(fotó hitel kell olvasni SVEN HOPPE / AFP / Getty Images)
átállhat-e a világ a teljes atomenergia-termelésre? Ha igen, ez jó ellenpélda lenne a globális felmelegedésnek? eredetileg a Quora-n jelent meg: a tudásmegosztó hálózat, ahol kényszerítő kérdésekre egyedi betekintéssel rendelkező emberek válaszolnak.
válasz Mehran Moalem, PhD, UC Berkeley, professzor, szakértő a nukleáris anyagok és a nukleáris üzemanyag ciklus, a Quora:
tanítottam tanfolyamok nukleáris mérnöki és néhány szeminárium tanfolyamok alternatív energiák. Két évig dolgoztam, és hat naperőművet indítottam szerte a világon. Annak ellenére, hogy az én személyes, mint a nukleáris mérnöki, be kell vallanom, hogy nehéz érvelni érte. Itt van az egyszerűsített matematika mögött.
a világ teljes energiafelhasználása (szén+olaj+hidroelektromos+nukleáris+megújuló) 2015 – ben 13 000 millió tonna Olajegyenérték (13 000 MTOE) volt-lásd a világ energiafogyasztását & statisztika. Ez 17,3 terawatt folyamatos teljesítményt jelent az év során.
most, ha a Föld 335 kilométeres területét 335 kilométerrel lefedjük napelemekkel, még akkor is, ha a mérsékelt hatékonyság ma könnyen elérhető, több mint 17,4 TW teljesítményt nyújt. Ez a terület 43,000 négyzet mérföld. A nagy Szaharai sivatag Afrikában 3.6 millió négyzet mérföld, és elsődleges a napenergia számára (napi több mint tizenkét óra). Ez azt jelenti, hogy a Szahara sivatag 1,2% – A elegendő a világ összes energiaigényének fedezésére a napenergiában. A szén, az olaj, a szél, a geotermikus vagy az atomenergia nem versenyezhet ezzel. A projekt költsége körülbelül öt billió dollár lesz, egyszeri költség a mai árakon, a méretgazdaságosság megtakarítása nélkül. Ez kevesebb, mint a bankok megmentési költsége Obama által a legutóbbi recesszióban. Könnyebb elképzelni, hogy a költség az Egyesült Államok államadósságának 1/4-e, ami megegyezik a világ egyéves GDP-jének 10% – ával. Tehát ez a költség meglehetősen kicsi a világ többi kiadásához képest. Más energiaformákban nincs jövő. Húsz-harminc év alatt a napenergia mindent helyettesít. Továbbra is szükség lesz folyékony tüzelőanyagokra, de valószínűleg a víz elektrolízisével előállított hidrogénre, valamint a napenergiával működő hidrogénre lesz szükség. Akkor tartályhajók és csővezetékek fogják elszállítani ezt a hidrogént az egész világon. Elképzelhető cirkónium vagy titán akkumulátorok is, amelyek nagy mennyiségű hidrogént tárolnak.
egyébként vegye figyelembe, hogy egy 1 GWe (Gigawatt elektromos) atomerőmű költsége körülbelül három milliárd dollár. a 17,3 TW-os nukleáris energia ára ötvenkét billió dollár lesz, vagyis tízszerese a napenergiának, még akkor is, ha a biztonsággal és az uránellátással kapcsolatos összes többi kérdés megoldódik.
minden, ami azt mondta, van egy hiánypótló alkalmazás az atomenergia. Ez a legnagyobb teljesítménysűrűség bármely generáció és tart leghosszabb tankolás nélkül. Tehát ahol a tér korlátozott vagy hasonló a naptól távol eső térben, vagy a tengeralattjárókban az atomenergiának van értelme.
Kiegészítő megjegyzések:
figyelemre méltó érdeklődés mutatkozott e téma iránt, és nagyon jó kérdéseket tettek fel. Csak a kérdéseket és a válaszokat szabad itt előterjeszteni.
kérdés: mi szükséges a javaslatban tárgyalt napenergia-kapacitás tényezők eléréséhez?
válasz: lehet, hogy hallott már 25% – os kapacitási tényezőt a napelemek esetében. A 25% – os tényező lényegében azt jelenti, hogy egy kétszáz wattos panel csak ötven wattot termel, ha átlagosan huszonnégy órát vesz igénybe. Valójában ez az alacsony szám a telepítési hely kiválasztásának mesterséges mellékterméke. A legtöbb kis telepítést tetőfedőkön végzik Európában (különösen Németországban) és az Egyesült Államokban. A napáram eloszlása erősen függ a szélességtől. Az equatorisk régióban (szélesség nulla körül) a nap a normál közelében süt, a teljesítménysűrűség pedig négyzetméterenként akár tizennégyszáz Watt is lehet. Negyvenöt fokos szélességnél a teljesítménysűrűség legalább kétszeresére csökken. Az Egyesült Államok nagyobb városai harminchét északi szélesség körül vannak, Európa pedig még magasabb. Ráadásul ezekben a régiókban az év jelentős részében felhős és esős napok vannak, ami tovább csökkenti a rendelkezésre álló nettó energiát. Elképzelhető, hogy a napenergia ipari méretű termelésének jelentős vállalkozása kihasználja a rendelkezésre álló hatalmas Egyenlítői földeket. Az afrikai Szaharában példaként javasolt helyszín az egyenlítőn található, és évente nagyon kevés felhős nap van. A Szaharai sivatagi terület olcsó, többnyire kihasználatlan,és mint ilyen, könnyen felhasználható. Ebben a javaslatban feltételezzük, hogy az átlagos éves teljesítménysűrűség négyzetméterenként százötvenöt watt, amely az ezerháromszázötven-ezerháromszázhetven Watt/m2 csúcsértékekhez képest csupán 11% – os kapacitástényezőt jelent. A Szaharában töltött tizenkét órás napok és a napelemek jelenlegi 22% – nál nagyobb hatékonysága miatt ez az átlagérték minden bizonnyal elérhető.
kérdés: mi szükséges a javaslatban tárgyalt napenergia-költségek eléréséhez?
válasz: a jelenlegi panelköltségek körülbelül ötvenöt cent / Watt. További költségek merülnek fel a panel telepítésével és az inverterekkel kapcsolatban. Az inverterek olyan eszközök, amelyek a panelek egyenáramú (DC) kimenetét váltakozó áramra (AC) alakítják át, amely a távolsági átvitelhez szükséges. A teljes költség jelenleg körülbelül kilencven centtől egy dollárig terjed wattonként. Ebben a javaslatban feltételeztük a reális harminc centet wattonként. Két fő tényezőt kell figyelembe venni ebben a tekintetben. Először a jelenlegi gazdaság harmadik féltől származó beszállítókon alapul, például a ChinEde gyártók által gyártott paneleken. A terawatt energiát telepítő segédprogram számára kevés ok van arra, hogy harmadik felektől vásároljon és gazdagítsa a gyártókat. Mivel a gyártók akár húsz cent nyereséget is termelnek wattonként, egy nagyszabású gyártóüzem teljes mértékben profitál ebből az alacsonyabb költségből, ha saját paneleket gyártanak. Ha a kínai panelszolgáltatók profitálni akarnak ebből a vállalkozásból, részbefektetőknek kell lenniük, és a paneleket költséggel kell ellátniuk, és nyereségüket a power not panelek értékesítéséből kell elérniük. Ami az inverter költségeit illeti, vegye figyelembe, hogy a fosszilis energia fő felhasználása a világon nem a villamosenergia-termelés. A fosszilis tüzelőanyagokat autók üzemeltetésére, házak fűtésére, meghajtására és egyéb ipari célokra használják. Elképzelhető, hogy egy olyan nagyszabású napenergia-létesítmény fő felhasználása, amely a világ minden más generációját kiszorítja, környezetbarát üzemanyagok, például hidrogén előállítása. A hidrogént víz elektrolízisével lehet előállítani, és a napenergia egyenáramú teljesítménye könnyen felhasználható elektrolízisre inverterek nélkül. A hidrogén előállítása után csővezetékekkel és tartályhajókkal szállítható a világ négy sarkába autók, gyárak, otthoni fűtés stb. Nagyméretű újrafelhasználható akkumulátorok is készülhetnek cirkóniumból és titánból, amelyek a hidrogént biztonságos szilárd anyagban tárolják: – D formában. Végül, az ehhez hasonló költségek infrastrukturális költségek, nem pedig energiaköltségek. Jelenleg nem számítjuk az autópályák, tartályhajók és nagyfeszültségű távvezetékek gyártásának költségeit az üzemanyag költségének részeként. Ezeket a költségeket minden civilizáció viseli, hogy kényelmet nyújtson polgárainak, legyen az napenergia, fosszilis vagy nukleáris energia forrása.
kérdés: vannak-e más környezetvédelmi aggályok a nukleáris vagy napenergia használatával kapcsolatban, amelyeket figyelembe kell venni a globális felmelegedés mellett?
válasz: van néhány aggodalom.
- az atomenergia hőelvezetést igényel. Az üzem nettó hatékonysága 30-32% a víz/gőz ciklus korlátozásai miatt. A CO2-t és héliumot használó htgr-k (magas hőmérsékletű Gázreaktorok) ezt akár 50% – ra is növelhetik, de más problémák miatt a homlokát ráncolják. Mindenesetre ez azt jelenti, hogy az atomreaktorok által termelt minden Watt villamos energia után két wattot kell elutasítani a környezetbe. Mivel a nukleáris energia az elektromos hálózat 10% – át és a teljes energiatermelés 2% – át teszi ki, ez elviselhető. Ha azonban az ember túlmegy ezen, akkor kifogyunk az elutasító képességből, ahogy az Franciaországban történt. Az erőművek kondenzátoraiból visszaáramló meleg víz pusztító hatással van az óceánok és folyók ökoszisztémájára, ahol ezt a hőt elutasítják. Az atomerőmű fenti képén a két nagy halom nem füstköteg, mivel az atomerőműveknek nincs füstje (a szénhez képest). Ezek a levegő hőelvezetésére szolgálnak. Nem lehet 17,5 TW nukleáris energiatermelés, mivel ehhez 35 TW hővisszanyerésre van szükség a környezet számára, hacsak nem találnak ki és hajtanak végre nagyszabású új technológiákat az elutasított hővisszanyeréshez. Az óceánok és folyók meleg vizei fokozzák a parazita növények életét és megváltoztatják a normális tengeri életet. Károsak a jelenlegi halpopulációkra is, ami természetellenes szelekciót eredményez.
- a napelemek gyártása jelenleg nem környezetbarát. A jelenlegi gyártási folyamat félvezető gyártási technológiát alkalmaz, amely szennyezést generál. A jelenlegi kis szinteken ez nem sok kérdés, de 17 TW-nál megoldásokat kell kidolgozni a toxinok semlegesítésére és a szennyezés csökkentésére. A jelenlegi napelemes gyártási technológia szintén nagy mennyiségű energiát használ fel, és ez a fenntarthatóság szempontjából figyelembe veendő tényezővé válhat.
kérdés: vannak-e aggályok a sivatagi ökoszisztéma károsodásával kapcsolatban, amikor a sivatagokat naperőművekként használják?
válasz: ez a legkevésbé aggodalomra ad okot. A javasolt projektnek az afrikai Szaharának mindössze 1,2% – ára van szüksége ahhoz, hogy a világ energiatermelésének minden formáját felváltsa. Ez olyan apró rész a világ teljes sivatagi területéhez képest. Ezenkívül hatalmas földterületeket fog megmenteni, amelyek jelenleg szenvednek a szénbányászattól és a savas esőtől való szennyeződéstől, nem beszélve a lehetséges radioaktív szárazföldi régiókról nukleáris balesetek esetén. Ezenkívül a Szaharai ökoszisztéma talán jobban virágzik az árnyékban a panelek hátulja alatt. A sivatagok jelenlegi eróziója nagy homokviharokat eredményez, amelyek szennyezik és szennyezik a levegőt Afrika és a Közel-Kelet civilizált részein. A PM10 és a PM2, 5 szennyezés epic szinten van a növekvő társadalmak nagy részében. A napkollektoros gazdaságok a homok stabilizálásával valójában az élet javát szolgálják. A világ ezen régióinak lakói valószínűleg azt szeretnék, ha a projekt nagyobb lenne, és több területre terjedne ki.
ez a kérdés eredetileg a Quorán jelent meg. Tegyen fel egy kérdést, nagyszerű választ kap. Tanuljon szakértőktől és férjen hozzá a bennfentes ismeretekhez. Követheted a Quorát a Twitteren, a Facebook-on és a Google+ – on. További kérdések:
- Környezettudomány: hogyan befolyásolja a globális felmelegedés az Egyesült Államok élelmiszerellátását a következő 20 évben?
- nukleáris energia: milyen közel vagyunk a nukleáris fúzióhoz?
- Éghajlatváltozás: Mi a vita a globális felmelegedés körül?