Co má společného koronavirus s klimatem?

Novináři buď ve snaze o senzačně znějící titulky, nebo z prostého ignorantsví často ohromují čísly, která bez kontextu nedávají pořádný smysl a spousta dalších lidí pak tuto rétoriku nekriticky přebírá. Opět se to ukazuje na současné histerii okolo koronaviru (2019-nCoV). Už zhruba týden se objevují nové a nové články, denně aktualizující počet obětí a ukazující poměrně drastická opatření čínských úřadů, kontroly na letištích, hromadné rušení letů, davové psychózy skupování roušek, nucené karantény atd.

Tak nejdříve ten kontext: Za prahovou hodnotu virové epidemie je u nás považováno 1500 nemocných na 100 tisíc obyvatel. V současné době je epidemický stav z důvodu chřipky vyhlášen celorepublikově, při aktuálních hodnotách se jedná o zhruba 200 tisíc nemocných. Každý rok je u nás na vrub chřipky přičítáno okolo 1500-2000 obětí.

Koronavirus 2019-nCoV pod elektronovým mikroskopem

Více než miliardová Čína přitom k dnešnímu dni hlásí nějakých 14 tisíc nakažených a 300 mrtvých v důsledku koronaviru. Aniž bych to chtěl jakkoliv zlehčovat, musím se ptát – je to hodně, nebo málo? Vyplašený čtenář si představí ten „masakr“ tří stovek mrtvých a má v tom hned jasno. Jenže v čínském měřítku to představuje zhruba jednoho pacienta na 100 tisíc obyvatel a jedna obět připadá průměrně na více než 4 milióny lidí! To mají tamní soudruzi tak drakonicky nastavené epidemické prahy? Navíc, málokdy ve veřejných médiích zároveň zaznělo, že většina obětí byla v poměrně vysokém věku (nad 60 let) a často byly příčinou druhotné infekce, kombinace s chronickými respiračními nebo srdečními potížemi apod., což je typickým atributem chřipkových onemočnění.

Argumentuje se také vysokou infekčností této virové mutace a například v nováckých zprávách před pár dny prezentovali dramatickou, zhruba exponenciální křivku nárůstu počtu nakažených. „Zapomněli“ však dodat, že stejný typ vývojové křivky vykazuje prakticky každá podobná sezónní choroba a až dosáhne obvyklé saturace a následně začne klesat, nikdo takto aktualizovanou křivku už v hlavních zprávách neukáže, protože zcela pozbude na své dramatičnosti.

Ani to, že jde o relativně nový a málo známý typ viru, na který neeexistují léky ani vakcína, nehraje velkou roli. Většina pacientů symptomaticky podobné typy viróz (např. chřipku) léčí pouze vyležením, případně podpůrnou léčbou (antipyretika, vitamíny, …) a míra proočkování proti běžným typům chřipek je beztak poměrně malá (u nás i celosvětově). Další obava plyne z možných budoucích mutací – k těm však dochází i u již známých chřipkových virů. V čem se údajně liší nejnovější koronavirus od běžných chřipkových nákaz je vyšší koeficient infekčnosti, ale je otázka, nakolik jsou taková čísla u začínající epidemie spolehlivá, už vzhledem k omezeným laboratorním kapacitám a ke krátké době, po kterou testy probíhají.

Má tedy tohle všechno být důvod k tomu, nepouštět lidi z bytů a uzavírat celá mnohamiliónová města? Tak buď nám oficiální představitelé Číny bohapustě lžou (což by u komunistů nebylo až tak překvapující), nebo to na dalším příkladu odhaluje sklony současné globalizované a přecitlivělé společnosti k přehnaným reakcím a zároveň zřejmě i snahy vydojit z toho kapitál. Ať už finanční nebo politický – počínaje médii, uměle živícími „velké“ téma, přes výrobce ochranných pomůcek a léků, populistické proklamace politiků jaká opatření „na ochranu svých občanů“ chystají, až po přísliby budoucích brebend, plynoucích z využití lidského strachu (ať už se to týká legislativy nebo byznysu).

Toto schéma iracionálního chování i způsob mediální prezentace docela připomínají klimatické tanečky posledních několika let. Ačkoliv podporuji všechny rozumné snahy o snížení zátěže přírody lidskou činností, téma globální změny klimatu (dříve dost nešikovně označované jako globální oteplování) se stalo spíše platformou pro politické proklamace a státem garantovaný byznys, než pro vědeckou a věcnou diskusi.

Péče o naši planetu je záslužná věc, ale plané plkání nedovzdělaných amatérů na konferencích s vágními závěry k tomu jen těžko přispěje.

Začíná to už patřičnou informační masáží: Lidstvo vyprodukuje ročně 35 gigatun skleníkových plynů (především oxidu uhelnatého a metanu) a proto se připravme na potřebu masivních investic do „zeleného byznysu“ a dotací, na nárůst legislativních omezení a kontrolních mechanismů, direktiv, norem a s tím spojené administrativy (ve státní i komerční oblasti). Jinak to nepůjde. Změnu klimatu zastavíme, ať to stojí, co to stojí. A myslíme to s vámi a přírodou dobře.

Cesta do pekla je dlážděna dobrými úmysly.

Tak opět trochu toho kontextu: Přes 30 miliard tun CO2 vyprodukovaného lidskou činností za rok zní děsivě, ale kdo si to dokáže představit? Průměrné zhruba 4 tuny na osobu, nebo spíš deset kilogramů na osobu a den, to už je našim představám trochu blíž. Z toho konkrétně v důsledku pozemní dopravy zhruba jeden kilogram. Ale je to hodně nebo málo? Je to dost na to, aby byl důvod tlačit emisní normy aut téměř za fyzikální meze, když se přitom nevyvíjí přiměřeně tomu podobné tlaky na jiné, často větší, zdroje znečištění? Je to dost nebo málo v kontextu toho, že v druhohorním období jury byla koncetrace CO2 v atmosféře pětinásobná oproti dnešku? Je to dost nebo málo s přihlédnutím k tomu, že mimo působení člověka se uvolní do ovzduší dalších 800 gigatun CO2 ročně? Není spíše podstatná rychlost změn, než samotná absolutní hodnota?

Jak aktuální humbuk kolem koronaviru, tak současné klimatistické trendy vykazují společný sociální mechanismus. Bohužel takový, jehož základem není racionální přístup vedoucí k realistickým a efektivním opatřením, ale spíše iracionálními pohnutkami živená snaha nahnat politické, ideologické a kapitálové body.

Slepá cesta automobilového průmyslu

Dobíjet nebo tankovat? Možná zbytečné dilema…

Současný trend automobilového průmyslu je zřejmý – elektromobilita. Tedy… komu to nepřipadá dostatečně zřejmé, tomu to natlačíme silou. Což je víceméně způsob, jakým se snaží současní politici přirozený vývoj spíše než urychlit, tak uměle nalinkovat svým „vizionářským“ směrem. V konkrétnější podobě se pak hovoří téměř výlučně o elektrických vehiklech živených akumulátory.

Ústřední motivace těchto snah je poměrně bohulibá – snížení emisí a závislosti na fosilních zdrojích. Pokud jde o emise, jeden z nejklasičtějších argumentů odpůrců elektromobility o „výfuku v elektrárně“ je přitom poměrně slabý. Elektrárna má vzhledem k objemům produkce přeci jen mnohem větší možnosti ohledně optimalizace pracovního režimu i kontroly nad emisemi a odpadními látkami, nemluvě o elektrárnách založených na obnovitelných nebo bezemisních zdrojích (jaderné elektrárny, solární panely, vodní a větrné elektrárny apod.).

Zároveň ani nelze mávnout rukou nad tím, že máme daleko větší znečišťovatele životního prostředí než jsou dnešní, již poměrně úsporná a katalyzátory vybavená, auta. Problém totiž není až tak v souhrnném množství zplodin (globální produkce skleníkových plynů lidmi jde na vrub dopravy zhruba ze 14%, přičemž pozemní doprava jen okolo 10%), ale v jejich silné lokalizaci především v městských aglomeracích. Ta vede k tomu, že na pouhém půl procentu plochy vznikne 40% všech emisí spojených s dopravou.

Takže elektrický pohon se jeví jako docela dobrý nápad. Od dobrého nápadu k dobré realizaci ale bývá většinou dlouhá a nepřímočará cesta. V současných direktivních snahách vidím hned několik úskalí. Nechme teď stranou nesmyslné dotace, kvóty, emisní limity, polické proklamace termínů elektrifikace dopravy, nesplnitelné plány rozšiřování energetické infrastruktury a různé prvky sociálního inženýrství.

Jako nejvíce omezujícím faktorem se ukazuje být v současné době nejvíce prosazovaná technologie ukládání energie, tedy klasické elektrické akumulátory a s tím spojená potřeba jejich externího dobíjení.

Jestliže je na pozadí celé snahy o eliminaci spalovacích motorů ochrana životního prostředí, potom má přechod na akumulátory smysl jen tehdy, když jejich výroba a následná likvidace nepovede jen k jinému druhu zátěže ve srovnatelném rozsahu, resp. pokud na výrobu v celosvětovém měřítku vůbec existují dostupné surovinové zdroje (i s perspektivou budoucího vývoje). Tento problém je principiálně překonatelný vyvinutím nových technologií, nezávislých (nebo méně závislých) na lithiu, manganu, kobaltu a podobných prvcích a zároveň vyrobitelných méně „špinavými“ procesy než ty současné.

Hůře překonatelným omezením, majícím principiální základ, je dosažitelná energetická hustota ve srovnání se systémy založenými na odděleném palivu a generátoru. Obecný problém akumulátorů totiž spočívá v tom, že aktivní látka (nosič energie) je integrální součástí celého energetického zdroje, zatímco u generátorů je nosič energie (palivo) od vlastního zdroje oddělen. To má důsledky jak pro měrnou hmotnost, resp. energetickou hustotu takového zařízení, tak i pro jeho bezpečnost, protože kontrola nad lokalizovaným zdrojem energie se realizuje daleko snáze. Z hlediska bezpečnosti navíc proti běžným akumulátorům používaným v současné době hraje fakt, že v sobě obsahují zaroveň i oxidační činidlo, což je činí velmi obtížně hasitelnými v případě vznícení.

Jinak řečeno, u diskrétního tandemu palivo–generátor se navýšení kapacity (nikoliv výkonu) docílí pouhým zvětšením palivového rezervoáru, což je obecně jak mnohem levnější, tak hmotnostně i prostorově úspornější přístup.

Dalším principiálním problémem nabíjecích akumulátorů je doba přenosu energie při nabíjení. Je to něco, co nesouvisí s konkrétním řešením baterie, ať už je konstruována sebedokonaleji ze sebedokonalejších materiálů, tu elektrickou energii o požadovaném množství do ní prostě přenést musíte. Přitom elektrický ekvivalent toku benzínu proudícího běžnou tankovací pistolí je i při uvažování poměrně velkého nabíjecího napětí 500V zhruba 70kA. To je dost tvrdá konkurence – této hodnotě se nepřibližují současné superdobíječky ani řádově a to si ještě zkuste představit takovou dobíjecí stanici u silnice s tuctem přípojek. Tudíž realistické využití akumulátorů spadá spíše do oblasti menších kapacit a situací, kdy není problém dobíjet menšími proudy přes noc (typicky majitelé rodinných domů a garáží).

Třítunové SUV na baterky s dojezdem 300 km za ideálních podmínek? Děkuji, nechci…

V tomto kontextu se rýsují jako lepší řešení palivové články (ať už vodíkové nebo využívající nějaké organické palivo pocházející z obnovitelných zdrojů), případně spalovací motory využívající podobných typů paliv (vodík, metanol, etanol apod.). Zároveň to ovšem neznamená, že by akumulátory byly nevhodným řešením samy o sobě. Tou slepou cestou nejsou akumulátory jako takové, ale jejich snaha cpát je do segmentů, kde mají mnohem větší perspektivu jiné technologie – doprava na dlouhé vzdálenosti, větší vozidla, uživatelé v hustěji zalidněných oblastech… Rodinné SUV pro cestu na zahraniční dovolenou s mnohametrákovou drahou baterií pod podlahou není moc rozumný nápad, ale pro denní dojíždění pár desítek kilometrů do práce dvoumístným přibližovadlem, pro skůtry, elektrokoloběžky a elektrokola, vysokozdvižné vozíky a podobné využití může být dobíjecí akumulátor dobrou volbou.

A nic na tom nezmění ani sebevětší dotace a vlhké sny politických ideologů, odtržených od reality. Budoucnost dopravy vidím v racionální koexistenci několika různých technologií (akumulátory, palivové články, nové generace spalovacích agregátů a kdoví co ještě se podaří časem vymyslet), z nichž každá bude nasazována v aplikacích, pro něž se bude v dané fázi vývoje jevit jako nejefektivnější. Koexistenci vzniklé v důsledku přirozeného vývoje a přirozené poptávky, nikoliv prosazením silou úředních nařízení.

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.

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.