Klimatický pláč na špatném hrobě

Tento týden se v New Yorku koná summit věnující se současným klimatickým změnám a možnostem, jak je odvrátit. Nebudu se pro tentokrát pouštět do úvah nakolik je to odůvodněné a smysluplné, jakým dílem jsou změny klimatu vlivem činnosti člověka, jak moc bychom měli naslouchat aktivistům (a jestli je fér je nazývat alarmisty) apod. Dnes přidám jen zamyšlení, jestli jsou snahy o změnu směřovány efektivně a správným směrem.

Je určitě dobře, že politici alespoň zčásti naslouchají odborníkům a že ochrana životního prostředí patří mezi důležitá témata na regionálních i globální úrovni. Poslední obšírná zpráva mezinárodního panelu OSN pro změny klimatu poukazuje na nešetrné zacházení se zdroji a tvorbou velkého množství odpadu a emisí, mimo jiné i prostřednictvím parametrů přepočtených na hlavu. V tomto srovnání vychází typicky nejhůř ty nejvyspělejší země, což ale není moc překvapivé vzhledem k úzkému vztahu mezi průměrným HDP a spotřebou. Nabízí se tedy logická zkratka, že právě zde se dá přírodě nejvíce odlehčit, což se také v praxi projevuje přísnějšími emisními normami, tlakem na vysokou míru recyklace, intenzivnějším hledáním a zaváděním alternativních zdrojů energií, alternativách v dopravě atd. Zdánlivá ekologičnost méně vyspělých nebo rozvojových částí světa (počítáno per capita) je však ve skutečnosti spíše z nouze ctnost z důvodu nižší životní úrovně obyvatel a v mnoha ohledech jde o pouhou iluzi – jak z hlediska celkových čísel, tak z hlediska případného spektra znečištění či případných druhotných parametrů.

Především Evropa a USA jsou na pranýři jako jedni s největších znečišťovatelů, jsou nejčastějším cílem klimatických aktivistů a vznikají v nich (zejména v rámci EU) mnohdy až absurdní normy a zákony, např. emisní normy pro auta hraničící s fyzikálními zákony nebo emisní limity s povolenkami, jakýmisi novodobými odpustky. Zřejmě nejvíce se pak v poslední době řeší tzv. uhlíková stopa, resp. množství vypouštěného CO2, který by měl mít z velké části klimatické změny na svědomí. V přepočtu na obyvatele jsou na tom výrazně nejhůře arabské země, následované severní Amerikou a většinou evropských států. Podívejme se však na časový trend, ukazující, jak na tom jsou s emisemi oxidu uhličitého Evropa, USA a zbytek světa celkově:

Srovnání celkového ročního množství emisí CO2.

Rozhodně se tím nesnažím naznačit, že by se Evropa (příp. USA) měla zříci zodpovědnosti ve snahách ulevit životnímu prostředí, ale rozdíly v trendech jsou do očí bijící. Zatímco v Evropě se situace v průběhu posledního půlstoletí prakticky soustavně zlepšuje a v USA je (navzdory rostoucí lidnatosti) již také zřejmý obrat k lepšímu, zbytek světa, kterému vévodí především jižní a jihovýchodní Asie a Afrika, „zasviňuje“ naše ovzduší raketově rostoucím tempem.

Typickým vysvětlením bývá rostoucí populace v těchto částech světa. To však za prvé nelze považovat za „polehčující okolnost“ (z hlediska faktického dopadu na klima je jedno, jestli v dané oblasti vyprodukovalo tunu emisí deset lidí nebo jeden) a za druhé uvedený nárůst rozhodně nekopíruje populační křivku. Např. od roku 1950 se populace „zbytku světa“ zhruba zečtyřnásobila, ale množství emisí CO2 narostlo za stejné období třicetinásobně. Za poslední dvě dekády je situace podobně disproporční – cca +30% obyvatel vs. dvojnásobek CO2.

Pokud jde o pevné odpady, kde jsou hlavním tématem plasty, situace je na první pohled trochu odlišná. Čína je sice velký producent plastů (jako stát úplně největší, téměř 30% celosvětové produkce), ale je třeba vzít v úvahu, že velká část jde na export a navíc podle dostupných údajů na tom není Čína až tak špatně v oblasti recyklace plastů (cca 25%). Tradičně nejlépe se zachází s plasty v Evropě, okolo 30% jde na recyklaci, což je výrazně nad průměrem zbytku světa, pohybujícím se sotva na 10% (USA bohužel nevyjímaje), tradičně podprůměrně je na tom velká část Afriky.

Ovšem jeden z největších průšvihů s plasty souvisí s těmi, které končí ve vodě a jsou tudíž daleko méně lokalizované (a tudíž kontrolovatelné a případně později zpracovatelné). V tomto už Čína zdaleka tak dobře nevychází (čínské řeky, v čele s Jang-c‘-ťiang, jsou suverénně největšími „dodavateli“ plastů do světových oceánů), o Indii, tichomoří a podobných přioceánských oblastech nemluvě.

Takže ve výsledku opět platí, že největší „žumpou planety“ je jihovýchodoasijský a africký kout světa.

Současný přístup je v podstatě Paretovo pravidlo obrácené naruby. Apelovat na zodpovědnost těch částí světa, které si z velké části svou zodpovědnost již uvědomily a začaly v tomto směru dávno aktivně konat, a nemít přitom snahu nebo schopnost k témuž přimět zbytek světa, kde ve vztahu k životnímu prostředí panuje mnohem větší lehkovážnost a neznalost, je projevem neefektivity a slabosti nejen politiků, ale také jejich nejčastějších oponentů, tj. ekologistických aktivistů. Proč stávkují před našimi parlamenty a městskými úřady, proč se přivazují k plotům našich elektráren…? Neměli by raději bušit na dveře čínských a indických úřadů? Neměli by šířit osvětu v afrických ghettech a místech, kde lidé ani nemají pořádný přístup k pitné vodě? Nebylo by účinnější ukazovat obrázky plasty zamořených moří zodpovědným představitelům zemí, jejichž obyvatelé už prakticky přivykli životu na skládkách?

Do té doby, než se začnou dít opravdu efektivní změny k lepšímu v místech největších zdrojů znečištění (včetně kontroly populace), můžou se Evropané stavět na hlavu a vymýšlet sebetvrdší normy a navyšovat rozpočty na dotace různým alternativním řešením, ale v pravém slova smyslu globální zlepšení lze jen těžko očekávat.

Doplnění (30.9.2019): V reakcích na tento článek se objevil názor, že jde o typicky český alibismus jak nic nedělat a přitom k tomu nutit ostatní. Důkaz, že ČR je v oblasti emisí CO2 na relativně dobré cestě, ukazuje následující graf (přepočet na hlavu). Pro srovnání jsou v něm i tytéž ukazatele pro Čínu a pár dalších výše zmíněných problematických regionů. Samozřejmě je fér zároveň přiznat, že v kontextu Evropy nicméně stále patříme spíše mezi ty větší „smraďochy“, takže rozhodně je potřeba, aby se v započatém trendu pokračovalo. Rád bych ale zároveň připomenul, že hlavním tématem článku bylo globální klima a efektivita případných regulativních kroků v celosvětovém kontextu.

Vítězství pohodlí nad rozumem

Onehdá jsem cestou do práce, míjíc na svém horáči kolonu aut (z většiny obsazených pouze řidičem), začal z dlouhé chvíle trochu počítat. Nehodlám tu moralizovat a dlouze rozebírat téma ekologické dopravy, pouze předhodím výsledky svých odhadů a závěr ať si každý udělá sám.

Z posledních 7 let se až na výjimky (většinou vinou špatného počasí nebo horšího zdravotního stavu, v průměru tak dvakrát za měsíc) dopravuji do práce na kole. Celkem to za tuto dobu dělá nějakých 30000 km nacestovaných tam a zpět.

Uvažujme, že bych místo toho jezdil autem. Řekněme, že zapomenu, čím tu zpravidla jezdí Amíci, a použiji na dnešní dobu poměrně umírněné evropské parametry typického benzinového auta se spotřebou 7 l/100km, které na jeden kilometr vyprodukuje v průměru 150 g oxidu uhličitého (CO2), 15 g mnohem nebezpečnějšího oxidu uhelnatého (CO), 1.2 g oxidů dusíku (NOx) a 1.4 g plynných organických sloučenin (VOC).

Vzhledem k ujetému počtu kilometrů jsem tedy nespálením cca 2100 litrů benzínu ušetřil ovzduší od 4500 kg CO2, 450 kg CO, 36 kg NOx a 42 kg VOC. To je dohromady 5 tun plynných zplodin! Kokrétně v případě CO2 se jedná množství, které je obsaženo v 5.8 miliónech (!) kubíků atmosféry, tolik vzduchu vydýchá 30 lidí za celý svůj život. Zbylých půl tuny dalších jedovatých plynů by dokázalo otrávit něco přes milión kubíků vzduchu na pro člověka smrtelnou úroveň.

Z finačního hlediska to pak znamená přímou úsporu na palivu (při typických cenách posledních několika let 25-30 Kč/litr) nejméně 50-60 tisíc Kč. Vzhledem k tomu, že všechna parkoviště v okolí mé práce byla (a jsou) placená, dalších v přepočtu 40-50 tisíc bych musel dát za parkování. Na cca 30-50 tisíc by nejspíš přišly opravy a běžná údržba (náplně, filtry, pneumatiky, …), nehledě na celkovou amortizaci auta.

Suma sumárum nám to dá ušetřených 120-160 tisíc Kč, za což už se dá pořídit hodně slušné kolo :-).

Argumentem pro auto by kromě pohodlí mohla být časová úspora. Jenže i na tomto poli kolo v podstatě vyhrává. Vzhledem květší flexibilnosti se mě při volbě vhodné trasy téměř netýkají semafory a zácpy, díky čemuž je má průměrná cestovní rychlost okolo 25 km/h naprosto realistická. Na cestě do mého současného zaměstnání bych za malého provozu sice ušetřil autem nějakých 10 minut (15 min místo 25 min na kole), ovšem během dopravní špičky se tento rozdíl naprosto stírá a to ještě nepočítám čas na zaparkování a cestu pěšky z a na parkoviště. Navíc narozdíl od času stráveného v autě nepovažuji čas na kole za zabitý. Kolik lidí se z důvodu pohodlí vozí z práce a do práce autem, aby pak ze svých večerů ukrajoval volný čas na posilovnu nebo aerobic? (Nemluvě o tom, že tyto aktivity také něco stojí.)

V případech kratších vzdáleností (řekněme do 10 km) tedy peníze ani čas nejsou argumentem pro dojíždění autem, zde bohužel jednoznačně vítězí pohodlí. Pohodlí, za které jsou lidé ochotni platit poměrně značnou cenu – v částkách, které nevypadají nijak vysoké, ale během let se nasbírají na pěkné sumičky -, ale také ve škodě, kterou zbytečně způsobují přírodě.

Srazí se Měsíc se Zemí?

Měsíční úplněk je běžný a pravidelně se opakující přírodní jev, podobně jako příchod ročních období. Ten dnešní je však mimořádný tím, že při něm bude Měsíc o tisíce kilometrů blíže k Zemi než je dlouhodobý průměr, za posledních 15 let tak blízko nikdy nebyl. Oběžná dráha Měsíce není přesně kruhová, v perigeu bývá o téměř 50000 km blíže než v apogeu. Ovšem dnešní hodnota je i na apogeum neobvykle nízká. Dalo by se až říci znepokojivě nízká. Měsíc bude v důsledku toho o 30% jasnější a bude se jevit na obloze o 14% větší.

V souvislosti s touto událostí se opět rozproudily diskuse na téma globálního přibližování Měsíce, které v poslední době poněkud zanikly v neméně důležité celospolečenské debatě o změnách klimatu. Tento týden mimořádně svolaný Mezivládní panel pro změnu dráhy Měsíce (IPMOC) měl na programu řadu otázek, které až nyní začínají pronikat na veřejnost. Původní práce Prof. Michaela Womanna, která je ve zprávě IPMOC citována, jasně ukazuje rostoucí trend v přibližování Měsíce k naší planetě a výpočet, dle kterého bude Měsíc již za 8 let ještě blíže než dnes (o téměř 0.02%). Extrapolace pro 21. století je pak vysloveně alarmující, vlivem dalšího poklesu vzdálenosti Měsíc-Země a s tím souvisejícího silnějšího gravitačního působení našeho vesmírného souputníka vzroste hladina světových oceánů o několik metrů, atmosféra zřídne až o 15% a vodní srážky budou padat o nejméně 9% pomaleji, což nejspíše povede k masivnímu rozšiřování pouštních oblastí.

Tzv. „měsíční hokejka“.

Nejzávažnějším závěrem vědeckých studií i ústřední komise IPMOC je však zjištění, že tyto globální změny velmi zřetelně korelují s lidskou činností, konkrétně s množstvím světelného záření, které lidstvo vyprodukuje. Womannův pečlivě zpracovaný graf ukazuje, že po téměř tisíciletém období bez výraznějších změn nastává zlom po roce 1879, kdy T. A. Edison přišel se svým vynálezem elektrické žárovky. Změny se pak v průběhu 20. století ještě výrazně prohloubily s tím, jak postupně rostla produkce umělého osvětlení.

Tuto překvapivou  závislost vysvětlil ve svém přelomovém článku Dr. Ted Bake s pomocí Maxwellových rovnic. Jak známo, světlo není ničím jiným než elektromagnetickým zářením. Magnetismus obsažený v tomto záření je superponován na přirozený magnetismus zemský a díky svému dalekodosahovému působení vytváří zvýšené silové pole zakřivující přirozenou dráhu Měsíce. V následující studii zveřejněné v loňském roce zároveň potvrdil výsledky pozorování Prof. Womenna svými přesnými statistickými daty z laserového distantmetru umístěného na palubě výzkumné geologické lodi Wobbly, brázdící vody Tichého oceánu.

Komise IPMOC i političtí představitelé valné většiny vyspělých států celého světa se shodli na nutnosti okamžitého řešení této vážné situace. Byl navržen závazný protokol, dle něhož by mělo být sníženo množství světelných emisí do atmosféry o 4% ročně až do roku 2026, kdy by byla dosažena zhruba poloviční úroveň současného stavu. Plánují se značné investice do elektrotechnických a chemických oborů a do podpory alternativních světelných zdrojů o nižší svítivosti, např. již laboratorně otestovaného pyrowaxového modulu, který bude nejen šetrnější k sluneční soustavě, ale také levnější na provoz než současné žárovky a zářivky. Evropská unie dále v nejbližší době zavede tzv. iluminační kvóty, na jejichž dodržování budou dohlížet komisaři pro geolunární záležitosti.

Objevují se bohužel také skeptické hlasy, snažící se celý problém globální změny mesíčního orbitu bagatelizovat. Několik rádobyvědeckých článků se pokouší zcela nepřesvědčivým způsobem vyvrátit závěry zveřejněné v závěrečné zprávě IPMOC a potažmo popřít naprosto zřejmý vliv elektromagnetického smogu viditelného spektra na pohyb Měsíce. Naštěstí nejde o většinový názor, neboť v širší odborné veřejnosti a postupně i v celé společnosti začíná panovat jednoznačná shoda pokud jde o neodkladnost kroků, vedoucích k navrácení našeho přirozeného satelitu do jeho původní dráhy. Není pochyb, že budou v příštích letech muset být pro tento účel vyčleněny stovky miliard dolarů, ale již nyní je jisté, že to budou dobře vynaložené prostředky. Jde přeci o zodpovědnost nás všech, celého lidstva.

Jedinou alternativou je Slunce

Jak už jsem předeslal v jednom z předchozích článků Jak získat peníze na perpetuum mobile, při výběru vhodných řešení nějakého produkčního problému (zde konkrétně výroby elektrické energie) je nejdříve dobré zvážit kapacitní omezení všech dostupných zdrojů. Zúžíme tak svůj záběr jen na cesty, které nejsou předem slepé.

Před několika týdny jsem se zúčastnil přednášky Prof. Daniela Nocery, který je mimo jiné i vládním poradcem USA pro energetiku. Budu zde vycházet z poměrně aktuálních čísel a úvah, které prezentoval. Z doby, kdy jsem se o podobné problémy začal zajímat (na konci 80. let), si pamatuji přibližnou hodnotu celkové energetické spotřeby lidstva, která tehdy odpovídala trvalému příkonu okolo 8 TW. Dle Nocery toto číslo do roku 2000 vzrostlo na 12.8 TW, v roce 2007 dokonce až na 14.6 TW.

Spotřebu energie (W) lze vystihnout poměrně jednoduchým vzorcem, který není ničím jiným, než definitorickým rozdělením do tří členů:

W = N × (GDP/N) × (W/GDP)

Co jednotlivé členy znamenají, proč zrovna takové rozdělení? Je to poměrně logické:

  1. N je počet obyvatel; čím více obyvatel, tím vyšší spotřeba
  2. GDP/N je hrubý národní produkt na obyvatele; vyjadřuje skutečnost, že čím více se vyrábí, tím více se spotřebuje energie
  3. W/GDP je spotřeba na jednotku hrubého domácího produktu; ukazuje se, že tato hodnota je napříč různými ekonomikami téměř konstanta

Vzhledem k poslednímu bodu je tedy růst W dán hlavně nárustem počtu obyvatel a zvyšující se produkcí jednotlivých zemí. Např. kdyby měly všechny země na světě stejný hrubý domácí produkt na hlavu jako USA, byla by celosvětová spotřeba více než sedminásobná, konkrétně 102 TW.

Energetický problém lidstva má tedy dvě východiska, která je možné nezávisle kombinovat. Prvním je snížení spotřeby energie, druhým zvýšení její produkce. Když se podíváme na výše uvedený vzorec, snížení spotřeby by bylo možné buď přes

  1. Snížení počtu obyvatel,
  2. Snížení celkové výroby,
  3. Energetické zefektivnění výroby a domácností,

případně jejich kombinaci.

Asi tušíte, že pokud se na to díváme realisticky, ani jedna z těchto cest není příliš schůdná a těžko ji nějak direktivně ovlivnit, snad jen s výjimkou zefektivnění výroby (u domácností bychom nejspíš narazili, neboť by to vedlo k požadavku sníženého komfortu, na který jsou už lidé díky různým spotřebičům zvyklí). Nezbývá nám tedy než se soustředit na hledání nových zdrojů energie, případně lepší využití těch dosavadních. Nemůžeme očekávat, že lidé dobrovolně sníží svoji životní úroveň (nebo životní komfort, chcete-li), ale pokud se objeví nová výhodná a cenově dostupná technologie, začnou ji časem využívat.

Budeme tedy potřebovat stále více energie. Ale kde ji vzít? Ze současných nejvýznamnějších zdrojů by nám podle dosavadních odhadů ropa vystačila (při zachování konstantní spotřeby) na jedno až dvě století, zemní plyn asi dvakrát déle, uhlí bychom pak měli na možná 1000-2000 let. Za předpokladu pokračujícího růstu spotřeby však tyto hodnoty budou spíše poloviční až čtvrtinové. Až dojde ropa, mohli bychom současné ropné produkty (paliva, maziva, kosmetika, plasty apod.) vyrábět ještě nejakou dobu z uhlí, technologie k tomu máme již nyní, ovšem bylo by to mnohem dražší.

V každém případě jde o zdroje omezené a navíc při jejich spalování dochází k uvolňování nežádoucích plynů, zejména CO2, jehož obsah v atmosféře je již nyní o třetinu vyšší než v předprůmyslové éře. Pro výrobu elektrické energie je tedy ze současných technologií nejlepší jaderná energie, která není zdrojem skleníkových ani zdraví škodlivých plynů a pro níž máme relativní dostatek paliva (řádově staletí, navíc je zde možnost recyklace jaderného odpadu). Ani to však není řešení navždy, nehledě na to, že v některých zemích je výstavba jaderných elektráren omezena nebo zcela zakázána z obavy před možnou havárií a kvůli potížím s likvidací jaderného odpadu. Ač nechci tyto záležitosti nijak bagatelizovat, s našimi současnými možnostmi je jádro jedinou rozumnou možností ve velkém měřítku.

Zároveň je však třeba intenzivně pracovat na výzkumu a vývoji nových způsobů získávání a skladování energie, které by využívaly obnovitelných nebo reálně nevyčerpatelných zdrojů. Alternativ tu máme již několik: vodní a příbojové elektrárny, větrné elektrárny, spalování biomasy, geotermální zdroje, sluneční elektrárny. Jaderná fúze je zatím pohádkou budoucnosti. Otázkou je, co z toho má potenciál vytrhnout lidstvu trn z paty.

Většina výše jmenovaných využitelných energetických zdrojů (a to i včetně té ropy, plynu a uhlí) má tak jako tak původ ve sluneční energii. Záleží však na tom, co vše stojí (a případně vzniká jako vedlejší produkt) na cestě mezi sluncem a místem, kde energii spotřebujeme, a samozřejmě také jak je tento proces účinný a jaká je jeho celková kapacita. Vezměme to popořadě:

  • Biomasa: Teoretická účinnost fotosyntézy je 10.5%, ale u reálných rostlin a bakterií se pohybuje nejvýše v oblasti 0.5-1%. Kdybychom věnovali pětinu povrchu celé země výhradně produkci biomasy za účelem energetického využití, získali bychom celkově nejvýše 7-10 TW. Zpracování i spalování biologické hmoty je navíc zdrojem již zmíněných nežádoucích plynů. Obdělávání půdy pak vede k další spotřebě a emisi zplodin, paradoxně se k výrobě „bioenergie“ využívají zcela „nebio“ fosilní zdroje. To však lze pokládat za přechodný stav, postupem času by se mohla část produkce zpětně využívat ve vlastní výrobě.
  • Vítr: Teoretický limit větrných elektráren při předpokladu průměrné rychlosti větru 5 m/s a umístění ve výšce 10 nad zemí jsou pouhé 2 TW. Celkové množství kinetické energie ukryté v pohybu atmosféry sice odpovídá výkonu 870 TW, omezená účinnost větrných elektráren a nemožnost využití atmosféry v celém jejím objemu nám však nedá k dispozici více než zlomek této hodnoty. V současné době těžíme z energie větru pouhých 75 GW celosvětově.
  • Voda: Teoretický limit využitelné energie ze všech světových toků hydroelektrárnami je z globálního hlediska nepříliš významný – 7 TW, v praxi spíše o řád méně. Dalších několik stovek GW by nám mohlo přinést využití energie příboje a přílivu/odlivu, to se ale vzhledem k výrobním nákladům potřebných zařízení jeví jako značně neekonomické. Celkový výkon pohybu oceánských a mořských vod (příboj, příliv, mořské proudy) je v řádku desítek TW, ale využitelnost je malá a v praxi omezená spíše na pobřežní oblasti.
  • Geotermální zdroje jsou na tom podobně, ani při nejlepší vůli z nich nevytěžíme více než několik málo desítek TW.
  • Slunce: Teoretický limit je úctyhodných 120 000 TW. Jde o dobře distribuovaný zdroj, který navíc není svázán s žádným médiem – proud fotonů na Zemi dopadá přímo ze svého zdroje. Využití slunečního světla nevede k produkci zplodin.

Jak vidno, budoucnost je jednoznačně ve sluneční energii, resp. v jejím přímém využití. Ostatní typy elektráren budou vždy jen doplňkovými zdroji. Potíž solárních článků je bohužel zatím v tom, že elektřina jimi vyrobená je tisíckrát dražší než získaná konvenčními metodami a množství energie potřebné k výrobě článku se za celou jeho životnost nevrátí (nemluvě o surovinách, spotřebovaných a uvolněných během produkce). Mělo by však být jen otázkou času, kdy budou k dispozici technologie levnější a účinnější než ty dosavadní. Základní dva směry výzkumu jsou:

  • Přímá výroba elektrické energie ze světla, ať už jde o systémy anorganické (typicky polovodiče nebo sofistikované nanostruktury) či organické (princip umělé fotosyntézy). Výhodou tohoto systému je jejich uzavřenost, tj. že nevyžadují žádný přísun materiálu.
  • Přeměna světelné energie na chemickou, např. rozklad vody na vodík a kyslík nebo produkce kapalných paliv z jednodušších, běžně dostupných a obnovitelných látek. Výhodou této metody je, že zároveň řeší i problém skladování energie, neboť nevyrábí přímo elektřinu, ale energii ukládá do chemické vazby.

Osobně jsem přesvědčen, že se prosadí oba základní typy a budou existovat souběžně, každý tam, kde bude jeho využití výhodnější. Základní otázka pro hledače energetických alternativ má však každopádně jedinou rozumnou odpověď – Slunce. A jednou možná také jadernou fúzi, pokud se nám ji podaří někdy ochočit. To platí bez ohledu na to, co se nám snaží vsugerovat zelená lobby, které masivní dotování větrníků, vodních turbín a pěstování řepky připadá jako ta správná cesta z energetické krize.

Jak získat peníze na perpetuum mobile

Perpetuum mobile. Tedy… jeden z neúspěšných pokusů o něj.

Ekologická témata jsou v posledních letech jedněmi z nejfrekventovanějších a stále častěji s nimi žonglují i politici. Globální oteplování je celosvětový strašák a podrobnější zamyšlení nad jeho oprávněností nechám na některý z příštích článků. Samozřejmě nepochybuji o nutnosti vést lidi k úspornějšímu využívání energie a přírodních zdrojů obecně (ačkoliv je to dost sisyfovská práce), ani o nutnosti hledat a aplikovat jiné masové zdroje energie, než kterých využíváme nyní. Fosilních paliv nám zbývá řádově na jedno století, nukleární energie je dobrým řešením na mnohem delší dobu, ale zase vyvolává neustálé pochyby o její bezpečnosti, a ostatní dnes známé technologie uspokojí z celosvětové spotřeby maximálně desetiny procent až procenta.

Na vzedmuté vlně zájmu o stav životního prostředí, ale zároveň i strachu šířeného ekologisty (pozor, neplést s ekology, mám zde na mysli enviromentalistické aktivisty) se pochopitelně sveze kdejaký projekt. Tedy vedle těch seriózních i ty, jejichž jediným cílem je vysát z důvěřivého investora, nebo ještě lépe fondů evropské unie nějaký ten peníz. Každá upřímně míněná snaha o nalezení alternativních zdrojů energie nebo zefektivnění těch stávajících má určitě svůj smysl a rozhodně by nebylo rozumné ani zodpovědné předem zavrhovat nějaký výzkum jen proto, že nám připadá pravděpodobnost jeho úspěšného završení málo pravděpodobná. S tímto přístupem by spousta klíčových vynálezů nikdy nespatřilo světlo světa.

Jsou ovšem případy, kdy lze pouze na základě základních fyzikálních zákonů a odhadu celkových energetických bilancí bez zkoumání bližších detailů rovnou říci, že je úspěch vyloučen. Jestli za tím pak stojí prvotní záměr ziskuchtivého „výzkumníka“, nebo pouze jeho naivita a nedostatek znalostí v přírodních vědách, je otázkou z jiného soudku, kterou ať si řeší ti, z jejichž kapsy je to placené.

Každou chvíli se dočteme v novinách o novém úžasném projektu, založeném na větrné, vodní, geotermální, nebo třeba příbojové energii. V první vlně můžeme vyloučit jednoznačné snahy o projekty založené na předpokladu neplatnosti (resp. ignoraci) některého ze základních termodynamických zákonů. Jako první to odnese evergreen, snažící se tiše obejít 1. zákon termodynamiky, tedy perpetuum mobile prvního druhu, které vyrábí více práce než kolik energie přijme. Dalším velmi typickým případem jsou zařízení, která pro svoji činnost pouze odebírají teplo, tedy perpetuum mobile druhého druhu, ignorující pro změnu princip rostoucí entropie.

V druhé vlně se pak stačí zamyslet nad tím, jaká je maximální teoretická kapacita primárního zdroje energie, která by měla dané zařízení pohánět. Víme zhruba, kolik je na světě vodních toků a jaký jejich objem a potenciální energie v nich skrytá. Víme také přibližně, kolik na zemský povrch dopadá slunečního svitu a kolik v sobě nese wattů. Dokonce i na celkové množství kinetické energie větru existují (alespoň řádové) odhady. Konkrétním číslům se budu věnovat v dalším článku. Zatím se jen pokouším ukázat, že pokud se budeme držet naší matičky Země, existují zde limity, které nepřekročíme i kdyby se vědci a inženýři celého světa postavili na hlavu.

Vedle toho existují limity méně striktní a tedy v zásadě překonatelné, ovšem zřejmě nikoliv v současné době. Jsou jimi především omezení ekonomická. Budeme-li mít v ruce návrh nějaké metody výroby nebo skladování elektrické energie, můžeme na základě použité technologie odhadnout její finanční náročnost a tím pádem (při znalosti životnosti zařízení) i návratnost. Přitom lze samozřejmě vycházet pouze z technologií, které jsou v naší době dostupné, pokud součástí projektu není vývoj nějakých zásadně nových, které by se při výrobě uplatnily (což právě často není).

Samozřejmě i projekty, které si během své celé životnosti na sebe nevydělají, mohou mít svůj určitý smysl, a to v případě, kdy ušetří neobnovitelné zdroje, u nichž se dá v blízké budoucnosti čekat nárůst ceny. Ovšem to jen pokud se při jejich výrobě nespotřebují suroviny a energie vytvořené právě z takových nenahraditelných zdrojů, což většinou bohužel platí. Ne nadarmo se pak říká, že co není ekonomické, není ani ekologické. Cena přírodních zdrojů je totiž určena kombinací poptávky po nich, jejich dostupnosti a především pak celkového množství jejich zásob. Poptávku můžeme do určité míry omezit umělým navýšením ceny, dostupnost lepšími technologiemi těžby a zpracování. Množství dané suroviny na Zemi je však třeba brát jako předem dané (pro rýpaly: za předpokladu, že rychlost jejich spotřeby je mnohem větší, než rychlost jejich obnovy, což bezezbytku platí o všech fosilních palivech i nerostných surovinách).

Až se tedy příště zase dočtete o nějakém „převratném“ nápadu nebo vynálezu, který má lidstvo vyvést z energetické krize, zkuste se na něj podívat skeptickým okem a udělat si alespoň hrubý odhad, jestli spíše nespadá do říše snů než do našeho reálného světa. Možná vás pak překvapí, na co všechno lze v dnešní poněkud zpaničtělé době získat dotace. A možná pak také začnete kritičtěji přijímat hysterické „zaručené zprávy“ o geniálních projektech, zadupaných do země zlým ropným lobby (které je buďto odkoupilo a nyní drží pod pokličkou, nebo jejich autory zastrašuje a neumožňuje jim s nimi vyjít na veřejnost). Obávám se, že jsou to většinou právě nápady z kategorie těch, jejichž možnosti využití neleží ani v rovině teoretické.

Kdekdo by mohl namítnout, že zkusit se má všechno, že každý pokus o nalezení alternativního zdroje energie je chvályhodný nebo že předem nemůžeme vědět, jak nějaký výzkum dopadne. Jenže náš čas ani prostředky nejsou neomezené a čím více obojího ušetříme na projektech, které jsou odkázány k neúspěchu už na základě jejich základních předpokladů a principů, tím více nám zbyde na projekty alespoň potencionálně nadějné.

Nepohodlná pravda („An inconvenient truth“)

Některé věci v sobě nesou svůj vlastní příběh. Ať už o době kdy vznikly či byly používány, nebo třeba o svých majitelích. Poslechněte si příběh dvou domů kdesi za velkou louží a sami si učiňte vlastní závěr. (Mimochodem, předesílám, že nejsem rozhodně fanouškem ani jedné ze zmíněných osob.)

Dům č. 1

Sídlo s dvaceti pokoji a osmi koupelnami je vyhříváno zemním plynem. Stejný typ ohřevu je použit v přilehlém krytém bazénu a samostatném domku pro hosty. Během jediného měsíce tato residence spotřebuje více energie než průměrná americká domácnost za celý rok. Průměrný měsíční účet za elektřinu a plyn přesahuje částku 2400 dolarů. Jen ve spotřebě plynu je tato nemovitost na úrovni 12násobku celonárodního průměru.

Není to tím, že by byl dům situován někde v chladných oblastech na severu nebo středozápadě, nýbrž se nachází na poměrně teplém jihu.

Dům č. 2

Navržen profesorem architektury na jedné z předních universit. V tomto domě je zabudováno prakticky každé ekologické zařízení, které je v současné době v stavebnictví dostupné. Dům se 4 ložnicemi a celkovou zastavěnou plochou 370 metrů čtverečních je usazen uprostřed prérie na americkém jihozápadě.

Geotermální pumpy čerpají vodu z trubek ukrytých 90 metrů pod zemí. Voda s teplotou okolo 20 stupňů Celsia zahřívá celý dům v zimě a naopak ho chladí v létě. Celý systém nevyžaduje ke své činnosti žádná fosilní paliva (jako např. plyn nebo naftu) a jeho spotřeba elektřiny je na úrovni jedné čtvrtiny toho, co spotřebuje konvenční vyhřívací a chladicí systém.

Dešťová voda z okapů je zachycována v podzemní cisterně o objemu 950 hektolitrů. Odpadní voda z koupelen, kuchyně a toalet prochází podzemní čističkou a končí v téže cisterně. Shromážděná voda je následně využívána k zavlažování pozemku okolo domu. Pro danou oblast původní druhy křovin a květin dodávají této nemovitosti příjemný venkovský ráz.

Pointa

  • Dům č. 1 se nachází poblíž Nashville v Tennessee; bydlí v něm „environmentalista“ Al Gore.
  • Dům č. 2 se nachází ranči nedaleko Crawfordu v Texasu; jedná se o rezidenci současného prezidenta Spojených Států Amerických, George W. Bushe.

Ano, pane Gore, pravda dokáže být opravdu hodně nepříjemná!