В 2019 году газета New York Times сообщила: "По мере того как в регионе бурно развивается солнечная энергетика, растут и просроченные свинцово-кислотные батареи для солнечных панелей на крышах и литиевые аккумуляторы для солнечных ламп. Электронные отходы могут нанести вред окружающей среде, пропуская опасные химические вещества в грунтовые воды, и навредить людям, которые собирают вторсырье вручную".
Города требуют концентрированной энергии. Сегодня человечество использует топливо, которое в тысячу раз более энергоемко, чем здания, заводы и города, которые оно питает. Таким образом, низкая плотность энергии возобновляемых источников представляет собой проблему не только для защиты окружающей среды, но и для поддержания человеческой цивилизации.
Человеческой цивилизации пришлось бы занимать в сто - тысячу раз больше места, если бы она полагалась исключительно на возобновляемые источники энергии. "Такой разрыв в плотности мощности между ископаемыми и возобновляемыми источниками энергии, - пишет энергетический аналитик Вацлав Смил, - оставляет ядерную генерацию единственной коммерчески проверенной неископаемой альтернативой с высокой плотностью мощности".
А как насчет заявления Элона Маска о том, что крошечный квадрат солнечных панелей может обеспечить энергией Соединенные Штаты? Это было глубокое введение в заблуждение.
Если единственным требованием является производство того же количества электроэнергии, что и в Соединенных Штатах в настоящее время, независимо от времени суток или сезона, Маск занизил требуемую площадь земли на 40 %. Даже если разместить солнечные панели в самом солнечном месте - экологически уязвимой пустыне Соноран в Аризоне, - его солнечная ферма займет площадь, превышающую площадь штата Мэриленд.
Маск исказил информацию о количестве энергии, которую нужно будет накапливать. Его квадрат солнечной пустыни будет вырабатывать только две пятых годового объема электроэнергии в осенние и зимние месяцы, но Соединенные Штаты потребляют почти 50 процентов всей своей годовой электроэнергии в холодную часть года.
Это означает, что примерно 10 процентов годового спроса в Соединенных Штатах, около 400 тераватт-часов, придется хранить в батареях (которые будут заряжаться и разряжаться только один раз в год) в течение одной половины года для использования в течение другой. При нынешних ценах на литиевые батареи это составляет 188 триллионов долларов.
Это огромные затраты, но мы можем решить эту проблему, перестроив его солнечную ферму на 30 процентов, чтобы она заняла площадь в восемнадцать тысяч квадратных миль. Это будет на 80 процентов больше, чем первоначальный расчет Маска, и эквивалентно площади Мэриленда и Коннектикута вместе взятых. Таким образом, мы сможем приблизиться к заявлению Маска о том, что нам понадобится всего шестнадцать тераватт-часов при стоимости в 7,5 триллиона долларов.
Маск также утверждает, что батареи потребуют всего одну квадратную милю земли, но если использовать в качестве образца совершенно новый объект в Эскондидо, штат Калифорния, где батареи емкостью 120 мегаватт-часов занимают 1,2 акра, то рекомендованные им шестнадцать тераватт-часов займут 250 квадратных миль.
В этих расчетах учитывается только электричество. Если мы выйдем за рамки электричества и включим в расчеты все виды энергии, требования к площади быстро выйдут из-под контроля. Например, если Соединенные Штаты попытаются производить всю потребляемую энергию с помощью возобновляемых источников, потребуется от 25 до 50 процентов всей земли в США. Для сравнения, сегодняшняя энергетическая система требует всего 0,5 процента земли в Соединенных Штатах.
Солнечные панели и ветряные турбины просто не возвращают достаточно энергии за те средства, которые были затрачены на их создание, особенно если учесть необходимость хранения энергии.
Одно новаторское исследование показало, что в Германии, где атомные и гидроэлектрические плотины производят в семьдесят пять и тридцать пять раз больше энергии соответственно, чем требуется для их создания, солнечная энергия, ветер и биомасса производят всего в 1,6, 3,9 и 3,5 раза больше. Уголь, газ и нефть дают примерно в тридцать раз больше энергии, чем требуется.
Подобно тому, как гораздо более высокая плотность энергии угля сделала возможной промышленную революцию, гораздо более низкая плотность энергии солнца и ветра сделала бы невозможной современную высокоэнергетическую, урбанизированную и индустриальную цивилизацию. И, как мы видели, для некоторых сторонников возобновляемых источников энергии это всегда было целью.
В своем разоблачительном материале за 2019 год Der Spiegel приходит к выводу, что переход Германии на возобновляемые источники энергии был просто осуществлен неправильно, но это неверно. Переход на возобновляемые источники энергии был обречен, потому что современные индустриальные люди, какими бы романтиками они ни были, не хотят возвращаться к досовременной жизни.
6. Почему разбавленная энергия разрушает
С 1970-х годов, когда возобновляемая энергетика была предложена в качестве альтернативы атомной, большинство сценариев стопроцентного использования возобновляемых источников энергии в значительной степени зависели от сжигания биомассы, когда не светит солнце и не дует ветер. Биомасса стала ключевым компонентом европейской возобновляемой энергетики: гигантские угольные станции, такие как Drax в Великобритании, были переоборудованы для сжигания древесных гранул, часто поставляемых из американских лесов, а сельскохозяйственные земли в Германии были изъяты из производства продуктов питания для выращивания энергетических культур.
Однако защитники природы выступают против использования биомассы и биотоплива с 2008 года, когда стало понятно все их воздействие на окружающую среду.
Для снабжения тысячемегаваттной электростанции, работающей на древесной биомассе 70 процентов года, требуется 3 364 квадратных километра лесных угодий в год. Если всего 10 процентов электроэнергии в Соединенных Штатах будет производиться на электростанциях, работающих на древесной биомассе, то для производства топлива для них потребуется площадь лесных угодий размером с Техас.
Предыдущие расчеты выбросов от биоэнергетики не учитывали выбросы, возникающие в результате преобразования лесов в сельскохозяйственные угодья в разных частях мира, чтобы компенсировать потерю сельскохозяйственных земель в странах, переходящих на использование биомассы и биотоплива. Прямые выбросы от сжигания в сочетании с этими неблагоприятными изменениями в землепользовании означают, что количество диоксида углерода , выделяемого при производстве и сжигании биомассы и биотоплива, выше, чем при сжигании ископаемого топлива.
Ученые теперь знают, что кукуруза при производстве и использовании этанола выделяет в два раза больше парниковых газов, чем бензин. Даже трава коммутатора, которую долгое время называли более экологичной, производит на 50 процентов больше выбросов.
Главная проблема биотоплива - необходимость в земле - обусловлена его низкой удельной мощностью. Если бы Соединенные Штаты заменили весь свой бензин кукурузным этанолом, им потребовалась бы площадь, на 50 процентов превышающая все нынешние американские пахотные земли.
Даже самые эффективные виды биотоплива, например, из соевых бобов, требуют в 450-750 раз больше земли, чем нефть. Самый эффективный вид биотоплива, этанол из сахарного тростника, широко используемый в Бразилии, требует в 400 раз больше земли для производства того же количества энергии, что и нефть.
Когда в 2002 году я стал соучредителем проекта "Новый Аполлон", мы думали, что "продвинутое биотопливо" из целлюлозного этанола станет большим улучшением. Но это оказалось не так. Удельная мощность целлюлозного этанола оказалась не лучше, чем у этанола из бразильского сахарного тростника. С 2009 по 2015 год американские налогоплательщики вложили в неудачные эксперименты с биотопливом поразительные 24 миллиарда долларов.
Правительства редко останавливают ветряные проекты или требуют изменить расположение или работу ветряных турбин. Правительства также не требуют, чтобы разработчики ветряных электростанций сообщали, когда они убивают птиц и летучих мышей, или подсчитывали погибших. Ветростроители даже подали в суд, чтобы не допустить доступа общественности к данным о гибели птиц.
Ученые утверждают, что число погибших птиц занижается, поскольку падальщики, например койоты, быстро поедают их, а части тела часто оказываются за пределами радиуса поиска. "Недавно я нашел двух беркутов, смертельно раненных современными ветряными турбинами, сразу после того, как наблюдал за ними", - написал один ученый в 2018 году. Оба орла "оказались за пределами максимального радиуса поиска, и оба не оставили никаких свидетельств своих столкновений в радиусе поиска"
Таким образом, общепринятая практика ограничения числа погибших радиусом поиска "аналогична исключению смертельных случаев на шоссе, - писал ученый, - когда смертельные случаи обнаруживаются за краем дороги"
Разработчикам ветряных электростанций разрешено самостоятельно сообщать о нарушениях Закона о договоре о мигрирующих птицах, Закона о видах, находящихся под угрозой исчезновения, и Закона о защите лысых и беркутов. Только Гавайи требуют, чтобы данные о гибели птиц и летучих мышей собирались независимой третьей стороной и предоставлялись общественности по запросу.