Mieszkaniec kraju uprzemysłowionego zużywa codziennie energię odpowiadającą fizycznej pracy mniej więcej 100 pracujących na jego rzecz osób – rola energii w organizacji i sposobie funkcjonowania naszego społeczeństwa jest nie do przecenienia. Rosnące wykładniczo zużycie paliw kopalnych zaczyna jednak napotkać na coraz poważniejsze granice – zarówno po stronie możliwości wydobycia, jak i po stronie możliwości absorbowania zanieczyszczeń przez środowisko.

Na wykresie poniżej, na historyczne emisje CO₂ (będące bardzo dobrym przybliżeniem ilości zużywanych paliw kopalnych) została nałożona funkcja wykładnicza rosnąca w tempie 2,8% rocznie.

Zmiany emisji dwutlenku węgla ze spalania paliw kopalnych w okresie 1751-2012 (czarna linia), CDIAC. Niebieska linia przedstawia funkcję wykładniczą, rosnącą w tempie 2,8% rocznie (czyli podwajającą się w ciągu 25 lat).

Taki wzrost oznacza podwojenie po 25 latach. Po 50 latach zużycie paliw i emisje są czterokrotnie większe niż na początku, po 75 latach 8-krotnie większe, a po 100 latach 16-krotnie większe. W ciągu jednego podwojenia zużywamy tyle paliw kopalnych, co w ciągu całej wcześniejszej historii od początku Rewolucji Przemysłowej. Przykładowo, w ciągu 27 lat od 1986 do 2012 roku wyemitowaliśmy więcej CO₂, niż od 1751 do 1985 roku (CDIAC). Kontynuacja tego scenariusza oznaczałaby, że od roku 2010 do 2050 emisje wzrosną trzykrotnie, do poziomu rzędu 100 mld ton CO₂ rocznie. Wiele wskazuje jednak, że takiego poziomu emisji nie osiągniemy, nie tyle ze względu na dalekowzroczne działania odpowiedzialnych polityków, biznesu i społeczeństwa, co raczej z prozaicznego powodu niemożliwości dalszego wykładniczego zwiększania wydobycia.

Nie tak już odległe zmiany będą bardzo głębokie.

Zacznijmy od przypomnienia dwóch definicji: Pierwsza (zaczerpnięta z Wikipedii):

„Zasada zachowania energii – empiryczne prawo fizyki, stwierdzające, że w układzie izolowanym suma wszystkich rodzajów energii układu jest stała (nie zmienia się w czasie). W konsekwencji, energia w układzie izolowanym nie może być ani utworzona, ani zniszczona, może jedynie zmienić się forma energii. Tak np. podczas spalania wodoru w tlenie energia chemiczna zmienia się w energię cieplną".

Drugą przytaczam za portalem PeakOil:

„EROEI (Energy Returned on Energy Invested), znany też jako EROI (Energy Return On Investment) można by przetłumaczyć jako zwrot energii zainwestowanej i oznacza różnicę między nakładem energii poświęconej osiągnięciu innego źródła energii, a energią, którą z niego możemy uzyskać.

Gdy EROEI źródła energii osiąga wartość 1:1, oznacza to, że aby zdobyć 1 jednostkę energii, trzeba poświęcić 1 jednostkę energii.

W takiej sytuacji surowiec staje się tzw. energy sink, tracąc energetyczny sens i nie może już być używany jako podstawowe źródło energii. Przy pierwszych wydobyciach ropa znajdowała się niemal przy powierzchni i dzięki 1 baryłce można było odnaleźć, wydobyć i przetworzyć około 100 baryłek, co oznaczało fenomenalne EROEI 100. Różnica ta systematycznie malała aż do obecnych 3 w Stanach Zjednoczonych i 10 w Arabii Saudyjskiej.

By dobrze zrozumieć istotę EROEI posłużmy się przykładem: wyobraź sobie, że posiadasz skuter z bakiem o pojemności 5 litrów, wypełnionym do połowy. Najbliższa stacja benzynowa znajduje się o 2,5 litra od Ciebie. Nie będzie miała sensu wyprawa na stację benzynową, by zatankować do pełna, skoro po powrocie do domu znów będziesz miał 2,5 litra w baku. Paliwo może być i dostępne na stacji, ale jazda po nie będzie pozbawiona sensu."

Wnikliwy czytelnik studiując uważnie obie definicje zauważy, że owe dawne 100 baryłek, jak i obecne 3 baryłki uzyskane z odpowiedniego użycia zaledwie jednej baryłki ropy stoją w rażącej sprzeczności z zasadą zachowania energii. Dlaczego więc przez tyle lat biznes naftowy i nasza cywilizacja działają niczym mityczne perpetuum mobile, pomimo owej sprzecznej z fizyką nierównowagi i ciągle uzyskujemy więcej energii z paliw kopalnych niż zużywamy energii do ich wydobycia?

Odpowiedź jest prosta. Nasza definicja EROEI nie uwzględnia energii zużytej na wytworzenie owej ropy naftowej, i innych paliw kopalnych, które powstały dzięki magazynowaniu energii słonecznej docierającej przed milionami lat do naszej planety, która a następnie przez odpowiednie procesy biochemiczne i fizyczne została przeobrażona w formę niezwykle użyteczną dla potrzeb ludzi.

Wygraną na loterii był dla ludzkości fakt, że te, trwające miliony lat procesy, ułożyły się tak, że uzyskaliśmy użyteczne dla ludzkości i wygodne w wydobyciu źródła energii z węglowodorów.

W myśl zasady zachowania energii, energia zużyta przez te miliony lat dla powstania paliw kopalnych i ich niezwykle korzystnego dla nas umiejscowienia w przestrzeni jest równoważna z energią, którą wykorzystuje dzisiejsza ludzkość dla funkcjonowania w formie cywilizacji.

Gdyby zaszły procesy, które zamiast łączyć atomy węgla i wodoru w postać paliw kopalnych przeobraziłyby np. wszystkie atomy węgla w postać diamentów, a wodór wysłały w kosmos, ludzkość miałaby olbrzymie złoża diamentów (choć przy takiej obfitości prawie bez wartości), ale nie miałaby energii z paliw kopalnych. Gdyby procesy przebiegły w ten sposób, że paliwa kopalne występowałyby na olbrzymich głębokościach lub jedynie pod dnem oceanów, wtedy ich wydobycie byłoby nieopłacalne, gdyż byłyby poza zasięgiem, ponieważ wydobycie jednostki energii wymagałoby włożenia więcej niż jednostki energii (EROEI<1).

Tak więc, mimo że zasada zachowania energii pozostaje oczywiście w mocy, znaleźliśmy się w warunkach, w których procesy naturalne ułożyły się w niezwykły zbieg okoliczności i zapracowały przez te miliony lat na naszą dzisiejszą pomyślność – i w dodatku były na tyle uprzejme, że ową pomyślność złożyły wprost u naszych stóp, jakby zapraszając ludzkość do konsumpcji. I dzięki temu zdarzeniu funkcjonuje cywilizacja, w jakiej żyjemy. Jak stwierdził dr Marion King Hubbert (ojciec teorii Peak Oil), dostęp do paliw kopalnych jest najdziwniejszym zdarzeniem, jakie przytrafiło się gatunkowi ludzkiemu w całej jego historii.

Podstawowym problemem, z jakim będzie musiała się w (niezbyt już odległej) przyszłości zmierzyć ludzkość, jest kwestia, jak zastąpić te trwające miliony lat procesy, które wytworzyły i podały nam „na tacy" źródła energii. W przyszłości będziemy musieli znaleźć takie źródła energii i opracować dla nich takie technologie i infrastrukturę, które umożliwią nam nie tylko wydobywanie i konsumpcję, ale przede wszystkim wytworzenie energii, w dodatku energii w formie użytecznej. Potrzebna nam będzie gigantyczna infrastruktura stanowiąca ekwiwalent milionów lat procesów naturalnych, aby zaprząc w służbie ludzkości dowolnie wybrane źródło energii w przyszłości: słońce, wiatr, energetykę jądrową oraz inne jeszcze nie odkryte albo wszystkie razem. Czy jest to możliwe?

Zgodnie z zasadą zachowania energii - w momencie wyczerpania dostępnych dziś paliw kopalnych, których wydobycie i przetworzenie (nie licząc nakładów na wytworzenie, bo to zrobiła za nas natura) mieści się w wartości współczynnika EROEI >1, spowoduje odcięcie ludzkości od dotychczasowego „źródła zasilania". Wytworzenie energii jest niemożliwe, bo definicja mówi nam „że energia w układzie izolowanym nie może być ani utworzona, ani zniszczona, może jedynie zmienić się forma energii". A przed nami zadanie nie tylko zmiany form energii dla samej zmiany, ale celem muszą być jej zmiany w formy użyteczne dla ludzkości.

Ziemia i zachodzące na niej procesy są zasilane przez energię Słońca (pomijając niewielki strumień energii płynący z wnętrza Ziemi). Jest to jednak energia bardzo rozproszona (zarówno w formie promieniowania, jak i wiatru czy biomasy), co oznacza, że jeśli chcemy oprzeć działanie naszej cywilizacji, obszar przeznaczony na jej pozyskiwanie musi być olbrzymi. Nawet zaś jeśli energia ta jest skoncentrowana w wyniku procesów naturalnych (jak energia spadku wody czy pływów oceanicznych), to jej ilość w skali globalnej jest o rząd wielkości mniejsza od tego, co obecnie pozyskujemy z paliw kopalnych. Trzeba też wziąć pod uwagę, że nie wystarczy mieć energię, trzeba ją jeszcze przetworzyć w formę użyteczną dla naszej infrastruktury (na przykład paliw ciekłych) – a to wiąże się z dodatkowymi stratami energii.

Wiele wskazuje na to, że (o ile to możliwe), będzie to olbrzymie wyzwanie, a odpowiedź na nie będzie leżeć nie tylko po stronie produkcji energii, ale też sposobu (i ilości), w jaki ją wykorzystujemy.

Musimy ponadto pamiętać, że dobrodziejstwo dostępu do paliw kopalnych odciążyło ludzi od codziennej walki o byt i otworzyło możliwości rozwoju będące wcześniej poza zasięgiem ludzkości, poprzez ich wykorzystanie na industrializację i mechanizację. Dało tym samym ludziom czas wolny na pogłębianie wiedzy, wymianę myśli, zrozumienie praw fizyki, uruchomienie niezwykle szybkiego rozwoju technologicznego i rozwój nauki. Rozwój tego wszystkiego odbył się w gigantycznej skali i w bardzo krótkim czasie, nie notowanym w całej historii ludzkości właśnie po uzyskaniu dostępu do energii z paliw kopalnych. Gdyby wszyscy geniusze, naukowcy i inżynierowie naszych czasów zajęci byliby walką o byt, konkurowaniem o dostępne zasoby, tak jak działo się przez wieki historii rodzaju ludzkiego, nie mieliby czasu na powiększanie dorobku technologicznego i naukowego ludzkości.

Jeśli będziemy zbyt długo zwlekać z dokonaniem transformacji do zupełnie nowego systemu energetycznego (i społecznego), to może się okazać, że nie jesteśmy w stanie utrzymać tego, co stworzyliśmy. Można obawiać się, że w świecie bez paliw kopalnych kontynuowanie rozwoju naukowego i technologicznego załamie się i nie będzie możliwe. Znów powrócimy do stanu, gdy cały dostępny każdemu z nas czas zajmie walka o byt.

Być może powyższe rozważania są wytłumaczeniem Paradoksu Fermiego definiowanego w następujący sposób:

Wielkość i wiek Wszechświata sugerują, że powinno istnieć wiele zaawansowanych technicznie pozaziemskich cywilizacji. Jednak takiemu rozumowaniu przeczy brak obserwacyjnych dowodów ich istnienia. Zatem, albo początkowe założenia są nieprawidłowe i zaawansowane technicznie życie jest znacznie rzadsze, niż się sądzi, albo metody obserwacji są niekompletne i ludzkość jeszcze ich nie wykryła, albo metody są błędne i cywilizacja ludzka poszukuje niewłaściwych śladów.

Być może ów brak dowodów obserwacyjnych na istnienie pozaziemskich cywilizacji należy wyjaśnić tym, że cywilizacje trwają bardzo krótko, gdyż zbyt szybko zużywają dostępne im zasoby i upadają, dlatego nie są w stanie się spotkać i poznać. W takim przypadku ludzkość nie byłaby w tym względzie wyjątkiem.

 

Marcin Popkiewicz