Twoja wyszukiwarka

ŁUKASZ A. TURSKI
ENERGETYCZNE DYLEMATY
Wiedza i Życie nr 11/1998
Artykuł pochodzi z "Wiedzy i Życia" nr 11/1998

MARTWIMY SIĘ, ŻE KLIMAT SIĘ OCIEPLA I WINIMY O TO PRZEDE WSZYSTKIM ENERGETYKĘ I SAMOCHODY. TYMCZASEM W ZASIĘGU RĘKI SĄ TECHNOLOGIE PRZYJAZNE ŚRODOWISKU, KTÓRYCH - NAJCZĘŚCIEJ Z BRAKU WIEDZY - PO PROSTU SIĘ BOIMY.

Fot. Photo Disc

Gdy mój poprzedni artykuł o energii ukazał się w "Wiedzy i Życiu", w grudniu 1997 roku, w Kioto obradowała konferencja ONZ poświęcona globalnemu ociepleniu klimatu Ziemi. Zakończyła się uchwaleniem deklaracji nawołującej do ograniczenia emisji tzw. gazów cieplarnianych, a zwłaszcza CO2, tak by w pierwszym dwudziestoleciu XXI wieku nie przekroczyła ona poziomu z lat dziewięćdziesiątych.

Nie wiadomo, czy deklaracja z Kioto zostanie szybko ratyfikowana, bowiem głównymi producentami gazów szklarniowych są teraz raczej państwa rozwijające się, np. Chiny. Ponadto deklaracja Kioto oparta jest na podstawach naukowych, które nie są uznawane za poprawne przez pokaźną grupę poważnych badaczy. (Interesujące materiały dotyczące tego tematu można znaleźć w Internecie na stronie http://www.marshall.org).

Emisja gazów szklarniowych, o czym pisałem w poprzednim artykule, jest związana głównie z dwoma aspektami naszej cywilizacji: wytwarzaniem energii z paliw kopalnych i z transportem, głównie kołowym. Rycina 1, zaczerpnięta z jednego z ostatnich biuletynów ONZ, pokazuje procentowy udział w emisji CO2 różnych obszarów naszej technologicznej działalności. Z kolei ryc. 2 pokazuje podobne dane dotyczące emisji metanu.

Ryc. 1 Źródła emisji CO2 (na górze)

Ryc. 2 Źródła emisji metanu (na dole)

Ciągle nie wiadomo, czy ta właśnie działalność człowieka ma wpływ na globalne ocieplenie klimatu i czy rzeczywiście takie ocieplenie ma obecnie miejsce. Jest rzeczą znamienną, że IPPC (Intergovernmental Panel on Climate Change - Międzyrządowy Zespół Badania Zmian Klimatu), agenda ONZ, systematycznie tonuje swoje prognozy. I tak w 1990 roku IPCC przewidywał wzrost średniej globalnej temperatury do 2100 roku o 3.3oC, dwa lata później zrewidował tę przepowiednię do 2.8oC, a w 1995 roku zmniejszył ją jeszcze bardziej - do 1-2oC.

Dane o globalnym ociepleniu nie są niepodważalne. (Czytelnikom zainteresowanym tym problemem polecam artykuł prof. Zbigniewa Jaworowskiego, Czy człowiek zmienia klimat?, zamieszczony w majowej "Wiedzy i Życiu", oraz wydaną w ub.r. bardzo ciekawą książkę prof. Christiana-Dietricha Schoenwiese pt. Klimat i człowiek, Prószyński i S-ka).

Jesteśmy w sytuacji dość niejasnej. Emitujemy pokaźne ilości gazów szklarniowych do atmosfery, ale nie istnieją niepodważalne dowody, że ma to wpływ na ocieplenie Ziemi. Tak zwana polityczna poprawność nakazuje jednak wszystkim bez chwili zastanowienia powtarzać, że to my, ludzie, a nie np. "demony" powodujące wybuchy wulkaniczne, jesteśmy odpowiedzialni za obecną sytuację klimatyczną świata.

Wiemy natomiast, że globalne zastąpienie obecnie stosowanych technologii wytwarzania energii z paliw kopalnych tzw. alternatywnymi źródłami (wiatr, przypływy morza itp.) jest równie abstrakcyjne, jak bezpośrednie wykorzystanie energii słonecznej, o czym pisałem uprzednio. Czy zatem oparta na konsumpcji energii cywilizacja musi paść, jak niegdyś Rzym, pod ciosami ekologicznego barbarzyństwa? Jak zapewnić globalnie dostatek energii?

Problem jest wyjątkowo trudny nie tylko technicznie czy naukowo, ale przede wszystkim politycznie. Politycy, od Chicago do Tobolska, długo okłamywali ludzi, podpierając się przy tym nieuczciwymi utytułowanymi specjalistami. Gdy bzdurne zapewnienia o stuprocentowym bezpieczeństwie energetyki jądrowej skonfrontowane zostały z poważnie przesadzonymi informacjami o rozmiarach katastrofy w Czarnobylu, społeczeństwo - uwiedzione postmodernistycznym bełkotem o urokach "innej cywilizacji" - postanowiło odwrócić się od ulepszania i wprowadzania do powszechnego użycia jedynego znanego dziś, ekologicznie czystego i nie zagrażającego ociepleniem klimatu sposobowi wytwarzania energii - energii jądrowej.

W postawionym wcześniej pytaniu ważne jest słowo globalnie. Nie ma bowiem najmniejszego powodu, aby wszędzie, gdzie to technicznie możliwe i ekonomicznie uzasadnione, nie korzystać z każdej dostępnej alternatywnej formy wytwarzania energii. Oczywiście, najważniejsza jest bezpośrednia energia słoneczna. Zbudowana z kilku kawałków tektury falistej i folii aluminiowej kuchenka słoneczna rozwiązuje problemy gotowania w wielu obozach dla uchodźców afrykańskich. Walijska firma Dulas Engineering produkuje słoneczne układy zasilania lodówek i wyposażenia szpitalnego pozwalające sterylizować sprzęt medyczny, gdy brakuje normalnego zasilania w prąd elektryczny. Wiele szpitali w Erytrei może pracować non stop dzięki zastosowaniu takiego zasilania.

Ryc. 3. Już pół wieku temu słynny polski fizyk Arkadiusz Piekara przewidział, że poważnym problemem rozwoju energetyki jądrowej może być dywersja

W niewielkiej skali alternatywnym źródłem energii może być też sam człowiek. Angielski inżynier Trevor Baylis zbudował proste radio tranzystorowe zasilane ręcznie napędzanym dynamem ładującym wewnętrzny akumulator (jako dziecko miałem taką latarkę). Wystarczy 25 sekund "nakręcania", by radio grało godzinę. Południowoafrykańska firma BayGen produkuje 20 tys. takich odbiorników miesięcznie, które - dzięki administracji tego kraju oraz ONZ i Czerwonemu Krzyżowi - są dostarczane powszechnie do obozów uchodźców i ludności na obszarach zagrożonych epidemiami, np. AIDS.

Tak więc lokalnie i na bardzo małą skalę możemy wiele zdziałać, posługując się alternatywnymi źródłami energii. Kuchenka słoneczna z tektury jest ratunkiem w ogołoconym z drzew, a nawet nawozu bydlęcego obozie uchodźców w szarpanej wojną Rwandzie. Nie jest żadnym rozwiązaniem w przeludnionym Lagos czy Pekinie, nie mówiąc o krajach uprzemysłowionych, w których rozwój i dostatek energii pozwoliły zbudować tranzystor i "nakręcane" radio.

Prędzej czy później ludzkość musi sięgnąć do nowych źródeł energii, i to takich, których użyteczna gęstość energii jest większa niż obecnie znanych paliw, takich jak węgiel czy ropa naftowa. Nauka niewątpliwie z tym problemem się upora, o czym świadczy historia naszych dziejów. Dlatego żal, że Ministerstwo Edukacji Narodowej propaguje jawnie antynaukowe wypowiedzi na ten temat, zawarte w podręczniku dr Anny Kalinowskiej pt. Ekologia - wybór przyszłości (Editions Spotkania, Warszawa 1994), w którym sformułowana jest "czarna lista" sprawców nieszczęść ludzkości zaczynająca się od Kartezjusza i Newtona i obejmująca, ramię w ramię, Adama Smitha i Karola Marksa.

Jedno takie wydajne źródło energii już mamy: energetykę jądrową opartą na procesach rozbicia jądra atomowego. Jest ona technologicznie rozwiniętym działem przemysłu, funkcjonującym obecnie i mogącym w relatywnie krótkim czasie dostarczyć niemal całej energii elektrycznej potrzebnej ludzkości. I to bez istotnych zagrożeń ekologicznych będących przedmiotem konferencji Kioto '97. "Wiedza i Życie" wielokrotnie publikowała artykuły poświęcone zasadom energetyki jądrowej, nie będę więc powtarzał powszechnie znanych faktów.

Chciałbym podkreślić, że energetyka jądrowa to przede wszystkim problem polityczny. Od zarania jej dziejów wiadomo było, iż ten rodzaj energetyki jest związany z produkcją broni jądrowej. Rycina 3 pokazuje diagram ze wspaniałej książki Arkadiusza Piekary pt. Fizyka stwarza nową epokę, na którym już w 1947 roku ten znakomity fizyk zaznaczył podstawowe drogi sabotażu nuklearnego. Sabotaż atomowy jest bowiem jedynym naprawdę "godnym uwagi" problemem bezpieczeństwa energetyki jądrowej. Przy czym nie chodzi tu tyle o domorosłą produkcję broni jądrowej (gdyby to było tak proste, dyktatorzy już dawno obrzucaliby się bombami atomowymi jak śnieżkami), ile o wywoływanie masowych skażeń radioaktywnych. Stopień determinacji terrorystów, a także głupota handlarzy materiałami radioaktywnymi są zdecydowanie nie doceniane przez opinię publiczną.

Energetyka jądrowa jest bezpieczna i może być jeszcze bezpieczniejsza pod warunkiem wszakże, że propagujące ją środowiska przestaną traktować resztę obywateli jak idiotów i opowiadać niestworzone bajki o bezpieczeństwie reaktorów. Wypadek w Three Mile Island, który nie doprowadził do katastrofy, był już fatalnie "sprzedany" opinii publicznej, natomiast katastrofa czarnobylska i jej "rozegranie" w mediach przez polityków radzieckich oraz wielu ekspertów, w tym polskich, poderwały na wiele lat zaufanie do energetyki jądrowej.

Głębokie niezrozumienie problemów energetyki jądrowej bierze się z niewiedzy ludzi. Jest zastanawiające, jak programy szkolne z fizyki i chemii potrafią obrzydzić te zagadnienia młodzieży.

Ryc. 4. Schemat ogniwa paliwowego na benzynę, opracowanego w firmie Arthur D. Little

- Paliwo ciekłe podlega parowaniu.
- Paliwo spalane jest z małą ilością powietrza, tworząc tlenek węgla i wodór.
- Usuwana jest siarka dla uniknięcia jej emisji do atmosfery.
- Reakcja katalityczna, w której przy wykorzystaniu ciepła z obszaru 2 powstaje dodatkowy dwutlenek węgla i dodatkowy wodór.
- Pozostały tlenek węgla jest utleniany w celu zmniejszenia jego koncentracji.
- Wodór łączy się z powietrzem, wytwarzając elektryczność napędzającą pojazd, wodę i ciepło.

Na zakończenie chciałbym wrócić do kwestii gazów cieplarnianych. Z ryciny 1 wynika, że podstawowym źródłem ich emisji są samochody spalinowe. Idealnym rozwiązaniem byłyby więc auta elektryczne. Próbowano je budować jeszcze w ubiegłym wieku; znano przecież już wtedy akumulatory. Warto przypomnieć, że jedną z pierwszych ofiar wypadku samochodowego, opisanego przez "New York Times" we wrześniu 1896 roku, był niejaki Smith, przejechany przez samochód elektryczny! Przyczynami, dla których samochody elektryczne nie rozpowszechniły się tak jak spalinowe, są ich niewielki zasięg i konieczność częstego ładowania akumulatorów. Ale i w tej dziedzinie nastąpi przełom.

Kilka miesięcy temu amerykański koncern badawczy Arthur D. Little (ADL) ujawnił swój pomysł samochodu elektrycznego... na benzynę (ryc. 4). Silnik ADL zainstalowano w samochodzie Chrysler Neon. Jest on napędzany prądem wytwarzanym przez baterie paliwowe.

Baterie paliwowe, znane od XIX wieku, mają wysoką sprawność (ramka Ogniwo paliwowe na s. 41). W ogniwach takich produktem ubocznym wytwarzania energii elektrycznej jest jedynie czysta woda. Są one wykorzystywane do wielu celów, np. jako awaryjne źródła zasilania w pojazdach kosmicznych. Podstawowym problemem tych ogniw jest dostarczanie wodoru. Przechowywanie go w stanie ciekłym czy gazowym wiąże się z dużym ryzykiem. Dlatego od dawna poszukiwano metody bezpiecznego gromadzenia wodoru, który następnie można by spalać w "normalnym" silniku. Stąd np. niebywale ciekawe z punktu widzenia fizyki badania nad przechowywaniem wodoru w metalach, np. tytanie lub wanadzie. Niestety, metody te są nadal technicznie nie dopracowane.

Pomysł firmy ADL, o ile go dobrze rozumiem, polega na wykorzystaniu wodoru zawartego w mieszaninie węglowodorów, jaką jest benzyna, ropa naftowa czy nafta. Niskotemperaturowy proces rozkładu paliwa w urządzeniu ADL gwarantuje, że nie tworzą się przy tym szkodliwe tlenki azotu, a powstający węgiel łatwo da się wychwycić za pomocą odpowiednich filtrów. Czysty wodór i tlen są następnie wykorzystywane w baterii paliwowej. Według informacji ADL, silnik ten już obecnie spełnia żądanie legislatury kalifornijskiej, aby w niedalekiej przyszłości dopuszczać do ruchu tylko te samochody, które potrafią przejechać 80 mil, zużywając jeden galon benzyny, czyli niespełna 3 litry na 100 km.

Ważne w pomyśle ADL jest to, że z punktu widzenia użytkownika samochód elektryczny pozostaje zwykłym autem, które trzeba będzie rzadziej tankować. Przemysł naftowy nie zerwie więc związku z motoryzacyjnym, co mogłoby przecież doprowadzić do katastrofy ekonomicznej współczesnego świata.

Niezależnie od tego, czy pomysł ADL znajdzie praktyczne zastosowanie, czy też nie (dziś kosztuje około 30 tys. dolarów), w przyszłości czysty silnik samochodowy zostanie zbudowany. Ciekawość ludzka nie ma granic, toteż na pewno gdzieś ktoś, podobnie jak sir William Grove, wymyśli pozornie bezużyteczne urządzenie, takie jak bateria paliwowa, które okaże się tym właśnie rozwiązaniem. Trzeba tylko mieć odwagę myśleć i przede wszystkim uczyć się. Carl Sagan, zmarły niedawno amerykański astronom i znany popularyzator wiedzy, nazwał naukę świecą oświetlającą ciemny pokój. Światła tego dostarcza nam sama przyroda, jeśli poznajemy jej prawa i potrafimy je należycie wykorzystać.

Aby bezpiecznie posługiwać się tymi prawami - ludzkość musi wierzyć swoim ekspertom, czyli uczonym. Aby im wierzyła - nie powinny mieć miejsca takie skandale, jak z raportami IPPC i nie powinno się dzieciom w szkole mącić w głowach stwierdzeniami, że "czarna lista" nauki obejmuje Newtona, Smitha i Marksa!

Prof. dr hab. ŁUKASZ A. TURSKI pracuje w Centrum Fizyki Teoretycznej PAN oraz w Szkole Nauk Ścisłych w Warszawie.

O podobnych zagadnieniach przeczytasz w artykułach:
(12/97) ENERGIA I MY