El 8 de octubre de 1975, en una sesión científica dedicada al 250 aniversario de la Academia de Ciencias de la URSS, el académico Pyotr Leonidovich Kapitsa, que fue galardonado con el Premio Nobel de Física tres años después, realizó un informe conceptual en el que, basado en principios físicos básicos, enterró esencialmente a todos los tipos. "Energía alternativa", a excepción de la fusión termonuclear controlada.
Para resumir las consideraciones del académico Kapitsa, se reducen a lo siguiente:
El principal argumento que utilizó Kapitsa en su informe sobre las posibilidades de las energías alternativas no fue en modo alguno un enfoque económico, sino consideraciones físicas. Su principal objeción a la fascinación desenfrenada por lo de moda incluso entonces, hace cuarenta años, los conceptos de "energía alternativa libre y ecológica" era una limitación obvia que no está permitida hasta el día de hoy: ninguna de las fuentes de energía alternativas, ya sean paneles solares, parques eólicos o sin embargo, las pilas de combustible de hidrógeno nunca han alcanzado las densidades de energía y potencia que proporcionan los combustibles fósiles como el carbón, el petróleo y el gas o la energía nuclear.
Desafortunadamente, este tipo de limitación no es política, sino precisamente de naturaleza física: independientemente del sistema estatal o la ideología elegida en el país, cualquier economía debe basarse en un grado u otro en las leyes físicas del mundo que nos rodea. Los esfuerzos de científicos o ingenieros pueden acercarnos bastante al límite físico teórico de tal o cual tecnología, pero, por desgracia, es absolutamente inútil tratar de saltar por encima de este tipo de limitador.
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Entonces, por ejemplo, la constante límite de la energía solar es la llamada "constante solar", que es 1367 W por metro cuadrado en la órbita de nuestra Tierra. Desafortunadamente, este "kilovatio orbital" es completamente inaccesible para quienes vivimos en la superficie de la tierra. La cantidad de energía solar que llega a la superficie de la Tierra se ve afectada por muchos factores: el clima, la transparencia general de la atmósfera, las nubes y la niebla, la altura del Sol sobre el horizonte.
Pero lo más importante es la rotación de nuestro planeta alrededor de su eje, que inmediatamente reduce casi a la mitad la energía disponible de la constante solar: por la noche el Sol está por debajo del horizonte. Como resultado, nosotros, los habitantes de la Tierra, tenemos que contentarnos con un máximo de una décima parte de la constante solar orbital.
Cualquiera que sea la fuente de energía que se considere, se puede caracterizar por dos parámetros: la densidad de energía, es decir, su cantidad por unidad de volumen, y la velocidad de su transmisión (propagación). El producto de estas cantidades es la potencia máxima que se puede obtener de una superficie unitaria utilizando este tipo de energía.
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Digamos energía solar. Su densidad es insignificante. Pero se propaga a una velocidad tremenda: la velocidad de la luz. Como resultado, el flujo de energía solar que llega a la Tierra y da vida a todo no es pequeño en absoluto, más de un kilovatio por metro cuadrado. Por desgracia, este flujo es suficiente para la vida en el planeta, pero como principal fuente de energía para la humanidad es extremadamente ineficaz. Como señaló P. Kapitsa, al nivel del mar, teniendo en cuenta las pérdidas en la atmósfera, una persona puede utilizar un flujo de 100-200 vatios por metro cuadrado. Incluso hoy, la eficiencia de los dispositivos que convierten la energía solar en electricidad es del 15%. Para cubrir solo las necesidades domésticas de un hogar moderno, se necesita un convertidor con un área de al menos 40-50 metros cuadrados. Y para reemplazar las fuentes de combustibles fósiles con energía solar,es necesario construir una franja continua de baterías solares de 50 a 60 kilómetros de ancho a lo largo de toda la parte terrestre del ecuador. Es bastante obvio que un proyecto de este tipo en el futuro previsible no se puede implementar ni por razones técnicas, financieras o políticas.
El ejemplo opuesto son las pilas de combustible, donde hay una conversión directa de la energía química de la oxidación del hidrógeno en electricidad.
Petr Kapitsa escribió: “En la práctica, la densidad del flujo de energía es muy baja y solo se pueden extraer 200 vatios de un metro cuadrado de electrodo. Para 100 megavatios de potencia, el área de trabajo de los electrodos alcanza un kilómetro cuadrado, y no hay esperanzas de que el costo de capital de construir una central eléctrica de este tipo se justifique por la energía que genera. Esto significa que las pilas de combustible solo se pueden utilizar cuando no se necesita una gran potencia. Pero son inútiles para la macroenergía.
Aquí, la densidad de energía es alta y la eficiencia de dicha conversión también es alta, alcanzando el 70 por ciento o más. Pero la velocidad de su transferencia es extremadamente baja, limitada por la muy baja velocidad de difusión de iones en los electrolitos. Como resultado, la densidad de flujo de energía es aproximadamente la misma que la de la energía solar. Petr Kapitsa escribió: “En la práctica, la densidad del flujo de energía es muy baja y solo se pueden extraer 200 vatios de un metro cuadrado de electrodo. Para 100 megavatios de potencia, el área de trabajo de los electrodos alcanza un kilómetro cuadrado y no hay esperanzas de que el costo de capital de construir una planta de energía de este tipo se justifique por la energía que genera”. Esto significa que las pilas de combustible solo se pueden utilizar cuando no se necesita una gran potencia. Pero son inútiles para la macroenergía.
Así, evaluando constantemente la energía eólica, geotermal, undimotriz, hidroeléctrica, Kapitsa argumentó que todas estas, en opinión de un aficionado, son bastante prometedoras, las fuentes nunca pueden competir seriamente con los combustibles fósiles: la densidad de la energía eólica y la energía de las olas del mar es baja; la baja conductividad térmica de las rocas limita las estaciones geotérmicas a una escala modesta; todo el mundo es bueno con la energía hidroeléctrica, pero para que sea eficiente, se necesitan ríos de montaña, cuando el nivel del agua puede elevarse a una gran altura y, por lo tanto, proporcionar una alta densidad de energía gravitacional del agua, pero hay pocos, o es necesario proporcionar grandes áreas de embalses y destruir fértiles tierra.
El átomo pacífico no tiene prisa
En su informe, Petr Leonidovich Kapitsa se refirió especialmente a la energía nuclear y señaló tres problemas principales en el camino de su formación como la principal fuente de energía para la humanidad: el problema de la eliminación de desechos radiactivos, el peligro crítico de desastres en las centrales nucleares y el problema de la proliferación incontrolada de plutonio y tecnologías nucleares. Diez años más tarde, en Chernobyl, el mundo pudo asegurarse de que las compañías de seguros y el académico Kapitsa tuvieran más razón al evaluar el peligro de la energía nuclear. Por tanto, hasta ahora no se habla de transferir energía mundial al combustible nuclear, aunque se puede esperar un aumento de su participación en la producción de electricidad industrial.
Pyotr Kapitsa puso sus mayores esperanzas en la energía termonuclear. Sin embargo, durante los últimos treinta y tantos años, a pesar de los tremendos esfuerzos de los científicos de diferentes países, el problema de la fusión termonuclear controlada no solo no se ha resuelto, sino que con el tiempo la comprensión de la complejidad del problema, más bien, solo ha crecido.
En noviembre de 2006, Rusia, la Unión Europea, China, India, Japón, Corea del Sur y Estados Unidos acordaron comenzar la construcción del reactor termonuclear experimental ITER basado en el principio de confinamiento magnético de plasma de alta temperatura, que se supone que proporcionará 500 megavatios de energía térmica durante 400 segundos. Para evaluar el ritmo de desarrollo, puedo decir que en 1977-1978. el autor participó en el análisis de la posibilidad de "alimentar" el ITER mediante la combustión de una tableta de hidrógeno sólido en el plasma. La idea de la fusión por láser, basada en la compresión rápida de un objetivo de hidrógeno mediante radiación láser, tampoco está en el mejor estado.
Ciencia ficción muy cara …
Pero, ¿qué pasa con la energía del hidrógeno y el famoso biocombustible, que se promueven más activamente en la actualidad? ¿Por qué Kapitsa no les prestó atención en absoluto? Después de todo, la humanidad ha estado usando biocombustible en forma de leña durante siglos, y la energía del hidrógeno hoy parece tan prometedora que casi todos los días hay informes de que las compañías automotrices más grandes están demostrando autos concepto impulsados por combustible de hidrógeno. ¿Era el académico realmente tan miope? Por desgracia … No puede existir hidrógeno o incluso bioenergía en el sentido literal de la palabra.
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En cuanto a la energía del hidrógeno, dado que no hay depósitos naturales de hidrógeno en la Tierra, sus adherentes están intentando inventar una máquina de movimiento perpetuo a escala planetaria, ni más ni menos. Hay dos formas de obtener hidrógeno a escala industrial: o mediante electrólisis para descomponer el agua en hidrógeno y oxígeno, pero esto requiere energía, obviamente superior a la que se libera cuando el hidrógeno se quema y se convierte nuevamente en agua, o … a partir de gas natural usando catalizadores y nuevamente, el consumo de energía, que debe obtenerse … nuevamente, ¡quemando combustibles fósiles naturales! Es cierto que en el último caso todavía no es una "máquina de movimiento perpetuo": todavía se genera algo de energía adicional durante la combustión del hidrógeno obtenido de esta manera. Pero será mucho menor de lo que se obtendría por combustión directa de gas natural,evitando su conversión en hidrógeno. Esto significa que el "hidrógeno electrolítico" no es un combustible en absoluto, es solo un "acumulador" de energía obtenida de otra fuente … que simplemente no existe. El uso de hidrógeno obtenido a partir del gas natural, posiblemente, reducirá algo las emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera, ya que estas emisiones estarán asociadas únicamente a la generación de energía necesaria para obtener hidrógeno. Pero, por otro lado, como resultado del proceso, ¡el consumo total de combustibles fósiles no renovables solo crecerá!ya que estas emisiones solo estarán asociadas a la generación de energía necesaria para producir hidrógeno. Pero, por otro lado, como resultado del proceso, ¡el consumo total de combustibles fósiles no renovables solo crecerá!ya que estas emisiones solo estarán asociadas a la generación de energía necesaria para producir hidrógeno. Pero por otro lado, como resultado del proceso, ¡el consumo total de combustibles fósiles no renovables solo crecerá!
La situación con la "bioenergía" no es mejor. En este caso, estamos hablando de reanimar la vieja idea de usar grasas vegetales y animales para alimentar motores de combustión interna (el primer diesel "diesel" funcionaba con aceite de maní), o de usar alcohol etílico obtenido de la fermentación de los naturales: grano, maíz, arroz, caña. etc. - o sometido a hidrólisis (es decir, la descomposición de la fibra en azúcares) - productos agrícolas.
En cuanto a la producción de aceites, se trata de una producción de muy baja eficiencia, según los "criterios de Kapitsa". Por ejemplo, el rendimiento de maní es en el mejor de los casos de 50 c / ha. Incluso con tres cosechas por año, el rendimiento de frutos secos apenas superará los 2 kg anuales por metro cuadrado. De esta cantidad de nueces, en el mejor de los casos, se obtendrá 1 kg de aceite: la producción de energía es un poco más de 1 vatio por metro cuadrado, es decir, dos órdenes de magnitud menos que la energía solar disponible en el mismo metro cuadrado. Al mismo tiempo, no tomamos en cuenta el hecho de que la obtención de tales cultivos requiere el uso intensivo de fertilizantes intensivos en energía, el consumo de energía para el cultivo del suelo y el riego. Es decir, para poder cubrir las necesidades actuales de la humanidad, sería necesario sembrar por completo un par de mundos de maní. Al realizar un cálculo similar para la energía del "alcohol", es fácil asegurarseque su eficiencia es incluso menor que la del ciclo agrícola "diesel".
… Pero muy beneficioso para la economía de la "burbuja de jabón".
¡Somos nuestros, construiremos un mundo nuevo
El resultado de los limitadores de la energía solar fue un conocimiento que estaba bien disponible en 1975: de hecho, de un metro de la superficie terrestre, no se pueden recolectar más de 100-200 vatios de energía solar diaria promedio. En otras palabras, para satisfacer incluso las necesidades actuales de la humanidad, el área de plantas de energía solar ubicadas en la superficie de la Tierra sería simplemente enorme.
Además, una franja de la superficie terrestre a lo largo del ecuador terrestre, o en regiones tropicales desérticas, mientras que la mayoría de los consumidores de energía solar se encuentran en la zona templada del hemisferio norte, sería la más adecuada para colocar paneles solares. Como resultado, los "cuadrados" abstractos de los paneles solares en el Sahara, tan aficionados a atraer a los apologistas de la energía solar ilimitada, resultan ser nada más que una suposición virtual.
Pero esto de ninguna manera detuvo a aquellos que no habían dominado completamente el curso de física de la escuela. Los proyectos para el desarrollo solar del Sahara han surgido y están surgiendo con envidiable regularidad.
Por ejemplo, la empresa europea Desertec, fundada en 2003, intentó implementar un megaproyecto para la construcción de plantas solares en Túnez, Libia y Egipto para abastecer de electricidad solar a Europa Occidental, a pesar de la participación en el proyecto de grandes corporaciones y bancos como Siemens, Bosch, ABB y Deutche Bank, diez años después, en 2013, quebró silenciosamente. Resultó que el costo de construir y mantener centrales eléctricas en el Sahara y el costo de transportar electricidad durante miles de kilómetros, incluso con una constante solar "gratuita" en el Sahara, no oscurecida por nubes o nieblas, era simplemente prohibitivo.
La situación no es más optimista con la industria de la energía solar en la propia Europa Occidental, donde por segunda década consecutiva, varios países y fondos han destinado billones de dólares para el desarrollo de la energía solar y eólica. A pesar de la "lluvia dorada" que se derramó abundantemente sobre el sector de las energías renovables (FER) y sobre el apoyo político integral a las energías renovables (incluso debido al cierre forzoso de centrales nucleares y centrales térmicas de carbón), el "final intermedio" de las FER a partir de 2016 no fue en absoluto tan impresionante.
Entonces, en 2015, Alemania y Dinamarca, que instalaron el número máximo de aerogeneradores y paneles solares, también tenían los precios de electricidad más altos: 29,5 céntimos de euro y 30,4 céntimos de euro por kWh. Al mismo tiempo, Bulgaria y Hungría, "atrasadas" en términos de instalación de fuentes de energía renovables, en las que se construyeron potentes centrales nucleares durante la era soviética, podían presumir de precios de la electricidad completamente diferentes: 9,6 y 11,5 céntimos de euro por kWh, respectivamente.
Hoy hablamos del hecho de que el ambicioso programa "2020" sobre energías renovables, que fue adoptado por la Unión Europea y según el cual para 2020 el 20% de la electricidad en la UE debería producirse a partir de fuentes renovables, recayó sobre los contribuyentes europeos, que se firmaron para pagar una tarifa especialmente inflada. para electricidad. Baste decir que, en términos de la realidad rusa, alemanes y daneses pagan entre 20 y 21 rublos por cada kilovatio-hora consumido).
Por tanto, resulta que los éxitos actuales de las energías renovables no están asociados a las realidades económicas de su rentabilidad y ni siquiera a avances impresionantes en la mejora de la eficiencia o reducción de sus costes de producción y mantenimiento, sino, en primer lugar, a la política proteccionista de los países de la UE en relación a las energías renovables y la eliminación de cualquier competencia. por parte de la industria de la energía térmica o nuclear, que está sujeta a presiones fiscales adicionales (tarifas por emisiones de dióxido de carbono), o incluso a una prohibición total (como la energía nuclear en Alemania).
Bueno, ¿los científicos estadounidenses no conocen estas cifras y perspectivas? Por supuesto que lo hacen. Richard Heinberg, en su aclamado libro PowerDown: Opciones y acciones para un mundo post-carbono (la traducción más precisa del significado es "El fin del mundo: posibilidades y acciones en el mundo post-carbono") repite el análisis de Kapitza de la manera más detallada y muestra que no hay bioenergía el mundo no salvará.
Entonces, ¿qué está pasando? Esto es lo que: sólo una persona muy ingenua cree que la economía de hoy, como hace 150 años, funciona según el principio marxista: "dinero - mercancía - dinero". La nueva fórmula dinero-dinero es más corta y eficiente. El vínculo problemático en la forma de la producción de bienes reales, que tienen una utilidad real para la gente en el sentido habitual de la palabra, está siendo expulsado rápidamente de la "gran economía". La relación entre precio y utilidad en el sentido material -la utilidad de una cosa como alimento, vestido, vivienda, medio de transporte o servicio como medio para satisfacer alguna necesidad real- se desvanece en el olvido de la misma manera que la relación entre la denominación de una moneda y la masa una vez desaparecida. el metal precioso que contiene. De la misma manera, las "cosas" de la nueva era se purgan de toda utilidad. La única capacidad consumidora de estas "cosas"su única “utilidad” que conserva sentido en la economía de los tiempos modernos es su capacidad de venta, y la inflación de las “burbujas” se convierte en la principal “producción” que genera ganancias. La creencia universal en la capacidad de vender aire en forma de acciones, opciones, futuros y muchos otros "instrumentos financieros" se convierte en la principal fuerza motriz de la economía y la principal fuente de capital para los sacerdotes de esta fe.
Después de estallar sucesivamente las burbujas de "punto-com" y bienes raíces, y "nanotecnología", generando fabulosas perspectivas, en su mayor parte continúa atrayéndolas sin una materialización perceptible, los financieros estadounidenses, al parecer, volvieron seriamente su atención hacia las fuentes de energía alternativas. Al invertir dinero en "proyectos verdes" y pagar la publicidad científica, bien pueden confiar en el hecho de que numerosos Pinocho fertilizarán perfectamente el campo financiero de los milagros con su oro.
