8. oktobra 1975 je na znanstvenem zasedanju, posvečenem 250-letnici Akademije znanosti ZSSR, akademik Pyotr Leonidovich Kapitsa, ki mu je bila tri leta kasneje dodeljena Nobelova nagrada za fiziko, izdelal koncept, v katerem je na podlagi osnovnih fizikalnih načel v bistvu pokopal vse vrste "Alternativna energija", z izjemo nadzorovane termonuklearne fuzije.
Če povzamemo premisleke akademika Kapitse, se ti zvedejo na naslednje:
Glavni argument, ki ga je Kapitsa uporabil v svojem poročilu o možnostih alternativne energije, nikakor ni bil ekonomski pristop, temveč fizični vidiki. Njegov glavni ugovor nebrzdanemu navdušenju nad modnimi že takrat, pred štiridesetimi leti, koncepti "brezplačne in okolju prijazne alternativne energije" je bila očitna omejitev, ki do danes ni več dovoljena: noben od alternativnih virov energije, pa naj bodo to sončni kolektorji, vetrne elektrarne ali vendar vodikove gorivne celice še nikoli niso dosegle gostote energije in moči, ki jo zagotavljajo fosilna goriva, kot so premog, nafta in plin ali jedrska energija.
Na žalost tovrstne omejitve niso politične, temveč natančno fizične narave - ne glede na državni sistem ali ideologijo, izbrano v državi, mora vsako gospodarstvo v takšni ali drugačni meri temeljiti na fizičnih zakonitostih sveta okoli nas. Prizadevanja znanstvenikov ali inženirjev nas lahko pripeljejo dovolj blizu teoretične fizične meje določene tehnologije, a žal je povsem neuporabno poskušati preskočiti takšno omejitev.
Tako je na primer mejna konstanta sončne energije tako imenovana "sončna konstanta", ki je v orbiti naše Zemlje 1367 W na kvadratni meter. Žal je ta "orbitalni kilovat" popolnoma nedostopen nam, ki živimo na zemeljski površini. Na količino sončne energije, ki doseže zemeljsko površje, vpliva veliko dejavnikov: vreme, splošna preglednost ozračja, oblaki in megla, višina Sonca nad obzorjem.
A najpomembnejše je vrtenje našega planeta okoli svoje osi, ki takoj zmanjša razpoložljivo energijo sončne konstante skoraj za polovico: ponoči je Sonce pod obzorjem. Posledično se moramo prebivalci Zemlje zadovoljiti z največ desetino orbitalne sončne konstante.
Ne glede na vir energije ga lahko označimo z dvema parametroma: gostota energije - to je njegova količina na enoto prostornine - in hitrost njenega prenosa (širjenja). Zmnožek teh količin je največja moč, ki jo lahko dobimo iz enote površine s to vrsto energije.
Promocijski video:
Recimo sončna energija. Njegova gostota je zanemarljiva. A širi se z veliko hitrostjo - svetlobno hitrostjo. Posledično pretok sončne energije, ki prihaja na Zemljo in vsemu daje življenje, sploh ni majhen - več kot kilovat na kvadratni meter. Žal je ta tok dovolj za življenje na planetu, a ker je glavni vir energije za človeštvo izjemno neučinkovit. Kot je opozoril P. Kapitsa, lahko človek na morski gladini ob upoštevanju izgub v ozračju dejansko uporabi pretok 100-200 vatov na kvadratni meter. Še danes je učinkovitost naprav, ki pretvarjajo sončno energijo v električno, 15-odstotna. Za pokrivanje samo gospodinjskih potreb enega sodobnega gospodinjstva je potreben pretvornik s površino najmanj 40-50 kvadratnih metrov. In da bi vire fosilnih goriv nadomestili s sončno energijo,po celotnem kopenskem delu ekvatorja je treba zgraditi neprekinjen pas sončnih baterij, širokih 50–60 kilometrov. Povsem očitno je, da takšnega projekta v bližnji prihodnosti ni mogoče izvesti niti iz tehničnih, finančnih niti političnih razlogov.
Nasproten primer so gorivne celice, kjer pride do neposredne pretvorbe kemične energije oksidacije vodika v električno energijo.
Petr Kapitsa je zapisal: »V praksi je gostota energijskega pretoka zelo majhna in s kvadratnega metra elektrode je mogoče odstraniti le 200 vatov. Za 100 megavatov moči delovno območje elektrod doseže kvadratni kilometer in ni upanja, da bodo kapitalski stroški gradnje takšne elektrarne upravičeni z energijo, ki jo ustvarjajo. To pomeni, da se gorivne celice lahko uporabljajo samo tam, kjer ni potrebna velika moč. A za makroenergijo so neuporabni."
Tu je gostota energije velika in tudi izkoristek takšne pretvorbe je visok, doseže 70 odstotkov ali več. Toda hitrost njegovega prenosa je izredno nizka, omejena z zelo nizko hitrostjo difuzije ionov v elektrolitih. Posledično je gostota energijskega pretoka približno enaka kot pri sončni energiji. Petr Kapitsa je zapisal: »V praksi je gostota energijskega pretoka zelo majhna in s kvadratnega metra elektrode je mogoče odstraniti le 200 vatov. Za 100 megavatov moči delovno območje elektrod doseže kvadratni kilometer in ni upanja, da bodo kapitalski stroški gradnje takšne elektrarne upravičeni z energijo, ki jo ustvarjajo. To pomeni, da se gorivne celice lahko uporabljajo samo tam, kjer ni potrebna velika moč. A za makroenergijo so neuporabni.
Torej, Kapitsa je dosledno ocenjeval energijo vetra, geotermalno energijo, energijo valov, hidroenergijo in trdil, da so vse te po mnenju amaterja precej obetavne, viri pa se nikoli ne bodo mogli resno kosati s fosilnimi gorivi: gostota vetrne energije in energija morskih valov sta nizki; nizka toplotna prevodnost kamnin omejuje geotermalne postaje na skromen obseg; vsi so dobri s hidroenergijo, toda za njeno učinkovitost so potrebne bodisi gorske reke - kadar je mogoče gladino vode dvigniti na veliko višino in s tem zagotoviti visoko gostoto gravitacijske energije vode -, vendar jih je malo, ali pa je treba zagotoviti ogromne površine zadrževalnikov in uničiti rodovitne zemljišča.
Mirnemu atomu se nikamor ne mudi
Petr Leonidovič Kapica se je v svojem poročilu posebej dotaknil jedrske energije in opozoril na tri glavne težave na poti njenega nastajanja kot glavnega vira energije za človeštvo: problem odlaganja radioaktivnih odpadkov, kritično nevarnost nesreč v jedrskih elektrarnah in problem nenadzorovanega širjenja plutonija in jedrskih tehnologij. Deset let kasneje se je svet v Černobilu lahko prepričal, da so zavarovalnice in akademik Kapitsa več kot prav ocenili nevarnost jedrske energije. Zaenkrat še ni govora o prenosu svetovne energije na jedrsko gorivo, čeprav lahko pričakujemo povečanje njenega deleža v industrijski proizvodnji električne energije.
Pyotr Kapitsa je svoje največje upanje polagal na termonuklearno energijo. Vendar pa v zadnjih tridesetih letih kljub izjemnim prizadevanjem znanstvenikov iz različnih držav problem nadzorovane termonuklearne fuzije ne samo da ni bil rešen, ampak je sčasoma razumevanje zapletenosti problema le naraščalo.
Novembra 2006 so se Rusija, Evropska unija, Kitajska, Indija, Japonska, Južna Koreja in ZDA dogovorile, da bodo začele graditi eksperimentalni termonuklearni reaktor ITER, ki temelji na principu magnetnega omejevanja visokotemperaturne plazme, ki naj bi zagotavljala 500 megavatov toplotne moči za 400 sekund. Za oceno hitrosti razvoja lahko rečem, da je v letih 1977-1978. avtor je sodeloval pri analizi možnosti "napajanja" ITER s sprožitvijo trdne vodikove tablete v plazmo. Zamisel o laserski fuziji, ki temelji na hitrem stiskanju vodikove tarče z laserskim sevanjem, prav tako ni v najboljšem stanju.
Zelo draga znanstvena fantastika …
Kaj pa energija vodika in razvpita biogoriva, ki jih danes najbolj aktivno promoviramo? Zakaj Kapitsa nanje sploh ni bila pozorna? Konec koncev človeštvo že stoletja uporablja biogorivo v obliki drv, vodikova energija pa se danes zdi tako obetavna, da skoraj vsak dan poročajo, da največja avtomobilska podjetja na konceptne avtomobile predstavljajo konceptna vozila! Je bil akademik res tako kratkoviden? Žal … Vodik ali celo bioenergija v dobesednem pomenu besede ne more obstajati.
Kar zadeva vodikovo energijo, ker na Zemlji ni naravnih nahajališč vodika, si njeni privrženci poskušajo izumiti večni stroj na planetarni ravni, nič več in nič manj. Obstajata dva načina za pridobivanje vodika v industrijskem merilu: bodisi z elektrolizo za razgradnjo vode na vodik in kisik, vendar je za to potrebna energija, ki je očitno boljša od tiste, ki se nato sprosti, ko vodik sežge in pretvori nazaj v vodo, ali … iz zemeljskega plina z uporabo katalizatorjev in spet poraba energije - ki jo je treba doseči … spet s sežiganjem naravnih fosilnih goriv! Res je, da v slednjem primeru še vedno ni "večni gibalni stroj": med zgorevanjem tako pridobljenega vodika še vedno nastaja nekaj dodatne energije. Ampak to bo veliko manj, kot bi ga dobili z neposrednim zgorevanjem zemeljskega plina,mimo pretvorbe v vodik. To pomeni, da "elektrolitski vodik" sploh ni gorivo, je le "akumulator" energije, pridobljene iz drugega vira … ki pa preprosto ne obstaja. Uporaba vodika, pridobljenega iz zemeljskega plina, bo morda nekoliko zmanjšala emisije ogljikovega dioksida v ozračje, saj bodo te emisije povezane samo z ustvarjanjem energije, potrebne za pridobivanje vodika. Toda po drugi strani bo kot rezultat postopka skupna poraba neobnovljivih fosilnih goriv samo naraščala!saj bodo te emisije povezane samo s proizvodnjo energije, potrebne za proizvodnjo vodika. Toda po drugi strani bo kot rezultat postopka skupna poraba neobnovljivih fosilnih goriv samo naraščala!saj bodo te emisije povezane samo s proizvodnjo energije, potrebne za proizvodnjo vodika. Toda po drugi strani bo kot rezultat postopka skupna poraba neobnovljivih fosilnih goriv samo naraščala!
Situacija z "bioenergijo" ni nič boljša. V tem primeru govorimo bodisi o oživitvi stare ideje o uporabi rastlinskih in živalskih maščob za pogon motorjev z notranjim zgorevanjem (prvi Diesel Diesel je poganjal arašidovo olje) bodisi o uporabi etilnega alkohola, pridobljenega s fermentacijo naravnih - zrnja, koruze, riža, trsa itd. - ali podvrženi hidrolizi (torej razgradnji vlaknin v sladkorje) - kmetijski proizvodi.
Kar zadeva proizvodnjo olj, gre za proizvodnjo z izredno nizko učinkovitostjo po "kriterijih Kapitsa". Tako je na primer pridelek arašidov v najboljšem primeru 50 c / ha. Tudi pri treh letinah letno pridelek oreščkov komaj preseže 2 kg na leto na kvadratni meter. Iz tega števila oreščkov se bo v najboljšem primeru izkazal 1 kg olja: izhodna energija je nekaj več kot 1 vata na kvadratni meter - to je dva reda velikosti manj kot sončna energija, ki je na voljo iz istega kvadratnega metra. Hkrati nismo upoštevali dejstva, da je za pridobivanje takšnih pridelkov potrebna intenzivna uporaba energetsko intenzivnih gnojil, poraba energije za obdelavo tal in namakanje. To pomeni, da bi bilo treba za pokrivanje današnjih potreb človeštva popolnoma posejati nekaj svetov z arašidi. Z enakim izračunom za "alkoholno" energijo se lahko enostavno prepričamoda je njegova učinkovitost še nižja od "dizelskega" agrocikla.
… Ampak to je zelo koristno za gospodarstvo "milnega mehurčka".
Mi smo naši, zgradili bomo nov svet
Rezultat omejevalcev sončne energije je bilo znanje, ki je bilo dobro dostopno že leta 1975: dejansko z enega metra zemeljske površine ni mogoče zbrati več kot 100-200 vatov povprečne dnevne sončne energije. Z drugimi besedami, da bi zadostili tudi trenutnim potrebam človeštva, bi bilo območje sončnih elektrarn, ki se nahajajo na površju Zemlje, preprosto ogromno.
Poleg tega bi bil trak zemeljske površine vzdolž zemeljskega ekvatorja - ali v puščavskih tropskih regijah, medtem ko je večina porabnikov sončne energije v zmernem pasu severne poloble - najprimernejši za postavitev sončnih kolektorjev. Posledično se izkaže, da abstraktni "kvadrati" sončnih kolektorjev v Sahari, ki tako radi rišejo apologete neomejene sončne energije, niso zgolj virtualna predpostavka.
A to nikakor ni ustavilo tistih, ki šolskega tečaja fizike še niso popolnoma obvladali. Projekti za sončni razvoj Sahare so nastajali in nastajajo z zavidljivo pravilnostjo.
Na primer, evropsko podjetje Desertec, ustanovljeno leta 2003, je poskušalo izvesti megaprojekt za izgradnjo sončnih elektrarn v Tuniziji, Libiji in Egiptu za dobavo sončne energije v zahodno Evropo, kljub sodelovanju pri projektu tako velikih korporacij in bank, kot so Siemens, Bosch, ABB in Deutche Bank je deset let kasneje, leta 2013, tiho bankrotirala. Izkazalo se je, da so bili stroški gradnje in vzdrževanja elektrarn v Sahari ter stroški prevoza električne energije na tisoče kilometrov, tudi z "brezplačno" sončno konstanto v Sahari, ki je ne zatemnijo oblaki ali megle, preprosto previsoki.
Situacija ni nič bolj rožnata s samo sončno industrijo v zahodni Evropi, kjer so že drugo desetletje zapored različne države in skladi namenili bilijone dolarjev za razvoj sončne in vetrne energije. Kljub "zlatemu dežju", ki se je obilno prelil na sektor obnovljivih virov energije (OVE) in vsestranski politični podpori obnovljivi energiji (tudi zaradi prisilnega zaprtja jedrskih elektrarn in TE na premog), "vmesni cilj" za OVE od leta 2016 nikakor ni bil tako impresivno.
Tako sta imeli do leta 2015 tudi Nemčija in Danska, ki sta namestili največje število vetrnic in sončnih kolektorjev, najvišji ceni električne energije - 29,5 evrocenta in 30,4 evrocenta na kWh. Hkrati bi se lahko Bolgarija in Madžarska, "zaostali" glede namestitve obnovljivih virov energije, v katerih so bile v času Sovjetske zveze zgrajene močne jedrske elektrarne, lahko pohvalili s povsem različnimi cenami električne energije - 9,6 oziroma 11,5 evrocenta na kWh.
Danes govorimo o tem, da je ambiciozen program "2020" o obnovljivi energiji, ki ga je sprejela Evropska unija in po katerem naj bi se do leta 2020 20% električne energije v EU proizvajalo iz obnovljivih virov, položil na pleča evropskih davkoplačevalcev, ki so bili podpisani za plačilo posebej napihnjene tarife za elektriko. Dovolj je reči, da Nemci in Danci glede na rusko realnost plačujejo 20–21 rubljev za vsako porabljeno kilovatno uro).
Izkazalo se je torej, da sedanji uspehi obnovljivih virov energije niso povezani z ekonomsko realnostjo njihove donosnosti in niti z impresivnim napredkom pri izboljšanju učinkovitosti ali zmanjšanju stroškov njihove proizvodnje in vzdrževanja, ampak predvsem s protekcionistično politiko držav EU v zvezi z obnovljivimi viri energije in odpravo kakršne koli konkurence. s strani termoelektrarne ali jedrske industrije, ki je podvržena dodatnim davčnim pritiskom (pristojbine za emisije ogljikovega dioksida) ali celo popolni prepovedi (kot je jedrska energija v Nemčiji).
No, ameriški znanstveniki ne poznajo teh številk in možnosti? Seveda. Richard Heinberg v svoji priznani knjigi PowerDown: Možnosti in akcije za poogljični svet (najbolj natančen prevod pomena je "Konec sveta: možnosti in dejanja v poogljičnem svetu") najbolj natančno ponavlja Kapitzino analizo in kaže, da nobena bioenergija svet ne bo rešil.
Torej, kaj se dogaja? Tukaj je le: le zelo naiven človek verjame, da gospodarstvo danes, tako kot pred 150 leti, deluje po marksističnem načelu: "denar - blago - denar." Nova formula denar-denar je krajša in učinkovitejša. Težavna povezava v obliki proizvodnje resničnih dobrin, ki imajo resnično korist za ljudi v običajnem pomenu besede, se hitro izrinja iz "velikega gospodarstva". Razmerje med ceno in uporabnostjo v materialnem smislu - uporabnost stvari kot hrana, oblačila, stanovanja, prevozna sredstva ali storitve kot sredstvo za zadovoljevanje nekaterih resničnih potreb - odhaja v pozabo na enak način, kot je izginilo razmerje med apoenom kovanca in njegovo maso. vanjo zaprta plemenita kovina. Na enak način se "stvari" nove dobe očistijo vseh uporabnosti. Edina uporabna sposobnost teh "stvari"njihova edina "uporabnost", ki ohranja pomen v gospodarstvu sodobnega časa, je njihova sposobnost prodaje, napihovanje "mehurčkov" pa postane glavna "proizvodnja", ki prinaša dobiček. Vsesplošno prepričanje v sposobnost prodaje zraka v obliki delnic, opcij, terminskih pogodb in številnih drugih "finančnih instrumentov" postane glavno gonilo gospodarstva in glavni vir kapitala za duhovnike te vere.
Potem ko so si zaporedoma pokali mehurčki "dot-com" in nepremičnin ter "nanotehnologije", ki so risali čudovite obete, jih večinoma še naprej rišejo brez opazne materializacije, so ameriški financerji, kot kaže, resno usmerili pozornost na alternativne vire energije. Če vlagajo denar v "zelene projekte" in plačujejo za znanstveno utemeljeno oglaševanje, se lahko zanesejo na dejstvo, da bodo številni ostržki s svojim zlatom odlično oplodili finančno polje čudežev.
