8. listopada 1975. godine, na znanstvenom zasjedanju posvećenom 250. godišnjici SSSR-ove akademije znanosti, akademik Pyotr Leonidovich Kapitsa, koji je tri godine kasnije dobio Nobelovu nagradu za fiziku, izradio je koncepcijski izvještaj u kojem je na temelju osnovnih fizikalnih principa u osnovi pokopao sve vrste "Alternativna energija", s izuzetkom kontrolirane termonuklearne fuzije.
Da rezimiraju razmatranja akademika Kapitse, oni se svode na sljedeće:
Glavni argument koji je Kapitsa koristio u svom izvješću o mogućnostima alternativne energije nije bio nikakav ekonomski pristup, već fizička razmatranja. Njegova glavna primjedba na neobuzdanu fascinaciju modernim i tada, prije četrdeset godina, konceptima "besplatne i ekološki prihvatljive alternativne energije" bila je očito ograničenje, koje do danas nije dopušteno: niti jedan od alternativnih izvora energije, bilo solarni paneli, vjetroelektrane ili međutim, vodikove gorivne ćelije nikada nisu postigle gustoću energije i snage koju daju fosilna goriva poput ugljena, nafte i plina ili nuklearne energije.
Nažalost, ova vrsta ograničenja nije političke, već upravo fizičke naravi - bez obzira na državni sustav ili ideologiju odabrani u zemlji, bilo koja ekonomija mora se u jednom ili drugom stupnju temeljiti na fizičkim zakonima svijeta oko nas. Napori znanstvenika ili inženjera mogu nas dovoljno približiti teoretskim fizičkim granicama ove ili one tehnologije, ali, nažalost, apsolutno je beskorisno pokušavati preskočiti ovu vrstu ograničenja.
Tako je, na primjer, granična konstanta sunčeve energije takozvana "solarna konstanta", koja iznosi 1367 W po kvadratnom metru u orbiti naše Zemlje. Nažalost, ovaj "orbitalni kilovat" potpuno je nedostupan nama koji živimo na zemljinoj površini. Na količinu sunčeve energije koja dolazi do Zemljine površine utječe puno čimbenika: vrijeme, opća prozirnost atmosfere, oblaci i magla, visina Sunca iznad horizonta.
Ali najvažnija stvar je rotacija našeg planeta oko svoje osi, koja odmah smanjuje raspoloživu energiju solarne konstante gotovo za polovicu: noću je Sunce ispod horizonta. Kao rezultat toga, mi, stanovnici Zemlje, moramo se zadovoljiti s najviše desetine orbitalne solarne konstante.
Bez obzira na izvor energije koji se uzima u obzir, može se okarakterizirati s dva parametra: gustoća energije - odnosno količina u jedinici volumena - i brzina njezina prijenosa (širenja). Umnožak ovih količina maksimalna je snaga koja se može dobiti iz jedinice površine koristeći ovu vrstu energije.
Promotivni video:
Recimo sunčeva energija. Gustoća mu je zanemariva. Ali širi se ogromnom brzinom - brzinom svjetlosti. Kao rezultat, protok sunčeve energije koja dolazi na Zemlju i daje život svemu nije nimalo mali - više od kilovata po četvornom metru. Jao, ovaj je tok dovoljan za život na planetu, ali budući da je glavni izvor energije za čovječanstvo izuzetno neučinkovit. Kao što je primijetio P. Kapitsa, na razini mora, uzimajući u obzir gubitke u atmosferi, osoba zapravo može koristiti tok od 100-200 vata po četvornom metru. I danas je učinkovitost uređaja koji pretvaraju sunčevu energiju u električnu 15%. Da bi se pokrile samo potrebe kućanstva jednog modernog kućanstva, potreban je pretvarač površine najmanje 40-50 četvornih metara. A kako bi se izvori fosilnih goriva zamijenili sunčevom energijom,potrebno je izgraditi kontinuiranu traku solarnih baterija širine 50-60 kilometara duž cijelog kopnenog dijela ekvatora. Sasvim je očito da se takav projekt u dogledno vrijeme ne može provesti ni iz tehničkih, financijskih ni političkih razloga.
Suprotan primjer su gorivne ćelije, gdje dolazi do izravne pretvorbe kemijske energije oksidacije vodika u električnu.
Petr Kapitsa napisao je: „U praksi je gustoća energetskog toka vrlo niska i sa četvornog metra elektrode može se ukloniti samo 200 vata. Za 100 megavata snage, radno područje elektroda doseže četvorni kilometar i nema nade da će kapitalni trošak izgradnje takve elektrane biti opravdan energijom koju ona generira. To znači da se gorivne ćelije mogu koristiti samo tamo gdje nije potrebna velika snaga. Ali oni su beskorisni za makroenergiju."
Ovdje je gustoća energije velika, a učinkovitost takve pretvorbe također je visoka, dosežući 70 posto ili više. Ali brzina njegovog prijenosa je izuzetno niska, ograničena vrlo malom brzinom difuzije iona u elektrolitima. Kao rezultat, gustoća energetskog toka približno je jednaka gustoći solarne energije. Petr Kapitsa napisao je: „U praksi je gustoća energetskog toka vrlo niska i sa četvornog metra elektrode može se ukloniti samo 200 vata. Za 100 megavata snage, radno područje elektroda doseže kvadratni kilometar i nema nade da će kapitalni trošak izgradnje takve elektrane biti opravdan energijom koju generira. To znači da se gorivne ćelije mogu koristiti samo tamo gdje nije potrebna velika snaga. Ali oni su beskorisni za makroenergiju.
Dakle, dosljedno ocjenjujući energiju vjetra, geotermalnu energiju, energiju valova, hidroenergiju, Kapitsa je tvrdio da su sve to, prema mišljenju amatera, prilično obećavajuće, izvori se nikada neće moći ozbiljno natjecati s fosilnim gorivima: gustoća energije vjetra i energija morskih valova je mala; niska toplinska vodljivost stijena ograničava geotermalne stanice na skromne razmjere; svi su dobri s hidroenergijom, ali da bi ona bila učinkovita potrebne su ili planinske rijeke - kada se razina vode može podići na veliku visinu i na taj način osigurati veliku gustoću gravitacijske energije vode - ali ih je malo, ili je potrebno osigurati ogromne površine rezervoara i uništiti plodne zemljište.
Mirnom atomu se ne žuri
U svom se izvještaju Petr Leonidovič Kapitsa posebno dotaknuo nuklearne energije i primijetio tri glavna problema na putu njezina formiranja kao glavnog izvora energije za čovječanstvo: problem odlaganja radioaktivnog otpada, kritičnu opasnost od katastrofa u nuklearnim elektranama i problem nekontrolirane proliferacije plutonija i nuklearnih tehnologija. Deset godina kasnije, u Černobilu, svijet se mogao pobrinuti da osiguravajuće kuće i akademik Kapitsa imaju više nego pravo u procjeni opasnosti od nuklearne energije. Dakle, zasad nema govora o prijenosu svjetske energije na nuklearno gorivo, iako se može očekivati povećanje njenog udjela u industrijskoj proizvodnji električne energije.
Pyotr Kapitsa položio je svoje najveće nade u termonuklearnu energiju. Međutim, tijekom posljednjih trideset i više godina, usprkos ogromnim naporima znanstvenika iz različitih zemalja, problem kontrolirane termonuklearne fuzije ne samo da nije riješen, već je vremenom razumijevanje složenosti problema, naprotiv, samo poraslo.
U studenom 2006. Rusija, Europska unija, Kina, Indija, Japan, Južna Koreja i Sjedinjene Države dogovorile su se da će započeti izgradnju eksperimentalnog termonuklearnog reaktora ITER temeljenog na principu magnetskog ograničenja visokotemperaturne plazme, koji bi trebao pružiti 500 megavata toplotne snage tijekom 400 sekundi. Da bih procijenio tempo razvoja, mogu reći da je 1977-1978. autor je sudjelovao u analizi mogućnosti punjenja čvrste vodikove tablete u plazmu ITER-om. Ideja laserske fuzije, koja se temelji na brzoj kompresiji vodikove mete pomoću laserskog zračenja, također nije u najboljem stanju.
Vrlo skupa znanstvena fantastika …
Ali što je s energijom vodika i zloglasnim biogorivom, koje se danas najaktivnije promovira? Zašto Kapitsa uopće nije obraćala pažnju na njih? Napokon, čovječanstvo već stoljećima koristi biogorivo u obliku drva za ogrjev, a energija vodika danas se čini toliko obećavajućom da se gotovo svakodnevno javljaju izvještaji da najveće automobilske tvrtke demonstriraju konceptne automobile pogonjene vodikovim gorivom! Je li akademik zaista bio tako kratkovidan? Jao … Ne može postojati vodik, pa čak ni bioenergija u doslovnom smislu te riječi.
Što se tiče energije vodika, budući da na Zemlji nema prirodnih naslaga vodika, njezini pristaše pokušavaju izmisliti vječni stroj za kretanje na planetarnoj skali, ni više ni manje. Postoje dva načina za dobivanje vodika u industrijskim razmjerima: bilo elektrolizom da se voda razgradi u vodik i kisik, ali za to je potrebna energija, očito bolja od one koja se tada oslobađa kada se vodik sagorijeva i pretvara natrag u vodu, ili … iz prirodnog plina pomoću katalizatora i opet, potrošnja energije - koju treba dobiti … opet, izgaranjem prirodnih fosilnih goriva! Istina, u potonjem slučaju to još uvijek nije "vječni stroj za kretanje": tijekom sagorijevanja tako dobivenog vodika i dalje se stvara neka dodatna energija. Ali to će biti puno manje od onoga što bi se dobilo izravnim izgaranjem prirodnog plina,zaobilazeći njegovu pretvorbu u vodik. To znači da "elektrolitički vodik" uopće nije gorivo, on je samo "akumulator" energije dobivene iz drugog izvora … koji jednostavno ne postoji. Korištenje vodika dobivenog iz prirodnog plina vjerojatno će smanjiti neke emisije ugljičnog dioksida u atmosferu, jer će te emisije biti povezane samo s proizvodnjom energije potrebne za dobivanje vodika. Ali s druge strane, kao rezultat procesa, ukupna potrošnja neobnovljivih fosilnih goriva samo će rasti!budući da će ove emisije biti povezane samo s proizvodnjom energije potrebne za proizvodnju vodika. Ali s druge strane, kao rezultat procesa, ukupna potrošnja neobnovljivih fosilnih goriva samo će rasti!budući da će ove emisije biti povezane samo s proizvodnjom energije potrebne za proizvodnju vodika. Ali s druge strane, kao rezultat procesa, ukupna potrošnja neobnovljivih fosilnih goriva samo će rasti!
Situacija s "bioenergijom" nije ništa bolja. U ovom slučaju govorimo ili o oživljavanju stare ideje da se biljne i životinjske masti koriste za pogon motora s unutarnjim izgaranjem (prvi Diesel-ov „dizel“na ulje kikirikija), ili o upotrebi etilnog alkohola dobivenog fermentacijom prirodnih - zrna, kukuruza, riže, trske itd. - ili podvrgnuti hidrolizi (odnosno razgradnji vlakana u šećere) - poljoprivredni proizvodi.
Što se tiče proizvodnje ulja, ovo je proizvodnja izuzetno niske učinkovitosti, prema "kriterijima Kapitsa". Primjerice, prinos kikirikija je u najboljem slučaju 50 c / ha. Čak i s tri berbe godišnje, prinos oraha vjerojatno neće premašiti 2 kg godišnje po četvornom metru. Iz ovog broja orašastih plodova, u najboljem slučaju, ispasti će 1 kg ulja: proizvedena energija je nešto veća od 1 vata po četvornom metru - to jest, dva reda veličine manja od sunčeve energije dostupne iz istog četvornog metra. Istodobno, nismo uzeli u obzir činjenicu da je za dobivanje takvih usjeva potrebno intenzivno korištenje energetski intenzivnih gnojiva, potrošnja energije za obradu tla i navodnjavanje. Odnosno, kako bi se pokrile trenutne potrebe čovječanstva, bilo bi potrebno u potpunosti zasijati nekoliko svjetova kikirikijem. Provodeći sličan izračun za "alkoholnu" energiju, lako je biti siguranda je njegova učinkovitost čak niža od one u "dizelskom" agrociklusu.
… Ali vrlo koristan za ekonomiju "balona od sapunice".
Mi smo svoji, sagradit ćemo novi svijet
Rezultat ograničenja sunčeve energije bilo je znanje koje je bilo dobro dostupno još 1975. godine: zapravo, s jednog metra zemljine površine ne može se prikupiti više od 100-200 vata prosječne dnevne sunčeve energije. Drugim riječima, da bi se zadovoljile čak i trenutne potrebe čovječanstva, područje solarnih elektrana smještenih na površini Zemlje bilo bi jednostavno ogromno.
Uz to, traka zemljine površine duž ekvatora zemlje - ili u pustinjskim tropskim regijama, dok se većina potrošača sunčeve energije nalazi u umjerenom pojasu sjeverne hemisfere - bila bi najprikladnija za postavljanje solarnih ploča. Kao rezultat, ispada da su apstraktni "kvadrati" solarnih panela u Sahari, koji toliko vole crtati apologete za neograničenu sunčevu energiju, samo virtualna pretpostavka.
Ali to nikako nije zaustavilo one koji nisu u potpunosti savladali školski tečaj fizike. Projekti za solarni razvoj Sahare nastali su i nastaju sa zavidnom pravilnošću.
Primjerice, europska tvrtka Desertec, osnovana 2003. godine, pokušala je provesti megaprojekt za izgradnju solarnih elektrana u Tunisu, Libiji i Egiptu za opskrbu zapadnom Europom solarnom električnom energijom, unatoč sudjelovanju u projektu takvih velikih korporacija i banaka kao što su Siemens, Bosch, ABB i Deutche Bank je deset godina kasnije, 2013. godine, tiho bankrotirala. Ispostavilo se da su troškovi izgradnje i održavanja elektrana u Sahari i troškovi prijevoza električne energije na tisuće kilometara, čak i uz "besplatnu" solarnu konstantu u Sahari, ne zamračenu oblacima ili maglom, bili jednostavno preveliki.
Situacija nije više ružičasta s industrijom solarne energije u samoj zapadnoj Europi, gdje su već drugo desetljeće zaredom razne države i fondovi izdvojili bilijune dolara za razvoj sunčeve i energije vjetra. Unatoč "zlatnoj kiši" koja se obilno slijevala na sektor obnovljive energije (OIE) i na svestranu političku potporu obnovljivoj energiji (čak i zbog prisilnog zatvaranja nuklearnih elektrana i TE na ugljen), "međufazni završetak" za OIE od 2016. godine nikako nije bio tako impresivno.
Dakle, do 2015. godine Njemačka i Danska, koje su instalirale maksimalan broj vjetroagregata i solarnih panela, također su imale najviše cijene električne energije - 29,5 eurocenta i 30,4 eurocenta po kWh. Istodobno, Bugarska i Mađarska, "zaostale" u pogledu postavljanja obnovljivih izvora energije, gdje su u sovjetsko doba građene moćne nuklearne elektrane, mogle bi se pohvaliti potpuno različitim cijenama električne energije - 9,6, odnosno 11,5 eurocenta po kWh.
Danas govorimo o činjenici da je ambiciozni program "2020" o obnovljivoj energiji, koji je usvojila Europska unija i prema kojem bi se do 2020. godine 20% električne energije u EU trebalo proizvoditi iz obnovljivih izvora, položen na pleća europskih poreznih obveznika, koji su potpisani za plaćanje posebno napuhane carine za struju. Dovoljno je reći da, u smislu ruske stvarnosti, Nijemci i Danci plaćaju 20–21 rubalja za svaki potrošeni kilovat-sat).
Stoga se ispostavlja da trenutni uspjesi obnovljivih izvora energije nisu povezani s ekonomskom stvarnošću njihove profitabilnosti, pa čak ni s impresivnim napretkom u poboljšanju učinkovitosti ili smanjenju troškova njihove proizvodnje i održavanja, već prvenstveno s protekcionističkom politikom zemalja EU-a u odnosu na obnovljive izvore energije i uklanjanjem svake konkurencije. od strane termo ili nuklearne industrije, koja je podvrgnuta dodatnim poreznim pritiscima (naknade za emisiju ugljičnog dioksida), ili čak potpunoj zabrani (poput nuklearne energije u Njemačkoj).
Pa, američki znanstvenici ne znaju ove brojke i izglede? Naravno da imaju. Richard Heinberg u svojoj hvaljenoj knjizi PowerDown: Opcije i radnje za postkarbonski svijet (najtočniji prijevod značenja je "Kraj svijeta: mogućnosti i radnje u postkarbonskom svijetu") ponavlja Kapitzinu analizu na najdetaljniji način i pokazuje da nema bioenergije svijet neće spasiti.
I što ima? Evo što: samo vrlo naivna osoba vjeruje da ekonomija danas, kao i prije 150 godina, djeluje po marksističkom principu: "novac - roba - novac". Nova formula novac-novac kraća je i učinkovitija. Uznemirujuća karika u obliku proizvodnje stvarnih dobara, koja u stvarnosti koristi ljudima u uobičajenom smislu riječi, brzo se istiskuje iz "velike ekonomije". Odnos cijene i korisnosti u materijalnom smislu - korisnost stvari kao hrana, odjeća, stan, prijevozno sredstvo ili usluga kao sredstvo za zadovoljenje neke stvarne potrebe - odlazi u zaborav na isti način kao i odnos između apoena novčića i mase koja je jednom nestala. u njega zatvoren plemeniti metal. Na isti način, "stvari" novog doba pročišćavaju se od svake korisnosti. Jedina konzumirajuća sposobnost tih "stvari"njihova jedina "korisnost" koja zadržava značenje u gospodarstvu modernog doba je njihova sposobnost prodaje, a napuhavanje "mjehurića" postaje glavna "proizvodnja" koja donosi profit. Univerzalno vjerovanje u mogućnost prodaje zraka u obliku dionica, opcija, terminskih ugovora i brojnih drugih "financijskih instrumenata" postaje glavna pokretačka sila gospodarstva i glavni izvor kapitala za svećenike ove vjere.
Nakon uzastopnog pucanja mjehurića "dot-coma" i nekretnina te "nanotehnologije", crtajući nevjerojatne izglede, većim dijelom nastavlja ih crtati bez primjetne materijalizacije, američki su financijeri, čini se, ozbiljno usmjerili pozornost na alternativne izvore energije. Ulažući novac u "zelene projekte" i plaćajući znanstveno utemeljeno oglašavanje, mogu računati na činjenicu da će brojni Pinocchio svojim zlatom savršeno oploditi financijsko polje čuda.
