( foto credit moet lezen SVEN HOPPE/AFP / Getty Images)
zou de wereld kunnen overschakelen op kernenergie? Zo ja, zou dat een goed tegenwicht zijn tegen de opwarming van de aarde? oorspronkelijk verscheen op Quora: the knowledge sharing network waar dwingende vragen worden beantwoord door mensen met unieke inzichten.
antwoord van Mehran Moalem, PhD, UC Berkeley, Professor, Expert op het gebied van nucleaire materialen en nucleaire Brandstofcyclus, over Quora:
ik heb cursussen gegeven in Nucleaire techniek en een paar seminarie cursussen in Alternatieve energieën. Ik heb ook twee jaar gewerkt om zes zonnefabrieken over de hele wereld op te zetten. Ondanks mijn persoonlijke voorkeur voor Nucleaire techniek, moet ik toegeven dat het moeilijk is om ervoor te pleiten. Hier is de vereenvoudigde wiskunde erachter.
het totale wereldenergieverbruik (kolen+olie+hydro-elektrische+nucleaire+hernieuwbare) in 2015 bedroeg 13.000 miljoen Ton olie-Equivalent ( 13.000 MTOE) – zie Wereldenergieverbruik & statistieken. Dit vertaalt zich in 17,3 terawatt continu vermogen gedurende het jaar.
als we nu een gebied van de aarde 335 kilometer bij 335 kilometer met zonnepanelen bedekken, zelfs met matige efficiëntieverbeteringen die vandaag gemakkelijk haalbaar zijn, zal het meer dan 17,4 TW stroom leveren. Dit gebied is 43.000 vierkante mijl. De grote Sahara woestijn in Afrika is 3.6 miljoen vierkante mijl en is prime voor zonne-energie (meer dan twaalf uur per dag). Dat betekent dat 1,2% van de Sahara-woestijn voldoende is om alle energiebehoeften van de wereld te dekken met zonne-energie. Steenkool, olie, wind, aardwarmte of kernenergie kunnen hier niet tegen op. De kosten van het project zullen ongeveer vijf biljoen dollar bedragen, eenmalige kosten tegen de huidige prijzen zonder enige schaalbesparing. Dat is minder dan de bail out kosten van banken door Obama in de laatste recessie. Makkelijker voor te stellen de kosten is 1/4 van de Amerikaanse nationale schuld, en gelijk aan 10% van de wereld een jaar BBP. Dus deze kosten zijn vrij klein in vergelijking met andere uitgaven in de wereld. Er is geen toekomst in andere energievormen. Over twintig tot dertig jaar zal zonne-energie Alles vervangen. Er zal nog steeds behoefte zijn aan vloeibare brandstoffen, maar waarschijnlijk zal het waterstof zijn dat wordt geproduceerd door elektrolyse van water en door zonne-energie. Dan zullen tankers en pijpleidingen die waterstof over de hele wereld vervoeren. Men kan zich ook zirkonium-of titaniumbatterijen voorstellen die grote hoeveelheden waterstof opslaan.Tussen haakjes, de kosten van een kerncentrale van 1 GWe (Gigawatt electric) bedragen ongeveer drie miljard dollar. de kosten van kernenergie van 17,3 TW zullen 52 biljoen dollar of tien keer zo hoog zijn als die van zonne-energie, zelfs als alle andere problemen met de veiligheid en de uraniumvoorziening worden opgelost.
dit gezegd zijnde is er een niche-toepassing voor kernenergie. Het heeft de hoogste vermogensdichtheid van elke generatie en gaat het langst mee zonder bijtanken. Dus waar de ruimte beperkt is of zoals in de ruimte ver van de zon, of in onderzeeërs is kernenergie zinvol.
aanvullende opmerkingen:
er is een opmerkelijke belangstelling voor dit onderwerp geweest en er zijn enkele zeer goede vragen gesteld. Het is niet meer dan eerlijk om hier de vragen en antwoorden te presenteren.Vraag: Wat was nodig om de in dit voorstel besproken factoren van de zonnecapaciteit te verwezenlijken?
antwoord: U hebt wellicht een capaciteitsfactor van 25% voor zonnepanelen gehoord. De 25% – factor betekent in wezen dat een 200 Watt-paneel slechts vijftig watt produceert wanneer het gemiddelde over vierentwintig uur wordt bereikt. In feite is dit lage aantal een kunstmatig bijproduct van de keuze van de installatie site. De meeste kleine installaties worden in Europa (met name in Duitsland) en de Verenigde Staten op daken uitgevoerd. De verdeling van de zonneflux is sterk afhankelijk van de breedtegraad. In het evenaarsgebied (breedtegraad rond nul) schijnt de zon bijna normaal en de vermogensdichtheid kan zo hoog zijn als veertienhonderd watt per vierkante meter. Op een breedtegraad van vijfenveertig graden daalt de vermogensdichtheid met minstens een factor twee. Grote steden in de Verenigde Staten zijn ongeveer zevenendertig noorderbreedte en Europa is nog hoger. Daarbovenop, in deze regio ‘ s, heeft een aanzienlijk deel van het jaar bewolkte en regenachtige dagen die het netto beschikbare vermogen verder verminderen. Het is denkbaar dat een grote onderneming op het gebied van de industriële zonne-energie gebruik zal maken van de uitgestrekte beschikbare equatoriale gebieden. De site hier voorgesteld als een voorbeeld in de Afrikaanse Sahara is op de evenaar en er zijn zeer weinig of geen bewolkte dagen per jaar. De Sahara woestijn land is goedkoop en meestal ongebruikt en als zodanig gemakkelijk beschikbaar voor gebruik. In dit voorstel wordt ervan uitgegaan dat een gemiddelde jaarlijkse vermogensdichtheid van honderdvijftig watt per vierkante meter in vergelijking met piekwaarden van duizend driehonderdvijftig tot duizend driehonderdzeventig Watt/m2 slechts een capaciteitsfactor van 11% vertegenwoordigt. Gezien twaalf uur per dag in de Sahara en de huidige efficiëntie van meer dan 22% voor zonnepanelen, is deze Gemiddelde waarde zeker haalbaar.Vraag: Wat is nodig om de in dit voorstel besproken zonnekosten te realiseren?
antwoord: het huidige paneel kost ongeveer vijfenvijftig cent per Watt. Er zijn extra kosten voor paneelmontage en omvormers. De omvormers zijn apparaten die de gelijkstroom (DC) uitgang van panelen om te zetten in wisselstroom (AC) nodig voor lange afstand transmissie. De totale kosten lopen momenteel ongeveer negentig cent tot een dollar per watt geïnstalleerd. In dit voorstel hebben we uitgegaan van de realistische dertig cent per Watt. Er zijn twee belangrijke factoren die in dit verband in aanmerking moeten worden genomen. Ten eerste is de huidige economie gebaseerd op externe leveranciers zoals panelen gemaakt door Chinese fabrikanten. Voor een hulpprogramma installeren terawatt van de macht, is er weinig reden om te kopen van derden en verrijken de fabrikanten. Aangezien de fabrikanten maar liefst twintig cent winst per Watt maken, zal een grootschalige productiefaciliteit volledig profiteren van die lagere kosten als ze hun eigen panelen produceren. Als Chinese paneelleveranciers willen profiteren van deze onderneming moeten ze deelinvesteerders zijn en de panelen tegen kostprijs leveren en hun winst maken uit de verkoop van de power not panels. Wat de kosten van de omvormer betreft, moet erop worden gewezen dat fossiele energie in de wereld vooral niet wordt gebruikt voor de opwekking van elektriciteit. Fossiele brandstoffen worden gebruikt voor het besturen van auto ‘ s, het verwarmen van huizen, aandrijving en andere industriële toepassingen. Het is denkbaar dat het belangrijkste gebruik van een grootschalige zonne-installatie zoals hierboven, die alle andere generatie in de wereld verdringt, is in de productie van milieuvriendelijke brandstoffen zoals Waterstof. Waterstof kan worden geproduceerd door elektrolyse van water en de zonne-gelijkstroom is gemakkelijk bruikbaar voor elektrolyse zonder een noodzaak voor omvormers. Zodra waterstof wordt geproduceerd, kan het worden getransporteerd door pijpleidingen en tankers naar vier hoeken van de wereld als brandstof voor auto ‘ s, fabrieken, huisverwarming en ga zo maar door. Grootschalige herbruikbare batterijen kunnen ook worden gemaakt van zirkonium en titanium dat waterstof opslaat in de veilige vaste stof:-D vorm. Tot slot zijn dergelijke kosten infrastructuurkosten en geen energiekosten. Momenteel rekenen we de kosten van het maken van snelwegen en tankers en hoogspanningslijnen niet als een deel van de kosten van de brandstof. Dat zijn kosten die elke beschaving zal dragen om troost te brengen aan haar burgers of het nu de bron van energie is zonne -, fossiele of nucleaire.
Vraag: zijn er nog andere milieubezwaren met het gebruik van kernenergie of zonne-energie die naast de opwarming van de aarde moeten worden overwogen?
antwoord: er zijn enkele zorgen.
- Kernenergie vereist warmteafstoting. Het netto rendement van een installatie is 30 tot 32% door beperkingen met de water / stoomcyclus. HTGRs (hoge-temperatuur Gasreactoren) met behulp van CO2 en helium kan duwen dit tot 50%, maar worden afgekeurd als gevolg van andere problemen. Dat betekent in ieder geval dat men voor elke watt elektriciteit die door kernreactoren wordt geproduceerd, twee watt moet afstoten naar het milieu. Met kernenergie op 10% van het elektriciteitsnet en 2% van de totale energieproductie is dit aanvaardbaar. Als men echter veel verder gaat dan dat, dan raken we de afwijzingscapaciteit kwijt, zoals in Frankrijk is gebeurd. Warm water dat terugvloeit van de condensors van de centrale is destructief voor het ecosysteem van de oceanen en rivieren, waar deze warmte wordt afgekeurd. In de foto van de kerncentrale hierboven zijn de twee grote stapels die je ziet geen rookstapels omdat kerncentrales geen rook hebben (in vergelijking met kolen). Ze zijn voor warmteafstoting naar lucht. We kunnen geen 17,5 TW nucleaire energieproductie hebben, omdat dat 35 TW warmteafstoting naar het milieu vereist, tenzij een aantal grootschalige nieuwe technologieën voor afgekeurde warmteterugwinning worden uitgevonden en geïmplementeerd. De warme wateren in oceanen en rivieren verbeteren het parasitaire plantenleven en veranderen het normale zeeleven. Ze zijn ook schadelijk voor de huidige vispopulaties, wat resulteert in onnatuurlijke selectie.
- de productie van zonnepanelen is momenteel niet milieuvriendelijk. Het huidige productieproces maakt gebruik van halfgeleiderproductietechnologie die vervuiling genereert. Ook op de huidige kleine niveaus is het niet veel van een probleem, maar bij 17 TW moeten oplossingen worden bedacht om die toxines te neutraliseren en de vervuiling te verminderen. Ook de huidige zonnepaneelproductietechnologie maakt gebruik van grote hoeveelheden energie en dat kan een factor worden om rekening mee te houden voor duurzaamheid.
Vraag: zijn er problemen met het beschadigen van het woestijnecosysteem bij het gebruik van de woestijnen als zonneboerderijen?
antwoord: Dit is de minste zorg van allen. Het voorgestelde project heeft, zoals blijkt, slechts 1,2% van de Afrikaanse Sahara nodig om alle vormen van energieproductie in de wereld te vervangen. Dat is zo ‘ n minuscuul deel vergeleken met het totale woestijngebied in de wereld. Ook zal het enorme stukken land redden die momenteel te lijden hebben van de winning van steenkool uit de strook en van verontreiniging door zure regen, om nog maar te zwijgen van mogelijke radioactieve gebieden in het geval van nucleaire ongevallen. Bovendien zal het Sahara ecosysteem misschien beter gedijen in de schaduw onder de achterkant van de panelen. De huidige erosie van de woestijnen resulteert in grote zandstormen die de lucht besmetten en vervuilen in beschaafde delen van Afrika en het Midden-Oosten. De PM10 en PM2.5 vervuiling is op epische niveaus in veel van deze groeiende samenlevingen. Zonneboerderijen zullen het leven ten goede komen door het zand te stabiliseren. De bewoners van deze regio ‘ s van de wereld zouden waarschijnlijk willen dat het project groter was en meer gebieden besloeg.
deze vraag verscheen oorspronkelijk op Quora. Stel een vraag, krijg een geweldig antwoord. Leer van experts en krijg toegang tot insiderkennis. Je kunt Quora volgen op Twitter, Facebook en Google+. Meer vragen:
- Milieuwetenschappen: hoe zal de opwarming van de aarde invloed hebben op de voedselvoorziening van de VS in de komende 20 jaar?
- Kernenergie: hoe dicht staan we bij kernfusie?
- Klimaatverandering: Wat is de controverse rond de opwarming van de aarde?