Πως μπορούμε να γίνουμε πολιτισμός τύπου 1;

Είμαστε στο 2ο μέρος του άρθρου με τίτλο “Πότε θα γίνουμε πολιτισμός τύπου 1” και συνεχίζουμε τη μελέτη μας. Είδαμε τα τέσσερα διαφορετικά πιθανά μοντέλα ανάπτυξης που δίνουν τα μέχρι τώρα δεδομένα από τη παγκόσμια ετήσια παραγωγής ενέργειας. Και εδώ θα συνεχίσουμε με την υπόθεση ότι θα κυριαρχήσει κάποιο από τα δύο πρώτα από αυτά.

Συνεχίζουμε διατηρώντας την αισιοδοξία πως ο ρυθμός ετήσιας χρήσης ενέργειας παραμένει θετικός. Και πως κάποια στιγμή αυτή θα φτάσει τον αριθμό 1,7×10¹⁷ W, ο οποίος θα σηματοδοτήσει τον πέρασμα του πολιτισμού μας στη κλάση I της κλίμακας Καρντάσεφ.

Πως μπορούμε να γίνουμε πολιτισμός τύπου 1

Η παγκόσμια παραγωγή ενέργειας έως τώρα βασίζεται στα ορυκτά καύσιμα. Κάτι που βλέπουν πλέον και όσοι κάνουν εσκεμμένα ότι δεν βλέπουν, είναι πως αυτή η πρακτική έχει ένα όριο. Καθώς και ότι οι εναλλακτικοί τρόποι ενέργειας είναι επιβεβλημένοι.

Μια διευκρίνηση. Σε αυτό το άρθρο και τις επόμενες παραγράφους δεν αναζητούμε βιώσιμους τρόπους παραγωγής ενέργειας και φιλικούς προς την ανθρωπότητα. Αναζητούμε τον τρόπο με τον οποίο η παραγωγή θα αυξηθεί τόσο, ώστε ο γήινος πολιτισμός να γίνει τύπου 1.

Και στην επόμενη ενότητα θα δούμε τις επιπτώσεις της πιθανής επίτευξης του στόχου αυτού.

Τι έχουμε ως τώρα;

Η μέχρι σήμερα παραγωγή ενέργειας σε μικρότερο ή μεγαλύτερο βαθμό προκύπτει από τους παρακάτω τρόπους:

1. Ορυκτά καύσιμα.
2. Γεωθερμική ενέργεια.
3. Πυρηνική σχάση.
4. Αιολική ενέργεια.
5. Ηλιακή ενέργεια, και σε μικρότερο βαθμό
6. Κυματική ενέργεια, δηλ. η ενέργεια που λαμβάνεται από τις παλίρροιες ή τα κύματα των ωκεανών.

Ας τα δούμε με μια τυχαία σειρά.

Ορυκτά καύσιμα.

Δεν θα γίνει οποιαδήποτε ανάλυση εδώ. Η ανθρωπότητα λογικά μπορεί να συμφωνήσει ότι τα ορυκτά καύσιμα δεν αποτελούν έναν υποψήφιο δρόμο για να γίνουμε πολιτισμός τύπου 1. Ούτως ή άλλως, ακόμη και με τη τρέχουσα χρήση είναι ορατό ότι κατά πάσα πιθανότητα αυτά θα έχουν εξαντληθεί έως το τέλος του αιώνα:

Πόσο μάλλον αν τη χρησιμοποιήσουμε για τη ζητούμενη χρήση, δηλ. για την αύξηση της ετήσιας παραγωγής μας κατά 10.000 φορές από αυτή της τρέχουσας.

Έτσι περνάμε στο επόμενο.

Αιολική κ΄ Κυματική ενέργεια

Έως ένα βαθμό η ενέργεια που παράγεται από τα κύματα εξαρτάται από τους ανέμους, έτσι τις δύο αυτές πηγές τις εξετάζουμε μαζί.

Στους επιστημονικούς κύκλους γίνεται ήδη η συζήτηση για το πόση ακριβώς ενέργεια περιέχεται στους ανέμους της γης. Εμείς θα κάνουμε όμως μια απλούστερη – και διαφορετική – προσέγγιση.

Γνωρίζουμε ότι οι άνεμοι παράγονται από την ενέργεια του ήλιου που θερμαίνει την ατμόσφαιρα. Η επιφάνεια της Γης απορροφά περίπου 9×10¹⁶ W, αλλά πρωτού αρχίσουμε να πανηγυρίζουμε ας θυμηθούμε το βασικό: η παραπάνω ισχύς θερμαίνει όλη τη γη, η αιολική ενέργεια όμως παράγεται από ένα μικρό κλάσμα μόνο αυτής και τις θερμικές διαφορές μεταξύ περιοχών της ατμόσφαιρας. Ο Vaclac Smil υπολόγισε από το 2004 πως από τον παραπάνω αριθμό μόλις το 2% μεταφέρεται στον αέρα με τη μορφή κινητικής ενέργειας.

Και να μη τα πολυλογούμε, ακόμη κι αν καταφέρναμε να εκμεταλευτούμε το σύνολο της παραπάνω ενέργειας και τη μετατρέπαμε με 0% απώλειες σε χρησιμοποιούμενη μορφή, μόλις που θα καταφέρναμε να αυξήσουμε κατά 100 μόνο φορές τη τρέχουσα παραγωγή ενέργειας.

Δεν είναι αυτός ο δρόμος μας προς τον πολιτισμό τύπου 1.

Παλιρροϊκή ενέργεια

Ενέργεια χαρισμένη από τους νόμους της τοπικής μας μεριάς του σύμπαντος, η παλιρροϊκή ενέργεια οφείλεται στη βαρύτητα της σελήνης. Με πλέον καλά καθορισμένες τεχνικές έχει υπολογιστεί με αρκετή ακρίβεια το σύνολο της προσφερόμενης αυτής ενέργειας: Αν μπορέσουμε να την εκμεταλευτούμε όλη, χωρίς απώλειες, θα αυξήσουμε την υπάρχουσα παραγωγή κατά… 30%.

Αυτής της μορφής η ενέργεια είναι απολύτως χρήσιμη σε τοπικό επίπεδο. Ούτε κι αυτή όμως θα εξυπηρετήσει το σκοπό μας οδηγώντας μας προς στη φαντασίωση των χρυσών ακρογιαλιών της Ιθάκης μας.

Γεωθερμική ενέργεια

Χωρίς να κουράσουμε με αναλύσεις, έχει υπολογιστεί ότι το σύνολο της ενέργειας που μπορεί να δώσει η εσωτερική θερμότητα της ίδιας της γης είναι κοντά στις 10 φορές μεγαλύτερη από τον παραπάνω αριθμό και μόλις τριπλάσια από την ενέργεια που ήδη παράγουμε. Έχουμε επιπλέον 4,7×10¹³ W, με τα οποία θα μπορέσουμε να φτιάχνουμε τηλεσκόπια και να παρακολουθούμε άλλους να γίνονται πολιτισμοί τύπου 1, όχι όμως να γίνουμε κι εμείς.

Και μένουμε με δύο και μόνο πλέον διεκδικητές στο παιχνίδι.

Πυρηνική Ενέργεια

Το ανέκδοτο που υπάρχει μεταξύ των επιστημόνων από το 1945 κι έπειτα είναι πως σε 40 χρόνια θα έχουμε πετύχει τη πυρηνική σύντηξη.

Σε 40 χρόνια λοιπόν από σήμερα θα έχουμε πυρηνική σύντηξη. Και η πυρηνική σύντηξη τι είναι, παίρνεις δύο άτομα, συγχωνεύεις τους πυρήνες τους κι έχεις ενέργεια. Αν μάθεις το πως, τα πράγματα είναι εύκολα: υπάρχουν άπειρα άτομα εδώ γύρω άρα έχεις πρακτικά άπειρη ενέργεια.

Σωστά;

Μαντέψτε. Ναι ξέρω, δεν το περιμένατε πως θα γράψω κάτι σαν “αμ δε”. Κι επειδή περιμένετε αγωνιωδώς το “γιατί”, ας ρίξουμε μια επιφανειακή ματιά σε αυτό.

Η πυρηνική σύντηξη μπορεί να γίνει με το συνδυασμό δύο στοιχείων του περιοδικού πίνακα^[1], αυτή που είναι όμως θεαματικά πιο αποδοτική έχει εντοπιστεί πως μπορεί να γίνει με τα στοιχεία Δευτέριο και Τρίτιο. Επειδή τώρα και τα δύο είναι ισότοπα του Υδρογόνου έχουμε την εξής κατάσταση.

Τα καλά νέα

Το υδρογόνο υπάρχει παντού. Ψάχνεις για νερό κι έχεις υδρογόνο, άρα σε κάποιο κλάσμα αυτού θα έχεις και τα ισότοπά του.

Και όσον αφορά το Δευτέριο, η συνολική ποσότητα που υπάρχει στους ωκεανούς της Γης ανέρχεται στα 40 τρισεκατομύρια τόνους, το οποίο πιστεύω ότι θα μας φτάσει.

Όσον αφορά το Τρίτιο τώρα:

Τα όχι και τόσο καλά νέα

Βρίσκεται μόνο σε ίχνη στο νερό με την εξαγωγή του να γίνεται με μη οικονομικά βιώσιμους τρόπους σήμερα, ενώ σε κάθε περίπτωση η συνολική του ποσότητα είναι αμελητέα για τους σκοπούς μας. Από την άλλη μεριά είναι δυνατή η παραγωγή του – και με αυτό το τρόπο το εξασφαλίζουμε σήμερα – μέσω της αντίδρασης ελεύθερων νετρονίων και Λιθίου.

Έτσι, το πρόβλημα εξεύρεσης ικανής ποσότητας υλικού που να μας τροφοδοτήσει ενέργεια μέσω πυρηνικής σύντηξης, ανάγεται στην εύρεση Λιθίου.

Το δε Λίθιο…

Το δε Λίθιο είναι εξαιρετικά σπάνιο χημικό στοιχείο. Υπολογίζεται πως υπάρχουν μόλις 30 εκατομμύρια τόνοι από αυτό στο έδαφος. Αλλά επειδή εμείς θα γίνουμε πολιτισμός τύπου 1 δεν θα περιοριστούμε σε αυτό.

Πιθανολογείται πως η διαθέσιμη ποσότητα Λιθίου το οποίο είναι διαλυμένο στο θαλασσινό νερό είναι 7.000 φορές μεγαλύτερη, δηλ. περίπου 200 δισεκατομύρια τόνοι. Έτσι, εαν:

• αποκτήσουμε απόλυτη πρόσβαση σε όλους τους ωκεανούς και όλο το υπέδαφος της γης
• ξεχωρίσουμε τα ψήγματα (σε σχέση με το σύνολο) που υπάρχουν σε όλο το νερό της γης

θα έχουμε αρκετό Λίθιο για να παρασκευάσουμε συνολικά 90 δισεκατομύρια τόνους Τριτίου. Η κάθε αντίδραση σύντηξης Δευτέριου – Τριτίου δημιουργεί 17,59 MeW ενέργειας, παίρνοντας το κομπιουτεράκι βρίσκουμε ότι η δυνητικά συνολική ενέργεια που μπορούμε να δημιουργήσουμε μέσω πυρηνικής σύντηξης θα είναι…

5×10²⁸ W.

Bingo. Η ενέργεια αυτή είναι αρκετή για να τροφοδοτήσει τον Τύπου 1 Πολιτισμό μας για περίπου 10.000 χρόνια. Ο δρόμος για το Σύμπαν είναι πλέον ανοικτός. Γαλαξία τρέμε.

Παρ΄ όλα αυτά, θα δούμε και τι έχει να μας δώσει η τελευταία μας επιλογή.

Ηλιακή ενέργεια

Πυρηνική σύντηξη; εξόρυξη Λιθίου; Κούραση. Γιατί να τα κάνεις όλα αυτά, γιατί να μπεις στη διαδικασία να συγκρατήσεις τόση ποσότητα καυτού πλάσματος σε εξωφρενικά τεράστιες θερμοκρασίες και πιέσεις για να ξεκινήσεις τη διαδικασία σύντηξης Δευτέριου και Τριτίου, όταν έχεις έναν έτοιμο και ήδη σε λειτουργία πυρηνικό σταθμό σύντηξης μόλις 8 λεπτά φωτός μακριά από εδώ; Στον Ήλιο όλα αυτά γίνονται δωρεάν, τα κάνει για εμάς η πανταχού παρούσα βαρύτητα και έχουμε όλη την ελκούμενη ενέργεια από πολλάκις τρισεκατομμύρια συντηκόμενους πυρήνες Υδρογόνου χωρίς καμία απώλεια μετάδοσης μέσω του κενού.

Μαγικό;

Αλλά πριν από αυτό, φτάνει η ενέργεια αυτή για το σκοπό μας; Να πιάσουμε χαρτί και μολύβι;

Να μη το κάνουμε. Να θυμηθούμε ότι εξ΄ ορισμού ένας Πολιτισμός Τύπου 1 είναι αυτός που καταφέρνει να τιθασεύσει την ενέργεια που παράγεται από τον Ήλιο και καταλήγει στο πλανήτη του. Για την ώρα είμαστε τυχεροί, δεν χρειάζεται να μαζέψουμε όλη την ενέργεια που εξαπολύεται από τον Ήλιο προς την απεραντοσύνη του Γαλαξία και να τη μεταφέρουμε στη Γη. Δεν χρειαζόμαστε ακόμη σφαίρες Dyson και άλλες τέτοιες κατασκευές, οι οποίες θα μαζεύουν όλη αυτή την ενέργεια. Θα τις χρειαστούμε αργότερα αυτές όταν θα γίνουμε πολιτισμός τύπου 2 – γιατί θα γίνουμε, δεν υπάρχει αμφιβολία γι΄ αυτό.

Αλλά για την ώρα, το μόνο που χρειαζόμαστε είναι να καταφέρουμε να εκμεταλευτούμε όλη τη την ενέργεια του Ηλίου που καταφθάνει στη Γη.

Πως;

Θέλουμε όλη την παραγόμενη από τον Ήλιο ενέργεια που καταφθάνει στον πλανήτη; μια λύση είναι τότε να σκεπάσουμε με όλο το πλανήτη, για παράδειγμα εκτοξεύοντας και θέτοντάς τα σε τροχιά, με ηλιακά πάνελ. Τα οποία θα σκεπάζουν μεν τον ήλιο αλλά αυτό δεν μας ενδιαφέρει γιατί την ενέργειά του πλέον θα την λαμβάνουμε ακέραιη.

Και το ακέραιη δεν είναι παρά μια λέξη. Για να γίνει αυτό υποθέτουμε πως θα πετύχουμε να φέρουμε την ενεργειακή απόδοση των ηλιακών πάνελ από το 25% που βρίσκεται σήμερα, στο 100% ώστε να μην έχουμε καμία απώλεια. Θυμηθείτε, θέλουμε να είμαστε πολιτισμός τύπου 1, θέλουμε να εκμεταλευόμαστε όλη την ισχύ της προσπίπτουσας ηλιακής ενέργειας.

Κάτι που, για όσους ξέρουν βασικές αρχές μηχανών Caront, είναι εντελώς αδύνατο.

Οι υπολογισμοί μέσω ενός πολύ απλού τύπου δίνουν πως η μέγιστη δυνατή απόδοση, με βάση τη θερμοκρασία της Γης και αυτής του Ηλίου, θα είναι στη καλύτερη περίπτωση στο 95%. Συνολικά και για τη μεταφορά της ενέργειας από τα ηλιακά πάνελ προς τη Γη, η Αρχή Διατήρησης της Ενέργειας γίνεται ο πλέον μισητός εχθρός. Ο Πρώτος Νόμος της Θερμοδυναμικής μας κλείνει από τώρα μοχθηρά το μάτι.

Και αυτό δεν αφορά μόνο την απώλεια ενέργειας κατά τη μεταφορά. Οποιαδήποτε ενέργεια όταν χρησιμοποιείται κι ανεξάρτητα από τη πηγή της, έχει ως τελικό προορισμό να μετατρέπεται σε θερμική. Το σύνολο της ενέργειας που παράγουμε κι εκτός κι αν βρούμε τρόπο να τον αποβάλλουμε, με τα σημερινά δεδομένα θα αποθηκευτεί στο πλανήτη ως θερμότητα, αυξάνοντας τη θερμοκρασία της Γης.

Αλλά αυτό, αφορά το τρίτο και τελευταίο μέρος του άρθρου μας. Ρίξτε του μια ματιά. Εκτός των άλλων θα μας δώσει μια (από τις πολλές) εξηγήσεις στο “παράδοξο” του Fermi και το γιατί δεν βλέπουμε, και ίσως δεν πρόκειται να δούμε ποτέ, σφαίρες Dyson ή άλλες εξωγήινες κατασκευές.

Σημειώσεις

[1] Για να είμαι ακριβής, πυρηνική σύντηξη που να μπορεί να παράξει ενέργεια γίνεται μόνο όταν η αντίδραση είναι εξώθερμη. Αυτό μπορεί να γίνει μόνο με σύντηξη πυρήνων ελαφριών στοιχείων, και συγκεκριμένα στοιχείων ελαφρύτερων του σιδήρου. (up)