Неплохая статья, концептуально показывающая принципы развития энергетики и цивилизации. Замечу, кстати, что правильная философия должна быть основана на физике и законах мироздания, а не на праздных измышлениях нечесаных умников, которых транснациональная олигархия назначила "умом и совестью", - исходя, конечно, не из задач, стоящих перед цивилизаций, а из своих интересов удержания власти и контроля :-)

Энтропия, Энергия и Порядок Вселенной

Проще легкого увязнуть в бесконечных дискуссиях на тему, какие типы энергии мы должны использовать и как. Типичная проблема таких дискуссий, что они затушевывают определенные фундаментальные концепции физики, которые и должны быть определяющими факторами при принятии решений.

Давайте поговорим о законах термодинамики. Они появились в эпоху пара, когда инженеры ломали голову, как получить больше энергии (работы) из паровых машин. Со временем такие великие учены как Максвелл, Карно, Больцман, Кельвин и другие вывели эти фундаментальные законы. Со временем стало ясно, что эти законы представляют более широкую концепцию - энтропия.

Что такое энтропия? Если попросту это степень беспорядка и случайности в системе.

А что такое "порядок"? Проще всего представить это как "организованность". Твердые тела более упорядочены, чем жидкости, которые более упорядочены, чем газы. Большие комплексные молекулы (к примеру, хлорофилл) больше упорядочены, чем простые (кислород, вода и т.д.). Материя более организована, чем энергия. Даже сами простейшие атомы содержат в себе огромные объемы упорядоченности - подумайте, как нейтроны, электроны и протоны организованы и сбалансированы внутри каждого атома.

Каждый раз когда порядок сменяется на беспорядок генерируется энергия. Если атомы уничтожаются, генерируется энергия, а энтропия нарастает. Если связи в молекуле распадаются, генерируется энергия, а энтропия нарастает.

Вселенная в целом движется в сторону энтропии.

Тут возникает путаница и недопонимание - ибо наш ежедневный опыт показывает сокращение энтропии. К примеру, солнечная энергия попадает на листочек дерева и создает комплексный углевод. Разве использование  энергии низкого порядка для создания нового порядка в листочке не нарушает закон термодинамики?

Нет, не нарушает. Для создания этого лучика света внутри Солнца каждую секунду 600 миллионов тонн вещества конвертируется в энергию. Это огромный поток от порядка (атомы) к беспорядку (энергия). Листочек лишь возвращает небольшую долю этой энергии обратно к порядку.

В ночном небе вы видите тысячи машин, генерирующих энтропию.

Этот пример иллюстрирует следующую фундаментальную концепцию - хотя поток в целом идет от порядка к беспорядку, в этом потоке возможны вихри / водовороты, где порядок нарастает и аккумулируется. 

Почему атомная энергия настолько более мощная по сравнению с другими формами энергии? Кубический метр урана может дать энергии в 3 миллиона раз больше кубического метра угля. Почему? Ядерный реактор уничтожает материю и конвертирует ее в энергию.  Это соответствует "основному" направлению потока нарастания энтропии. 

А уголь представляет окаменелую солнечную энергию. Это часть "водоворота", в направлении роста упорядоченности, захватившая небольшую часть ядерной реакции внутри Солнца. То есть использование угля это использование вторичных последствий ядерной реакции внутри Солнца.

Все формы энергии можно ранжировать по степени изменения упорядоченности к беспорядку:

- электромагнитная энергия (солнечная)

- движение атомов (ветер, приливы, гидроэнергия) 

- химическое разрушение молекул (дрова, нефть, газ, уголь)

- разрушение атомных структур (атомная энергетика, геотермальная, термоядерная)

- полное разрушение материи (антиматерия)

Почему геотермальная стоит рядом с атомом и термоядом?  Жар планеты это продукт естественного радиоактивного распада, что соответствует атомной энергетике.

Атомная энергия, термояд, геотерм и антиматерия - "энтропически позитивны", так как получают энергию от разрушения порядка в атомах.

Ископаемые топлива, дрова, гидроэнергия, ветряки - это "энтропические вихри".  Это просто плод работы других энтропически позитивных источников, часть которых случайным и несущественным образом была сконцентрирована, и может быть собрана в виде "урожая". Солнечная энергетика представляет собой деградировавший порядок в самой низшей форме - сперва конвертируется одна форма энергии (видимый свет) в более низкую форму (инфракрасное излучение), собирая в качестве "урожая" весьма маленькую долю оставшегося порядка.

Чем больше беспорядка имеет источник энергии, тем более сложным будет механизм, собирающий эту энергию в качестве "урожая". Упорядочим по сложности сбора урожая источники энергии:

- полное разрушение материи (антиматерия)

- разрушение атомных структур (атомная энергетика, геотермальная, термоядерная)

- химическое разрушение молекул (дрова, нефть, газ, уголь)

- движение атомов (ветер, приливы, гидроэнергия) 

- электромагнитная энергия (солнечная)

Кто-то посчитает, что развитие атомной энергетики очень сложно, а солнечной очень просто?

Нет. Антиматерия превращается в энергию сама - все что ей нужно, это войти в контакт с с материей.

Термояд?  Да, сложно сделать на планете, но посмотрите на триллионы звезд.  Это триллионы термоядерных реакторов.  Для запуска нужно лишь собрать достаточно много атомов, легче чем свинец.

Атомная? Все что нужно - собрать правильный набор атомов вместе.  Иногда это случается даже естественным путем.

Почему атомная энергия такая дорогая?  Чтобы защитить нас от гигантских потоков освобождаемой энергии. Основная задача атомного реактора - контролировать скорость производства атомов урана. Иначе они дадут слишком много энергии сразу и разрушат реактор. Сам по себе запуск реакции прост, сложность состоит в том, чтобы она не разогналась.  

В этом смысле химические реакции для запуска требуют больше усилий - нужно собрать вместе правильные атомы и создать правильные условия. Уголь или дрова не будут гореть без кислорода и источника зажигания. То есть вместо одного урана для запуска атомной реакции, тут потребуется как минимум три разных типа атомов.  Но система для сбора химической энергии остается еще относительно простой.

Гидроэнергия? Требуется еще более комплексная структура для сбора этой энергии. Простейшая форма сбора энергии от угля - это собрать кучу и поджечь. Водная энергия требует уже создания механизма - например, водное колесо. Уровень сложности системы для сбора энергии резко повысился, потому что источник энергии стал более беспорядочен.

Для сбора энергии от ветра потребуется еще более сложный механизм - просто потому, что газ более беспорядочен, чем вода.

И вот, напоследок, солнечная энергия. Панели для ее сбора организованы на атомном уровне.  Это очень упорядоченные объекты, только так и можно собрать "крошки" энергии, которые имеются в излучении. Даже простейшая форма сбора солнечной энергии - лупа - требует сбор очень специфичных материалов и их последующую обработку для создания линзы.

С этой точки зрения многие вопросы становятся более понятными. Почему возобновляемая энергетика имеет плохие показатели возврата EROEI? "Добывающие" механизмы должны иметь порядок, компенсирующий его нехватку или отсутствие в источнике.  А чтобы создать этот порядок - нужно затратить много энергии.

Почему плохо работает проект Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC)?  Потому что вы пытаетесь сделать плохо упорядоченные потоки тепла в океане еще более беспорядочными, что требует большой и дорогой механизм, что превращает EROEI процесса в руины. Аналогично вопрос обстоит и с солнечными панелями - очень много порядка требуется создать, чтобы вытащить "крошки" энергии из беспорядка.

Многие вопросы могут быть сняты, если смотреть на энергию в терминах энтропии. Какое количество порядка будет уничтожаться, и какова сложность механизма? Основан ли источник энергии на более высокой или низкой степени энтропии?