8. lokakuuta 1975 Neuvostoliiton tiedeakatemian 250. vuosipäivälle omistetussa tieteellisessä istunnossa akateemikko Pyotr Leonidovich Kapitsa, joka sai kolme vuotta myöhemmin fysiikan Nobel-palkinnon, teki käsikirjoituksen, johon hän hautasi fyysisten perusperiaatteiden perusteella kaikenlaiset "Vaihtoehtoinen energia", lukuun ottamatta hallittua ydinfuusiota.
Yhteenvetona akateemikko Kapitsan näkökohdista ne jakautuvat seuraaviin:
Tärkein argumentti, jota Kapitsa käytti raportissaan vaihtoehtoisen energian mahdollisuuksista, ei suinkaan ollut taloudellinen lähestymistapa, vaan fyysiset näkökohdat. Hänen pääasiallinen vastalauseensa muodin kiehtovaan kiehtovuuteen silloinkin, neljäkymmentä vuotta sitten, "vapaan ja ympäristöystävällisen vaihtoehtoisen energian" käsitteet olivat ilmeinen rajoitus, jota ei sallita tähän päivään asti: mikään vaihtoehtoisista energialähteistä, olipa kyse sitten aurinkopaneeleista, tuulipuistoista tai muista. samat vetypolttokennot eivät ole saavuttaneet sellaisten fossiilisten polttoaineiden kuin hiili, öljy ja kaasu tai ydinvoima tuottamia energia- ja tehotiheyksiä.
Valitettavasti tällainen rajoitus ei ole luonteeltaan poliittinen, vaan nimenomaan fyysinen - riippumatta valtiojärjestelmästä tai maassa valitusta ideologiasta, minkä tahansa talouden on perustuttava jossain määrin ympäröivän maailman fyysisiin lakeihin. Tutkijoiden tai insinöörien ponnistelut voivat viedä meidät riittävän lähelle tietyn tekniikan teoreettista fyysistä rajaa, mutta valitettavasti se on täysin hyödytöntä yrittää hypätä tällaisen rajoitimen yli.
Joten esimerkiksi aurinkoenergian rajoittava vakio on ns. "Aurinkovakio", joka on 1367 W neliömetriä kohti maapallon kiertoradalla. Valitettavasti tämä "kiertoradan kilowatti" on täysin mahdoton saavuttaa meille, jotka elämme maan pinnalla. Maan pintaan saapuvan aurinkoenergian määrään vaikuttavat monet tekijät: sää, ilmakehän yleinen läpinäkyvyys, pilvet ja sumu, auringon korkeus horisontin yläpuolella.
Mutta tärkeintä on planeettamme kiertyminen akselinsa ympäri, mikä vähentää välittömästi aurinkovakion käytettävissä olevan energian lähes puoleen: yöllä aurinko on horisontin alapuolella. Tämän seurauksena meidän, maan asukkaiden, on tyydyttävä korkeintaan kymmenesosaan kiertoradan aurinkovakiosta.
Riippumatta energialähteestä, sitä voidaan luonnehtia kahdella parametrilla: energian tiheys - eli määrä tilavuusyksikköä kohden - ja sen siirtonopeus (eteneminen). Näiden määrien tulo on suurin teho, joka voidaan saada yksikköpinnalta käyttämällä tämän tyyppistä energiaa.
Mainosvideo:
Sanotaan aurinkoenergiaa. Sen tiheys on merkityksetön. Mutta se leviää suurella nopeudella - valon nopeudella. Tämän seurauksena aurinkoenergian virtaus maapallolle ja kaiken elävöittämiseksi ei ole ollenkaan pieni - yli kilowatti neliömetriä kohti. Valitettavasti tämä virtaus riittää planeetan elämään, mutta ihmiskunnan pääasiallisena energialähteenä se on äärimmäisen tehoton. Kuten P. Kapitsa huomautti, merenpinnan tasolla ihminen voi tosiasiallisesti käyttää 100-200 watin neliömetriä, kun otetaan huomioon ilmakehän menetykset. Vielä nykyäänkin aurinkoenergian sähköksi muuntavien laitteiden hyötysuhde on 15%. Ainoastaan yhden nykyaikaisen kotitalouden tarpeiden kattamiseksi tarvitaan muunnin, jonka pinta-ala on vähintään 40-50 neliömetriä. Ja fossiilisten polttoaineiden korvaamiseksi aurinkoenergialla,on välttämätöntä rakentaa jatkuva aurinkoparisto 50-60 kilometriä leveäksi päiväntasaajan koko maa-alueelle. On aivan selvää, ettei tällaista hanketta lähitulevaisuudessa voida toteuttaa teknisistä, taloudellisista tai poliittisista syistä.
Päinvastainen esimerkki on polttokennot, joissa vedyn hapettumisen kemiallinen energia muunnetaan suoraan sähköksi.
Petr Kapitsa kirjoitti: "Käytännössä energiavirtauksen tiheys on hyvin pieni, ja elektrodin neliömetriltä voidaan poistaa vain 200 wattia. 100 megawatin tehon tapauksessa elektrodien työskentelyalue on neliökilometri, eikä ole toivoa, että tällaisen voimalaitoksen rakentamisen pääomakustannukset ovat perusteltuja sen tuottamalla energialla. Tämä tarkoittaa, että polttokennoja voidaan käyttää vain silloin, kun suurta tehoa ei tarvita. Mutta ne ovat hyödyttömiä makroenergialle."
Täällä energiatiheys on korkea, ja tällaisen muunnoksen hyötysuhde on myös korkea, saavuttaen 70 prosenttia tai enemmän. Mutta sen siirtonopeus on erittäin alhainen, jota rajoittaa ionien hyvin alhainen diffuusionopeus elektrolyytteissä. Tämän seurauksena energian vuon tiheys on suunnilleen sama kuin aurinkoenergialla. Petr Kapitsa kirjoitti: "Käytännössä energiavirtaustiheys on hyvin pieni, ja elektrodin neliömetriltä voidaan poistaa vain 200 wattia. 100 megawatin tehon tapauksessa elektrodien työskentelyalue on neliökilometri, eikä ole mitään toivoa, että tällaisen voimalaitoksen rakentamisen pääomakustannukset ovat perusteltuja sen tuottamalla energialla. " Tämä tarkoittaa, että polttokennoja voidaan käyttää vain silloin, kun suurta tehoa ei tarvita. Mutta ne ovat hyödyttömiä makroenergialle.
Joten arvioimalla johdonmukaisesti tuulienergiaa, maalämpöä, aaltoenergiaa, vesivoimaa, Kapitsa väitti, että kaikki nämä ovat amatöörin mielestä melko lupaavia, lähteet eivät koskaan pysty kilpailemaan vakavasti fossiilisten polttoaineiden kanssa: tuulienergian tiheys ja meriaaltojen energia ovat alhaiset; kivien alhainen lämmönjohtavuus rajoittaa geotermisiä asemia vaatimattomassa mittakaavassa; kaikilla on hyvä vesivoiman käyttö, mutta jotta se olisi tehokasta, tarvitaan joko vuoristojokia - kun vedenpinta voidaan nostaa suurelle korkeudelle ja siten tuottaa suuri veden painovoima-energia - mutta niitä on vähän tai on tarpeen järjestää valtavia alueita säiliöitä ja tuhota hedelmällisiä maa.
Rauhallinen atomi ei ole kiire
Raportissaan Pjotr Leonidovitš Kapitsa käsitteli erityisesti ydinvoimaa ja pani merkille kolme pääongelmaa sen muodostumisessa ihmiskunnan tärkeimpänä energialähteenä: radioaktiivisen jätteen loppusijoitusongelma, ydinvoimaloiden katastrofien kriittinen vaara sekä plutoniumin ja ydinteknologian hallitsemattoman leviämisen ongelma. Kymmenen vuotta myöhemmin Tšernobylissä maailma pystyi varmistamaan, että vakuutusyhtiöt ja akateemikko Kapitsa olivat enemmän kuin oikeassa arvioidessaan ydinvoiman vaaraa. Joten toistaiseksi ei puhuta maailman energian siirtämisestä ydinpolttoaineeseen, vaikka sen osuuden voidaan odottaa kasvavan teollisessa sähköntuotannossa.
Pjotr Kapitsa toi suurimmat toiveensa lämpöydinenergiaan. Viimeisten kolmenkymmenen pariton vuoden aikana, huolimatta eri maiden tutkijoiden valtavista ponnisteluista, hallitun lämpöydinfuusion ongelmaa ei ole vain ratkaistu, vaan ajan myötä ymmärrys ongelman monimutkaisuudesta on pikemminkin vain kasvanut.
Marraskuussa 2006 Venäjä, Euroopan unioni, Kiina, Intia, Japani, Etelä-Korea ja Yhdysvallat sopivat aloittavansa ITER-kokeellisen lämpöydinreaktorin rakentamisen korkean lämpötilan plasman magneettisen sulkemisen periaatteella, jonka pitäisi tuottaa 500 megawattia lämpötehoa 400 sekunnin ajan. Kehitysvauhdin arvioimiseksi voin sanoa, että vuosina 1977-1978. Kirjoittaja osallistui analyysiin mahdollisuudesta "ruokkia" ITER ampumalla kiinteä vetytabletti plasmaan. Ajatus laserfuusiosta, joka perustuu vetykohteen nopeaan puristamiseen lasersäteilyn avulla, ei myöskään ole parhaassa tilassa.
Erittäin kallis tieteiskirjallisuus …
Mutta entä vetyenergia ja pahamaineinen biopolttoaine, joita mainostetaan nykyään aktiivisimmin? Miksi Kapitsa ei kiinnittänyt lainkaan huomiota heihin? Loppujen lopuksi ihmiskunta on käyttänyt biopolttoainetta polttopuun muodossa vuosisatojen ajan, ja vetyenergia näyttää nykyään niin lupaavalta, että melkein joka päivä on raportoitu, että suurimmat autoyhtiöt esittelevät vetypolttoaineella toimivia konseptiautoja! Oliko akateemikko todella lyhytnäköinen? Valitettavasti … Vetyä tai edes bioenergiaa sanan kirjaimellisessa merkityksessä ei voi olla.
Mitä tulee vetyenergiaan, koska maapallolla ei ole luonnollisia vetysaostumia, sen kannattajat yrittävät keksiä ikuisen liikkeen koneen planeetan mittakaavassa, ei enempää eikä vähempää. On kaksi tapaa saada vety teollisessa mittakaavassa: joko elektrolyysillä veden hajottamiseksi vedyksi ja hapeksi, mutta tämä vaatii energiaa, joka on selvästi ylivoimaista energiaa, joka vapautuu sitten, kun vety poltetaan ja muutetaan takaisin vedeksi, tai … maakaasusta katalyyttien avulla ja jälleen energiankulutus - joka on saavutettava … jälleen polttamalla luonnollisia fossiilisia polttoaineita! Tosin jälkimmäisessä tapauksessa se ei vieläkään ole "ikuinen liike": tällä tavalla saadun vedyn palamisen aikana syntyy edelleen jonkin verran lisäenergiaa. Mutta se on paljon pienempi kuin mitä saataisiin suoralla maakaasun polttamisella,ohittamalla sen muuttuminen vedyksi. Tämä tarkoittaa, että "elektrolyyttivety" ei ole ollenkaan polttoaine, se on vain toisesta lähteestä saadun energian "varaaja" … jota ei vain ole olemassa. Mahdollisesti maakaasusta saatavan vedyn käyttö vähentää hiukan ilmakehän hiilidioksidipäästöjä, koska nämä päästöt liittyvät vain vedyn tuottamiseen tarvittavan energian tuottamiseen. Mutta toisaalta prosessin seurauksena uusiutumattomien fossiilisten polttoaineiden kokonaiskulutus vain kasvaa!koska nämä päästöt liittyvät vain vedyn tuottamiseen tarvittavan energian tuottamiseen. Mutta toisaalta prosessin seurauksena uusiutumattomien fossiilisten polttoaineiden kokonaiskulutus vain kasvaa!koska nämä päästöt liittyvät vain vedyn tuottamiseen tarvittavan energian tuottamiseen. Mutta toisaalta prosessin seurauksena uusiutumattomien fossiilisten polttoaineiden kokonaiskulutus vain kasvaa!
"Bioenergian" tilanne ei ole parempi. Tässä tapauksessa puhumme joko vanhan ajatuksen käytöstä kasvi- ja eläinrasvojen käyttämisestä polttomoottoreiden virittämiseen (Dieselin ensimmäinen "diesel" maapähkinäöljyllä) tai etyylialkoholin käytöstä, joka on saatu käymällä luonnollisia - viljaa, maissia, riisiä, ruoko jne. - tai hydrolysoidaan (eli kuitu hajoaa sokereiksi) - maataloustuotteet.
Öljyntuotannon osalta tämä on erittäin vähän hyötysuhdetta omaava tuotanto "Kapitsa-kriteerien" mukaisesti. Esimerkiksi maapähkinöiden sato on parhaimmillaan 50 c / ha. Vaikka kolme satoa vuodessa, pähkinöiden sato tuskin ylittää 2 kg vuodessa neliömetriä kohti. Tästä pähkinämäärästä saadaan parhaimmillaan 1 kg öljyä: energiantuotto on hiukan yli 1 wattia neliömetriä kohti - toisin sanoen kaksi suuruusluokkaa pienempi kuin samalla neliömetriltä saatavissa oleva aurinkoenergia. Samalla emme ottaneet huomioon sitä tosiasiaa, että tällaisten viljelykasvien saaminen vaatii intensiivistä energiaintensiivisten lannoitteiden käyttöä, energiankulutusta maaperän viljelyyn ja kasteluun. Toisin sanoen ihmiskunnan nykyisten tarpeiden tyydyttämiseksi olisi tarpeen kylvää pari maailmaa kokonaan maapähkinöillä. Suorittamalla samanlainen laskelma "alkoholi" -energialle on helppo varmistaaettä sen hyötysuhde on jopa pienempi kuin "diesel" agro-syklillä.
… Mutta erittäin hyödyllinen "saippuakuplan" taloudelle.
Olemme meidän, rakennamme uuden maailman
Aurinkoenergian rajoittimien tulos oli tietoa, joka oli hyvin saatavissa jo vuonna 1975: Itse asiassa yhdestä metristä maapallon keskimääräinen päivittäinen aurinkoenergia voidaan kerätä enintään 100-200 wattia. Toisin sanoen, ihmiskunnan nykyisten tarpeiden tyydyttämiseksi maan pinnalla sijaitsevien aurinkovoimaloiden pinta-ala olisi yksinkertaisesti valtava.
Lisäksi maapallon nauha maapallon päiväntasaajan varrella - tai autiomaassa trooppisilla alueilla, kun taas suurin osa aurinkoenergian kuluttajista sijaitsee pohjoisen pallonpuoliskon lauhkeella vyöhykkeellä - sopisi parhaiten aurinkopaneelien sijoittamiseen. Tämän seurauksena abstraktit Saharan aurinkopaneelien "neliöt", jotka ovat niin innokkaita piirtämään apologeilta rajoittamatonta aurinkoenergiaa, osoittautuvat vain virtuaaliseksi olettamukseksi.
Mutta tämä ei missään tapauksessa pysäyttänyt niitä, jotka eivät olleet täysin oppineet koulun fysiikkakurssia. Saharan aurinkokehityshankkeet ovat syntyneet ja ovat syntymässä kadehdittavalla säännöllisyydellä.
Esimerkiksi vuonna 2003 perustettu eurooppalainen yritys Desertec yritti toteuttaa megaprojektia aurinkovoimaloiden rakentamiseksi Tunisiaan, Libyaan ja Egyptiin aurinkosähkön toimittamiseksi Länsi-Eurooppaan huolimatta osallistumisesta sellaisten suuryritysten ja pankkien kuin Siemens, Bosch, ABB ja Kymmenen vuotta myöhemmin, vuonna 2013, Deutche Bank meni hiljaa konkurssiin. Kävi ilmi, että voimalaitosten rakentamisen ja ylläpidon kustannukset Saharassa ja sähkön siirtämisen kustannukset tuhansien kilometrien ajan, vaikka Saharassa olisikin "ilmainen" aurinkovakio, pilvien tai sumujen varjossa, olivat yksinkertaisesti kohtuuttomia.
Tilanne ei ole enää ruusuinen itse Länsi-Euroopan aurinkovoimalaitoksen kanssa, jossa eri maat ja rahastot ovat jo toisen vuosikymmenen ajan osoittaneet biljoonia dollareita aurinko- ja tuulienergian kehittämiseen. Huolimatta "kultaisesta sateesta", joka levitti runsaasti uusiutuvien energialähteiden sektoria ja uusiutuvan energian monipuolista poliittista tukea (jopa ydinvoimaloiden ja hiilivoimaloiden pakotetun sulkemisen vuoksi), uusiutuvien energialähteiden "välipinta" ei ollut missään tapauksessa niin vaikuttava.
Joten vuoteen 2015 mennessä korkeimmat sähkön hinnat - 29,5 senttiä ja 30,4 senttiä / kWh - olivat myös Saksassa ja Tanskassa, jotka asensivat enimmäismäärän tuulivoimaloita ja aurinkopaneeleja. Samanaikaisesti Bulgaria ja Unkari, "taaksepäin" uusiutuvien energialähteiden asennuksen suhteen, johon Neuvostoliiton aikana rakennettiin voimakkaita ydinvoimaloita, voisivat ylpeillä täysin erilaisilla sähkön hinnoilla - vastaavasti 9,6 ja 11,5 senttiä / kWh.
Tänään puhumme siitä, että kunnianhimoinen uusiutuvaa energiaa koskeva ohjelma "2020", jonka Euroopan unioni hyväksyi ja jonka mukaan vuoteen 2020 mennessä 20 prosenttia EU: n sähköstä olisi tuotettava uusiutuvista lähteistä, asetettiin eurooppalaisten veronmaksajien harteille, jotka allekirjoitettiin maksamaan erityisen paisutettua tullia sähköstä. Riittää, kun sanotaan, että venäläisten todellisuuden kannalta saksalaiset ja tanskalaiset maksavat 20–21 ruplaa jokaisesta kulutetusta kilowattitunnista).
Siksi käy ilmi, että uusiutuvien energialähteiden nykyiset menestykset eivät liity niiden kannattavuuden taloudelliseen todellisuuteen eivätkä edes vaikuttavaan edistykseen tehokkuuden parantamisessa tai niiden tuotanto- ja ylläpitokustannusten pienentämisessä, mutta ennen kaikkea EU-maiden protektionistiseen politiikkaan uusiutuvien energialähteiden suhteen ja kaiken kilpailun poistamiseen. Lämpö- tai ydinvoimateollisuudesta, johon kohdistuu ylimääräisiä veropaineita (hiilidioksidipäästöjen palkkiot) tai jopa kielto (kuten ydinvoima Saksassa).
No, amerikkalaiset tutkijat eivät tiedä näitä lukuja ja näkymiä? Tietysti he tekevät. Richard Heinberg arvostetussa kirjassaan PowerDown: Vaihtoehdot ja toimet hiilen jälkeiseen maailmaan (tarkin käännös merkityksestä on”Maailman loppu: Mahdollisuudet ja toimet hiilen jälkeisessä maailmassa”) toistaa Kapitzan analyysin yksityiskohtaisimmalla tavalla ja osoittaa, ettei bioenergiaa maailma ei pelasta.
Joten mitä tapahtuu? Näin: vain hyvin naiivi ihminen uskoo, että talous nykyään, kuten 150 vuotta sitten, toimii marxilaisen periaatteen mukaisesti: "raha - hyödyke - raha". Uusi rahan ja rahan kaava on lyhyempi ja tehokkaampi. Aidon tavaran tuotannon muodossa oleva hankala linkki, josta on todellista hyötyä ihmisille sanan tavallisessa merkityksessä, syrjäytetään nopeasti "suuresta taloudesta". Hinnan ja hyödyllisyyden välinen suhde aineellisessa mielessä - tavaran hyödyllisyys ruokana, vaatteina, asumisina, kuljetusvälineinä tai palveluina todellisen tarpeen tyydyttämiskeinona - on hiipumassa unohduksessa, samoin kuin kolikon nimellisarvon ja sen massan suhde on kadonnut. siihen suljettu jalometalli. Samalla tavalla uuden aikakauden "asiat" puhdistetaan kaikesta hyödyllisyydestä. Näiden "asioiden" ainoa kuluttava kykyheidän ainoa "hyödyllisyytensä", jolla on merkitys nykyaikaisessa taloudessa, on niiden kyky myydä, ja "kuplien" inflaatiosta tulee tärkein "tuotanto", joka tuo voittoa. Yleismaailmallisesta uskosta kykyyn myydä ilmaa osakkeiden, optioiden, futuurien ja lukuisien muiden "rahoitusvälineiden" muodossa tulee talouden tärkein liikkeellepaneva voima ja tärkein pääoman lähde tämän uskon papeille.
Amerikkalaiset rahoittajat näyttävät vakavasti kiinnittäneet huomiota vaihtoehtoisiin energialähteisiin sen jälkeen, kun "dot-com" ja kiinteistöt sekä "nanoteknologia" ovat peräkkäin räjähtäneet kuplia, jotka ovat loistavia näkymiä herättäneet. Investoimalla rahaa "vihreisiin hankkeisiin" ja maksamalla tieteellisestä mainonnasta, he voivat luottaa siihen, että lukuisat Pinocchio lannoittavat ihmeiden ihanteellisen kentän täydellisesti kullallaan.
