Barbarství a dobrá brandy

24. 3. 2010 / John Michael Greer

Poslední příspěvek nebyl z tohoto pravidla žádnou výjimkou. Pravidelní čtenáři si vzpomenou, že se soustředil na rozdíl mezi množstvím energie v energetickém zdroji a koncentrací energie v něm, a poukázal na to, že o exegii (množství práce, které je zdroj skutečně schopen vykonat) rozhoduje to druhé, nikoliv to první. Popravdě řečeno, obdržel jsem záplavu komentářů, jež se s touto tezí či s důsledky, jež jsem z ní vyvodil, vyrovnaly na základě tvrzení, že jsem údajně nevěnoval dost pozornosti množství energie obsažené v nějakém oblíbeném zdroji.

Příklad, který bych zde chtěl zvýraznit, není mezi tím, co jsem obdržel, ani zdaleka nejhorší. Přesně naopak; právě proto, že jde o promyšlenou reakci uvážlivého čtenáře, představuje dobrý výchozí bod diskuse. Tento čtenář poukázal na to, že fotony, které ze Slunce doletí na Zemi, obsahují úplně stejné množství energie, jaké obsahovaly v okamžiku opuštění sluneční atmosféry, a na tomto základě tvrdil, že můj závěr ohledně exergie slunečního záření je přinejmenším pochybný.

Pokud jde o fotony, má samozřejmě naprostou pravdu. Energie obsažená ve fotonu je dána jeho frekvencí, a ta zůstává prakticky nezměněna (s výjimkou určitého gravitačního rudého posuvu) od okamžiku, kdy vyletí z termonukleárního maelströmu Slunce, až do chvíle, kdy o osm minut později dorazí na Zemi a řekněme, že je absorbován zeleným listem nebo absorpční vrstvou v solárním kolektoru. Ještě jednou: Tohle je otázka množství energie, nikoliv její koncentrace. Koncentrace je v tomto případě dána tím, jakou měrou fotony ovlivní list nebo solární panel; ona míra závisí na hustotě proudu dopadajících fotonů, a ta zase závisí na tom, jak jsou list nebo panel od Slunce vzdáleny.

Představte si to takhle: Jednotlivé fotony, které ohřívají planetu Merkur, obsahují v průměru stejné množství energie jako fotony, jež ohřívají planetu Neptun. Je Neptun stejně horký jako Merkur? Ani náhodou, a důvod je ten, že v okamžiku, kdy sluneční záření dosáhne dráhy Neptunu, jsou paprsky rozptýleny v mnohem širším prostoru, takže každý čtvereční metr povrchu Neptunu obdrží o dost méně fotonů než odpovídající plocha na Merkuru. Fotony jsou v prostoru méně koncentrovány, a právě tohle, nikoliv množství energie, které každý z nich obsahuje, rozhoduje o tom, jak velké množství práce při ohřívání planety jsou s to vykonat. Na noční obloze září hvězdy produkující fotony s mnohem vyššími průměrnými energiemi než ty, které vyzařuje Slunce, nicméně v jejich světle se prostě neopálíte!

To může vypadat jako samozřejmost. Přesto to zasluhuje být opakováno, protože příliš mnoho současných plánů na využití solární energie zmíněnou skutečnost ignoruje a fixuje se na souhrnné množství solární energie, která dopadá na Zemi, místo na její velmi skromnou koncentraci. Tento způsob uvažování vyrůstá z pohodlné záliby v abstrakcích. Je například snadné trvat na tom, že množství solární energie dopadající ročně řekněme na nějakou velmi malou část území státu Nevada se rovná množství energie, které USA každý rok spotřebují ve formě elektřiny, a odsud se odrazit k tvrzení, že pokud prostě pokryjeme stovky čtverečních kilometrů v Nevadě zrcadly, tak aby veškeré sluneční záření mohlo být využito k výrobě páry, budeme v pohodě.

Co zůstává ve svůdných fantaziích tohoto druhu opomenuto? Zhruba řečeno, jde o tři věci.

První je dobře známý osudový limit plánů na využití obnovitelných energií, tedy problém čisté energie. Výstavba mnoho set čtverečních kilometrů zabírající sítě zrcadel by vyžadovala pořádně veliké množství vysoce koncentrované energie, jestliže započteme energii potřebnou k výrobě zrcadel, sledovacích zařízení, potrubí, parních turbín a všeho ostatního zařízení, stejně jako energii nutnou k výrobě surovin v něm obsažených. Další dost značné množství pravidelně dodávané koncentrované energie by vyžadovala údržba v podmínkách prašnosti, písečných bouří a extrémních teplot Nevadské pouště; a pokud se množství energie vyrobené v tomto projektu přiblíží k teoretickým možnostem, bylo by to patrně poprvé v historii, kdy se něco takového přihodilo u podobně nového, velkého a navíc experimentálního technologického projektu. Odečtěte energetické náklady na výstavbu a údržbu od energie, kterou můžete rozumně (nikoliv teoreticky) ze zdroje očekávat, a výsledky nevyhnutelně budou o dost méně působivé, než jak vypadaly na papíře.

Druhou věcí je jiný, stejně dobře známý osudový limit, ekonomický rozměr. Mnoho obhájců obnovitelné energie vlastně říká, že lidé chtějí elektřinu a stovky čtverečních kilometrů zrcadel v Nevadě ji poskytnou, takže na co čekáme? Tento způsob uvažování je samozřejmě extrémně rozšířen; zmíňte se o tom, že nějaká populární technologie, na níž si vzpomenete, nemusí být v budoucnu kvůli omezené energii a zdrojům ekonomicky životaschopná, a jistě uslyšíte spoustu argumentů, že ekonomicky proveditelná být musí, protože je prostě tak prima. To má svůj důvod - ve způsobu uvažování, který funguje ve věku nadbytku, jaký právě spěje ke konci.

Konec tohoto věku způsobuje, že se podobné uvažování stává beznadějným anachronismem. Ve věku omezeného přístupu k energii a zdrojům musí každé prosazované užití energie a zdrojů soutěžit s jinými existujícími a potenciálními způsoby využití nabídky, která nedokáže uspokojit vše. Ve výsledném procesu třídění hrají roli jak tržní síly, tak politická rozhodnutí. Pokud investování miliard dolarů (a co je důležitější, také ekvivalentního množství energie a zdrojů) do zrcadel v Nevadské poušti nepřinese stejně veliký ekonomický zisk jako jiné využití stejných peněz, energie a zdrojů, pak zrcadla jednoduše potáhnou za kratší konec provazu. Politická rozhodnutí mohou do jisté míry tento kalkul překonat, ale zahrnují ekvivalentní požadavek: Pokud investování peněz, energie a zdrojů do zrcadel nepřinese stejně vysoký politický zisk jako jiné způsoby využití téhož, pak znova platí, že i když zrcadla mohou teoreticky dovolit americké střední třídě udržet jisté zdání nynějšího životního stylu, nezáleží na nich o nic více než na dvou fotonech v nevadské písečné bouři.

Nicméně problémy čisté energie i ekonomického třídění nakonec závisejí na termodynamických záležitostech, poněvadž dostupná exergie ze slunečního záření prostě není dost vysoká. Koncentrování poměrně mírného tepla, které Země získává ze Slunce, vyžaduje mnoho hardwaru, pokud má být dosaženo situace, kdy s touto energií můžete dělat více než jen pár věcí, a tento hardware vyžaduje energetické i ekonomické náklady. Není dost často připomínáno, že velké projekty využití solární energie toho druhu, jaký je dnes prosazován, byly opakovaně zkoušeny od konce 19. století, a opakovaně se ukázaly být ekonomickým fiaskem.

Vezměte solární motor navržený a nabízený americkým inženýrem Frankem Shumanem v prvních dekádách 20. století. Nejlepší solární motor té doby, který je dosud základem mnoha standardních modelů, byl extrémně efektivním zařízením soustřeďujícím sluneční světlo parabolickými zrcadly do trubek s vodou, jež poháněly inovativní nízkotlaký parní stroj. Shumanův zkušební projekt v egyptském Meadi využíval pěti parabol o délce 62 metrů a šířce 4 metrů. A energie vyprodukovaná touto rozsáhlou a drahou soustavou? Všehovšudy 55 koňských sil. Moderní technologie nepochybně dokáže více, ale ne o mnoho, vzhledem k zákonu klesajících výnosů, jenž ovlivňuje všechen pohyb směrem k efektivitě; a nejspíše ne o tolik lépe, aby na tom záleželo.

Znamená to, že solární energie je zbytečná? Vůbec ne. To co to znamená je, že relativně nízkoexergetický zdroj energie jakým je sluneční záření nemůže být jednoduše použit k náhradě relativně vysokoexergetického zdroje jakým je uhlí. To je to, oč se pokoušel Shuman; stejně jako většina solárních pionýrů jeho doby si udělal kalkulaci, uvědomil si, že fosilní paliva dojdou v budoucnosti, jež není nekonečně vzdálená, a tvrdil, že je třeba je nahradit solární energií: "Je jedna věc, kterou jsem si jist," napsal, "a tou je, že lidský rod musí nakonec využívat přímé sluneční záření, nebo se vrátit k barbarství."

Dost možná, že měl pravdu, avšak snažit se, aby vlažné sluneční teplo dělalo totéž co planoucí teplo hořícího uhlí, nepředstavuje způsob, jak problém řešit. Obtíž - další z trapných důsledků zákonů termodynamiky - je v tom, že kdykoliv měníte jednu formu energie v jinou, nevyhnutelně ztrácíte mnoho energie ve prospěch odpadního tepla, a vaše energetická koncentrace - a tedy exergie zdroje - odpovídajícím způsobem klesne. Pokud máte k dispozici vydatné zásoby vysokoexergetického paliva jako uhlí nebo ropy, není to dost důležité na to, abyste si dělali starosti; můžete si například dovolit nechat velkou část energie obsažené v litru benzínu v odpadní teplo a prostřednictvím ventilátoru vašeho auta je vypustit do atmosféry, protože je zde tolik exergie nashromážděné v benzínu, že jí zbude víc než dost na to, aby vaše auto svištělo po silnici. S nízkoexergetickým zdrojem jako je sluneční světlo však takový luxus nebude k dispozici, a právě proto Shumanova solární instalace zabírající přes 1 200 čtverečních metrů vyrobila méně energie než menší dieselový motor, který stojí jen malou část toho, co Shumanův motor, a vyžádá si ještě menší část jeho ekologické stopy.

To je též důvod, proč solární technologie, které se ukázaly jako hospodárné a účinné, jsou ty, jež minimalizují ztráty vzniklé přeměnou slunečního záření v odpadní teplo. To je tajemství nízkoexergetických zdrojů: exergie má sklon přeměnit se v teplo, takže pokud ji necháte tento trend sledovat, můžete i u poměrně rozptýleného zdroje dosáhnout tepla s poměrně vysokou účinností. Teplo, které získáte, je ve srovnání řekněme se spalováním benzínu poměrně skromné, ale z praktických důvodů je to v pořádku. K zahřátí vody ve vaně na 40 stupňů, vytopení studené místnosti nebo uvaření jídla není třeba intenzívního tepla, a tohle jsou přesně úkoly, které solární energie a další nízkoexergetické zdroje zvládají dobře a spolehlivě.

Je zajímavé zaznamenat, že Augustin Mouchot, velký průkopník solární energie v 19. století, se ve své práci tomuto tématu soustavně věnoval. Mouchot začal pracovat se solární energií na základě obavy, že Francie, která je handicapována omezenými zásobami uhlí, potřebuje pro zachování konkurenceschopnosti v průmyslovém světě 19. století nějaký jiný energetický zdroj. Postavil první úspěšné solární parní stroje, ale čelily stejným problémům s koncentrací, které z Shumanova sofistikovanějšího projektu učinily ekonomický propadák; výstavní Mouchotův motor, demonstrační model předvedený v roce 1874 v Tours, používal k soustřeďování slunečního záření na cylindrický boiler kónický reflektor o ploše přes pět metrů čtverečních a vyvinul celkem polovinu koňské síly.

Přesto některé z jiných jeho solárních projektů byly poněkud úspěšnější. Francouzská cizinecká legie při severoafrických taženích po mnoho let závisela na jednom z jeho vynálezů: Skládací solární troubě, která mohla být složena do čtvercové krabice o délce hrany padesát centimetrů. Měla stejný celkový design jako motor, s kónickým reflektorem soustřeďujícím sluneční světlo na cylindr namířený ke slunci, ale fungovala, a dobře; Mouchotova trouba dokázala upéci velké roštěnky za méně než půl hodiny. Jiný projekt, solární destilátor, se ukázal být stejně úspěšným, když měnil víno v brandy tempem devatenáct litrů za minutu - v dost dobrou brandy, "silnou a chutnou", napsal pyšně Mouchot, "a s... chutí a buketem archívní lihoviny". Opět si všimněte rozdílu: nízkoexergetické sluneční záření se nedaří prostřednictvím parního stroje dobře měnit v mechanický pohyb, kvůli nevyhnutelným ztrátám při přeměně z jedné formy energie na jinou, ale coby zdroj tepla je velmi efektivní.

Důsledky tohoto rozdílu se vracejí zpět k závěru, který před mnoha lety předložil E. F. Schumacher a jenž byl v těchto esejích již několikrát diskutován: Technologie, která je vhodná a přiměřená v prostředí s omezenou energií a zdroji - například ve státech Třetího světa jeho doby, nebo našich již brzy deindustrializovaných státech - není stejná jako technologie, která je vhodná a přiměřená v prostředí nadbytku - například v průmyslových státech ve věku, jenž kolem nás končí. Centralizovaná výroba energie představuje dobrý příklad. Pokud máte k dispozici rozsáhlou nabídku vysoce koncentrované energie, dává rozhodně smysl budovat velké centralizované elektrárny a rozvádět energii v nich vyrobenou ke spotřebitelům vzdáleným tisíce kilometrů; mnoho energie po cestě ztratíte formou odpadního tepla, zejména při přeměně z jedné formy energie na jinou, ale pokud vaše zdroje jsou koncentrované a hojné, příliš na tom nezáleží.

Pokud ale koncentrované zdroje energie jsou vzácné a rapidně ubývají, tento druh rozmařilosti už nelze dále ospravedlnit, a od jistého okamžiku si jej už nelze dovolit. Protože velká část energie, kterou lidé skutečně využívají ve svých každodenních životech, má formu poměrně mírného tepla - toho typu, jaké ohřívá vodu, vytápí dům, vaří jídlo a tak dále - ve společnosti, v níž je energie vzácná, dává větší smysl shromažďovat poměrně rozptýlenou energii přímo tam, kde se nachází, a zapojit ji zde do práce. Totéž ve stejné míře platí o velmi mnoha průmyslových procesech; jestliže to co potřebujete je teplo - a u mnoha ekonomicky důležitých aktivit, jako třeba destilace brandy, jde přesně o to, co potřebujete - sluneční záření mírně koncentrované reflektory nebo kapalinu ohřívajími panely udělá příslušnou práci dostatečně účinně.

To je další důvod, proč Schumacherův koncept přiměřené technologie a velmi mnoho specifických technologií, jež on, jeho spolupracovníci a následníci vytvořili, právě v okamžiku, kdy se svět nachází na odvrácené straně Hubbertovy křivky vyčerpávání fosilních zdrojů, poskytuje nemálo důležitou zdrojovou základnu. Jestliže je koncentrovaná energie vzácná, místní produkce relativně rozptýlené energie určené k místní spotřebě představuje v řadě případů mnohem schůdnější přístup. Ten dovolí, aby zbylé vysoce koncentrované energie byly nasměrovány k aplikacím, jež je doopravdy potřebují, a současně chrání místní komunity před selháním nebo úplným kolapsem centralizovaných systémů. Výsledná ekonomika se nemusí podobat dnešním fantaziím ohledně technologicky vyspělé budoucnosti, ale barbarství, jehož se obával Frank Shuman, zde nepředstavuje jedinou alternativu; řekněme, že jde o něco jako společnost, i když poměrně chudou a s nedostatkem zdrojů, která dosud může spolehlivě poskytovat obyvatelům teplou lázeň, v zimě vytopené pokoje, dobře propečené roštěnky - a samozřejmě dobrou brandy.

Celý článek v angličtině: ZDE