Ископаемое будущее. Почему глобальное процветание человечества требует больше нефти, угля и природного газа

Несмотря на распространенное смешение понятий "энергия" и "электричество", потребление электроэнергии составляет всего 19 процентов от общего потребления энергии - 63 процента от ископаемого топлива.

Почему так много энергии не является электричеством? В конце концов, электричество - это замечательно.

Основная причина заключается в том, что наиболее экономически эффективный способ питания многих типов машин заключается не в процессе производства электроэнергии (из ископаемого топлива или из любого другого источника), а в непосредственном сжигании ископаемого топлива для получения тепла или мобильности.

Три основные области, в которых ископаемое топливо доминирует за счет прямого сжигания - это мобильность, промышленное тепло и тепло в жилых помещениях, где прямое сжигание ископаемого топлива в большинстве случаев обеспечивает самое дешевое и/или наиболее эффективное решение.

В этих случаях, как и электричество, сегодняшнее недорогое, по требованию, глобальное производство энергии является продуктом экономических инноваций и достижений многих поколений. Но в еще большей степени, чем в случае с электроэнергией, эти экономические инновации и достижения основаны на специфических свойствах ископаемого топлива, что означает, что заменить его значительно сложнее, чем даже электроэнергию.

 

Сверхэкономичная тепловая энергия

Рассмотрим промышленное тепло или "тепло промышленного процесса" - широко упускаемую из виду категорию энергопотребления.

Промышленное тепло используется для производства жизненно важных материалов, таких как цемент, сталь и пластмассы (наряду с большинством других ископаемых материалов).

Промышленный нагрев предполагает чрезвычайно высокие температуры, до 3 000°F, поэтому для него требуются материалы и процессы, способные генерировать такие температуры.

Иногда промышленное тепло производится с помощью электричества, например, при производстве алюминия, но чаще, например, при производстве цемента, стали и пластмасс, промышленное тепло производится путем прямого сжигания ископаемого топлива.

Почему?

Поскольку, сжигая ископаемое топливо и используя тепло напрямую, вы улавливаете гораздо больший процент теплового потенциала топлива, чем при преобразовании топлива в электроэнергию.

Например, сжигая природный газ непосредственно в печи и используя его для нагрева какого-либо вещества, вы можете использовать более 90 процентов возможного теплового потенциала природного газа.

Сравните это с использованием электроэнергии природного газа для отопления, которое предполагает сжигание природного газа для создания давления воздуха, чтобы привести в движение турбину, вырабатывающую электроэнергию - процесс, при котором обычно теряется около половины энергетического потенциала природного газа. Затем электроэнергия передается по линии электропередач, что влечет за собой еще большие потери энергии, и, наконец, преобразуется в тепло с помощью электрического нагревателя. Этот процесс обязательно приводит к производству гораздо меньшего количества тепла, чем при сжигании природного газа в самом начале, а также к созданию большого количества инфраструктуры.

Поскольку при прямом сжигании природного газа используется гораздо больше энергии природного газа, это может привести к гораздо более низким ценам, чем использование электроэнергии природного газа для получения тепла.

Например, рассмотрим столь разрекламированный феномен водородного топлива.

Самым экономически эффективным процессом производства водородного топлива является непосредственное преобразование природного газа путем так называемого "паро-метанового риформинга". Стоимость зависит от цен на сырье, но может составлять чуть более 1 доллара за килограмм водорода. В отличие от этого, если для производства водородного топлива использовать электричество (с помощью процесса, называемого "электролизом"), то, по оценкам Министерства энергетики США, текущие затраты составляют около $5 за килограмм, в основном за счет стоимости электроэнергии.

Так же, как прямое сжигание ископаемого топлива часто более рентабельно для промышленного тепла, так и для бытового тепла, которое предполагает значительно более низкие температуры. Сжигание чистого природного газа для отопления сохраняет до 98 процентов теплового потенциала газа, а не теряет большую часть этого потенциала при преобразовании газа в электроэнергию, а затем обратно в тепло.

 

Сверхэкономичная мобильная энергетика

В случае с теплом, особенно промышленным, прямое сжигание ископаемого топлива обычно гораздо более экономически эффективно, чем любая альтернатива с использованием электроэнергии, включая электроэнергию на ископаемом топливе, прежде всего из-за стоимости; можно сделать то же самое за гораздо меньшие деньги.