1975 m. Spalio 8 d. SSRS mokslų akademijos 250-osioms metinėms skirtoje mokslinėje sesijoje akademikas Pyotras Leonidovičius Kapitsa, kuriam po trejų metų buvo įteikta Nobelio fizikos premija, padarė koncepcinį pranešimą, kuriame, remdamasis pagrindiniais fiziniais principais, jis iš esmės palaidojo visus tipus. "Alternatyvi energija", išskyrus kontroliuojamą termobranduolinę sintezę.
Apibendrinant akademiko Kapitsa samprotavimus, jie suskaidomi taip:
Pagrindinis argumentas, kurį Kapitsa panaudojo savo pranešime apie alternatyvios energijos galimybes, anaiptol nebuvo ekonominis požiūris, o fiziniai sumetimai. Pagrindinis jo prieštaravimas netramdomam susižavėjimui madingais dar tada, prieš keturiasdešimt metų, „laisvos ir ekologiškos alternatyvios energijos“sąvokos buvo akivaizdus apribojimas, kurio neleidžiama iki šiol: nė vienas iš alternatyvių energijos šaltinių, nesvarbu, ar tai būtų saulės kolektoriai, ar vėjo jėgainės, ar ne. tačiau vandenilio kuro elementai niekada nebuvo pasiekę energijos ir galios tankio, kurį teikia iškastinis kuras, pvz., akmens anglis, nafta ir dujos ar branduolinė energija.
Deja, tokio pobūdžio apribojimai nėra politinio, o būtent fizinio pobūdžio - nepaisant šalyje pasirinktos valstybės sistemos ar ideologijos, bet kuri ekonomika turi būti vienokiu ar kitokiu laipsniu paremta mus supančio pasaulio fiziniais dėsniais. Mokslininkų ar inžinierių pastangos gali mus pakankamai priartinti prie teorinės fizinės tos ar kitos technologijos ribos, tačiau, deja, bandyti peršokti tokio tipo ribotuvus yra visiškai nenaudinga.
Pavyzdžiui, saulės energijos ribinė konstanta yra vadinamoji „saulės konstanta“, kuri mūsų Žemės orbitoje yra 1367 W vienam kvadratiniam metrui. Deja, šis „orbitinis kilovatas“yra visiškai nepasiekiamas mums, gyvenantiems žemės paviršiuje. Saulės energijos kiekį, pasiekiantį Žemės paviršių, veikia daugybė veiksnių: oras, bendras atmosferos skaidrumas, debesys ir rūkas, Saulės aukštis virš horizonto.
Tačiau svarbiausias dalykas yra mūsų planetos sukimasis aplink savo ašį, kuris iškart sumažina turimą saulės konstantos energiją beveik perpus: naktį Saulė yra žemiau horizonto. Todėl mes, Žemės gyventojai, turime patenkinti ne daugiau kaip dešimtąją orbitinės Saulės konstantos.
Kad ir koks energijos šaltinis būtų laikomas, jį galima apibūdinti dviem parametrais: energijos tankiu - tai yra jo kiekiu tūrio vienetui - ir perdavimo (sklidimo) greičiu. Šių dydžių sandauga yra didžiausia galia, kurią galima gauti iš vieneto paviršiaus naudojant tokio tipo energiją.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Tarkime, saulės energija. Jo tankis yra nereikšmingas. Bet jis plinta didžiuliu greičiu - šviesos greičiu. Todėl į Žemę ateinančios ir viskam gyvybės suteikiančios saulės energijos srautas visai nėra mažas - daugiau nei kilovatas kvadratiniam metrui. Deja, šio srauto pakanka gyvybei planetoje, tačiau pagrindinis žmonijos energijos šaltinis yra labai neveiksmingas. Kaip pažymėjo P. Kapitsa, jūros lygyje, atsižvelgdamas į atmosferos nuostolius, žmogus iš tikrųjų gali naudoti 100–200 vatų vienam kvadratiniam metrui srautą. Net ir šiandien saulės energiją paverčiančių prietaisų efektyvumas yra 15%. Norint patenkinti tik vieno šiuolaikinio namų ūkio poreikius, reikalingas keitiklis, kurio plotas ne mažesnis kaip 40-50 kvadratinių metrų. Ir norint iškastinio kuro šaltinius pakeisti saulės energija,per visą pusiaujo sausumos dalį būtina pastatyti ištisinę 50–60 kilometrų pločio saulės baterijų juostą. Akivaizdu, kad tokio projekto artimiausioje ateityje negalima įgyvendinti nei dėl techninių, nei dėl finansinių, nei dėl politinių priežasčių.
Priešingas pavyzdys yra kuro elementai, kur vandenilio oksidacijos cheminė energija tiesiogiai paverčiama elektra.
Petr Kapitsa rašė: „Praktiškai energijos srauto tankis yra labai mažas, o iš kvadratinio metro elektrodo galima pašalinti tik 200 vatų. Esant 100 megavatų galiai elektrodų darbinis plotas siekia kvadratinį kilometrą, ir nėra vilties, kad tokios jėgainės statybos kapitalo sąnaudos bus pateisinamos jos generuojama energija. Tai reiškia, kad kuro elementus galima naudoti tik ten, kur nereikia didelės galios. Bet jie nenaudingi makroenergijai “.
Čia energijos tankis yra didelis, o tokios konversijos efektyvumas taip pat yra didelis ir siekia 70 ar daugiau procentų. Bet jo perdavimo greitis yra labai mažas, jį riboja labai mažas jonų difuzijos greitis elektrolituose. Dėl to energijos srauto tankis yra maždaug toks pats kaip saulės energijos. Petr Kapitsa rašė: „Praktiškai energijos srauto tankis yra labai mažas, o iš kvadratinio metro elektrodo galima pašalinti tik 200 vatų. Esant 100 megavatų galiai elektrodų darbinis plotas siekia kvadratinį kilometrą, ir nėra vilties, kad tokios jėgainės statybos kapitalo sąnaudos bus pateisinamos jos generuojama energija. Tai reiškia, kad kuro elementus galima naudoti tik ten, kur nereikia didelės galios. Tačiau jie nenaudingi makroenergijai.
Taigi, nuosekliai vertindama vėjo energiją, geoterminę energiją, bangų energiją, hidroenergiją, „Kapitsa“teigė, kad visa tai, mėgėjo manymu, yra gana perspektyvūs, šaltiniai niekada negalės rimtai konkuruoti su iškastiniu kuru: vėjo energijos tankis ir jūros bangų energija yra maža; žemas uolienų šilumos laidumas riboja geotermines stotis iki nedidelio masto; visiems gerai sekasi naudoti hidroenergiją, tačiau norint, kad ji būtų efektyvi, reikalingos kalnų upės - kai vandens lygį galima pakelti į aukštį ir taip užtikrinti didelį vandens gravitacinės energijos tankį, tačiau jų yra nedaug arba būtina įrengti didžiulius rezervuarų plotus ir sunaikinti derlingą vandenį. žemės.
Ramus atomas neskuba
Savo pranešime Petras Leonidovičius Kapitsa ypač atkreipė dėmesį į branduolinę energiją ir atkreipė dėmesį į tris pagrindines jos formavimo, kaip pagrindinio žmonijos energijos šaltinio, problemas: radioaktyviųjų atliekų šalinimo problemą, kritinį nelaimių atominėse elektrinėse pavojų ir nekontroliuojamo plutonio bei branduolinių technologijų plitimo problemą. Po dešimties metų Černobylyje pasaulis sugebėjo įsitikinti, kad draudimo bendrovės ir akademikas Kapitsa vertino atominės energijos pavojų daugiau nei teisingai. Taigi, kol kas nėra kalbos apie pasaulio energijos perkėlimą į branduolinį kurą, nors galima tikėtis, kad padidės jo dalis pramoninėje elektros gamyboje.
Didžiausias viltis Pyotras Kapitsa davė termobranduolinei energijai. Tačiau per pastaruosius trisdešimt nelyginių metų, nepaisant milžiniškų mokslininkų iš įvairių šalių pastangų, kontroliuojamos termobranduolinės sintezės problema ne tik nebuvo išspręsta, bet laikui bėgant supratimas apie problemos sudėtingumą veikiau tik augo.
2006 m. Lapkričio mėn. Rusija, Europos Sąjunga, Kinija, Indija, Japonija, Pietų Korėja ir Jungtinės Valstijos susitarė pradėti eksperimentinio termobranduolinio reaktoriaus ITER statybą, pagrįstą aukštos temperatūros plazmos magnetinio uždarymo principu, kuris turėtų suteikti 500 megavatų šiluminę galią 400 sekundžių. Norėdamas įvertinti vystymosi tempą, galiu pasakyti, kad 1977–1978 m. autorius dalyvavo analizuojant galimybę „maitinti“ITER, į plazmą iššovus kietą vandenilio tabletę. Lazerio sintezės idėja, pagrįsta greitu vandenilio taikinio suspaudimu naudojant lazerio spinduliuotę, taip pat nėra geriausios būklės.
Labai brangi mokslinė fantastika …
Tačiau kaip yra vandenilio energija ir pagarsėjęs biokuras, kurie šiandien yra aktyviausiai reklamuojami? Kodėl Kapitsa visiškai nekreipė į juos dėmesio? Galų gale žmonija šimtmečius naudojo biokurą malkų pavidalu, o vandenilio energija šiandien atrodo tokia perspektyvi, kad beveik kiekvieną dieną yra pranešimų, kad didžiausios automobilių kompanijos demonstruoja koncepcinius automobilius kuriant vandenilį! Ar tikrai akademikas buvo toks trumparegis? Deja … Jokia vandenilis ar net bioenergija tiesiogine šio žodžio prasme negali egzistuoti.
Kalbant apie vandenilio energiją, kadangi Žemėje nėra natūralių vandenilio nuosėdų, jos šalininkai bando išrasti amžinąjį judėjimo aparatą planetos mastu - nei daugiau, nei mažiau. Pramoniniu mastu vandenilį galima gauti dviem būdais: arba atliekant elektrolizę, kad vanduo suskaidytų į vandenilį ir deguonį, tačiau tam reikalinga energija, akivaizdžiai didesnė už tą, kuri vėliau išsiskiria deginant vandenilį ir vėl jį paverčiant vandeniu, arba … iš gamtinių dujų naudojant katalizatorius ir vėl energijos suvartojimas - kurį reikia gauti … vėl deginant natūralų iškastinį kurą! Tiesa, pastaruoju atveju tai vis dar nėra „amžinasis judesio aparatas“: deginant tokiu būdu gautą vandenilį vis tiek susidaro tam tikra papildoma energija. Bet tai bus daug mažiau, nei būtų gaunama tiesiogiai deginant gamtines dujas,aplenkiant jo virtimą vandeniliu. Tai reiškia, kad „elektrolitinis vandenilis“visai nėra kuras, tai tik energijos „kaupiklis“, gaunamas iš kito šaltinio … kurio tiesiog nėra. Naudojant vandenilį, gautą iš gamtinių dujų, galbūt šiek tiek sumažės anglies dvideginio išmetimas į atmosferą, nes šios emisijos bus susijusios tik su energijos, reikalingos vandeniliui gauti, gamyba. Kita vertus, dėl šio proceso bendras neatsinaujinančių iškastinių degalų suvartojimas tik augs!nes šios emisijos bus susijusios tik su vandenilio gamybai reikalingos energijos gamyba. Kita vertus, dėl šio proceso bendras neatsinaujinančių iškastinių degalų suvartojimas tik augs!nes šios emisijos bus susijusios tik su vandenilio gamybai reikalingos energijos gamyba. Kita vertus, dėl šio proceso bendras neatsinaujinančių iškastinių degalų suvartojimas tik augs!
Situacija su „bioenergija“nėra geresnė. Šiuo atveju mes kalbame arba apie senos idėjos naudoti augalinius ir gyvūninius riebalus vidaus degimo varikliams varyti (pirmasis dyzelinas „dyzelinas“buvo naudojamas žemės riešutų aliejuje), arba apie etilo alkoholio, gauto fermentuojant natūralius - grūdus, kukurūzus, ryžius, cukranendres, reanimaciją. ir kt. - arba hidrolizuojami (ty skaidomos skaidulos į cukrų) - žemės ūkio produktai.
Kalbant apie aliejų gamybą, tai pagal „Kapitsa kriterijus“yra ypač mažo efektyvumo gamyba. Pavyzdžiui, žemės riešutų derlius geriausiu atveju siekia 50 c / ha. Net turint tris derlius per metus, riešutų derlius vargu ar viršys 2 kg per metus už kvadratinį metrą. Geriausiu atveju iš šio riešutų skaičiaus bus gaunamas 1 kg aliejaus: energijos išeiga yra šiek tiek didesnė nei 1 vatas kvadratiniam metrui, tai yra dviem dydžiais mažiau nei saulės energija, gaunama iš to paties kvadratinio metro. Tuo pačiu neatsižvelgėme į tai, kad norint gauti tokių pasėlių reikia intensyviai naudoti daug energijos reikalaujančias trąšas, suvartoti energijos dirvožemiui auginti ir drėkinti. Tai yra, norint patenkinti šiandieninius žmonijos poreikius, reikėtų visiškai pasėti porą pasaulių žemės riešutais. Atlikus panašų „alkoholio“energijos skaičiavimą, lengva įsitikintikad jo efektyvumas yra dar mažesnis nei „dyzelinio“agro ciklo.
… Bet tai labai naudinga „muilo burbulo“ekonomikai.
Mes esame mūsų, kursime naują pasaulį
Saulės energijos ribotuvų rezultatas buvo žinios, kurios buvo gerai prieinamos dar 1975 m.: Iš tikrųjų iš vieno metro žemės paviršiaus galima surinkti ne daugiau kaip 100-200 vatų vidutinės dienos saulės energijos galios. Kitaip tariant, norint patenkinti net dabartinius žmonijos poreikius, saulės elektrinių plotas, esantis Žemės paviršiuje, būtų tiesiog milžiniškas.
Be to, saulės plokštėms būtų tinkamiausia žemės paviršiaus juosta palei žemės pusiaują - arba dykumos atogrąžų regionuose, o dauguma saulės energijos vartotojų yra Šiaurės pusrutulio vidutinio klimato zonoje. Todėl abstraktūs Saulės plokščių „kvadratai“Sacharoje, kurie taip mėgsta piešti neribotos saulės energijos apologetus, pasirodo ne kas kita, kaip virtuali prielaida.
Bet tai anaiptol nesustabdė tų, kurie iki galo neįvaldė mokyklos fizikos kurso. Saharos Saulės plėtros projektai atsirado ir atsiranda pavydėtinai reguliariai.
Pavyzdžiui, 2003 m. Įkurta Europos bendrovė „Desertec“bandė įgyvendinti saulės elektrinių statybai Tunise, Libijoje ir Egipte skirtą megaprojektą saulės energijai tiekti į Vakarų Europą, nepaisant to, kad dalyvavo tokiose didelėse korporacijose ir bankuose kaip „Siemens“, „Bosch“, ABB ir kt. Po dešimties metų, 2013 m., „Deutche Bank“tyliai bankrutavo. Paaiškėjo, kad jėgainių statybų ir priežiūros Sacharoje išlaidos ir elektros energijos transportavimo tūkstančiams kilometrų sąnaudos, net ir esant „nemokamai“Saharos saulės konstantai, netemstančiai debesų ar rūko, buvo tiesiog pernelyg didelės.
Nebėra rožinės pačios saulės energijos pramonės Vakarų Europoje, kur antrą dešimtmetį iš eilės įvairios šalys ir fondai skyrė trilijonus dolerių saulės ir vėjo energetikai plėtoti. Nepaisant „auksinio lietaus“, gausiai liejančio atsinaujinančiosios energijos sektorių (AEI) ir visapusiškos politinės paramos atsinaujinančiai energijai (net dėl priverstinio atominių elektrinių ir anglimi kūrenamų elektrinių uždarymo), 2016 m. toks įspūdingas.
Taigi iki 2015 m. Vokietijoje ir Danijoje, kurios įrengė maksimalų vėjo turbinų ir saulės baterijų skaičių, taip pat buvo didžiausios elektros kainos - 29,5 euro cento ir 30,4 euro cento už kWh. Tuo pat metu Bulgarija ir Vengrija, atsilikusių energijos šaltinių įrengimo požiūriu, kur sovietmečiu buvo pastatytos galingos atominės elektrinės, galėjo pasigirti visiškai skirtingomis elektros kainomis - atitinkamai 9,6 ir 11,5 euro cento už kWh.
Šiandien mes kalbame apie tai, kad ambicinga programa „2020“dėl atsinaujinančios energijos, kurią patvirtino Europos Sąjunga ir pagal kurią iki 2020 m. 20 proc. Elektros energijos ES turėtų būti pagaminta iš atsinaujinančių šaltinių, buvo guldoma ant Europos mokesčių mokėtojų, pasirašiusių mokėti specialiai padidintą tarifą, pečių. už elektrą. Pakanka pasakyti, kad kalbant apie Rusijos realijas, vokiečiai ir danai moka 20–21 rublį už kiekvieną suvartotą kilovatvalandę).
Todėl paaiškėja, kad dabartinė atsinaujinančių energijos šaltinių sėkmė nėra susijusi su ekonomine jų pelningumo realija ir net ne su įspūdinga pažanga gerinant efektyvumą ar mažinant jų gamybos ir priežiūros sąnaudas, bet, visų pirma, su protekcionistine ES šalių politika atsinaujinančių energijos šaltinių atžvilgiu ir bet kokios konkurencijos pašalinimu. šilumos ar branduolinės energijos, kuriai taikomas papildomas mokestinis spaudimas (mokesčiai už anglies dvideginio išmetimą), arba netgi visiškas draudimas (kaip branduolinė energija Vokietijoje).
Na, Amerikos mokslininkai nežino šių skaičių ir perspektyvų? Žinoma, jie tai daro. Richardas Heinbergas savo sensacingoje knygoje „PowerDown: Options and Actions For A Post-Carbon World“(tiksliausias reikšmės vertimas - „Pasaulio pabaiga: galimybės ir veiksmai anglies dvideginio pasaulyje“) išsamiausiai pakartoja Kapitsa analizę ir parodo, kad jokia bioenergija pasaulis neišgelbės.
Taigi kas vyksta? Štai kas: tik labai naivus žmogus tiki, kad ekonomika šiandien, kaip ir prieš 150 metų, veikia pagal marksistinį principą: „pinigai - prekės - pinigai“. Naujoji pinigų ir pinigų formulė yra trumpesnė ir efektyvesnė. Greitai iš „didžiosios ekonomikos“išstumiama varginanti sąsaja, susijusi su realių prekių gamyba, kuri žmonėms yra įprasta įprasta to žodžio prasme. Kainos ir naudingumo santykis materialia prasme - daikto, kaip maisto, drabužių, būsto, transporto priemonės ar paslaugų, naudojimas kaip priemonė patenkinti tam tikrą realų poreikį, nyksta taip, kaip išnyko santykis tarp monetos nominalo ir jos masės. joje uždaras taurusis metalas. Lygiai taip pat naujojo amžiaus „daiktai“išvalomi iš visų naudos. Vienintelis šių „daiktų“vartojimasvienintelis jų „naudingumas“, išlaikantis prasmę šiuolaikinių laikų ekonomikoje, yra jų sugebėjimas parduoti, o „burbulų“infliacija tampa pagrindine „gamyba“, kuri duoda pelno. Visuotinis įsitikinimas galimybe parduoti orą akcijų, pasirinkimo sandorių, ateities sandorių ir daugybės kitų „finansinių priemonių“pavidalu tampa pagrindine ekonomikos varomąja jėga ir pagrindiniu šio tikėjimo kunigų kapitalo šaltiniu.
Po to, kai vienas po kito sprogo „dot-com“ir nekilnojamojo turto bei „nanotechnologijų“burbulai, sužavėjo pasakiškas perspektyvas, dauguma jų ir toliau jas traukia be pastebimo materializavimosi, atrodo, kad amerikiečių finansininkai rimtai atkreipė dėmesį į alternatyvius energijos šaltinius. Investuodami pinigus į „žaliuosius projektus“ir mokėdami už mokslu pagrįstą reklamą, jie gali tikėtis, kad daugybė Pinokio savo auksu puikiai apvaisins stebuklų finansinę sritį.