1975. gada 8. oktobrī zinātniskajā sesijā, kas bija veltīta PSRS Zinātņu akadēmijas 250. gadadienai, akadēmiķis Pjotrs Leonidovičs Kapitsa, kuram trīs gadus vēlāk tika piešķirta Nobela prēmija fizikā, sastādīja konceptuālu ziņojumu, kurā, balstoties uz fizikālajiem pamatprincipiem, viņš būtībā apglabāja visus tipus. "Alternatīvā enerģija", izņemot kontrolētu kodoltermisko kodolsintēzi.
Apkopojot akadēmiķa Kapitsa apsvērumus, tie ir šādi:
Galvenais arguments, ko Kapitsa izmantoja savā ziņojumā par alternatīvās enerģijas iespējām, nebūt nebija ekonomiska pieeja, bet gan fiziski apsvērumi. Viņa galvenais iebildums pret neierobežoto aizraušanos ar modi jau tad, pirms četrdesmit gadiem, jēdzieni "brīva un videi draudzīga alternatīvā enerģija" bija acīmredzams ierobežojums, kas nav atļauts līdz šai dienai: neviens no alternatīvajiem enerģijas avotiem, vai tie būtu saules paneļi, vēja parki vai citi. tomēr ūdeņraža kurināmā elementi nekad nav sasnieguši enerģijas un enerģijas blīvumu, ko nodrošina fosilais kurināmais, piemēram, ogles, nafta un gāze, vai kodolenerģija.
Diemžēl šāda veida ierobežojumi pēc būtības nav politiski, bet tieši fiziski - neatkarīgi no valstī izvēlētās valsts sistēmas vai ideoloģijas jebkurai ekonomikai vienā vai otrā pakāpē ir jābalstās uz apkārtējās pasaules fiziskajiem likumiem. Zinātnieku vai inženieru pūles var mūs pietiekami pietuvināt konkrētas tehnoloģijas teorētiskajai fiziskajai robežai, taču, diemžēl, mēģinot pārkāpt šāda veida ierobežotājus, tas ir absolūti bezjēdzīgi.
Tā, piemēram, saules enerģijas ierobežojošā konstante ir tā saucamā "saules konstante", kas mūsu Zemes orbītā ir 1367 W uz kvadrātmetru. Diemžēl šis "orbītas kilovats" ir pilnīgi nepieejams mums, kas dzīvojam uz zemes virsmas. Saules enerģijas daudzumu, kas sasniedz Zemes virsmu, ietekmē daudzi faktori: laika apstākļi, atmosfēras vispārējā caurspīdīgums, mākoņi un migla, Saules augstums virs horizonta.
Bet vissvarīgākais ir mūsu planētas pagriešanās ap savu asi, kas tūlīt gandrīz uz pusi samazina pieejamo Saules konstantes enerģiju: naktī Saule atrodas zem horizonta. Tā rezultātā mums, Zemes iedzīvotājiem, ir jāapmierinās ne vairāk kā ar desmito daļu no orbitālās Saules konstantes.
Neatkarīgi no tā, kāds enerģijas avots tiek ņemts vērā, to var raksturot ar diviem parametriem: enerģijas blīvumu - tas ir, tā daudzumu uz tilpuma vienību - un tā pārraides (izplatīšanās) ātrumu. Šo lielumu reizinājums ir maksimālā jauda, ko var iegūt no virsmas vienības, izmantojot šāda veida enerģiju.
Reklāmas video:
Teiksim, saules enerģija. Tās blīvums ir nenozīmīgs. Bet tas izplatās ar lielu ātrumu - gaismas ātrumu. Rezultātā saules enerģijas plūsma, kas nonāk uz Zemes un dod dzīvību visam, nebūt nav maza - vairāk nekā kilovats uz kvadrātmetru. Ak, šī plūsma ir pietiekama dzīvībai uz planētas, bet kā galvenais cilvēces enerģijas avots ir ārkārtīgi neefektīvs. Kā atzīmēja P. Kapitsa, jūras līmenī, ņemot vērā zaudējumus atmosfērā, cilvēks faktiski var izmantot plūsmu 100-200 vati uz kvadrātmetru. Arī mūsdienās ierīču, kas saules enerģiju pārvērš elektrībā, efektivitāte ir 15%. Lai segtu tikai vienas modernas mājsaimniecības mājsaimniecības vajadzības, ir nepieciešams pārveidotājs, kura platība ir vismaz 40-50 kvadrātmetri. Un, lai fosilās degvielas avotus aizstātu ar saules enerģiju,visā ekvatora sauszemes daļā ir jāuzbūvē nepārtraukta saules bateriju josla 50-60 kilometru platumā. Ir pilnīgi skaidrs, ka šādu projektu pārskatāmā nākotnē nevar īstenot ne tehnisku, ne finansiālu, ne politisku iemeslu dēļ.
Pretējs piemērs ir kurināmā elementi, kur ūdeņraža oksidēšanās ķīmiskā enerģija tiek tieši pārveidota par elektrību.
Petrs Kapitsa rakstīja: “Praksē enerģijas plūsmas blīvums ir ļoti mazs, un no kvadrātmetra elektroda var noņemt tikai 200 vatus. Par 100 megavatu jaudu elektrodu darba laukums sasniedz kvadrātkilometru, un nav cerību, ka šādas spēkstacijas celtniecības kapitālās izmaksas attaisnos ar tās radīto enerģiju. Tas nozīmē, ka kurināmā elementus var izmantot tikai tur, kur liela jauda nav nepieciešama. Bet makroenerģijai tie ir bezjēdzīgi."
Šeit enerģijas blīvums ir augsts, un arī šādas pārveidošanas efektivitāte ir augsta, sasniedzot 70 procentus vai vairāk. Bet tā pārneses ātrums ir ārkārtīgi zems, to ierobežo ļoti zems jonu difūzijas ātrums elektrolītos. Rezultātā enerģijas plūsmas blīvums ir aptuveni tāds pats kā saules enerģijai. Petrs Kapitsa rakstīja: “Praksē enerģijas plūsmas blīvums ir ļoti mazs, un no kvadrātmetra elektroda var noņemt tikai 200 vatus. Par 100 megavatu jaudu elektrodu darba laukums sasniedz kvadrātkilometru, un nav cerību, ka šādas spēkstacijas celtniecības kapitālās izmaksas attaisnos ar tās radīto enerģiju. Tas nozīmē, ka kurināmā elementus var izmantot tikai tur, kur liela jauda nav nepieciešama. Bet makroenerģijai tie ir bezjēdzīgi.
Tādējādi, konsekventi vērtējot vēja enerģiju, ģeotermālo enerģiju, viļņu enerģiju, hidroenerģiju, Kapitsa apgalvoja, ka tas viss, pēc amatieru domām, ir diezgan daudzsološs, avoti nekad nespēs nopietni konkurēt ar fosilo kurināmo: vēja enerģijas blīvums un jūras viļņu enerģija ir zema; zemā iežu siltuma vadītspēja ierobežo ģeotermālās stacijas pieticīgā mērogā; visiem ir labi hidroelektroenerģija, taču, lai tā būtu efektīva, ir nepieciešamas vai nu kalnu upes - kad ūdens līmeni var paaugstināt lielā augstumā un tādējādi nodrošināt lielu ūdens gravitācijas enerģijas blīvumu -, bet to ir maz, vai arī ir nepieciešams nodrošināt milzīgas rezervuāru platības un iznīcināt auglīgo zeme.
Mierīgais atoms nesteidzas
Savā ziņojumā Petrs Leonidovičs Kapitsa īpaši pieskārās kodolenerģijai un atzīmēja trīs galvenās problēmas tās veidošanā kā galveno cilvēces enerģijas avotu: radioaktīvo atkritumu apglabāšanas problēmu, kritisko katastrofu bīstamību atomelektrostacijās un nekontrolētas plutonija un kodoltehnoloģiju izplatīšanās problēmu. Desmit gadus vēlāk Černobiļā pasaule spēja pārliecināties, ka apdrošināšanas sabiedrības un akadēmiķis Kapitsa vairāk nekā pareizi novērtēja kodolenerģijas bīstamību. Tātad līdz šim nav runas par pasaules enerģijas pārnešanu uz kodoldegvielu, lai gan var sagaidīt tās īpatsvara pieaugumu rūpnieciskajā elektroenerģijas ražošanā.
Pjotrs Kapitsa savas lielākās cerības lika uz kodolenerģiju. Tomēr pēdējo trīsdesmit nepāra gadu laikā, neraugoties uz dažādu valstu zinātnieku milzīgajiem centieniem, kontrolētās termo kodolsintēzes problēma ir ne tikai neatrisināta, bet laika gaitā izpratne par problēmas sarežģītību drīzāk ir tikai pieaugusi.
Krievija, Eiropas Savienība, Ķīna, Indija, Japāna, Dienvidkoreja un Amerikas Savienotās Valstis 2006. gada novembrī vienojās sākt eksperimentāla kodolreaktora ITER būvniecību, pamatojoties uz augstas temperatūras plazmas magnētiskā noslēgšanas principu, kam vajadzētu nodrošināt 500 megavatus siltuma jaudas 400 sekundes. Lai novērtētu attīstības tempu, varu teikt, ka 1977.-1978. autors piedalījās ITER “barošanas” iespējas analīzē, plazmā iešaujot cietu ūdeņraža tableti. Lāzera kodolsintēzes ideja, kuras pamatā ir ūdeņraža mērķa ātra saspiešana, izmantojot lāzera starojumu, arī nav vislabākajā stāvoklī.
Ļoti dārga zinātniskā fantastika …
Bet kā ir ar ūdeņraža enerģiju un bēdīgi slaveno biodegvielu, kuras mūsdienās tiek visaktīvāk popularizētas? Kāpēc Kapitsa viņiem vispār nepievērsa uzmanību? Galu galā cilvēce gadsimtiem ilgi izmanto biodegvielu malkas veidā, un šodien ūdeņraža enerģija šķiet tik daudzsološa, ka gandrīz katru dienu ir ziņas, ka lielākās automašīnu kompānijas demonstrē konceptautomobiļus ar ūdeņraža degvielu! Vai tiešām akadēmiķis bija tuvredzīgs? Ak vai … Neviens ūdeņradis vai pat bioenerģija vārda tiešajā nozīmē nevar pastāvēt.
Kas attiecas uz ūdeņraža enerģiju, tā kā uz Zemes nav dabisku ūdeņraža nogulšņu, tās piekritēji mēģina izgudrot mūžīgo kustības mašīnu planētas mērogā - ne vairāk, ne mazāk. Ir divi veidi, kā iegūt ūdeņradi rūpnieciskā mērogā: vai nu ar elektrolīzes palīdzību ūdens sadalīšanai ūdeņradī un skābeklī, taču tam nepieciešama enerģija, kas acīmredzami ir pārāka par to, kas pēc tam izdalās, sadedzinot ūdeņradi un pārvēršoties atkal ūdenī, vai … no dabasgāzes, izmantojot katalizatorus un atkal enerģijas patēriņš - kas jāiegūst … atkal, sadedzinot dabisko fosilo kurināmo! Tiesa, pēdējā gadījumā tā joprojām nav "mūžīgā kustības mašīna": šādā veidā iegūtā ūdeņraža sadedzināšanas laikā joprojām rodas kāda papildu enerģija. Bet tas būs daudz mazāk nekā tas, ko iegūtu, tieši sadedzinot dabasgāzi,apejot tā pārveidošanos par ūdeņradi. Tas nozīmē, ka "elektrolītiskais ūdeņradis" nemaz nav degviela, tas ir tikai enerģijas "akumulators", kas iegūts no cita avota … kura vienkārši nepastāv. Iespējams, ka no dabasgāzes iegūtā ūdeņraža izmantošana nedaudz samazinās oglekļa dioksīda emisijas atmosfērā, jo šīs emisijas būs saistītas tikai ar enerģijas ražošanu, kas nepieciešama ūdeņraža iegūšanai. Bet, no otras puses, procesa rezultātā atjaunojamās fosilās degvielas kopējais patēriņš tikai pieaugs!tā kā šīs emisijas būs saistītas tikai ar enerģijas ražošanu, kas nepieciešama ūdeņraža ražošanai. Bet, no otras puses, procesa rezultātā atjaunojamās fosilās degvielas kopējais patēriņš tikai pieaugs!tā kā šīs emisijas būs saistītas tikai ar enerģijas ražošanu, kas nepieciešama ūdeņraža ražošanai. Bet, no otras puses, procesa rezultātā atjaunojamās fosilās degvielas kopējais patēriņš tikai pieaugs!
Situācija ar "bioenerģiju" nav labāka. Šajā gadījumā mēs runājam vai nu par senās idejas par augu un dzīvnieku tauku izmantošanu iekšdedzes dzinēju darbināšanai reanimēšanu (dīzeļa pirmais "dīzeļdegviela" darbojās ar zemesriekstu eļļu), vai par etilspirta izmantošanu, kas iegūts, raudzējot dabiskos - graudus, kukurūzu, rīsus, cukurniedres. utt. - vai pakļauti hidrolīzei (tas ir, šķiedru sadalīšanai cukuros) - lauksaimniecības produkti.
Kas attiecas uz eļļu ražošanu, tā ir ārkārtīgi zemas efektivitātes ražošana, saskaņā ar "Kapitsa kritērijiem". Piemēram, zemesriekstu raža labākajā gadījumā ir 50 c / ha. Pat ar trim ražām gadā riekstu raža diez vai pārsniegs 2 kg gadā uz kvadrātmetru. No šī riekstu skaita labākajā gadījumā tiks iegūts 1 kg eļļas: enerģijas jauda ir nedaudz lielāka par 1 vatu uz kvadrātmetru - tas ir, par divām pakāpēm mazāka nekā saules enerģija, kas pieejama no tā paša kvadrātmetra. Tajā pašā laikā mēs neņemām vērā faktu, ka šādu kultūru iegūšanai ir nepieciešams intensīvi izmantot energoietilpīgus mēslošanas līdzekļus, enerģijas patēriņu augsnes apstrādei un apūdeņošanai. Tas ir, lai segtu cilvēces šodienas vajadzības, būtu nepieciešams pilnībā izsēt pāris pasaules ar zemesriekstiem. Veicot līdzīgu "alkohola" enerģijas aprēķinu, ir viegli pārliecinātieska tā efektivitāte ir vēl zemāka nekā agro ciklam "dīzeļdegviela".
… Bet ļoti izdevīga "ziepju burbuļa" ekonomikai.
Mēs esam savējie, mēs veidosim jaunu pasauli
Saules enerģijas ierobežotāju rezultāts bija zināšanas, kas bija labi pieejamas tālajā 1975. gadā: faktiski no viena zemes virsmas metra var savākt ne vairāk kā 100–200 vatu vidējās dienas saules enerģijas. Citiem vārdiem sakot, lai apmierinātu pat pašreizējās cilvēces vajadzības, saules elektrostaciju platība, kas atrodas uz Zemes virsmas, būtu vienkārši milzīga.
Turklāt saules paneļu novietošanai vispiemērotākā būtu zemes virsmas josla gar zemes ekvatoru - vai arī tuksneša tropiskos reģionos, savukārt lielākā daļa saules enerģijas patērētāju atrodas ziemeļu puslodes mērenajā joslā. Rezultātā abstraktie Sahāras saules paneļu "laukumi", kas tik ļoti mīl piesaistīt neierobežotas saules enerģijas apoloģētus, izrādās nekas cits kā virtuāls pieņēmums.
Bet tas nekādā gadījumā neapturēja tos, kuri nebija pilnībā apguvuši skolas fizikas kursu. Sahāras Saules attīstības projekti ir radušies un parādās ar apskaužamu regularitāti.
Piemēram, 2003. gadā dibinātais Eiropas uzņēmums Desertec mēģināja īstenot megaprojektu saules elektrostaciju būvniecībai Tunisijā, Lībijā un Ēģiptē, lai piegādātu saules enerģiju Rietumeiropai, neskatoties uz tādu lielu korporāciju un banku kā Siemens, Bosch, ABB un Desmit gadus vēlāk, 2013. gadā, Deutche Bank klusi bankrotēja. Izrādījās, ka Sahāras elektrostaciju celtniecības un uzturēšanas izmaksas un elektrības transportēšanas izmaksas tūkstošiem kilometru garumā, pat ja Sahārā ir "bezmaksas" saules konstante, ko nav aptumšojuši mākoņi vai miglas, bija vienkārši pārmērīgas.
Situācija vairs nav rožaina ar pašas saules enerģijas nozari pašā Rietumeiropā, kur jau otro gadu desmitu dažādas valstis un fondi saules un vēja enerģijas attīstībai ir piešķīruši triljonus dolāru. Neskatoties uz “zelta lietu”, kas bagātīgi lietoja atjaunojamās enerģijas nozari (AER) un visaptverošu politisko atbalstu atjaunojamajai enerģijai (pat sakarā ar piespiedu atomelektrostaciju un ogļu termoelektrostaciju slēgšanu), AER “starpfinišs” 2016. gadā nebūt nebija tik iespaidīgi.
Tātad līdz 2015. gadam arī Vācijā un Dānijā, kas uzstādīja maksimālo vēja turbīnu un saules bateriju skaitu, elektrības cenas bija visaugstākās - 29,5 eirocenti un 30,4 eirocenti par kWh. Tajā pašā laikā Bulgārija un Ungārija, "atpalikuši" attiecībā uz atjaunojamo enerģijas avotu uzstādīšanu, kur padomju laikā tika uzceltas jaudīgas atomelektrostacijas, varēja lepoties ar pilnīgi atšķirīgām elektroenerģijas cenām - attiecīgi 9,6 un 11,5 eirocentiem par kWh.
Šodien mēs runājam par to, ka vērienīgā programma "2020" par atjaunojamo enerģiju, kuru pieņēma Eiropas Savienība un saskaņā ar kuru līdz 2020. gadam 20% elektroenerģijas ES būtu jāražo no atjaunojamiem enerģijas avotiem, tika uzlikta uz Eiropas nodokļu maksātāju pleciem, kuri bija parakstījušies maksāt par īpaši paaugstinātu tarifu par elektrību. Pietiks, ja runājam par Krievijas realitāti vācieši un dāņi maksā 20–21 rubli par katru patērēto kilovatstundu).
Tāpēc izrādās, ka pašreizējie atjaunojamo enerģijas avotu panākumi nav saistīti ar to rentabilitātes ekonomisko realitāti un pat ne ar iespaidīgu progresu efektivitātes uzlabošanā vai to ražošanas un uzturēšanas izmaksu samazināšanā, bet, pirmkārt, ar ES valstu protekcionisma politiku attiecībā uz atjaunojamiem enerģijas avotiem un jebkādas konkurences novēršanu. no siltuma vai kodolenerģijas nozares puses, uz kuru attiecas papildu nodokļu spiediens (maksa par oglekļa dioksīda emisijām) vai pat tiešs aizliegums (piemēram, kodolenerģija Vācijā).
Nu, amerikāņu zinātnieki nezina šos skaitļus un perspektīvas? Protams, viņi to dara. Ričards Heinbergs savā sensacionālajā grāmatā PowerDown: Iespējas un darbības post-oglekļa pasaulei (visprecīzākais nozīmes tulkojums - “Pasaules gals: Iespējas un darbības post-oglekļa pasaulē”) visdetalizētākajā veidā atkārto Kapitsa analīzi un parāda, ka nav bioenerģijas pasaule neglābs.
Tātad, kas notiek? Un lūk, ko: tikai ļoti naivs cilvēks uzskata, ka ekonomika mūsdienās, tāpat kā pirms 150 gadiem, darbojas pēc marksistu principa: "nauda - prece - nauda". Jaunā naudas un naudas formula ir īsāka un efektīvāka. Apgrūtinošā saikne reālu preču ražošanā, kas cilvēkiem reāli noder šī vārda parastajā nozīmē, ātri tiek izstumta no "lielās ekonomikas". Attiecības starp cenu un lietderību materiālajā nozīmē - lietas kā pārtikas, apģērba, mājokļa, transporta vai pakalpojumu kā kādas patiesas vajadzības apmierināšanas lietderība - aizmirst aizmirstībā tāpat kā attiecības starp monētas nominālu un masu, kas reiz bija pazudusi. dārgmetāls, kas tajā ieslēgts. Tādā pašā veidā jaunā laikmeta "lietas" tiek iztīrītas no visas lietderības. Vienīgā šo "lietu" patēriņa spējaviņu vienīgā “lietderība”, kas saglabā nozīmi mūsdienu laikmeta ekonomikā, ir viņu spēja pārdot, un “burbuļu” inflācija kļūst par galveno “ražošanu”, kas nes peļņu. Vispārējā pārliecība par spēju pārdot gaisu akciju, iespēju līgumu, nākotnes līgumu un daudzu citu "finanšu instrumentu" veidā kļūst par galveno ekonomikas virzītājspēku un galveno šīs ticības priesteru kapitāla avotu.
Pēc tam, kad secīgi plosījās "dot-com" un nekustamo īpašumu, kā arī "nanotehnoloģiju" burbuļi, paverot pasakainas perspektīvas, lielākoties tās turpina zīmēt bez ievērojamas materializācijas, šķiet, ka amerikāņu finansisti nopietni pievērsa uzmanību alternatīviem enerģijas avotiem. Ieguldot naudu "zaļajos projektos" un maksājot par zinātnisko reklāmu, viņi var paļauties uz to, ka daudzi Pinokio lieliski apaugļos brīnumu finanšu jomu ar savu zeltu.
