Elektromos jövőnk: Nem nukleáris alacsony szénhidráttartalmú étrend?

Ez a cikk eredetileg a New Hampshire Sierran 2005 őszi számában jelent meg, a New Hampshire Sierra Club hírlevelében.

Az áram egyértelműen civilizációnk alapvető pillére. Most alapvető kérdésekkel kell megküzdenünk: A növekvő kereslet és az egyre csökkenő energiaforrások mellett elegendő áram lesz-e szükségleteink kielégítésére? Előállítható-e jövőbeni villamos energiánk az emberi egészségre és a bolygók egészségére gyakorolt káros hatások nélkül?

Az NH Sierran szerencsés volt, hogy megtalálta Dr. Arjun Makhijani, az Energetikai és Környezetkutatási Intézet elnöke és főmérnöke, hajlandó megválaszolni ezeket a kérdéseket. Ő az USA energiahatékonysági potenciáljának első értékelésének fő szerzője. gazdaságról (1971), és sokat írt az energetikai és környezeti kérdésekről. E válaszok elkészítése során konzultált dr. Brice Smith, az IEER vezető tudósa, aki az atomenergiáról és a globális felmelegedésről szóló könyvön dolgozik.

Néhány környezetvédő nemrégiben kifejezte azon véleményét, hogy szembe kell néznünk az atomenergia-termelés és annak radioaktív hulladék-örökségének kockázataival, mint a fosszilis üzemanyagok égetésénél kisebb rosszal. Kérjük, ossza meg véleményét erről a témáról.

Közel egyetértés van abban, hogy az éghajlatváltozás messze a legsúlyosabb környezeti probléma a világon, és hogy a szén-dioxid a fő az üvegházhatású gázok között. Mivel az atomerőművek (beleértve a kapcsolódó infrastruktúrát is) nulla vagy alacsony szén-dioxid-kibocsátással rendelkeznek, úgy tűnik, hogy néhány vezető környezetvédőnek más gondolatai vannak az atomerőművel szembeni ellenállásról. A nukleáris ipar megpróbálja a klímaváltozást arra használni, hogy nagy kormányzati támogatásokkal felélessze az elhulló piacot.

A fő kérdés azonban nem az, hogy felhasználható-e az atomenergia a szén-dioxid (CO2) kibocsátás csökkentésére. Nincs hiány olyan energiaforrásokból, amelyek CO2-kibocsátása nem vagy csak alacsony. A szélerőművek potenciálja az Egyesült Államok gerincén (Észak-Dakotától Texasig, beleértve a Középnyugati és a Sziklás-hegység államokat) található 12 államban megegyezik az Egyesült Államok teljes villamosenergia-termelésének két és félszeresével.

Másképp fogalmazva, az ottani energiapotenciál nagyjából megegyezik a Kőolaj-exportáló Országok Szervezetének (OPEC) összes tagjának olajtermelésével.

A probléma megoldásához nem az energiaforrások, hanem a pénz hiányzik. Ezért a fő kérdés: egy adott pénzösszeg esetében a CO2-kibocsátás csökkentésének milyen megközelítése minimalizálja a társadalom és a jövő generációi számára felmerülő egyéb költségeket és kockázatokat? Erre a kérdésre válaszolva az atomenergia kudarcot vall a teszten.

Kérjük, adjon áttekintést az Egyesült Államok százalékos arányáról és a globális villamos energiát jelenleg szén, olaj, gáz, nukleáris energia és megújuló energiaforrások, például víz, szél, napenergia szolgáltatja.

A szén az Egyesült Államok villamos energiájának 50, az atomenergia mintegy 20 százalékát adja; földgáz 20 százalék alatt, vízenergia körülbelül 7 százalék, az olaj körülbelül 2 százalék. A vízenergián kívüli megújuló energia csak körülbelül 2 százalék, főleg szélenergia és némi geotermikus energia. A napenergia nagyon kicsi, sokkal kevesebb, mint egy százalék.

Világszerte a fosszilis tüzelőanyagok (főként a szén) a villamos energia mintegy 64 százalékát, a víz- és az atomenergia egyaránt 17 százalékot, a megújuló energiaforrások pedig körülbelül 2 százalékát szolgáltatják. Fontos megjegyezni, hogy a villamos energiától eltérő ágazatok üzemanyag-felhasználása is felelős a CO2-kibocsátásért - nevezetesen a szállítás, az épületek fűtése és az üzemanyag-felhasználás az iparban.

Minden energiaforrásnak van némi hatása - ebben az értelemben az energiafelhasználás hasonló, mint más kérdések. Következésképpen az energia korlátlan felhasználása, mint bármely más erőforrás, sem nem lehetséges, sem ésszerű.

Mi lehet a hatékonyság növelésének lehetősége?

Az Egyesült Államokban és más iparosodott országokban az energiafelhasználás hatékonysága kórosan alacsony - és még alacsonyabb a fejlődő országokban. Például egy tipikus, nagy hatékonyságú, gáztüzelésű központi fűtési kemence hatékonysága kevesebb, mint 10%, szigorú fizikai kritériumok alapján értékelve (a termodinamika második törvénye). Az elektromos ellenállás fűtése még kevésbé hatékony. Az elektromos világítási rendszerek átlagos hatékonysága körülbelül egy százalék - vagyis az áram előállításához felhasznált üzemanyagban lévő energia csak körülbelül egy százaléka jelenik meg látható fényenergiaként. A többit hőként pazarolják el akár az erőműnél, akár az izzón. Még a nagy hatásfokú lámpák hatékonysága is csak körülbelül 3 százalék. És a fény nagy része is kárba veszik.

A személyszállítás hatékonysága hasonlóan gyalázatos. Az a hasznos munka, amikor egy másfél tonnás autó szállít egy 150 vagy 200 font súlyú személyt, kevesebb, mint az üzemanyag-bevitel energiatartalmának egy százaléka.

Az energiafelhasználás hatékonyságának növelése a jelenleg rendelkezésre álló technológiával óriási. Az USA kétharmada A gazdasági teljesítmény egységenkénti energiafelhasználása a rendelkezésre álló technológiák alkalmazásával kiküszöbölhető, miközben a mai üzemanyag-felhasználás minden funkcióját megtartja. Az energiakutatás és a közpolitika érzékeny programja révén néhány évtized alatt teljes mértékben elérhető a gazdasági teljesítmény egységenkénti energiafelhasználása a jelenlegi tizeden. Bizonyos körültekintéssel az energiafelhasználás terén és nagyon magas hatékonyság mellett a gazdasági teljesítmény megháromszorozódhat a következő ötven évben, miközben az energiafelhasználás összességében több mint háromszorosára csökken.

De mindehhez továbbra is ellátnunk kell az energiát - és ez valószínűleg egyre inkább áram formájában jelenik meg, mivel a technológiai megközelítések szélesebb skáláját teszi lehetővé az energiafelhasználás hatékonyabbá tétele érdekében. Az Egyesült Államokban a szükséges villamos energia növekedése szerény, mivel a felhasználás már most is magas, és számos lehetőség kínálkozik a hatékonyságra. Végül akár a technológia és az életmód fejlődésétől függően meg lehet kezdeni ennek az összetevőnek a csökkentését is. Ezzel szemben a fejlődő országokban szükséges villamosenergia-növekedés azért magas, mert emberek milliárdjai még a minimális szükségleteket sem tudják kielégíteni, még kevésbé várják még a szerény kényelmet is. És ez a növekedés a fejlődő világ nagy részén, Kínában és Indiában is bekövetkezik.

Tehát önmagában a hatékonyság nem teszi lehetővé annak megválaszolását, hogy miként jutunk el onnan, ahol vagyunk, egy olyan világba, amelyben a következő mintegy ötven évben a szén-dioxid-kibocsátás 50–80 százalékát megszüntetjük, és ahol azok, akik szegények ma esélyük van a kényelmesebb életre.

Melyek az atomenergia sajátos problémái, amelyek miatt a CO2-kibocsátás csökkentésének módja nem ajánlott?

Az erőművek CO2-kibocsátásának globális jelentős csökkentése érdekében az elkövetkező öt évtizedben 2000–3000, egyenként 1000 megawattos atomreaktort kell építeni - ez a következő ötven évben hetente egy. Ennek az az oka, hogy a jelenlegi szén- és kőolajkapacitás körülbelül felét le kellene cserélni atomenergiával (kb. 1000 reaktorral), a többit pedig a további villamosenergia-igény kielégítésére fordítanák. Még akkor is, ha az ipar ilyen nagy növekedése befogadható, ez számos súlyos kockázatot jelent.

Az atomerőműveket és a hozzájuk kapcsolódó technológiákat sok tucat országban széles körben alkalmaznák. A fegyverek és erőművek gyártásához szükséges emberi és technikai infrastruktúra nagyjából megegyezik. Körülbelül két, több millió kilogrammos űrtartalmú urándúsító üzemet kellene évente felépíteni. Az urán iránti kereslet olyan magas lenne, hogy a plutónium elválasztása a kiégett nukleáris fűtőelemektől egyre valószínűbb és szélesebb körű lenne. Észak-Korea ezt a technológiát használja fegyverprogramjában. Másik példa: Japán kereskedelmi plutóniumát atomfegyverek előállítására használhatja fel. A japán Liberális Párt vezetője, Ichiro Ozawa 2002 áprilisában azt mondta, hogy „Ha (Kína) túlságosan felfúvódik, a japán emberek válaszként hisztérikussá válnak”, és hogy „rengeteg plutónium van atomerőműveinkben, így lehetséges számunkra 3000-4000 nukleáris robbanófej gyártása. " Japán elegendő plutóniummal rendelkezik ennek megvalósításához, bár egy részét jelenleg a brit és a francia újrafeldolgozó helyeken tárolják, ahol szinte az összes japán kereskedelmi újrafeldolgozás megtörténik. Japán egy nagy új újrafeldolgozó üzemet is épít otthon.

Az újrafeldolgozás szintén a Bush-kormány atomenergia-stratégiájának része. Az Egyesült Államokban kifejlesztett új újrafeldolgozási technológia kompaktabb és könnyebben elrejthető. Szennyezetlen plutóniumot állít elő, amelyet a fegyveres államok nem használnának bombákhoz, de a nem fegyveres államok és terrorista csoportok vonzónak találnák. A technológia sokkal kompaktabb és sokkal könnyebben elrejthető, mint a jelenlegi kereskedelmi technológia. Még az újrafeldolgozással is sok hosszú élettartamú radioaktív hulladék mélyföldtani elhelyezésére lenne szükség - talán évtizedenként több.

A biztonság növelése mellett is a reaktorok ilyen nagy száma időszakos katasztrofális balesetek kockázatával járna. Noha a balesetek mechanizmusa és valószínűsége eltér a különböző kivitelektől, a most beépített reaktorok mindegyikének ugyanolyan mértékű balesetveszélye van, mint Csernobilnak. A balesetek esélyét nagyon nehéz megbecsülni, de a kockázatbecslés hagyományos megközelítéseinek alkalmazásával várhatóan ilyen balesetek egy-két évtizedenként egyszer bekövetkeznek, ha párezer reaktort telepítenek szerte a világon. Ha az ellenőrzések és a biztonság laza, mint ahogy az is előfordulhat, ha ennyi reaktort építenek rövid idő alatt, a kockázatok is nagyobbak lehetnek.

Nincs jó megközelítés a hosszú életű nukleáris hulladék ártalmatlanítására. A geológiai tárak teljesítményének becslésével kapcsolatos problémák túl ijesztőek, és jelentős bizonytalanságok maradnak a hatással kapcsolatban. Balesetek, radioaktivitás vagy terrorizmus veszélye miatt nem biztonságos a hulladékok határozatlan időre történő elhagyása a reaktorokban vagy más tárolóhelyeken. A geológiai megsemmisítés a „legkevésbé-legrosszabb” lehetőség, de a tudományt politikától és nyomástól mentesen kell végezni. Ez nehéznek bizonyult. A Yucca-hegység, amelyet az Egyesült Államokban egyedül vizsgálnak, véleményem szerint a legrosszabb lelőhely, amelyet ebben az országban feltártak.

Mindennek tetejébe az atomenergia drága, és annyira kockázatosnak tartják, hogy az ipar állami hitelgaranciákat és egyéb engedményeket akar még öt évtizedes biztosítás és egyéb szövetségi támogatások után is. A probléma része, hogy az atomenergia messze nem „túl olcsó a méréshez”, amint azt 1954-ben az Atomenergia Bizottság akkori elnöke, Lewis Strauss ígérte, drága (lásd alább).

Elképzelhető, hogy egy nukleáris energiarendszer sokkal kisebb, ha azt gondoljuk, hogy olyan energiakeverékbe tartozik, amely csökkentené a CO2-kibocsátást. De még az ezer reaktorból álló rendszer is azonos típusú sérülékenységekkel járna. Végül, korántsem egyértelmű, hogy az atomenergia fejlesztése fenntartható lenne, ha a vonal mentén egy bizonyos ponton súlyos balesetet vagy nyugat elterjedését eredményezné Nyugaton, vagy a város elpusztításához vezetett a terroristák által. Miért vállalja ezeket a biztonsági réseket, ha van más módszer a probléma kezelésére?

Milyen energiaforrások és technológiák állnak rendelkezésre a nukleáris energián kívül a CO2-kibocsátás csökkentése érdekében?

Néhány tényre van szükség a villamosenergia-termelés költségeiről annak felmérése érdekében, hogy miként lehet kezelni a CO2-kibocsátás csökkentésének problémáját. Jelenleg az USA Az új erőművek villamosenergia-termelésének költségei megközelítőleg a következők (nem számítva a CO2-kibocsátást, vagy bármilyen más külső környezeti vagy biztonsági költséget):

Széntüzelésű: 3,5–4 cent/kilowattóra
Földgáz, kombinált ciklus: 5–6 cent/kilowattóra
Nukleáris: 5,5-6,5 cent/kilowattóra
Szél a kedvező területeken és az ellátás 20 százaléka: 4-5 cent/kilowattóra
Napenergia: nagyjából 20 cent/kilowattóra (energiatárolás nélkül)

Jelenleg csak a napenergia költséges módszer a CO2-kibocsátás nagymértékű csökkentésének kezelésére. A szén esetében elméletileg feltételezhető, hogy felhasználása kiküszöbölhető, de a gyakorlatban ez lényegében lehetetlen lesz olyan időskálán, amely összeegyeztethető a CO2-kibocsátás csökkentésének szükségességével. Ennek oka, hogy az Egyesült Államok, Kína, India, Oroszország és Németország mind nagymértékben támaszkodik a szénre az áramtermelés során. Mind az ötnek nagy szénforrása van. Kína és India számára nemcsak gyakorlati módja annak, hogy a széntüzelésű erőműveket bármilyen más (beleértve az atomerőművet is) erőforrással helyettesítsék, a villamos energia növekedésének nagy része vagy nagy része továbbra is a szénnel, mint fűtőanyaggal fog történni az energiát sokkal nagyobb léptékben fejlesztik ki. (Jelenleg Kínában az áramellátás körülbelül 2 százaléka, Indiában pedig körülbelül 3 százaléka).

Úgy tűnik, hogy nincs alternatíva, kivéve a szénerőművek szén-dioxid-kibocsátásának drasztikus csökkentését a kínai és indiai villamosenergia-növekedés befogadásához. Szerencsére a CO2 leválasztása (a CO2 elválasztása a kipufogógázoktól) és visszavezetése geológiai tárolókba az elmúlt néhány évben megvalósíthatónak bizonyult Észak-Amerikában és az Északi-tengeren, ahol a CO2 visszatért a geológiai képződményekbe amelyből jelenleg kőolajat és gázt állítanak elő. A széngázosítás olcsóbbá teszi a szén-dioxid elválasztását a kipufogógázoktól, ugyanakkor jelentősen drágábbá teszi az erőmű működését is.

Ezért megvalósíthatónak tűnik a szén több évtizedes átmeneti időszakban történő felhasználása, feltéve, hogy sürgős erőfeszítéseket tesznek a szén-tüzelésű kazántechnológiáról az integrált szén-dioxid-megkötő szénerőművekre való áttérésre.

Egy másik terület, ahol nagy beruházásokra lesz szükség, az infrastruktúra fejlesztése a szél által termelt villamos energia nagy részének az elektromos hálózatokba történő integrálásához. Mivel a szél szakaszos erőforrás, az állandó és megbízható ellátás biztosítása érdekében más forrásokkal együtt kell használni. A szél által termelt villamos energia megbízhatóságát jelentősen növelheti:

A szélerőművek földrajzi diverzifikációja, mivel a szél különböző időpontokban, különböző helyeken fúj
Egylépcsős gázturbinák bevezetése, amelyeket jelenleg készenléti állapotban a szélenergia mellett a villamos energia maximális igényének kielégítésére használnak, és csak akkor használnak gázt, ha a szél által termelt villamos energia az előrejelzett érték alá csökken.
Meglévő víztározók használata szivattyús tároláshoz - ez a szél által termelt villamos energia felhasználásával visszavezeti a vizet a tartályokba, ha alacsony a kereslet.
A szél kombinált ciklusú földgázerőművekkel történő kombinálása, amelyekben az utóbbiakat nem teljes kapacitással használják, de a kapacitás egy részét készenléti állapotban tartják az előre jelzett széltermelésű villamos energia hiányának biztosítására. A kombinált ciklusú erőművekben a szén-dioxid-kibocsátás csak körülbelül egynegyede rendelkezik a villamosenergia-termelési egységre jutó szénhez viszonyítva.
Kombinálja a szélenergiát valamilyen megújuló biomassza felhasználással, ami a megnövekedett energiaellátás mellett a légkörben a CO2 nettó csökkenését eredményezné.

Az ilyen megközelítések kilowattóránkénti költsége nagyjából 6 cent/kilowattóra. Ez körülbelül megegyezik az új atomerőművek villamos energia várható költségével.

A nagyszabású villamosenergia-termelés ezen megközelítéseit decentralizáltabb megközelítésekhez kell és kell is csatlakoztatni. Az elosztott hálózatok, amelyekben a kis, közepes és nagyméretű erőműveket egyetlen rendszerbe kapcsolják, sokkal megbízhatóbbak, mint önmagában a centralizált vagy decentralizált rendszerek. Rugalmasabbak a szélsőséges időjárási események vagy erőszakos támadások utáni felépülés szempontjából is. Végül a villamos energia és a hő együttes előállítása sokkal hatékonyabbá teszi az általános üzemanyag-felhasználást. Az együtttermelést leginkább helyben, a városok, a nagy épületek méretével és egyre inkább otthonokkal lehet elvégezni.

Az energiafelhasználás hatékonyabbá tételét nagymértékben elősegítené a térfűtési technológia átmenete a földgáz vagy az olaj közvetlen felhasználásáról a sokkal hatékonyabb megközelítésekre. Például a földi hőszivattyúk, amelyek a földből hőt nyernek, és villamos energiával egészítik ki, körülbelül 3-szorosára csökkenthetik a fűtésre használt üzemanyagot. Felszabadíthatják a szűkös földgázt más célokra is, ideértve a kapcsolt energiatermelést is.

Kérjük, összegezze következtetéseit.

Összességében elmondható, hogy a jelenleg rendelkezésre álló technológiával teljesen lehetséges utat teremteni a legtöbb CO2-kibocsátás kiküszöbölésére a villamosenergia-ágazatban. A rendelkezésünkre álló lehetőségek közül azonban csak az atomerőmű visel nagyon jelentős biztonsági és biztonsági kötelezettségeket, amelyek ráadásul olyan generációkra is kiterjednek, amelyeken túl az emberi társadalom ésszerűen láthatja. Eszméletlen lenne, ha az éghajlatváltozással szembeni pánikban olyan döntéseket hoznánk, amelyek a jelen globális társadalmat és a jövő generációit messze a jövőbe terhelnék a nukleáris fegyverek elterjedésének, a baleseteknek és a hulladékgazdálkodásnak a veszélyeivel, amikor erre nincs szükségünk. nem csak az igényeinknek, hanem a kényelmes életvágyunknak is megfelel.