(Credit Foto ar trebui să citească SVEN HOPPE / AFP / Getty Images)
ar putea lumea să treacă practic la generarea de energie nucleară? Dacă da, ar fi un bun contra încălzirii globale? a apărut inițial pe Quora: rețeaua de partajare a cunoștințelor, unde întrebările convingătoare sunt răspunsate de oameni cu perspective unice.
răspuns de Mehran Moalem, PhD, UC Berkeley, profesor, Expert în materiale nucleare și ciclul combustibilului Nuclear, pe Quora:
am predat cursuri de Inginerie Nucleară și câteva cursuri de seminar în energii alternative. De asemenea, am lucrat timp de doi ani la înființarea a șase fabrici solare din întreaga lume. În ciuda mea personale ca pentru inginerie nucleară, trebuie să recunosc că este greu să argumenteze pentru ea. Iată matematica simplificată din spatele ei.
consumul total de energie la nivel mondial (cărbune+petrol+hidroelectric+nuclear+regenerabil) în 2015 a fost de 13.000 milioane tone echivalent petrol (13.000 Mtep) – a se vedea consumul mondial de energie & statistici. Aceasta se traduce prin putere continuă de 17,3 terawați pe parcursul anului.
acum, dacă acoperim o suprafață a Pământului 335 kilometri pe 335 kilometri cu panouri solare, chiar și cu eficiență moderată realizabilă cu ușurință astăzi, va oferi mai mult de 17,4 TW putere. Această zonă este de 43.000 de mile pătrate. Marele Deșert saharian din Africa este 3.6 milioane de mile pătrate și este prim pentru energie solară (mai mult de douăsprezece ore pe zi). Aceasta înseamnă că 1,2% din deșertul Sahara este suficient pentru a acoperi toate nevoile energetice ale lumii în energia solară. Nu există nici un fel de cărbune, petrol, vânt, geotermale sau nucleare pot concura cu acest lucru. Costul proiectului va fi de aproximativ cinci trilioane de dolari, un cost de o dată la prețurile de astăzi, fără nici o economie de economii la scară. Aceasta este mai mică decât costul de salvare al băncilor de către Obama în ultima recesiune. Mai ușor de imaginat costul este de 1/4 din datoria națională a SUA, și egală cu 10% din lume un an PIB. Deci, acest cost este destul de mic în comparație cu alte cheltuieli din lume. Nu există viitor în alte forme de energie. În douăzeci până la treizeci de ani, Soarele va înlocui totul. Va mai fi nevoie de combustibili lichizi, dar probabil va fi hidrogen produs prin electroliza apei și cel alimentat de energie solară. Apoi cisternele și conductele vor transporta acel hidrogen în întreaga lume. Se poate imagina, de asemenea, baterii de zirconiu sau titan care stochează cantități mari de hidrogen.
apropo, rețineți că costul unei centrale nucleare de 1 Gwe (Gigawatt electric) este de aproximativ trei miliarde de dolari. costul energiei nucleare de 17,3 TW va fi de cincizeci și două de trilioane de dolari sau de zece ori mai mare decât cel al energiei solare, chiar dacă toate celelalte probleme legate de siguranță și aprovizionarea cu uraniu sunt rezolvate.
toate acestea fiind spuse, există o aplicație de nișă pentru energia nucleară. Are cea mai mare densitate de putere din orice generație și durează cel mai mult fără realimentare. Deci, în cazul în care spațiul este limitat sau ca în spațiu departe de soare, sau în submarine energia nucleară are sens.
note suplimentare:
a existat un interes notabil pentru acest subiect și s-au pus câteva întrebări foarte bune. Este corect să prezentăm întrebările și răspunsurile aici.
întrebare: Ce este necesar pentru a atinge factorii de capacitate solară discutați în această propunere?
răspuns: S-ar putea să fi auzit un factor de capacitate de 25% menționat pentru panourile solare. Factorul 25% înseamnă în esență că un panou de două sute de wați produce doar cincizeci de wați atunci când este în medie peste douăzeci și patru de ore. De fapt, acest număr redus este un produs secundar artificial al alegerii locului de instalare. Majoritatea instalațiilor mici sunt realizate pe acoperișurile din Europa (în special Germania) și Statele Unite. Distribuția fluxului solar are o dependență puternică de latitudine. În regiunea equatorisk (latitudine în jurul valorii de zero) soarele strălucește aproape normal, iar densitatea de putere poate fi de până la paisprezece sute de wați pe metru pătrat. La o latitudine de patruzeci și cinci de grade, densitatea puterii scade cu cel puțin un factor de doi. Marile orașe din Statele Unite sunt în jur de treizeci și șapte latitudine nordică și Europa este chiar mai mare. În plus, în aceste regiuni, o parte semnificativă a anului are zile înnorate și ploioase, reducând în continuare puterea netă disponibilă. Este posibil ca o întreprindere majoră în producția solară la scară industrială să profite de vaste terenuri ecuatoriale disponibile. Site-ul propus aici ca exemplu în Sahara africană se află la Ecuator și există foarte puține zile înnorate pe an. Terenul deșertului saharian este ieftin și în mare parte neutilizat și, ca atare, ușor disponibil pentru utilizare. În această propunere, se presupune o densitate medie anuală de putere de o sută cincizeci și cinci de wați pe metru pătrat că, în comparație cu valorile maxime de o mie trei sute cincizeci până la o mie trei sute șaptezeci de wați/m2 reprezintă doar un factor de capacitate de 11%. Având în vedere douăsprezece ore de zile la Sahara și eficiența actuală mai mare de 22% pentru panourile solare, această valoare medie este cu siguranță realizabilă.
întrebare: Ce este necesar pentru a realiza costurile solare discutate în această propunere?
răspuns: costurile actuale ale panoului rulează aproximativ cincizeci și cinci de cenți pe Watt. Există costuri suplimentare pentru instalarea panoului și invertoare. Invertoarele sunt dispozitive care convertesc ieșirea de curent continuu (DC) a panourilor în curent alternativ (AC) necesar pentru transmisia pe distanțe lungi. Costurile totale rulează în prezent aproximativ nouăzeci de cenți la un dolar pe Watt instalat. În această propunere ne-am asumat realiste treizeci de cenți pe Watt. Există doi factori principali care trebuie luați în considerare în această privință. În primul rând, economia actuală se bazează pe furnizori terți, cum ar fi panourile fabricate de producătorii ChinEde. Pentru un utilitar care instalează terawați de putere, există puține motive pentru a cumpăra de la terți și pentru a îmbogăți producătorii. Deoarece producătorii fac până la douăzeci de cenți în profit pe Watt, o instalație de producție la scară largă va beneficia pe deplin de acest cost mai mic dacă își produc propriile panouri. Dacă furnizorii chinezi de panouri doresc să profite de această afacere, trebuie să fie investitori parte și să furnizeze panourile la cost și să-și facă profiturile din vânzarea puterii nu a panourilor. În ceea ce privește costurile invertorului, rețineți că principala utilizare a energiei fosile în lume nu este pentru generarea de energie electrică. Combustibilii fosili sunt utilizați pentru rularea automobilelor, încălzirea caselor, propulsia și alte utilizări industriale. Este posibil ca utilizarea principală a unei instalații solare la scară largă, cum ar fi cea de mai sus, care deplasează toate celelalte generații din lume, să producă combustibili ecologici, cum ar fi hidrogenul. Hidrogenul poate fi produs prin electroliza apei, iar energia solară DC este ușor utilizabilă pentru electroliză fără a fi nevoie de invertoare. Odată ce hidrogenul este produs, acesta poate fi transportat prin conducte și cisterne în patru colțuri ale lumii ca combustibil pentru mașini, fabrici, încălzirea locuințelor și așa mai departe. Bateriile reutilizabile la scară largă pot fi, de asemenea, fabricate din zirconiu și titan, care vor stoca hidrogenul în forma solidă sigură:-D. În cele din urmă, orice astfel de costuri sunt costuri de infrastructură, nu costuri de energie. În prezent, nu luăm în considerare costul fabricării autostrăzilor și a cisternelor și a liniilor de transmisie de înaltă tensiune ca parte a costului combustibilului. Acestea sunt costurile pe care orice civilizație le va suporta pentru a aduce confort cetățenilor săi, fie că este vorba de sursa de energie solară, fosilă sau nucleară.
întrebare: există alte preocupări de mediu cu utilizarea energiei nucleare sau solare care ar trebui luate în considerare alături de încălzirea globală?
răspuns: Există câteva îngrijorări.
- Energia nucleară necesită respingerea căldurii. Eficiența netă a unei instalații este de 30 până la 32% Din cauza restricțiilor cu ciclul apă/abur. HTGRs (reactoare cu gaz la temperaturi ridicate) care utilizează CO2 și heliu pot împinge acest lucru până la 50%, dar sunt încruntate din cauza altor probleme. În orice caz, ceea ce înseamnă asta este că pentru fiecare Watt de energie electrică produs de reactoarele nucleare trebuie să respingem doi wați în mediu. Cu energia nucleară la 10% din rețeaua electrică și 2% din producția totală de energie, acest lucru este tolerabil. Cu toate acestea, dacă cineva merge mult mai sus, rămânem fără capacitatea de respingere așa cum s-a întâmplat în Franța. Apa caldă care curge înapoi de la condensatoarele centralelor electrice este distructivă pentru ecosistemul oceanelor și râurilor în care această căldură este respinsă. În imaginea centralei nucleare de mai sus, cele două stive mari pe care le vedeți nu sunt stive de fum, deoarece centralele nucleare nu au fum (în comparație cu cărbunele). Sunt pentru respingerea căldurii în aer. Nu putem avea o producție de energie nucleară de 17,5 TW, deoarece aceasta necesită respingerea căldurii de 35 TW în mediu, cu excepția cazului în care sunt inventate și implementate unele noi tehnologii la scară largă pentru recuperarea căldurii de respingere. Apele calde din oceane și râuri sporesc viața plantelor parazitare și schimbă viața marină normală. Ele sunt, de asemenea, în detrimentul populațiilor actuale de pești, rezultând o selecție nenaturală.
- producția de panouri solare nu este ecologică în acest moment. Procesul actual de producție utilizează tehnologia de fabricare a semiconductorilor care generează poluare. Din nou, la nivelurile actuale mici, nu este o problemă mare, dar la 17 TW, trebuie concepute soluții pentru a neutraliza aceste toxine și a reduce poluarea. Tehnologia actuală de producție a panourilor solare utilizează, de asemenea, cantități mari de energie și acest lucru poate deveni un factor de luat în considerare pentru durabilitate.
întrebare: există îngrijorări cu privire la deteriorarea ecosistemului deșertului atunci când se utilizează deșerturile ca Ferme de producție solară?
răspuns: Aceasta este cea mai mică preocupare dintre toate. Proiectul propus, așa cum se arată, are nevoie doar de 1,2% din Sahara africană pentru a înlocui toate formele de producție de energie din lume. Aceasta este o parte atât de minusculă în comparație cu suprafața totală a deșertului din lume. De asemenea, va salva suprafețe vaste de teren care suferă în prezent de exploatarea pe benzi a cărbunelui și de contaminarea cu ploi acide, ca să nu mai spunem nimic despre posibile regiuni terestre radioactive în caz de accidente nucleare. În plus, ecosistemul saharian poate va înflori mai bine la umbră sub partea din spate a panourilor. Eroziunea actuală a deșerturilor duce la furtuni mari de nisip care contaminează și poluează aerul în părțile civilizate din Africa și Orientul Mijlociu. Poluarea PM10 și PM2. 5 este la niveluri epice în mare parte din aceste societăți în creștere. Fermele solare vor beneficia de fapt viața prin stabilizarea nisipului. Locuitorii acestor regiuni ale lumii ar dori probabil ca proiectul să fie mai mare și să acopere mai multe zone.
această întrebare a apărut inițial pe Quora. Puneți o întrebare, obțineți un răspuns excelent. Aflați de la experți și accesați cunoștințele privilegiate. Puteți urmări Quora pe Twitter, Facebook și Google+. Mai multe întrebări:
- știința mediului: cum va afecta încălzirea globală aprovizionarea cu alimente a SUA în următorii 20 de ani?
- Energia nucleară: cât de aproape suntem de fuziunea nucleară?
- Schimbările Climatice: Care este controversa legată de încălzirea globală?