«Οποιαδήποτε μετάβαση σε νέους πρωτότυπους μετατροπείς ενέργειας αποτελεί μια εσωτερική διαδικασία, που απαιτεί δεκαετίες για να ολοκληρωθεί. Για παράδειγμα, ακόμα και σήμερα υπάρχουν λίγες ενδείξεις ότι οι ατμοστρόβιλοι δεν θα εξακολουθήσουν για δεκαετίες να παράγουν τον κύριο όγκο ηλεκτρικής ενέργειας».
Ο πρόεδρος Μπαράκ Ομπάμα υποσχέθηκε μια ενεργειακή επανάσταση στη μεγαλύτερη οικονομία του κόσμου. Επανάσταση βασισμένη στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και στις «πράσινες» τεχνολογίες που θα σταματήσει την εξάρτηση της Αμερικής και σε τελική ανάλυση ολόκληρου του κόσμου από τα συμβατικά καύσιμα.
Τα περιβαλλοντικά, στρατηγικά και οικονομικά πλεονεκτήματα, συμπεριλαμβανομένων της χαμηλότερης χρήσης ορυκτών καυσίμων που εκπέμπουν περισσότερο διοξείδιο του άνθρακα, της μικρότερης εξάρτησης από τις πολιτικά ευμετάβλητες πετρελαιοπαραγωγούς χώρες καθώς και της δημιουργίας εκατομμυρίων καλά αμειβόμενων θέσεων εργασίας, είναι αδιαμφισβήτητα. Ομως, πόσο ρεαλιστικό είναι αυτό το όραμα;
Υπάρχει μόνο ένα είδος πρωτογενούς ενέργειας (ενέργειας που περικλείεται σε φυσικές ύλες) το οποίο δεν ήταν γνωστό στους πρώτους εξελιγμένους πολιτισμούς της Μέσης Ανατολής και της ανατολικής Ασίας καθώς και στους πολιτισμούς της προβιομηχανικής επανάστασης: τα ισότοπα των βαρέων στοιχείων, των οποίων η πυρηνική σχάση χρησιμοποιήθηκε από τα τέλη της δεκαετίας του 1950 για την παραγωγή θερμότητας, η οποία με τη σειρά της παράγει ατμό για τις σύγχρονες τουρμπογεννήτριες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.
Οποιοσδήποτε άλλος ενεργειακός πόρος ήταν γνωστός για χιλιετηρίδες και οι περισσότεροι από αυτούς είχαν τιθασευτεί από τους πρωτοεμφανιζόμενους πολιτισμούς.
Η ουσιαστική διαφορά μεταξύ παραδοσιακών και σύγχρονων χρήσεων ενέργειας έγκειται όχι τόσο στην πρόσβαση σε νέες ή καλύτερες πηγές ενέργειας, αλλά στην εφεύρεση και μαζική εξάπλωση αποτελεσματικών, αξιόπιστων και εύχρηστων «πρωτότυπων μετατροπέων ενέργειας» (prime movers), δηλαδή συσκευών που μετατρέπουν την πρωτογενή ενέργεια σε μηχανική ισχύ, ηλεκτρισμό και θερμότητα.
Η ιστορία εύκολα μπορεί να χωρισθεί σε χρονικές περιόδους, καθορισμένες από τον κυρίαρχο τύπο των πρωτότυπων μετατροπέων ενέργειας.
Η μεγαλύτερη χρονική περίοδος (αρχής γενομένης από τα πρώτα ανθρώπινα όντα έως την εξημέρωση των ζώων) καθορίζεται από τους χρόνους όπου οι ανθρώπινοι μύες ήταν οι μόνοι πρωτότυποι μετατροπείς ενέργειας.
Στη συνέχεια προστέθηκαν τα εξημερωμένα ζώα και η σταδιακή αντικατάσταση των ζωικών πρωτότυπων μετατροπέων ενέργειας από μηχανικούς μετατροπείς ενέργειας όπως ο τροχός και τα πανιά, που «αιχμαλωτίζουν» τις φυσικές ροές ενέργειας.
Μια επαναστατική τομή με τα παραπάνω χιλιετή πρότυπα συντελέσθηκε με την ευρεία υιοθέτηση του πρώτου μηχανικού πρωτότυπου μετατροπέα ενέργειας, ικανού να μετατρέψει τη θερμότητα την προερχόμενη από τη μηχανή εσωτερικής καύσης του James Watt, η οποία εφευρέθηκε τη δεκαετία του 1780.
Τα πιο αποτελεσματικά μοντέλα αυτού του πρωτότυπου μετατροπέα ενέργειας κυριάρχησαν στον εκσυγχρονισμό του δυτικού κόσμου έως την πρώτη δεκαετία του 20ού αιώνα.
Κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1830, οι πρώτες υδρογεννήτριες χαρακτήρισαν την αρχή του τέλους της περιόδου των νερόμυλων. Οι δύο επόμενες επαναστατικού τύπου καινοτομίες καταγράφηκαν τη δεκαετία του 1880, με την εφεύρεση από τους Benz, Daimler και Maybach της μηχανής εσωτερικής καύσης κύκλου Otto, που τροφοδοτούνταν με βενζίνη και την κατοχύρωση με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας της ατμογεννήτριας του Charles Parsons.
Η δεκαετία του 1890 είδε την άφιξη του ακόμα πιο εξελιγμένου τύπου μηχανής εσωτερικής καύσης του Rudolf Diesel τροφοδοτούμενης με υγρά καύσιμα.
Στην παραπάνω ακολουθία εφευρέσεων απομένει να προστεθεί μόνο ένας τύπος. Ο αεριοστρόβιλος επινοήθηκε μεν στην αρχή της δεκαετίας του 20ού αιώνα, όμως τα πρώτα αξιοποιήσιμα πρωτότυπα (στατικής χρήσης και πτήσεις) κατασκευάσθηκαν μόνο κατά τη δεκαετία του 1930 πριν αρχίσει η ταχεία διάδοσή τους τη δεκαετία του 1950.
Σήμερα ο πλέον πανταχού παρών πρωτότυπος μετατροπέας ενέργειας (prime mover) εγκαταστημένος σε δισεκατομμύρια οχήματα και μηχανές, πλοία, αεροπλάνα καθώς και σε αναρίθμητες μηχανές και εργαλεία είναι η μηχανή εσωτερικής καύσης τροφοδοτούμενη με βενζίνη, που παραμένει ουσιαστικά απαράλλακτη από τη δεκαετία του 1880.
Η οικονομική παγκοσμιοποίηση θα ήταν αδύνατη χωρίς τις μηχανές ντίζελ, που κινούν τα τεράστια δεξαμενόπλοια μεταφοράς πετρελαίου και υγρών καυσίμων, τα μεγάλα φορτηγά πλοία, που μεταφέρουν σιδηρομεταλλεύματα και σιτηρά καθώς και τα μεγάλα πλοία μεταφοράς εμπορευματοκιβωτίων.
Ορισμένα από αυτά μπορεί να διαθέτουν σήμερα χωρητικότητες που πλησιάζουν τα 100 MW, όμως ο βασικός τους σχεδιασμός καθορίζεται από τις πρώτες δεκαετίες τελικών δοκιμών του πρωτότυπου κινητήρα του Diesel, που είχε σχεδιασθεί το 1897.
Η μεγαλύτερη ποσότητα παγκόσμιας ενέργειας παράγεται από ατμοστρόβιλους σε εργοστασιακές μονάδες που καταναλώνουν ορυκτά καύσιμα ή πυρηνική ενέργεια.
Σε πολλούς από αυτούς, εκτός από τις πολύ μεγάλες χωρητικότητες και την πολύ υψηλή αποδοτικότητα, ο Parsons θα αναγνώριζε τις χαρακτηριστικές ιδιότητες της εφεύρεσης του, ηλικίας μεγαλύτερης των 120 ετών.
Και οι υπερατλαντικές πτήσεις θα ήταν πολύ δυσκολότερες χωρίς τους αεριοστρόβιλους στροβιλοκινητήρες (gas turbine) που εφευρέθηκαν τη δεκαετία του 1930 από τον Frank Whittle (ο οποίος είχε συλλάβει και την έννοια των αεριοστρόβιλων κινητήρων, που κυριαρχούν σήμερα στην αγορά, πολύ πριν κατασκευάσει το πρώτο προωθούμενο αεροπλάνο με στροβιλοαντιδραστήρα - turbojet) και τον Joachim Pabst von Ohain.
Οι παραπάνω πραγματικότητες καταλήγουν σε τρία φανερά αλλά υποτιμημένα συμπεράσματα, σχετικά με τους πρωτότυπους μηχανισμούς μετατροπής ενέργειας, που βρίσκονται στα θεμέλια της οικονομικής μας προόδου.
Πρώτον, εξαιτίας του μεγάλου τους αριθμού και των συνδεόμενων (και συχνά δαπανηρών και εκτεταμένων) υποδομών τους, οι πρωτότυποι μηχανισμοί μετατροπής ενέργειας παραμένουν αξιοπρόσεκτα αμετάβλητοι.
Πολύ μικρή ουσιαστική καινοτομία έχει καταγραφεί από την εποχή της αρχικής εμπορικής αξιοποίησης των πρώτων prime movers, πριν από εκατό περίπου χρόνια για τις υδρογεννήτριες, τις ατμογεννήτριες, τις μηχανές εσωτερικής καύσης και λίγο περισσότερο από πενήντα χρόνια περίπου για τους αεριοστρόβιλους.
Δεύτερον, οποιαδήποτε μετάβαση σε νέους prime movers αποτελεί μια εσωτερική διαδικασία, που απαιτεί δεκαετίες για να ολοκληρωθεί. Για παράδειγμα, ακόμα και σήμερα υπάρχουν λίγες ενδείξεις ότι οι ατμοστρόβιλοι δεν θα εξακολουθήσουν για δεκαετίες να παράγουν τον κύριο όγκο ηλεκτρικής ενέργειας, ή ότι οι αεριοστρόβιλοι θα αντικατασταθούν σύντομα.
Πρόσφατες εξελίξεις δείχνουν ότι ακόμα και οι μηχανές εσωτερικής καύσης των οχημάτων δεν θα αντικατασταθούν τόσο γρήγορα, όσο ελπίζουν οι θαυμαστές τους, από τις μηχανές καθαρής ηλεκτρικής ενέργειας ή από μηχανές κυψελωτών καυσίμων (fuel cells).
Τρίτο και τελευταίο, όσο μεγαλύτερη είναι η κλίμακα αξιοποίησης των δυνατοτήτων ενός prime mover, τόσο μεγαλύτερος χρόνος θα απαιτηθεί για την αντικατάστασή του. Πριν από έναν αιώνα, η ανθρωπότητα χρησιμοποιούσε άνθρακα και ένα σχετικά μικρό όγκο πετρελαίου σε αναλογία 0,7 TW.
Ομως το 2008 οι καθιερωμένες εμπορικές μορφές ενέργειας - ορυκτά καύσιμα και πρωταρχικές πηγές ηλεκτρικής ενέργειας (νερό και πυρηνική ενέργεια) ρέουν με αναλογία της τάξης των 15 TW.
Προφανώς, αυτή η αναλογία περιορίζει την ταχύτητα με την οποία νέοι πρωτότυποι μηχανισμοί μετατροπής ενέργειας, είναι δυνατόν να εφευρεθούν για να αντικαταστήσουν μεγάλο ποσοστό των παλαιών συστημάτων.
Για παράδειγμα, εάν το 20% της παγκόσμιας ηλεκτρικής ενέργειας επρόκειτο να παραχθεί από ανεμογεννήτριες, τότε, λαμβανομένου υπόψη του χαμηλού τους συντελεστή φορτίου 25% (σε σύγκριση με το 75% των θερμικών σταθμών που χρησιμοποιούν ατμοστρόβιλους), θα έπρεπε να εγκαταστήσουμε σε αυτές τις μηχανές νέα δυναμικότητα περίπου 1,25 TW.
Ακόμα και με μεγάλους στροβίλους των 3 MW, θα χρειάζονταν περισσότεροι από 400.000 νέοι υψηλοί πύργοι και τεράστιοι τριπλοί έλικες. Για να γίνει αυτό πραγματικότητα απαιτούνται πολλές δεκαετίες.
VACLAV SMIL, επίτιμος καθηγητής Περιβάλλοντος και Γεωγραφίας στο Πανεπιστήμιο της Manitoba.
Copyright: Project Syndicate, 2009
