Energie sleduje své předurčení

1. 3. 2010 / John Michael Greer

Řada nových energetických technologií diskutovaných v těchto dnech tak nadšeně na internetu může být docela dobře symbolem tohoto sklonu. Myslím, že většina lidí v komunitě ropného zlomu si je nyní například vědoma toho, že rozsáhlé plány na výrobu etanolu z americké kukuřice coby řešení problému vyčerpávání ropných zásob přehlédly jednu malou, ale důležitou drobnost: Vezmeme-li v úvahu opravdu vše, pěstování kukuřice a její proměna v etanol spotřebovává více energie, než se spálením etanolu získá zpět. Není vůbec překvapivé, že se na to zapomnělo, protože stejná špatná logika dnes tvoří základ překvapivě velké části naší kolektivní rozpravy o energetice.

Základní omyl, který vedl k nafouknutí a prasknutí etanolové bubliny, je, jak se zdá, do naší kultury pevně vrostlý... problémem je, že způsob, jakým dnes většina lidí uvažuje o energii, takřka znemožňuje pochopit logiku, o niž tu skutečně jde. Většina lidí se domnívá, že když energii lze definovat jako kapacitu k vykonání nějaké práce, tak máte-li určité množství energie, můžete s ní zkrátka příslušnou práci provést. To vypadá velice logicky; problémem však je, že skutečný svět takto nefunguje.

Ve skutečném světě musíte vzít v úvahu ještě přinejmenším další dvě věci. První z nich samozřejmě byla v okruhu zabývajícím se ropným zlomem věnována rozsáhlá diskuse: Abychom zjistili efektivní energetický zisk z nějakého energetického zdroje, musíme odečíst množství energie potřebné k získání tohoto energetického zdroje a jeho zapojení do práce. To je problém čisté energie (net energy), a je to také past, do níž se chytila značná část amerického etanolového průmyslu; etanol z kukuřice coby zdroj energie dává smysl jedině tehdy, pokud ignorujete, kolik energie musíte vložit do jeho výroby.

Druhá věc je ta, na niž bych zde chtěl položit důraz. Byla diskutována o dost méně, ale je ještě důležitější než otázka čisté energie, a vyplývá z jednoho z nejtvrdších fyzikálních zákonů, totiž z druhého termodynamického zákona. Je třeba chápat, že na tom, kolik energie máte právě k dispozici - dokonce i po odečtení energetických nákladů - pokud přijde na to udělat práci ve skutečnosti mnoho nezáleží. Množství práce, které získáte z daného energetického zdroje, totiž nezávisí na samotném množství energie, ale na rozdílu koncentrací energie mezi energetickým zdrojem a prostředím.

Prosím, přečtěte si to ještě jednou: Množství práce, které získáte z daného energetického zdroje, nezávisí na množství energie, které zdroj obsahuje, ale na rozdílu v koncentraci energie mezi zdrojem a prostředím.

Pochopeno? Tak se na to teď podívejme zblízka.

Je-li energie ponechána sama sobě, vždycky směřuje z koncentrovanějšího stavu do stavu méně koncentrovaného; proto káva ve vašem ranním šálku, pokud ji ponecháte na stole příliš dlouho, vystydne. Teplo, které bylo v kávě obsaženo, dosud existuje, protože energii nelze vytvořit ani zničit; stalo se prostě pro vás nevyužitelným, protože většina z něj se rozptýlila do prostředí a zvýšila o zlomek stupně teplotu vzduchu ve vaší jídelně. Stejně tak je ještě teplo ještě obsaženo v kávě, protože ta přestane chladnout teprve po dosažení pokojové teploty a nepokračuje dál k absolutní nule, nicméně káva o pokojové teplotě vás během studeného zimního rána nezahřeje.

Když sedíte a uvažujete o své vystydlé kávě, v jistém velmi omezeném smyslu čelíte energetické krizi; energetické zdroje, které máte k dispozici (zbytkové teplo obsažené v kávě) neudělají to, co jste od nich očekávali (nezahřeje vás). Všimněte si tedy, že netrpíte nedostatkem energie - v jídelně je přítomno přesně stejné množství energie, jako v okamžiku, kdy byla káva čerstvě uvařena. To co se změnilo je nedostatečný rozdíl v koncentraci energie, který by energii umožnil vykonat užitečnou práci. (Technický termín pro to zní exergie.) Jak svou energetickou krizi vyřešíte? Tak či onak, musíte zvýšit koncentraci energie svého energetického zdroje ve srovnání s tepelným prostředím v místnosti. Můžete toho dosáhnout tím, že studenou kávu vylejete a uvaříte si novou, nebo ohřátím kávy již existující. Tak či onak, musíte investovat nějakou energii, a to znamená nechat ji přejít z vyšší koncentrace do nižší.

Pokaždé, když k něčemu používáte energii, musíte části z ní dovolit, aby, možno-li tak říci, sledovala své předurčení a přešla z vyšší koncentrace do nižší. Čím více práce chcete udělat, tím více exergie vynaložíte; můžete toho dosáhnout tím, že dovolíte, aby se rozptýlilo malé množství vysoce koncentrované energie, nebo tím, že to dovolíte mnohem většímu množství mírně koncentrované energie, nebo něčím mezi tím. Nicméně tak či onak, celkový rozdíl mezi koncentrací energie zdroje a prostředí - celková exergie - se vykonáním práce snižuje. Všimněte si, můžete s energií provádět spoustu věcí, pokud jste ochotni za to zaplatit; můžete ji měnit z jedné formy na druhou, a můžete dokonce koncentrovat určité množství energie obětováním mnohem většího množství odpadního tepla; ale tak či onak, celková exegie systému se přitom sníží...

Tohle uniká pozornosti, kdekoliv lidé předpokládají, že to na čem záleží je množství energie, a nikoliv její koncentrace. Vyvěste na web něco o energii jakožto faktoru omezujícím civilizaci, a můžete se spolehnout, že někdo odpoví tvrzením, že množství energie ve vesmíru je nekonečné. Garrett Hardin měl samozřejmě v knize Filters Against Folly (Filtry proti šílenství) naprostou pravdu v tom, že pokud někdo říká "X je nekonečné", ve skutečnosti prohlašuje "Odmítám o X uvažovat"; výraz "nekonečné" zde funguje jako myšlenková rychlobrzda, tedy způsob, jak se vyhnout něčemu, o čem důkladněji přemýšlet je příliš nepříjemné.

Je tu ještě jiný rozměr problému, a ten vyplývá z toho, co už bylo napsáno. Ať už je množství energie ve vesmíru nekonečné, nebo ne - a my prostě nevíme, jestli je tomu tak nebo onak - můžeme si být naprosto jisti, že množství vysoce koncentrované energie v koutku vesmíru, jenž je pro nás snadno přístupný, je ostře a úzkostlivě omezen. Protože energie má vždy sklon sledovat své předurčení, vysoce koncentrované zdroje energie jsou velice vzácné, a vznikají jen za dodržení velice speciálních podmínek.

V té části vesmíru, která nás přímo ovlivňuje, existuje jedna sada takových podmínek ve slunečním jádru, kde gravitační tlak působí na jádra vodíku tak silně, že fúzují v jádro hélia. Jiná sada existuje zde na zemském povrchu, kde rostliny koncentrují energii ve svých tkáních čerpáním z proudu energie vyzařovaného sluncem, a další živé organismy dělají totéž čerpáním energetických zdrojů vytvořených rostlinami. V průběhu pozemských dějin speciální sada podmínek tu a tam umožnila, aby energie nashromážděná rostlinami byla pohřbena a dále koncentrována pomalými geologickými procesy, jejichž výsledkem se stala fosilní paliva, která nyní tak bezstarostně spalujeme. Existuje několik jiných kontextů, v nichž lze získávat energii v koncentrovaných formách - kinetická energie vody a větru, obojí v posledku poháněné slunečním zářením; teplo z vnitřku Země zachycované a využité, zatímco se pomalu rozptyluje do vesmíru; několik vzácných a nestabilních radioaktivních prvků, které lze za jistých podmínek přimět k jaderné reakci - ale velká většina energie, kterou máme na Zemi po ruce, pochází přímo či nepřímo ze Slunce.

To už samo o sobě elegantně definuje náš problém, protože v okamžiku, kdy překoná 150 milionů kilometrů ve vesmírném prostoru a pak se profiltruje přes poměrně kalnou atmosféru Země, je energie slunečního svitu už dost důkladně rozptýlena. Proto zelené rostliny ukládají pouze zhruba 1% energie světla, které dopadá na jejich listy; zbytek se buď odráží, nebo se mění v odpadní teplo procesu, jenž udržuje rostlinu naživu a umožňuje jí vyrábět cukry, v nichž je ono 1% uloženo. Sluneční záření prostě není tak koncentrované, a musíte ho mnoho rozptýlit, chcete-li získat velmi skromné množství energie dostatečně koncentrované na to, aby s ní bylo možno dál nakládat.

To vše vysvětluje, proč lidé, kteří hovoří o "energii nulového bodu", se pokoušejí sami za vlasy vytáhnout z bažiny. Hypotéza energie nulového bodu předpokládá, že v časoprostoru je vetkáno obrovské množství energie; pokud z ní prý dokážeme čerpat, vyřešíme všechny naše energetické problémy a poletíme ke hvězdám. Zdá se, že mají pravdu v tom, že prázdný prostor obsahuje spoustu energie, ale ještě jednou, množství energie vám neřekne, kolik práce s ní můžete udělat, a energie nulového bodu je z definice na té vůbec nejnižší úrovni koncentrace. Z definice, takže s ní vůbec nelze cokoliv provést, a jakýkoliv pokus ji využít patří do sféry sci-fi.

Táž logika také vysvětluje, proč projekty náhrady fosilních paliv s pomocí slunečního záření, nebo nějakého jiného dostupného zdroje obnovitelné energie, jsou odsouzeny k selhání. To co činí fosilní paliva tak cennými je skutečnost, že energie, již obsahují, byla shromažďována během nespočetných staletí, a pak koncentrována geologickými procesy zahrnujícími fantastické množství tepla a obrovské tlaky po dobu milionů let. Definují krajní mez křivky energetické koncentrace, přinejmenším na této planetě, právě proto jsou tak vzácná, a proto s nimi žádný jiný energetický zdroj nedokáže soutěžit - tedy, dokud ještě existují.

Jak jsou zásoby koncentrovaných fosilních paliv vyčerpávány, civilizace, jejíž přežití na nich závisí, se ocitá ve velmi nepříjemné situaci. Pokud budeme jakkoliv pokračovat, pokusy dosáhnout změny výrobou nových energetických zdrojů zhruba téže úrovně koncentrace situaci ještě zhoršíme. To je sázka, kterou není možno vyhrát, protože maximalizuje množství vyplýtvané exergie: Vzpomeňte si, musíte rozptýlit velké množství energie, abyste získali zdroj koncentrované energie, který lze teprve využít k něčemu užitečnému. Takže třeba snažit se naplnit nádrže nějakou uměle vyrobenou náhražkou benzínu znamená vyčerpávat zbylé zdroje koncentrované energie mnohem rychleji než při jiném postupu - totiž při zajištění co největšího množství práce s pomocí poměrně málo koncentrované energie, a vyhrazení vysoce koncentrovaných zdrojů pro ty nezbytné účely, které bez nich zajistit nelze.

Zde může být v širších souvislostech vysvětlena koncepce "středně pokročilé technologie", probíraná v minulém příspěvku. Schumacherova myšlenka byla taková, že nejmodernější továrny a ekonomika závislá na exportu do zbytku světa nejsou zrovna příliš vhodné pro relativně chudý stát, který se snaží vybudovat ekonomiku z ničeho. Měl samozřejmě pravdu - ty státy Třetího světa, které prosperují, jsou přesně ty, které využily obchodních bariér k ochraně domácích podniků využívajících méně pokročilých technologií a vstoupily na exportní trh teprve po vybudování domácí průmyslové základny - ale v budoucnosti, až všichni budeme o dost chudší než dnes, budou mít jeho názory širší platnost. Nakonec, nejmodernější továrna je mnohem dražší v mnohem konkrétnějším smyslu než jen ve smyslu papírových peněz; její vybudování a provoz vyžadují mnohem více exergie než výstavba a provoz dílny využívající k výrobě stejného zboží ručních nástrojů a lidských svalů.

Mí čtenáři nepochybně vědí, že takové úvahy mají asi stejnou šanci být brány vážně ve vládních kruzích americké politiky a obchodu, jako má sněhová koule šanci vydržet na Belzebubově dvorku. Naštěstí spolupráce nynějších amerických politických a exekutivních tříd je celkem nepotřebná. V několika příštích esejích probereme některé ze způsobů, jimiž jednotlivci, rodiny a místní komunity mohou přejít od ekonomické závislosti na vysoce koncentrovaných zdrojích energie ke spoléhání na mnohem skromněji koncetrované a mnohem přístupnější alternativy. Skutečnost, že většina energie v našich vysoce koncentrovaných zdrojích už následovala své předurčení a změnila se v entropii klade zřetelné meze tomu, čeho lze dosáhnout, ale stejně existuje spousta prostoru, abychom špatnou situaci poněkud zlepšili.

Celý článek v angličtině: ZDE