Energetika 5. časť: Budúcnosť energetiky a technooptimizmus

Technooptimisti zvyknú vravievať, že ľudstvo si poradí a zachráni nás technológia. Klimatická zmena odjakživa tlačila na evolúciu nášho druhu. Časté klimatické zmeny, najmä striedanie vlhka a sucha v Afrike pred 2 miliónmi rokov, spôsobili selekčný tlak na inteligenciu hominidov. Keď sme po skončení poslednej doby ľadovej začali s poľnohospodárstvom stali sme sa plne závislí na lokalite a miestnych zdrojoch a poveternostných vplyvoch. Naše energetické nároky vzrástli a ľudia vytvárali prebytky. Počet obyvateľov stúpol. Z praktického hľadiska bolo nemožné zanechať poľnohospodárstvo a vrátiť sa k spôsobu života ako predtým. Lov a zber by proste rastúcu populáciu už nedokázal uživiť. S väčšími zdrojmi vzrastala aj zraniteľnosť. To je príznačné pre celú históriu. Enormný zlom a populačná explózia započala až s érou fosílnych palív. Najprv uhlia ropy a neskôr jadra a zemného plynu. Ľudstvo zrazu malo k dispozícií omnoho viac energie, ako po celú dobu svojej existencie. Rast obyvateľstva začal geometrickým radom.

Ak si zoberieme energetické nároky napr. pred 400 rokmi, tak ľudia žili prevažne z energie biomasy, dreva a zanedbateľného podielu energie vody a vetra. Podiel spotrebovaného dreva bol napr. na Britských ostrovoch 4Kg/ deň. To vyžadovalo približne jeden hektár pastvín a lesov na osobu. Vzhľadom na vtedajšiu populáciu na jedného obyvateľa pripadalo 1,7 hektára pôdy. Dnes v Británii pripadá na jedného obyvateľa sotva 4000m2. Aj keby sme sa chceli vrátiť do éry pred fosílnymi palivami, súčasný počet obyvateľov je už vysoký na uživenie takého počtu ľudí tradičným spôsobom. Cesta späť teda nie je možná. Budeme musieť hľadať nové zdroje energie a technológie. Fosílnych palív je obmedzené množstvo, napriek tomu náš najväčší problém nie je ich nedostatok, či rýchle vyčerpanie. Fosílnych palív sa budeme musieť zrejme vzdať z dôvodu klimatických zmien. Rovnako ako naši dávni predkovia vo východnej Afrike museli vylepšovať lov a rástla ich inteligencia a nástrojová industria ako dôsledok silne sa meniacej klímy. V súčasnosti máme aj technológie aj možnosti, ktoré však brzdí opäť naša posadnutosť ekonomikou a ziskom. Niektoré zdroje sú náročnejšie na spracovanie a predstavujú väčšiu výzvu, avšak ak budeme chcieť prežiť budeme si musieť vybrať medzi hanobením sa za ziskom a konzumom, alebo racionálnym využívaním zdrojov (tzv. prechod na postmaterializmus, postkonzumnú spoločnosť).

V neposlednom rade by gro našich investícií malo smerovať do energetickej bezpečnosti a výskumu a vývoja. Najmä na poli jadrovej a obnoviteľnej a nízkoemisnej energetiky. Z hľadiska prírodných zdrojov nevyužívame takmer nič. Budúcnosť nemusí byť pesimistická.

Prečo vidíme budúcnosť energetiky v jadre, či už pôjde o štiepenie alebo zlučovanie ľahkých jadier? Pri všetkej úcte voči obnoviteľnej energetike slnka a vetra, tieto zdroje nie sú extra technologicky sofistikované. V podstate využívať prúd vody, či vetra vedeli už aj naši predkovia pred stáročiami, keď používali vodné a veterné mlyny na mletie obilia. Preto ľudia a energetici, ktorí vidia spásu a záchranu jedine v týchto technológiách sa mýlia. Budúcnosť energetiky, výskum a inovácie, progres nebude určite postavený len na solárnych paneloch a veterných turbínach. Aj keď aj ich význam a inovácie budú rásť a momentálne geometrickým radom rastie aj ich kapacita výroby. Veľký (nevyužitý) potenciál má hlavne solárna energia, nakoľko tú energiu nevieme zachytiť s väčšou efektivitou. (Slnečné žiarenie dodá zemi za jednu sekundu energiu o ekvivalente celosvetovej ročnej spotreby civilizácie)

Potenciál jadra je taktiež obrovský a nevyužitý. Prakticky v energetike platí, že najlepší zdroj je ten, ktorý v malom objeme koncentruje veľké množstvo energie. V kilograme uhlia je koncentrovaná väčšia energia ako v kilograme dreva. Preto ľudia prešli k fosílnym palivám. Viac energie je koncentrovanej v jednom litri ropy ako v jednom Kg uhlia atď. V jadre atómu sú koncentrované neskutočné množstvá energie. Konkrétne v jednej pelete uránu o veľkosti končeka prsta je energia o ekvivalente 560 litrov ropy, alebo 1 tony čierneho uhlia, alebo takmer 500m3 zemného plynu. Ďalšia vec je priestorová náročnosť. Veterná elektráreň potrebuje na vyrobenie rovnakého množstva jednotiek energie zhruba 360x väčší priestor. Výhodou však je, že mnohé veterné parky sú v plytkých moriach, kde je ich význam opodstatnený. Fúka tam najviac a nezaberajú pôdu na súši.

Čo sa týka jadra, budúcnosť by mohla byť ešte optimistickejšia, ak by sa podarilo rozbehnúť fúziu vo veľkom meradle. Fúzia je energia vesmíru, energia hviezd. Podstata je zlučovanie ľahkých jadier vo fúznom reaktore, rovnako ako to robí naše Slnko. Masívne využitie fúzie by pre našu civilizáciu predstavoval energetickú revolúciu aká nemá v celej histórií obdoby. Vysvetlíme prečo.

Ak sme hovorili o koncentrácií energií v jadre uránu, tak si môžeme predstaviť, že 1 gram fúzneho paliva v podobe deutéria obsahuje 300 GJ energie. To je zhruba 80 000 Kwh energie. Priemerná domácnosť na Slovensku má ročnú spotrebu elektriny na úrovni cca 5000 kwh. Jeden gram fúzneho paliva by vystačil na ročné energetické potreby malej bytovky. Z 1 Kg fúzneho paliva by sme fúziou dokázali uvoľniť a využiť energiu o ekvivalente 6 545 000 litrov ropy, to je ekvivalent 55 000 záhradných sudov plných ropy. Alebo jeden Kg zodpovedá 6 miliónom Kg zemného plynu čo je asi 7 240 000 m3 plynu. Priemerná ročná spotreba veľkej dvojpodlažnej administratívnej budovy na kúrenie je zhruba 6500 m3 plynu ročne. Takže 1Kg deutéria, by napr. teoreticky vystačilo na kúrenie veľkej dvojpodlažnej budovy na vyše 1100 rokov. Alebo to zodpovedá 10 000 tonám uhlia.

Zásoby deutéria sú vo svetových oceánoch v podobe ťažkej vody, prakticky nevyčerpateľné. Zásoby by napr. pre súčasné energetické potreby ľudstva vystačili na 8 miliárd rokov. Dokonca skôr dôjde fúzne palivo na Slnku, akoby sa mali minúť zásoby paliva na zemi, takže paradoxne de facto je potenciál fúzneho paliva väčší ako u obnoviteľného zdroja energií, prakticky nevyčerpateľný. Pri čerpaní deutéria z morskej vody, zhruba 2 Kg paliva denne pre elektráreň o výkone 2 000 MW, dôjde len k nepatrnej zmene koncentrácií morskej vody v bezprostrednom okolí elektrárne, ktorú prírodné procesy ihneď prúdením vyrovnajú. Pre získanie paliva bude stačiť takejto elektrárni prečrpať 60m3 denne, pričom 59,998 m3 sa vráti späť do oceánu. Za mesiac bude stačiť prečerpať a získať palivo akoby z jedného plaveckého bazénu. Odpadom takejto elektrárne bude asi 1Kg hélia denne. Prirodzený únik hélia do vesmíru zo zeme činí napr. 90 miliónov Kg ročne, a je to úplne neškodné.

Táto energia spútaná v jadre len ukazuje ničotnosť našej civilizácie. Z hľadiska možnosti nevyužívame takmer vôbec energiu, ktorú nám príroda ponúka a aj napriek nášmu presvedčeniu o vyspelosti, sme v podstate ešte len v plienkach. Napr. také Slnko, aby sme neopomenuli aj obnoviteľné zdroje energie, ktoré taktiež skrývajú obrovský a nevyužitý potenciál. Solárny panel je žalostne slabé zariadenie ak zoberieme, že na Zem zo slnka dopadne energia o veľkosti 160 000Twh energie. To je viac, aké sú celkové nároky našej civilizácie na rok, vrátane všetkej aj primárnej energie. Lenže Slnko toto množstvo energie dodá každú sekundu. V jednom hurikáne sa počas 6 hodín uvoľní energia o ekvivalente ročnej spotreby energie napr. celých USA.

Z hľadiska možností a prírody sme teda na úrovni ani nie lovcov a zberačov. Nové druhy energie a ich spojazdnenie by znamenali masívnu zmenu celej spoločnosti, ale na to musí viac financií smerovať do vedy výskumu a školstva nevynímajúc. 

Užitočné zdroje:

Václav Smil: Ako naozaj funguje svet (2022)

David J.C. MacKay: Obnoviteľné zdroje energie -s chladnou hlavou (Cambridge 2009)

Our World in Data: https://ourworldindata.org/

Green Deal a role jaderné energetiky v ČR: Jan Horáček, Slavomír Entler (AV ČR 2022)

https://www.visualcapitalist.com

Ing. Slavomír Entler: Základy fúzni energetiky V.