Slunce jako hvězda, která je i přes svou obrovskou energii vlastně enormně stabilní, jeho energie by se dala využít i mimo Zemi. Dojde-li v budoucnu k energetické krizi, jsou lidé schopni napnout síly a vyřešit ji. K tomu ještě potřebují rozlousknout řadu problémů, velký potenciál ukrývá třeba kvantová mechanika. O energii ve všem kolem nás, jejích principech ve vesmíru a možných podobách získávání energie v budoucnu hovořil pro Fokus Václava Moravce astronom, astrofyzik a známý popularizátor vědy Jiří Grygar. Pořad s názvem „U konce s energií“ sledujte v úterý 6. 10. od 20:00 na ČT24.
Obrovská energie je ukryta i v obyčejné tužce, říká Jiří Grygar
Když jsme se bavili o energii, tak vy jste řekl, že nelze nezačít bez známé Einsteinovy rovnice. Proč je Einsteinova rovnice tak důležitá pro téma energie?
„Myslím si, že to je absolutní důvod, proč se vůbec o energii hovoří. Protože Albert Einstein v roce 1905, tedy deset roků předtím, než vymyslel obecnou relativitu, tak publikoval tuto rovnici. Říká nám o energii, která je utajená ve hmotě m vyjádřené v kilogramech či gramech, násobeno čtvercem rychlosti světla c na druhou. C je velké číslo, 300 tisíc kilometrů za sekundu, a když to vynásobíte na druhou, je to pekelně velké číslo. Cokoliv tady máme, skleničku, tužku - když si je zvážíte, můžete spočítat, že to je energie, na kterou kdybychom přeměnili celou tužku, tak tady oba zahyneme, protože nás to zabije. Bude to takový výbuch, že proti tomu nějaká chemická látka, která vybuchuje ve výbušninách, je prostě čaj. Energie je obrovská, a to je tedy ten vesmírný optimismus, který může přinést astronomie. Vidíme, že ve vesmíru probíhají procesy, které z této rovnice vycházejí a dokážou vyždímat z hmoty ne sto procent, to je velice vzácné, ale řekněme jedno procento. To už vypadá, že tak vzácné není, ale běžné chemické reakce včetně výbuchu pum teroristů jsou na úrovni jedné miliardtiny této energie. Takže je to vlastně velice neúčinné. Naštěstí, jinak by to bylo daleko horší, než to je.
Vy jste mi představil Slunce jako naprosto zásadní energetický zdroj s naprosto dokonalým provozem a s obrovskou spolehlivostí. Co dělá Slunce Sluncem? V čem je výjimečné?
Slunce je výjimečné tím, že je to hvězda, jako jsou všechny hvězdy na obloze, která se narodila přibližně před čtyřmi a půl miliardami roků. Po celou tu dobu, to víme z geologie, osvětluje Zemi a dodává jí energii tak, že je Země schopná života a že tady může být život. Samozřejmě to není tak jednoduché, protože Slunce zprvu, jak nyní víme, svítilo trochu méně než dnes, takže na Zemi bylo riziko, že tady skončíme jako primitivní organismy. Ty skončí, protože zmrznou. Kupodivu se tak nestalo. My přesně sice nevíme, proč se to nestalo, ale zaplať pánbůh. A teď je to už naprosto bezpečné, protože sluneční motor, kterému říkáme termonukleární reakce, čili reakce, která velmi silně souvisí s teplotou, která je u Slunce kolem 15 milionů stupňů, takže to je opravdu horko, tak tato reakce je neobyčejně stabilní. Kolísá daleko méně než kterákoliv kamna, jež jsme schopni postavit. Celkový výkon v krátkém měřítku tisíce let kolísá nanejvýš o jedno promile nahoru či dolů. Je v podstatě konstantní. Tohle je záruka, která se však v budoucnosti poruší, neboť Slunce bude svítit čím dál tím víc a jednou tady na Zemi bude tak horko, že to bude pro naše potomky hodně nepříjemné. Ale je to samozřejmě zdroj energie.
Ta termonukleární reakce na Slunci – můžeme se spolehnout, když to řeknu hodně laicky, že bude fungovat každý den v horizontu tisíců let, o kterém jste mluvil?
Ano, to máme zjištěno, protože pozorujeme mnoho hvězd, které jsou dokonce starší než Slunce a které také žijí z termonukleárních reakcí, a ty reakce jsou velmi stabilní. Ony se vlastně pohybují téměř na úrovni vyhasnutí, protože reakce jen tak doutná. Kdyby to byla prudká reakce, byla by to vodíková puma, a jak známe vodíkové pumy ze Země, tak ty bouchají za zlomek sekundy. Toto není vodíková puma, je to něco, co je velmi stabilní, co vydrží dlouho a co bychom rádi napodobili v molekulárních elektrárnách, ale zatím to nedokážeme udělat.
Zůstaňme ještě ve vesmíru. My jsme se bavili o tom, že nejenom Slunce je z energetického hlediska neuvěřitelně zajímavé. Vesmír zná i spoustu dalších jevů, u kterých je prokázáno, že se kolem nich pohybuje obrovské množství energie. Mohl byste je zmínit?
To je pravda, protože hvězdy, které skončí svůj život a přitom se nezbaví dostatečně své hmoty – to znamená, že jsou to hvězdy jaksi obézní, které mají osm nebo více násobků Slunce, se zhroutí do tzv. černé díry. Černá díra vypadá velice zvláštně, protože je černá, takže ji nevidíme. Je to díra, všechno do ní padá a nic z ní nemůže vyletět ven. My se o ní dozvídáme astronomickými prostředky z její gravitace. Ta působí navenek a přitahuje k sobě všechno. Pozorujeme procesy ve vesmíru, kdy na černé díry padá materiál. Ten normální materiál, to mohou být třeba odpadky. Kdybychom je tam mohli házet, tak je to velice ekologické, protože odpadky budou definitivně zničeny a ještě nám poskytnou velké množství energie. Reakce pádu odpadku do černé díry je z hlediska Einsteinovy teorie relativity daleko účinnější než termonukleární reakce. Může běžně dosáhnout 30 procent té maximální energie. V některých speciálních případech až 40 procent, takže to je podstatně více než 0,7 procenta, což je reakce, kterou Slunce používá.
Vy jste také říkal, že si možná málokdo uvědomuje, kolik sluneční energie a světla vlastně nedopadá na Zemi, kolik je ho v prostoru kolem Země, ve vesmíru. Co to vlastně znamená z hlediska potenciálu využití této síly?
To je právě ta důležitá věc. Když si představíme, že Země je od Slunce 150 milionů kilometrů, její průměr je necelých 13 tisíc kilometrů, tak pochopitelně většina slunečního záření jde všemi směry ze Slunce. Pokud jde o vysílání energie, je Slunce v podstatě kulově symetrické. Energie se samozřejmě tratí, ohřívá vesmírný prostor, ale jinak je nepoužitelná. Budoucí perspektiva je vystavět kolem Slunce nějakou ohradu, ve všech směrech ho zavíčkovat. Potom můžete tahat energii ze slunečních panelů, které budeme mít na externích prostorech kolem Země. A budeme mít stomiliardkrát větší energii, než kterou máme dnes.
Když se vrátíme zpátky na Zem – objevují se čím dál tím častěji informace, kolik je ještě ropy a uhlí, kdy by tak asi mohly dojít a podobně. Čeká nás nějaký moment krize, něco, čeho se máme bát, protože budeme mít problém se zdroji energie na Zemi? Nebo tím pokrokem a novými technologiemi jen plynule přejdeme z fosilních paliv na nové zdroje?
Zda to bude úplně plynule, to si netroufnu odhadnout. V každém případě se ta věc už děje. Dnes se začínají masově využívat nové zdroje energie, které dříve připadaly člověku jako něco, co nikdy nevyužijeme. V tomto směru si myslím, že solární panely jsou poměrně dobrý příklad. Samozřejmě mají své nevýhody, to všichni dobře víme. Jsou tady i jiné možnosti. Dá se využívat energie mořských slapů, to znamená přílivu a odlivu. Jsou elektrárny postavené na tomto principu a je tam ještě obrovská rezerva. Dá se využívat také geotermálního zdroje, protože vnitro Země je velmi teplé, dokonce horké. Na to se přišlo teprve nedávno, velmi těžko se to měří – dá se to jedině spočítat. Centrum Země, které je pod námi, jen necelých šest a půl tisíce kilometru, má tedy vyšší teplotu než povrch Slunce. Na povrchu Slunce je zaokrouhleně šest tisíc stupňů, ve vnitru Země je minimálně sedm tisíc stupňů Celsia. Chodíme po poměrně horkém nitru a ani nás nepálí podrážky. To je zajímavé.
Vy jste říkal, že za fotovoltaiku vděčíme také Einsteinovi…
To je možná něco, co málo lidí ví. Když dostal Einstein Nobelovu cenu za fyziku, tak ten Nobelův komitét ve zdůvodnění napsal, že ji dostal konkrétně za vysvětlení fotovoltaického jevu a za služby teoretické fyzice. Právě fotovoltaický jev, který Einstein vysvětlil, je základem solární energetiky. Všechny solární panely fungují na tom principu, že na ně dopadají fotony a mění se v elektřinu.
Je to důkaz toho, že fyzika a astronomie si s tím poradí? Když se podíváme na 20. století a fyzikální objevy, jak rychle se začaly aplikovat, jak rychle se znásobuje jejich účinnost, můžeme si teď v roce 2015 říct, že ty technologie sice nemáme, ale že se můžeme spolehnout na to, že budou?
Já si myslím, že je to tak. Protože dneska se ví, že energie je problém a že bude potřeba. Právě proto, že se rozvíjejí státy, které byly dříve chudé na spotřebu energie. Ty teď bohatnou, takže je to potřeba. Myslím si, že potenciál fyziky je takový, že by to měl zvládnout v mnoha různých směrech. To teď tady nemůžu povídat, co by se všechno mohlo dělat. V každém případě velké možnosti skýtá právě kvantová mechanika, která jednak snižuje energetickou spotřebu moderními způsoby – máme různé čipy, které mají velmi nepatrný odběr, máme optická vlákna, která daleko efektivně přenášejí komunikační data, než to bylo pomocí kabelů. Tím vším se šetří. Budou auta, která budou jezdit bez řidiče nebo nebude potřeba tolik aut jako dnes. Tímto způsobem se dá hodně ušetřit. Myslím, že jsou problémy, které je potřeba vyřešit - skladování elektřiny a možná také přenosové soustavy. V každém případě se domnívám, že tady ten potenciál je, a ve chvíli, kdy to bude opravdu krizové, myslím, že lidé jsou schopni napnout síly, aby tento problém byl víceméně druhotný, menší, a mohli řešit jiné problémy, které budou souviset s tím, co vlastně budou dělat. Spoustu věcí, které dnes děláme, převezmou roboty.
Kam budeme chodit do práce a čím se budeme zaobírat?
Mně připadá, že ta tvůrčí činnost bude to hlavní, co budou moci lidé dělat. Ostatní věci, které jsou rutinní, budou dříve nebo později naprogramovány.