Science and Society
Meze novátorství v energetice
Vaclav Smil
|
|
|
|
Winnipeg – Prezident Barack Obama přislíbil energetickou revoluci v největší světové ekonomice, během níž obnovitelné zdroje energie a „zelené“ technologie prolomí americkou – a nakonec světovou – závislost na konvenčních palivech. Ekologické, strategické i ekonomické přínosy jsou nesporné – mimo jiné jde o nižší spotřebu fosilních paliv uvolňujících uhlík, menší závislost na politicky vrtkavých vývozcích ropy a plynu a vznik milionů dobře placených pracovních míst. Jak realistická je ale tato vize?
Existuje jen jeden druh primární energie (energie zhmotněné v přírodních zdrojích), který neznaly už první vyšší civilizace Středního východu a východní Asie a všechny jejich předprůmyslové následovnice: izotopy těžkých prvků, jejichž jaderné štěpení se využívá od konce 50. let minulého století k tvorbě tepla, které následně zajišťuje páru pro moderní turbogenerátory vyrábějící elektřinu. Všechny ostatní energetické zdroje jsou známé už tisíce let a většinu z nich dokázaly zužitkovat už předmoderní společnosti.
Zásadní rozdíl mezi tradičním a moderním využitím energie nespočívá v dostupnosti nových a lepších zdrojů energie, nýbrž ve vynálezu a masovém rozšíření účinných, cenově dostupných, spolehlivých a výhodných „primárních hybatelů“, zařízení přeměňujících primární energie na mechanickou sílu, elektřinu nebo teplo. Dějiny lze užitečně rozdělit do údobí vymezených převažujícími primárními hybateli.
Nejdelší úsek (od prvních hominidů po domestikaci tažných zvířat) tvoří věk, kdy jediným primárním hybatelem byly lidské svaly. Ty pak byly doplněny tažnými zvířaty a dále přišla postupná náhrada zvířecích primárních hybatelů mechanickými, například plachtami a koly, které zužitkovávají přirozené přesuny energií.
K zásadnímu odklonu od tohoto tisíciletí trvajícího modelu došlo až s všeobecným zavedením prvního mechanického primárního hybatele schopného přeměňovat teplo ze spalování paliv – vylepšeného parního stroje Jamese Watta, zkonstruovaného v 80. letech 18. století. Účinnější verze tohoto primárního hybatele vévodily modernizaci západního světa až do prvního desetiletí dvacátého století.
Během 30. let 19. století znamenaly první vodní turbiny konec éry vodního kola. Další dva milníky se objevily v 80. letech 19. století, když Benz, Daimler a Maybach vynalezli benzínový spalovací motor využívající Ottova cyklu a když byla patentována parní turbina Charlese Parsonse. 90. léta 19. století pak byla svědkem nástupu z podstaty efektivnější verze spalovacího motoru poháněného kapalným palivem z dílny Rudolfa Diesela.
Do této řady je třeba přidat už jen jediný další primární hybatel. Plynová turbina byla koncipována na počátku dvacátého století, ale její první funkční prototypy (stacionární i letecké) se objevily až ve 30. letech 20. století a k jejímu rychlému šíření začalo docházet až v 50. letech.
Dnešním všudypřítomným mechanickým primárním hybatelem – osazeným do bezmála miliardy silničních i terénních vozidel, plavidel, letadel a do bezpočtu strojů a nástrojů – je benzínový spalovací motor, v zásadě nezměněný od 80. let 19. století. Ekonomická globalizace by nebyla možná bez naftových motorů pohánějících obří tankery se surovým i zkapalněným zemním plynem, velkoobjemová plavidla převážející železnou rudu a obilí a obří kontejnerové lodě: jednotkový výkon některých z nich se blíží 100 MW, ale jejich základní konstrukce byla zvládnuta už během dvou desetiletí Dieselových testů s jeho finálním prototypem motoru z roku 1897.
Většina světové elektřiny se vyrábí v parních turbinách elektráren zužitkovávajících fosilní či nukleární palivo a kromě mnohem většího výkonu a vyšší účinnosti by na nich Parsons i po více než 120 letech našel všechny klíčové rysy svého vynálezu. Mezikontinentální lety by zase byly mnohem větší strastí bez plynových turbin, které ve 30. letech minulého století vynalezli Frank Whittle (který o turbodmychadlech, dnes dominantní komerční koncepci, přemýšlel už před sestrojením svého prvního proudového motoru) a Joachim Pabst von Ohain.
Tyto skutečnosti nabízejí tři zjevné, ale nedoceňované závěry o mechanických primárních hybatelích, které tvoří základ našeho hospodářského pokroku. Zaprvé, primární hybatele jsou vzhledem ke svému velkému počtu a souvisejícím (a často nákladným a rozsáhlým) infrastrukturám pozoruhodně inertní. Od doby, kdy byly tyto primární hybatele před více než stoletím (vodní turbiny, parní turbiny, spalovací motory) či před více než půlstoletím (plynové turbiny) prvně uvedeny na trh, nezaznamenali jsme mnoho skutečných inovací.
Zadruhé, každý přesun k novým primárním hybatelům je z podstaty dlouhodobou záležitostí, jejíž završení trvá desítky let. I dnes například máloco naznačuje, že by parní turbiny neměly i v nadcházejících desetiletích pokračovat ve výrobě většiny elektrické energie nebo že by v brzké budoucnosti mělo dojít k nahrazení plynových turbin. Nedávné dění ukazuje, že ani automobilové spalovací motory nepodlehnou elektrickým motorům či palivovým článkům tak rychle, jak mnozí nadšenci doufali.
Konečně, v čím větším rozsahu se energetický primární hybatel uvede do praxe, tím déle trvá, než se objeví náhrada. Před sto lety svět spotřebovával uhlí a poměrně malý objem ropy tempem ve výši 0,7 TW, ale v roce 2008 už zavedené komerční energie – fosilní paliva a primární (vodní a jaderná) elektřina – protékaly tempem dosahujícím téměř 15 TW. Tento rozsah pochopitelně omezuje rychlost, jíž lze zavádět nové primární hybatele s cílem nahradit významný podíl starých zařízení.
Pokud by například 20% světové elektřiny měly vyrobit větrné turbiny, pak bychom tato zařízení s ohledem na jejich přirozeně nižší výkonový faktor, který činí asi 25% (oproti 75% u tepelných elektráren využívajících parních turbin), museli instalovat s novým výkonem nějakých 1,25 TW. To by i v případě velkých turbin o výkonu 3 MW vyžadovalo víc než 400 tisíc nových stožárů a obřích trojlistých vrtulí. To je úkol na mnoho desítek let.
Václav Smil je profesorem ekologie a geografie na kanadské Manitobské univerzitě.
Copyright: Project Syndicate, 2009.
www.project-syndicate.org
Z angličtiny přeložil David Daduč
You might also like to read more from Vaclav Smil or return to our home page.
|
|
