Op 8 oktober 1975 maakte academicus Pyotr Leonidovich Kapitsa, die drie jaar later de Nobelprijs voor de natuurkunde ontving, tijdens een wetenschappelijke sessie gewijd aan de 250ste verjaardag van de USSR Academy of Sciences, een conceptrapport waarin hij op basis van fysische basisprincipes in wezen alle soorten begroef "Alternatieve energie", met uitzondering van gecontroleerde thermonucleaire fusie.
Om de overwegingen van Academicus Kapitsa samen te vatten, komen ze neer op het volgende:
Het belangrijkste argument dat Kapitsa gebruikte in zijn rapport over de mogelijkheden van alternatieve energie was geenszins een economische benadering, maar fysieke overwegingen. Zijn belangrijkste bezwaar tegen de ongebreidelde fascinatie voor het modieuze, zelfs toen, veertig jaar geleden, was de begrippen 'gratis en milieuvriendelijke alternatieve energie' een duidelijke beperking die tot op de dag van vandaag niet is toegestaan: geen van de alternatieve energiebronnen, of het nu zonnepanelen, windmolenparken of waterstofbrandstofcellen hebben echter nooit de energie- en stroomdichtheid bereikt die worden geleverd door fossiele brandstoffen zoals kolen, olie en gas of kernenergie.
Helaas is dit soort beperking niet politiek, maar juist fysiek van aard - ongeacht het staatssysteem of de ideologie die in het land wordt gekozen, elke economie moet tot op zekere hoogte gebaseerd zijn op de fysieke wetten van de wereld om ons heen. De inspanningen van wetenschappers of ingenieurs kunnen ons dicht genoeg bij de theoretische fysieke limiet van een bepaalde technologie brengen, maar helaas heeft het absoluut geen zin om over zo'n limiter heen te springen.
Zo is de grensconstante voor zonne-energie bijvoorbeeld de zogenaamde "zonneconstante", dat is 1367 W per vierkante meter in de baan van onze aarde. Helaas is deze "orbitale kilowatt" volledig ontoegankelijk voor ons die op het aardoppervlak leven. De hoeveelheid zonne-energie die het aardoppervlak bereikt, wordt door veel factoren beïnvloed: het weer, de algemene transparantie van de atmosfeer, wolken en mist, de hoogte van de zon boven de horizon.
Maar het belangrijkste is de rotatie van onze planeet om zijn as, waardoor de beschikbare energie van de zonneconstante onmiddellijk met bijna de helft wordt verminderd: 's nachts staat de zon onder de horizon. Daardoor moeten wij, de bewoners van de aarde, tevreden zijn met maximaal een tiende van de orbitale zonneconstante.
Welke energiebron ook wordt overwogen, deze kan worden gekenmerkt door twee parameters: energiedichtheid - dat wil zeggen de hoeveelheid per volume-eenheid - en de snelheid van de transmissie (voortplanting). Het product van deze hoeveelheden is het maximale vermogen dat met dit soort energie uit een eenheidsoppervlak kan worden verkregen.
Promotie video:
Laten we zeggen zonne-energie. De dichtheid is te verwaarlozen. Maar het verspreidt zich met een enorme snelheid - de snelheid van het licht. Als gevolg hiervan is de stroom zonne-energie die naar de aarde komt en alles leven geeft, helemaal niet klein - meer dan een kilowatt per vierkante meter. Helaas is deze stroom voldoende voor leven op de planeet, maar als de belangrijkste energiebron voor de mensheid is ze buitengewoon ineffectief. Zoals P. Kapitsa opmerkte, kan een persoon op zeeniveau, rekening houdend met verliezen in de atmosfeer, een stroom van 100-200 watt per vierkante meter gebruiken. Zelfs vandaag de dag is het rendement van apparaten die zonne-energie omzetten in elektriciteit 15%. Om alleen de huishoudelijke behoeften van één modern huishouden te dekken, is een omvormer met een oppervlakte van minimaal 40-50 vierkante meter nodig. En om fossiele brandstoffen te vervangen door zonne-energie,het is nodig om een doorlopende strook zonnebatterijen van 50-60 kilometer breed langs het hele landgedeelte van de evenaar te bouwen. Het is overduidelijk dat een dergelijk project in de nabije toekomst niet kan worden uitgevoerd om technische, financiële of politieke redenen.
Het tegenovergestelde voorbeeld zijn brandstofcellen, waar de chemische energie van waterstofoxidatie direct wordt omgezet in elektriciteit.
Petr Kapitsa schreef: “In de praktijk is de energiefluxdichtheid erg laag, en er kan slechts 200 watt van een vierkante meter elektrode worden verwijderd. Voor 100 megawatt aan vermogen bereikt het werkgebied van de elektroden een vierkante kilometer, en er is geen hoop dat de kapitaalkosten voor het bouwen van een dergelijke energiecentrale zullen worden gerechtvaardigd door de energie die deze opwekt. Dit betekent dat brandstofcellen alleen kunnen worden gebruikt waar geen hoog vermogen nodig is. Maar ze zijn nutteloos voor macro-energie."
Hier is de energiedichtheid hoog, en de efficiëntie van een dergelijke conversie is ook hoog, tot 70 procent of meer. Maar de overdrachtssnelheid is extreem laag, beperkt door de zeer lage diffusiesnelheid van ionen in elektrolyten. Hierdoor is de energiefluxdichtheid ongeveer gelijk aan die van zonne-energie. Petr Kapitsa schreef: “In de praktijk is de energiefluxdichtheid erg laag, en er kan slechts 200 watt van een vierkante meter elektrode worden verwijderd. Voor 100 megawatt aan vermogen bereikt het werkgebied van de elektroden een vierkante kilometer, en er is geen hoop dat de kapitaalkosten voor het bouwen van zo'n energiecentrale zullen worden gerechtvaardigd door de energie die deze opwekt. Dit betekent dat brandstofcellen alleen kunnen worden gebruikt waar geen hoog vermogen nodig is. Maar ze zijn nutteloos voor macro-energie.
Dus, door consequent windenergie, geothermische energie, golfenergie, waterkracht te evalueren, argumenteerde Kapitsa dat al deze, naar de mening van een amateur, veelbelovend zijn, bronnen kunnen nooit serieus concurreren met fossiele brandstoffen: de dichtheid van windenergie en de energie van zeegolven is laag; lage thermische geleidbaarheid van gesteenten beperkt geothermische stations tot een bescheiden schaal; iedereen is goed met waterkracht, maar om het efficiënt te laten zijn, zijn ofwel bergrivieren nodig - wanneer het waterpeil kan worden verhoogd tot grote hoogte en daardoor een hoge dichtheid van zwaartekrachtenergie van het water - maar er zijn er maar weinig, of het is nodig om enorme gebieden met reservoirs te voorzien en vruchtbaar te vernietigen land.
Vreedzaam atoom heeft geen haast
In zijn rapport ging Petr Leonidovitsj Kapitsa vooral in op kernenergie en wees hij op drie belangrijke problemen bij de vorming ervan als de belangrijkste energiebron voor de mensheid: het probleem van de berging van radioactief afval, het kritieke gevaar van rampen bij kerncentrales en het probleem van de ongecontroleerde proliferatie van plutonium en nucleaire technologieën. Tien jaar later, in Tsjernobyl, kon de wereld ervoor zorgen dat verzekeringsmaatschappijen en academicus Kapitsa meer dan gelijk hadden bij het inschatten van het gevaar van kernenergie. Tot dusver is er dus geen sprake van het omzetten van wereldenergie naar nucleaire brandstof, hoewel men wel een toename van het aandeel in de industriële elektriciteitsproductie kan verwachten.
Pyotr Kapitsa had zijn grootste hoop gevestigd op thermonucleaire energie. In de afgelopen dertig jaar is het probleem van gecontroleerde thermonucleaire fusie echter, ondanks de enorme inspanningen van wetenschappers uit verschillende landen, niet alleen niet opgelost, maar in de loop van de tijd is het begrip van de complexiteit van het probleem alleen maar groter geworden.
In november 2006 kwamen Rusland, de Europese Unie, China, India, Japan, Zuid-Korea en de Verenigde Staten overeen om te beginnen met de bouw van een experimentele thermonucleaire reactor ITER, gebaseerd op het principe van magnetische opsluiting van hogetemperatuurplasma, dat gedurende 400 seconden 500 megawatt thermisch vermogen zou moeten leveren. Om het tempo van ontwikkeling te beoordelen, kan ik dat zeggen in 1977-1978. de auteur nam deel aan de analyse van de mogelijkheid om de ITER te “voeden” door een vaste waterstoftablet in het plasma te schieten. Het idee van lasersfusie, gebaseerd op de snelle compressie van een waterstofdoel met laserstraling, is ook niet in de beste staat.
Zeer dure sciencefiction …
Maar hoe zit het met waterstofenergie en de beruchte biobrandstof, die tegenwoordig het meest actief worden gepromoot? Waarom schonk Kapitsa er helemaal geen aandacht aan? De mensheid gebruikt immers al eeuwen biobrandstof in de vorm van brandhout, en vandaag de dag lijkt waterstofenergie zo veelbelovend dat er bijna elke dag berichten zijn dat de grootste autobedrijven conceptauto's op waterstof als brandstof demonstreren! Was de academicus echt zo kortzichtig? Helaas … Er kan geen waterstof of zelfs bio-energie in de letterlijke zin van het woord bestaan.
Wat betreft waterstofenergie, aangezien er geen natuurlijke waterstofafzettingen op aarde zijn, proberen zijn aanhangers een machine met perpetuum mobile op planetaire schaal uit te vinden, niet meer en niet minder. Er zijn twee manieren om waterstof op industriële schaal te verkrijgen: ofwel door elektrolyse om water te ontbinden tot waterstof en zuurstof, maar dit vereist energie, uiteraard superieur aan de energie die vrijkomt wanneer waterstof wordt verbrand en weer omgezet in water, of … uit aardgas met behulp van katalysatoren en nogmaals, energieverbruik - dat moet worden verkregen … nogmaals, door natuurlijke fossiele brandstoffen te verbranden! Toegegeven, in het laatste geval is het nog steeds geen "perpetuum mobile": er wordt nog steeds wat extra energie opgewekt bij de verbranding van op deze manier verkregen waterstof. Maar het zal veel minder zijn dan wat zou worden verkregen door directe verbranding van aardgas,het omzeilen van zijn omzetting in waterstof. Dit betekent dat "elektrolytische waterstof" helemaal geen brandstof is, het is slechts een "accumulator" van energie verkregen uit een andere bron … die gewoon niet bestaat. Het gebruik van waterstof verkregen uit aardgas zal mogelijk de uitstoot van kooldioxide in de atmosfeer enigszins verminderen, aangezien deze emissies alleen verband houden met de opwekking van energie die nodig is om waterstof te verkrijgen. Maar aan de andere kant zal als gevolg van het proces het totale verbruik van niet-hernieuwbare fossiele brandstoffen alleen maar toenemen!aangezien deze emissies alleen samenhangen met de opwekking van energie die nodig is om waterstof te produceren. Maar aan de andere kant zal als gevolg van het proces het totale verbruik van niet-hernieuwbare fossiele brandstoffen alleen maar toenemen!aangezien deze emissies alleen samenhangen met de opwekking van energie die nodig is om waterstof te produceren. Maar aan de andere kant zal als gevolg van het proces het totale verbruik van niet-hernieuwbare fossiele brandstoffen alleen maar toenemen!
De situatie met "bio-energie" is niet beter. In dit geval hebben we het ofwel over het nieuw leven inblazen van het oude idee om plantaardige en dierlijke vetten te gebruiken om interne verbrandingsmotoren aan te drijven (Diesel's eerste "diesel" liep op arachideolie), of over het gebruik van ethylalcohol verkregen door natuurlijke te fermenteren - graan, maïs, rijst, suikerriet enzovoort. - of onderworpen zijn aan hydrolyse (dat wil zeggen de afbraak van vezels in suikers) - landbouwproducten.
Wat betreft de productie van oliën, dit is een productie met een extreem laag rendement, volgens de "Kapitsa-criteria". De opbrengst van pinda's is bijvoorbeeld op zijn best 50 c / ha. Zelfs met drie oogsten per jaar zal de opbrengst aan noten nauwelijks meer zijn dan 2 kg per jaar per vierkante meter. Uit dit aantal noten zal hoogstens 1 kg olie worden verkregen: de energie-output is iets meer dan 1 watt per vierkante meter - dat wil zeggen twee ordes van grootte minder dan de zonne-energie die beschikbaar is op dezelfde vierkante meter. Tegelijkertijd hielden we geen rekening met het feit dat het verkrijgen van dergelijke gewassen intensief gebruik van energie-intensieve meststoffen, energieverbruik voor bodembewerking en irrigatie vereist. Dat wil zeggen, om in de huidige behoeften van de mensheid te voorzien, zou het nodig zijn om een paar werelden volledig met pinda's te bezaaien. Als u een soortgelijke berekening uitvoert voor "alcohol" -energie, is het gemakkelijk om zeker te zijndat zijn efficiëntie zelfs lager is dan die van de "diesel" agro-cyclus.
… Maar zeer gunstig voor de economie van de "zeepbel".
Wij zijn van ons, we gaan bouwen aan een nieuwe wereld
Het resultaat van de begrenzers van zonne-energie was kennis die al in 1975 goed voorhanden was: in feite kan vanaf een meter van het aardoppervlak niet meer dan 100-200 watt aan gemiddelde dagelijkse zonne-energie worden verzameld. Met andere woorden, om zelfs in de huidige behoeften van de mensheid te voorzien, zou het oppervlak van zonne-energiecentrales op het aardoppervlak gewoon enorm groot zijn.
Daarnaast zou een strook van het aardoppervlak langs de evenaar - of in woestijntropische gebieden, terwijl de meeste zonne-energieverbruikers zich in de gematigde zone van het noordelijk halfrond bevinden - het meest geschikt zijn voor het plaatsen van zonnepanelen. Als gevolg hiervan blijken de abstracte "vierkanten" van zonnepanelen in de Sahara, die zo graag apologeten trekken voor onbeperkte zonne-energie, niets meer te zijn dan een virtuele veronderstelling.
Maar dit hield geenszins degenen tegen die de school natuurkundecursus niet volledig onder de knie hadden. Projecten voor de ontwikkeling van zonne-energie in de Sahara zijn ontstaan en komen met benijdenswaardige regelmaat in opkomst.
Zo probeerde het Europese bedrijf Desertec, opgericht in 2003, een megaproject te implementeren voor de bouw van zonne-energiecentrales in Tunesië, Libië en Egypte om zonnestroom te leveren aan West-Europa, ondanks de deelname aan het project van grote bedrijven en banken als Siemens, Bosch, ABB en Deutche Bank, tien jaar later, in 2013, ging stilletjes failliet. Het bleek dat de kosten voor het bouwen en onderhouden van elektriciteitscentrales in de Sahara en de kosten van het duizenden kilometers transporteren van elektriciteit, zelfs met een "gratis" zonneconstante in de Sahara, niet verduisterd door wolken of mist, gewoon onbetaalbaar waren.
De situatie is niet rooskleuriger met de zonne-energie-industrie in West-Europa zelf, waar voor het tweede decennium op rij verschillende landen en fondsen triljoenen dollars hebben uitgetrokken voor de ontwikkeling van zonne- en windenergie. Ondanks de 'gouden regen' die overvloedig over de hernieuwbare-energiesector (RES) en de algemene politieke steun voor hernieuwbare energie stroomde (zelfs vanwege de gedwongen sluiting van kerncentrales en kolengestookte TPP's), was de 'tussenliggende finish' voor RES vanaf 2016 zeker niet zo indrukwekkend.
Dus in 2015 hadden Duitsland en Denemarken, die het maximale aantal windturbines en zonnepanelen installeerden, ook de hoogste elektriciteitsprijzen - 29,5 eurocent en 30,4 eurocent per kWh. Tegelijkertijd konden Bulgarije en Hongarije, "achterlijk" in termen van de installatie van hernieuwbare energiebronnen, waarin krachtige kerncentrales werden gebouwd tijdens het Sovjettijdperk, bogen op totaal verschillende elektriciteitsprijzen - respectievelijk 9,6 en 11,5 eurocent per kWh.
Vandaag hebben we het over het feit dat het ambitieuze programma "2020" inzake hernieuwbare energie, dat werd aangenomen door de Europese Unie en volgens welke tegen 2020 20% van de elektriciteit in de EU geproduceerd moet worden uit hernieuwbare bronnen, op de schouders werd gelegd van de Europese belastingbetalers, die ondertekend waren om een bijzonder hoog tarief te betalen voor elektriciteit. Het volstaat te zeggen dat Duitsers en Denen in termen van Russische realiteit 20-21 roebel betalen voor elke verbruikte kilowattuur).
Daarom blijkt dat de huidige successen van hernieuwbare energiebronnen niet verband houden met de economische realiteit van hun winstgevendheid en zelfs niet met indrukwekkende vooruitgang bij het verbeteren van de efficiëntie of het verlagen van hun productie- en onderhoudskosten, maar in de eerste plaats met het protectionistische beleid van de EU-landen met betrekking tot hernieuwbare energiebronnen en de uitschakeling van enige concurrentie. van de kant van thermische of kernenergie, die onderhevig is aan extra belastingdruk (vergoedingen voor kooldioxide-uitstoot), of zelfs een volledig verbod (zoals kernenergie in Duitsland).
Nou, kennen Amerikaanse wetenschappers deze cijfers en vooruitzichten niet? Natuurlijk wel. Richard Heinberg, in zijn sensationele boek PowerDown: Options And Actions For A Post-Carbon World (de meest nauwkeurige vertaling van de betekenis - "Het einde van de wereld: kansen en acties in de post-koolstofwereld") herhaalt op de meest gedetailleerde manier Kapitsa's analyse en toont aan dat er geen bio-energie is de wereld zal niet redden.
Dus wat is er aan de hand? Hier is wat: slechts een zeer naïef persoon gelooft dat de economie van vandaag, net als 150 jaar geleden, werkt volgens het marxistische principe: "geld - koopwaar - geld." De nieuwe geld-geldformule is korter en efficiënter. De lastige schakel in de vorm van de productie van echte goederen, die echt nuttig zijn voor mensen in de gebruikelijke zin van het woord, wordt in rap tempo uit de "grote economie" verdreven. De relatie tussen prijs en bruikbaarheid in materiële zin - de bruikbaarheid van iets als voedsel, kleding, huisvesting, vervoermiddel of dienst als middel om aan een werkelijke behoefte te voldoen - verdwijnt op dezelfde manier in de vergetelheid als de relatie tussen de benaming van een munt en de massa die eens verdween. het edelmetaal dat erin zit. Op dezelfde manier worden de "dingen" van het nieuwe tijdperk van alle nut gezuiverd. De enige consumerende capaciteit van deze "dingen"hun enige "nut" dat betekenis behoudt in de economie van de moderne tijd, is hun vermogen om verkocht te worden, en de inflatie van "bubbels" wordt de belangrijkste "productie" die winst oplevert. Het universele geloof in de mogelijkheid om lucht te verkopen in de vorm van aandelen, opties, futures en tal van andere "financiële instrumenten" wordt de belangrijkste motor van de economie en de belangrijkste bron van kapitaal voor de priesters van dit geloof.
Na opeenvolgend barsten van bellen van "dot-com" en onroerend goed en "nanotechnologie", die fantastische vooruitzichten hebben getrokken, blijven ze voor het grootste deel zonder merkbare materialisatie trekken, schijnen Amerikaanse financiers hun aandacht serieus te richten op alternatieve energiebronnen. Door geld te investeren in "groene projecten" en te betalen voor wetenschappelijke reclame, kunnen ze er heel goed op vertrouwen dat talrijke Pinokkio's het financiële veld van wonderen perfect zullen bevruchten met hun goud.
