L'8 ottobre 1975, in una sessione scientifica dedicata al 250 ° anniversario dell'Accademia delle scienze dell'URSS, l'accademico Pyotr Leonidovich Kapitsa, insignito del Premio Nobel per la fisica tre anni dopo, realizzò un documento concettuale in cui, basato sui principi fisici di base, essenzialmente seppellì tutti i tipi di "Energia alternativa", ad eccezione della fusione termonucleare controllata.
Per riassumere le considerazioni dell'Accademico Kapitsa, si riducono a quanto segue:
L'argomento principale utilizzato da Kapitsa nel suo rapporto sulle possibilità dell'energia alternativa non era affatto un approccio economico, ma considerazioni fisiche. La sua principale obiezione al fascino sfrenato per la moda anche allora, quarant'anni fa, i concetti di "energia alternativa gratuita e rispettosa dell'ambiente" era un'ovvia limitazione, che non è consentita fino ad oggi: nessuna delle fonti energetiche alternative, siano esse pannelli solari, parchi eolici o le stesse celle a combustibile a idrogeno non hanno raggiunto le densità energetiche e di potenza fornite da combustibili fossili come carbone, petrolio e gas o energia nucleare.
Sfortunatamente, questo tipo di restrizione non è politica, ma precisamente di natura fisica: indipendentemente dal sistema statale o dall'ideologia scelta nel paese, qualsiasi economia deve essere basata in un modo o nell'altro sulle leggi fisiche del mondo che ci circonda. Gli sforzi di scienziati o ingegneri possono avvicinarci abbastanza al limite fisico teorico di una particolare tecnologia, ma, ahimè, è assolutamente inutile cercare di superare un tale limitatore.
Quindi, ad esempio, la costante limite per l'energia solare è la cosiddetta "costante solare", che è 1367 W per metro quadrato nell'orbita della nostra Terra. Sfortunatamente, questo "chilowatt orbitale" è completamente inaccessibile per noi che viviamo sulla superficie terrestre. La quantità di energia solare che raggiunge la superficie terrestre è influenzata da molti fattori: il tempo, la trasparenza generale dell'atmosfera, nuvole e nebbia, l'altezza del Sole sopra l'orizzonte.
Ma la cosa più importante è la rotazione del nostro pianeta attorno al proprio asse, che riduce immediatamente di quasi la metà l'energia disponibile della costante solare: di notte il Sole è sotto l'orizzonte. Di conseguenza, noi, gli abitanti della Terra, dobbiamo accontentarci di un massimo di un decimo della costante solare orbitale.
Qualunque sia la fonte di energia considerata, può essere caratterizzata da due parametri: la densità di energia - cioè la sua quantità per unità di volume - e la velocità della sua trasmissione (propagazione). Il prodotto di queste grandezze è la potenza massima ottenibile da una superficie unitaria utilizzando questo tipo di energia.
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Diciamo energia solare. La sua densità è trascurabile. Ma si diffonde con grande velocità: la velocità della luce. Di conseguenza, il flusso di energia solare che arriva sulla Terra e dà vita a tutto non è affatto piccolo: più di un kilowatt per metro quadrato. Purtroppo questo flusso è sufficiente per la vita sul pianeta, ma essendo la principale fonte di energia per l'umanità è estremamente inefficace. Come ha notato P. Kapitsa, a livello del mare, tenendo conto delle perdite nell'atmosfera, una persona può effettivamente utilizzare un flusso di 100-200 watt per metro quadrato. Ancora oggi l'efficienza dei dispositivi che convertono l'energia solare in elettricità è del 15%. Per coprire solo le esigenze domestiche di una famiglia moderna, è necessario un convertitore con un'area di almeno 40-50 metri quadrati. E per sostituire le fonti di combustibili fossili con l'energia solare,è necessario costruire una striscia continua di batterie solari larga 50-60 chilometri lungo l'intera parte terrestre dell'equatore. È abbastanza ovvio che un tale progetto nel prossimo futuro non può essere attuato per ragioni tecniche, finanziarie o politiche.
L'esempio opposto sono le celle a combustibile, dove c'è una conversione diretta dell'energia chimica dell'ossidazione dell'idrogeno in elettricità.
Petr Kapitsa ha scritto: “In pratica, la densità del flusso di energia è molto bassa e solo 200 watt possono essere rimossi da un metro quadrato di elettrodo. Per 100 megawatt di potenza, l'area di lavoro degli elettrodi raggiunge un chilometro quadrato e non c'è speranza che il costo del capitale per la costruzione di una tale centrale sia giustificato dall'energia che genera. Ciò significa che le celle a combustibile possono essere utilizzate solo dove non è necessaria un'elevata potenza. Ma sono inutili per la macroenergia.
Qui la densità di energia è elevata e anche l'efficienza di tale conversione è elevata, raggiungendo il 70% o più. Ma la velocità del suo trasferimento è estremamente bassa, limitata dalla velocità molto bassa di diffusione degli ioni negli elettroliti. Di conseguenza, la densità del flusso di energia è approssimativamente la stessa dell'energia solare. Petr Kapitsa ha scritto: “In pratica, la densità del flusso di energia è molto bassa e solo 200 watt possono essere rimossi da un metro quadrato di elettrodo. Per 100 megawatt di potenza, l'area di lavoro degli elettrodi raggiunge un chilometro quadrato e non c'è speranza che il costo del capitale per la costruzione di una tale centrale elettrica sarà giustificato dall'energia che genera . Ciò significa che le celle a combustibile possono essere utilizzate solo dove non è necessaria un'elevata potenza. Ma sono inutili per la macroenergia.
Quindi, valutando costantemente l'energia eolica, l'energia geotermica, l'energia del moto ondoso, l'energia idroelettrica, Kapitsa ha sostenuto che tutte queste, secondo l'opinione di un dilettante, sono abbastanza promettenti, le fonti non possono mai competere seriamente con i combustibili fossili: la densità dell'energia eolica e l'energia delle onde del mare è bassa; la bassa conduttività termica delle rocce limita le stazioni geotermiche a una scala modesta; tutti sono bravi con l'energia idroelettrica, ma affinché sia efficiente, sono necessari entrambi i fiumi di montagna - quando il livello dell'acqua può essere portato a una grande altezza e quindi fornire un'alta densità di energia gravitazionale dell'acqua - ma ce ne sono pochi, o è necessario fornire enormi aree di serbatoi e distruggere fertili sbarcare.
L'atomo pacifico non ha fretta
Nel suo rapporto, Petr Leonidovich Kapitsa ha toccato in particolare l'energia nucleare e ha notato tre problemi principali sulla via della sua formazione come principale fonte di energia per l'umanità: il problema dello smaltimento dei rifiuti radioattivi, il pericolo critico di disastri nelle centrali nucleari e il problema della proliferazione incontrollata del plutonio e delle tecnologie nucleari. Dieci anni dopo, a Chernobyl, il mondo è stato in grado di assicurarsi che le compagnie di assicurazione e l'accademico Kapitsa avessero più che ragione nel valutare il pericolo del nucleare. Quindi, finora non si parla di trasferire l'energia mondiale al combustibile nucleare, sebbene ci si possa aspettare un aumento della sua quota nella produzione di elettricità industriale.
Pyotr Kapitsa riponeva le sue più grandi speranze sull'energia termonucleare. Tuttavia, negli ultimi trent'anni e dispari, nonostante gli enormi sforzi di scienziati di diversi paesi, il problema della fusione termonucleare controllata non solo non è stato risolto, ma nel tempo la comprensione della complessità del problema è solo cresciuta.
Nel novembre 2006, Russia, Unione Europea, Cina, India, Giappone, Corea del Sud e Stati Uniti hanno deciso di iniziare la costruzione di un reattore termonucleare sperimentale ITER, basato sul principio del confinamento magnetico del plasma ad alta temperatura, che dovrebbe fornire 500 megawatt di potenza termica per 400 secondi. Per valutare il ritmo di sviluppo, posso dire che nel 1977-1978. l'autore ha preso parte all'analisi della possibilità di “alimentare” ITER sparando nel plasma una pastiglia di idrogeno solido. Anche l'idea della fusione laser, basata sulla rapida compressione di un bersaglio di idrogeno mediante radiazione laser, non è nelle condizioni migliori.
Fantascienza molto costosa …
Ma che dire dell'energia dell'idrogeno e del famigerato biocarburante, che oggi sono più attivamente promossi? Perché Kapitsa non ha prestato loro attenzione? Dopotutto, l'umanità ha usato per secoli i biocarburanti sotto forma di legna da ardere e l'energia dell'idrogeno oggi sembra così promettente che quasi ogni giorno ci sono rapporti secondo cui le più grandi case automobilistiche stanno dimostrando concept car alimentate da carburante a idrogeno! L'accademico era davvero così miope? Ahimè … Non può esistere l'idrogeno e nemmeno la bioenergia nel senso letterale della parola.
Per quanto riguarda l'energia dell'idrogeno, poiché non ci sono depositi naturali di idrogeno sulla Terra, i suoi aderenti stanno cercando di inventare una macchina a moto perpetuo su scala planetaria, né più né meno. Ci sono due modi per ottenere l'idrogeno su scala industriale: o mediante elettrolisi per decomporre l'acqua in idrogeno e ossigeno, ma questo richiede energia, ovviamente superiore a quella che viene poi rilasciata quando l'idrogeno viene bruciato e riconvertito in acqua, oppure … dal gas naturale utilizzando catalizzatori e ancora una volta, il consumo di energia - che deve essere ottenuto … ancora, bruciando combustibili fossili naturali! È vero, in quest'ultimo caso, non si tratta ancora di una "macchina a moto perpetuo": durante la combustione dell'idrogeno ottenuto in questo modo si genera ancora una certa energia aggiuntiva. Ma sarà molto inferiore a quello che si otterrebbe dalla combustione diretta del gas naturale,bypassando la sua conversione in idrogeno. Ciò significa che "l'idrogeno elettrolitico" non è affatto un carburante, è solo un "accumulatore" di energia ottenuto da un'altra fonte … che semplicemente non esiste. L'uso dell'idrogeno ottenuto dal gas naturale, possibilmente, ridurrà in qualche modo le emissioni di anidride carbonica in atmosfera, poiché queste emissioni saranno associate solo alla generazione di energia necessaria per ottenere l'idrogeno. Ma d'altra parte, come risultato del processo, il consumo totale di combustibili fossili non rinnovabili crescerà solo!poiché queste emissioni saranno associate solo alla generazione di energia necessaria per produrre idrogeno. Ma d'altra parte, come risultato del processo, il consumo totale di combustibili fossili non rinnovabili crescerà solo!poiché queste emissioni saranno associate solo alla generazione di energia necessaria per produrre idrogeno. Ma d'altra parte, come risultato del processo, il consumo totale di combustibili fossili non rinnovabili crescerà solo!
La situazione con la "bioenergia" non è migliore. In questo caso, stiamo parlando di rianimare la vecchia idea di utilizzare grassi vegetali e animali per alimentare motori a combustione interna (il primo "diesel" di Diesel funzionava con olio di arachidi), o di utilizzare alcol etilico ottenuto dalla fermentazione di quelli naturali - grano, mais, riso, canna eccetera. - o sottoposti a idrolisi (cioè decomposizione della fibra in zuccheri) - prodotti agricoli.
Per quanto riguarda la produzione di oli, si tratta di una produzione a bassissima efficienza, secondo i "criteri Kapitsa". Ad esempio, la resa delle arachidi è al massimo di 50 c / ha. Anche con tre raccolti all'anno, la resa di noci difficilmente supererà i 2 kg all'anno per metro quadrato. Da questo numero di noci, al massimo, si otterrà 1 kg di olio: l'energia prodotta è leggermente superiore a 1 watt per metro quadrato, ovvero due ordini di grandezza in meno rispetto all'energia solare disponibile dallo stesso metro quadrato. Allo stesso tempo, non abbiamo tenuto conto del fatto che l'ottenimento di tali colture richiede l'uso intensivo di fertilizzanti ad alta intensità energetica, il consumo di energia per la coltivazione del suolo e l'irrigazione. Cioè, per coprire i bisogni attuali dell'umanità, sarebbe necessario seminare completamente un paio di mondi con noccioline. Effettuando un calcolo simile per l'energia "alcol", è facile accertarsiche la sua efficienza è addirittura inferiore a quella dell'agrociclo "diesel".
… Ma è molto vantaggioso per l'economia della "bolla di sapone".
Siamo nostri, costruiremo un nuovo mondo
Il risultato dei limitatori dell'energia solare fu una conoscenza ben disponibile nel 1975: infatti, da un metro di superficie terrestre, non si possono raccogliere più di 100-200 watt di energia solare media giornaliera. In altre parole, per soddisfare anche le attuali esigenze dell'umanità, l'area delle centrali solari situate sulla superficie della Terra sarebbe semplicemente enorme.
Inoltre, una striscia della superficie terrestre lungo l'equatore terrestre - o nelle regioni tropicali desertiche, mentre la maggior parte dei consumatori di energia solare si trova nella zona temperata dell'emisfero settentrionale - sarebbe più adatta per posizionare i pannelli solari. Di conseguenza, gli astratti "quadrati" dei pannelli solari nel Sahara, che amano così tanto attirare gli apologeti dell'energia solare illimitata, si rivelano nient'altro che un presupposto virtuale.
Ma questo non ha fermato in alcun modo coloro che non avevano pienamente padroneggiato il corso di fisica della scuola. Sono nati e stanno emergendo con invidiabile regolarità progetti per lo sviluppo solare del Sahara.
Ad esempio, la società europea Desertec, fondata nel 2003, ha cercato di implementare un megaprogetto per la costruzione di centrali solari in Tunisia, Libia ed Egitto per fornire elettricità solare all'Europa occidentale, nonostante la partecipazione al progetto di grandi società e banche come Siemens, Bosch, ABB e La Deutche Bank, dieci anni dopo, nel 2013, è fallita silenziosamente. Si è scoperto che il costo di costruzione e manutenzione di centrali elettriche nel Sahara e il costo del trasporto di elettricità per migliaia di chilometri, anche con una costante solare "gratuita" nel Sahara, non oscurato da nuvole o nebbie, era semplicemente proibitivo.
La situazione non è più rosea con l'industria dell'energia solare nella stessa Europa occidentale, in cui per il secondo decennio consecutivo, vari paesi e fondi hanno stanziato trilioni di dollari per lo sviluppo dell'energia solare ed eolica. Nonostante la "pioggia dorata" che si è riversata abbondantemente sul settore delle fonti energetiche rinnovabili (FER) e sul sostegno politico a tutto tondo per le energie rinnovabili (anche a causa della chiusura forzata delle centrali nucleari e delle centrali termiche a carbone), il "traguardo intermedio" per le FER a partire dal 2016 non è stato affatto così impressionante.
Quindi, nel 2015, la Germania e la Danimarca, che hanno installato il numero massimo di turbine eoliche e pannelli solari, avevano anche i prezzi dell'elettricità più alti: 29,5 centesimi di euro e 30,4 centesimi di euro per kWh. Allo stesso tempo, la Bulgaria e l'Ungheria, "arretrate" in termini di installazione di fonti energetiche rinnovabili, nelle quali sono state costruite potenti centrali nucleari durante l'era sovietica, potevano vantare prezzi dell'elettricità completamente diversi - rispettivamente 9,6 e 11,5 centesimi di euro per kWh.
Oggi parliamo del fatto che l'ambizioso programma "2020" sulle energie rinnovabili, che è stato adottato dall'Unione Europea e secondo il quale entro il 2020 il 20% dell'elettricità nell'UE dovrebbe essere prodotta da fonti rinnovabili, è stato posto sulle spalle dei contribuenti europei, che sono stati firmati per pagare una tariffa appositamente gonfiata per l'elettricità. Basti pensare che, in termini di realtà russe, tedeschi e danesi pagano 20-21 rubli per ogni chilowattora consumato).
Risulta quindi che gli attuali successi delle fonti energetiche rinnovabili non sono associati alle realtà economiche della loro redditività e nemmeno a progressi impressionanti nel miglioramento dell'efficienza o nella riduzione dei loro costi di produzione e manutenzione, ma, prima di tutto, con la politica protezionistica dei paesi dell'UE in relazione alle fonti energetiche rinnovabili e l'eliminazione di ogni concorrenza. da parte dell'industria termica o nucleare, soggetta a pressioni fiscali aggiuntive (tasse per le emissioni di anidride carbonica), o addirittura a un divieto assoluto (come l'energia nucleare in Germania).
Ebbene, gli scienziati americani non conoscono questi numeri e queste prospettive? Certo che lo fanno. Richard Heinberg, nel suo acclamato libro PowerDown: Options And Actions For A Post-Carbon World (la traduzione più accurata del significato è "The End of the World: Possibilità and Actions in the Post-Carbon World") ripete l'analisi di Kapitza nel modo più dettagliato e mostra che nessuna bioenergia il mondo non salverà.
Allora cosa sta succedendo? Ecco cosa: solo una persona molto ingenua crede che l'economia oggi, come 150 anni fa, funzioni secondo il principio marxista: "denaro - merce - denaro". La nuova formula denaro-denaro è più breve ed efficiente. Il fastidioso legame nella forma della produzione di beni reali, che hanno una reale utilità per le persone nel senso comune del termine, viene rapidamente estromesso dalla "grande economia". Il rapporto tra prezzo e utilità in senso materiale - l'utilità di una cosa come cibo, vestiario, alloggio, mezzi di trasporto o servizio come mezzo per soddisfare un bisogno reale - sta svanendo nell'oblio allo stesso modo del rapporto tra il nome di una moneta e la massa una volta scomparsa. il prezioso metallo racchiuso in esso. Allo stesso modo, le "cose" della nuova era vengono eliminate da ogni utilità. L'unica capacità consumante di queste "cose"la loro unica “utilità” che conserva un significato nell'economia dei tempi moderni è la capacità di essere venduta, e l'inflazione delle “bolle” diventa la principale “produzione” che fa profitto. La convinzione universale nella capacità di vendere aria sotto forma di azioni, opzioni, futures e numerosi altri "strumenti finanziari" diventa il principale motore dell'economia e la principale fonte di capitale per i sacerdoti di questa fede.
Dopo aver successivamente scoppiato bolle di "dot-com" e immobiliare, e "nanotecnologia", disegnando prospettive favolose, per la maggior parte continua a disegnarle senza sostanziali materializzazioni, i finanzieri americani, a quanto pare, hanno seriamente rivolto la loro attenzione alle fonti energetiche alternative. Investendo soldi in "progetti verdi" e pagando per pubblicità basata sulla scienza, possono contare sul fatto che numerosi Pinocchio fertilizzeranno perfettamente il campo finanziario dei miracoli con il loro oro.
