Exergetická krize

12. 3. 2010 / John Michael Greer

Základní princip je dost jednoduchý a už se tu opakuji: Množství práce, které získáte z daného energetického zdroje, nezávisí na množství energie v tomto zdroji obsažené, ale na rozdílu energetických koncentrací mezi zdrojem a prostředím. To jsou základy termodynamiky, jimž se učil každý středoškolský student fyziky v těch dávno zašlých časech, kdy ještě američtí středoškoláci absolvovali hodiny fyziky hodné tohoto jména. Začněte ale s tímto principem pracovat - a výsledky budou často kontraintuitivní; to má patrně dost co dělat s tím, jak tyto výsledky unikají dokonce i profesionálním vědcům, a výsledkem jsou pak zmatené předpovědi.

Dobrý příklad nabízí nynější vřava nad antropogenní změnou klimatu. Propagandistické továrny všech stran tu věc z velké části pořádně přehnaly, avšak za tím vším leží dost dobře zdokumentovaný fakt, že se nacházíme uprostřed významné změny globálního klimatu, která je soustředěna na severní polární region. Příčiny této změny nejsou ještě zdaleka zjištěny, ale zdá se poněkud hloupé tvrdit, jak to někteří dělají, že masivní antropogenní emise skleníkových plynů do atmosféry s tím nemohou mít nic společného - nebo, v této souvislosti, že je dobrý nápad pokračovat v emisích do klimatického systému, který už může být sám o sobě v nestabilním stavu.

Nicméně po nějakých příštích deset let či déle tento špatný nápad velmi pravděpodobně zůstane základem standardní celosvětové praxe, a jedním z důvodů této situace je, že klimatičtí aktivisté si sami podřízli větev, na níž seděli. Ne, nemluvím o nedávné záplavě odhalení ohledně toho, že si někteří vědci IPCC přizpůsobili fakta, aby dobrou, ale nedramatickou kauzu učinili mediálně zajímavější. Ani nehovořím o trapném detailu, že scénář IPCC navzdory všem geologickým důkazům předpokládá, že lze zvyšovat množství vytěžených a spotřebovaných fosilních paliv až do roku 2100. Problém sahá hlouběji, až k rozhodnutí definovat krizi coby "globální oteplování". To sice vypadá rozumně - hovoříme nakonec o nárůstu celkového množství tepla v atmosféře Země - ale tak jako všude, i zde fixace na kvantitu ztrácí ze zřetele to hlavní.

Nejsem obecně fanouškem Thomase Friedmana, ale ve své knize Hot, Flat, and Crowded (Horká, plochá a přecpaná) strefil do černého, když poukázal na to, že to čemu čelíme není globální oteplování, ale 'globálním výstřednictví'; nikoliv jednoduché zvýšení teploty, ale nárůst neočekávaných a rušivých klimatických událostí. Jak se atmosféra zahřívá, nejdůležitějším efektem této změny není prostý nárůst teploty; spíše jde o nárůst rozdílu mezi koncentrací energie v atmosféře a v oceánech. Tepelné vlastnosti vody způsobují, že se moře zahřívá pomaleji než vzduch a zemský povrch, a tak i pouhá mírná změna množství tepla způsobuje mnohem významnější změnu exergie. Opakuji znova, že je to exergie, nikoliv samotná energie, co rozhoduje o tom, jaké množství práce může systém vykonat, a práce, již koná zemská atmosféra, se nazývá "počasí". Takže nejviditelnějším výsledkem relativně rapidního vzestupu koncentrace tepla v atmosféře není generalizované oteplení. Spíše jde o nárůst extrémních klimatických podmínek na obou koncích tepelné škály.

Tento závěr není nový. Byl opakován mnoha vědci a je dost zajímavé, že také velkými pojišťovnami. Například Munich Re před pár lety poukázala na fakt, že při nynějším tempu růstu se roční náklady na přírodní katastrofy způsobené globální změnou klimatu vyrovnají hrubému domácímu produktu světa ještě před koncem 21. století. Kdyby si klimatičtí aktivisté vzali za centrální téma tyto prognózy, letošní zima s abnormálně silnými bouřemi ve východní polovině USA by byla vodou na jejich mlýn; dokonce i těžcí skeptikové by možná zapochybovali, když počtvrté či popáté za sebou odklízeli sníh ze své cesty, zda na tvrzení, že emise skleníkových plynů způsobují zdivočení klimatu, přece jen něco není. Místo toho však klimatičtí aktivisté svedení fixací naší kultury na kvantitu definovali problém čistě jako příliš horkou budoucnost, a titéž skeptikové prohazující tytéž silnice obracejí oči k nebi a přejí si, aby se ukázala trocha toho globálního oteplení a přispěla jim na pomoc.

Pro klimatické aktivisty je patrně příliš pozdě na to, aby místo o globálním oteplování mluvili o 'globálním výstřednictví' a uvěřil jim někdo, kdo už není přesvědčen; a tak patrně musíme počkat na první opravdu vážnou globální klimatickou katastrofu, než budou podniknuty významné kroky. (Vzhledem k posledním zprávám z grónského ledovce to patrně může trvat jen pár desetiletí, a každému z mých čtenářů, který žije v minimální nadmořské výšce, lze doporučit přestěhování do vyšších poloh.) Táž záměna mezi energií a exergií však ovlivňuje krizi naší doby i jinými způsoby, a některé z nich byly v nedávných měsících v centru pozornosti mých esejů.

Jedním z obvyklých způsobů, jak se vyhnout přemýšlení o naší situaci, je, jak jsem zmínil již minulý týden, uvést množství energie, které na Zemi dopadá každý den ve formě slunečního záření, a poznamenat, že to je přece mnohem více, než množství energie, které naše civilizace spotřebuje za celý rok. To je dost pravdivé, ale postrádá to význam vzhledem k faktu, že energie obsažená ve slunečním záření v okamžiku, kdy překročí 150 milionů kilometrů ve vesmíru a dorazí k nám, je velice skromná a může tedy vykonat pouze skromné množství práce. Přesně řečeno, v důsledku toho, že docházejí fosilní paliva, nečelíme energetické krizi; před námi je krize exergetická - vážný nedostatek energie ve vysoce koncentrovaných formách. To je problém, protože takřka všechny detaily každodenního života moderní průmyslové společnosti závisejí na využití vysoce koncentrovaných zdrojů energie.

Dlouhodobí čtenáři si vzpomenou, že nazvat něco problémem sebou nese jisté jednoznačné důsledky. Problém, přinejmenším potenciálně, má své řešení; tím se liší od nesnáze, která vyřešena být nemůže a je s ní jednoduše třeba žít. Vyčerpání a eventuelní spotřebování fosilních paliv, a absence jakékoliv známky existence jejich vysoceexergetické náhrady v tomto malém koutě vesmíru, je nesnáz. Závislost většiny každodenních aktivit v průmyslovém světě na těchto palivech je problém, protože velká část těchto aktivit ve skutečnosti nepotřebuje nic takového jako množství exergie, které do nich právě teď vkládáme.

Zde je příklad. Takřka každý dům v průmyslovém světě je vybaven boilerem. To ani náhodou není zbytečný luxus; dnešní zvyk mýt nádobí, prát a mýt se značným množstvím teplé vody a mýdla eliminovalo celé kategorie nemocí, jež před nepříliš vzdálenou dobou trápily naše předky. Značná část domů získává teplou vodu spalováním fosilních paliv, buď přímo v boileru, nebo v elektrárně, která využívá tepla k výrobě elektřiny napájející boiler. Společnost, která má značné zásoby vysoce exergetických fosilních paliv, si to může dovolit; společnost, které se exergie nedostává, bude při pokračování této praxe patrně čelit rostoucím problémům.

Je tu ovšem jeden klíčový bod, který zůstává často nepovšimnut, a tím je fakt, že není třeba příliš mnoha exergie k ohřátí nádrže plné vody z teploty okolního prostředí na nějakých 40 stupňů. Totéž může být velmi účinně provedeno i s energetickými zdroji, které nejsou příliš koncentrované, jako třeba sluneční světlo.

Vítejte u solárního boileru.

To je patrně nejvyspělejší a nejúspěšnější solární technologie, kterou máme právě k dispozici. Proces je jednoduchý: Jeden z mnoha typů kolektorů shromažďuje sluneční teplo a předává ho buď vodě (v oblastech, kde nemrzne), nebo nemrznoucí směsi. Ve vodním systému teplá voda z kolektoru putuje do izolované nádrže a případně do vodovodu; v systému s nemrznoucí směsí směs prochází tepelným výměníkem, který předává teplo vodě, která pak putuje do izolované nádrže, aby čekala na svůj okamžik slávy. Na většině území Spojených států dobře navržený solární boiler sníží náklady domácnosti na ohřev vody o 70%; ve Slunečném pásu není tak docela neobvyklé, že systém tohoto typu činí jakýkoliv jiný ohřívač vody zbytečným.

Teď si už nepochybně mí čtenáři uvědomili, že instalováním domácího solárního boileru svět nezachrání. Co ale na druhé straně tento systém dokáže je udělat část práce, kterou nyní odvádějí vysoce koncentrované zdroje energie - z nichž většina rapidně dochází a můžeme očekávat, že v příštích desetiletích notně podraží - a přenechává tuto práci snadno dostupnému zdroji málo koncentrované energie, jenž, mimo jiné, je k dispozici zdarma. To představuje zřejmý zisk pro obyvatele domu, ale také kolektivní zisk pro komunitu a společnost, protože zbývající nabídka vysoce koncentrovaných fosilních paliv může být uvolněna pro nutnější účely, nebo možná ponechána v zemi, kam patrně patří.

Je podivné, abych nepoužil silnějšího výrazu, že takovýto eminentně praktický krok jako instalace solárních systémů pro ohřev vody získal v kruzích zabývajících se ropným zlomem a změnou klimatu tak malou pozornost. A je to ještě podivnější, když americká vláda, která často vypadá, jako by nedokázala čelit problému bez toho, aby udělala vše pro jeho zhoršení, již udělala něco, co může změně napomoci: Existují velmi významné federální slevy na dani z příjmu za instalaci rezidenčních solárních systémů pro ohřev vody. Proč tedy solární ohřívače neplní střechy domů? Proč aktivisté neprosazují tuto vyzkoušenou technologii coby část rozumné odpovědi na krizi naší doby?

To je zajímavá otázka, na niž nemám hotovou odpověď. Myslím, že to zčásti souvisí mezi výstředním oddělením přesvědčení od činu, které v současné apokalyptické kultuře převažuje. Například: Jak velký díl značného množství lidí v dnešní Americe, kteří říkají, že věří v konec světa v závěru roku 2012, přestalo ukládat peníze na důchodové spoření? Soudě podle toho mála, co jsem byl s to zjistit, je jich nemnoho. Stejně tak mezi lidmi, kteří podle vlastního tvrzení uznávají, že dnešní marnotratné návyky spojené s využitím energie jsou možné pouze díky nadbytku levných a hojných fosilních paliv, a skončí, až tato paliva budou vyčerpána; ti kdo podnikají byť jen základní kroky k přípravě na budoucí nedostatek a socioekonomický rozvrat tvoří jen nepříjemně malou část. Je těžké si představit pasažéry potápějící se lodi hledící stranou na stoupající hladinu, jak jdou zpět do kajuty ke svému stolnímu fotbálku, ale podobné vzorce chování jsou nyní dosti rozšířené.

Myslím, že částečně je to způsobeno stejnou fixací na kvantitu, o níž jsem již hovořil. Solární boilery neprodukují nebo nešetří velké množství energie. Ohřev vody tvoří kolem 15% energetické spotřeby průměrné domácnosti, a tak systém solárního ohřevu, který z toho nahrazuje 70%, bude tvořit o něco více než 10% domácí spotřeby energie. (To je však pořád dost na to, aby se většina profesionálně instalovaných solárních systémů zaplatila za tři až sedm let.) Pokud bychom na každý americký dům umístili solární kolektory, dopad na celostátní spotřebu energie by byl významný, ale co do hrubé kvantity by nebyl velký.

Zde se ovšem ztrácí ze zřetele přinejmenším tři důležité věci. Za prvé, samozřejmě, že instalace systému pro solární hořev vody se může docela dobře stát součástí širšího programu úspor energie s mnohem větším dopadem. Ušetřete takto 10% spotřeby energie v domácnostech, dalších 10% izolací, těsněním a tak dále, dalších 10% řadou jiných jednoduchých úsporných technologií a dalších 20% změnami životního stylu, a váš dům se dostane na polovinu současné energetické spotřeby. Pokud by třeba jen malá menšina domácností v Americe podnikla tyto kroky, dopad na národní spotřebu exergie by byl rozhodně velmi významný.

Za druhé, existuje veliký a nedoceňovaný rozdíl mezi zásadně důležitým a nedůležitým využitím energie, a představuje to, co se mnozí z nás v příštích náročných letech naučí rozeznávat. Velká část spotřeby energie v dnešních USA nemá zásadní důležitost - zamyslete se na chvíli nad vší tou energií směrovanou do turistického průmyslu, který dnes tvoří velmi rozsáhlý sektor americké ekonomiky, a mohl by být už zítra zrušen bez velkého dopadu na cokoliv s výjimkou podpor v nezaměstnanosti - a velká část z ní vymizí, jak bude Amerika sledovat křivku energetického poklesu až ke statutu země Třetího světa (v nepříliš vzdálené budoucnosti). Ať teplá voda opravdu má či nemá zásadní důležitost, její praktický přínos pro zdraví a pohodlí ji k tomu zásadnímu významně přibližují, a to činí nalezení nízkoexergetických způsobů jejího zajištění zvlášť důležitým.

Za třetí, jak už jsem poznamenal, spíše než nedostatku energie čelíme nedostatku exergie. Chápejte, to nečiní naši prekérní situaci méně vážnou. Lze předložit silné argumenty ve prospěch tvrzení, že dostupnost exergie znamená tvrdý strop pro lidskou populaci planety; jak se naše zdroje exergie budou zmenšovat, stejně tak se zmenší i lidská populace, a v tuto chvíli je dost pravděpodobné, že většina této redukce bude realizována tradičním způsobem, skrze ony čtyři nevítané jezdce. To tedy znamená, že jednotlivci, rodiny a komunity, které podnikají kroky k zajištění takového množství energie, jaké je jen možné, prostřednictvím využití relativně nízkoexergetických zdrojů, mohou mít v budoucnu mimořádný vliv.

Vždy jsem tvrdil, že Jevonsův paradox - pravidlo, že zlepšení efektivity využívání nějakého zdroje má sklon vést ke zvýšenému využívání tohoto zdroje - platí pouze tehdy, jestliže jediné omezení představuje cena. Pokud využití zdroje klesá kvůli faktorům vůči ekonomice vnějším, jako jsou geologické meze, zvýšení efektivity zmenšuje ekonomický a sociální dopad nedostatku a získává čas pro pozvolnější pokles. Solární ohřev vody je jedním příkladem technologie, která může našim komunitám a společnostem pomoci tento efekt konstruktivně využít, a je to rovněž technologie, která může být právě teď použita jednotlivci. Jiné možnosti stejného druhu proberu v několika příštích příspěvcích.

Celý článek v angličtině: ZDE