Bitcoin og kjernekraft: verdens mest fryktede teknologier kan faktisk redde den
Menneskeheten må produsere en overflødig mengde energi for å gjøre fremskritt - men med økende etterspørsel, hvordan kan vi oppnå dette?
Dette er en oversatt versjon av en tekst skrevet av John Thompson
Lærte du noe av denne artikkelen? Gjerne del med en venn eller støtt oss ved å sende litt kryptovaluta!
Mye har blitt skrevet om hvordan intermitterende fornybare energikilder som vind og sol negativt påvirker nettstabiliteten og ofte trenger statlige subsidier for å gi positiv økonomisk avkastning på investeringen (ROI). Mindre godt forstått, men enda viktigere, er det faktum at disse periodiske fornybare energikildene reduserer vårt globale netto energioverskudd sammenlignet med kull, olje, naturgass og kjernefysiske energikilder de erstatter. Med andre ord, våre nåværende teknologier genererer en høyere energiproduksjon på energiinngangen deres sammenlignet med vind og sol.
Den nåværende levestandarden i verden er et direkte resultat av kraftproduksjonsteknologier som produserer et høyt energioverskudd. Forskning tyder på at elektrisitet fra vind og sol ikke er i stand til å oppnå break-even-nivåer i forhold til den eksisterende økonomiske terskelen for energioverskudd, noe som antyder at de vil redusere vår fremtidige levestandard.
Å forstå hvorfor energioverskudd betyr noe er nøkkelen til å forstå menneskelig fremgang. Det er også nøkkelen til å forstå hvordan Bitcoin-nettverkets energiavhengige proof-of-work konsensusmekanisme kan være et verktøy som utvider samfunnets energioverskudd langt inn i det 21. århundre.
Hva er energioverskudd?
Å ha et energioverskudd er grunnleggende for å overleve.
Ta en gepard, for eksempel. En gepard bruker en enorm mengde energi på å forfølge sitt bytte. Mange av disse jaktene er mislykkede. For de få som resulterer i et drap, må energien som gis ved å spise byttet være større enn all energien som ble forbrukt i tidligere jakter (og være nok til neste jakt).
Men utover vedlikeholdsenergien som kreves bare for å leve og jakte, må energioverskuddet også være stort nok til at en gepardmor kan føde, amme ungene og bruke tid og energi på å oppdra dem. For at en gepard skal leve normalt, må energioverskuddet være godt over et break-even-nivå.
Det samme kan sies om en fisk, et insekt, et tre eller en hvilken som helst organisme eller system som krever energi, inkludert mennesker og menneskelige økonomier. Jo større energioverskudd i et system, desto mer mangfoldig, robust og motstandsdyktig er systemet fordi det lett kan dekke sine grunnleggende behov med overskuddsenergi til reproduksjon, eksperimentering, innovasjon og vekst.
Energioverskudd, eller netto energi, måles ved energi returnert på investert energi (EROEI). EROEI er forholdet mellom energien som samles inn av et system - teller eller kalorienergien til byttet - og energien som brukes i prosessen med å samle den energien - nevneren eller energien brukt på jakten. For å være nøyaktig bør beregningen bruke energienheter, gjerne joule, den internasjonale standarden for måling av energiinnhold i varme og arbeid.
Som en økonomisk ROI, viser en EROEI > 1 at et system samler mer energi enn det bruker for å samle den energien, f.eks. geparden spiser flere kalorier enn den trenger for grunnleggende funksjoner. Resultatet er overskuddsenergi som gjør at en gepardmor kan føde og oppdra ungene sine. Når EROEI = 1 tilsvarer den mottatte energien energien brukt (break-even) og geparden overlever så vidt og kan ikke reprodusere seg. En EROEI < 1 indikerer at systemet krever mer energi enn det er i stand til å samle, f.eks. kan ikke geparden overleve.
I menneskeverdenen er en EROEI < 1 også en oppskrift på død og utryddelse. En EROEI = 1 er en svak balanse mellom liv og død uten overskuddsenergi for samfunnsvekst og fremgang. Imidlertid har et stort og økende energioverskudd produsert fra høye EROEI-teknologier tillatt menneskelig sivilisasjon å utvide og blomstre kreativt, teknisk og kulturelt.
Energi er ekte rikdom
Enkelt sagt er energi vår virkelige rikdom og vår vekst avhenger av hvor effektivt vi konverterer primærenergi til nyttig energi som gjør oss i stand til å gjøre nyttig arbeid. Etter hvert som mennesker utviklet seg over årtusener utviklet vi bedre og bedre teknologi for å finne og konvertere stadig tettere primærenergikilder til nyttig energi.
For eksempel inneholder råolje ca. 44 MJ/kg (megajoule per kilogram) varmeenergi, svartkull ca. 25MJ/kg, tørr ved ca. 16MJ/kg og torv og gress 6-7MJ/kg. Ved forbrenning produserer deres lagrede kjemiske energi varme. Ytterligere teknologi konverterer noe av varmen til en mer nyttig sekundær energi som elektrisitet. Menneskelig teknologi fortsatte å utvikle seg for å kunne utnytte oljens høyere energitetthet sammenlignet med torvene og gresset som våre fjerne forfedre brukte som drivstoff. Fra denne tettere energien kom eksponentiell vekst i samfunnets energioverskudd som også utløste massive gevinster i teknologisk innovasjon og levestandard.
Mens vi ofte fokuserer på en teknologi sin energieffektivitet ved å konvertere drivstoff til arbeid (f.eks. har en forbrenningsmotor en termisk driftseffektivitet på +/- 25%), tar EROEI-analyse en mer helhetlig tilnærming. Den står for de ekstra energikostnadene til materialene og prosessene som trengs for å bygge motoren sammen med driften av den. Det er her EROEI-analyse kan belyse energioverskuddet til ulike kraftverksteknologier.
For et kraftverk tilsvarer EROEI energien som produseres over anleggets levetid delt på energien som var nødvendig for å bygge, drifte og avvikle anlegget. Etter å ha inkludert energikostnadene til komponentene som stål og betong og energikostnadene til drivstoffet, må et kraftverk med fossilt brensel produsere minst samme mengde energi over levetiden for å gå i balanse på energibasis. Det samme gjelder fornybar energi og kjernekraft.
Det vil imidlertid være meningsløst å drive et energi-break-even-kraftverk, siden all energien som produseres i anleggets levetid vil bli oppveid av en like stor mengde energi som forbrukes for å bygge og drive anlegget. Det ville ikke vært energioverskudd til alle de andre tingene vi trenger (matproduksjon, skoler og sykehus, osv) og ønsker (museer, reiser, sport, vitenskapelig forskning, osv).
Husk at en gepard krever et energioverskudd bare for å leve et normalt liv. Det gjør også mennesker i det 21. århundre, men i mye større grad.
Hva har EROEI med det å gjøre?
En av de mest omfattende og strenge analysene av ulike kraftverks EROEI’er er et par artikler av Weißbach et al1. Forfatterne brukte en enhetlig nedenfra-og-opp-metodikk for å beregne energikostnadene (i terajoule) justert til eksergi (brukt/nyttig energi) innebygd i materialene, arbeidskraften og drivstoffforsyningen som kreves for å bygge, drifte og dekommisjonere ulike elektrisitetsgenererende teknologier. Denne brukte energiinvesteringen ble delt inn i den brukte energien som ble returnert – elektrisiteten som ble generert over levetiden til hver type kraftverk – for å beregne individuelle EROEI’er.
Forfatterne sammenlignet også de representative plante-EROEI’ene med en økonomisk EROEI, kalt den "økonomiske terskelen." Dette tilnærmes ved forholdet mellom en økonomi sin BNP og dets uvektede endelige energiforbruk. I praksis er det BNP delt på totalt energiforbruk for samme tidsperiode delt på gjennomsnittlig kostnad for det energiforbruket. Den resulterende kvotienten fanger opp den økonomiske verdien av "energiutbyttet" som den energiproduserende delen av en økonomi betaler til de ikke-energiproduserende delene av økonomien.
En høy og voksende økonomisk terskel beskriver en verden med svært effektive energiinnsamlingsprosesser som produserer et stort energiutbytte som lar en økonomi diversifisere, vokse og blomstre. En synkende økonomisk terskel indikerer et system i sammentrekning med mindre effektive energiinnsamlingsprosesser som fortrenger andre ikke-energisektorer som fører til en nedgang i nivåer av økonomisk velstand.
Resultatene av artikkelens analyse er vist i diagrammet nedenfor.
Det er klart at vind og sol har EROEI’er som er størrelsesordener under etablerte teknologier for elektrisitetsproduksjon. De presterer konsekvent dårligere enn kraftverkene til vannkraft, atomkraft og fossilt brensel, og når energilagring er inkludert, forverres EROEI’ene deres ytterligere.
Bortsett fra vannkraft, kan de fleste fornybare energikilder ikke nå den økonomiske grenseverdien. Med andre ord, de kan ikke stå på egenhånd, energisk sett. De vil mislykkes hvis de må levere energien til bygging, drift og avvikling og er avhengige av det eksisterende energioverskuddet fra fossilt brensel og atomkraft. Dessuten, å sette dem inn i vår nåværende energimiks som erstatninger for eksisterende fossilt brensel og kjernefysiske teknologier vil utvanne vår nåværende økonomiske rikdom.
Det er fire hovedårsaker til at intermitterende fornybar energi ikke holder til mål:
Vind- og solenergiteknologi krever store mengder kostbare høyenergimaterialer (stål, betong, kobber og solcellepaneler) i forhold til deres livssyklus energiproduksjon.
Vind og sol har kortere livssykluser (20-30 år) enn anlegg som kjører på fossilt brensel, vannkraft eller atomkraft (50-70), som gjenvinner sine opprinnelige energikostnader raskt og har lengre driftsperioder for å generere overskudd.
Vind- og solavbrudd resulterer i lavere kapasitetsfaktorer (faktisk energiproduksjon over tid vs. potensiell energiproduksjon) enn vannkraft, kjernekraft og termisk. Dette resulterer typisk i overbygging med 2-4x, noe som krever mer materialer og høyere energiinvesteringskostnader.
Intermitterende vind og sol krever tillegg av buffering via batterier for å gjøre elektrisiteten deres nyttig for nettet. Energilagring er ikke ny energi, bare en tidsforskyvning av strømbruken. Batterier er svært energikrevende å produsere og har alltid en EROEI < 1. Som et resultat vil enhver strømproduserende teknologi som krever batterier ha en lavere kombinert EROEI enn selve generasjonskomponenten, som Weißbach sine resultater viser.
Når vi fjerner høy-EROEI-teknologier og erstatter dem med lav-EROEI-teknologier, reduserer vi det totale energioverskuddet som støtter dagliglivet slik vi kjenner det. Mer av en økonomi ender opp med å være dedikert til energiinnsamlingsaktiviteter på bekostning av andre økonomiske sektorer. Det er ikke den retningen menneskeheten ønsker å gå etter flere tiår med å dra nytte av høye energioverskudd som direkte kan tilskrives fossilt brensel.
På tide å gå til atomkraft
Så hva kan møte vårt økende behov for elektrisitet med de høyeste EROEI’ene? Kjernefysisk.
Kjernekraft produserer enormt overskuddsenergi, sett av EROEI på 75. Den produserer mer enn dobbelt så mye overskuddsenergi som naturgass og kull.
Kjernekraft drar nytte av tre viktige faktorer: den bruker et energitett drivstoff (3,5% anriket uran har 3 900 GJ/kg) i forhold til drivstoffets energikostnader ved produksjon; den opererer med de høyeste kapasitetsfaktorene av alle tilgjengelige strømproduserende teknologier; og den har den lengste nyttige livssyklusen. Atomkraftverk bygget for nesten seksti år siden opererer fortsatt i dag med kapasitetsfaktorer som vind- og solenergiforkjempere bare kan drømme om.
Flertallet av kjernekraftverkene bruker fortsatt samme reaktordesign (trykkvann) fra 1950-tallet, men dette antyder at dagens FoU til nye kjernefysiske teknologier kan føre til enda høyere EROEI-anlegg. Som den høyeste energioverskuddsteknologien for å konvertere primærenergi (atomær) til nyttig energi (elektrisitet), bør kjernekraft være go-to-teknologien for det meste av vår nye elektrisitetsproduksjon.
Bitcoin-mining: Et verktøy for bedre energi
Politikk til side, ved å koble Bitcoin-mining, verdens mest bærbare og fleksible kilde til storskala etterspørsel etter elektrisitet til kjernekraft, kan menneskeheten presse energioverskuddet til enda høyere nivåer. I stedet for å overbygge lav-EROEI, intermitterende fornybare energikilder som vind og sol, bør målet vårt være å oppmuntre til utvikling av høy-EROEI kjernefysisk generasjon ved å bruke Bitcoin-miningens unike egenskaper som et insentiv.
Kjernekraftverk krever store og stabile behovsbelastninger gitt deres nødvendige høye kapasitetsfaktorer. Bitcoin-mining tilbyr akkurat denne typen lastprofil. Ved å bruke deres skala og stabilitet, kan Bitcoin-minere samlokalisere med nye atomprosjekter for å absorbere elektrisitetsproduksjonen deres før anleggets utsendelse er fullt nødvendig på nettet. Deretter, gitt deres iboende fleksibilitet og bærbarhet, kan de støttende minerne koble fra ett anlegg og flytte til det neste nye prosjektet. Ettersom samfunnets energibehov fortsetter å vokse, kan vi sikre at denne forhåndsbygde høy-EROEI-elektrisitetsforsyningen er klar og venter.
Energi er den virkelige valutaen
"Energi er den eneste universelle valutaen: en av dens mange former må transformeres for å få noe gjort."2 - Vaclav Smil, forfatter av "Energy And Civilization: A History."
Penger er bare et krav på energi. Problemet med fiat-penger er at de er koblet fra energi på grunn av null støtte fra en knapp og energibasert eiendel, og av konstant statlig manipulasjon.
Bitcoin, på den andre siden, er den reneste monetære legemliggjørelsen av energi til dags dato. Det er en klar, direkte og umanipulert krav om energiens økonomiske verdi. Bitcoin sin proof-of-work konsensusmekanisme gjør dette mulig. Å være det mest desentraliserte nettverket i verden vil sikre at det forblir slik langt inn i fremtiden. Vi begynner først nå å forstå hvor kraftig proof-of-work vil være i å reorientere menneskelig innsats mot svært positive netto energiproduserende teknologier.
Intermitterende energi, slik dens talsmenn nå forfølger, vil bare redusere verdens nåværende energioverskudd, noe som resulterer i en smertefulle nedgang i levestandarden. Det er klart at noen elektrisitetsproduksjonsteknologier er overlegne over andre på nettoenergibasis, og uten å forstå dette vil våre valg gi alvorlige utilsiktede konsekvenser. Energikrisen i Europa i 2022 avslørte et mer skjørt system enn vi tidligere hadde forstått og kunne signalisere hvordan fremtidige forhold vil se ut – økende kostnader og periodisk forsyning.
Heldigvis kan Bitcoin fikse dette. Bitcoin-mining sammen med utvikling av nye kjernefysiske prosjekter kan bidra til å snu denne kursen og utvide verdens energioverskudd til å drive det 21. århundre.
Merknad: Det anbefales å være forsiktig når man vurderer EROEI-beregninger:
For det første er metodikk viktig. Er tilnærmingen top-down (energikostnader avledet fra fiat-kostnader) eller bottom up (energikostnader avledet fra materialmengder og produksjonsprosesser)? Førstnevnte kan lett forveksle fiat med energienheter som gir ubrukelige resultater. Sistnevnte, selv om det krever mer innsats, er mer nøyaktig.
For det andre, mens EROEI er et enkelt forhold å beregne, er det ennå ikke en standard definisjon av systemer som skal brukes når man bestemmer telleren og nevneren. Noen analytikere vurderer bare drivstoffkostnadene. Andre inkluderer kostnadene ved anlegget. Mens atter andre inkluderer kostnadene ved anlegget og ekstra oppstrømskostnader som påløper for å kunne bygge anlegget. Weißbach et al. anvendte en enhetlig definisjon over en full livssyklusvurdering for hvert type kraftverk. Den totale energien ble også tilpasset brukt energi (eksergi) investert og returnert for hver type anlegg. Dette resulterer i en av de reneste analysene som finnes.
For det tredje er EROEI plasseringsavhengig. Steder med mye vind har større energiavkastning på den samme energien som er investert. Det samme gjelder solrikere steder for solenergi. Fossilt brenselanlegg vil også ha varierende EROEI’er avhengig av deres nærhet til drivstoffforsyninger og kvaliteten på tilgjengelig drivstoff.
Selv EROEI’ene til fossilt brensel som kull og olje avtar generelt over tid. Mens den innebygde energien i den kjemiske sammensetningen av lignende kvaliteter av kull og olje er den samme mellom forskjellige bestander, har energien som kreves for å samle disse bestandene historisk sett økt. Nyere funn er generelt lenger unna sluttforbruket og krever mer energi å utvinnes. Dagens dypvannsboring er langt dyrere energimessig enn boring var på East Texas Oil Field på 1940-tallet da feltet var ungt.
Til slutt, som mye dataanalyse, kan EROEI bli manipulert for å rettferdiggjøre personlig partiskhet og politiske mål. EROEI har imidlertid verdi for relativ energioverskuddsanalyse. Med konsistente systemer og en definert beregningsmetodikk tilbyr den en standardisert måte å sammenligne nettoenergien produsert av ulike kraftverksteknologier uten hensyn til deres ofte forvrengte fiat-ROI’er.
Dette er et gjesteinnlegg av John Thompson. Uttrykte meninger er helt deres egne og reflekterer ikke nødvendigvis meningene til Krypto Oppsummering.
Weißbach et al., Energy 52 (2013)
https://festkoerper-kernphysik.de/Weissbach_EROI_preprint.pdf
Weißbach et al., EPJ Web of Conferences 189 (2018) https://www.epj-conferences.org/articles/epjconf/pdf/2018/24/epjconf_eps-sif2018_00016.pdf
Rådata for diagrammet: http://tinyurl.com/z7329lh
“Energy and Civilization: A History,” Vaclav Smil (2017).