Den 8 oktober 1975, vid en vetenskaplig session tillägnad 250-årsjubileet av Sovjetunionens vetenskapsakademi, gjorde akademikern Pyotr Leonidovich Kapitsa, som tilldelades Nobelpriset i fysik tre år senare, en konceptrapport där han, baserat på grundläggande fysiska principer, i huvudsak begravde alla typer "Alternativ energi", med undantag av kontrollerad termonukleär fusion.
För att sammanfatta akademikern Kapitsas överväganden kokar de ner till följande:
Huvudargumentet som Kapitsa använde i sin rapport om möjligheterna med alternativ energi var inte en ekonomisk metod utan fysiska överväganden. Hans huvudsakliga invändning mot den obevekliga fascinationen med det moderna redan för fyrtio år sedan var begreppen "fri och miljövänlig alternativ energi" en uppenbar begränsning som inte är tillåten än i dag: ingen av de alternativa energikällorna, vare sig det är solpaneler, vindkraftparker samma vätgasbränsleceller har inte nått energi- och kraftdensiteterna som tillhandahålls av sådana fossila bränslen som kol, olja och gas eller kärnkraft.
Tyvärr är denna typ av begränsning inte politisk utan exakt fysisk karaktär - oavsett vilket statligt system eller ideologi som väljs i landet, måste vilken ekonomi som helst baseras på en eller annan grad på de fysiska lagarna i världen omkring oss. Forskarnas eller ingenjörernas ansträngningar kan föra oss tillräckligt nära den teoretiska fysiska gränsen för en viss teknik, men tyvärr är det absolut värdelöst att försöka hoppa över en sådan begränsare.
Så, till exempel, är den begränsande konstanten för solenergi den så kallade "solkonstanten", som är 1367 W per kvadratmeter i jordens omlopp. Tyvärr är detta "orbital kilowatt" helt oåtkomligt för oss som lever på jordytan. Mängden solenergi som når jordens yta påverkas av många faktorer: vädret, atmosfärens allmänna transparens, moln och dimma, solens höjd över horisonten.
Men det viktigaste är att vår planet roterar runt sin axel, vilket omedelbart minskar den tillgängliga energin hos solkonstanten med nästan hälften: på natten är solen under horisonten. Som ett resultat måste vi, jordens invånare, vara nöjda med högst en tiondel av orbitalsolkonstanten.
Oavsett vilken energikälla som anses, kan den kännetecknas av två parametrar: energitäthet - det vill säga dess mängd per volymenhet - och hastigheten för dess överföring (utbredning). Produkten av dessa kvantiteter är den maximala effekten som kan erhållas från en enhetsyta med denna typ av energi.
Kampanjvideo:
Låt oss säga solenergi. Dess densitet är försumbar. Men det sprider sig med stor hastighet - ljusets hastighet. Som ett resultat är flödet av solenergi som kommer till jorden och ger liv åt allt inte alls - mer än ett kilowatt per kvadratmeter. Ack, detta flöde är tillräckligt för livet på planeten, men som den viktigaste energikällan för mänskligheten är det extremt ineffektivt. Som P. Kapitsa noterade, vid havsnivå, med hänsyn till förluster i atmosfären, kan en person faktiskt använda ett flöde på 100-200 watt per kvadratmeter. Redan idag är effektiviteten för enheter som omvandlar solenergi till el 15%. För att endast täcka hushållens behov i ett modernt hushåll behövs en omvandlare med en yta på minst 40-50 kvadratmeter. Och för att ersätta fossila bränslekällor med solenergi,det är nödvändigt att bygga en kontinuerlig remsa av solbatterier 50-60 kilometer breda längs hela ekvatorns landdel. Det är uppenbart att ett sådant projekt inom överskådlig framtid inte kan genomföras vare sig av tekniska, ekonomiska eller politiska skäl.
Det motsatta exemplet är bränsleceller, där det sker en direkt omvandling av den kemiska energin från väteoxidation till el.
Petr Kapitsa skrev:”I praktiken är energiflödestätheten mycket låg och endast 200 watt kan avlägsnas från en kvadratmeter elektrod. För 100 megawatt effekt når elektrodernas arbetsområde en kvadratkilometer, och det finns inget hopp om att kapitalkostnaden för att bygga ett sådant kraftverk kommer att motiveras av den energi det genererar. Detta innebär att bränsleceller endast kan användas där hög effekt inte behövs. Men de är värdelösa för makroenergi."
Här är energitätheten hög och effektiviteten för en sådan omvandling är också hög och når 70 procent eller mer. Men överföringshastigheten är extremt låg, begränsad av den mycket låga diffusionshastigheten för joner i elektrolyter. Som ett resultat är energiflödestätheten ungefär densamma som för solenergi. Petr Kapitsa skrev:”I praktiken är energiflödestätheten mycket låg och endast 200 watt kan avlägsnas från en kvadratmeter elektrod. För 100 megawatt effekt når elektrodernas arbetsområde en kvadratkilometer, och det finns inget hopp om att kapitalkostnaden för att bygga ett sådant kraftverk kommer att motiveras av den energi den genererar. Detta innebär att bränsleceller endast kan användas där hög effekt inte behövs. Men de är värdelösa för makroenergi.
Så, genom att konsekvent bedöma vindenergi, geotermisk energi, vågsenergi, vattenkraft, hävdade Kapitsa att alla dessa, enligt en amatörs åsikt, är ganska lovande, källor kommer aldrig att kunna konkurrera på allvar med fossila bränslen på allvar: densiteten hos vindenergi och energin i havsvågorna är låg; låg värmeledningsförmåga hos stenar begränsar geotermiska stationer till en blygsam skala; alla är bra med vattenkraft, men för att den ska vara effektiv behövs antingen bergsfloder - när vattennivån kan höjas till en stor höjd och därigenom ge en hög densitet av gravitationell energi av vatten - men det finns få av dem, eller det är nödvändigt att tillhandahålla enorma områden med reservoarer och förstöra fertil landa.
Fredlig atom har inte bråttom
I sin rapport berörde Pyotr Leonidovich Kapitsa särskilt kärnkraften och noterade tre huvudproblem på vägen för dess bildande som den huvudsakliga energikällan för mänskligheten: problemet med bortskaffande av radioaktivt avfall, den kritiska risken för katastrofer vid kärnkraftverk och problemet med okontrollerad spridning av plutonium och kärnteknik. Tio år senare, i Tjernobyl, kunde världen se till att försäkringsbolag och akademiker Kapitsa var mer än korrekta när de bedömde risken för kärnkraft. Så länge är det inget tal om att överföra världsenergi till kärnbränsle, även om man kan förvänta sig en ökning av dess andel i industriell elproduktion.
Pyotr Kapitsa satte sina största förhoppningar på termonukleär energi. Trots de enorma ansträngningar som forskare från olika länder har gjort under de senaste trettio åren har problemet med kontrollerad termonukleär fusion inte bara lösts utan med tiden har kunskapen om problemets komplexitet snarare bara ökat.
I november 2006 enades Ryssland, Europeiska unionen, Kina, Indien, Japan, Sydkorea och USA om att påbörja byggandet av en experimentell termonukleär reaktor ITER, baserat på principen om magnetisk inneslutning av högtemperaturplasma, som skulle ge 500 megawatt termisk effekt i 400 sekunder. För att bedöma utvecklingshastigheten kan jag säga det 1977-1978. författaren deltog i analysen av möjligheten att "mata" ITER genom att skjuta en fast vätetablett i plasma. Idén om laserfusion, baserad på den snabba komprimeringen av ett vätgasmål med laserstrålning, är inte heller i bästa skick.
Mycket dyr science fiction …
Men hur är det med vätgasenergi och det ökända biobränslet, som främst främjas idag? Varför uppmärksammade Kapitsa inte alls dem? När allt kommer omkring har mänskligheten använt biobränsle i form av ved i århundraden, och vätenergi idag verkar så lovande att nästan varje dag finns rapporter om att de största bilföretagen demonstrerar konceptbilar som drivs med vätgas! Var akademikern verkligen så kortsiktig? Ack … Inget väte eller ens bioenergi i ordets bokstavliga mening kan existera.
När det gäller vätenergi, eftersom det inte finns några naturliga vätgasavlagringar på jorden, försöker dess anhängare uppfinna en maskin för evig rörelse i planet skala, varken mer eller mindre. Det finns två sätt att få fram väte i industriell skala: antingen genom elektrolys för att sönderdela vatten i väte och syre, men detta kräver energi, uppenbarligen överlägsen det som sedan frigörs när väte bränns och omvandlas till vatten, eller … från naturgas med hjälp av katalysatorer och återigen energiförbrukning - som måste erhållas … igen, genom att bränna naturliga fossila bränslen! Det är sant att det i det senare fallet fortfarande inte är en "evighetsmaskin": ytterligare energi genereras fortfarande under förbränningen av väte som erhållits på detta sätt. Men det kommer att vara mycket mindre än vad som skulle erhållas genom direkt förbränning av naturgas,kringgå dess omvandling till väte. Detta betyder att "elektrolytiskt väte" inte alls är ett bränsle, det är bara en "ackumulator" av energi erhållen från en annan källa … som bara inte existerar. Användningen av vätgas som erhållits från naturgas kommer eventuellt att minska utsläppen av koldioxid till atmosfären något, eftersom dessa utsläpp endast kommer att kopplas till den energiproduktion som krävs för att erhålla väte. Men å andra sidan, som ett resultat av processen, kommer den totala konsumtionen av icke förnybara fossila bränslen bara att växa!eftersom dessa utsläpp endast kommer att associeras med den energiproduktion som krävs för att producera väte. Men å andra sidan, som ett resultat av processen, kommer den totala konsumtionen av icke förnybara fossila bränslen bara att växa!eftersom dessa utsläpp endast kommer att associeras med den energiproduktion som krävs för att producera väte. Men å andra sidan, som ett resultat av processen, kommer den totala konsumtionen av icke förnybara fossila bränslen bara att växa!
Situationen med "bioenergi" är inte bättre. I det här fallet pratar vi antingen om att återanimera den gamla tanken att använda vegetabiliska och animaliska fetter för att driva förbränningsmotorer (den första diesel "diesel" kördes på jordnötsolja) eller om att använda etylalkohol erhållen genom jäsning av naturliga sådana - spannmål, majs, ris, sockerrör etc. - eller utsätts för hydrolys (det vill säga nedbrytning av fiber till socker) - jordbruksprodukter.
När det gäller produktion av oljor är detta en extremt lågeffektiv produktion enligt "Kapitsa-kriterierna". Till exempel är utbytet av jordnötter i bästa fall 50 c / ha. Även med tre skördar per år kommer utbytet av nötter knappast att överstiga 2 kg per år per kvadratmeter. Från detta antal nötter kommer i bästa fall 1 kg olja att visa sig: energiproduktionen är något mer än 1 watt per kvadratmeter - det vill säga två storleksordningar mindre än solenergi tillgänglig från samma kvadratmeter. Samtidigt tog vi inte hänsyn till det faktum att för att få sådana grödor krävs intensiv användning av energiintensiva gödningsmedel, energiförbrukning för jordbearbetning och bevattning. Det vill säga, för att täcka dagens mänskliga behov skulle det vara nödvändigt att helt såa ett par världar med jordnötter. Genomföra en liknande beräkning för "alkohol" energi är det lätt att se tillatt dess effektivitet är ännu lägre än för "diesel" jordbrukscykeln.
… Men det är mycket fördelaktigt för ekonomin i "tvålbubblan".
Vi är våra, vi kommer att bygga en ny värld
Resultatet av begränsningen av solenergi var kunskap som var väl tillgänglig redan 1975: faktiskt, från en meter av jordytan kan inte mer än 100-200 watt av den genomsnittliga dagliga solenergieffekten samlas. Med andra ord, för att tillgodose mänsklighetens nuvarande behov skulle det område av solkraftverk som ligger på jordens yta helt enkelt vara enormt.
Dessutom skulle en remsa av jordytan längs jordekvatorn - eller i tropiska ökenområden, medan de flesta solenergikonsumenterna ligger i den tempererade zonen på norra halvklotet - vara mest lämplig för att placera solpaneler. Som ett resultat visar sig de abstrakta "kvadraterna" av solpaneler i Sahara, som är så förtjusta i att dra apologeter för obegränsad solenergi, vara inget annat än ett virtuellt antagande.
Men detta stoppade inte alls de som inte helt behärskade skolans fysik. Projekt för solutvecklingen i Sahara har uppstått och dyker upp med avundsvärd regelbundenhet.
Till exempel försökte det europeiska företaget Desertec, grundat 2003, att genomföra ett megaprojekt för byggande av solkraftverk i Tunisien, Libyen och Egypten för att leverera solenergi till Västeuropa, trots deltagandet i projektet för sådana stora företag och banker som Siemens, Bosch, ABB och Deutche Bank, tio år senare, 2013, gick tyst i konkurs. Det visade sig att kostnaden för att bygga och underhålla kraftverk i Sahara och kostnaden för att transportera elektricitet i tusentals kilometer, även med en "fri" solkonstant i Sahara, som inte förmörkats av moln eller dimma, helt enkelt var oöverkomlig.
Situationen är inte mer rosig med solenergiindustrin i Västeuropa själv, där olika länder och fonder för andra decenniet i rad har tilldelat biljoner dollar för utveckling av sol- och vindkraft. Trots det”gyllene regnet” som rikligt hällde på sektorn för förnybar energi (RES) och på allomfattande politiskt stöd för förnybar energi (även på grund av den tvingade stängningen av kärnkraftverk och koleldade värmekraftverk) var den”mellanliggande ytan” för RES från och med 2016 på intet sätt så imponerande.
Så 2015 hade Tyskland och Danmark, som installerade det maximala antalet vindkraftverk och solpaneler, också de högsta elpriserna - 29,5 euro och 30,4 euro per kWh. Samtidigt kunde Bulgarien och Ungern, "bakåt" när det gäller installationen av förnybara energikällor, där kraftfulla kärnkraftverk byggdes under sovjettiden, skryta med helt andra elpriser - 9,6 respektive 11,5 euro per kWh.
Idag talar vi om det faktum att det ambitiösa programmet "2020" om förnybar energi, som antogs av Europeiska unionen och enligt vilket 20% av elen i EU bör produceras från förnybara källor fram till 2020, läggs på axlarna på europeiska skattebetalare, som undertecknades för att betala en speciellt uppblåst taxa för el. Det räcker med att säga att när det gäller ryska verkligheter betalar tyskar och danskar 20–21 rubel för varje förbrukad kilowattimme).
Därför visar det sig att de nuvarande framgångarna för förnybara energikällor inte är förknippade med den ekonomiska realiteten i deras lönsamhet och inte ens med imponerande framsteg när det gäller att förbättra effektiviteten eller minska deras produktions- och underhållskostnader, utan främst med EU-ländernas protektionistiska politik i förhållande till förnybara energikällor och eliminering av eventuell konkurrens. från termisk eller kärnenergi, som är föremål för ytterligare skattetryck (skatter för koldioxidutsläpp) eller till och med ett direkt förbud (som kärnenergi i Tyskland).
Amerikanska forskare känner inte till dessa siffror och framtidsutsikter? Naturligtvis gör de det. Richard Heinberg upprepar i sin hyllade bok PowerDown: Options And Actions For A Post-Carbon World (den mest exakta översättningen av betydelsen -”End of the World: Possibilities and Actions in the Post-Carbon World”) Kapitzas analys på det mest detaljerade sättet och visar att ingen bioenergi världen kommer inte att rädda.
Så vad händer? Här är vad: bara en mycket naiv person tror att ekonomin idag, som för 150 år sedan, arbetar enligt den marxistiska principen: "pengar - råvara - pengar." Den nya formeln för pengar-pengar är kortare och effektivare. Den besvärliga länken i form av produktion av riktiga varor, som har verklig nytta för människor i ordets vanliga mening, avskaffas snabbt från den "stora ekonomin". Förhållandet mellan pris och nytta i materiell mening - nyttan av en sak som mat, kläder, bostäder, transportmedel eller service som ett sätt att tillgodose något verkligt behov - försvinner i glömska på samma sätt som förhållandet mellan myntets benämning och massan en gång försvann. ädelmetallen som är innesluten i den. På samma sätt rensas de nya sakerna av all nytta. Den enda konsumtionsförmågan hos dessa "saker"deras enda "användbarhet" som behåller betydelsen i den moderna tidens ekonomi är deras förmåga att säljas, och inflationen av "bubblor" blir den viktigaste "produktion" som ger vinst. Den allmänna tron på förmågan att sälja luft i form av aktier, optioner, futures och många andra "finansiella instrument" blir den viktigaste drivkraften i ekonomin och den huvudsakliga källan till kapital för prästerna i denna tro.
Efter att successivt spränga bubblor av "dot-com" och fastigheter och "nanoteknik", som dragit fantastiska framtidsutsikter, för det mesta fortsätter att dra dem utan märkbar materialisering, amerikanska finansiärer, verkar det, allvarligt riktade sin uppmärksamhet mot alternativa energikällor. Att investera pengar i "gröna projekt" och betala för vetenskaplig reklam, de kan mycket väl förlita sig på det faktum att många Pinocchio perfekt kommer att befrukta det finansiella området av mirakel med sitt guld.
