2010-06-19

Viitorul probabil (1 - criza energetica)


Viitorul probabil (ep. 1 - criza energetica)



Ce va aduce viitorul ?
Nu stiu exact ce va fi. Dar pot sa fac un mic pariu cu viitorul, eventual cu ceva argumente.


Resursele

Evolutia oricarei populatii, de la bacterii pana la oameni este limitata de resursele disponibile in mediul pe care il are la dispozitie. Cum va mai trece ceva timp pana vom putea coloniza alte planete, suntem limitati la resursele de pe pamant.

Populatia pamantului creste exponential, si va atinge destul de curand limitele resurselor. In ultimii 500 ani cresterea populatiei este de-a dreptul spectaculoasa.

Privind din avion, am avut revelatia faptului ca umanitatea nu a acoperit inca tot pamantul (din fericire). Mai exista loc de crestere, orasele sunt mai degraba ca niste musuroaie de furnici separate inca de zone intinse de vegetatie. Pentru productia hranei ar mai fi loc o vreme, o spun crizele de supraproductie. Problema apare la resursele energetice pe care ne-am obisnuit sa le folosim, inclusiv pentru producerea hranei (vezi motorina utilizata la aratul mecanizat).


Resursele energetice din scoarta terestra

Resursele energetice extrase din pamant (carbune, petrol, gaze) au alimentat evolutia economica in ultimele sute de ani si au permis cresterea productivitatii agricole. Totusi, aceste resurse sunt finite, iar cresterea consumului este exponentiala, la un moment dat consumul va depasi resursele si probabil suntem destul de aproape de acel punct.

Petrolul este momentan cel mai eficient de extras, transportat si mai ales de depozitat. Pentru a stoca aceeasi unitate de energie sub forma de electricitate este nevoie de baterii cu volum si greutate mult mai mare si mult mai scumpe decat un bidon de benzina. Sunt semne insa ca petrolul a atins varful de exploatare, iar de acum incolo exploatarea va deveni din ce in ce mai scumpa, practic se va cheltui mai multa energie pentru a extrage o unitate de energie/petrol (vezi EROEI).

Carbunele este o resursa mult mai putin eficienta, se cheltuie mult mai multa energie pentru a obtine o unitate de energie din carbune. Daca petrolul si gazul se vor scumpi, va deveni mai convenabila gazeificarea carbunelui, procedeu nu tocmai ecologic, dar care poate transforma carbunele intr-un combustibil mai usor de utilizat si transportat. Totusi, carbunele este format in exclusivitate din energia acumulata de plantele pamantului in miliarde de ani, rata de consum actuala il va epuiza destul de repede.

[P.S.] Teoria cea mai larg acceptata este ca Petrolul si Gazul natural s-au format si resturile fosile de plante si animale. Mai jos este o teorie foarte controversata, a originii "Abiogenice" a petrolului si gazului natural.
Gazul ar putea sa mai produca o surpriza, el nu este o resursa fosila, nu deriva din plante care au acumulat energia solara. Metanul este un compus destul de des intalnit in univers, ar putea exista zacaminte mult mai mari decat sunt cunoscute in acest moment. Exista teorii care spun ca si zacamintele de petrol s-ar regenera cu o anumita rata, dar mult mai mica decat extractia. Nu m-ar mira sa aflam ca petrolul s-a format din metan in anumite conditii speciale (presiune, etc).

Uraniul folosit la centralele nucleare este si el o resursa limitata pe pamant. Vom mai castiga ceva timp folosind aceasta resursa (fisiunea Uraniului sau a derivatului Plutoniu), dar pe termen lung se va epuiza si el. Plutoniu nu exista in stare libera pe pamant, daca a existat s-a descompus de mult (Uraniu se descompune natural mult mai lent).

Hidrogenul este marea speranta energetica. Fuziunea hidrogenului poate oferi foarte multa energie, este procesul care are loc in soare. Fuziunea hidrogenului este ceva mai ecologica decat fisiunea uraniului, se produce heliu. Reactia pune insa inca probleme, se pot face bombe dar este mai greu de tinut sub control.


Resursele energetice alternative

Cam toata energia alternativa vine de la soare, de la biodiesel pana la hidrocentrale, centrale eoliene si celulele fotoelectrice.

Biodiesel-ul se extrage din plante care au captat prin fotosinteza energia radiatiilor solare. Centralele eoliene se bazeaza pe incalzirea inegala a aerului de catre soare. Apa pentru hidrocentrale urca in nori si coboara pe munte cu ajutorul razelor soarelui.

Celulele fotoelectrice capteaza direct energia solara, inca cu randament destul de mic. Si energia din carbune a fost la un moment dat acumulata de niste plante prin fotosinteza. Doar energia mareelor nu vine direct de la soare, ci de la gravitatia lunii dar nu mi se pare o sursa foarte importanta.

Ceva mai eficienta decat transformarea soarelui in energie electrica este momentan transformarea lui in caldura si de acolo in energie electrica pe acelasi principiu ca centralele termoelectrice. De fapt si centralele nucleare produc energia tot prin generarea de caldura si actionarea unor turbine.

Energia electrica

Se tot vorbeste despre energia electrica ca fiind solutia viitorului. Este destul de usor de transportat si este ne-poluanta cand este consumata. Este insa este foarte greu de stocat, bateriile au un volum/greutate foarte mare si sunt foarte scumpe. In plus, pentru producerea electricitatii trebuie folosita o alta forma de energie, cu poluarea aferenta.

Un document care mi-a cazut in mana despre producerea de energie electrica in SUA arata ca:
- aproape 2/3 din energia consumata se pierde in procesul tehnologic al producerii de electricitate. Pierderea de transport este mult mai mica, de aproximativ 7%
- aproape jumatate din energie este bazata pe carbune, dar practic reprezinta mai putin decat pierderile tehnologice ale intregii productii de electricitate.
- ceva mai mult de 1/5 din productia de energie electrica este generata din gaze naturale
- cam un sfert din energia electrica este generata de centrale nucleare
- energia regenerabila produce mai putin de 1/10 din energia electrica.

Ca si comentariu, energia alternativa are un procent foarte mic, din cauza ca este inca foarte ne-eficienta. Hidrocentralele sunt eficiente, dar resursele naturale sunt foarte limitate fata de consumul curent. Procentul de energie regenerabila ar fi mult mai mic daca am lua in calcul si energia consumata in transport. Nu ne putem astepta in viitorul apropiat ca energia alternativa sa acopere prea mult din energia consumata. Scaderea consumului ar fi o cale mai eficienta pentru moment.


Energia folosita in transport

Energia folosita in transport este uriasa. Un motor de autoturism de 70 cai putere dezvolta o putere maxima de 55KW, adica 55000W, adica echivalentul a 27 de aeroterme de 2000W. Consumul la utilizare normala este mult mai mic, dar am vrut sa subliniez ordinul de marime.

Masinile electrice

Intrucat randamentul de transformare este destul de mic (cred ca 50% este prea bine), energia electrica necesara unei masini este cel putin dubla decat energia dezvoltata. Chiar daca electricitatea ar fi ieftina, stocarea energiei este foarte costisitoare si voluminoasa, iar "facutul plinului" trebuie sa dureze de ordinul orelor.

Acum intelegem de ce masinile electrice nu au avut o crestere foarte spectaculoasa. Se pare ca in ultima vreme costurile per kilometru s-au apropiat (electric vs. benzina) si va deveni rentabil electricul ca si consum daca mai creste putin pretul petrolului. Costul de intretinere a bateriei s-ar putea insa sa afecteze negativ competitivitatea masinilor electrice, la fel cu timpul de incarcare si autonomia.

Masinile "pe hidrogen" sau " pe HHO"

O metoda mult mai eficienta ca spatiu de stocare a energiei este ca gaze care pot fi folosite in arderi. Hidrogenul ar putea fi o alegere, desi este mai instabil decat banalul gaz petrol lichefiat (GPL). Hidrogenul nu este o resursa energetica in sine, se obtine din hidroliza apei, prin consumarea unei cantitati de energie electrica egala plus pierderi, dar are avantajul ca ocupa volum si greutate mult mai mici decat o baterie.

Tot prin hidroliza apei se poate obtine un amestec de hidrogen si oxigen numit HHO (nu H2O!) care se poate arde in motoare. In ciuda unor afirmatii ale unora, legile in vigoare ale fizicii ne asigura ca energia electrica consumata este mai mare decat energia final generata. Sper sa nu devina si astea ne-constitutionale :)


Despre predictii

Ca si "timpul probabil", viitorul nu poate fi prevazut cu exactitate, putem face doar estimari asupra lui (mai mult sau mai putin exacte). Daca pentru indivizi izolati viitorul este foarte impredictibil, grupurile mari de oameni au un comportament ceva mai predictibil.

La fel cum pentru o particula dintr-un gaz nu se pot face predictii, dar pentru un gaz la o anumita concentratie, presiune si temperatura putem prezice ca va lua foc, este mult mai usor sa estimezi comportarea sistemelor economice in anumite circumstante.

Asimov a imaginat chiar o stiinta care sa prezica viitorul, numita "psihoistorie", in ciclul SF "Fundatia". Si el a introdus insa factorul impredictibil, care poate rasturna calculele facute. Orice predictie (inclusiv aceasta) trebuie luata cel putin cu aceasta rezerva.



Concluzie

Este foarte probabila escaladarea unei crize energetice in urmatorii ani. Pentru mine semnul a fost dublarea pretului la petrol pe varful bulei economice. Mi s-a spus ca pretul a fost urcat speculativ, dar este clar ca unii actori economici au inceput deja sa miroasa sfarsitul erei petrolului ieftin. Solutii miraculoase nu vor fi disponibile, adaptarea va cere transformari majore ale modului de viata actual.

In episodul viitor voi analiza posibile solutii la probabila criza energetica a viitorului.

"The more I say, the more I know" . Republicarea articolelor este permisa cu citarea autorului

15 comentarii:

ciprian.olaru spunea...

daca legile fizicii raman constitutionale :) eu nu cred ca resursele sunt chiar asa de putine;

sunt de acord ca petrolul se consuma (cu o viteza destul de mare), dar eu cred ca pretul lui are o componenta artificiala mult mai mare decat cea justificata prin lipsa resursei (pana la urma de ce sa vanda ieftin cand pot sa vanda scump); in plus, dependenta de petrol e deja creata.. asa ca nu mai are nimeni interesul sa "promoveze" petrolul prin preturi mici.

energiile alternative (desi aproape toate bazate pe energia solara - dar nu cred ca soarele se va stinge asa de curand) sunt inca scumpe si nu prea eficiente, dar au inceput sa fie tot mai promovate si disponibiliatea consumatorilor a fost deja creata; deja mult mai multi producatori investesc destul pentru a le creste eficienta, iar cand or sa se vanda suficient de multe produse pe nisa asta ca sa putem vb si de productie in masa.. atunci pretul o sa fie inca si mai mic (iar momentul asta eu cred ca o sa fie inaintea celui in care petrolul se termina);
deja exista producatori de automobile care vand masini electrice dar nu vand si bateriile ci le ofera gratuit in custodie (tocmai pentru a nu incarca balanta utilizatorului final cu un mare minus ce il poate indeparta de aceasta optiune);
tot acum se incearca (nu mai stiu exact unde) implementarea unui sistem tip "benzinarie" pentru masinile electrice in care soferii lasa bateriile consumate si iau altele pline (schimba caii obositii cu unii odihniti);
pentru mine astea sunt semne ca exista alternative si chiar mai important.. exista si cineva care vrea sa fie pregatit cu ele cel tarziu in momentul in care petrolul "se termina";

Mihvoi spunea...

Da, schimbarea bateriilor (ca pe butelie) este o idee interesanta la problema timpului de incarcare, ceva mai complicat este sa controlezi ciclul de viata al bateriei, daca duci una noua si ti se da una veche.

Despre rezervele de petrol, exista o situatie interesanta la: http://en.wikipedia.org/wiki/Oil_reserves

(tabelul "Summary of Reserve Data as of 2008")

In ritmul actual de extragere, rezervele cunoscute de petrol s-ar epuiza in:

SUA : 8 ani
China : 11 ani
Rusia : 17 ani
Arabia Saudita : 72 ani
Irak, Canada : 150 ani

(am citat doar cateva exemple unde productia este mai mare sau unde rezervele sunt mai longevive)

Cristian Mocanu spunea...

Petrolul este un combustibil fosil produs din materiale organice fosilizate. Cat despre gazul metan, acesta provine in cea mai mare parte din extractia din depozitele de gaz natural. Gazul natural este produs din descompunerea materiei organice.
Unele studii arata ca cenusa produsa din arderea carbunelui este radioactiva.
O alta sursa de energie interesanta pentru transport este cea a aerului comprimat. Exista astfel de masini si pot fi incarcate ori cu aer comprimat ori direct de la priza, avand un compresor de aer intern. Ca avantaj este faptul ca aceste masini nu pierd energie stand pe loc, spre deosebire de bateriile electrice care se descarca in timp.
Referitor la electricitate, nu demult vorbeam cu cineva care se ocupa cu asa ceva in Braila si mi-a spus ca in judet pierderea din transportul de electricitate in unele cazuri poate ajunge si pana la 50%.
Ar fi foarte misto daca am putea sa captam energia fulgerelor...

Cristian Mocanu spunea...

Cat despre hidrocentrale, sunt foarte nocive pentru ecosistemul apei deoarece barajele opresc aluviunile sa treaca iar aluviunile sunt esentiale pentru ecosistemul fluviilor.

Cristian Mocanu spunea...

Referitor la sistemul de predictie al viitorului din cartea lui Asimov, din cate imi aduc aminte era un sistem de formule matematice aplicate pe un sondaj de opinie de la foarte multi oameni. Totusi eu nu am crezut atunci si nici acum ca un astfel de sistem ar functiona, in cazul unor evenimente neprevazute.

Mihvoi spunea...

@Cristian
Stiam si eu despre teoria "fosilizarii" ca origine a Petrolului, doar ca aveam impresia ca este mult mai putin explicat mecanismul. Am vazut ca exista o teorie inchegata despre conditiile in care se poate forma petrol.

Am pus un comentariu despre teoria fosila, dar am lasat si varianta initiala, care este sustinuta de teoria "abiogenica" a formarii hidrocarburilor. Este mai controversata, dar mie imi place mai mult momentan :)

http://en.wikipedia.org/wiki/Abiogenic_petroleum_origin

Mihvoi spunea...

Despre Asimov am vrut sa subliniez ca ideea nu este noua, se bazeaza pe legea numerelor mari si pe teoriile sociologice despre comportamentul maselor.

Eu nu cred ca se poate efectiv crea o asemenea stiinta. Cred insa ca unele aspecte sunt previzibile, precum faptul ca nemultumirea generala peste un anumit grad duce la exacerbarea conflictelor si faptul ca daca exista o varianta mai eficienta de a face lucrurile pana la urma va fi adoptata.

Mihvoi spunea...

@ciprian

Despre pretul petrolului, eu cred ca este cam prea mic. Nu vorbesc de pretul benzinei crescut artificial de catre Petrom/OMV, ci de pretul de piata al resursei energetice. Petrolul este de departe mult mai avantajos decat orice alta metoda de stocare si producere a energiei. Are o componenta uriasa in orice produs de pe piata.

Sa ne gandim doar la echivalentul munca/bani de a ara un hectar de pamant cu sapa/calul fata de a il ara cu tractorul (folosint motorina). Sa ne gandim la cate ore/munca/bani ia sa sapi o groapa pe care escavatorul o sapa in cateva minute.

Parerea mea este ca pretul petrolului este tinut inca jos artificial, un mare "merit" avandu-l si razboaiele SUA.

Faptul ca inaintea crizei pretul petrolului se dublase inseamna ca multi speculatori cred ca petrolul este subevaluat. Din pacate pentru ei, au pariat prea devreme.

Cristian Mocanu spunea...

Petrol exista inca suficient, dupa cum ai spus si tu, pentru inca mai mult de o suta de ani de aici incolo. Nici un speculator nu ar investi bani acum ca sa si-i recupereze peste o suta de ani cand petrolul va fi pe terminate si pretul lui va fi astronomic. Poate ca deja nici nu va mai valora nimic atunci pentru ca omenirea va fi trecut pe alte surse de energie.

Pe bursa pretul este determinat in principal de balanta intre cerere si oferta. Inaintea crizei, cand economia era in crestere, cererea de petrol in economie era in crestere deci si pretul era in crestere deoarece cererea pe bursa era mai mare decat oferta. Acum cand economia este in recesiune, cererea de petrol a economiei a scazut astfel ca cererea pe bursa este mai mica decat oferta iar pretul scade.

Se pare ca pe bursa tranzactiile speculative au depasit cu mult tranzactiile "legitime" de achizitie a produselor respective. Nu demult am citit un articol foarte amuzant. Se pare ca recent pe bursa pretul cafelei a crescut foarte mult datorita unor ordine de cumparare foarte mari din partea unei firme. Speculatorii s-au gandit ca firma respectiva a cumparat acum pentru a vinde mai tarziu pe un pret mai mare si au incercat sa speculeze acest lucru. Din pacate pentru ei, firma respectiva chiar intentiona sa achizitioneze efectiv cafeaua respectiva, astfel incat speculatorii si-au luat o mare teapa !

ciprian.olaru spunea...

despre schimbarea bateriilor automobilelor electrice "ca pe butelie".. eu n-as zice ca riscul de a da o baterie noua si a lua una veche este chiar de netrecut;
ma gandesc ca bateriile pot fi "dotate" cu un contor care sa numere incarcarile la fel cum numara imprimanta nr de pagini imprimate cu drumul instalat;
in plus, daca sistemul asta e combinat cu cel in care bateriile nu sunt in proprietatea soferului.. ci doar in custodia lui.. atunci cred ca nici n-ar mai conta prea mult; cand o baterie expira.. producatorul o scoate din circuit si adauga una noua;

despre pretul petrolului.. poate parerea mea e subiectiva (de fapt asa se si defineste o parere :) ), dar eu cred ca pretul este urcat si nu coborat artificial;
sunt de acord ca e mult mai bine sa sa ai un tractor in activitatea agricola decat sa nu il ai.. dar nu te limiteaza nimeni la a avea un tractor cu petrol.. cand poti sa ai un tractor cu baterii sau cu biodiesel sau cu alta forma de alimentare;

Mihvoi spunea...

Daca petrolul de epuizeaza in 100 ani nu inseamna ca este la fel de usor de extras in 10 ani. Pe masura ce se epuizeaza zacamintele, cantitatea de energie necesara extragerii unui baril creste pentru ca trebuie pompata apa, tratate rocile bituminoase, etc.

Daca ar fi suficient petrol care "izvoraste din pamant" nu s-ar mai chinui BP sa sape in ocean.

Astfel, randamentul extractiei scade (EROEI), deci este normal ca petrolul sa se scumpeasca daca viteza de descoperire zacaminte noi scade sub cea de consum.

@Ciprian

Problema la bateriile schimbate este : nu poti fi sigur cata energie ai cumparat in baterie, in functie de gradul ei de uzura. Pentru a nu fi pacalit, ar trebui sa existe un contor cu energia consumata, si sa se ramburseze diferenta dintre energia platita ultima oara si energia efectiv consumata din baterie. Asta este necesar mai ales daca schimbi bateria pe jumatate consumata cu un plina ("faci plinul")

Sunt de acord ca pretul de productie al petrolului este inca mai mic decat pretul de vanzare (a se vedea Arabia Saudita care se imbogateste numai din asta). Totusi, pretul de piata este mai mare.

Daca ai consuma energie electrica in tractor, cat ar costa ? Am aratat ca masina mea produce maxim cat 27 aeroterme, probabil ar consuma dublu energie. Ar renta sa ari la asemenea consum ?
O masina pe sosea consuma teoretic doar frecarea cu aerul, partile interne, dealurile pe care le urca si energia pierduta prin franare/accelerare. Un tractor are de luptat cu o frecare muult mai mare.

Cristian Mocanu spunea...

Intr-adevar zacamintele viitoare de petrol vor fi din ce in ce mai greu de extras, dar estimarile pe care le-ai dat reprezinta zacamintele existente cunoscute de petrol care pot fi extrase cu metodele conventionale actuale. Iar aceste resurse mai tin inca cel putin o suta de ani de acum incolo.

ciprian.olaru spunea...

de acord ca la momentul asta e mai scump scump / incomod sa ai un tractor electric;
asta cred ca e si unul din motivele pentru care pretul petrolului poate fi "aranjat";
pe masura ce tehnologiile alternative se dezvolta / devin mai ieftine.. e posibil ca balanta sa se schimbe putin si atunci tractorul electric sa fie ales de tot mai multa lume ca optiune principala;
inteleg ca asta nu e situatia de acum, dar nici ideea ta despre "terminarea" petrolului nu cred ca se refera la momentul actual;

in plus, electricitatea nu e singura varianta;
biodieselul ar putea sa fie o solutie.. desi a avut un start nu tocmai fericit din cauza strategiei alese (la scara mica suna bine sa "cultivi motorina", dar la scara mare apare problema concurentei resurselor: satiul pentru "cultivat" e constant.. si pel anga motorina trebuie cultivata si mancare.. deci cu cat mai multa motorina se cultiva.. cu atat devine mai scumpa pentru ca spatiul necesar devine mai scump;

am vazut acum ceva vreme pe discovery prezentata o situatie in care un fermier de prin america isi dotase ferma cu niste panouri solare cu care isi incarca tractorul, automobilul (un pickup electric care nu se mai fabrica de prin 2002 pentru ca era prea eficient si punea in pericol productia celor pe benzina) si toate celelalte chestii de prin gospodarie;
in plus, avea o sera in care capta energia solara (permitea razelor de soare sa intre in sera.. dar nu permitea anumitor componente ale lor sa iasa) in care isi cultiva mancarea;
dezavantajul pe care il avea era legat de autonomia relativ scazuta a automobilului (parca undeva pe la 100 de mile);

concluzia mea (subiectiva poate) e ca solutii alternative exista si vor fi aduse in prim plan cand va fi nevoie de ele;
pana atunci se merge mai departe cu petrolul.. pentru ca a reusit sa creeze o mare dependenta de el.. si poate aduce un profit mare / facil celor care il pot extrage / prelucra;

Mihvoi spunea...

@Cristian:

Din cate stiu estimarile sunt despre zacamintele totale exploatabile cu tehnologiile actuale, dar nu neaparat fara "ajutor" precum pompare apa. Cu cat te departezi de 100% zacamant plin, costul extractiei creste, intai foarte putin, apoi foarte repede.

@Ciprian:

Si eu sper in dezvoltarea energiilor alternative si in acelasi timp incerc sa fiu si realist. Sansa lor sta tocmai in ... scumpirea petrolului, altfel nu renteaza.

Daca cineva ar putea sa ofere o alternativa viabila la masinile pe petrol, ar face-o deja ca sa fie primul care prinde piata. Renault spunea de curand ca daca pretul petrolului mai creste un pic atunci devine marginal rentabila masina electrica. Pe hartie cel putin.

Cristian Mocanu spunea...

Dar o conditie necesara ca un zacamant de petrol sa fie listat in acel tabel ca "reserve" este ca extragerea lui sa fie si "commercially viable".
Totusi un argument in favoarea crizei energetice ar fi faptul ca datele din acel tabel sunt controversate, raportarile statelor fiind "pe propria raspundere".

Facebook