Похороны «альтернативной энергии»
8 октября 1975 г. на научной сессии, посвященной 250-летию Академии наук СССР, академик Петр Леонидович Капица, удостоенный тремя годами позже Нобелевской премии по физике, сделал концептуальный доклад, в котором, исходя из базовых физических принципов, по существу, похоронил все виды «альтернативной энергии», за исключением управляемого термоядерного синтеза.
Соображения академика Капицы вкратце сводятся к следующему: какой бы источник энергии ни рассматривать, его можно охарактеризовать двумя параметрами: плотностью энергии — то есть ее количеством в единице объема, — и скоростью ее передачи (распространения). Произведение этих величин есть максимальная мощность, которую можно получить с единицы поверхности, используя энергию данного вида.
Вот, скажем, солнечная энергия. Ее плотность ничтожна. Зато она распространяется с огромной скоростью — скоростью света. В результате поток солнечной энергии, приходящий на Землю и дающий жизнь всему, оказывается совсем не мал — больше киловатта на квадратный метр. Увы, этот поток достаточен для жизни на планете, но как основной источник энергии для человечества крайне неэффективен.
Как отмечал П. Капица, на уровне моря, с учетом потерь в атмосфере, реально человек может использовать поток в 100—200 ватт на квадратный метр. Даже сегодня КПД устройств, преобразующих солнечную энергию в электричество, составляет 15%. Чтобы покрыть только бытовые потребности одного современного домохозяйства, нужен преобразователь площадью не менее 40—50 квадратных метров. А для того, чтобы заменить солнечной энергией источники ископаемого топлива, нужно построить вдоль всей сухопутной части экватора сплошную полосу солнечных батарей шириной 50—60 километров. Совершенно очевидно, что подобный проект в обозримом будущем не может быть реализован ни по техническим, ни по финансовым, ни по политическим причинам.
Сейчас также идет обсуждение вопроса использования геотермальной энергии. Как известно, в некоторых местах мира на земной поверхности, где имеется вулканическая деятельность, это успешно осуществляется, правда, в небольших масштабах. Преимущество этого метода для энергетики больших мощностей, несомненно, очень велико, энергетические запасы здесь неистощимы, и, в отличие от солнечной энергии, которая имеет колебания не только суточные, но и в зависимости от времен года и от погоды, геотермальная энергия может генерироваться непрерывно.
Еще в начале этого века гениальным изобретателем современной паровой турбины Ч. Парсонсом разрабатывался конкретный проект использования этой энергии. Конечно, он не мог предвидеть тех масштабов, которых достигнет энергетика теперь, и его проект имеет только исторический интерес.
Современный подход к этой проблеме основывается на том, что в любом месте земной коры на глубине в 10-15 км достигается температура в несколько сот градусов, достаточная для получения пара и генерирования энергии с хорошим КПД. При осуществлении этого проекта на практике мы опять наталкиваемся на ограничения, связанные с плотностью потока энергии. Как известно, теплопроводность горных пород очень мала. Поэтому при существующих внутри Земли градиентах температур для подвода необходимого тепла нужны очень большие площади, что весьма трудно выполнимо на глубине в 10-15 км. Вот почему возможность нагрева необходимого количества воды сомнительна.
Кроме солнечной и геотермальной энергий, не истощающих запасы, есть еще гидроэнергия, получаемая при запруживании рек и при использовании морских приливов. Накопленную таким образом гравитационную энергию воды можно весьма эффективно превращать в механическую.
Но сейчас в энергетическом балансе использование гидроэнергии составляет не более 5%, и, к сожалению, дальнейшего увеличения не приходится ждать. Это связано с тем, что запруживание рек оказывается рентабельным только в горных местах, когда на единицу площади водохранилища имеется большая потенциальная энергия. Запруживание рек с подъемом воды на небольшую высоту обычно экономически не оправдывает себя, в особенности когда это связано с затоплением плодородной земли, так как приносимый ею урожай оказывается значительно более ценным, чем получаемая энергия. Опять тот же недостаток плотности потока энергии.
Использование ветра, также из-за недостаточной плотности энергетического потока, оказывается экономически неоправданным.
Конечно, использование солнечной энергии, малых водяных потоков, ветряков часто может быть полезным для бытовых нужд в небольших масштабах.
Противоположный пример — топливные элементы, где происходит прямое превращение химической энергии окисления водорода в электроэнергию. Здесь плотность энергии велика, высока и эффективность такого преобразования, достигающая 70 и более процентов. Зато крайне мала скорость ее передачи, ограниченная очень низкой скоростью диффузии ионов в электролитах. В результате плотность потока энергии оказывается примерно такой же, как и для солнечной энергии. Петр Капица писал: «На практике плотность потока энергии очень мала, и с квадратного метра электрода можно снимать только 200 Вт. Для 100 мегаватт мощности рабочая площадь электродов достигает квадратного километра, и нет надежды, что капитальные затраты на построение такой электростанции оправдаются генерируемой ею энергией». Значит, топливные элементы можно использовать только там, где не нужны большие мощности. Но для макроэнергетики они бесполезны.
Из приведенного анализа следует, что нужно искать новые источники энергии для энергетики больших мощностей взамен истощающихся в природе запасов химической энергии. Очевидно, можно и следует более бережно относиться к использованию энергетических ресурсов. Конечно, желательно, например, не тратить их на военные нужды. Однако все это только отсрочит истощение топливных ресурсов, но не предотвратит кризиса.
Как это уже становится общепризнанным, вся надежда на решение глобального энергетического кризиса — в использовании ядерной энергии. Физика дает полное основание считать, что эта надежда обоснованна.
Наибольшие надежды Петр Капица связывал с термоядерной энергетикой.
Как известно, ядерная физика дает два направления для решения энергетической проблемы. Первое уже хорошо разработано и основывается на получении цепной реакции в уране, происходящей при распаде его ядер с выделением нейтронов. Это тот же процесс, который происходит в атомной бомбе, но замедленный до стационарного состояния. Подсчеты показали, что при правильном использовании урана его запасы достаточны, чтобы не бояться их истощения в ближайшие тысячелетия. Электростанции на уране уже сейчас функционируют и дают рентабельную электроэнергию. Но также хорошо известно, что на пути их дальнейшего широкого развития и перевода всей энергетики страны на атомную энергию лежит необходимость преодоления трех основных трудностей:
Шлаки от распада урана являются сильно радиоактивными, и их надежное захоронение представляет большие технические трудности, которые еще не имеют общепризнанного решения. Самое лучшее было бы отправлять их на ракетах в космическое пространство, но пока что это считается недостаточно надежным.
Крупная атомная станция на миллионы киловатт представляет большую опасность для окружающей природы и в особенности для человека. В случае аварии или саботажа вырвавшаяся наружу радиоактивность может на площади многих квадратных километров погубить все живое, как атомная бомба в Хиросиме. Опасность сейчас расценивается настолько большой, что ни одна страховая компания не берет на себя риск таких масштабов.
Широкое использование атомной электроэнергии приведет также к широкому распространению плутония, являющегося необходимым участником ядерной реакции. Такое распространение плутония по всем странам земного шара сделает более трудным контроль над распространением атомного оружия. Это может привести к тому, что атомная бомба станет орудием шантажа, доступным даже для предприимчивой группы гангстеров.
По-видимому, под угрозой энергетического кризиса люди найдут пути преодоления этих трудностей. Например, две последние трудности можно было бы преодолеть, располагая атомные электростанции на небольших необитаемых островах в океане, далеко от густонаселенных мест. Эти станции находились бы под тщательным контролем, и в случае аварии ее последствия не представляли бы большой опасности для людей. Энергией, вырабатываемой электростанцией, можно было бы, например, разлагать воду и полученный водород в жидком виде транспортировать и использовать как топливо, которое при сгорании не загрязняет атмосферу.
Следует признать, однако, что лучшим выходом из создавшегося положения нужно считать получение энергии путем термоядерного синтеза ядер гелия из ядер дейтерия и трития. Известно, что этот процесс осуществляется в водородной бомбе, но для мирного использования он должен быть замедлен до стационарного состояния. Когда это будет сделано, то все указанные трудности, которые возникают при использовании урана, будут отсутствовать, потому что термоядерный процесс не дает в ощутимых количествах радиоактивных шлаков, не представляет большой опасности при аварии и не может быть использован для бомбы как взрывчатое вещество. И наконец, запас дейтерия в природе, в океанах, еще больше, чем запас урана.
Но трудности осуществления управляемой термоядерной реакции пока еще не преодолены.
А как же водородная энергетика и пресловутое биотопливо, которые сегодня пропагандируются наиболее активно? Почему Капица не обращал на них внимания вообще? Ведь биотопливо в виде дров человечество использует уже веками, а водородная энергетика сегодня кажется настолько перспективной, что едва ли не каждый день приходят сообщения о том, что крупнейшие автомобильные компании демонстрируют концепт-кары на водородном топливе! Неужели академик был настолько недальновиден?
Увы… Никакой водородной и даже биоэнергетики в буквальном смысле слова не может существовать.
Что касается водородной энергетики, то, поскольку природные месторождения водорода на Земле отсутствуют, ее адепты пытаются изобрести вечный двигатель планетарного масштаба, не более и не менее того. Есть два способа получить водород в промышленных масштабах: либо путем электролиза разложить воду на водород и кислород, но это требует энергии, заведомо превосходящей ту, что потом выделится при сжигании водорода и превращении его опять в воду, либо… из природного газа с помощью катализаторов и опять-таки затрат энергии — которую нужно получить… опять-таки сжигая природные горючие ископаемые! Правда, в последнем случае это все-таки не «вечный двигатель»: некоторая дополнительная энергия при сжигании водорода, полученного таким путем, все же образуется. Но она будет гораздо меньше той, что была бы получена при непосредственном сжигании природного газа, минуя его конверсию в водород.
Значит, «электролитический водород» — это вообще не топливо, это просто «аккумулятор» энергии, полученной из другого источника… которого как раз и нет. Использование же водорода, полученного из природного газа, возможно, и сократит несколько выбросы углекислого газа в атмосферу, так как эти выбросы будут связаны только с генерацией энергии, необходимой для получения водорода. Но зато в результате процесса общее потребление невозобновляемых горючих ископаемых только вырастет!
Ничуть не лучше обстоят дела и с «биоэнергетикой». В этом случае речь идет либо о реанимации старинной идеи использования растительных и животных жиров для питания двигателей внутреннего сгорания (первый «дизель» Дизеля работал на арахисовом масле), либо об использовании этилового спирта, полученного путем брожения натуральных — зерна, кукурузы, риса, тростника и т.д. — или подвергнутых гидролизу (то есть разложению клетчатки на сахара) — агропродуктов.
Что касается производства масел, то это крайне низкоэффективное, по «критериям Капицы», производство. Так, например, урожайность арахиса составляет в лучшем случае 50 ц/га. Даже при трех урожаях в год выход орехов едва ли превысит 2 кг в год с квадратного метра. Из этого количества орехов получится в лучшем случае 1 кг масла: выход энергии получается чуть больше 1 ватта с квадратного метра — то есть на два порядка меньше, чем солнечная энергия, доступная с того же квадратного метра.
При этом мы не учли того, что получение таких урожаев требует интенсивного применения энергоемких удобрений, затрат энергии на обработку почвы и полив. То есть, чтобы покрыть сегодняшние потребности человечества, пришлось бы полностью засеять арахисом пару-тройку земных шаров. Проведя аналогичный расчет для «спиртовой» энергетики, нетрудно убедиться, что ее эффективность еще ниже, чем у «дизельного» агро-цикла.
Что же, американские ученые не знают этих цифр и перспектив? Разумеется, знают. Ричард Хейнберг в своей нашумевшей книге PowerDown: Options And Actions For A Post-Carbon World (наиболее точный по смыслу перевод — «Конец света: Возможности и действия в пост-углеродном мире») самым детальным образом повторяет анализ Капицы и показывает, что никакая биоэнергетика мир не спасет.
Так что происходит? А вот что: только очень наивный человек полагает, что экономика сегодня, как и 150 лет назад, работает по марксистскому принципу: «деньги — товар — деньги». Новая формула «деньги — деньги» короче и эффективнее.
Хлопотное звено в виде производства реальных товаров, обладающих для людей реальной полезностью в привычном смысле этого слова, стремительно вытесняется из «большой экономики». Связь между ценой и полезностью в материальном смысле — полезность вещи как пищи, одежды, жилья, средства передвижения или услуги как средства удовлетворения какой-то реальной потребности, — уходит в небытие точно так же, как некогда ушла в небытие связь между номиналом монеты и массой заключенного в ней драгоценного металла.
Точно так же «вещи» нового века очищаются от всякой полезности. Единственная потребительная способность этих «вещей», единственная их «полезность», которая сохраняет смысл в экономике нового времени, — это их способность быть проданными, а главным «производством», приносящим прибыль, становится надувание «пузырей».
Всеобщая вера в возможность продать воздух в виде акций, опционов, фьючерсов и многочисленных других «финансовых инструментов» становится главной движущей силой экономики и основным источником капитала для ксендзов этой веры.
После того, как последовательно лопнули пузыри «доткомов» и недвижимости, а «нанотехнология», рисующая сказочные перспективы, по большей части так и продолжает их рисовать без заметной материализации, американские финансисты, похоже, всерьез обратили внимание на альтернативные источники энергии. Вкладывая деньги в «зеленые проекты» и оплачивая наукообразную рекламу, они вполне могут рассчитывать на то, что многочисленные буратины прекрасно удобрят своими золотыми финансовую ниву чудес «новой энергетики».
15 комментариев
Тем не менее, Давос проходит на редкость слаженно и совершенно не обнаруживает столкновение несовпадающих по ключевым позициям мнений и интересов, что позволяет говорить о сложившемся консенсусе по ним.
Главный консенсус состоялся по главному же вопросу — вопросу энергоперехода. Для западной глобальной элиты этот этап пройден. Смысл формирования новой энергетической повестки давно известен: развитые страны намерены «отвязаться» от зависимости от стран-поставщиков энергоресурсов. Причина понятна: страны-поставщики, пользуясь своим положением, накачивают свои ресурсные возможности и становятся «новой аристократией» глобальной политики, что «старую аристократию» совершенно не устраивает. И опять-таки по понятной причине: мест в элите всегда мало, желающих туда попасть всегда много. А элита — это то место, где принимаются решения, поэтому она не может быть больше некоего предела, так как процесс выработки и согласования решений широким кругом порождает существенно большие противоречия (зачастую неразрешимые), чем когда они принимаются в более камерной обстановке.
Отсюда и идея «отцепить» лишних, оставив их в принудительной форме за бортом. Энергопереход — инструмент, позволяющий в ускоренном порядке перейти на новый технологический уровень (тем более, что объективные предпосылки для него сложились), который и станет тем барьером, который закроет для отстающих допуск в глобальную элиту.
Поэтому вопросу консенсус достигнут, и сейчас идут согласования по путям его реализации.
Давос демонстрирует, что Запад (под ним я бы понимал ту группу, которая и пришла к согласованному решению) понимает цену энергоперехода и готов ее платить. При этом никакой жертвенности и тем более благотворительности в этом нет: все затраты на процесс перехода будут «отбиты» впоследствие, и за все в конечном итоге заплатят те, кого и оставят за бортом. Есть даже понимание, каким образом: раскручиваемая «зеленая повестка» — это механизм дополнительного перераспределения ресурсов, которые будут платить оставшиеся за бортом тем, кто находится в ковчеге. «Карбоновый налог», «углеродные квоты» и всё вот это — лишь способ, с помощью которого Запад будет изымать в свою пользу ренту. И не более того.
Так вот о цене перехода и о его скорости. Ключевой проблемой роста темпов энергоперехода остаются темпы развития технологий. У «новой энергетики» еще очень много узких мест, которые нужно срочно расшивать. Нужны инвестиции, причем огромные. Решать проблему, как можно судить из того, что говорится, а главное — из того, что делается, будут по сценарию «сланцевой революции»
Если кто еще не забыл, то середина нулевых годов — это необъяснимый и стремительный рост цен на углеводороды. Наивно полагать, что это было сделано для того, чтобы доставить удовольствие нефтяным королям и прочим галактическим стратегам. Была и более прагматичная цель — создать максимально комфортные условия для инвестиций в весьма проблемную во всех отношениях сланцевую отрасль. Они могли туда пойти только в случае прибыльности и привлекательности этой новой технологии. И сверхвысокие цены на нефть обеспечили и прибыль, и привлекательность. И буквально за пять лет произошел технологический рывок, снизивший себестоимость добычи сланцевых углеводородов кратно: примерно с 80-90 долларов за баррель в начале нулевых до примерно 20-30 долларов уже в десятые годы. Далее последовал шок 2008 года, следствием чего стали процессы укрупнения сланцевой отрасли, банкротство слабых и захват рынка небольшой группой крупных производителей. Все, как всегда — только гораздо быстрее. Весь цикл вместо нескольких десятилетий уложился буквально в годы.
С «зеленой» (название, понятно, условное) энергетикой Давос намерен делать то же самое. Обеспечить резкий рост цен на энергию, что позволит инвестировать в проекты разработки и развития технологий «зеленой энергетики», что позволит пройти цикл энергоперехода и создания нового энергетического баланса не за долгие десятилетия, а тоже — буквально в несколько лет.
У нас принято скептически отзываться как о самой «новой энергетике», так и об энергопереходе. Рефрен: «ну они и тупые» из уст российских деятелей звучат особенно анекдотично. Тем не менее, эти ребята очень хорошо понимают, чего хотят и как именно они будут это делать. Для российского ворья крайне сложно (а скорее, невозможно) понять людей, умеющих в проекты и проектное управление.
Они не тупые. Это было бы слишком хорошо, но это неправда. Это умные, хитрые и совершенно безжалостные люди с нулевой эмпатией, в том числе и к себе подобным. Но они точно не тупые и очень хорошо понимают, чего хотят.
Рост цен на энергию достигнут. Инвестиции в «зеленую энергетику» теперь будут течь рекой, так как инвесторы прекрасно понимают: тот, кто успеет первым, снимет все сливки. А вот далее будет самое интересное.
Запад, перешедший на «зеленую энергетику» — 35 год называется в качестве контрольной даты, существенно сократит потребление углеводородов. И все нынешние производители вдруг обнаружат, что их крупнейшие рынки попросту закрыты, а на оставшиеся объемы углеводородов слишком мало покупателей, но избыточно много продавцов. По сути, уже к концу нынешнего десятилетия начнут сыпаться все «энергетические сверхдержавы», особенно базирующиеся на углеводородной моноэкономике. И нефть, и газ, безусловно, останутся в энергобалансах и в качестве сырья для производства нефте-газохимии. Но их значение станет примерно таким же, как сегодня выглядит уголь или гидроэлектростанции. Никому в голову сегодня не придет воевать за Рурский бассейн или за каскады электростанций — разве что совсем диким бантустанам, да и то — строго локально.
Давос, понятно, обсуждает не только энергопереход. Тут, скорее, вопрос уже решен. Обсуждаются следствия, вытекающие из него. Цифровой концлагерь, к примеру — это тоже следствие. Это контроль над населением в условиях резко сократившейся численно глобальной элиты. Это инструмент навязывания воли странам более низкого уровня развития. Но в первую очередь — это жестко связанное с первопричиной следствие. Его и обсуждают. Обсуждают «декарбонизацию» — это тоже инструмент управления и перераспределения ресурсов, прямо вытекающий из парадигмы «новой энергетики». По ней самой вопросы уже сняты, консенсус достигнут. Тема закрыта для обсуждения ввиду полного согласия, которое, как говорил монтер Мечников Остапу Бендеру, есть продукт непротивления сторон.
Взято отсюда
vk.com/wall696482473_35280
Комменты там тоже познавательны
Это всё мышление игроманов, любителей пошаговых стратегий.
Вот здесь мы потребление убавим а здесь денег добавим и купим изучение уберреактора.
Голодные юниты перетекут в лаборатории и через десять циклов энергопереход и новые технологии в кармане.
В реальности не всё так просто.
Холодный синтез не в этом тысячелетии, а вот токомак строят, (там очень не холодный, но синтез) и тут опять мы в первых лицах. Ещё есть относительно чистый газ и уголь которых запасено лет на 500 если не больше (разведано). Европку и весь запад тащат на аркане некомпетентности на заклание. Их потребление чрезмерно для планеты, а пользы давно около нуля. Как, впрочем, и от капитализма как их миропроект.
Не все так плохо с энергией нахаляву.
Атомное электричество никогда не было дешевым источником энергии, кпд… стержни израсходуют 20% на переработку, какое тут может кпд, оно выгодно когда нужно большое количество энергии и где нет других источников энергии. Из промышленной зеленой энергетики, ГЭС норм, вода крутит электричество идёт.
Проблема сильного ветра не в том, что мачты ломает, надежная конструкция предотвращает это, иначе бы все вышки, билборды, да небоскребы в конце концов были бы сломаны. Проблема в том, что винт начинает бесконтрольно раскручиваться, но и это не проблема, придумали кучу тормозов ветрогенераторов, складывание на мой взгляд, это экзотика. А вот окупаемость, это проблема, быстро ветрогенератор себя не окупит. А что касается самоделкиных, которые к винту прикрутят генератор от жигули, то понятно, он работать долго не будет.