních zdrojů energie, ať už solární panely, větrné farmy nebo vodíkové palivové články však nikdy nedosáhly energetické a energetické hustoty, které poskytují fosilní paliva, jako je uhlí, ropa a plyn, nebo jaderná energie.
Bohužel tento druh omezení nemá politickou, ale právě fyzickou povahu - bez ohledu na státní systém nebo ideologii zvolenou v zemi musí být každá ekonomika v té či oné míře založena na fyzikálních zákonech světa kolem nás. Úsilí vědců nebo inženýrů nás může dostat dost blízko k teoretickému fyzickému limitu konkrétní technologie, ale bohužel je naprosto zbytečné pokoušet se přeskočit takový omezovač.
Například limitní konstantou pro sluneční energii je takzvaná „sluneční konstanta“, která je 1367 W na metr čtvereční na oběžné dráze naší Země. Bohužel tento „orbitální kilowatt“je pro nás žijící na zemském povrchu zcela nepřístupný. Množství sluneční energie dopadající na zemský povrch je ovlivňováno mnoha faktory: počasím, celkovou průhledností atmosféry, mraky a mlhou, výškou Slunce nad obzorem.
Nejdůležitější je ale rotace naší planety kolem její osy, která okamžitě snižuje dostupnou energii sluneční konstanty téměř o polovinu: v noci je Slunce pod horizontem. Ve výsledku se my, obyvatelé Země, musíme uspokojit maximálně s desetinou orbitální sluneční konstanty.
Bez ohledu na to, jaký zdroj energie je považován, lze jej charakterizovat dvěma parametry: hustotou energie - tj. Jejím množstvím na jednotku objemu - a rychlostí jeho přenosu (šíření). Produktem těchto veličin je maximální výkon, který lze získat z jednotkového povrchu pomocí tohoto typu energie.
Propagační video:
Řekněme sluneční energii. Jeho hustota je zanedbatelná. Ale šíří se velkou rychlostí - rychlostí světla. Výsledkem je, že tok sluneční energie přicházející na Zemi a oživující vše není vůbec malý - více než kilowatt na metr čtvereční. Bohužel, tento tok je dostatečný pro život na planetě, ale jako hlavní zdroj energie pro lidstvo je extrémně neúčinný. Jak poznamenal P. Kapitsa, na úrovni moře, s přihlédnutím ke ztrátám v atmosféře, může člověk skutečně použít tok 100-200 wattů na metr čtvereční. I dnes je účinnost zařízení, která přeměňují sluneční energii na elektřinu, 15%. Aby bylo možné pokrýt pouze potřeby jedné moderní domácnosti, je zapotřebí převodník o ploše nejméně 40-50 metrů čtverečních. A aby bylo možné nahradit fosilní zdroje energie solární energií,je nutné vybudovat souvislý pás solárních baterií široký 50-60 kilometrů podél celé pozemní části rovníku. Je zcela zřejmé, že takový projekt nelze v dohledné budoucnosti realizovat ani z technických, finančních ani politických důvodů.
Opačným příkladem jsou palivové články, kde dochází k přímé přeměně chemické energie oxidace vodíku na elektřinu.
Petr Kapitsa napsal: „V praxi je hustota energetického toku velmi nízká a z metru čtverečního elektrody lze odebrat pouze 200 wattů. Při výkonu 100 megawattů dosahuje pracovní plocha elektrod čtvereční kilometr a není naděje, že kapitálové náklady na vybudování takové elektrárny budou ospravedlněny energií, kterou generuje. To znamená, že palivové články lze použít pouze tam, kde není potřeba vysoký výkon. Ale pro makroenergii jsou k ničemu. ““
Zde je hustota energie vysoká a účinnost takové přeměny je také vysoká a dosahuje 70 nebo více procent. Ale rychlost jeho přenosu je extrémně nízká, omezená velmi nízkou rychlostí difúze iontů v elektrolytech. Výsledkem je, že hustota energetického toku je přibližně stejná jako u sluneční energie. Petr Kapitsa napsal: „V praxi je hustota energetického toku velmi nízká a z metru čtverečního elektrody lze odebrat pouze 200 wattů. Při výkonu 100 megawattů dosahuje pracovní plocha elektrod čtvereční kilometr a není naděje, že kapitálové náklady na vybudování takové elektrárny budou ospravedlněny energií, kterou generuje. “To znamená, že palivové články lze použít pouze tam, kde není potřeba vysoký výkon. Ale pro makroenergii jsou k ničemu.
Při důsledném posuzování větrné energie, geotermální energie, energie vln, vodní energie tedy Kapitsa tvrdil, že to všechno je podle názoru amatérů docela slibné, že zdroje nikdy nebudou schopny vážně konkurovat fosilním palivům: hustota větrné energie a energie mořských vln je nízká; nízká tepelná vodivost hornin omezuje geotermální stanice ve skromném měřítku; s vodní energií je každý dobrý, ale aby to bylo efektivní, jsou potřeba buď horské řeky - když lze hladinu vody zvednout do velké výšky a zajistit tak vysokou hustotu gravitační energie vody - ale je jich málo, nebo je nutné zajistit obrovské plochy nádrží a zničit úrodné přistát.
Mírumilovný atom nespěchá
Ve své zprávě se Petr Leonidovič Kapitsa zvláště dotkl jaderné energie a zmínil tři hlavní problémy týkající se způsobu jejího vzniku jako hlavního zdroje energie pro lidstvo: problém s likvidací radioaktivního odpadu, kritické nebezpečí katastrof v jaderných elektrárnách a problém nekontrolovaného šíření plutonia a jaderných technologií. O deset let později, v Černobylu, se svět dokázal ujistit, že pojišťovací společnosti a akademik Kapitsa byly při hodnocení nebezpečí jaderné energie více než správné. Zatím se tedy nemluví o přenosu světové energie na jaderné palivo, i když lze očekávat zvýšení jejího podílu na průmyslové výrobě elektřiny.
Petr Kapitsa vložil své největší naděje do termonukleární energie. Za posledních třicet let však navzdory obrovskému úsilí vědců z různých zemí nebyl problém řízené termonukleární fúze nejen vyřešen, ale v průběhu času se pochopení složitosti problému spíše rozrostlo.
V listopadu 2006 se Rusko, Evropská unie, Čína, Indie, Japonsko, Jižní Korea a USA dohodly na zahájení výstavby experimentálního termonukleárního reaktoru ITER, založeného na principu magnetického omezení vysokoteplotní plazmy, který by měl poskytovat 400 megawattů tepelné energie po dobu 400 sekund. K hodnocení tempa vývoje mohu říci, že v letech 1977-1978. autor se podílel na analýze možnosti „krmení“ITER vypalováním tablety s pevným vodíkem do plazmy. Myšlenka laserové fúze, založená na rychlé kompresi vodíkového cíle pomocí laserového záření, také není v nejlepším stavu.
Velmi drahá sci-fi …
Ale co vodíková energie a notoricky známé biopalivo, které se dnes aktivně propaguje? Proč jim Kapitsa vůbec nevěnovala pozornost? Lidstvo koneckonců používá biopaliva ve formě palivového dřeva po celá staletí a vodíková energie se dnes zdá být tak slibná, že téměř každý den se objevují zprávy, že největší automobilové společnosti předvádějí koncepční vozy na vodíkové palivo! Byl akademik opravdu tak krátkozraký? Bohužel … Žádný vodík nebo dokonce bioenergie v doslovném smyslu slova nemůže existovat.
Pokud jde o vodíkovou energii, protože na Zemi neexistují žádné přirozené usazeniny vodíku, snaží se její přívrženci vymyslet stroj s neustálým pohybem v planetárním měřítku, nic víc a nic méně. Existují dva způsoby, jak získat vodík v průmyslovém měřítku: buď elektrolýzou k rozložení vody na vodík a kyslík, ale to vyžaduje energii, která je zjevně lepší než ta, která se pak uvolňuje při spalování vodíku a přeměňuje se zpět na vodu, nebo … ze zemního plynu pomocí katalyzátorů a opět spotřeba energie - kterou je třeba získat … opět spalováním přírodních fosilních paliv! Je pravda, že ani v druhém případě se nejedná o „stroj s permanentním pohybem“: během spalování takto získaného vodíku se stále generuje další energie. Bude to ale mnohem méně, než kolik by bylo získáno přímým spalováním zemního plynu,obcházet jeho přeměnu na vodík. To znamená, že „elektrolytický vodík“vůbec není palivo, je to jen „akumulátor“energie získané z jiného zdroje … který prostě neexistuje. Použití vodíku získaného ze zemního plynu pravděpodobně trochu sníží emise oxidu uhličitého do atmosféry, protože tyto emise budou spojeny pouze s výrobou energie potřebné k získání vodíku. Ale na druhou stranu v důsledku tohoto procesu bude celková spotřeba neobnovitelných fosilních paliv pouze růst!protože tyto emise budou spojeny pouze s výrobou energie potřebné k výrobě vodíku. Ale na druhou stranu v důsledku tohoto procesu bude celková spotřeba neobnovitelných fosilních paliv pouze růst!protože tyto emise budou spojeny pouze s výrobou energie potřebné k výrobě vodíku. Ale na druhou stranu v důsledku tohoto procesu bude celková spotřeba neobnovitelných fosilních paliv pouze růst!
Situace s „bioenergií“není o nic lepší. V tomto případě mluvíme buď o oživení staré myšlenky používání rostlinných a živočišných tuků k pohonu spalovacích motorů (první „nafta“Dieselu běžela na arašídovém oleji), nebo o použití ethylalkoholu získaného fermentací přírodních - obilí, kukuřice, rýže, třtiny atd. - nebo podrobené hydrolýze (tj. rozkladu vlákniny na cukry) - zemědělské produkty.
Pokud jde o výrobu olejů, jedná se o výrobu s extrémně nízkou účinností podle „kritérií společnosti Kapitsa“. Například výnos arašídů je nejlépe 50 c / ha. I při třech sklizních ročně těžba ořechů stěží překročí 2 kg ročně na metr čtvereční. Z tohoto počtu ořechů bude v nejlepším případě získán 1 kg oleje: energetický výkon je o něco více než 1 watt na metr čtvereční - to znamená o dva řády méně než sluneční energie dostupná ze stejného metru čtverečního. Současně jsme nezohlednili skutečnost, že získávání těchto plodin vyžaduje intenzivní používání energeticky náročných hnojiv, spotřebu energie na kultivaci půdy a zavlažování. To znamená, že k pokrytí současných potřeb lidstva by bylo nutné zcela zasít pár světů arašídy. Provedení podobného výpočtu pro „alkoholovou“energii je snadné zajistitže jeho účinnost je ještě nižší než u agrocyklu „nafta“.
… Ale je to velmi výhodné pro ekonomiku "mýdlové bubliny".
Jsme naši, vybudujeme nový svět
Výsledkem omezovačů sluneční energie byly znalosti, které byly dobře dostupné již v roce 1975: ve skutečnosti z jednoho metru zemského povrchu nelze sbírat více než 100-200 wattů průměrné denní sluneční energie. Jinými slovy, pro uspokojení i současných potřeb lidstva by oblast solárních elektráren umístěných na povrchu Země byla prostě obrovská.
Kromě toho by pro umístění solárních panelů byl nejvhodnější pás zemského povrchu podél zemského rovníku - nebo v pouštních tropických oblastech, zatímco většina spotřebitelů sluneční energie se nachází v mírném pásmu severní polokoule. Výsledkem je, že abstraktní „čtverce“solárních panelů na Sahaře, které tak rádi přitahují obhájce neomezené sluneční energie, se stanou pouhým virtuálním předpokladem.
To však v žádném případě nezastavilo ty, kteří úplně nezvládli školní kurz fyziky. Projekty solárního rozvoje Sahary vznikají a objevují se záviděníhodnou pravidelností.
Například evropská společnost Desertec, založená v roce 2003, se pokusila realizovat megaprojekt na výstavbu solárních elektráren v Tunisku, Libyi a Egyptě na dodávku solární elektřiny do západní Evropy, a to navzdory účasti na projektu tak velkých společností a bank, jako jsou Siemens, Bosch, ABB a Deutche Bank, o deset let později, v roce 2013, tiše zkrachovala. Ukázalo se, že náklady na stavbu a údržbu elektráren na Sahaře a náklady na přepravu elektřiny na tisíce kilometrů, dokonce i se „volnou“solární konstantou na Sahaře, která nebyla zatemněna mračny nebo mlhami, byly jednoduše prohibitivní.
Situace již není růžová se samotným průmyslem solární energie v západní Evropě, kde již druhé desetiletí po sobě různé země a fondy přidělují biliony dolarů na rozvoj solární a větrné energie. Navzdory „zlatému dešti“, který se hojně valil na sektor obnovitelných zdrojů energie (OZE) a na všestrannou politickou podporu pro energii z obnovitelných zdrojů (i kvůli nucenému uzavírání jaderných elektráren a uhelných tepelných elektráren), nebyl „přechodný cíl“pro OZE od roku 2016 v žádném případě tak působivé.
Takže do roku 2015 měly Německo a Dánsko, které instalovaly maximální počet větrných turbín a solárních panelů, také nejvyšší ceny elektřiny - 29,5 eurocentů a 30,4 eurocentů za kWh. Zároveň se Bulharsko a Maďarsko, „zaostalé“, pokud jde o instalaci obnovitelných zdrojů energie, ve kterých byly během sovětské éry postaveny výkonné jaderné elektrárny, mohly pochlubit zcela odlišnými cenami elektřiny - 9,6 a 11,5 eurocentů za kWh.
Dnes hovoříme o tom, že ambiciózní program „2020“v oblasti obnovitelné energie, který byl přijat Evropskou unií a podle kterého by do roku 2020 mělo být 20% elektřiny v EU vyrobeno z obnovitelných zdrojů, byl položen na bedra evropských daňových poplatníků, kteří byli podepsáni k platbě speciálně nadsazeného tarifu pro elektřinu. Stačí říci, že pokud jde o ruskou realitu, Němci a Dánové platí za každou spotřebovanou kilowatthodinu 20–21 rublů).
Ukazuje se tedy, že současné úspěchy obnovitelných zdrojů energie nesouvisejí s ekonomickou realitou jejich ziskovosti a ani s působivým pokrokem ve zlepšování efektivity nebo snižování jejich nákladů na výrobu a údržbu, ale především s protekcionistickou politikou zemí EU ve vztahu k obnovitelným zdrojům energie a vyloučení jakékoli konkurence. ze strany tepelného nebo jaderného energetického průmyslu, který je vystaven dalším daňovým tlakům (poplatky za emise oxidu uhličitého) nebo dokonce přímému zákazu (jako je jaderná energie v Německu).
Američtí vědci neznají tato čísla a vyhlídky? Samozřejmě, že ano. Richard Heinberg ve své uznávané knize PowerDown: Možnosti a akce pro post-uhlíkový svět (nejpřesnější překlad významu je „The End of the World: Possencies and Actions in the Post-Carbon World“) opakuje Kapitzovu analýzu nejpodrobněji a ukazuje, že žádná bioenergie svět nezachrání.
Tak o co jde? Tady je to: jen velmi naivní člověk věří, že dnešní ekonomika, stejně jako před 150 lety, funguje podle marxistického principu: „peníze - komodita - peníze“. Nový vzorec peněz a peněz je kratší a efektivnější. Z „velké ekonomiky“je rychle vyloučeno problematické propojení v podobě výroby skutečných statků, které mají pro lidi skutečnou užitečnost v obvyklém slova smyslu. Vztah mezi cenou a užitkem v hmotném smyslu - užitečnost věci jako jídlo, oděv, bydlení, dopravní prostředek nebo služba jako prostředek k uspokojení nějaké skutečné potřeby - se vytrácí do zapomnění stejným způsobem, jako zmizel vztah mezi nominální hodnotou mince a její hmotností. drahý kov v něm uzavřený. Stejným způsobem jsou „věci“nového věku očištěny od veškeré užitečnosti. Jediná náročná kapacita těchto „věcí“jejich jediná „užitečnost“, která si v ekonomice moderní doby zachovává smysl, je jejich schopnost prodat a inflace „bublin“se stává hlavní „výrobou“, která přináší zisk. Univerzální víra ve schopnost prodávat vzduch ve formě akcií, opcí, futures a mnoha dalších „finančních nástrojů“se stává hlavní hybnou silou ekonomiky a hlavním zdrojem kapitálu pro kněze této víry.
Poté, co postupně praskali bubliny „dot-com“a nemovitostí a „nanotechnologií“, které čerpaly báječné vyhlídky, je většinou přitahují bez znatelné materializace, američtí finančníci, jak se zdá, vážně obrátili pozornost k alternativním zdrojům energie. Investovat peníze do „zelených projektů“a platit za vědecky podloženou reklamu se mohou spolehnout na to, že mnoho Pinocchio svým zlatem dokonale oplodní finanční pole zázraků.