должны всегда помнить, что существует длительный, ресурсоемкий процесс, который включает в себя не только доступ к данной форме сырой энергии (такой как "бесплатный" солнечный свет и ветер), но и ее преобразование в полезную энергию. Стоимость энергии определяется стоимостью всего процесса.
Когда мы думаем о солнечной и ветровой энергии только с точки зрения стоимости доступа к сырой энергии, к чему нас побуждает наша система знаний, они кажутся бесплатными и вечными. Но когда мы думаем о полном процессе преобразования их разбавленной, прерывистой сырой энергии в полезную, надежную энергию - включая дополнительные процессы, необходимые для производства энергии при недостатке или отсутствии солнечного света или ветра - мы начинаем понимать, почему оказалось так трудно использовать солнечную и ветровую энергию для получения энергии по требованию и по низкой цене.
Если рассматривать энергию с точки зрения ресурсоемких процессов преобразования сырой энергии в полезную, то становится очевидной одна причина, по которой ископаемое топливо удивительно способствует получению недорогой, надежной, универсальной, масштабируемой энергии: замечательные природные свойства сырья, на котором оно основано - нефти, угля и природного газа.
Первый ингредиент: Замечательные природные свойства нефти, угля и природного газа
Замечательные природные свойства ископаемых видов топлива вытекают из замечательной истории ископаемых видов топлива.
Ископаемое топливо - это продукт изобилия древних организмов, энергия которых в результате различных природных процессов была сконцентрирована и сохранена в виде углеводородов - высокоэнергетических комбинаций атомов водорода и углерода.
Я подчеркиваю "изобилие", "концентрация" и "хранение", потому что характерное сочетание этих природных свойств ископаемых является важным ингредиентом секретного соуса ископаемого топлива.
По каждому атрибуту, начиная с естественного хранения, я объясню, почему ископаемое топливо способствует экономически эффективному производству энергии, и почему многие альтернативы не обладают им.
Естественное хранение
При прочих равных условиях энергия, которая доступна нам в естественной сохраненной форме, как энергия нефти, гораздо лучше с точки зрения экономической эффективности, чем энергия, которая естественным образом находится в форме прерывистого потока, как солнечный свет или ветер.
Одна из основных причин заключается в том, что естественное накопление энергии способствует надежности - способности получать энергию в нужный момент и в необходимом количестве.
Чтобы энергия была надежной, она должна быть управляемой.
Поскольку прерывистые потоки солнечного света и ветра не поддаются контролю, они не могут сами по себе обеспечить надежное энергоснабжение без сопровождения массивной системы хранения, которая накапливает энергию, когда солнечный свет и ветер доступны, и использует ее, когда они не доступны (что происходит большую часть времени). Это, как я буду подробно обсуждать в следующей главе, до сих пор оказалось настолько затратным, что в мире не существует ни одной самодостаточной электрической сети на основе солнечной энергии и/или ветра, а "системы хранения", от которых зависят солнечная энергия и ветер, в основном представляют собой электростанции, работающие на ископаемом топливе.
Ископаемое топливо - это естественно накопленная энергия древних организмов, что означает, что в конечном итоге это естественно накопленный солнечный свет.
Энергия ископаемого топлива изначально была энергией древнего солнечного света, которая накапливалась в растениях (или в организмах, питавшихся растениями) посредством фотосинтеза, а затем концентрировалась в результате естественных процессов (с участием большого количества тепла и давления в течение долгого времени).
Таким образом, когда вы водите бензиновый автомобиль, вы питаете его солнечным светом, который мог бы светить вблизи динозавра.
Когда мы используем ископаемое топливо или другой природный источник энергии для получения надежной энергии, нам не нужно платить за производство массивной системы хранения - которая до сих пор оказалась совершенно неэффективной - потому что природа уже произвела систему хранения массы энергии за нас.
Ископаемое топливо - не единственная форма естественного хранения солнечной энергии. Две другие формы - это реки (солнечный свет испаряет воду и приносит ее в виде осадков на большие высоты, включая вершины рек) и естественно растущие растения, такие как деревья (которые сохраняют энергию солнечного света в виде химической энергии посредством фотосинтеза).
Но эти виды энергии не могут сравниться с двумя другими характеристиками ископаемого топлива: естественной концентрацией и (особенно для рек и деревьев) естественным изобилием.
Естественная концентрация
При прочих равных условиях, чем более концентрированным является источник сырой энергии, тем лучше с точки зрения экономической эффективности.
Концентрация повышает экономическую эффективность, так как снижает стоимость транспортировки энергии, что особенно важно для мобильной энергии - например, топлива для грузовика, который всегда должен транспортировать свою собственную энергию, чем меньше и легче, тем лучше.
Стандартной мерой концентрации энергии является "плотность энергии" - количество энергии, которое сохраняется на единицу объема и/или массы.
Солнечный свет и ветер борются с низкой плотностью энергии. Поскольку они приходят к нам не только в виде прерывистых, но и разбавленных потоков, они требуют огромных площадей земли, а также материалов для получения того же количества энергии, которое может дать ископаемое топливо (или ядерное), используя небольшую площадь земли.
Природные процессы, которые привели к образованию нефти и угля, сделали их удивительно концентрированными по объему и массе по сравнению со сгораемыми растениями, такими как дерево. Природный газ, как газ, не имеет высокой плотности по объему, но имеет очень высокую плотность по массе, и может быть сжат в очень плотное по объему топливо (например, СПГ - сжиженный природный газ).
Среди ископаемых видов топлива королем по плотности энергии является нефть. Всего один галлон сырой ("сырой") нефти из земли содержит около 35 000 калорий энергии - эквивалент четырнадцати дней энергии для большого человеческого тела.
Сравните энергетическую плотность нефти с энергетической плотностью батарей. Например, нынешний лидер по плотности энергии, аккумулятор Tesla Model 3, по массе в пятьдесят три раза менее энергоемкий, чем бензин. (На практике она примерно в восемнадцать раз менее плотная, поскольку электромотор батареи может преобразовать в полезную энергию примерно в три раза больше энергии, чем двигатель автомобиля, работающего на бензине).
Чрезвычайная плотность энергии является основной причиной того, что нефть является чемпионом среди транспортных топлив - в основном для самых больших и мощных мобильных машин, таких как грузовые суда и самолеты.
Естественная концентрация ископаемых видов топлива также делает их весьма благоприятными для масштабируемости, поскольку возникающая в результате этого легкость транспортировки делает их экономически эффективными для использования в тысячах мест по всему миру.
Например, плотность энергии угля является основной причиной того, что он очень широко используется во всем мире для производства электроэнергии. Даже если в вашей стране нет угля, вы можете использовать судно, работающее на нефти, которое может перевозить огромное количество энергии угля при относительно низких затратах.
Перевозка, скажем, древесины
