8. oktoobril 1975 tegi NSVL Teaduste Akadeemia 250. aastapäevale pühendatud teadussessioonil kolm aastat hiljem Nobeli füüsikapreemia pälvinud akadeemik Pjotr Leonidovitš Kapitsa kontseptsiooniaruande, kuhu ta põhilistele füüsikalistele põhimõtetele tuginedes matis sisuliselt kõik tüübid "Alternatiivenergia", välja arvatud juhitav termotuumasüntees.
Akadeemik Kapitsa kaalutluste kokkuvõtteks on need järgmised:
Peamine argument, mida Kapitsa oma aruandes alternatiivenergia võimaluste kohta kasutas, ei olnud sugugi majanduslik lähenemine, vaid füüsilised kaalutlused. Tema peamine vastuväide moe pidurdamatule vaimustusele oli juba siis, nelikümmend aastat tagasi, "vaba ja keskkonnasõbraliku alternatiivenergia" kontseptsioon ilmne piirang, mida pole tänaseni lubatud: ükski alternatiivsetest energiaallikatest, olgu see siis päikesepaneelid, tuulepargid või vesinikkütuseelemendid pole aga kunagi saavutanud energia- ja võimsustihedust, mida annavad fossiilkütused, nagu kivisüsi, nafta ja gaas või tuumaenergia.
Kahjuks ei ole selline piirang oma olemuselt poliitiline, vaid täpselt füüsiline - olenemata riigis valitud riigikorrast või ideoloogiast peab iga majandus ühel või teisel määral põhinema meid ümbritseva maailma füüsilistel seadustel. Teadlaste või inseneride jõupingutused võivad viia meid piisavalt lähedale konkreetse tehnoloogia teoreetilisele füüsilisele piirile, kuid kahjuks on see täiesti kasutu, kui proovite üle minna sellisest piirajast.
Nii näiteks on päikeseenergia piirikonstant nn "päikesekonstant", mis on meie Maa orbiidil 1367 W ruutmeetri kohta. Kahjuks on see "orbiidi kilovatt" meile maapinnal elavatele inimestele täiesti kättesaamatu. Maa pinnale jõudva päikeseenergia hulka mõjutavad paljud tegurid: ilm, atmosfääri üldine läbipaistvus, pilved ja udu, Päikese kõrgus horisondi kohal.
Kuid kõige tähtsam on meie planeedi pöörlemine ümber oma telje, mis vähendab päikesekonstandi olemasolevat energiat kohe peaaegu poole võrra: öösel on Päike horisondi all. Selle tulemusel peame meie, Maa elanikud, rahulduma maksimaalselt kümnendiku orbiidi päikesekonstandist.
Ükskõik, millist energiaallikat arvestatakse, saab seda iseloomustada kahe parameetriga: energia tihedus - see tähendab selle maht ruumalaühiku kohta - ja selle ülekandekiirus (levik). Nende suuruste korrutis on maksimaalne võimsus, mida saab ühikut pinda kasutades seda tüüpi energiat.
Reklaamvideo:
Oletame, et päikeseenergia. Selle tihedus on tühine. Kuid see levib suure kiirusega - valguse kiirusega. Seetõttu pole Maale saabuva ja kõigele elu andva päikeseenergia voog sugugi väike - rohkem kui kilovatt ruutmeetri kohta. Paraku on see voog planeedi eluks piisav, kuid inimkonna peamise energiaallikana on see äärmiselt ebaefektiivne. Nagu märkis P. Kapitsa, saab inimene merepinnal, võttes arvesse atmosfääri kadusid, tegelikult kasutada voogu 100-200 vatti ruutmeetri kohta. Isegi tänapäeval on päikeseenergiat elektrienergiaks muutvate seadmete efektiivsus 15%. Ainult ühe kaasaegse majapidamise majapidamisvajaduste katmiseks on vaja muundurit pindalaga vähemalt 40-50 ruutmeetrit. Ja selleks, et asendada fossiilkütuse allikad päikeseenergiaga,kogu ekvaatori maismaaosa on vaja ehitada pidev 50–60 kilomeetri laiune päikesepatareide riba. On täiesti ilmne, et sellist projekti ei saa lähitulevikus rakendada ei tehnilistel, rahalistel ega poliitilistel põhjustel.
Vastupidine näide on kütuseelemendid, kus toimub vesiniku oksüdeerumise keemilise energia otsene muundamine elektriks.
Petr Kapitsa kirjutas: „Praktikas on energiavoo tihedus väga väike ja ruutmeetri elektroodilt saab eemaldada ainult 200 vatti. 100 megavati võimsuse korral ulatub elektroodide tööpindala ruutkilomeetrini ja pole lootust, et sellise elektrijaama ehitamise kapitalikulusid saab õigustada selle genereeritud energia. See tähendab, et kütuseelemente saab kasutada ainult seal, kus pole vaja suurt võimsust. Kuid need on makroenergia jaoks kasutud."
Siin on energia tihedus kõrge ja ka sellise muundamise efektiivsus on kõrge, ulatudes 70 protsendini või rohkem. Kuid selle ülekandekiirus on äärmiselt madal, seda piirab ioonide väga madal difusioonikiirus elektrolüütides. Selle tulemusena on energiavoo tihedus ligikaudu sama kui päikeseenergial. Petr Kapitsa kirjutas: „Praktikas on energiavoo tihedus väga väike ja ruutmeetri elektroodilt saab eemaldada ainult 200 vatti. 100 megavatise võimsuse korral ulatub elektroodide tööpindala ruutkilomeetrini ja pole lootust, et sellise elektrijaama ehitamise kapitalikulusid saab õigustada selle tekitatav energia. See tähendab, et kütuseelemente saab kasutada ainult seal, kus pole vaja suurt võimsust. Kuid need on makroenergia jaoks kasutud.
Niisiis, hinnates järjepidevalt tuuleenergiat, geotermilist energiat, laineenergiat, hüdroenergiat, väitis Kapitsa, et kõik need on amatööri arvates üsna lootustandvad, allikad ei suuda kunagi fossiilkütustega tõsiselt konkureerida: tuuleenergia tihedus ja merelainete energia on madal; kivimite madal soojusjuhtivus piirab geotermilisi jaamu tagasihoidlikus ulatuses; kõigil on hüdroenergiaga hea, kuid selle efektiivsuse saavutamiseks on vaja kas mägijõgesid - kui veetaset saab tõsta suurele kõrgusele ja seeläbi tagada vee gravitatsioonienergia suur tihedus -, kuid neid on vähe või on vaja varustada tohutult veehoidlaid ja hävitada viljakad maa.
Rahulikul aatomil pole kiiret
Pjotr Leonidovitš Kapitsa puudutas oma raportis eriti tuumaenergiat ja märkis inimkonna peamise energiaallikana kolm peamist probleemi selle tekkimise viisil: radioaktiivsete jäätmete kõrvaldamise probleem, tuumaelektrijaamade katastroofide kriitiline oht ning plutooniumi ja tuumatehnoloogia kontrollimatu leviku probleem. Kümme aastat hiljem sai Tšernobõlis maailm veenduda, et kindlustusfirmadel ja akadeemikul Kapitsal oli tuumaenergia ohu hindamisel enam kui õigus. Seega pole seni räägitud maailma energia üleviimisest tuumakütusele, ehkki võib oodata selle osakaalu kasvu tööstuslikus elektritootmises.
Pjotr Kapitsa pani oma suurimad lootused termotuumaenergiale. Viimase kolmekümne paaritu aasta jooksul pole vaatamata eri riikide teadlaste tohututele jõupingutustele kontrollitud termotuumasünteesi probleem mitte ainult lahendatud, vaid aja jooksul on arusaam probleemi keerukusest ainult kasvanud.
2006. aasta novembris leppisid Venemaa, Euroopa Liit, Hiina, India, Jaapan, Lõuna-Korea ja Ameerika Ühendriigid kokku alustama eksperimentaalse termotuumareaktori ITER ehitamist, mis põhineb kõrgtemperatuurse plasma magnetilise sulgemise põhimõttel, mis peaks andma 500 megavatti soojusenergiat 400 sekundi jooksul. Arengutempo hindamiseks võin öelda, et aastatel 1977–1978. autor osales ITER-i "söötmise" võimaluse analüüsis, lastes tahke vesinikutablett plasmasse. Ka laserühenduse idee, mis põhineb vesiniku sihtmärgi kiirel kokkusurumisel laserkiirguse abil, pole kõige paremas seisus.
Väga kallis ulme …
Kuidas on lood vesinikenergiaga ja kurikuulsa biokütusega, mida tänapäeval kõige aktiivsemalt reklaamitakse? Miks Kapitsa neile üldse tähelepanu ei pööranud? Lõppude lõpuks on inimkond sajandeid kasutanud biokütust küttepuude kujul ja vesinikenergia näib tänapäeval nii paljulubav, et peaaegu iga päev on teateid, et suurimad autoettevõtted demonstreerivad vesinikkütusel töötavaid ideeautosid! Kas akadeemik oli tõesti nii lühinägelik? Paraku … Ei saa olla vesinikku ega isegi bioenergiat selle sõna otseses tähenduses.
Mis puutub vesinikenergiasse, siis kuna Maal ei ole looduslikke vesinikkoguseid, siis üritavad selle pooldajad välja mõelda planeedi mastaabis igiliikuri, ei rohkem ega vähem. Vesiniku saamiseks tööstuslikus mastaabis on kaks võimalust: kas elektrolüüsi teel vee lagundamiseks vesinikuks ja hapnikuks, kuid see nõuab energiat, mis on ilmselgelt parem kui see, mis seejärel eraldub vesiniku põletamisel ja uuesti veeks muutmiseks, või … maagaasist katalüsaatorite abil ja jällegi energiakulu - mis tuleb saada … jällegi looduslike fossiilkütuste põletamise teel! Tõsi, viimasel juhul ei ole see ikkagi "igiliikur": sel viisil saadud vesiniku põlemisel tekib ikkagi mõni lisaenergia. Kuid see on palju väiksem kui maagaasi otsesel põletamisel,mööda selle muundamisest vesinikuks. See tähendab, et "elektrolüütiline vesinik" pole üldse kütus, see on lihtsalt teisest allikast saadud energia "akumulaator" … mida lihtsalt pole olemas. Võimalik, et maagaasist saadud vesiniku kasutamine vähendab mõnevõrra süsinikdioksiidi heitkoguseid atmosfääri, kuna need heited on seotud ainult vesiniku saamiseks vajaliku energia tootmisega. Kuid teisest küljest kasvab taastumatute fossiilkütuste kogutarbimine ainult protsessi tulemusel!kuna need heited on seotud ainult vesiniku tootmiseks vajaliku energia tootmisega. Kuid teisest küljest kasvab taastumatute fossiilkütuste kogu tarbimine ainult!kuna need heited on seotud ainult vesiniku tootmiseks vajaliku energia tootmisega. Kuid teisest küljest kasvab taastumatute fossiilkütuste kogutarbimine ainult protsessi tulemusel!
"Bioenergia" olukord pole parem. Sel juhul räägime kas vana idee taimsetest ja loomsetest rasvadest sisepõlemismootorite käitamiseks taaselustamisele (esimene diislikütuse "diisel" töötles maapähkliõlil) või etüülalkoholi kasutamisest, mis saadi looduslike - teravilja, maisi, riisi, suhkruroo - kääritamisel. jne. - või hüdrolüüsitakse (st kiud lagundatakse suhkruteks) - põllumajandustooted.
Mis puutub õlide tootmisse, siis see on "Kapitsa kriteeriumide" kohaselt äärmiselt madala efektiivsusega tootmine. Näiteks on maapähklite saagikus parimal juhul 50 c / ha. Isegi kolme saagikoristusega aastas ei ületa pähklite saagikus vaevalt 2 kg aastas ruutmeetri kohta. Sellest pähklite hulgast saadakse parimal juhul 1 kg õli: energiatoodang on veidi üle 1 vati ruutmeetri kohta - see tähendab kaks suurusjärku vähem kui samal ruutmeetril saadaval olev päikeseenergia. Samal ajal ei arvestanud me tõsiasjaga, et selliste põllukultuuride saamiseks on vaja intensiivselt kasutada energiamahukaid väetisi, energiatarbida mullaharimiseks ja niisutamiseks. See tähendab, et inimkonna tänapäevaste vajaduste katmiseks oleks vaja paar maailma maapähklitega täielikult külvata. Sarnaselt arvutades "alkoholi" energiat, on selles lihtne veendudaet selle efektiivsus on isegi madalam kui diiselkütusel.
… Kuid see on "seebimulli" majandusele väga kasulik.
Oleme meie omad, ehitame uue maailma
Päikeseenergia piirajate tulemus oli teadmine, mis oli juba 1975. aastal hästi kättesaadav: tegelikult ei saa ühelt meetrilt maakera koguda rohkem kui 100-200 vatti päevasest päikeseenergiast. Teisisõnu, isegi inimkonna praeguste vajaduste rahuldamiseks oleks Maa pinnal paiknevate päikeseelektrijaamade pind lihtsalt tohutu.
Lisaks oleks päikesepaneelide paigutamiseks kõige sobivam riba maapinnast mööda ekvaatorit - või kõrbes troopilistes piirkondades, samal ajal kui enamik päikeseenergia tarbijatest asub põhjapoolkera parasvöötmes. Selle tulemusena osutuvad Sahara päikesepaneelide abstraktsed "ruudud", mis on nii kiindunud piiramatu päikeseenergia apologeetide joonistamisse, muud kui virtuaalne oletus.
Kuid see ei peatanud sugugi neid, kes polnud kooli füüsikakursust täielikult omandanud. Sahara päikeseenergia arendamise projektid on tekkinud ja tekivad kadestamisväärse regulaarsusega.
Näiteks proovis 2003. aastal asutatud Euroopa ettevõte Desertec Tuneesias, Liibüas ja Egiptuses päikeseelektrijaamade ehitamiseks megaprojekti rakendada päikeseelektri tarnimiseks Lääne-Euroopasse, vaatamata selliste suurte korporatsioonide ja pankade nagu Siemens, Bosch, ABB ja Kümme aastat hiljem, 2013. aastal, Deutche Bank läks vaikselt pankrotti. Selgus, et Sahara elektrijaamade ehitamise ja hooldamise kulud ning tuhandete kilomeetrite elektrienergia transportimise kulud, isegi kui Saharas oli "tasuta" päikesepidev konstant, mida pilved ega udu ei pimestanud, olid lihtsalt üleliigsed.
Olukord pole enam roosiline Lääne-Euroopa endi päikeseenergiatööstuses, kus juba teist kümnendit järjest on erinevad riigid ja fondid eraldanud triljoneid dollareid päikese- ja tuuleenergia arendamiseks. Vaatamata taastuvenergia sektorit (RES) ohtralt levinud "kuldsele vihmale" ja taastuvenergia igakülgsele poliitilisele toetusele (isegi tänu tuumaelektrijaamade sunniviisilisele sulgemisele ja söeküttel töötavatele elektrijaamadele) ei olnud taastuvenergia "vahefiniš" alates 2016. aastast sugugi mitte nii muljetavaldav.
Nii olid 2015. aastaks ka Saksamaa ja Taani, kes paigaldasid maksimaalse arvu tuulikuid ja päikesepaneele, elektrihinnad kõige kõrgemad - 29,5 eurosenti ja 30,4 eurosenti kWh kohta. Samal ajal võivad Bulgaaria ja Ungari, kes on taastuvate energiaallikate paigaldamise osas "mahajäänud", kuhu Nõukogude ajal ehitati võimsad tuumajaamad, uhkustada täiesti erinevate elektrihindadega - vastavalt 9,6 ja 11,5 eurosenti kWh.
Täna räägime tõsiasjast, et Euroopa Liidu poolt vastu võetud ambitsioonikas taastuvenergia programm "2020", mille kohaselt aastaks 2020 peaks ELis 20% elektrienergiast olema toodetud taastuvatest allikatest, pandi Euroopa maksumaksjate õlgadele, kes olid allkirjastatud maksma spetsiaalselt pumbatud tariifi. elektri jaoks. Piisab sellest, kui öelda, et Venemaa reaalsuse seisukohalt maksavad sakslased ja taanlased iga tarbitud kilovatt-tunni eest 20–21 rubla).
Seetõttu selgub, et taastuvate energiaallikate praegused edud ei ole seotud nende tasuvuse majandusliku tegelikkusega ega isegi muljetavaldavate edusammudega tõhususe parandamisel või nende tootmis- ja hoolduskulude vähendamisel, vaid peamiselt ELi riikide protektsionistliku poliitikaga seoses taastuvate energiaallikatega ja igasuguse konkurentsi kaotamisega. soojus- või tuumaenergiatööstuse poolt, millele kehtib täiendav maksusurve (tasud süsinikdioksiidi heitmete eest) või isegi täielik keeld (nagu tuumaenergia Saksamaal).
Noh, Ameerika teadlased ei tea neid numbreid ja väljavaateid? Muidugi teevad. Richard Heinberg oma sensatsioonilises raamatus PowerDown: Options and Actions For A Post-Carbon World (kõige täpsem tõlge tähendusest - “Maailma lõpp: võimalused ja tegevused süsinikujärgses maailmas”) kordab kõige üksikasjalikumalt Kapitsa analüüsi ja näitab, et bioenergia puudub maailm ei päästa.
Mis siis toimub? Siin on nii: ainult väga naiivne inimene usub, et tänapäeval, nagu 150 aastat tagasi, töötab majandus marksistliku põhimõtte järgi: "raha - kaup - raha - raha". Uus raha ja raha valem on lühem ja tõhusam. Tülikas seos reaalsete kaupade tootmise näol, mis on inimestele selle sõna tavapärases tähenduses tõeliselt kasulik, tõrjutakse kiiresti "suurest majandusest" välja. Hinna ja kasulikkuse suhe materiaalses tähenduses - asja kasulikkus toiduna, rõivana, eluasemena, transpordivahendina või teenusena kui mingi reaalse vajaduse rahuldamise vahend - on vaibumas unustusse, samamoodi nagu seos mündi nimiväärtuse ja selle massi vahel on kadunud. sellesse suletud väärismetall. Samamoodi puhastatakse uue ajastu "asjad" igasugusest kasulikkusest. Nende "asjade" ainus tarbimisvõimenende ainus „kasulikkus”, mis moodsa aja majanduses mõtte säilitab, on nende müümise võime ja „mullide” inflatsioonist saab peamine kasumit toov „tootmine”. Universaalne usk võimesse müüa õhku aktsiate, optsioonide, futuuride ja arvukate muude "finantsinstrumentide kujul" muutub selle usu preestrite majanduse peamiseks tõukejõuks ja peamiseks kapitaliallikaks.
Pärast järjestikuste "dot-com" ja kinnisvara ning "nanotehnoloogia" mullide lõhkemist jätkub muinasjutuliste väljavaadete loomiseks enamjaolt nende tähelepanu tõmbamata ilma märgatava materialiseerimiseta, näib, et Ameerika finantseerijad pöörasid tõsiselt tähelepanu alternatiivsetele energiaallikatele. Investeerides raha "rohelistesse projektidesse" ja makstes teaduspõhise reklaami eest, võivad nad tugineda tõsiasjale, et arvukad Pinocchio viljastavad imede finantsvaldkonda täiuslikult oma kullaga.
