На 8 октомври 1975 г. на научна сесия, посветена на 250-годишнината на Академията на науките на СССР, академик Петър Леонидович Капица, който три години по-късно е удостоен с Нобелова награда за физика, изготвя концептуална работа, в която въз основа на основни физически принципи той по същество погребва всички видове "Алтернативна енергия", с изключение на контролиран термоядрен синтез.
За да обобщим разсъжденията на академик Капица, те се свеждат до следното:
Основният аргумент, който Капица използва в доклада си за възможностите на алтернативната енергия, в никакъв случай не е икономически подход, а физически съображения. Основното му възражение срещу необузданото увлечение по модните още тогава, преди четиридесет години, концепции за „безплатна и екологична алтернативна енергия“беше очевидно ограничение, което не е позволено и до днес: нито един от алтернативните енергийни източници, било то слънчеви панели, вятърни паркове или водородните горивни клетки обаче никога не са достигнали енергийната и енергийната плътност, които се осигуряват от изкопаеми горива като въглища, нефт и газ или ядрена енергия.
За съжаление този вид ограничения не са политически, а точно физически по своята същност - независимо от държавната система или идеологията, избрани в страната, всяка икономика трябва да се основава в една или друга степен на физическите закони на света около нас. Усилията на учени или инженери могат да ни приближат достатъчно до теоретичната физическа граница на тази или онази технология, но, уви, абсолютно безполезно е да се опитваме да прескочим този вид ограничител.
Така например, ограничителната константа за слънчевата енергия е така наречената „слънчева константа“, която е 1367 W на квадратен метър в орбитата на нашата Земя. За съжаление този „орбитален киловат“е напълно недостъпен за нас, живеещите на земната повърхност. Количеството слънчева енергия, достигащо земната повърхност, се влияе от много фактори: времето, общата прозрачност на атмосферата, облаците и мъглата, височината на Слънцето над хоризонта.
Но най-важното е въртенето на нашата планета около оста си, което незабавно намалява наличната енергия на слънчевата константа почти наполовина: през нощта Слънцето е под хоризонта. В резултат на това ние, жителите на Земята, трябва да се задоволим с максимум една десета от орбиталната слънчева константа.
Който и енергиен източник да се разглежда, той може да се характеризира с два параметъра: енергийна плътност - т.е. количеството му в единица обем - и скоростта на неговото предаване (разпространение). Продуктът на тези количества е максималната мощност, която може да се получи от единична повърхност, използвайки този вид енергия.
Промоционално видео:
Да кажем, слънчева енергия. Плътността му е незначителна. Но той се разпространява с голяма скорост - скоростта на светлината. В резултат на това потокът от слънчева енергия, който идва на Земята и дава живот на всичко, съвсем не е малък - повече от киловат на квадратен метър. Уви, този поток е достатъчен за живота на планетата, но тъй като основният източник на енергия за човечеството е изключително неефективен. Както отбеляза П. Капица, на морското равнище, като се вземат предвид загубите в атмосферата, човек действително може да използва поток от 100-200 вата на квадратен метър. Дори днес ефективността на устройствата, които превръщат слънчевата енергия в електрическа, е 15%. За да се покрият само битовите нужди на едно модерно домакинство, е необходим преобразувател с площ най-малко 40-50 квадратни метра. И за да заменим източниците на изкопаеми горива със слънчева енергия,необходимо е да се изгради непрекъсната ивица слънчеви батерии с ширина 50-60 километра по цялата сухопътна част на екватора. Съвсем очевидно е, че подобен проект в обозримо бъдеще не може да бъде осъществен нито по технически, финансови, нито по политически причини.
Обратният пример са горивните клетки, където има директно преобразуване на химическата енергия на окисляването на водорода в електричество.
Петр Капица пише: „На практика плътността на енергийния поток е много ниска и само 200 вата могат да бъдат отстранени от квадратен метър електрод. За 100 мегавата мощност работната площ на електродите достига квадратен километър и няма надежда капиталовите разходи за изграждането на такава електроцентрала да бъдат оправдани от генерираната от нея енергия. Това означава, че горивните клетки могат да се използват само там, където не е необходима висока мощност. Но те са безполезни за макроенергията."
Тук енергийната плътност е висока и ефективността на такова преобразуване също е висока, достигайки 70 процента или повече. Но скоростта на неговия трансфер е изключително ниска, ограничена от много ниската скорост на дифузия на йони в електролити. В резултат на това плътността на енергийния поток е приблизително същата като при слънчевата енергия. Петр Капица пише: „На практика плътността на енергийния поток е много ниска и само 200 вата могат да бъдат отстранени от квадратен метър електрод. За 100 мегавата мощност работната площ на електродите достига квадратен километър и няма надежда капиталовите разходи за изграждането на такава електроцентрала да бъдат оправдани от генерираната от нея енергия. Това означава, че горивните клетки могат да се използват само там, където не е необходима висока мощност. Но те са безполезни за макроенергията.
Така че, оценявайки последователно енергията на вятъра, геотермалната енергия, енергията на вълните, хидроенергията, Капица твърди, че всичко това, по мнение на любител, е доста обещаващо, източниците никога няма да могат да се конкурират сериозно с изкопаемите горива: плътността на вятърната енергия и енергията на морските вълни е ниска; ниската топлопроводимост на скалите ограничава геотермалните станции до умерен мащаб; всеки е добър с хидроенергията, но за да бъде тя ефективна, са необходими или планински реки - когато нивото на водата може да бъде повишено до голяма височина и по този начин да се осигури висока плътност на гравитационната енергия на водата - но те са малко, или е необходимо да се осигурят огромни площи на резервоари и да се унищожат плодородните земя.
Мирният атом не бърза
В своя доклад Петър Леонидович Капица специално засегна ядрената енергетика и отбеляза три основни проблема по пътя на нейното формиране като основен източник на енергия за човечеството: проблемът с изхвърлянето на радиоактивни отпадъци, критичната опасност от бедствия в атомните електроцентрали и проблемът с неконтролираното разпространение на плутоний и ядрените технологии. Десет години по-късно, в Чернобил, светът успя да се увери, че застрахователните компании и академик Капица са повече от правилни в оценката на опасността от ядрената енергия. Така че засега не се говори за прехвърляне на световната енергия към ядрено гориво, въпреки че може да се очаква увеличаване на нейния дял в промишленото производство на електроенергия.
Петър Капица възлага най-големите си надежди на термоядрената енергия. Въпреки това, през последните тридесет и нечетни години, въпреки огромните усилия на учени от различни страни, проблемът с контролирания термоядрен синтез не само не е решен, но с течение на времето разбирането за сложността на проблема по-скоро нараства.
През ноември 2006 г. Русия, Европейският съюз, Китай, Индия, Япония, Южна Корея и САЩ се споразумяха да започнат изграждането на експерименталния термоядрен реактор ITER, базиран на принципа на магнитното ограничаване на високотемпературната плазма, който трябва да осигурява 500 мегавата топлинна мощност за 400 секунди. За оценка на темповете на развитие мога да кажа, че през 1977-1978г. авторът участва в анализа на възможността за „захранване” на ITER чрез изпичане на твърда водородна таблетка в плазмата. Идеята за лазерно сливане, основано на бързото компресиране на водородна мишена с помощта на лазерно лъчение, също не е в най-доброто състояние.
Много скъпа научна фантастика …
Но какво да кажем за водородната енергия и прословутото биогориво, които се популяризират най-активно днес? Защо Капица изобщо не им обърна внимание? В крайна сметка човечеството от векове използва биогориво под формата на дърва за огрев, а водородната енергия днес изглежда толкова обещаваща, че почти всеки ден има съобщения, че най-големите автомобилни компании демонстрират концептуални автомобили, задвижвани с водородно гориво! Наистина ли академикът беше толкова късоглед? Уви … Не може да съществува водород или дори биоенергия в буквалния смисъл на думата.
Що се отнася до водородната енергия, тъй като на Земята няма естествени водородни залежи, нейните привърженици се опитват да изобретят вечен двигател в планетарен мащаб, нито повече, нито по-малко. Има два начина за получаване на водород в индустриален мащаб: или чрез електролиза за разлагане на водата до водород и кислород, но това изисква енергия, очевидно по-добра от тази, която след това се отделя, когато водородът се изгаря и превръща обратно във вода, или … от природен газ с помощта на катализатори и отново, потреблението на енергия - което трябва да се получи … отново, чрез изгаряне на природни изкопаеми горива! Вярно е, че в последния случай той все още не е „вечен двигател“: все още се генерира допълнителна енергия по време на изгарянето на водород, получен по този начин. Но това ще бъде много по-малко от това, което би се получило при директно изгаряне на природен газ,заобикаляйки превръщането му във водород. Това означава, че "електролитният водород" изобщо не е гориво, той е просто "акумулатор" на енергия, получена от друг източник … който просто не съществува. Използването на водород, получен от природен газ, вероятно ще намали до известна степен емисиите на въглероден диоксид в атмосферата, тъй като тези емисии ще бъдат свързани само с производството на енергия, необходима за получаване на водород. Но от друга страна, в резултат на процеса, общото потребление на невъзобновяеми изкопаеми горива само ще нараства!тъй като тези емисии ще бъдат свързани само с производството на енергия, необходима за производството на водород. Но от друга страна, в резултат на процеса, общото потребление на невъзобновяеми изкопаеми горива само ще нараства!тъй като тези емисии ще бъдат свързани само с производството на енергия, необходима за производството на водород. Но от друга страна, в резултат на процеса, общото потребление на невъзобновяеми изкопаеми горива само ще нараства!
Ситуацията с „биоенергията“не е по-добра. В този случай говорим или за реанимиране на старата идея за използване на растителни и животински мазнини за задвижване на двигатели с вътрешно горене (първият дизелов "дизел", работещ на фъстъчено масло), или за използване на етилов алкохол, получен чрез ферментация на естествени - зърно, царевица, ориз, тръстика и т.н. - или подложени на хидролиза (т.е. разграждане на фибри в захари) - селскостопански продукти.
Що се отнася до производството на масла, това е производство с изключително ниска ефективност, според "критериите на Капица". Например добивът на фъстъци е в най-добрия случай 50 c / ha. Дори при три реколти годишно добивът на ядки едва ли ще надвиши 2 кг годишно на квадратен метър. От този брой ядки в най-добрия случай ще се получи 1 кг масло: енергийната мощност е малко повече от 1 ват на квадратен метър - тоест с два порядъка по-малко от слънчевата енергия, налична от същия квадратен метър. В същото време не взехме предвид факта, че получаването на такива култури изисква интензивно използване на енергоемки торове, консумация на енергия за обработка на почвата и напояване. Тоест, за да се покрият днешните нужди на човечеството, би било необходимо да се засеят изцяло няколко свята с фъстъци. Извършвайки подобно изчисление за "алкохолна" енергия, е лесно да се уверитече ефективността му е дори по-ниска от тази на агроцикъла "дизел".
… Но това е много полезно за икономиката на "сапунения мехур".
Ние сме наши, ще изградим нов свят
Резултатът от ограничителите на слънчевата енергия бяха знания, които бяха добре достъпни през 1975 г.: всъщност от един метър земна повърхност не могат да бъдат събрани повече от 100-200 вата усреднена дневна слънчева енергия. С други думи, за да задоволи дори настоящите нужди на човечеството, площта на слънчевите електроцентрали, разположени на повърхността на Земята, би била просто огромна.
В допълнение, ивица от земната повърхност по земния екватор - или в пустинните тропически региони, докато повечето потребители на слънчева енергия са разположени в умерения пояс на Северното полукълбо - би била най-подходяща за поставяне на слънчеви панели. В резултат на това абстрактните "квадрати" на слънчевите панели в Сахара, които толкова обичат да рисуват апологети на неограничената слънчева енергия, се оказват нищо повече от виртуално предположение.
Но това в никакъв случай не спря тези, които не бяха усвоили напълно училищния курс по физика. Проектите за слънчево развитие на Сахара са възникнали и се появяват със завидна редовност.
Например европейската компания Desertec, основана през 2003 г., се опита да реализира мегапроект за изграждане на слънчеви електроцентрали в Тунис, Либия и Египет за доставка на слънчева електроенергия в Западна Европа, въпреки участието в проекта на такива големи корпорации и банки като Siemens, Bosch, ABB и Deutche Bank, десет години по-късно, през 2013 г., тихо фалира. Оказа се, че разходите за изграждане и поддържане на електроцентрали в Сахара и разходите за транспортиране на електроенергия за хиляди километри, дори при „безплатна“слънчева константа в Сахара, не помрачена от облаци или мъгли, са просто непосилни.
Ситуацията не е по-розова със слънчевата енергетика в самата Западна Европа, където за второто поредно десетилетие различни държави и фондове отделят трилиони долари за развитието на слънчевата и вятърната енергия. Въпреки „златния дъжд“, който обилно се изля върху сектора на възобновяемите енергийни източници (ВЕИ) и върху всестранната политическа подкрепа за възобновяемата енергия (дори поради принудителното затваряне на атомни електроцентрали и ТЕЦ с въглища), „междинният завършек“за ВЕИ от 2016 г. в никакъв случай не беше толкова впечатляващо.
Така до 2015 г. Германия и Дания, които са инсталирали максималния брой вятърни турбини и слънчеви панели, също са имали най-високите цени на електроенергията - 29,5 евроцента и 30,4 евроцента за kWh. В същото време България и Унгария, "изостанали" по отношение на инсталирането на възобновяеми енергийни източници, в които през съветската епоха са построени мощни атомни електроцентрали, могат да се похвалят с напълно различни цени на електроенергията - съответно 9,6 и 11,5 евроцента за kWh.
Днес говорим за факта, че амбициозната програма „2020“за възобновяемата енергия, която беше приета от Европейския съюз и според която до 2020 г. 20% от електроенергията в ЕС трябва да се произвежда от възобновяеми източници, беше положена върху плещите на европейските данъкоплатци, които бяха подписани да плащат специално завишена тарифа за електричество. Достатъчно е да се каже, че по отношение на руските реалности германците и датчаните плащат 20–21 рубли за всеки консумиран киловатчас).
Следователно се оказва, че настоящите успехи на възобновяемите енергийни източници не са свързани с икономическите реалности на тяхната рентабилност и дори не с впечатляващ напредък в подобряването на ефективността или намаляването на разходите за тяхното производство и поддръжка, а на първо място с протекционистката политика на страните от ЕС по отношение на възобновяемите енергийни източници и премахването на всякаква конкуренция. от страна на топлинната или ядрената енергетика, която е обект на допълнителен данъчен натиск (такси за емисии на въглероден диоксид) или дори на пълна забрана (като ядрената енергетика в Германия)
Е, американските учени не знаят тези цифри и перспективи? Разбира се, че го правят. Ричард Хайнберг в своята аплодирана книга PowerDown: Опции и действия за един следвъглероден свят (най-точният превод на значението е „Краят на света: Възможности и действия в следвъглеродния свят“) повтаря анализа на Kapitza по най-подробен начин и показва, че няма биоенергия светът няма да спаси.
Е, какво става? Ето какво: само много наивен човек вярва, че икономиката днес, както и преди 150 години, работи по марксисткия принцип: „пари - стока - пари“. Новата формула пари-пари е по-кратка и по-ефективна. Проблемната връзка под формата на производство на реални стоки, които имат реална полза за хората в обичайния смисъл на думата, бързо се изтласква от „голямата икономика“. Връзката между цената и полезността в материален смисъл - полезността на нещо като храна, облекло, жилище, транспортно средство или услуга като средство за задоволяване на някаква реална нужда - изчезва в забвение по същия начин, както връзката между номинала на монета и нейната маса е изчезнала. затвореният в него благороден метал. По същия начин "нещата" от новата епоха се изчистват от всички полезни неща. Единственият консумационен капацитет на тези "неща"единствената им „полезност“, която запазва значение в икономиката на съвремието, е способността им да се продават, а надуването на „мехурчета“се превръща в основното „производство“, което носи печалба. Универсалната вяра в способността да се продава въздух под формата на акции, опции, фючърси и много други „финансови инструменти“се превръща в основната движеща сила на икономиката и основен източник на капитал за жреците от тази вяра.
След като последователно пукаха балони от "dot-com" и недвижими имоти и "нанотехнологии", очертавайки страхотни перспективи, в по-голямата си част продължава да ги черпи без забележима материализация, изглежда, американските финансисти сериозно насочиха вниманието си към алтернативни енергийни източници. Инвестирайки пари в „зелени проекти“и плащайки за научна реклама, те може да разчитат на факта, че многобройните Пинокио ще оплодят идеално финансовото поле на чудесата със своето злато.
