"Альтернативная энергетика": ещё один "пузырь"?..

«АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ЭНЕРГЕТИКА»: США НАДУВАЮТ «ЗЕЛЕНЫЙ ПУЗЫРЬ»

Перспективы так называемого биотоплива — это просто очередной финансовый «мыльный пузырь», столь характерный для современной экономики. Безосновательность надежд на эту модификацию «вечного двигателя» еще 30 лет назад обосновал академик Петр Капица.

Bush0.jpg

Джордж Буш объявил о национальной программе, подразумевающей заместить до 2015 года 30% потребностей США в бензине и дизельном топливе биотопливом — этиловым спиртом и «биодизелем», которые предполагается получать из культурных растений. Появился слоган: «Большая кукуруза заменит большую нефть». Стремительно «зеленеет» Силиконовая долина.

На днях бывший кандидат в президенты США и лауреат Нобелевской премии Альберт Гор сделал громкое заявление об объединении своих усилий с главными «зелеными» инвесторами, базирующимися в Силиконовой долине, — Kleiner, Perkins, Caufield & Byers, — ради решения проблемы глобального потепления климата. Винод Хосла (Vinod Khosla), один из основателей «Сан Майкросистемз», предсказывает, что в течение пяти лет будет найден «зеленый» способ производства электроэнергии — дешевле, чем уголь или нефть. Всемирно известная компания «Гугл» объявила о своем выходе в область «зеленой энергии» и намеревается сделать ее дешевле угля и тем более нефти и газа. В развитие этих технологий «Гугл» намеревается вложить сотни миллионов долларов…

Эксперты уговаривают скептиков:

«Не делайте ошибки и не используйте зеркало заднего вида, чтобы глядеть в будущее». Завороженные очередными грандиозными перспективами, уже и российские аграрии вместе с украинскими начинают мечтать об «энергетическом сельском хозяйстве».

Солнце — это жизнь, а не батарейка

Посмотрим, однако, в «зеркало заднего вида». 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. Не обсуждал он, впрочем, перспективы водородной энергетики и производство биотоплива. Не потому, что он о них не знал, а по причине, которую мы обсудим ниже.

kapica_p_l.jpg

Петр Леонидович Капица

Если кратко изложить соображения академика Капицы, они 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.

E_batteries_0.jpg

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.

Так, последовательно оценивая ветровую энергетику, геотермальную энергетику, волновую энергетику, гидроэнергетику, Капица доказывал, что все эти, на взгляд дилетанта вполне перспективные, источники никогда не смогут составить серьезную конкуренцию ископаемому топливу: низка плотность ветровой энергии и энергии морских волн; низкая теплопроводность пород ограничивает скромными масштабами геотермальные станции; всем хороша гидроэнергетика, однако для того, чтобы она была эффективной, либо нужны горные реки — когда уровень воды можно поднять на большую высоту и обеспечить тем самым высокую плотность гравитационной энергии воды, — но их мало, либо необходимо обеспечивать огромные площади водохранилищ и губить плодородные земли.

nuclear_research.jpg

Мирный атом не торопится

В своем докладе Петр Леонидович Капица особо коснулся атомной энергетики и отметил три главные проблемы на пути ее становления в качестве главного источника энергии для человечества: проблему захоронения радиоактивных отходов, критическую опасность катастроф на атомных станциях и проблему неконтролируемого распространения плутония и ядерных технологий. Через десять лет, в Чернобыле, мир смог убедиться, что страховые компании и академик Капица были более чем правы в оценке опасности ядерной энергетики. Так что пока речи о переводе мировой энергетики на ядерное топливо нет, хотя можно ожидать увеличения ее доли в промышленном производстве электроэнергии.

Наибольшие надежды Петр Капица связывал с термоядерной энергетикой. Однако за прошедшие тридцать с лишним лет, несмотря на гигантские усилия ученых разных стран, проблема управляемого термояда не только не была решена, но со временем понимание сложности проблемы, скорее, только выросло.

В ноябре 2006 года Россия, Евросоюз, Китай, Индия, Япония, Южная Корея и США договорились начать строительство экспериментального термоядерного реактора ИТЭР, основанного на принципе магнитного удержания высокотемпературной плазмы, который должен обеспечить 500 мегаватт тепловой мощностьи в течение 400 секунд. Чтобы оценить темпы развития, могу сказать, что в 1977—1978 гг. автор принимал участие в анализе возможности «подпитки» ИТЭР с помощью выстрела в плазму твердоводородной таблетки. Не в лучшем состоянии находится и идея лазерного термояда, основанного на быстром сжатии водородной мишени с помощью лазерного излучения.

Очень дорогая фантастика…

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.

…Но очень выгодная для экономики «мыльного пузыря»

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.

Сергей Лопатников

http://www.profile.ru/items/?…

Да, очень скептически Серёга «разобрался» со всеми этими «альтернативными» подходами получения энергии, пОходя «пнув» и нанотехнологии… Он, конечно, какой-никакой эксперт в своей области. Но, на мой взгляд, он подошёл к этому вопросу довольно узко, «механистически», приняв в качестве предположений самые пессимистические оценки того или иного вида энергии. Может быть, не стОит решать сразу все «глобальные» энергетические проблемы человечества?.. А попробовать посмотреть, ЧТО и КАК можно сделать на «микроуровне»?.. Ведь уже ездят по дорогам планеты довольно экономичные электромобили, уже строятся и эксплутируются разного рода бытовые энергетические системы (ветряки, солнечные батареи, геотермальные ТЭС и т.п.), повышается их кпд и долговечность и др. Всё это ведёт к экономии добываемых их земли углеводородов, исчерпанием которых так грозят фантасты… То есть «пока» (лет на 50–60) нам хватит, а за это время человечество может сделать очередной «прорыв» – даже в целом ряде областей. И человечество будет «спасено» как от энергетического голода, так и угрозы глобального потепления… И, как мне кажется, развитие нанотехнологий также сможет внести существенный вклад в этот процесс…



Anonymous аватар

За все время, прошедшее после публикации статьи П.Л. Капицы в сборнике «Эксперимент теория практика», это первая ссылка на статью, которая попала мне на глаза. Вероятно, статья считается сугубо научной для не ученых, научно-популярной для ученых,
и никак не может дойти до широкого круга читателей. А между тем достаточно ее внимательно изучить и все жульнические изыски зеленых, нанотехнологов с супераккумуляторами, фантазеров с электростанциями на орбите (как и биотопливистов) выводятся на чистую воду. Самое печальное, что получив неограниченный доступ к источникам информации – к той же статье Капицы – люди читают только то, что им впаривают десяток-другой ньюсмейкеров, массовый психоз какой-то. Раньше хоть на кухнях народ тусовался, наряду с йогой и нло обсуждались нормальные идеи. Выражаю свою благодарность автору. Сагиян Григорий

Anonymous аватар

С одной стороны, с выводами данной статьи согласен, а с другой – реально работаю в секторе альтернативной энергетики, где те же самые тепловые насосы вполне себе неплохо (и что крайне важно экономно по деньгам по сравнению с классикой) справляются с обогревом зданий. если б еще и само оборудование стоило дешевле, то вообще бы наступил коммунизм.

kur аватар

Знаете, я лично, как обыватель, очень много думаю над этой проблемой.. Где же выход? На самом деле не всё так безнадёжно. И двигаться нужно не в одном направлении, а в нескольких (собственно как люди и делают).

Первое

Приведу пример. Недавно отыскался у меня давний друг в Японии. Занимается там электроникой и учит японцев «компьютер сайенс» (да, вот так вот!). За «чашкой чая», он упомянул о докладе, который он должен был читать вскоре на конференции посвящённой энергосбережению в компьютерной технике. Так вот оказывается, производство обычного настольного компьютера на порядки более энергозатратное дело, чем его последующая пожизненная эксплуатация. Чуете «где собака порылась»? Энергосбережение – вот магистральный путь. Это касается всех типов энергетических потерь: тепловых, потерь трения в механизмах, потерь преобразования, и т.п. (Меня, например, поражают объёмы мусора, который оставляет после себя современный городской житель.. Когда я иду выбрасывать мусор, реально чувствую стыд. СТЫД! Перед нашими детьми).

Второе

Все клянут эффективность таких источников как солнечная энергия, водородные технологии и биотопливо. Всё правильно. Есть только одно «НО». Малая плотность потока энергии может быть компенсирована большим временем её накопления. Действительно, можно целый день накапливать энергию в своё отсутствие, чтобы, например, вечером по возвращению домой нагреть своё жилище на ночь до комфортной температуры. Системы аккумуляции энергии + системы энергосбережения (теплый дом и т.п.) – ещё одно магистральное направление.

Третье

Уповать на новые высокоэффективные источники энергии. Только следует иметь ввиду, что бесконечный рост энерговооруженности цивилизации невозможен. Это очевидно. Представьте, что вы в своей квартире на газовой плитке готовите еду для семьи на 4-ёх человек. Ну жарко, душно – открыли форточку, не помогло – включили вытяжку. И тут к вам приезжает взвод солдат и от вас требуется срочно их всех покормить. Возникает проблема, а хватит ли запасов. Что будет, если кастрюли заменить громадным котлом. Включить все конфорки. Во что превратится ваша кухня? И хватит ли форточки и мощности вытяжки, чтобы проветрить. Ад! Короче, поток энергии внутри системы должен быть постоянен (если мы хотим сохранить систему – в нашем случае читай – Землю). Если примитивно, то: сколько солнечной энергии упало на Землю столько человек и может использовать, да так использовать, чтобы вся эта энергия в конечном итоге могла быть рассеяна в космосе. Обеспечение контролируемого и ограниченного ресурсо- и энергопотребления (вспомним например киотский протокол) – вот третье магистральное направление.

Четвёртое

Ну третий аспект, это уже не совсем технологии, а во многом проблемы социума. Постоянный экономический рост, влекущий в современной технократической интерпретации растущее ресурсо- и энергопотребление безусловно наталкивается на ограничения (уже сейчас). Это означает, что упование на высокоэффективные альтернативные источники энергии просто оттягивает грядущие глобальные проблемы. Ограничение роста потребления (наверное и роста населения, как не двусмысленно это звучит). И чтобы не разбиться в лепёшку о стену ограничений нужно «сбавить скорость». (скорость потребления). Это и есть четвертное магистральное направление.

Что касается четвертого аспекта

Есть одно оптимистичное замечание. Представьте, что вам позарез нужны сигареты. Ну цель такая. В ближайший магазин вы можете: (а) съездить на танке (вон он под окном); (б) съездить на велосипеде (нужно напрячься, изобрести :) ); (б) сходить пешком (лень, блин). Так вот, сейчас похоже, мы все «ездим за сигаретами на танке», зато у нас есть более спокойные варианты.

Да, и ещё.. Может уже пора бросить курить? Разве нет более достойных занятий?

kur аватар

Но.. Это ещё не всё.. :)

Пятое

Развитие информационных технологий. Да, не стоит забывать об этом очень важном факторе энергосбережения. Широкие каналы связи, развитые технологии «электронного правительства», наличие и действие закона «Об электронной подписи», дешевизна и качество «медиа-устройств» (аудио- и визуализации, и деалее, сенсорных или иных устройств взамодействия с комьютером – как на входе так и на выходе) способны кардинально сократить потребность реального присутствия человека в том или ином месте для информационного взаимодействия. Представьте, наличие недорогих медиа-офисов недалеко от дома (или вообще – дома), обеспечивающих ваше виртуальное присутствие на рабочем месте, устраняют гнетущую необходимость современного человека – ездить на работу. А ведь к примеру, только московский метрополитен в день перевозит кажется около 10 миллионов человек, это не считая миллионов автомобилей, чадящих в пробках. Так что развитие компьютерных, телекоммуникационных технологий, совершенствование законодательной базы, их легального использования в бизнесе и в обыденной жизни – вот пятое магистральное направление решения энергетических проблем.

Корпускуляр аватар

Есть альтернативный источник энергии, который полностью удовлетворяет условиям Капицы: физический вакуум или эфир, как его раньше называли. Макельсон и Морли не смогли его обнаружить, а мы обнаружили и заставили работать, да и не только мы, но и многие другие. Плотность энергии эфира составляет 10(64)дж/куб.мм, что в миллиард раз превосходит энергию взрыва сверхновой звезды. А скорость распространения вакуумной или эфирной энергии равна скорости света. И существуют очень простые способы, как заставить вакуум отдавать энергию. Уже на многих российских предприятиях выпускаются так называемые вихревые теплогенераторы, в которых энергия вакуума преобразуется в тепло. Это самая первая ласточка, но далеко не последняя. Есть также способы, как вакуумную энергию преобразовать в электричество.

Но вследствие того, что всё написанное здесь является ересью с точки зрения официальной науки, нам перекрывают все каналы выхода на публику. Так что прочитать об исследованиях альтернативщиков можно только в отдельных интернетовских независимых сайтах, а в серьёзных научных журналах нас ещё лет 200 публиковать не будут.

psp аватар

Что касается критики Капицей возобновляемой энергетики,то она и правильно,НО не до конца додумана! 1.Как физик,могу выразить своё личное мнение по поводу УТС- с современным положением в теоретической физике,когда не могут даже рассчитать собственную энергию и массу электрона (а получающиеся расходимости всячески замазываются всякими перенормировками и т.п.),получить УТС – это всё равно,что рассчитать ракету до Луны с помощью астрономической системы Аристотеля-Птоломея. Так что на современный момент и будущее у нас есть только один источник термоядерной энергии – это Солнце. По моему мнению,проект УТС во Франции ожидает крах.

2.По сути дела,вся ископаемая энергия -уголь,нефть,газ – это энергия Солнца,плотность и поток которой природой была повышена естественным образом,способом естественной консервации.Но кому сейчас по настоящему нужны такие плотности и потоки энергии,каким потребителям ? Только крупным заводам и городам.(Но и то такая энергетика сильно зависит от ЛЭП.При авариях происходят блэкауты и т.п…) Далее же потом энергия распределяется по мелким потребителям и её плотность и поток существенно падают.С социальной же точки зрения такие высокоплотные и высокопоточные производители энергии являются монополистами и весьма отрицательно влияют на жизнь большинства граждан. 3.Поэтому корень всех проблем возобновляемой энергетики – это нахождение способа высокоэффективной консервации энергии,причём не только на Земле, а и с перспективой выхода в космос,забирая энергию непосредственно от Солнца и передавая её на Землю. Тем самым повышается плотность и поток энергии до разумных размеров искусственным путём. И эта проблема на данный момент имеет своё решение. 4.Далее,по поводу водородной энергетики…получение водорода электролизом воды или из природного газа – это прошлый век. Сейчас есть другие,более эффективные и простые способы – например,алюмоводородная энергетика…Но это отдельный и специальный разговор. Так что сравнивать пузыри «доткомов» и недвижимости, и возобновляемую энергетику я бы не стал.Это явления совершенно разных порядков и перспектив…

kur аватар

К сожалению, никто не говорит о Балансе – все говорят: «найти», «добыть», «доставить» – в этом то и есть вся ментальная проблема! Нужен Баланс – нет энергетического Баланса в замкнутой системе – будет одно только разрушение – без вариантов!

Всё, даже говорить не хочу больше на эту тему!