Jaký nás čeká energetický osud aneb budeme následovat dinosaury?

• Proč to nejde a proč nemáme dostatek energie?
• A co s tím jako lidstvo můžeme udělat?

Kdysi, v roce 2007, jsem napsal článek „Životní prostředí, ekonomie, přírodní vědy, aneb jak to vlastně je?“ Pojednává o problému lidstva s životním prostředím (globálním oteplováním) v souvislosti se stavem naší společnosti. V zásadě se dá říci, že to, co je v něm napsáno, platí dosud a nezměnilo se to. Co se změnilo, je moje pochopení situace, tedy důvodů, které způsobují problémy naší civilizace.

Tenkrát jsem navrhnul řešení, tedy přestat vyrábět „šmejdy“, začít dělat věci tak, aby dobře fungovaly a daly se snadno opravit. Tak proč to tedy nejde? Musím říct, že mi trvalo dlouho, než jsem pochopil, oč tu běží.

---

Nepřehlédněte: Češi ať v zimě kvůli drahým energiím zmrznou! Smutný obraz země se dvěma jadernými elektrárnami

---

Energie a elektromobilita

Už na střední škole jsme se učili, a bylo to pro mě překvapením, že na výrobu jednorázových baterií (například tužkových), je potřeba více energie, než jí potom vydají. Později, když jsme se učili termodynamiku, jsem pochopil všechny souvislosti. Stejně tak, pokud máme nabíjecí článek/baterii, je na jeho/její nabití potřeba více energie, než je potom vydána během vybíjení.

Obě varianty, tedy jednorázové i nabíjecí baterie, uchovávají energii na bázi chemických reakcí. Samy o sobě se vybíjejí, přičemž ty nabíjecí podstatně rychleji než ty jednorázové. Jistá možnost, jak dlouhodoběji akumulovat elektrickou energii, je rozložit vodu na kyslík a vodík a uchovávat každou z těchto složek zvlášť.

U elektromobilů je potíž s vysokou hmotností akumulátorů, která se pohybuje u osobních vozidel zhruba od 380 do 550 kilogramů, oproti plné nádrži s naftou/benzínem, která má zhruba od 35 do 70 kilogramů, a navíc se spotřebovaným palivem, na rozdíl od akumulátorů, její hmotnost klesá. Oproti automobilům se spalovacím motorem tedy elektromobily vozí navíc alespoň 300 kilogramů. Tedy na tuto hmotnost, její převoz, potřebujeme o to více energie.

Pojďme si o tom něco málo říct

Pro výrobu elektrické energie, která má velmi nízkou entropii, máme několik možností. Využití paliv, která vznikla při kolapsu předchozí generace hvězd (předchozí novy nebo supernovy), to znamená radionuklidů v zemské kůře, které jsou vhodné pro štěpnou reakci – tedy ²³⁵U, ²³⁸U a ²³²Th. Těchto radionuklidů je v zemské kůře samozřejmě omezené množství, na nějakou dobu ale mohou stačit.

U fosilních paliv, tedy uhlí, ropy a zemního plynu, je otázkou jejich množství. Jsou teorie, že zásoby ropy jsou prakticky nevyčerpatelné. V každém případě intenzivní využívání fosilních paliv znamená hrubý zásah do ekosystému planety Země. Jaderná fúze lehkých atomů, kterých bychom měli nevyčerpatelné množství, to podle mého názoru také není. Další je možnost získávání geotermální energie, tedy energie na úkor ochlazování země. Zatím, pokud vím, ale tato energie představuje jen minimální podíl na celkové výrobě.

Energetický osud

Poslední možností je zdánlivě „nečerpatelná“ energie ze Slunce. Samozřejmě, jednou Slunce vyhasne, ale to nás zatím nemusí trápit. Navíc, sluneční energie dopadá na Zemi určité množství, které my přímo neovlivňujeme, a je jen na nás, jak tu energii, lépe řečeno její část, využijeme.

Zde je ovšem nutné poznamenat, že tato energie má vysokou entropii (hlavně tepelnou a světelnou) a my se musíme hodně snažit, abychom získali energii s entropií nízkou (elektrickou energii). Všechny postupy na získání elektrické energie ze sluneční (vodní elektrárny, větrné elektrárny a solární panely) mají velké negativní vedlejší účinky. Navíc jsou silně závislé na počasí, nebo denní fázi, je tedy nutné k nim ještě přidat akumulátory. Někde jsem zaslechl, že pro energetiky je nejhorší větrné slunečné nedělní odpoledne.

Je třeba si uvědomit, že i kdybychom na takovýchto zdrojích postavili energetickou síť, nebudeme mít dostatečné kapacity na vyrovnání spotřeby. Uvědomte si ten příklad s hmotností akumulátoru pro automobil, a představte si, že potřebujete akumulátory, které by pojmuly energii odpovídající výkonu tepelné elektrárny alespoň na půl dne.

Je jistá naděje v jaderných reaktorech nových generací, které by pracovaly v takovém tepelném režimu, že by přímo rozkládaly vodu na vodík a kyslík, přičemž jejich skladování je snazší než skladování elektrické energie. Tyto technologie ovšem zatím k dispozici nejsou.

Jaderná energie a výhody a nevýhody

Jaderná energie má oproti energii získané spalováním fosilních paliv daleko vyšší účinnost. Energetický zisk chemických reakcí je, podle teorie relativity, asi 0,0000007 %, energetický zisk ze štěpných jaderných reakcí je asi 0,1 %, z fúzních jaderných reakcí je to asi 1 %. To je tedy důvod, proč používáme štěpné jaderné reaktory. Fúzní jaderné reaktory zatím nemáme (když nepočítáme jednorázové fúzní reaktory – vodíkové bomby). Osobně jsem přesvědčen, že to z principiálních důvodů nelze sestrojit.

Kdysi na přednášce předmětu chemické inženýrství jsme měli suplování, místo výuky byla spíš taková diskuze. A přednášející se nás studentů zeptal (mimo jiné): „Jaká je hlavní nevýhoda jaderných elektráren?“ Já jsem znal odpověď, tedy tu, kterou on chtěl slyšet: „Nedají se na noc zastavit.“ V té době, u nás v Československu, ale běžely tři jaderné elektrárny…

Zaujalo vás téma energetického osudu lidstva a chcete se o něm dozvědět více? Příští týden vyjde pokračování dnešního článku. Nenechte si ho ujít a udělejte si poznámku do kalendáře.

Zdroj náhledové fotografie: Andrey Metelev / Unsplash