David MacKay: Atsinaujinantieji ištekliai - kas yra realu?

Kokio žemės ploto prireiktų norint vien atsinaujinančiais ištekliais gaminti energiją Jungtinei Karalystei? Ploto, lygaus visai šaliai. Šioje pragmatiškoje kalboje David Mackay supažindina su paprasta matematika, kuri parodo susirūpinimą keliančius apribojimus susijusius su atsinaujinančių išteklių gamyba, ir paaiškina, kodėl vis tiek turėtume tai daryti. (Filmuota TEDxWarwick.)

Prasidėjus Pramonės revoliucijai

po Didžiąja Britanija buvo tiek pat anglies

akmens anglies pavidalu,

kiek po Saudo Arabiją naftos pavidalu,

ir ši anglis Pramonės revoliucijai teikė energiją,

o Didžiajai Britanijai ji suteikė „didybę“

ir lėmė laikiną Britanijos dominavimą pasaulyje.

Ir tada, 1918 metais, anglies gavyba Britanijoje pasiekė piką

ir nuo tada ėmė mažėti.

Su laiku Britanija ėmė naudoti naftą ir dujas

iš Šiaurės jūros, ir 2000-aisiais

naftos ir dujų gavyba iš Šiaurės jūros taip pat

pasiekė piką ir dabar mažėja.

Šie pastebėjimai apie lengvai pasiekiamo, arti randamo

ir saugaus iškastinio kuro ribotumą,

yra gera priežastis paklausti: „O kas gi toliau?

Koks bus mūsų gyvenimas be iškastinio kuro?

Argi nereiktų iš peties pagalvoti,

kaip nebevartoti iškastinio kuro?“

Kita priežastis, aišku, yra klimato kaita.

Ir kai kalbama apie gyvenimą be iškastinio kuro

ir veiksmus dėl klimato kaitos, aš manau, pasakoma

daug nesąmonių, daug „žalios“ agitacijos ir klaidingos reklamos,

ir kaip fizikas jaučiuosi turintis pareigą bandyti

išaiškinti, kas tėra skambios frazės ir padėti suprasti,

kokie veiksmai išties galėtų pataisyti padėtį

ir į ką reiktų kreipti dėmesį.

Leiskite tai pavaizduoti tuo, ką fizikai vadina

greitu paskaičiavimu kitoje voko pusėje.

Mes mėgstam greitus paskaičiavimus.

Užduodi klausimą, parašai keletą skaičių

ir štai tau atsakymas.

Gal ne itin tikslus, bet vis tiek iš nuostabos gali pasakyti

Mmm.

Ir štai klausimas: įsivaizduok, kad

mes sakome: „O taip, mes galime nebevartoti iškastinio kuro.

Naudosime biokurą. Problema išspręsta.

Transportui mums nebereiks naftos.“

Na, kas būtų, jei biokurą greitkeliui augintume

juostoje šalia to paties greitkelio?

Kokio pločio būtų toji juosta, kad pakaktų degalų?

Gerai, paimkime keletą skaičių.

Tarkim mūsų mašinų greitis - 60 mylių per valandą.

Tarkime, jos nuvažiuoja 30 mylių su vienu galonu.

Tai Europos vidurkis naujoms mašinoms.

Tarkim, biokuro plantacijos produktyvumas

yra 1200 litrų iš vieno hektaro per metus.

Tai skaičiai iš Europos.

Ir įsivaizduokime, kad atstumas tarp mašinų

yra 80 metrų ir jos amžinai važiuoja

šiuo keliu.

Kelio ilgis nesvarbus, nes kuo ilgesnis kelias,

tuo daugiau plantacijos turime.

Ką darome su šiais skaičiais?

Paimame pirmąjį, padalinkime jį iš

kitų trijų ir gauname aštuonis kilometrus.

Štai mūsų atsakymas.

Tokio pločio turėtų būti plantacija šalia kelio

pagal mūsų prielaidas.

Ir gal dabar jūs pasakysite: „Mm.

Gal, vis dėlto, nebus taip lengva.“

Ir jūs galbūt pagalvosite, kad tai problemos,

susijusios su plotu, ir šioje kalboje,

norėčiau kalbėti apie žemės plotus klausdamas,

ar yra problemos su plotais? Atsakymas bus

taip, bet priklauso nuo to, kurioje šalyje esame.

Taigi pradėkime nuo Jungtinės Karalystės,

nes čia esame šiandien.

Jungtinės Karalystės energijos suvartojimas,

visas energijos suvartojimas, ne tik transporto, visko,

aš mėgstu tai matuoti elektros lemputėmis.

Suvartojimas lygus 125 lemputėms, jei jos degtų pastoviai,

t.y. 125 kilovatvalandės vienam asmeniui per dieną

yra JK energijos suvartojimas.

Tai yra 40 lempučių transportui,

40 lempučių šildymui

ir 40 lempučių elektros gamybai

ir kiti dalykai yra gana maži

palyginus su šiomis stambiomis žuvimis.

Iš tikrųjų, suvartojimas būtų dar didesnis įskaičiavus

energiją, įkūnytą prekėse, kurias mes importuojame

į savo šalį. 90 procentų šios energijos šiandien

vis dar ateina iš iškastinio kuro ir tik 10 procentų

iš kitų, ekologiškesnių, galbūt , šaltinių

kaip branduolinė energija ir atsinaujinantys ištekliai.

Taigi,

štai Jungtinė Karalystė, jos populiacijos tankis

lygus 250 žmonių kvadratinėje mylioje

ir dabar jums parodysiu kitas šalis

pagal šiuos du dydžius.

Vertikalioje ašyje rodysiu

kiek lempučių, koks yra energijos suvartojimas

vienam asmeniui, ir mes esame ties 125 lempučių žmogui

ir tas mažas mėlynas taškas rodo

Jungtinės Karalystės plotą

ir populiacijos tankis yra pavaizduotas horizontalioje ašyje,

ir mes esame ties 250 žmonių kvadratinėje mylioje.

Pridėkime Europos šalis mėlyna spalva,

ir, kaip matote, čia gana daug įvairovės.

Turėčiau pabrėžti, kad abi ašys

yra logaritminės. Eidami nuo vieno pilko stulpelio

prie kito, mes padidiname skaičius dešimt kartų.

Toliau, pridėkima Aziją raudonai,

Vidurio rytus ir Šiaurės Afriką žaliai,

Subsacharinė Afrika mėlynai,

juoda spalva yra Pietų Amerika,

violetinė yra Centrinė Amerika,

ir tada vimdančia ruda spalva yra Šiaurės Amerika,

Australija ir Naujoji Zelandija.

Ir jūs matote didžiulius skirtumus pagal žmonių tankį

ir suvartojimą vienam asmeniui.

Šalys skiriasi viena nuo kitos.

Viršuje kairėje turime Kanadą, turinčią milžiniškus

žemės plotus, labai didelį suvartojimą,

200 ar 300 lempučių vienam žmogui,

ir labai mažą tankį.

Viršuje kairėje esantis Bahreinas turi tokį pat suvartojimą,

maždaug tiek, kiek Kanada,

virš 300 lempučių,

bet jų populiacijos tankis yra 300 kartų didesnis,

apie 1000 žmonių kvadratiniame kilometre.

Bangladešas, apačioje dešinėje, turi panašų populiacijos tankį

kaip Bahreinas, bet vartoja 100 kartų mažiau vienam žmogui.

Apačioje kairėje, na, nėra nieko.

Bet ten būdavo daugybė žmonių.

Štai dar viena žinia iš šios diagramos.

Uždėjau mažas mėlynas linijas už Sudano, Libijos,

Kinijos, Indijos, Bangladešo.

Tai 15-os metų pažanga.

Kur jos buvo prieš 15 metų ir kur yra dabar?

O atsakymas yra, kad dauguma šalių juda dešinėn

ir juda į viršų,

į viršų, į dešinę -- didesnis populiacijos tankis

ir didesnis suvartojimas vienam asmeniui.

Taigi, mes kažkur dešiniajame viršutiniame kampe

kartu su Vokietija, Japonija, Pietų Korėja, Nyderlandais,

kas šiek tiek neįprasta,

ir grupelė kiek neįprastų šalių,

bet dauguma valstybių juda į viršų

ir į dešinę pas mus,

taigi mes esame pavyzdys, kaip energijos vartojimas

gali atrodyti tose šalyse.

Ir aš šioje diagramoje nupiešiau rožines linijas,

einančias žemyn ir į dešinę.

Jos vaizduoja vienodą energijos suvartojimą

ploto vienetui ir aš tai matuoju vatais kvadratiniame metre.

Pavyzdžiui, vidurinė linija,

0.1 vato kvadratiniame metre, yra energijos vartojimas

ploto vienete Saudo Arabijoje, Novegijoje, Meksikoje violetine spalva,

ir Bangladeše prieš 15 metų,

ir pusė pasaulio populiacijos gyvena šalyse,

kurios jau peržengė šią liniją.

Jungtinė Karalystė vartoja 1.25

vatų kvadratiniame metre.

Vokietija ir Japonija šiek tiek daugiau.

O dabar atsakykime,

kodėl tai svarbu? Kodėl tai vis dėlto svarbu?

Na, mes galime matuoti atsinaujinančius išteklius

ir kitas energijos gavybos formas tais pačiais vienetais,

o atsinaujinantys ištekliai yra viena pagrindinių idėjų,

kaip galime atsikratyti įpročio 90% energijos gauti iš neatsinaujinančių išteklių.

Štai keletas atsinaujinančių išteklių.

Biožaliavos tiekia pusę vato kvadratiniam metrui

Europos klimato sąlygomis.

Ką tai reiškia? Ir jūs galite numatyti atsakymą

atsimindami mano rodytą biokuro plantacijos pavyzdį

prieš kelias akimirkas.

Na, mes vartojame 1,25 vato kvadratiniame metre.

Tai reiškia, kad net padengus

ištisą Jungtinę Karalystę augalais, iš kurių galima išgauti energiją,

nebūtų pagaminta pakankamai energijos.

Vėjo jėgainės pagamina šiek tiek daugiau,

2,5 vato per kvadratinį metrą, bet tai tik dukart daugiau

nei 1,25 vato kvadratiniame metre,

taigi, norint vėjo jėgainėmis pagaminti visą šaliai reikalingą energiją,

vidutiniškai suvartojamą visomis formomis, `

reiktų pusę Jungtinės Karalystės padengti vėjo jėgainėmis.

Beje, aš turiu duomenis, kurie patvirtina šiuos teiginius.

Toliau, paimkime saulės energiją.

Vienas kvadratinis metras saulės baterijų,

įrengtų ant stogo Anglijoje, teikia apie 20 vatų energijos.

Norint gauti pakankamai energijos iš saulės baterijų

reikia perimti tradicinį Bavarų žemdirbystės metodą,

kai nušokęs nuo stogo užsodini

ir visą apylinkę.

Dėl tarpų tarp baterijų, saulės baterijų parkai

sukuria mažiau. Jie pagamina apie 5 vatus

viename kv. metre žemės.

Ir štai saulės baterijų parkas, gaminantis

4.2 vatus kv. metre.

Prisiminkime, kur esame. 1,25 vato per kv.metrą,

vėjo jėgainės 2,5; saulės baterijų parkai apie 5.

Taigi, kad ir ką iš šių išteklių pasirinksime,

žinia aiški: norint gaminti energiją

Jungtinei Karalystei su bet kokiu

šių išteklių deriniu, tektų padengti

nuo 20 iki 25 procentų šalies paviršiaus

tais atsinaujinančiais šaltiniais.

Ir aš nesakau, kad tai bloga mintis.

Mes tiesiog turėtume suprasti skaičius.

Aš visai nesu prieš atsinaujinančius išteklius. Aš juos itin mėgstu.

Bet aš taip pat pasisakau už aritmetiką. (Juokas)

Sutelkus saulės baterijų ūkius dykumose

leidžia pagaminti daugiau energijos ploto vienete, nes

debesys nekelia problemų,

ir tokia elektrinė leidžia gauti 14 vatų iš kv. metro,

šis teikia 10 vatų per kv. metrą,

o šis, Ispanijoje, 5 vatus per kv. metrą.

Optimistiškai žiūrint į saulės energijos dykumoje gavybą,

manau, kad visiškai realu būtų gauti 20 vatų

iš vieno kv. metro. Tai gerai.

Aišku, Britanija neturi savo dykumų.

Kol kas. (Juokas)

Tai štai, ką aptarėme iki šiol.

Visi atsinaujinantys ištekliai, kad ir kiek juos mėgtume, yra silpni.

Visi jie teikia mažą energijos kiekį per ploto vienetą

ir mes turime su tuo susitaikyti.

Ir tai reiškia, kad jei nenorime, kad šie ištekliai

padarytų didžiulį poveikį šaliai kaip

Jungtinė Karalystė šiandienos vartojimo mastais,

turime įsivaizduoti šių išteklių jėgaines,

kurios užima visą šalies plotą, ne visą plotą

bet labai didelę jo dalį.

Yra ir kitų būdų energijos gavybai,

kurie nėra susiję su iškastiniu kuru.

Yra branduolinė energija, ir šiame topografiniame

žemėlapyje tame mėlyname kvadratiniame kilometre

matote Sizewello B atominę elektrinę.

Tai vienas gigavatas kvadratiniame kilometre,

kas yra išsiskaičiuoja kaip 1000 vatų vienam kv. metrui.

taigi pagal šį matą branduolinė energija

neužima tiek daug, kiek atsinaujinantys ištekliai.

Savaime suprantama, kiti matai taip pat rūpi ir

branduolinė energetika turi įvairiausių bėdų su populiarumu.

Bet tas pat galioja ir atsinaujinantiems ištekliams.

Štai nuotrauka iš Penicuiko, nedidelio miestelio netoli Edinburgo,

su įsismarkavusiais gyventojais per pasitarimą su vietine valdžia,

ir čia jūs matote Penicuiko vaikus džiūgaujant

aplink degantį vėjo turbinos maketą.

Taigi žmonės nusistatę prieš viską ir mes privalome

svarstyti visas galimybes.

Ką šalis kaip Jungtinė Karalystė gali padaryti tiekime?

Na, galimybės, manau, yra šios:

atsinaujinanti energija su supratimu, kad tai

turėtų užimti beveik visą šalies dydį; kitų žmonių atsinaujinanti

energija, kad galėtume nueiti pas žmones

viršutiniame kairiajame diagramos kampe ir gražiai paprašyti:

„Na, mes nenorime atsinaujinančių išteklių savo kieme,

bet, na, galbūt galėtume juos padėti pas jus?“

Ir tai rimta galimybė.

Tai vienas būtų pasauliui spręsti šias problemas.

Todėl šalys kaip Australija, Rusija, Libija ar Kazachstanas

galėtų būti geriausi mūsų draugai energijos gamyboje.

Trečia galimybė yra branduolinė energetika.

Štai ir keli variantai kaip gauti energiją.

Ir tarp energetikos svertų, kuriuos galime valdyti,

ir nepamirškite, mums reikia daug energijos,

nes šiuo metu

mes 90% savo energijos gauname iš iškastinių resursų.

Šalia šių svertų mes galime kalbėti apie kitus būdus

kaip spręsti šią problemą, tiksliau, mes galime mažinti vartojimą,

kas reikštų populiacijos mažinimą

-- nesu tikras, kaip tai padaryti --

arba mažinti vidutinį suvartojimą.

Aptarkime dar tris didžiulius svertus,

kurie tikrai gali pagelbėti suvartojimo srityje.

Pirmiausia, transportas. Štai fizikos principai, kurie pasako,

kaip sumažinti transporto energijos suvartojimą,

ir žmonės dažnai sako: „O taip, technologija gali atsakyti į viską.

Mes galėsime gaminti automobilius, kurie yra šimtą

kartų efektyvesni.“ Ir tai beveik tiesa. Leiskite parodyti.

Šito tipinio tanko energijos suvartojimas yra

80 kilovatvalandžių per šimtą kilometrų vienam asmeniui.

Tai vidutinė Europos mašina.

80 kilovatvalandžių. Ar galime padaryti ką nors šimtą kartų

geresnio, pritaikant ką tik išvardintus principus?

Taip. Štai jis. Tai dviratis. Tai 80 kartų geriau pagal energijos

vartojimą ir jis varomas biokuro, tai yra, avižiniais dribsniais.

(Juokas)

Yra ir tarpinių variantų, nes galbūt

moteriškė tame tanke sakys: „Ne, ne, ne, tai gyvenimo būdo

pakeitimas. Prašau palikti mano gyvenimo būdą ramybėje.“

Taigi, galime bandyti ją įtikinti važinėti traukiniais,

ir tai irgi stipriai efektyviau nei mašina,

bet tai irgi gali būti gyvenimo būdo pakeitimas,

arba ekomašina, viršuje kairėje.

Ji patogiai talpina vieną paauglį

ir yra trumpesnė nei signalinis kūgis,

ir beveik tokia pat efektyvi, kaip dviratis,

tol kol važiuojama 15 mylių per valandą greičiu.

Gal kiek realistiškesnis variantas transportui

būtų elektriniai automobiliai:

elektriniai dviračiai ir elektrinės mašinos viduryje,

turbūt keturiskart efektyvesnės nei

standartinis degalais varomas tankas.

Toliau eina šildymo svertas.

Šildymui Britanijoje suvartojama trečdalis energijos,

ir gana daug to eina namams

ir kitiems pastatams, kuriuose šildoma erdvė ir vanduo.

Štai tipiškas prastas britiškas namas.

Tai mano namas su Ferrari priešais.

Ką galime jam padaryti?

Na, fizikos dėsniai surašyti čia,

kurie apibūdina kaip energijos suvartojimas šildymui

susijęs su dalykais, kuriuos galima kontroliuoti.

Ir dalykai, kuriuos galime kontroliuoti yra

temperatūros skirtumas tarp vidaus ir lauko, ir yra

neįtikėtina technologija, vadinama termostatu.

Tu jį sugriebi, pasuki kairėn

ir tavo namų energijos suvartojimas nukris.

Pats išbandžiau. Veikia. Kai kas tai vadina gyvenimo būdo pakeitimu.

Taip pat galima apšiltinti namą, kad sumažėtų namo

šilumos nutekėjimas -- prikiškime vatos į sienas, stogą,

pakeiskime duris ir taip toliau,

ir nemaloni tiesa yra tai, kad jūs sutaupysite pinigų.

Aišku tai gerai, o ne blogai, bet nemalonu yra tai, kad

tik 25% jūsų pastato nesandarumo

bus sutvarkyti taip apšiltinus būstą.

Jei tikrai norime priartėti prie švedų statybos

standartų su tokiais prastais namais kaip šis,

jums reikės papildomo apšiltinimo

kaip šiame daugiabutyje Londone.

Taip pat galime efektyviau paskirstyti šilumą su šilumos siurbliais,

kurie naudoja šiek tiek brangesnės energijos, kaip elektra,

bet atgabena šilumą iš jūsų sodo į jūsų namus.

Trečiasis suvartojimo mažinimo aspektas,

trečiasis būdas mažinti energijos suvartojimą,

yra stebėti skaitliukus.

Ir žmonės kalba daug apie išmaniuosius skaitliukus,

bet galite tai daryti patys.

Naudokitės savo akimis ir būkite išmanūs, stebėkite skaitliukus,

ir jei jūs nors kiek panašūs į mane, tai pakeis jūsų gyvenimą.

Štai mano padarytas grafikas.

Aš rašiau knygą apie atsinaujinančią energiją

ir draugas manęs paklausė: „O kiek energijos pats suvartoji

savo namuose?“ Ir aš susigėdau, nes iš tikro visai nežinojau.

Taigi ėmiau stebėti skaitliukus kiekvieną savaitę,

ir senieji rodmenys surašyti viršuje

šio grafiko, ir 2007-ųjų rodmenys

parodyti žaliai apačioje, ir būtent tada aš pradėjau

stebėti skaitliukus kas savaitę ir mano gyvenimas pasikeitė.

Ėmiau daryti bandymus ir stebėti rezultatus,

ir mano dujų suvartojimas stipriai nukrito,

nes pradėjau žaisti su

termostatu ir nustatinėti šildymo sistemos įsijungimo laikus,

ir numušiau daugiau nei pusę savo dujų sąskaitos.

Štai panaši istorija su elektra, kai

išjungus DVD grotuvus, muzikos centrus,

kompiuterio įrenginius, kurie visąlaik būdavo įjungti,

ir įjungiant juos tik prireikus,

numušiau trečdalį savo elektros sąskaitos.

Taigi mums reikia plano, kurio skaičiai susideda, ir aš apibūdinau

šešis svarbius svertus, ir mes turime būti ryžtingi, nes

90 procentų mūsų suvartojamos energijos ateina iš iškastinių šaltinių

ir reikia stipriai spausti daugumą šitų svertų, jei ne visus iš karto.

Ir dauguma jų turi problemų su populiarumu,

ir jei vieno šių svertų liesti nenorite,

atminkite, kad tai reikš, kad kitus

turėsite spausti dar labiau.

Taigi, aš stipriai pasisakau už suaugusių asmenų

diskusijas, paremtas skaičiais ir faktais, ir norėčiau baigti

su šiuo žemėlapiu, kuris jums parodo,

kiek žemės ar kitko reiktų norint gauti

energijos tik 16-ai elektros lempučių

iš mūsų didžiųjų potencialių energijos šaltinių.

Taigi, jeigu norėtumėt gauti energijos 16-kai lempučių,

atsiminkite, kad dabartinis suvartojimas yra 125 lemputės.

Jei šešiolikai norėtume energijos iš vėjo jėgainių, šis žemėlapis

parodo sprendimą Jungtinei Karalystei su 160 jėgainių,

kiekviena jų 100 kv. kilometrų dydžio,

ir tai būtų 20 kartų daugiau

vėjo jėgainių nei dabar.

Branduolinė energija: šešiolikai lempučių reiktų

dviejų gigavatų ant dviejų violetinių taškų žemėlapyje.

Tai yra keturis kartus daugiau

nei pagaminama branduolinėse jėgainėse šiandien.

Biokuras: šešiolikai lempučių energijos asmeniui reiktų

žemės ploto, tris su puse karto didesnio nei Velsas,

ir tai būtų mūsų pačių šalyje arba ko nors kito šalyje,

galbūt Airijoje, galbūt kur nors kitur. (Juokas)

Ir ketvirtoji galimybė yra saulės energijos sutelkimas

kitų žmonių dykumose,

ir šešiolikai lempučių reiktų

šių aštuonių šešiakampių

apačioje dešinėje.

Bendras šešiakampių plotas lygus

dviejų Londonų su priemiesčiais plotams kažkieno kito Sacharoje,

ir reiktų energijos linijų per visą Ispaniją ir Prancūziją,

kad energija atkeliautų iš Sacharos į Surėjų.

Mums reikia plano, kurio skaičiai susideda.

Turime nustoti šūkauti ir pradėti kalbėtis,

ir jei sugebėsime kalbėtis kaip suaugę žmonės,

sukurti planą ir pradėti statyti,

galbūt ši mažo anglies suvartojimo revoliucija

bus visai maloni. Labai ačiū, kad klausėte.

(Plojimai)