Słoneczna przyszłość

Niniejszy esej ukazał się w 1083 numerze tygodnika „Najwyższy Czas” i jest rozwinięciem tematów omawianych już we wpisie „Energia bardzo alternatywna”, do którego lektury autor usilnie zachęca.

Najbardziej strategicznym i newralgicznym politycznie surowcem w XIX wieku nie był wcale, jak zwykło się sądzić, węgiel. Występuje on na świecie powszechnie i obficie i nigdy nie było żadnego powodu, aby uskarżać się na braki w dostawach. Nie, nie węgiel był w wieku pary przysłowiowym „wąskim gardłem”, ale ..odchody ptaków morskich, zwane guanem. Był to wtenczas jedyny dostępny wysokowydajny nawóz, umożliwiający otrzymywanie odpowiednio wysokich plonów w rolnictwie, bez czego nie dałoby się wyżywić szybko rosnącej populacji ówczesnych krajów wysokorozwiniętych, czyli europejskich. Guano wydobywano w dosłownie kilku miejscach u zachodnich wybrzeży Ameryki, co dodatkowo wzmagało „strategiczność” tego zasobu. Wyczerpywanie się złóż, widoczne już pod koniec XIX wieku, w połączeniu ze wzrostem światowej populacji, o 80% w ciągu stulecia, co wtenczas było nieprawdopodobnie szybkim wzrostem, budziło powszechną obawę o nadejście światowego głodu. Na guanie wyrastały i upadały wielkie fortuny. O guano toczono wojny. A złoża wyczerpywały się coraz bardziej. Ceny rosły i rosły…

I …nic. Do żadnej katastrofy, głodu, czy innej apokalipsy, nie doszło. Ani populacja, ani gospodarka, ani cywilizacja żadnego załamania nie doznały. Cóż się stało? Czyżby odkryto nowe, gigantyczne pokłady guana? Czyżby wprowadzono światowy reżim przydziału tego surowca wszystkim „potrzebującym” „sprawiedliwie po równo”? A może wprowadzono światową kontrolę urodzin, aby utrzymać populację na poziomie, który nie wyczerpywałby światowych zasobów?

Oczywiście żadna z tych rzeczy nie miała miejsca. Ceny guana urosły w końcu do takiego poziomu, że znalezienie jakiegoś jego zamiennika, czy substytutu stało się bardzo intratne. Takie zamienne guano faktycznie powstało i dzisiaj jest znane pod zbiorczą nazwą nawozów sztucznych.

Historia ta, jak i wiele innych, podobnych, jak choćby dzieje naturalnego i sztucznego kauczuku, prowokuje do wyciągnięcia wniosku, że właściwie nie istnieje coś takiego jak „zasób naturalny”. Jedynym prawdziwym zasobem miałby być tylko ludzki rozum, znajdujący zastosowanie dla substancji, w danym momencie całkowicie bezużytecznej, i czyniący ją tym samym zasobem naturalnym. Jest to rozumowanie prawidłowe, jeżeli tylko poczynić zastrzeżenie, że ludzki rozum też ma swoje ograniczenia. Są nimi prawa fizyki, zwłaszcza prawo zachowania energii. I właśnie energii poświęcimy niniejszy esej.

Głównym dla dzisiejszej cywilizacji tejże energii źródłem są w tej chwili paliwa kopalne, węgiel, ropa i gaz. Mają one wiele zalet, ale i sporo wad. Do tych ostatnich należy zanieczyszczenie środowiska, jakie ich, zwłaszcza węgla, spalanie powoduje, szkodliwe politycznie wpływy, jakie uzyskują ich dostawcy i producenci, zarówno zagraniczni, jak Rosja, czy kraje muzułmańskie, jak i krajowi, jak związkowe bandy górnicze i kolejowe. Najgorszy jest jednak fakt, że są to paliwa nieodnawialne. Co prawda, wbrew histerycznej propagandzie światowej lewizny, daleko im jeszcze do wyczerpania, przy obecnym tempie wzrostu wydobycia samej tylko ropy z rozpoznanych źródeł, wystarczy spokojnie do końca stulecia, ale eksploatuje się złoża coraz trudniej dostępne, zatem i droższe. Ceny ropy, mimo przeróżnych sezonowych fluktuacji, rosną, co opisaliśmy w odrębnym eseju, co najmniej od 1970 roku, niczym ceny guana przed stuleciem. Analogicznie włączył się więc mechanizm, który kiedyś doprowadzi do zastąpienia i wyeliminowania paliw kopalnych jako podstawowego źródła energii. Ludzki rozum pracuje i choć, zgodnie ze wspomnianym już fizycznym ograniczeniem, nieskończonego źródła darmowej energii z pewnością nie wynajdzie, to jednak węgiel i ropę zastąpi z całą pewnością. Ten proces zresztą, z czego niewielu jeszcze zdaje sobie sprawę, już się rozpoczął.

Tak naprawdę, to alternatywna, czysta i bardzo wydajna technologia pozyskiwania energii, istnieje już od bardzo dawna, ale jak już autor to opisywał w eseju „Niezbyt alternatywna alternatywa”, po bardzo obiecujących początkach, przez kolejne ćwierćwiecze nie była owa technologia rozwijana z powodów nie mających nic wspólnego z ekonomią, za to wiele z typowymi dla lewicowego światopoglądu irracjonalistycznymi fobiami i przesądami, które niestety znalazły świetną pożywkę po katastrofie w Czarnobylu w 1986 roku. Fobie te dzisiaj jednak już znacznie osłabły i jest nadzieja, że energetyka atomowa przestanie wreszcie dreptać w miejscu. W niniejszym eseju nie będziemy jednak pisać o atomie, ale zajmiemy się energetyką tzw. odnawialną.

Oczywiście energii naprawdę odnawialnej, typu perpetuum mobile nie ma i nie będzie. To, co się kryje pod tą nazwą, to raczej energia, która, w przeciwieństwie do tej wytwarzanej przez energetykę klasyczną, nie wymaga zużywania jakiegokolwiek „paliwa”. Omówimy kolejno trzy jej rodzaje.

Pierwszy z nich zyskał niedawno w Polsce niejaki rozgłos, kiedy pewien szemrany biznesmen, zwany przez swoich komilitonów włoską modą „ojcem dyrektorem” usiłował rozwinąć „czystą, narodową, ekologiczną energetykę”, oczywiście nakłady na to czerpiąc od uciemiężonych podatników, a spodziewane zyski zatrzymując dla siebie. Sprawa jednak ucichła równie szybko jak powstała, z powodów o których autor pisał w artykule „Ojciec energetyk” i „Ojciec energetyk kontratakuje” . Chodzi oczywiście o energię geotermalną. Na pozór jest to bardzo atrakcyjne rozwiązanie. Zamiast grzać wodę kotłem węglowym, lub stosem atomowym, mamy wodę od razu gorącą, podgrzaną przez ciepło płynące z rozpalonego wnętrza planety. Niestety w praktyce nie jest to takie proste. Z gorącej wody trzeba jeszcze otrzymać energię mechaniczną, którą dopiero można zamienić np. na prąd. Sprawność takiego procesu bardzo silnie zależy od różnicy temperatur źródła i chłodnicy. Ponieważ ta ostatnia jest z grubsza ustalona, zatem wszystko zależy od temperatury źródła, czyli wody geotermalnej. Sens ma dopiero elektrownia geotermalna pracująca w temperaturze grubo ponad 100 stopni Celsjusza. Do tego woda geotermalna nie może znajdować się zbyt głęboko, jej napływ musi być wystarczająco szybki, chłodnica powinna być odpowiednio wydajna etc. Liczba miejsc na świecie, gdzie są spełnione wszystkie te warunki łącznie jest ściśle ograniczona i nie ma wśród nich żadnego punktu na terenie Polski. Łączna światowa moc elektrowni geotermalnych wynosiła w 2009 roku 10 700 megawatów (MW) (te i wszystkie kolejne dane pochodzą z raportu energetycznego firmy BP) i raczej nie należy się spodziewać, aby kiedykolwiek osiągnęła choćby 16 000 MW. Dla porównania łączna moc polskich elektrowni, moc oceniana zresztą jako zbyt niska, wynosi 31 000 MW. Geotermia ma przed sobą przyszłość jako metoda ogrzewania budynków zimą, jak w Polsce na Podhalu, ale na pewno nie jako źródło energii elektrycznej.

Drugi rodzaj energii „odnawialnej” możemy coraz częściej oglądać jako stały element krajobrazu. To energia wiatru. W porównaniu z geotermią ma wiele zalet. Po pierwsze jest znacznie tańsza, po drugie miejsc gdzie występuje, czyli takich gdzie odpowiednio mocno i długo wieje, jest dużo więcej niż miejsc dogodnych do pozyskiwania energii geotermalnej, po trzecie wreszcie jest to od razu energia mechaniczna, zatem odpadają kłopotliwe boje z termodynamiką i cyklami pana Carnota. To wszystko sprawia, że wiatraki na całym świecie wyrastają na podobieństwo grzybów po deszczu. Łączna moc elektrowni wiatrowych na świecie przekroczyła w roku 2009 160 000 MW i rośnie wykładniczo, podwajając się, co 37 miesięcy.

Niestety, podobnie, jak geotermia, w dłuższym przedziale czasowym również wiatraki są pozbawione perspektyw. Przede wszystkim, mimo że tańsze od geotermii, są one i tak dużo droższe w budowie i eksploatacji niż źródła tradycyjne, kopalne. Ponieważ zaś technologia jest tutaj dobrze znana i dopracowana, nie widać też żadnych możliwości, żeby te koszty w przyszłości zmalały w jakimś zauważalnym stopniu. Do tego dochodzą kłopoty pozafinansowe. Elektrownie wiatrowe pracują w sposób kapryśny i nieprzewidywalny, tylko wtedy, kiedy wiatr wieje z odpowiednią siłą, ani za dużą, ani za małą. Szczyty produkcji są w zasadzie losowe i nijak nie są skorelowane ze szczytami poboru. A przechowywać skutecznie większych ilości energii mechanicznej, w przeciwieństwie do ciepła, nie potrafimy. Z powodu ograniczeń wypływających z praw fizyki wiatraki muszą być jak najwyższe i jak największe, stając się tym samym elementami szpecącymi krajobraz, produkującymi szkodliwe infradźwięki, oraz istnymi rzeźniami dla ptaków. Z tych właśnie powodów, wiatraki, podobnie jak geotermia, mają swój ściśle określony pułap rozwoju, którego nie przekroczą. Ich obecnie widoczna ekspansja jest właściwie skutkiem sztucznej ingerencji w rynek i dotowania energii z wiatraków przez podatników. Podstawowym składnikiem systemu energetycznego nie stanie się energia wiatrowa nigdy.

Zanim dojdziemy do trzeciego rodzaju energii „odnawialnej” zastanówmy się skąd się bierze wiatr, napędzający tysiące dotowanych „ekologicznych” wiatraków. Z meteorologii wiemy, że wiatr powstaje na skutek różnicy ciśnień powietrza pomiędzy dwoma obszarami na powierzchni Ziemi. A ta różnica z kolei z różnic temperatury, te zaś wynikają z różnic w nasłonecznieniu. W ostatecznej ostateczności, energia wiatru, zresztą tak samo jak energia płynącej wody, jest po prostu przetworzoną cząstką energii słonecznej. Dlaczego zatem mamy korzystać z pośredników godząc się z nieuniknionymi stratami po drodze, skoro możemy czerpać tę energię bezpośrednio u źródła?

Sektor energii słonecznej, jest jeszcze stosunkowo niewielki, w roku 2009 23 000 MW, ale i tak już ponad dwukrotnie większy od geotermalnego. Jego wzrost jest, podobnie jak obecnie wiatraków, wykładniczy, a tempo wzrostu jeszcze od wiatraków większe, podwajające zainstalowaną moc, co 32,5 miesiąca. Energia słoneczna kojarzy się głównie z ogniwami słonecznymi, zamieniającymi światło słoneczne bezpośrednio na prąd, jednak ta technologia jest obecnie ciągle droga, zawodna i niesie ze sobą wiele innych problemów, które dopiero wymagają rozwiązania. Nie przeszkadza to jednak w burzliwym rozwoju energetyki słonecznej, ponieważ główną stosowaną obecnie przemysłową metodą przechwytywanie promieniowania słonecznego jest jego zamiana nie bezpośrednio na prąd w ogniwach, ale na ciepło, za pomocą kolektorów. Biorąc pod uwagę to, co przy omawianiu geotermii napisaliśmy o przemianie ciepła na pracę, może się to wydawać krokiem wstecz, ale w tym przypadku ma to swoje uzasadnienie. Energia słoneczna, jako czyste promieniowanie, ma najwyższą możliwą fizycznie entalpię, czyli stosunek energii do masy. Entalpia promieniowania jest tak gigantyczna, że łatwo pogodzić się z nieuniknionymi stratami termodynamicznymi, przy zamianie promieniowania na ciepło, a potem ciepła na pracę. Natomiast ma to podejście wielką zaletę. Sprowadza elektrownię słoneczną do zwykłej elektrowni termicznej, takiej samej, co do zasady, jak elektrownie węglowe, gazowe, czy nuklearne. Tyle ze zamiast kotła na węgiel, czy reaktora, mamy kolektor słoneczny. Takie elektrownie budujemy już od ponad stu lat i doszliśmy w tym do niejakiej perfekcji. Co więcej, elektrownia termiczna jest również wolna od zasadniczej wady elektrowni przerabiającej światło bezpośrednio na prąd. Ponieważ ciepło jest znacznie łatwiej niż prąd przechowywać, słoneczna elektrownia termiczna może pracować także w nocy. Przewagę słonecznej termiki, nad słoneczną elektryką możemy zaobserwować nawet w chmurnej i położonej daleko od optymalnej dla energetyki słonecznej strefy, Polsce. Wystarczy przejść się po podmiejskich osiedlach willowych, aby zauważyć, że o ile ogniwa słoneczne, przerabiające światło na prąd są bardzo rzadkie, o tyle kolektory do grzania wody, wcale częste. Niżej podpisany również jest właścicielem takiego urządzenia i nachwalić się go nie może. Tak, czy owak, trend jest oczywisty. Dotychczasowy rozwój „odnawialnych” zamienników paliw kopalnych przedstawiono na poniższym wykresie.

 

Przyszłość ludzkiej energetyki wygląda zatem dwojako. Z jednej strony klasyczne, rozszczepialne elektrownie nuklearne, a w przyszłości także fuzyjne. Z drugiej zaś elektrownie słoneczne. Na razie termiczne, później fotoelektryczne. Późniejszą, nieuniknioną konsekwencją tego rozwoju będzie wyniesienie elektrowni słonecznych w kosmos i przesyłanie energii na Ziemię za pomocą mikrofal. Pozostałe rozwiązania albo jako uciążliwe dla środowiska i kłopotliwe politycznie (węgiel, ropa), albo jako uciążliwe dla środowiska i niepraktyczne (hydroelektrownie, wiatraki), zanikną. Zanikną razem z politycznie potężnymi dziś dostawcami ropy i węgla. Geotermia będzie się zaś kołatać gdzieś na obrzeżach światowej energetyki jako egzotyczna ciekawostka. Przyszłość rysuje się …słonecznie.