Взгляд на солнечную энергетику с другой стороны

Экология потребления. Наука и техника: В интернете регулярно появляются статьи сторонников и противников солнечной и ветроэнергетики — но к позициям обеих сторон можно легко придраться. Сторонники возобновляемых источников энергии всегда приводят конкретный местечковый эффект дешевизны солнечной электроэнергии в каком-нибудь конкретном месте, за что их закономерно пинают за немасштабируемость эффекта на более-менее существенную территорию.

В интернете регулярно появляются статьи сторонников и противников солнечной и ветроэнергетики — но к позициям обеих сторон можно легко придраться. Сторонники возобновляемых источников энергии всегда приводят конкретный местечковый эффект дешевизны солнечной электроэнергии в каком-нибудь конкретном месте, за что их закономерно пинают за немасштабируемость эффекта на более-менее существенную территорию. 

Противники приводят расчеты как теоретически должно быть дорого и экономически неэффективно использовать ветро-солнце-энергетику с учетом хранения, трансформации и текущей КПД генерации, напоминая противников персональных компьютеров в 1970-80-ых (Напомню — тогда звучали фразы про то, что «какой дурак поставит себе домой большой компьютерный шкаф, предназначенный для определенных профессиональных задач»).

То есть их позиция часто нивелируется простым доводом, что прогресс не стоит на месте и то, что сейчас стоит 1 доллар, через лет десять будет стоить уже несколько центов за счет развития технологий, либо давать раз в 10 больше энергии на тот же доллар. 

Давайте взглянем на проблему несколько с другой стороны. Вообще реально ли без революции в технологиях на данный момент заменить углеводородную энергетику на зеленую, хотя бы теоретически?

Общая мощность всех не возобновляемых электростанций станций составляет около 20 ТВт. Источники, кстати тут расходятся несколько в показаниях, но нас интересует скорее порядок — будет это 10, 15 или 20 ТВт — не так существенно. 

При текущих КПД солнечных панелей (15-18% по последним данным) и средней мощности солнечной энергии на поверхности земли (600 Вт / м²  — тут, кстати, данные иногда приводятся для солнечного дня в США — там около 1000-1200 Вт, но мы все-таки возьмем среднее для Земли)  получаем, что для замены всех грязных электростанций на красивые стеклянные панельки нам потребуется замостить около 54 000 км² земли. 

Это не так много – вообще-то говоря только 0,03% суши. Только пустыни занимают около 11% суши, так что ни ущерба плодородию, ни экономике это не нанесет.

Только сегодня читал опасение, что изменения климата связаны с тем, что солнечных панелек слишком много, но в рамках солнечного 11-летнего цикла светимость солнца уменьшается на 0,1%. Мы говорим про величину в три раза меньшую.

При этом, солнечная панель, конечно, отражает не 100% падающего на нее света, так что реально потери в тепле будут еще меньше.  С учетом того, что средняя температура на планете таки немного растет (потепление из-за действий человека, или из-за естественного цикла — вопрос отдельный), не факт, что это сильно навредит. 

Может ли человечество осилить производство такого количества панелей? Если речь про последнее поколение на основе гибридных перовскитов, то да — там нет никаких редких металлов.

А вот теперь вспомним-таки про циклы день-ночь и про необходимость энергию копить и хранить. 
А вот тут начинаются проблемы. Потому что без фантастической революции в аккумуляторах хранить такой объем энергии негде. 

Текущие мощности производства редких металлов, необходимых для аккумуляторов, находятся на максимуме возможной и еле-еле могут обслуживать текущих объем производства батарей для электромобилей. Тут две зеленых технологии канибализируют друг друга.

Родий — Мировое производство родия, стоимость которого равна фантастическим $9000 за тройскую унцию (чуть больше 31 г), составляет примерно 50 т в год и практически достигло пика. Новых месторождений нет, а крупнейшие в мире шахты по добыче металлов платиновой группы в районе рифа Меренского в Южной Африке работают на пределе возможностей.  Та же ситуация с платиной (замена родию). Рециклинг родия и платины невозможен, так как в катализаторах они просто выгорают. Многочисленные попытки ученых создать заменители для родия и платины пока не дали результата.

Неодим и Лантан. Производство только в Китае, максимум 20 000 т.  Аккумулятор последнего поколения на 30 кВт содержит минимум 12 кг лантана, 30 кг никеля и 2 кг кобальта. Для обслуживания указанных выше солнечных панелей требуется столько редких металлов, сколько человечество производит в течение 400 лет. Вообще даже при удвоении мощности производства лантана Китаем, все его объемы скушает автопромышленность на производство электромобилей — и то не хватит. На панельки тупо ничего не остается. 

Литий — так же проблема. Годовая добыча его составляет 25 000 т, из которых почти половину дает чилийское месторождение. Спрос на литий вырастет в четыре раза до 779 000 т к 2025 г., по оценкам Goldman Sachs. И это прогноз только по электромобилям.

Галлий  — весь съедается на новые полупроводники, годовая добыча галлия не превышает 100−120 т. Еще 50% от этих объемов выковыривают из лома электроники.

 
Кобальт — 65% его добычи приходится на Демократическую Республику Конго. Рост цены, кстати, 190% в год. По прогнозам аналитиков UBS, спрос на кобальт удвоится к 2020 г. примерно до 200 000 т в год. И это только на электромобили.  

Никель — подается как замена кобальту. Его в 20 раз больше, чем лития и кобальта, например. По прогнозам Мурса из Benchmark Mineral Intelligence, спрос на никель вырастет с 75 000 т в 2016 г. до 400 000 т к 2025 г. Это только для электромобилей — и это уже максимум мирового производства. 

Прогресс тут пока слабый. Да — планируются твердотельные аккумуляторы и всякие нано-графеновые. Но у них преимущество в емкости и скорости зарядки, а не в том, что не нужны редкие металлы.

Вообще очевидно, что развитие и робототехники, и электромобилей, и зеленой энергетики  сдерживается только текущим развитием технологий в области хранения энергии.

Как только произойдет революция в этой области (не плавное развитие технологий, а вот прямо революция) — это даст развитие всем перечисленным областям. До изобретения радикально новых технологий хранения энергии перспектив у зеленой энергетики просто нет. 
 

Во-первых, дефицит металлов вздует цены на них так, что аккумуляторы станут золотыми и даже, если солнечную панель будут бесплатно дарить, стоимость солнечной электроэнергии (как и ветро) будет зашкаливать. 
 

Во-вторых, металлов просто тупо не хватит для глобального перевода электроэнергетики на зеленые рельсы. 

То есть тема зеленой энергетики пока всегда будет оставаться местечковой и может даже показывать отличные результаты в рамках отдельно взятого аула, но тупо не масштабируется в масштабе более-менее развитой страны. опубликовано econet.ru  

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet