Насколько вредна зеленая энергетика
Насколько полезна или вредна для планеты "Зелёная" энергетика по сравнению с текущими способами добычи электричества?
биотопливо
получаемое из биомассы (биологических отходов, или жмыха кукурузы, барда, рапса, сои) методом пиролиза. Такое топливо можно использовать в дизельных моторах автомобилей и сжигать на тепловых электростанциях. Однако если оно годится для замены дорогой солярки или природного газа, то с точки зрения экологии чистым его можно назвать весьма условно, поскольку выбросы продуктов его сгорания в атмосферу всё-таки есть. Кроме того, многие сельхозпроизводители из экономических соображений начинают использовать большие массивы посевных площадей не для производства
продуктов питания, а для выращивания культур, служащих сырьём для изготовления биотоплива. Излишне, мне кажется, говорить, что, приняв массовый характер, подобные действия могут привести к серьёзному снижению обеспечения землян продовольствием. Видимо, поэтому биотопливо — не самое любимое дитя регенеративной энергетики.
солнечная энергетика
Вполне очевидно, что источник всех видов возобновляемой энергии — Солнце. Его свет обеспечивает рост тех культур, что перерабатываются на биотопливо, его свет преобразуется на солнечных станциях в электричество или тепло.
В связи с этим интересен энергобаланс Земли, а именно, сколько же она получает энергии от нашего светила? Оказывается, до её поверхности доходит примерно 7х10^17 кВт·ч солнечной энергии в год.
Как утверждают адепты регенеративной энергетики, это более чем в 10000 раз превосходит потребности всего человечества. Таким образом, для США, например, чтобы обеспечить все потребности населения в энергии, достаточно покрыть солнечными батареями 1% территории страны при КПД солнечных батарей на уровне 10%.
А если покрыть солнечными батареями 2% планеты? Тут от перспектив аж дух захватывает — все разговоры о перенаселении Земли отпадают сами собой, а будущее землян видится исключительно в радужном свете! Казалось бы, всё это так… Но!
Для этого начать придётся издалека. Согласно приятой сегодня теории возраст Земли — около 4,54 млрд лет. Примерно 4,1 млрд. лет на ней существует биологическая жизнь. Это тот срок в течение которого образовались все запасы углеводородов, поскольку они не что иное, как продукт природной переработки биологической массы. За это время планета получила от Солнца примерно 2,87х10^27кВт·ч. (годовой объём получаемой Землёй солнечной энергии, помноженный на время существования жизни на планете в годах).
Сегодня в недрах нашей планеты находится 1,2х10^12 баррелей нефти. Переведём это в энергетический эквивалент из расчёта: 1 баррель при сжигании в среднем даёт 6,12 мДж тепла, а 1 мДж=3,6 кВт·ч. Получим, что мировые запасы нефти эквивалентны 2,04х10^12 кВт·ч энергии.
Мировые запасы газа — 2,94х10^14 м3. Переводим это в энергию с учётом того, что 1 м3 при сжигании в среднем даёт 34,02 мДж тепла. Таким образом, весь газ мира эквивалентен 2,78х10^15 кВт·ч энергии.
Мировые запасы угля — 1,5х10^13 «стандартизированных» тонн (все угли приведены к единому показателю по плотности и теплотворности). Переводим в энергетический эквивалент с учётом того, что 1 тонна = 5000 мДж. Выходит все запасы угля эквивалентны 2,08х10^16 кВт·ч энергии.
Сложим энергоёмкость всех известных мировых запасов углеводородов и получим их общий энергетический эквивалент, равный 2,36х10^16 кВт·ч.
Как считают учёные, на сегодняшний день не разведано ещё около 25–30% углеводородов от объёма ныне уже найденных, а часть залежей уже потрачена человечеством. С учётом этого, оценивая, причём с приличным запасом, все углеводороды планеты, образовавшиеся за время её существования, имеет смысл принять их равными удвоенному числу разведанных. То есть суммарный энергетический эквивалент углеводородов планеты можно принять равным 4,72х10^16 кВт·ч.
Очевидно, что в залежи углеводородов Земля, как рачительная хозяйка, по сути, помещала всю ту энергию светила, которая была для неё избыточной. И сколько же в процентах от полученной энергии смогла скопить наша планета? Это нетрудно посчитать, имея в виду, что весь объём энергии полученной от Солнца (2,87х10^27 кВт·ч) за 4,1 млрд лет — 100%. Таким образом энергоёмкость всего запаса земных углеводородов (4,72х10^16 кВт·ч) составляет лишь 0, 00000000164 % от той энергии, что пришла на Землю.
Конечно, преобразуя энергию светила в газ, уголь или нефть, Земля затратила на этот процесс некоторое количество энергии. Предположим, КПД нашей планеты в процессе переработки солнечной энергии в углеводороды был ничтожно низким и равным всего одной миллионной процента. То есть на образование одного барреля нефти уходила энергия, эквивалентная содержащейся в 100 млн баррелей, для образования 1 м3 газа — энергия, содержащаяся в ста миллионах кубических метров, а для образования 1 т угля — энергия, скрытая в ста миллионах тонн. Тогда получим, что даже в этом случае Земля за 4,1 млрд лет была в состоянии без вредя для себя вывести из своего энергетического оборота всего 0,00164%
Справедливым для этой грубой оценки по здравому рассуждению будет и то, что в течение одного года ровно такой же процент, но уже от годовых объёмов полученной планетой солнечной энергии можно забрать у планеты, не вторгаясь в процесс её энергетической саморегуляции, то есть без вреда для земной экосистемы. Конечно, это не совсем верно, ибо скорость накопления углеводородов, а значит, и вывод энергии были разными, но мы ведь проводим лишь оценочный расчёт, и «запас прочности» в наших выкладках составляет не разы и не десятки раз, а порядки.
И так, получается, что в год на Земле есть 0,00164% лишней энергии, то есть 0,00164% от 7х10^17 кВт·ч, что равно 1,15х10^13 кВ·ч. Собственно это всё на что может рассчитывать человечество, если не желает наносить вреда планете. Отметим, что общее потребление нами энергии в 2008 г. составляло 1,423х10^14 кВт·ч. Безусловно, у современного человека есть понимание того, что он потребляет несколько больше энергии, чем следовало бы, а вот насколько и какие из этого следуют выводы он, как правило, не задумывается!
Так к чему же нас привели наши расчёты? К тому, что человечество, не убивая планету, может изымать из её энергетического баланса не больше 0,00164 % солнечной энергии, что составляет 1,15х10^13 кВт·ч. Но надо понимать, что это вовсе не тот объём энергии, который мы можем потребить. С учётом КПД солнечных станций в 10–12 % (возьмём 12, чтобы хоть немного улучшить результат), не более 8 % у ветряков и достаточно высокого КПД ГЭС в 90 % можно принять средний КПД регенеративной энергетики около 50 %. А это значит, что в наши розетки и батареи попадёт только 5,75х10^12 кВт·ч.
Тут внимательный читатель может возразить: мол, используемая человеком энергия не выпадает из баланса Земли, она всё равно поступает в него. Ну, вот судите сами, солнечная батарея 12 % светового излучения, попавшего на неё, преобразует в электричество, которое всё равно потом так или иначе будет выброшено в атмосферу в виде тепла, а 88 % сразу превращает в тепло, как говорится, на месте. Так-то оно так, да не совсем. Дело всё в том, что мы своими фотоэлементами разрываем природные пути переработки солнечной энергии, а на этих путях находятся живые организмы (растения и животные), которые этой энергии просто не получат. Вот, например, под батареей элементарно не вырастет трава, она ведь не умеет перерабатывать в биомассу непосредственно тепло, ей для фотосинтеза свет подавай! Значит, в атмосферу не поступит некоторое количество кислорода, являющегося продуктом этого процесса. Чтобы поглотить излишек тепла от фотоэлемента, травка не подходит, нужны совсем другие биологические организмы. Соответственно этому должны измениться растительный и животный мир. Изменения эти будут прогрессировать тем сильнее, чем дольше батареи будут лишать экосистему света и насыщать её теплом. Вот тут-то как раз воображение весьма своевременно начинает рисовать те самые монструозные растения и животных, которые должны будут прийти на смену современным и милым нашему взгляду кустикам и зайчикам. Кстати, реальные примеры того, как «зелёная» энергетика меняет экосистему, уже есть. Так, гидроэлектростанции почти всегда не в лучшую сторону влияют на биоресурсы рек. В них нередко целиком пропадают традиционные виды водорослей, микроорганизмов, рыб, и им на смену приходят совсем другие.
Однако вернёмся к нашим солнечным батареям. Не исключаю, что есть организмы, способные перерабатывать в биомассу непосредственно тепло, но экосистема от разрыва природных энергетических связей неизбежно пострадает. Поэтому точная формулировка проблемы звучит примерно так: если человечество будет перекоммутировать природные энергетические потоки объёмом более 1,15х10^13 кВт·ч в год на свои преобразователи энергии, это неизбежно нанесёт вред экосистеме Земли.
Последняя цифра очень интересна и даёт повод для раздумий. Мировое потребление энергии в 2008 г. составляло 1,423х10^14 кВт·ч, то есть человечество потребляло в 12,4 раза больше, чем ему могла дать планета. Примерно 20 % всего энергопотребления покрывалось «зелёными» видами энергии, что составляет 2,85х10^13 кВт·ч. Это в 2,48 раза больше чем безопасный для планеты лимит энергии, доступный человечеству. Но это энергия, которую человек использовал. А забрал он больше. С учётом общего КПД регенеративной энергетики в районе 50 % на самом деле человек перекоммутировал на себя не менее 5,7х1013 кВт·ч, что уже почти в 5 раз больше «дозволенного» лимита. Другими словами — уже сегодня, вопреки утверждениям экологов, регенеративная энергетика наносит весьма ощутимый вред природе!!! Мы его не замечаем только лишь потому, что он не бросается в глаза на фоне вреда, приносимого энергетикой на углеводородном топливе.
В такой ситуации можно говорить о том, что через несколько десятилетий человечеству придётся искать не «зелёные» источники энергии, а вообще хоть какие-нибудь, напрочь отбросив светлые идеи о чистой планете! Единственной реальной заменой тепловой генерации на сей день может стать только атомная энергетика. Уже сегодня она обеспечивает 22 % мировой потребности в электричестве, причём с очень неплохим КПД в 80 %. Единственный недостаток мирного атома — его потенциальная опасность, о которой раструбили на весь мир всё те же защитники природы после аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г. Но с этими угрозами нам придётся смириться. Думаю, не за горами время, когда атомные станции должны стать основными источниками энергии для землян, которым уже сегодня не стоит тратить силы на «зелёную», но, как мы убедились, бесперспективную, энергетику, и серьёзно заняться развитием атомной генерации и повышением её безопасности. Если мы не начнём делать это уже сегодня, а продолжим витать в грёзах о чистой регенеративной энергетике, то скорее раньше, чем позже перед человечеством встанет проблема катастрофического энергодифицита, который приведёт к одичанию и вымиранию значительного числа людей.
получаемое из биомассы (биологических отходов, или жмыха кукурузы, барда, рапса, сои) методом пиролиза. Такое топливо можно использовать в дизельных моторах автомобилей и сжигать на тепловых электростанциях. Однако если оно годится для замены дорогой солярки или природного газа, то с точки зрения экологии чистым его можно назвать весьма условно, поскольку выбросы продуктов его сгорания в атмосферу всё-таки есть. Кроме того, многие сельхозпроизводители из экономических соображений начинают использовать большие массивы посевных площадей не для производства
продуктов питания, а для выращивания культур, служащих сырьём для изготовления биотоплива. Излишне, мне кажется, говорить, что, приняв массовый характер, подобные действия могут привести к серьёзному снижению обеспечения землян продовольствием. Видимо, поэтому биотопливо — не самое любимое дитя регенеративной энергетики.
солнечная энергетика
Вполне очевидно, что источник всех видов возобновляемой энергии — Солнце. Его свет обеспечивает рост тех культур, что перерабатываются на биотопливо, его свет преобразуется на солнечных станциях в электричество или тепло.
В связи с этим интересен энергобаланс Земли, а именно, сколько же она получает энергии от нашего светила? Оказывается, до её поверхности доходит примерно 7х10^17 кВт·ч солнечной энергии в год.
Как утверждают адепты регенеративной энергетики, это более чем в 10000 раз превосходит потребности всего человечества. Таким образом, для США, например, чтобы обеспечить все потребности населения в энергии, достаточно покрыть солнечными батареями 1% территории страны при КПД солнечных батарей на уровне 10%.
А если покрыть солнечными батареями 2% планеты? Тут от перспектив аж дух захватывает — все разговоры о перенаселении Земли отпадают сами собой, а будущее землян видится исключительно в радужном свете! Казалось бы, всё это так… Но!
Для этого начать придётся издалека. Согласно приятой сегодня теории возраст Земли — около 4,54 млрд лет. Примерно 4,1 млрд. лет на ней существует биологическая жизнь. Это тот срок в течение которого образовались все запасы углеводородов, поскольку они не что иное, как продукт природной переработки биологической массы. За это время планета получила от Солнца примерно 2,87х10^27кВт·ч. (годовой объём получаемой Землёй солнечной энергии, помноженный на время существования жизни на планете в годах).
Сегодня в недрах нашей планеты находится 1,2х10^12 баррелей нефти. Переведём это в энергетический эквивалент из расчёта: 1 баррель при сжигании в среднем даёт 6,12 мДж тепла, а 1 мДж=3,6 кВт·ч. Получим, что мировые запасы нефти эквивалентны 2,04х10^12 кВт·ч энергии.
Мировые запасы газа — 2,94х10^14 м3. Переводим это в энергию с учётом того, что 1 м3 при сжигании в среднем даёт 34,02 мДж тепла. Таким образом, весь газ мира эквивалентен 2,78х10^15 кВт·ч энергии.
Мировые запасы угля — 1,5х10^13 «стандартизированных» тонн (все угли приведены к единому показателю по плотности и теплотворности). Переводим в энергетический эквивалент с учётом того, что 1 тонна = 5000 мДж. Выходит все запасы угля эквивалентны 2,08х10^16 кВт·ч энергии.
Сложим энергоёмкость всех известных мировых запасов углеводородов и получим их общий энергетический эквивалент, равный 2,36х10^16 кВт·ч.
Как считают учёные, на сегодняшний день не разведано ещё около 25–30% углеводородов от объёма ныне уже найденных, а часть залежей уже потрачена человечеством. С учётом этого, оценивая, причём с приличным запасом, все углеводороды планеты, образовавшиеся за время её существования, имеет смысл принять их равными удвоенному числу разведанных. То есть суммарный энергетический эквивалент углеводородов планеты можно принять равным 4,72х10^16 кВт·ч.
Очевидно, что в залежи углеводородов Земля, как рачительная хозяйка, по сути, помещала всю ту энергию светила, которая была для неё избыточной. И сколько же в процентах от полученной энергии смогла скопить наша планета? Это нетрудно посчитать, имея в виду, что весь объём энергии полученной от Солнца (2,87х10^27 кВт·ч) за 4,1 млрд лет — 100%. Таким образом энергоёмкость всего запаса земных углеводородов (4,72х10^16 кВт·ч) составляет лишь 0, 00000000164 % от той энергии, что пришла на Землю.
Конечно, преобразуя энергию светила в газ, уголь или нефть, Земля затратила на этот процесс некоторое количество энергии. Предположим, КПД нашей планеты в процессе переработки солнечной энергии в углеводороды был ничтожно низким и равным всего одной миллионной процента. То есть на образование одного барреля нефти уходила энергия, эквивалентная содержащейся в 100 млн баррелей, для образования 1 м3 газа — энергия, содержащаяся в ста миллионах кубических метров, а для образования 1 т угля — энергия, скрытая в ста миллионах тонн. Тогда получим, что даже в этом случае Земля за 4,1 млрд лет была в состоянии без вредя для себя вывести из своего энергетического оборота всего 0,00164%
Справедливым для этой грубой оценки по здравому рассуждению будет и то, что в течение одного года ровно такой же процент, но уже от годовых объёмов полученной планетой солнечной энергии можно забрать у планеты, не вторгаясь в процесс её энергетической саморегуляции, то есть без вреда для земной экосистемы. Конечно, это не совсем верно, ибо скорость накопления углеводородов, а значит, и вывод энергии были разными, но мы ведь проводим лишь оценочный расчёт, и «запас прочности» в наших выкладках составляет не разы и не десятки раз, а порядки.
И так, получается, что в год на Земле есть 0,00164% лишней энергии, то есть 0,00164% от 7х10^17 кВт·ч, что равно 1,15х10^13 кВ·ч. Собственно это всё на что может рассчитывать человечество, если не желает наносить вреда планете. Отметим, что общее потребление нами энергии в 2008 г. составляло 1,423х10^14 кВт·ч. Безусловно, у современного человека есть понимание того, что он потребляет несколько больше энергии, чем следовало бы, а вот насколько и какие из этого следуют выводы он, как правило, не задумывается!
Так к чему же нас привели наши расчёты? К тому, что человечество, не убивая планету, может изымать из её энергетического баланса не больше 0,00164 % солнечной энергии, что составляет 1,15х10^13 кВт·ч. Но надо понимать, что это вовсе не тот объём энергии, который мы можем потребить. С учётом КПД солнечных станций в 10–12 % (возьмём 12, чтобы хоть немного улучшить результат), не более 8 % у ветряков и достаточно высокого КПД ГЭС в 90 % можно принять средний КПД регенеративной энергетики около 50 %. А это значит, что в наши розетки и батареи попадёт только 5,75х10^12 кВт·ч.
Тут внимательный читатель может возразить: мол, используемая человеком энергия не выпадает из баланса Земли, она всё равно поступает в него. Ну, вот судите сами, солнечная батарея 12 % светового излучения, попавшего на неё, преобразует в электричество, которое всё равно потом так или иначе будет выброшено в атмосферу в виде тепла, а 88 % сразу превращает в тепло, как говорится, на месте. Так-то оно так, да не совсем. Дело всё в том, что мы своими фотоэлементами разрываем природные пути переработки солнечной энергии, а на этих путях находятся живые организмы (растения и животные), которые этой энергии просто не получат. Вот, например, под батареей элементарно не вырастет трава, она ведь не умеет перерабатывать в биомассу непосредственно тепло, ей для фотосинтеза свет подавай! Значит, в атмосферу не поступит некоторое количество кислорода, являющегося продуктом этого процесса. Чтобы поглотить излишек тепла от фотоэлемента, травка не подходит, нужны совсем другие биологические организмы. Соответственно этому должны измениться растительный и животный мир. Изменения эти будут прогрессировать тем сильнее, чем дольше батареи будут лишать экосистему света и насыщать её теплом. Вот тут-то как раз воображение весьма своевременно начинает рисовать те самые монструозные растения и животных, которые должны будут прийти на смену современным и милым нашему взгляду кустикам и зайчикам. Кстати, реальные примеры того, как «зелёная» энергетика меняет экосистему, уже есть. Так, гидроэлектростанции почти всегда не в лучшую сторону влияют на биоресурсы рек. В них нередко целиком пропадают традиционные виды водорослей, микроорганизмов, рыб, и им на смену приходят совсем другие.
Однако вернёмся к нашим солнечным батареям. Не исключаю, что есть организмы, способные перерабатывать в биомассу непосредственно тепло, но экосистема от разрыва природных энергетических связей неизбежно пострадает. Поэтому точная формулировка проблемы звучит примерно так: если человечество будет перекоммутировать природные энергетические потоки объёмом более 1,15х10^13 кВт·ч в год на свои преобразователи энергии, это неизбежно нанесёт вред экосистеме Земли.
Последняя цифра очень интересна и даёт повод для раздумий. Мировое потребление энергии в 2008 г. составляло 1,423х10^14 кВт·ч, то есть человечество потребляло в 12,4 раза больше, чем ему могла дать планета. Примерно 20 % всего энергопотребления покрывалось «зелёными» видами энергии, что составляет 2,85х10^13 кВт·ч. Это в 2,48 раза больше чем безопасный для планеты лимит энергии, доступный человечеству. Но это энергия, которую человек использовал. А забрал он больше. С учётом общего КПД регенеративной энергетики в районе 50 % на самом деле человек перекоммутировал на себя не менее 5,7х1013 кВт·ч, что уже почти в 5 раз больше «дозволенного» лимита. Другими словами — уже сегодня, вопреки утверждениям экологов, регенеративная энергетика наносит весьма ощутимый вред природе!!! Мы его не замечаем только лишь потому, что он не бросается в глаза на фоне вреда, приносимого энергетикой на углеводородном топливе.
В такой ситуации можно говорить о том, что через несколько десятилетий человечеству придётся искать не «зелёные» источники энергии, а вообще хоть какие-нибудь, напрочь отбросив светлые идеи о чистой планете! Единственной реальной заменой тепловой генерации на сей день может стать только атомная энергетика. Уже сегодня она обеспечивает 22 % мировой потребности в электричестве, причём с очень неплохим КПД в 80 %. Единственный недостаток мирного атома — его потенциальная опасность, о которой раструбили на весь мир всё те же защитники природы после аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г. Но с этими угрозами нам придётся смириться. Думаю, не за горами время, когда атомные станции должны стать основными источниками энергии для землян, которым уже сегодня не стоит тратить силы на «зелёную», но, как мы убедились, бесперспективную, энергетику, и серьёзно заняться развитием атомной генерации и повышением её безопасности. Если мы не начнём делать это уже сегодня, а продолжим витать в грёзах о чистой регенеративной энергетике, то скорее раньше, чем позже перед человечеством встанет проблема катастрофического энергодифицита, который приведёт к одичанию и вымиранию значительного числа людей.
Источник: Техника молодежи 2016 7-8
Оставить свой ответ:
