David MacKay: Prawda o energii odnawialnej

Ile połaci ziemi trzeba byłoby pokryć źródłami odnawialnymi, żeby zasilić kraj taki jak Wielka Brytania? Okazuje się, że cały kraj. W tej pragmatycznej prelekcji David MacKay zabiera nas na wycieczkę po podstawach obliczeń, które pokazują niepokojące ograniczenia dla zrównoważonych źródeł energii i wyjaśnia, dlaczego pomimo tego powinniśmy je wprowadzać.

Kiedy rozpoczęła się rewolucja przemysłowa,

liczba pokładów węgla skrytego pod glebami

Wielkiej Brytanii w formie pojedynczych
węgielków, była tak duża,

jak tego surowca występująca
w Arabii Saudyjskiej w postaci ropy.

Ten węgiel stał się "źródłem zasilania"
rewolucji przemysłowej.

i uczynił Brytanię "Wielką".

To dzięki niemu Zjednoczone Królestwo
cieszyło się dominacją na świecie.

W roku 1918 produkcja węgla
w Wielkiej Brytanii osiągnęła szczyt

i odtąd zaczęło spadać jego wydobycie.

Później Anglia zaczęła korzystać
ze złóż ropy oraz gazu

z Morza Północnego, i w roku 2000

produkcja ropy i gazu z tego obszaru

również osiągnęła apogeum, a obecnie
złoża te również są na wyczerpaniu.

Nasze dywagacje nad
możliwym skończeniem się

łatwo dostępnych, lokalnych,
bezpiecznych paliw kopalnych

są motywacją do zadania
pytania: "Co będzie później?"

Jak będzie wyglądać
nasze życie po wyczerpaniu złóż?

Powinniśmy myśleć intensywnie nad tym,

czym da się zastąpić paliwa kopalne.

Inna motywacją do rozmyślań
jest oczywiście zmiana klimatu.

Kiedy rozmawia się o życiu
po ich wyczerpaniu,

i skutkach zmiany klimatu,

słyszy się dużo owijania w bawełnę,
nowomowy i kłamliwego marketingu.

Jako fizyk czuję obowiązek, by spróbować

wyprowadzić ludzi z tego
pustosłowia i pomóc im

zrozumieć działania,
które naprawdę robią różnicę

i pomóc skupić się na pomysłach,
które mają sens.

Pozwólcie, że zilustruję to,
co fizycy nazywają

przybliżoną kalkulacją.

Kochamy je.

Zadajesz pytanie, skrobiesz liczby

i masz odpowiedź.

To nie jest dokładna metoda,
ale wyniki mogą nas zaciekawić.

To nie jest dokładna metoda,
ale wyniki mogą nas zaciekawić.

Więc wyobraźcie sobie,
że ktoś mówi:

"Możemy poradzić sobie
bez paliw kopalnych.

Problem rozwiążą biopaliwa.

Transport? Nie potrzebujemy już ropy!"

Załóżmy, że biopaliwa dla samochodów
korzystających z danej trasy

uprawiamy na jej poboczu.

Jak bardzo szerokie
musiałoby ono być?

Ubierzmy to w liczby.

Załóżmy, że samochód jedzie
z prędkością 60 mil na godzinę,

zużywając 30 mil na galon.

Jest to średnia europejska
dla nowych samochodów.

Powiedzmy, że wydajność
takiej plantacji biopaliwa

to 1200 litrów na hektar rocznie.

To prawda dla europejskich biopaliw.

Wyobraźmy sobie, że samochody
są rozmieszczone co 80 metrów

i nieustannie jeżdżą tą trasą.

i nieustannie jeżdżą tą trasą.

Jej długość nie ma znaczenia,

bo im dłuższa droga,
tym więcej mamy bioplantacji.

Co z tymi liczbami?

Cóż, weźmy pierwszą liczbę
i podzielmy ja przez

pozostałe trzy.
Otrzymamy 8 kilometrów.

To nasza odpowiedź.

Tak szeroka powinna być nasza plantacja

przy naszych pozostałych założeniach.

Może teraz zastanawiacie się,

czy to będzie takie proste,
jak się zdawało.

Nasz wynik może sugerować,
że mamy do czynienia z problemem

dotyczącym potrzebnego obszaru,
i o tym będę mówił.

Chciałbym pomówić o terenach lądowych.

Czy naszym problemem
jest tu obszar?

Odpowiedź jest twierdząca,
ale to zależy od kraju.

Zacznijmy od Zjednoczonego Królestwa,

ponieważ tu dziś jesteśmy.

Zużycie energii Zjednoczonego Królestwa

nie tylko w ramach transportu,
ale całkowite,

chciałbym oszacować w żarówkach.

To jakbyśmy mieli włączonych 125 żarówek,

co daje nam 125 kilowatogodzin
dziennie na osobę.

To jest właśnie skala
konsumpcji energii w Anglii.

Wydzielmy z tego 40 żarówek
dla transportu,

40 dla ogrzewania

i 40 żarówek do generowania
energii elektrycznej.

W porównaniu z tym

inne zapotrzebowania energetyczne
to nieznaczna część.

Ślad węglowy jest jeszcze większy,
jeśli wziąć pod uwagę

energię wykorzystaną na to,
co importujemy.

Około 90% tej zużytej energii

pochodzi z paliw kopalnych,
a tylko 10% z innych,

może bardziej ekologicznych źródeł,

jak energia jądrowa
i odnawialne źródła energii.

Tak to wygląda w Wielkiej Brytanii,
gdzie gęstość zaludnienia

Tak to wygląda w Wielkiej Brytanii,
gdzie gęstość zaludnienia

to 250 osób na kilometr kwadratowy.

Teraz pokażę inne kraje,

używając tych miar.

Na pionowej osi będzie liczba żarówek,

skala naszego zużycia energii,

czyli 125 żarówek na osobę,

co oznacza ta niebieska kropka,

pokazująca obszar Wielkiej Brytanii.

Gęstość zaludnienia jest na osi poziomej.

Tu mamy 250 osób na kilometr kwadratowy.

Dodajmy kraje europejskie
zaznaczone na niebiesko,

i wtedy zobaczymy,
że jest tutaj różnorodność.

Powinienem podkreślić, że obie te osie

są logarytmiczne.

Kiedy podążamy od paska do paska,
współczynnik wzrasta o 10.

Następnie dodajmy Azję na czerwono,

Środkowy Wschód i Północną Afrykę
na zielono,

Afrykę subsaharyjską na niebiesko.

To czarne to Południowa Ameryka,

fioletowy to Środkowa Ameryka,

a na żółto mamy Północną Amerykę,

Australię i Nową Zelandię.

I tutaj widzimy wielkie zróżnicowanie
gęstości populacji

oraz zużycia energii na mieszkańca.

Kraje te znacznie się od siebie różnią.

Na górze po lewej mamy Kanadę
oraz Australię

z ogromnymi połaciami lądu
i dużym zużyciem energii,

od 200 do 300 żarówek na osobę,

przy bardzo niskiej gęstości zaludnienia.

Na górze po prawej Bahrajn
ma to samo zużycie energii

na osobę, co Kanada,

ponad 300 żarówek,

lecz ich gęstość zaludnienia
to współczynnik 300 razy większy,

1000 ludzi na kilometr kwadratowy.

Bangladesz, w prawym dolnym rogu,
ma tę samą gęstość zaludnienia

co Bahrajn, jednakże konsumpcję
na osobę 100 razy mniejszą.

W lewym dolnym rogu nic nie ma.

Było tu kiedyś wiele osób.

Ten diagram ma inne ważne przesłanie.

Dodałem niebieski ogonek za Sudanem,
Libią, Chinami,

Indiami i Bangladeszem.

To daje nam 15 lat postępu.

Gdzie te kraje były 15 lat
temu, i gdzie teraz są?

Wniosek z tego jeden,
większość krajów zmierza na prawo.

Wschodzą na osi,

większa gęstość zaludnienia

i wyższe zużycie na osobę.

Więc możliwe, że będziemy
w prawym górnym rogu.

Nieco nietypowe,
Wielka Brytania w towarzystwie

Niemiec, Japonii, Południowej
Korei, Holandii

oraz kilku innych nietypowych krajów,

ale wiele innych narodowości
pnie się ku górze

do prawego rogu, by do nas dołączyć,

więc jesteśmy wizją tego,
jak przyszłe zużycie energii

może również wyglądać w innych krajach.

Dodajmy do diagramu różowe linie,

które biegną w dół i w prawo.

To linie równego zużycia energii

na jednostkę powierzchni,
mierzonego w watach na metr kwadratowy.

Ta środkowa linia,

0,1 wata na metr kwadratowy,
to zużycie energii

na jednostkę powierzchni Norwegii,
Arabii Saudyjskiej, Meksyku na fioletowo,

oraz Bangladeszu 15 lat temu.

Zauważcie, że połowa populacji świata
żyje w krajach,

które są już nad tą linią.

Wielka Brytania zużywa 1,25 watów

na metr kwadratowy.

Więc Niemcy oraz Japonia
zużywają troszkę więcej.

A co nam to mówi?

A co nam to mówi?

Tymi samymi jednostkami
możemy zmierzyć energię odnawialną

oraz inne formy wyprodukowanej energii.

Odnawialne źródła to jeden
z pionierskich pomysłów

na to, jak zmniejszyć zużycie
paliw kopalnych z 90%.

Czas na źródła odnawialne.

Rośliny energetyczne dostarczają
pół wata na metr kwadratowy

w europejskim klimacie.

Co to znaczy? Mogliście się spodziewać

takiego efektu, kiedy mówiłem
o plantacji biopaliw

chwilę temu.

Zużywamy 1,25 wata na metr kwadratowy.

To znaczy, że jeśli obsadzimy całą Anglię
roślinami energetycznymi,

To znaczy, że jeśli obsadzimy całą Anglię
roślinami energetycznymi,

i tak nie sprostamy dzisiejszemu
zapotrzebowaniu na energię.

Siła wiatru produkuje trochę więcej,

2,5 wata na metr kwadratowy,
ale to tylko dwa razy więcej

niż 1,25 na metr kwadratowy,

co znaczy, że jeśli zechcemy
pokryć zapotrzebowanie na energię

stosując tylko elektrownie wiatrowe,

musielibyśmy nimi pokryć
połowę Zjednoczonego Królestwa.

Mam dane na poparcie
wszystkich tych twierdzeń.

Następnie spójrzmy na energię słoneczną.

Panele słoneczne położone na dachu

w Anglii dają nam około 20 watów
na metr kwadratowy.

Żeby wycisnąć wszystko
z paneli słonecznych,

musisz podążać za
tradycyjną metodą bawarską.

Czyli panele umieszczamy
nie tylko na dachu,

ale też na okolicznych polach.

Z z powodu luk między panelami

parki solarne dostarczają tylko 5 watów

na metr kwadratowy powierzchni lądowej.

Taki park solarny w Vermont,
ze sprawdzonymi danymi,

dostarcza 4,2 wata
na metr kwadratowy.

Tutaj mamy 125 watów na metr kwadratowy,

farmy wiatrowe 2,5, parki solarne około 5.

Czyli którego źródła odnawialnego
nie wybrać,

obojętnie jakie zastosujemy ich połączenie,

jeśli masz zamiar zasilić nim
Wielką Brytanię,

musisz pokryć około 20-25%
powierzchni kraju

musisz pokryć około 20-25%
powierzchni kraju

tymi odnawialnymi źródłami.

Nie mówię, że to zły pomysł.

Ważne są obliczenia.

Kocham źródła odnawialne,
nie jestem im przeciwny.

Ale kocham także arytmetykę. (Śmiech)

Umieszczanie elektrowni słonecznych
na pustyniach

daje więcej energii na metr,

bo nie ma problemu zachmurzenia.

Obiekt tego typu dostarcza
14 watów na metr kwadratowy,

ten 10 watów na metr kwadratowy,

a ten w Hiszpanii 5 watów
na metr kwadratowy.

Hojnie szacując wydajność
energii słonecznej,

uważam, że może dostarczyć
20 watów na metr kwadratowy,

a to już coś.

Oczywiście, Wielka Brytania
nie ma żadnych pustyń.

Jeszcze. (Śmiech)

Więc takie mamy podsumowanie.

Źródła odnawialne,
choć je kocham, są rozproszone.

Mają małą moc
na jednostkę powierzchni

i musimy z tym żyć.

A to oznacza, że jeśli
chcemy, żeby źródła odnawialne

zrobiły znaczną różnicę
dla takich krajów

jak Wielka Brytania,
w skali dzisiejszego zużycia,

musimy wyobrazić sobie odnawialne źródła

rozmiarów kraju. Nie całego,

lecz pokaźnej frakcji.

Istnieją również inne
możliwości generowania energii,

które nie wymagają paliw kopalnych.

Jak na przykład energia jądrowa.

Na mapie elektrownia Sizewell B

mieści się w niebieskim
kilometrze kwadratowym.

To jeden gigawat na kilometr kwadratowy,

co daje około 1000 watów
na metr kwadratowy.

Według tej miary energia jądrowa

nie jest tak narzucająca się
jako źródła odnawialne.

Oczywiście inne miary
też mają znaczenie,

a energia jądrowa
nie kojarzy się dobrze.

Ale to samo dotyczy źródeł odnawialnych.

Oto zdjęcie z procesu
oceny realiów społecznych

w małym mieście Penicuik za Edynburgiem.

Widać na nim dzieci świętujące

spalenie wizerunku wiatraka.

Znajdą się ludzie przeciwni wszystkiemu,

więc na wszelki wypadek
trzeba mieć różne rozwiązania.

Co taki kraj jak Wielka Brytania
może zrobić po stronie podaży?

Możliwości widzę trzy:

źródła odnawialne,
uznając że muszą one być

zbliżone do wielkości kraju;
korzystanie z odnawialnych za granicą,

czyli konieczność dogadania się

z ludźmi z lewej górnej strony diagramu.

"Nie chcemy odnawialnych
źródeł energii u nas.

Możemy zamiast tego
postawić je na waszym podwórku?"

To nie żart.

Tak świat może rozwiązać ten problem.

Więc kraje takie jak Australia,
Rosja, Libia, Kazachstan,

mogą stać się naszymi przyjaciółmi
w produkcji źródeł odnawialnych.

Trzecia opcja to energia jądrowa.

To jakieś rozwiązania dla podaży.

Oprócz dźwigni dostaw,
którą możemy pchnąć,

pamiętajmy, że potrzebujemy
ogromnej ilości,

ponieważ w tej chwili paliwa kopalne
to 90% naszej energii.

ponieważ w tej chwili paliwa kopalne
to 90% naszej energii.

Oprócz tych dźwigni
możemy rozmawiać o innych sposobach

rozwiązania tego problemu,
mianowicie możemy zmniejszyć popyt,

i to jest równoznaczne
z redukcją populacji.

Nie jestem pewny, jak tego dokonać.

Można też zredukować
zapotrzebowanie na osobę.

Pogadajmy o jeszcze trzech
dużych dźwigniach,

które mogą pomóc
po stronie zapotrzebowania.

Po pierwsze, transport.
Fizyka mówi wyraźnie,

jak zredukować zapotrzebowanie
energii w transporcie.

Często się słyszy, że technologia
naprawi wszystko.

Zbudujemy 100 razy bardziej
wydajne maszyny.

To bliskie prawdy.
Pozwólcie, że zademonstruję.

Zapotrzebowanie energetycznie
tego przeciętnego czołu tutaj

to 80 kilowatogodzin na
ludzkie 100 kilometrów.

Taka jest średnia europejskich samochodów.

80 kWh. Czy można
uzyskać 100 razy lepszy wynik

poprzez zastosowanie
powyższych zasad fizyki?

Tak, rozwiązanie to rower, 80 razy lepszy
pod względem zapotrzebowania na energię

i napędzany biopaliwem - jedzeniem.

(Śmiech)

Są też rozwiązania pośrednie,

bo ta młoda pani może nie zgodzić się
na taką zmianę stylu życia.

bo ta młoda pani może nie zgodzić się
na taką zmianę stylu życia.

Więc, kiedy przekonamy ją,
żeby wybrała pociąg,

wciąż bardziej wydajny niż samochód,

ale to i tak zmiana.

Mamy też samochody ekologiczne.

Pomieszczą jednego nastolatka

oraz jest krótszy niż pachołek

i jest prawie tak wydajny jak rower,

o ile prowadzisz go
z prędkością 15 mil na godzinę.

Bardziej realistyczne opcje pośrednie

w dziedzinie transportu
to elektryczne pojazdy,

elektryczne rowery
i elektryczne samochody w środku,

do 4 razy bardziej
wydajne energetycznie

niż standardowy, napędzany benzyną czołg.

Następne zagadnienie
to dźwignia ogrzewania.

Ogrzewanie to trzecia część
zużycia energii w Wielkiej Brytanii,

z której wiele zmierza do naszego domu

i innych budynków, i służy do
ogrzewania pomieszczeń i wody.

Tutaj z kolei mamy typowy brytyjski dom.

To mój dom, z Ferrari na podjeździe.

Co możemy z nim zrobić?

Prawa fizyki mamy tutaj jasne.

Opisują, jak zapotrzebowanie na energię
potrzebną do ogrzewania

zmienia się w związku z naszą kontrolą.

Możemy kontrolować różnicę temperatur

pomiędzy wnętrzem
a środowiskiem zewnętrznym

i mamy też urządzenie zwane termostatem.

Po jego chwyceniu i obróceniu w lewo

zużycie energii w domu zmniejszy się.

Próbowałem. Niektórzy ludzie
nazwą to zmianą stylu życia.

Możecie również użyć włókna szklanego,
by doszczelnić budynek.

Włożyć je w ściany, ułożyć pod dach,

we frontowe drzwi i tak dalej.

Należy podkreślić, że to pozwoli
zaoszczędzić pieniądze.

To dobre rozwiązanie,
ale smutna prawda jest taka,

że rozwiąże to tylko
około 25% nieszczelności budynku.

To jest dobry pomysł.

Jeśli będziesz chciał
zbliżyć się do szwedzkich

standardów budowniczych
z domami na czele jak ten,

musisz zainstalować izolację
wewnętrzną w budynku,

jak pokazano to w tym Londyńskim bloku.

Bardziej wydajne jest
zastosowanie pomp ciepła,

które, zużywając mało prądu,

przemieszczają ciepło z ogrodu do domu.

Trzecim sposobem
na ograniczenie zużycia energii

Trzecim sposobem
na ograniczenie zużycia energii

jest odczytywanie liczników.

Mówi się o o inteligentnych licznikach,
ale sami sobie z tym poradzimy.

Mówi się o o inteligentnych licznikach,
ale sami sobie z tym poradzimy.

Inteligentnie użyj oczu
i zacznij odczytywać licznik.

W moim przypadku
zmieniło to moje życie.

Zrobiłem taki wykres.

Pisałem książkę o zrównoważonej energii,

kiedy kolega spytał,
ile zużywam jej w domu.

Byłem zażenowany, bo nie miałem pojęcia.

Odtąd odczytuję licznik co tydzień.

Stare odczyty widnieją

w górnej połowie wykresu.

Rok 2007 jest na zielono
w dolnej części.

Czytanie licznika dużo zmieniło,

bo zacząłem eksperymentować
i zobaczyłem, co ile zużywa.

Moje zużycie gazu spadło,

bo zająłem się termostatem
i programatorem ogrzewania.

bo zająłem się termostatem
i programatorem ogrzewania.

Płacę teraz o połowę mniejsze
rachunki za gaz.

Identycznie jest ze zużyciem
energii elektrycznej.

Kiedy wyłączymy odtwarzacze DVD,
system dźwiękowy,

oraz nieużywany komputer,
rzeczy, które działały non-stop,

i włączymy tylko, kiedy potrzeba,

zmniejszymy nasze rachunki
za prąd o jedną trzecią.

Potrzebujemy tylko planu.

Opisałem 6 największych rozwiązań.
Musimy coś zrobić,

bo 90% naszej energii
pochodzi z paliw kopalnych.

Musimy się mocno ograniczać w większości
tych dziedzin, jeśli nie we wszystkich.

Większość rozwiązań
ma ograniczoną popularność.

Jeśli istnieje jakiś aspekt,
w którym nie chcesz się ograniczać,

zapamiętaj, że to znaczy,

że musisz wykonać większy wysiłek
w pozostałych obszarach.

Dlatego jestem zwolennikiem
prowadzenia dorosłych rozmów,

które bazują na liczbach i faktach.

Zamknę prelekcję tę mapą, która ilustruje,

ile terenu byłoby potrzebne,

żeby uzyskać 16 żarówek na osobę

z czterech ze wszystkich możliwych źródeł.

Jeśli chcecie otrzymać 16 żarówek,

pamiętajcie, że dzisiaj zapotrzebowanie
jest równe 125 żarówkom.

Jeśli chcecie otrzymać 16 żarówek
z wiatru, ta mapa obrazuje rozwiązanie

dla Wielkiej Brytanii,
160 elektrowni wiatrowych,

każda na 100 kilometrach kwadratowych.

I to byłby 20-krotny wzrost

w porównaniu do dzisiejszego
uzysku z tego źródła.

Energia jądrowa, by otrzymać
16 żarówek na osobę,

potrzebuje 2 gigawatów
na każdą z fioletowych kropek.

To czterokrotny wzrost

w porównaniu z dzisiejszym stopniem
wykorzystania energii jądrowej.

Biomasa, by otrzymać 16 żarówek na osobę,

potrzebuje obszaru
około połowy wielkości Walii,

w naszym lub w innym kraju,

najlepiej w Irlandii,
ale nie koniecznie. (Śmiech)

Czwartą opcją wsparcia
jest koncentracja elektrowni słonecznych

na pustyniach innych narodów.

Jeśli chcemy z nich uzyskać 16 żarówek,

musimy mówić o 8 sześciokątach
w prawym dolnym rogu.

musimy mówić o 8 sześciokątach
w prawym dolnym rogu.

Suma powierzchni tych sześciokątów

to odpowiednik 2 obszarów
regionu Wielki Londyn na czyjejś Saharze,

i potrzebujemy przewodów w Hiszpanii

oraz Francji, by przetransportować
prąd z Sahary do Surrey.

Potrzebujemy spójnego planu.

Musimy przestać krzyczeć
i zacząć rozmawiać,

i jeśli uda nam się
przeprowadzić dorosłą rozmowę,

zrobić plan, który obejmie
wszystko i zbuduje fundamenty,

może ta niskoemisyjna rewolucja

będzie samą przyjemnością.
Dziękuję za uwagę.

(Brawa)