(Fragment artykułu)

Jerzy Kuczyński

Fizyka szczyty popularności przeżywała w XIX i w pierwszej połowie XX wieku. Stąd w dużej mierze wyznajemy poglądy tych czasów. Z tego powodu chciałem się trochę przyjrzeć jak to się ma do współczesności. Zróbmy to na przykładzie czegoś bardzo fizycznego np. energii w technice i gospodarce.

Ile energii otrzymujemy?

Skłoniło mnie do tego przeczytanie pewnej książki. Otóż wspominano w niej podział cywilizacji wg typów Kardaszewa. Nikołaj Kardaszew w sześćdziesiątych latach ubiegłego wieku podzielił cywilizacje na trzy typy. Typ pierwszy do cywilizacja, która zużywa energię porównywalną z energią dostarczaną przez gwiazdę do planety, na której cywilizacja zamieszkuje. Cywilizacja drugiego typu konsumuje energię zbliżoną do całej energii emitowanej przez gwiazdę. I w końcu cywilizacja trzeciego typu to cywilizacja potrzebująca energii zbliżonej do tej emitowanej przez galaktykę.

Chwila zastanowienia, prosty rachunek i dowiadujemy się, że Ziemia dostaje od Słońca ponad 10¹⁷ watów (a więc moc a nie energia). Przy 10 miliardach ludności, co jest wartością zbliżoną do prognozowanego maksimum zaludnienia Ziemi, to ponad 10 MW na osobę!  Z powyższego widać, że na Ziemi może braknąć wszystkiego – wody, powietrza, powierzchni do mieszkania czy uprawy, ale na pewno nie braknie energii. (…)

Małe znaczenie energii potwierdza wizyta na stacji benzynowej, gdzie przekonamy się, że paliwa drożeją bardzo umiarkowanie. W ciągu ostatnich 20 lat inflacja była spora. Wg oficjalnych danych przeszło 50% ale praktycznie chyba dużo więcej, bo średnia pensja, też oficjalnie, wzrosła w tym czasie dwu i półkrotnie.  Wzrost cen paliwa z ponad 3 zł do poniżej 6 złotych za litr, (to ostatnie w bardzo krótkim okresie!) to około 70-80%. Dokładnie trudno policzyć, bo zmiany są niemal codzienne a dodatkowo w tym czasie wzrosły podatki na paliwo. Stąd uwzględniając inflację i wzrost podatku, nawet nie biorąc pod uwagę ostatniego załamania cen, nośniki energii zdecydowanie nie nadążają za inflacją.

Skąd więc powszechne przekonanie o strategicznym znaczeniu energii? Oczywiście to dziedzictwo przeszłości. Znakomicie wyjaśnia to miejsce i czas pochodzenia klasyfikacji Kardaszewa. W latach sześćdziesiątych w ZSRR energia miała kluczowe znaczenie. Ogólne braki wszystkiego plus dominacja energochłonnego przemysłu ciężkiego sugerowały kluczowe znaczenie energii. Rzeczywiście XIX i XX wieczna gospodarka była energochłonna a na dodatek z nośnikami energii był kłopot. W czterdziestych latach XIX wieku bardzo wówczas nowoczesny statek s/s Great Western aby utrzymać moc konia mechanicznego przez godzinę zużywał dwa kilogramy dobrego węgla. Warto dodać, że kopalnictwo węgla też jest energochłonne nie mówiąc o transporcie. Gdy parowce zaczęły pływać po oceanach pojawiło się prześmiewcze twierdzenie, że żegluga parowa ma ogromną przyszłość, pod warunkiem, że do każdego parowca przydzieli się flotyllę żaglowców wiozących węgiel.

Energia – obszar największego postępu

Dzisiaj ten sam efekt (koń mechaniczny przez godzinę) uzyskuje się z niecałych 0,2 litra oleju. A więc mamy około 10-krotny wzrost sprawności. Jeszcze pół wieku temu samochód spalał na sto kilometrów ponad 10 litrów, prawda nieco gorszej niż obecna, benzyny. Teraz to zwykle około połowy tej wartości. A pojazdy to nie jest obszar najszybszego postępu technicznego. Parę miesięcy temu kupiłem 10-cio watową „ledową żarówkę” i wkręciłem zamiast dawnej „sześćdziesiątki”. Efektem była awantura – natychmiast wykręć, oślepia i nie da się tego używać. Ledy 7,5 wata okazały się z trudem do przyjęcia. A więc ośmiokrotne zmniejszenie zapotrzebowania na energię.

Podobnie, choć może nie tak drastycznie, jest ze wszystkim innym. Ocieplenia budynków, pompy cieplne i inne współczesne sposoby ogrzewania spowodowały, że na hałdach leży węgiel a chętnych do jego zakupu coraz mniej. Nie inaczej z innymi rodzajami urządzeń, które stają się coraz mniej energochłonne.

Technika powoduje, że w krajach europejskich energia jest więc coraz mniej potrzebna. Jeszcze sumaryczne światowe zapotrzebowanie rośnie, ale widać, że to wynik tego, że „do gry” włączają się bardzo wielkie kraje (Chiny, Indie, Brazylia, Indonezja itd.) rozwijając gospodarkę i zwiększając zużycie energii. Gdy to źródło wzrostu wyschnie (a widzieliśmy co było z powodu pandemii!), energetykę czeka kryzys. U nas już doskonale widoczny. Węgla nie trzeba, a rozpaczliwe walki górników o węgiel są najwyraźniej skazane na niepowodzenie. Trudno ich o tym przekonać, bo dziesięciolecia wmawiania im, że „utrzymują kraj i poświęcają się dla jego dobra pracując w górnictwie” (czyli znowu ten sam mechanizm powodujący, że żyjemy w świecie przeszłości) swoje zrobiły i teraz nie da się tego zmienić. Większość z nich do końca życia będzie uważać, że ktoś ich oszukał. Nie dziwmy się im, bo my wszyscy mamy tę samą tendencję do samooszukiwania wierząc w odchodzące w przeszłość poglądy. Niestety i my nauczyciele niemało się do takich sytuacji przyczyniamy indoktrynując poglądy o znaczeniu energii.

Warto zwrócić uwagę na drugi powód ograniczania zużycia paliw kopalnych. To oczywiście „energia odnawialna”. Jest jej dużo i w gruncie rzeczy nawet w Polsce, kraju pod tym względem zdecydowanie ubogim, „od wielkiej biedy” bilans by się zamknął. O energii słonecznej już było, więc może o biomasie. Np. 2018 roku pozyskano w lasach 43,3 miliona metrów sześciennych drewna. To ilość energetycznie wprawdzie dużo mniejsza, jednak porównywalna, z energią wydobywanego węgla. A twierdzi się, że przyrost drewna w lesie był jeszcze większy. Gdyby dodać nie użytkowane fragmenty roślin (gałęzie, liście itp.) to pewnie biomasy byłoby w Polsce około 2 metrów sześciennych na osobę (…) To plus fotowoltaika i wiatr mogłyby zapewnić Polsce skromną niezależność energetyczną.

Zielona energia nie taka zielona?

Jak z tego widać przywoływane od lat twierdzenia o zbliżających się brakach energetycznych nie mają uzasadnienia w rzeczywistości (…) Postęp techniczny i naukowy powoduje, że kryzys energetyczny ludzkości nie zagraża. Nie znaczy to, że ten postęp jest jednoznacznie pozytywny. Energia odnawialna jest dość droga.  Niestety nie tylko droga, ale i z bardzo nierówno rozłożonymi kosztami – dla niektórych to bardzo wygodne, ale znaczna część społeczeństwa płaci za to bardzo wysoko (np. wspomniani górnicy).

Po drugie nie jest prawdą, że przejście na nowoczesne technologie ma same zalety. Nie jest też obojętne (jak to chcą niektórzy) dla środowiska. Np. produkcja czystego krzemu potrzebnego do fotowoltaiki jest bardzo uciążliwa a to samo można powiedzieć o materiałach potrzebnych do budowy wiatraków, nie mówiąc już o samych wiatrakach.

(…) my przedstawiciele nauk przyrodniczych i nauczyciele powinniśmy do wszelkich problemów podchodzić racjonalnie i rzeczowo (licząc się z empirią!). A więc i tych problemów związanych blisko z naszymi naukami, takich jak energetyka.

Podobnych mitów jak ten omówiony powyżej, jest pewnie wiele. Z zasady nie wiemy, że są mitami, bo się nad nimi nie zastanawiamy. Stąd i sugestia – zastanawiajmy się nad tym czego uczymy, konfrontujmy z danymi unikając „danych sponsorowanych”.  I rzetelnie komentujmy to naszym uczniom, pamiętając o tych wspomnianych na wstępie generałach. 

Cały artykuł Jerzego Kuczyńskiego przeczytacie w najnowszym wydaniu (1/2022) „Fizyki w Szkole”