Am 8. Oktober 1975 erstellte der Akademiker Pjotr Leonidowitsch Kapitsa, der drei Jahre später den Nobelpreis für Physik erhielt, auf einer wissenschaftlichen Sitzung zum 250. Jahrestag der Akademie der Wissenschaften der UdSSR einen Konzeptbericht, in dem er auf der Grundlage physikalischer Grundprinzipien im Wesentlichen alle Arten begrub "Alternative Energie" mit Ausnahme der kontrollierten Kernfusion.
Um die Überlegungen des Akademikers Kapitsa zusammenzufassen, laufen sie auf Folgendes hinaus:
Das Hauptargument, das Kapitsa in seinem Bericht über die Möglichkeiten alternativer Energie verwendete, war keineswegs ein wirtschaftlicher Ansatz, sondern physikalische Überlegungen. Sein hauptsächlicher Einwand gegen die ungezügelte Faszination für das Modische war schon damals, vor vierzig Jahren, das Konzept der "freien und umweltfreundlichen alternativen Energie" eine offensichtliche Einschränkung, die bis heute nicht erlaubt ist: keine der alternativen Energiequellen, sei es Sonnenkollektoren, Windparks oder Wasserstoffbrennstoffzellen haben jedoch nie die Energie- und Leistungsdichten erreicht, die fossile Brennstoffe wie Kohle, Öl und Gas oder Atomkraft liefern.
Leider ist diese Art der Einschränkung nicht politischer, sondern genau physischer Natur - unabhängig vom gewählten staatlichen System oder der im Land gewählten Ideologie muss jede Wirtschaft in gewissem Maße auf den physikalischen Gesetzen der Welt um uns herum basieren. Die Bemühungen von Wissenschaftlern oder Ingenieuren können uns nahe genug an die theoretische physikalische Grenze einer bestimmten Technologie bringen, aber leider ist es absolut nutzlos, über einen solchen Begrenzer zu springen.
So ist beispielsweise die Grenzkonstante für Sonnenenergie die sogenannte "Sonnenkonstante", die in der Erdumlaufbahn 1367 W pro Quadratmeter beträgt. Leider ist dieses "Orbital-Kilowatt" für uns, die wir auf der Erdoberfläche leben, völlig unzugänglich. Die Menge an Sonnenenergie, die die Erdoberfläche erreicht, wird von vielen Faktoren beeinflusst: dem Wetter, der allgemeinen Transparenz der Atmosphäre, Wolken und Nebel, der Höhe der Sonne über dem Horizont.
Das Wichtigste ist jedoch die Rotation unseres Planeten um seine Achse, die die verfügbare Energie der Sonnenkonstante sofort um fast die Hälfte reduziert: Nachts steht die Sonne unter dem Horizont. Infolgedessen müssen wir, die Bewohner der Erde, mit maximal einem Zehntel der Sonnenkonstante der Umlaufbahn zufrieden sein.
Unabhängig davon, welche Energiequelle in Betracht gezogen wird, kann sie durch zwei Parameter charakterisiert werden: Energiedichte - dh ihre Menge pro Volumeneinheit - und die Geschwindigkeit ihrer Übertragung (Ausbreitung). Das Produkt dieser Größen ist die maximale Leistung, die mit dieser Art von Energie von einer Einheitsoberfläche erhalten werden kann.
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Sagen wir Sonnenenergie. Seine Dichte ist vernachlässigbar. Aber es breitet sich mit großer Geschwindigkeit aus - der Lichtgeschwindigkeit. Infolgedessen ist der Fluss der Sonnenenergie, der zur Erde kommt und alles zum Leben erweckt, überhaupt nicht gering - mehr als ein Kilowatt pro Quadratmeter. Leider reicht dieser Fluss für das Leben auf dem Planeten aus, aber als Hauptenergiequelle für die Menschheit ist er äußerst ineffektiv. Wie P. Kapitsa feststellte, kann eine Person auf Meereshöhe unter Berücksichtigung von Verlusten in der Atmosphäre tatsächlich einen Fluss von 100 bis 200 Watt pro Quadratmeter verwenden. Noch heute liegt der Wirkungsgrad von Geräten, die Sonnenenergie in Strom umwandeln, bei 15%. Um nur den Haushaltsbedarf eines modernen Haushalts zu decken, wird ein Konverter mit einer Fläche von mindestens 40-50 Quadratmetern benötigt. Und um fossile Brennstoffe durch Sonnenenergie zu ersetzen,Es ist notwendig, einen durchgehenden Streifen von Solarbatterien mit einer Breite von 50 bis 60 Kilometern entlang des gesamten Landteils des Äquators zu bauen. Es liegt auf der Hand, dass ein solches Projekt in absehbarer Zeit weder aus technischen, finanziellen noch aus politischen Gründen durchgeführt werden kann.
Das entgegengesetzte Beispiel sind Brennstoffzellen, bei denen die chemische Energie der Wasserstoffoxidation direkt in Elektrizität umgewandelt wird.
Petr Kapitsa schrieb: „In der Praxis ist die Energieflussdichte sehr gering und nur 200 Watt können von einem Quadratmeter Elektrode entfernt werden. Bei einer Leistung von 100 Megawatt erreicht der Arbeitsbereich der Elektroden einen Quadratkilometer, und es besteht keine Hoffnung, dass die Kapitalkosten für den Bau eines solchen Kraftwerks durch die von ihm erzeugte Energie gerechtfertigt sind. Dies bedeutet, dass Brennstoffzellen nur dort eingesetzt werden können, wo keine hohe Leistung benötigt wird. Aber sie sind für Makroenergie nutzlos."
Hier ist die Energiedichte hoch und der Wirkungsgrad einer solchen Umwandlung ist ebenfalls hoch und erreicht 70 Prozent oder mehr. Die Übertragungsrate ist jedoch extrem niedrig, begrenzt durch die sehr geringe Diffusionsrate von Ionen in Elektrolyten. Infolgedessen ist die Energieflussdichte ungefähr dieselbe wie für Sonnenenergie. Petr Kapitsa schrieb: „In der Praxis ist die Energieflussdichte sehr gering und nur 200 Watt können von einem Quadratmeter Elektrode entfernt werden. Bei einer Leistung von 100 Megawatt erreicht der Arbeitsbereich der Elektroden einen Quadratkilometer, und es besteht keine Hoffnung, dass die Kapitalkosten für den Bau eines solchen Kraftwerks durch die von ihm erzeugte Energie gerechtfertigt sind. Dies bedeutet, dass Brennstoffzellen nur dort eingesetzt werden können, wo keine hohe Leistung benötigt wird. Aber sie sind für Makroenergie nutzlos.
Bei der konsequenten Bewertung von Windenergie, Geothermie, Wellenenergie und Wasserkraft argumentierte Kapitsa, dass all diese Quellen nach Ansicht eines Amateurs vielversprechend sind und die Quellen niemals ernsthaft mit fossilen Brennstoffen konkurrieren können: Die Dichte der Windenergie und die Energie der Meereswellen sind gering; Die geringe Wärmeleitfähigkeit von Gesteinen begrenzt geothermische Stationen auf ein bescheidenes Maß. Jeder kann gut mit Wasserkraft umgehen, aber um effizient zu sein, werden entweder Gebirgsflüsse benötigt - wenn der Wasserstand auf eine große Höhe angehoben werden kann und dadurch eine hohe Dichte an Gravitationsenergie des Wassers bereitgestellt wird -, aber es gibt nur wenige davon, oder es ist notwendig, große Reservoirflächen bereitzustellen und fruchtbare zu zerstören Land.
Friedliches Atom hat es nicht eilig
In seinem Bericht ging Petr Leonidovich Kapitsa besonders auf die Kernenergie ein und stellte drei Hauptprobleme auf dem Weg ihrer Entstehung als Hauptenergiequelle für die Menschheit fest: das Problem der Entsorgung radioaktiver Abfälle, die kritische Gefahr von Katastrophen in Kernkraftwerken und das Problem der unkontrollierten Verbreitung von Plutonium und Kerntechnologien. Zehn Jahre später konnte die Welt in Tschernobyl sicherstellen, dass Versicherungsunternehmen und Akademiker Kapitsa die Gefahr der Kernenergie mehr als richtig einschätzten. Von einer Übertragung der Weltenergie auf Kernbrennstoffe ist bislang keine Rede, obwohl mit einem Anstieg ihres Anteils an der industriellen Stromerzeugung zu rechnen ist.
Pjotr Kapitsa setzte seine größten Hoffnungen auf thermonukleare Energie. In den letzten rund dreißig Jahren wurde das Problem der kontrollierten thermonuklearen Fusion trotz der enormen Anstrengungen von Wissenschaftlern aus verschiedenen Ländern nicht nur nicht gelöst, sondern im Laufe der Zeit ist das Verständnis für die Komplexität des Problems nur gewachsen.
Im November 2006 haben Russland, die Europäische Union, China, Indien, Japan, Südkorea und die Vereinigten Staaten vereinbart, mit dem Bau des experimentellen thermonuklearen ITER-Reaktors zu beginnen, der auf dem Prinzip des magnetischen Einschlusses von Hochtemperaturplasma basiert und 400 Sekunden lang 500 Megawatt Wärmeleistung liefern soll. Um das Entwicklungstempo einzuschätzen, kann ich das zwischen 1977 und 1978 sagen. Der Autor beteiligte sich an der Analyse der Möglichkeit, den ITER durch Brennen einer festen Wasserstofftablette in das Plasma zu „füttern“. Die Idee der Laserfusion, die auf der schnellen Kompression eines Wasserstofftargets unter Verwendung von Laserstrahlung basiert, ist ebenfalls nicht im besten Zustand.
Sehr teure Science Fiction …
Aber was ist mit Wasserstoff und dem berüchtigten Biokraftstoff, die heute am aktivsten gefördert werden? Warum hat Kapitsa ihnen überhaupt keine Aufmerksamkeit geschenkt? Schließlich verwendet die Menschheit seit Jahrhunderten Biokraftstoff in Form von Brennholz, und Wasserstoff-Energie scheint heute so vielversprechend, dass fast täglich berichtet wird, dass die größten Automobilunternehmen Konzeptautos demonstrieren, die mit Wasserstoff betrieben werden! War der Akademiker wirklich so kurzsichtig? Leider … Es kann weder Wasserstoff noch Bioenergie im wahrsten Sinne des Wortes existieren.
Da es auf der Erde keine natürlichen Wasserstoffablagerungen gibt, versuchen die Anhänger der Wasserstoff-Energie, eine Perpetual-Motion-Maschine im planetarischen Maßstab zu erfinden, nicht mehr und nicht weniger. Es gibt zwei Möglichkeiten, Wasserstoff im industriellen Maßstab zu erhalten: entweder durch Elektrolyse, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu zersetzen, aber dies erfordert Energie, die offensichtlich derjenigen überlegen ist, die dann freigesetzt wird, wenn Wasserstoff verbrannt und wieder in Wasser umgewandelt wird, oder … aus Erdgas unter Verwendung von Katalysatoren und wieder Energieverbrauch - der gewonnen werden muss … wieder durch Verbrennung natürlicher fossiler Brennstoffe! Zwar handelt es sich im letzteren Fall immer noch nicht um eine "Perpetual Motion Machine": Bei der Verbrennung von Wasserstoff, der auf diese Weise gewonnen wird, wird immer noch etwas zusätzliche Energie erzeugt. Aber es wird viel weniger sein als das, was durch direkte Verbrennung von Erdgas erhalten würde,Umgehung seiner Umwandlung in Wasserstoff. Dies bedeutet, dass "elektrolytischer Wasserstoff" überhaupt kein Kraftstoff ist, sondern nur ein "Akkumulator" von Energie, die aus einer anderen Quelle gewonnen wird … die einfach nicht existiert. Die Verwendung von Wasserstoff aus Erdgas wird möglicherweise die Kohlendioxidemissionen in die Atmosphäre etwas verringern, da diese Emissionen nur mit der Erzeugung von Energie verbunden sind, die zur Gewinnung von Wasserstoff erforderlich ist. Andererseits wird der Gesamtverbrauch an nicht erneuerbaren fossilen Brennstoffen infolge des Prozesses nur noch zunehmen!da diese Emissionen nur mit der Erzeugung von Energie verbunden sind, die zur Erzeugung von Wasserstoff benötigt wird. Andererseits wird durch den Prozess der Gesamtverbrauch an nicht erneuerbaren fossilen Brennstoffen nur noch zunehmen!da diese Emissionen nur mit der Erzeugung von Energie verbunden sind, die zur Erzeugung von Wasserstoff benötigt wird. Andererseits wird durch den Prozess der Gesamtverbrauch an nicht erneuerbaren fossilen Brennstoffen nur noch zunehmen!
Die Situation mit "Bioenergie" ist nicht besser. In diesem Fall geht es entweder um die Wiederbelebung der alten Idee, pflanzliche und tierische Fette für den Antrieb von Verbrennungsmotoren zu verwenden (Diesels erster "Diesel" wurde mit Erdnussöl betrieben), oder um die Verwendung von Ethylalkohol, der durch Fermentation natürlicher Motoren gewonnen wird - Getreide, Mais, Reis, Zuckerrohr usw. - oder einer Hydrolyse unterzogen werden (dh der Zersetzung von Ballaststoffen in Zucker) - landwirtschaftliche Erzeugnisse.
Bei der Herstellung von Ölen handelt es sich um eine Produktion mit äußerst geringem Wirkungsgrad nach den "Kapitsa-Kriterien". Zum Beispiel beträgt der Erdnussertrag höchstens 50 c / ha. Selbst bei drei Ernten pro Jahr wird der Nussertrag kaum 2 kg pro Jahr und Quadratmeter überschreiten. Aus dieser Anzahl von Nüssen wird bestenfalls 1 kg Öl gewonnen: Die Energieabgabe beträgt etwas mehr als 1 Watt pro Quadratmeter - das sind zwei Größenordnungen weniger als die Sonnenenergie, die auf demselben Quadratmeter verfügbar ist. Gleichzeitig haben wir nicht berücksichtigt, dass die Gewinnung solcher Pflanzen den intensiven Einsatz energieintensiver Düngemittel, den Energieverbrauch für die Bodenbearbeitung und die Bewässerung erfordert. Das heißt, um die gegenwärtigen Bedürfnisse der Menschheit zu decken, wäre es notwendig, ein paar Welten vollständig mit Erdnüssen zu säen. Wenn Sie eine ähnliche Berechnung für "Alkohol" -Energie durchführen, ist es einfach, dies sicherzustellendass sein Wirkungsgrad sogar niedriger ist als der des "Diesel" -Gro-Zyklus.
… aber es ist sehr vorteilhaft für die Wirtschaft der "Seifenblase".
Wir gehören uns, wir werden eine neue Welt bauen
Das Ergebnis der Begrenzer der Sonnenenergie war Wissen, das bereits 1975 verfügbar war: Tatsächlich können von einem Meter der Erdoberfläche nicht mehr als 100 bis 200 Watt gemittelte tägliche Sonnenenergie gesammelt werden. Mit anderen Worten, um selbst die gegenwärtigen Bedürfnisse der Menschheit zu befriedigen, wäre die Fläche der Solarkraftwerke auf der Erdoberfläche einfach riesig.
Darüber hinaus wäre ein Streifen der Erdoberfläche entlang des Erdäquators - oder in tropischen Wüstenregionen, während sich die meisten Verbraucher von Sonnenenergie in der gemäßigten Zone der nördlichen Hemisphäre befinden - am besten geeignet, um Sonnenkollektoren zu platzieren. Infolgedessen erweisen sich die abstrakten "Quadrate" der Sonnenkollektoren in der Sahara, die so gern Apologeten unbegrenzter Sonnenenergie anziehen, als nichts anderes als eine virtuelle Annahme.
Dies hat aber keineswegs diejenigen aufgehalten, die den Schulphysikkurs nicht vollständig gemeistert hatten. Projekte zur solaren Entwicklung der Sahara sind entstanden und entstehen mit beneidenswerter Regelmäßigkeit.
So versuchte das 2003 gegründete europäische Unternehmen Desertec, ein Megaprojekt für den Bau von Solarkraftwerken in Tunesien, Libyen und Ägypten zu implementieren, um Westeuropa mit Solarstrom zu versorgen, obwohl so große Unternehmen und Banken wie Siemens, Bosch, ABB und Die Deutche Bank ging zehn Jahre später, 2013, stillschweigend in Konkurs. Es stellte sich heraus, dass die Kosten für den Bau und die Wartung von Kraftwerken in der Sahara und die Kosten für den Transport von Strom über Tausende von Kilometern, selbst bei einer "freien" Sonnenkonstante in der Sahara, die nicht durch Wolken oder Nebel verdunkelt wurde, einfach unerschwinglich waren.
Bei der Solarbranche in Westeuropa selbst, wo im zweiten Jahrzehnt in Folge verschiedene Länder und Fonds Billionen Dollar für die Entwicklung der Solar- und Windenergie bereitgestellt haben, ist die Situation nicht mehr rosig. Trotz des "goldenen Regens", der reichlich auf den Sektor der erneuerbaren Energien (RES) und auf die allgemeine politische Unterstützung für erneuerbare Energien (auch aufgrund der erzwungenen Schließung von Kernkraftwerken und Kohlekraftwerken) überging, war das "Zwischenergebnis" für RES ab 2016 keineswegs sehr beeindruckend.
So hatten Deutschland und Dänemark, die die maximale Anzahl von Windkraftanlagen und Sonnenkollektoren installiert hatten, bis 2015 ebenfalls die höchsten Strompreise - 29,5 Euro und 30,4 Euro pro kWh. Gleichzeitig konnten Bulgarien und Ungarn, die in Bezug auf die Installation erneuerbarer Energiequellen, in denen während der Sowjetzeit leistungsstarke Kernkraftwerke gebaut wurden, "rückständig" waren, völlig unterschiedliche Strompreise vorweisen - 9,6 bzw. 11,5 Eurocent pro kWh.
Heute sprechen wir über die Tatsache, dass das ehrgeizige Programm "2020" für erneuerbare Energien, das von der Europäischen Union verabschiedet wurde und wonach bis 2020 20% des Stroms in der EU aus erneuerbaren Quellen erzeugt werden sollen, auf die Schultern der europäischen Steuerzahler gelegt wurde, die zur Zahlung eines speziell überhöhten Tarifs unterzeichnet wurden für Strom. Es genügt zu sagen, dass Deutsche und Dänen in Bezug auf die russische Realität 20 bis 21 Rubel für jede verbrauchte Kilowattstunde zahlen.
Es stellt sich daher heraus, dass die gegenwärtigen Erfolge erneuerbarer Energiequellen nicht mit den wirtschaftlichen Realitäten ihrer Rentabilität und nicht einmal mit beeindruckenden Fortschritten bei der Verbesserung der Effizienz oder der Senkung ihrer Produktions- und Wartungskosten verbunden sind, sondern vor allem mit der protektionistischen Politik der EU-Länder in Bezug auf erneuerbare Energiequellen und der Ausschaltung jeglichen Wettbewerbs. seitens der Wärme- oder Kernkraftindustrie, die einem zusätzlichen Steuerdruck (Gebühren für Kohlendioxidemissionen) oder sogar einem völligen Verbot (wie der Kernenergie in Deutschland) ausgesetzt ist.
Nun, amerikanische Wissenschaftler kennen diese Zahlen und Perspektiven nicht? Natürlich tun sie das. Richard Heinberg wiederholt in seinem gefeierten Buch PowerDown: Optionen und Aktionen für eine Post-Carbon-Welt (die genaueste Übersetzung der Bedeutung - „Ende der Welt: Möglichkeiten und Aktionen in der Post-Carbon-Welt“) Kapitzas Analyse auf detaillierteste Weise und zeigt, dass keine Bioenergie vorhanden ist Die Welt wird nicht retten.
So was ist los? Und hier ist was: Nur ein sehr naiver Mensch glaubt, dass die Wirtschaft heute wie vor 150 Jahren nach dem marxistischen Prinzip arbeitet: "Geld - Ware - Geld". Die neue Geld-Geld-Formel ist kürzer und effizienter. Die problematische Verbindung in Form der Produktion von realen Gütern, die für die Menschen im üblichen Sinne des Wortes wirklich nützlich sind, wird schnell aus der "großen Wirtschaft" verdrängt. Das Verhältnis zwischen Preis und Nutzen im materiellen Sinne - der Nutzen eines Gegenstandes wie Nahrung, Kleidung, Wohnen, Transportmittel oder Dienstleistung als Mittel zur Befriedigung eines wirklichen Bedarfs - gerät ebenso in Vergessenheit wie das Verhältnis zwischen dem Nennwert einer Münze und der Masse, die einmal verschwunden ist. das darin eingeschlossene Edelmetall. In gleicher Weise werden die "Dinge" des neuen Zeitalters von jeglichem Nutzen befreit. Die einzige verzehrende Fähigkeit dieser "Dinge"Ihre einzige „Nützlichkeit“, die in der Wirtschaft der Neuzeit eine Bedeutung behält, ist ihre Fähigkeit, verkauft zu werden, und das Aufblasen von „Blasen“wird zur wichtigsten „Produktion“, die Gewinn bringt. Der universelle Glaube an die Fähigkeit, Luft in Form von Aktien, Optionen, Futures und zahlreichen anderen "Finanzinstrumenten" zu verkaufen, wird zur Hauptantriebskraft der Wirtschaft und zur Hauptkapitalquelle für die Priester dieses Glaubens.
Nach dem Platzen der Blasen von "Dotcom" und Immobilien sowie der "Nanotechnologie", die fabelhafte Aussichten auf sich ziehen, ziehen sie zum größten Teil weiterhin ohne erkennbare Materialisierung ihre Aufmerksamkeit auf alternative Energiequellen. Wenn sie Geld in "grüne Projekte" investieren und für wissenschaftliche Werbung bezahlen, können sie sich darauf verlassen, dass zahlreiche Pinocchio das Finanzfeld der Wunder mit ihrem Gold perfekt befruchten werden.
