(Ilustrační foto. autor: ČTK/AFP / Getty Images)
mohl by svět reálně přejít na výrobu jaderné energie? Pokud ano, byl by to dobrý proti globálnímu oteplování? původně se objevil na Quora: síť pro sdílení znalostí, kde lidé s jedinečnými postřehy odpovídají na přesvědčivé otázky.
odpověď Mehran Moalem, PhD, UC Berkeley, Profesor, Expert na jaderné materiály a Cyklus jaderného paliva, na Quora:
vyučoval jsem kurzy jaderného inženýrství a několik seminárních kurzů alternativních energií. Také jsem pracoval dva roky a založil šest solárních továren po celém světě. I přes můj osobní zájem o jaderné inženýrství musím přiznat, že je těžké se o to dohadovat. Zde je zjednodušená matematika za tím.
celková světová spotřeba energie (uhlí+ropa+hydroelektrická + jaderná + obnovitelná) v roce 2015 činila 13 000 milionů tun ropného ekvivalentu (13 000 MTOE) – viz statistiky světové spotřeby energie &. To znamená 17, 3 Terawattů nepřetržitého výkonu během roku.
nyní, pokud pokryjeme plochu země 335 kilometrů o 335 kilometrů solárními panely, a to i při mírné účinnosti, kterou lze dnes snadno dosáhnout, poskytne více než 17,4 TW energie. Tato oblast je 43 000 čtverečních mil. Velká Saharská poušť v Africe je 3.6 milionů čtverečních mil a je hlavním zdrojem solární energie (více než dvanáct hodin denně). To znamená, že 1,2% saharské pouště je dostatečné k pokrytí všech energetických potřeb světa ve sluneční energii. Uhlí, ropa, vítr, geotermální nebo jaderná energie tomu nemohou konkurovat. Náklady na projekt budou asi pět bilionů dolarů, jednou náklady na dnešní ceny bez jakékoli úspory z rozsahu. To je méně než náklady na záchranu bank, které Obama v poslední recesi provedl. Jednodušší si představit, že náklady jsou 1/4 amerického státního dluhu a rovnají se 10% světového HDP za jeden rok. Takže tyto náklady jsou poměrně malé ve srovnání s jinými výdaji na světě. V jiných energetických formách není budoucnost. Za dvacet až třicet let nahradí vše solární. Stále bude potřeba kapalná paliva, ale pravděpodobně to bude vodík vyráběný elektrolýzou vody a poháněný solární energií. Pak tankery a potrubí budou vozit tento vodík po celém světě. Lze si také představit zirkoniové nebo titanové baterie, které ukládají velké množství vodíku.
mimochodem, všimněte si, že náklady na jadernou elektrárnu 1 GWe (Gigawatt electric) jsou asi tři miliardy dolarů. náklady na jadernou energii 17,3 TW budou padesát dva bilionů dolarů nebo desetinásobek nákladů na solární energii, i když budou vyřešeny všechny ostatní problémy s bezpečností a dodávkami uranu.
vše, co bylo řečeno, existuje specializovaná aplikace pro jadernou energii. Má nejvyšší hustotu výkonu jakékoli generace a vydrží nejdéle bez doplňování paliva. Takže tam, kde je prostor omezený nebo jako v prostoru daleko od Slunce, nebo v ponorkách, má jaderná energie smysl.
doplňující poznámky:
o toto téma byl pozoruhodný zájem a byly položeny některé dobré otázky. Je spravedlivé zde prezentovat otázky a odpovědi.
otázka: co je zapotřebí k dosažení faktorů sluneční kapacity diskutovaných v tomto návrhu?
odpověď: možná jste slyšeli kapacitní faktor 25% zmíněný pro solární panely. 25% faktor v podstatě znamená, že dvě stě wattový panel produkuje pouze padesát wattů, když je v průměru přes dvacet čtyři hodin. Ve skutečnosti je toto nízké číslo umělým vedlejším produktem výběru místa instalace. Většina malých instalací se provádí na střechách v Evropě (zejména v Německu)a ve Spojených státech. Distribuce slunečního toku má silnou závislost na zeměpisné šířce. V oblasti rovníku (zeměpisná šířka kolem nuly) svítí slunce téměř normálně a hustota výkonu může být až čtrnáct set wattů na metr čtvereční. Při zeměpisné šířce čtyřicet pět stupňů klesá hustota výkonu nejméně o faktor dva. Hlavní města ve Spojených státech jsou kolem třiceti sedmi severní šířky a Evropa je ještě vyšší. Navíc v těchto regionech má významná část roku zataženo a deštivé dny, které dále snižují čistou dostupnou energii. Je možné, že hlavní podnik v solární průmyslové výrobě využije obrovské dostupné rovníkové země. Místo zde navrhované jako příklad v africké Sahaře je na rovníku a existuje jen velmi málo, pokud existuje zataženo za rok. Saharská pouštní země je levná a většinou nevyužitá a jako taková snadno dostupná pro využití. V tomto návrhu se předpokládá průměrná roční hustota výkonu sto padesát pět wattů na metr čtvereční, že ve srovnání se špičkovými hodnotami tisíc tři sta padesát až tisíc tři sta sedmdesát wattů / m2 představuje pouhých 11% kapacitní faktor. Vzhledem k dvanácti hodinovým dnům v Sahaře a současné účinnosti vyšší než 22% u solárních panelů je tato průměrná hodnota jistě dosažitelná.
otázka: Co je zapotřebí k dosažení solárních nákladů diskutovaných v tomto návrhu?
odpověď: současné náklady na panel se pohybují kolem padesáti pěti centů na Watt. Existují dodatečné náklady na instalaci panelů a střídačů. Střídače jsou zařízení, která převádějí stejnosměrný proud (DC) výstup panelů na střídavý proud (AC) potřebný pro dálkový přenos. Celkové náklady se v současné době pohybují kolem devadesáti centů na dolar na Instalovaný Watt. V tomto návrhu jsme předpokládali realistické třicet centů na Watt. V tomto ohledu je třeba vzít v úvahu dva hlavní faktory. Za prvé současná ekonomika je založena na dodavatelích třetích stran, jako jsou panely vyrobené výrobci ChinEde. Pro nástroj, který instaluje terawatty energie, není důvod kupovat od třetích stran a obohatit výrobce. Vzhledem k tomu, že výrobci vydělávají až dvacet centů v zisku na Watt, velké výrobní zařízení bude plně těžit z těchto nižších nákladů, pokud budou vyrábět vlastní panely. Pokud čínští dodavatelé panelů chtějí z tohoto podniku profitovat, musí být součástí investorů a dodávat panely za cenu a vydělávat na prodeji panelů, nikoli panelů. Pokud jde o náklady na střídač, všimněte si, že hlavní využití fosilní energie na světě není pro výrobu elektřiny. Fosilní paliva se používají pro provoz automobilů, vytápění domů, pohon a další průmyslová použití. Je možné, že hlavním využitím velkého solárního zařízení, jako je výše uvedené, které vytlačuje všechny ostatní generace na světě, je výroba ekologických paliv, jako je vodík. Vodík může být vyráběn elektrolýzou vody a solární stejnosměrný výkon je snadno použitelný pro elektrolýzu bez nutnosti střídačů. Jakmile je vodík vyroben, může být přepravován potrubím a cisternami do čtyř koutů světa jako palivo pro automobily, továrny, vytápění domů a tak dále. Velkokapacitní opakovaně použitelné baterie mohou být také vyrobeny ze zirkonia a titanu, které ukládají vodík do bezpečné pevné látky: – D forma. A konečně, veškeré náklady, jako je tato, jsou náklady na infrastrukturu, nikoli náklady na energii. V současné době nepočítáme náklady na výrobu dálnic a cisteren a vysokonapěťových přenosových vedení jako součást nákladů na palivo. To jsou náklady, které každá civilizace ponese, aby svým občanům přinesla útěchu, ať už je zdrojem energie solární, fosilní nebo jaderná.
Otázka: Existují nějaké další environmentální problémy s využitím jaderné nebo sluneční energie, které by měly být zvažovány společně s globálním oteplováním?
odpověď: existuje několik obav.
- Jaderná energie vyžaduje odmítnutí tepla. Čistá účinnost zařízení je 30 až 32% kvůli omezením s cyklem voda/pára. HTGRs (vysokoteplotní plynové reaktory) používající CO2 a hélium to může posunout až na 50% , ale jsou odsuzovány kvůli jiným problémům. V každém případě to znamená, že pro každý Watt elektřiny vyrobené jadernými reaktory je třeba odmítnout dva watty pro životní prostředí. S jadernou energií na 10% elektrické sítě a 2% celkové výroby energie je to přijatelné. Pokud však někdo jde mnohem výše, dojde nám kapacita odmítnutí, jak se to stalo ve Francii. Teplá voda proudící zpět z kondenzátorů elektrárny je destruktivní pro ekosystém oceánů a řek, kde je toto teplo odmítnuto. Na obrázku výše jaderné elektrárny, dva velké komíny, které vidíte, nejsou komíny kouře, protože jaderné elektrárny nemají kouř (ve srovnání s uhlím). Jsou určeny pro odvod tepla do vzduchu. Nemůžeme mít 17,5 TW jadernou výrobu, protože to vyžaduje 35 TW odmítnutí tepla do životního prostředí, pokud nejsou vynalezeny a implementovány některé rozsáhlé nové technologie pro rekuperaci tepla. Teplé vody v oceánech a řekách zvyšují parazitický rostlinný život a mění normální mořský život. Jsou také škodlivé pro současné populace ryb, což vede k nepřirozenému výběru.
- výroba solárních panelů není v současné době šetrná k životnímu prostředí. Současný výrobní proces využívá technologii výroby polovodičů, která vytváří znečištění. Opět na současných malých úrovních to není velký problém, ale na 17 TW je třeba vymyslet řešení, která tyto toxiny neutralizují a sníží znečištění. Současná technologie výroby solárních panelů také využívá velké množství energie a to se může stát faktorem, který je třeba zvážit pro udržitelnost.
Otázka: Existují nějaké obavy z poškození pouštního ekosystému při používání pouští jako solárních výrobních farem?
odpověď: To je nejmenší obava ze všech. Navrhovaný projekt, jak je znázorněno, potřebuje pouze 1,2% africké Sahary, aby nahradil všechny formy výroby energie na světě. To je taková nepatrná část ve srovnání s celkovou pouštní oblastí na světě. Také ušetří obrovské plochy půdy, které v současné době trpí těžbou uhlí a kontaminací kyselým deštěm, nemluvě o možných radioaktivních pozemních oblastech v případě jaderných havárií. Kromě toho bude saharský ekosystém možná lépe vzkvétat ve stínu pod zadní stranou panelů. Současná eroze pouští má za následek velké písečné bouře, které kontaminují a znečišťují ovzduší v civilizovaných částech Afriky a Středního východu. Znečištění PM10 a PM2, 5 je ve většině těchto rostoucích společností na epické úrovni. Solární farmy budou skutečně přínosem pro život stabilizací písku. Obyvatelé těchto oblastí světa by si pravděpodobně přáli, aby byl projekt větší a pokryl více oblastí.
tato otázka se původně objevila na Quora. Zeptejte se, získejte skvělou odpověď. Učte se od odborníků a získejte přístup k znalostem zasvěcených osob. Můžete sledovat Quora na Twitteru, Facebook, a Google+. Další otázky:
- Environmentální věda: jak globální oteplování ovlivní dodávky potravin v USA v příštích 20 letech?
- Jaderná energie: jak blízko jsme jaderné fúzi?
- Změna Klimatu: Jaký je spor kolem globálního oteplování?