(Il credito fotografico dovrebbe leggere SVEN HOPPE / AFP / Getty Images)
Il mondo potrebbe passare in modo fattibile alla generazione di energia nucleare? Se è così, sarebbe un buon contatore al riscaldamento globale? originariamente apparso su Quora: la rete di condivisione della conoscenza in cui domande avvincenti trovano risposta da persone con intuizioni uniche.
Risposta di Mehran Moalem, PhD, UC Berkeley, Professore, Esperto di materiali nucleari e ciclo del combustibile nucleare, su Quora:
Ho tenuto corsi di Ingegneria nucleare e alcuni corsi di seminario sulle energie alternative. Ho anche lavorato per due anni avviando sei fabbriche solari in tutto il mondo. Nonostante il mio personale come per l’ingegneria nucleare, devo ammettere che è difficile discuterne. Ecco la matematica semplificata dietro di esso.
Il consumo totale mondiale di energia (carbone+petrolio+idroelettrico+nucleare+rinnovabile) nel 2015 è stato di 13.000 milioni di tonnellate equivalenti di petrolio (13.000 MTEP) – vedi World Energy Consumption & Stats. Questo si traduce in 17,3 Terawatt di potenza continua durante l’anno.
Ora, se copriamo un’area della Terra 335 chilometri per 335 chilometri con pannelli solari, anche con efficienze moderate realizzabili facilmente oggi, fornirà più di 17,4 TW potenza. Questa zona è 43.000 miglia quadrate. Il grande deserto sahariano in Africa è 3.6 milioni di miglia quadrate ed è primo per l’energia solare (più di dodici ore al giorno). Ciò significa che l ‘ 1,2% del deserto del Sahara è sufficiente a coprire tutti i bisogni energetici del mondo in energia solare. Non c’è modo carbone, petrolio, eolico, geotermico o nucleare possono competere con questo. Il costo del progetto sarà di circa cinque trilioni di dollari, un costo una tantum ai prezzi odierni senza alcuna economia di risparmio di scala. Questo è inferiore al costo di salvataggio delle banche da parte di Obama nell’ultima recessione. Più facile immaginare il costo è 1/4 del debito nazionale degli Stati Uniti, e pari al 10% del PIL mondiale di un anno. Quindi questo costo è piuttosto piccolo rispetto ad altre spese nel mondo. Non c’è futuro in altre forme di energia. Tra venti o trenta anni il solare sostituirà tutto. Ci sarà ancora bisogno di combustibili liquidi, ma probabilmente sarà l’idrogeno prodotto dall’elettrolisi dell’acqua e quello alimentato dal solare. Poi petroliere e gasdotti porteranno quell’idrogeno in tutto il mondo. Si possono anche immaginare batterie di zirconio o titanio che immagazzinano grandi quantità di idrogeno.
A proposito, si noti che il costo di un impianto nucleare da 1 GWe (Gigawatt elettrico) è di circa tre miliardi di dollari. il costo dell’energia nucleare 17.3 TW sarà cinquantadue trilioni di dollari o dieci volte quello del solare anche se tutte le altre questioni relative alla sicurezza e all’approvvigionamento di uranio saranno risolte.
Tutto ciò che ha detto, c’è un’applicazione di nicchia per l’energia nucleare. Ha la più alta densità di potenza di qualsiasi generazione e dura più a lungo senza rifornimento di carburante. Quindi, dove lo spazio è limitato o come nello spazio lontano dal sole, o nei sottomarini l’energia nucleare ha senso.
Note aggiuntive:
C’è stato un notevole interesse in questo argomento e sono state poste alcune buone domande. È giusto presentare le domande e le risposte qui.
Domanda: Che cosa è necessario per raggiungere i fattori di capacità solare discussi in questa proposta?
Risposta: Potresti aver sentito un fattore di capacità del 25% menzionato per i pannelli solari. Il fattore 25% significa essenzialmente che un pannello di duecento Watt produce solo cinquanta Watt quando in media oltre ventiquattro ore. In realtà questo basso numero è un sottoprodotto artificiale della scelta del sito di installazione. La maggior parte delle piccole installazioni avviene su tetti in Europa (Germania in particolare) e negli Stati Uniti. La distribuzione del flusso solare ha una forte dipendenza dalla latitudine. Nella regione dell’equatorisco (latitudine intorno allo zero) il sole splende vicino al normale e la densità di potenza può arrivare fino a quattordici centinaia di watt per metro quadrato. A una latitudine di quarantacinque gradi la densità di potenza scende di almeno un fattore due. Le principali città degli Stati Uniti sono circa trentasette latitudine nord e l’Europa è ancora più alta. Inoltre, in queste regioni, una parte significativa dell’anno ha giornate nuvolose e piovose riducendo ulteriormente la potenza disponibile netta. È immaginabile che una grande impresa nella produzione solare su scala industriale approfitterà delle vaste terre equatoriali disponibili. Il sito proposto qui come esempio nel Sahara africano è all “Equatore e ci sono pochissimi se qualsiasi giorni nuvolosi all” anno. La terra del deserto sahariano è poco costoso e per lo più inutilizzato e come tale prontamente disponibile per l’utilizzo. In questa proposta, si presume una densità di potenza media annua di centocinquantacinque Watt per metro quadrato che rispetto ai valori di picco di milletrecentocinquanta a milletrecentosettanta Watt / m2 rappresenta un fattore di capacità solo 11%. Date dodici ore al giorno al Sahara e le attuali efficienze superiori al 22% per i pannelli solari, questo valore medio è certamente realizzabile.
Domanda: Che cosa è necessario per raggiungere i costi solari discussi in questa proposta?
Risposta: L’attuale pannello costa circa cinquantacinque centesimi per Watt. Ci sono costi aggiuntivi per l’installazione di pannelli e inverter. Gli inverter sono dispositivi che convertono l’uscita in corrente continua (DC) dei pannelli in corrente alternata (AC) necessaria per la trasmissione a lunga distanza. I costi totali attualmente corrono circa novanta centesimi a un dollaro per Watt installato. In questa proposta abbiamo assunto i trenta centesimi realistici per Watt. Ci sono due fattori principali che devono essere considerati a questo proposito. In primo luogo l’economia attuale si basa su fornitori di terze parti come i pannelli realizzati dai produttori ChinEde. Per un’utilità che installa terawatt di potenza, non c’è motivo di acquistare da terzi e arricchire i produttori. Poiché i produttori fanno fino a venti centesimi di profitto per Watt, un impianto di produzione su larga scala beneficerà pienamente di quel costo inferiore se producono i propri pannelli. Se i fornitori di pannelli cinesi vogliono trarre profitto da questa impresa, devono essere parte investitori e fornire i pannelli al costo e trarre i loro profitti dalla vendita del potere non pannelli. Per quanto riguarda i costi dell’inverter, si noti che l’uso principale dell’energia fossile nel mondo non è per la generazione di elettricità. I combustibili fossili sono utilizzati per l’esecuzione di automobili, riscaldamento case, propulsione e altri usi industriali. È concepibile che l’uso principale di un impianto solare su larga scala come above che spiazza tutte le altre generazioni del mondo sia nella produzione di combustibili ecologici come l’idrogeno. L’idrogeno può essere prodotto per elettrolisi dell’acqua e la corrente continua solare è facilmente utilizzabile per l’elettrolisi senza bisogno di inverter. Una volta che l’idrogeno è prodotto, può essere trasportato dalle condutture e dalle autocisterne ai quattro angoli del mondo come combustibile per le automobili, le fabbriche, il riscaldamento domestico ecc. Le batterie riutilizzabili su larga scala possono anche essere fatte da zirconio e titanio che immagazzineranno l’idrogeno nella forma solida sicura:-D. Infine, eventuali costi come questo sono costi di infrastruttura non costi energetici. Attualmente non contiamo il costo di fare autostrade e petroliere e linee di trasmissione ad alta tensione come parte del costo del carburante. Questi sono costi che qualsiasi civiltà sosterrà per portare conforto ai suoi cittadini sia che la fonte di energia sia solare, fossile o nucleare.
Domanda: Ci sono altre preoccupazioni ambientali con l’uso dell’energia nucleare o solare che dovrebbero essere considerate insieme al riscaldamento globale?
Risposta: ci sono alcune preoccupazioni.
- L’energia nucleare richiede il rifiuto del calore. L’efficienza netta di un impianto è del 30-32% a causa di restrizioni con ciclo acqua/vapore. Gli HTGR (reattori a gas ad alta temperatura) che utilizzano CO2 ed elio possono spingerlo fino al 50%, ma vengono disapprovati a causa di altri problemi. In ogni caso ciò significa che per ogni Watt di elettricità prodotta dai reattori nucleari si devono rifiutare due Watt all’ambiente. Con il nucleare al 10% della rete elettrica e al 2% della produzione totale di energia, questo è tollerabile. Tuttavia, se si va molto al di sopra che siamo a corto di capacità di rifiuto come è accaduto in Francia. L’acqua calda che scorre indietro dai condensatori delle centrali elettriche è distruttiva per l’ecosistema degli oceani e dei fiumi in cui questo calore viene rifiutato. Nella foto della centrale nucleare sopra, le due grandi pile che vedi non sono pile di fumo in quanto le centrali nucleari non hanno fumo (rispetto al carbone). Sono per il rifiuto del calore all’aria. Non possiamo avere la produzione di energia nucleare 17.5 TW poiché ciò richiede il rifiuto di calore 35 TW all’ambiente a meno che non vengano inventate e implementate nuove tecnologie su larga scala per il recupero del calore di scarto. Le acque calde degli oceani e dei fiumi migliorano la vita delle piante parassite e cambiano la normale vita marina. Sono anche dannosi per le popolazioni ittiche attuali con conseguente selezione innaturale.
- Al momento la produzione di pannelli solari non è rispettosa dell’ambiente. L’attuale processo di produzione utilizza la tecnologia di produzione di semiconduttori che genera inquinamento. Ancora una volta ai piccoli livelli attuali non è molto di un problema, ma a 17 TW, devono essere ideate soluzioni per neutralizzare quelle tossine e ridurre l’inquinamento. L’attuale tecnologia di produzione di pannelli solari utilizza anche grandi quantità di energia e questo può diventare un fattore da considerare per la sostenibilità.
Domanda: Ci sono preoccupazioni nel danneggiare l’ecosistema del deserto quando si usano i deserti come fattorie di produzione solare?
Risposta: Questa è la minima preoccupazione di tutti. Il progetto proposto come mostrato richiede solo l ‘ 1,2% del Sahara africano per sostituire tutte le forme di produzione di energia nel mondo. Questa è una parte così minuscola rispetto alla totale area desertica del mondo. Inoltre salverà vasti tratti di terra che attualmente soffrono di estrazione di carbone e di contaminazione da piogge acide per non parlare di possibili regioni radioattive in caso di incidenti nucleari. Inoltre, l’ecosistema sahariano forse fiorirà meglio all’ombra sotto la parte posteriore dei pannelli. L’attuale erosione dei deserti provoca grandi tempeste di sabbia che contaminano e inquinano l’aria nelle parti civilizzate dell’Africa e del Medio Oriente. L’inquinamento PM10 e PM2.5 è a livelli epici in gran parte di queste società in crescita. Le fattorie solari beneficeranno effettivamente della vita stabilizzando la sabbia. I residenti di queste regioni del mondo probabilmente desidererebbero che il progetto fosse più ampio e coprisse più aree.
Questa domanda è originariamente apparsa su Quora. Fai una domanda, ottenere una grande risposta. Impara dagli esperti e accedi alle conoscenze privilegiate. Puoi seguire Quora su Twitter, Facebook e Google+. Altre domande:
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