David J. C. MacKay

See tähelepanuväärne raamat toob väga selgelt ja objektiivselt välja mitmed vähese CO₂ heitkogusega alternatiivid, mis on meile kättesaadavad.

Sir David King, Kuningliku Seltsi liige

Ühendkuningriigi valitsuse juhtiv teadusnõunik 2000–2008

See raamat peaks olema kohustuslik lugemine igaühele, kellel on mõju energiapoliitikale, olgu see valitsuses, ärivaldkonnas või huviorganisatsioonis.

Tony Juniper

Keskkonnakaitseorganisatsiooni Maa Sõbrad endine tegevdirektor

Viimaks ometi üks raamat, mis avaldab põhjalikult säästva energia tegelikud asjaolud, tehes seda nii loetaval kui ka huvitaval viisil.

Robert Sansom

Strateegia ja jätkusuutliku arengu direktor, EDF Energy

Kümneleheküljeline ülevaade

Me sõltume fossiilkütustest ja see ei ole jätkusuutlik. Arenenud maailm saab $80\%$ energiast fossiilkütustest, Suurbritannia $90\%$. See on jätkusuutmatu kolmel põhjusel.

Esiteks saavad kergesti kättesaadavad fossiilkütused ühel päeval otsa, seega peame lõpuks energiat saama kusagilt mujalt.

Teiseks on fossiilkütuste põletamisel kliimale mõõdetav ja väga tõenäoliselt ohtlik mõju.

Ohtliku kliimamuutuse vältimine ajendab meid viivitamata oma fossiilkütuste tarbimises muudatust tegema.

Kolmandaks, isegi kui me ei hooli kliimamuutusest, näib drastiline muudatus Suurbritannia fossiilkütuste tarbimises targa sammuna, kui hoolime tarnekindlusest: jätkuv Põhjamere nafta- ja gaasivarude kiire ammendamine paneb fossiilisõltuvuses Suurbritannia üsna pea sõltuma ebausaldusväärsete välismaalaste impordist. (Loodetavasti ikka märkate mu irooniat.)

Kuidas vabaneda fossiilkütuste sõltuvusest?

Nõuannetest teemal „kuidas olukorda muuta“ ei ole puudust, kuid avalikkus on segaduses, kas need skeemid ka tegelikult parandavad midagi või on lihtsalt viigilehed. Inimesed on põhjusega kahtlustavad, kui firmad ütlevad meile, et nende „rohelise“ toote ostmisega oleme „oma osa täitnud“. Sama mures on nad riikliku energiastrateegia pärast. Kas „detsentraliseerimine“ ning „soojuse ja elektri koostootmine“ on näiteks piisavalt rohelised? Valitsus tahab, et me nii arvaksime. Kuid kas need tehnoloogiad tõesti vabastaksid Suurbritannia kliimamuutustega seotud kohustustest? Kas tuulepargid on „kõigest žestid, millega meie juhid tõestavad oma keskkonnahoidlikkust“? Kas tuumaenergia on hädavajalik?

Me vajame plaani, mis on tasakaalus, st kus taastuvenergiat toodetakse sama palju kui energiat tarbitakse. Hea uudis on, et sellise plaani saab tõesti koostada. Halb uudis aga, et selle rakendamine saab olema keeruline.

I osa – Arvud, mitte arvamused

Raamatu esimeses osas arutletakse selle üle, kas selline riik nagu Ühendkuningriik, mida on teatavasti rikkalikult õnnistatud tuule-, laine- ja loodete ressurssidega, saaks oma taastuvatest energiaallikatest ära elada. Me kuuleme tihti, et Suurbritannia taastuvad energiaallikad on „tohutud“. Kuid teadmisest, et energiaallikas on „tohutu,“ ei piisa. Meil on vaja teada, kuidas see suhestub ühe teise „tohutuga“ - nimelt meie tohutu tarbimisega. Selliste võrdluste tegemiseks on meil vaja numbreid, mitte arvamusi.

Kui kasutatakse numbreid, muudab nende suurus need tihtipeale hägusaks. Numbreid kasutatakse mulje avaldamiseks, sõnasõjas punktide võitmiseks, teavitamata jätmiseks. Minu eesmärk on seevastu tuua välja ausad faktidel põhinevad numbrid nii, et need oleks arusaadavad, võrreldavad ja meeldejäävad. Need numbrid on muudetud arusaadavaks sellega, et on väljendatud igapäevastes personaalsetes ühikutes. Energiat väljendatakse kilovatt-tundides ($kWh$) elaniku kohta, samades ühikutes, mida võib näha tavalisel elektriarvel; ja võimsust kilovatt-tundides päeva kohta ($kWh/p$), samuti ühe elaniku kohta. Joonisel 2 on näitena võrreldud mõningaid suurusi neis ühikutes. Punases tulbas (tarbimine) on näidatud, et kui sõita tavalise autoga päevas $50km$, kulutab see päevaga $40kWh$ energiat. Paremal pool, rohelises tulbas (tootmine), on välja toodud mõned taastuvad energiaallikad: kui katta $10\%$ riigi territooriumist tuuleparkidega, toodaks see päevas elaniku kohta $20kWh$ elektrienergiat.

Üks põhjus, miks selliseid personaalseid ühikuid kasutada, on see, et nii on palju lihtsam liikuda Ühendkuningriigi üle arutamisest teiste riikide ja regioonide juurde. Kujutame näiteks ette, et räägime jäätmepõletusest, ja saame teada, et Ühendkuningriigis toodab jäätmepõletus aastas $7TWh$ energiat ning Taanis $10TWh$.  ($1TWh$ (üks teravatt-tund) on võrdne ühe miljardi kWh-ga.) Aitab see meil mõista, kas Taani põletab rohkem jäätmeid kui Ühendkuningriik? Ehkki teadmine, kui suur on iga riigi jäätmepõletuse kogutoodang, võib olla huvitav, kaldun mina arvama, et tavaliselt tahame teada, kui suur on toodang elaniku kohta. (Lihtsalt teadmiseks: Taanis on see $5kWh/p$ elaniku kohta; Suurbritannias $0,3kWh/p$ elaniku kohta. Seega põletavad taanlased umbes $13$ korda rohkem prügi kui britid.) Rääkides kõigest algusest peale ühe elaniku kohta, on tulemuseks paremini ülekantav raamat, millest ülemaailmsetes energiaaruteludes on loodetavasti kasu.

Kui lihtsad ja ausad numbrid on paigas, saame vastata järgmistele küsimustele:

1. Kas sellisel riigil nagu Suurbritannia on võimalik hakkama saada oma taastuvenergia allikate najal?
2. Kas n-ö arenenud tehnoloogiale üleminek laseb meil vabaneda süsihappegaasireostusest ilma, et peaksime muutma oma elustiili?

„Taastuvenergia – ilma udujututa“ esimeses osas illustreerivad arutlusi punane tarbimise tulp, kus on toodud välja mõne energiat kulutava tegevuse energiakulu; ja roheline taastuvenergia tulp, kus on kokku liidetud Suurbritannia potentsiaalsed taastuvenergia allikad.

Punaste tarbimistulpadega tegeledes lükkame ümber nii mõnegi müüdi. Näiteks tuuakse telefonilaadijate vooluvõrku jätmist tihtipeale esile kui näidet keskkonnavaenulikust teost ja inimesi, kes laadijad seinast välja tõmbavad, kiidetakse selle eest, et nad on „oma osa täitnud“. Tõde on aga selline, et tavaline mobiililaadija kulutab päevas kõigest $0,01kWh$ energiat. Energiahulk, mis säästetakse telefonilaadija seinast väljatõmbamisega – $0,01kWh$ –, on täpselt sama suur, kui üks auto suudab ära kulutada ühe sekundiga. Ma ei taha sellega öelda, et te ei peaks telefonilaadijaid seinast välja tõmbama, kuid ärge laske end lollitada mantrast „ka vähesest on abi“. Telefonilaadija maniakaalne vooluvõrgust eemaldamine on sama hea kui Titanicust teelusikaga vee välja kühveldamine. Minugipoolest tõmmake see välja, kuid saage siiski aru, kuivõrd tilluke žest see on.

Telefonilaadija üheks päevaks seinast väljatõmbamisega säästetava energiahulga kulutab autosõit ära ühe sekundiga. Aastas telefonilaadija seinast väljatõmbamisega säästetava energia hulk on sama, mis kulub ühele kuumale vannile. Telefonilaadija moodustab teie energia kogutarbimisest kõigest murdosa. Kui igaüks panustab vähehaaval, siis ka saavutame üsna vähe.

Veel üks meeldejääv arv on pikamaalendude panus inimese energeetilisse jalajälge. Kui te lendate kord aastas Kaplinna ja tagasi, kulutate selle reisiga sama palju energiat, kui kulub aasta läbi iga päev autoga $50km$ sõitmisele.

Üsna märkimisväärse osa Suurbritannia energeetilisest jalajäljest moodustavad asjad. Sissetoodud tööstustoodangut ei loeta tavaliselt Suurbritannia energeetiliseks jalajäljeks, sest nende tootmiseks vajaliku energia kulutas ära teise riigi tööstus, kuid imporditava tööstustoodangu (nagu autod, masinad, kodumasinad, elektroonilised seadmed, raud, teras ja puistlast) energiakulu on vähemalt $40kWh$ päevas elaniku kohta.

Raamatu esimeses pooles tehakse kaks selget järeldust.

Esiteks: selleks, et ükskõik millise taastuvenergiaasutuse panus oleks märkimisväärne ehk vähegi võrreldav meie praeguse tarbimisega, peaks see olema riigisuurune. Näiteks tuleks veerandi praeguse energiakulu katmiseks energiakultuuridega katta $75\%$ Suurbritanniast biomassiistandustega. Selleks, et katta $4\%$ meie praegusest energiakulust laineenergiaga, tuleks $500km$ Atlandi ookeani rannikut katta täielikult laineenergia jõujaamadega. Need, kes tahavad elada taastuvenergiast, kuid tahavad samas, et sellega seostuv taristu ei oleks suur ega pealetükkiv, petavad iseennast.

Taastuvenergiarajatised peavad olema riigisuurused, sest kõik taastuvenergiaallikad on nii hajusad. Tabelis on välja toodud mõningate taastuvenergiaallikate energiatootlikkus maa või vee pindalaühiku kohta.

Teiseks. Euroopa keskmine energiatarbimine on $125kWh/p$ inimese kohta. Nende riigisuuruste taastuvenergiaallikatega oleks võimalik see energiatarbimine katta, kui jätaksime kõrvale majanduslikud piirangud ja avaliku vastuseisu. Kaks suurimat panustajat oleksid päikesepaneelid, mis, kattes riigi pindalast $5\%$ või $10\%$, toodaksid inimese kohta $50kWh/p$; ja avamere tuulepargid, mis, kattes Walesist kaks korda suurema mereala, toodaksid inimese kohta keskmiselt järgmised $50kWh/p$.

Selline röögatu maapiirkondade paneelidega katmine ja briti merede täitmine tuulegeneraatoritega (mis on viis korda võimekamad kui kõik tänapäeva tuuleturbiinid kokku) võib küll füüsikaseaduste kohaselt võimalik olla, kuid kas avalikkus nõustuks selliste ekstreemsete ümberkorraldustega ja maksaks nende eest? Kui vastus on ei, oleme sunnitud tegema järelduse, et Suurbritannia taastuvenergiaallikad ei saa mitte kunagi meie praegust energiavajadust katma. Me vajame tarbimise radikaalset vähendamist või märkimisväärselt rohkem energiaallikaid – või mõlemat.

II osa – Energiaplaan, mis on tasakaalus

„Taastuvenergia – ilma udujututa“ teises osas arutletakse kuue strateegia üle, millega on võimalik ületada lõhe esimeses osas välja toodud energiatarbimise ja taastuvenergiaallikate tootlikkuse vahel, misjärel visandatakse Suurbritannia jaoks mõned tasakaalus energiaplaanid.

Esimesed kolm strateegiat lõhe ületamiseks vähendavad nõudlust.

• Elanikkonna vähendamine; 
• Elustiili muutus; 
• Üleminek tõhusamale tehnoloogiale

Ülejäänud strateegiad lõhe ületamiseks suurendavad pakkumist.

• Fossiilkütuste ja kivisöe keskkonnasäästlikuks kasutamiseks (ehk nn puhas kivisüsi) nimetatakse kivisöe põletamise jätkamist, kuid teistmoodi – süsinikdioksiidi sidumise ja ladustamisega. Millist „säästlikku“ energiat me võime kivisöest saada? 
• Ka tuumaenergia on üks vastuoluline võimalus. Või on see kõigest ajutine lahendus? 
• Kolmas viis süsihappegaasivaba energia saamiseks on elada teiste riikide taastuvenergiast: selliste riikide omast, mida on õnnistatud küllusliku päikesevalguse ja väikese asustustihedusega. Milline on Sahara kõrbe realistlik potentsiaal?

Diskussiooni teravamaks muutmiseks lihtsustab raamat Suurbritannia karikatuuriks, kus on esindatud ainult kolm tarbimiskategooriat: transport, soojus ja elekter.

Suurbritannia jaoks tuuakse välja viis energiaplaani, millest kõik vähendavad energiatarbimist transpordi ja soojustootmise elektriseerimise abil (soojuspumpade kasutamise abil). Elektrimootoriga sõidukitega kaasneb teine mugav aspekt: suurt elektritarbimist tekitab nende akude laadimine, mida saab kergesti sisse ja välja lülitada, mistõttu aitab nutikas akulaadimine tasakaalustada nõudlust pakkumisega tugevatele taastuvenergiaallikatele või tuumaenergiale tuginevas elektrivõrgus.

Transpordi ja soojustootmise elektriseerimine nõuab muidugi elektritootmise märkimisväärset suurendamist. Viis plaani pakuvad selleks vajalikku elektrit, kasutades viit erinevat süsihappegaasivaba kombinatsiooni. Need kombinatsioonid esindavad erinevaid poliitilisi pilte, sealhulgas plaani G (green – roheline), mis ajab läbi ilma kivisöe keskkonnasäästliku kasutamise ja tuumaenergiata; plaani N (NIMBY e not in my backyard – mitte minu õuel), mis kasutab ulatuslikult teiste riikide taastuvenergiat; ja plaani E (economist – majandusteadlane), mis keskendub kõige ökonoomsematele süsinikdioksiidivabadele valikutele: maismaatuulepargid, tuumaenergia ning käputäis loodete laguune.

Need plaanid täpsustavad, millisele vundamendile me oma väiksema süsihappegaasi heitkogusega energeetika tuleviku rajama peame.

Kui me ei toetu suurel määral ei tuumaenergiale ega kivisöe keskkonnasäästlikule kasutamisele, peame energiatasakaalu säilitamiseks ostma teiste riikide taastuvenergiat. Kõige paljulubavam laiaulatuslikult arendatav taastuvenergiaallikas on kõrbetes päikesekiirguse koondamine. Päikesekiirguse kooondamisel kasutatakse elektri tootmiseks erinevaid kombinatsioone liikuvatest peeglitest, vedelsoolast, aurust ja sisepõlemismootoritest.

Selleks, et anda parem pilt sellest, kuidas tasakaalus energiaplaanid meie igapäevast elu mõjutavad, on joonisel 9 näidatud kuuendat plaani järgiv Suurbritannia. Kuues plaan hõlmab kõikvõimalikke vähese süsihappegaasi heitkogusega allikaid ning asub enam-vähem esimese viie vahel. Seega kutsun seda plaaniks M (middle – keskmine).

Minu eesmärk ei ole mitte valida võitjaid vaid esitada kõigi võimaluste kohta ausaid kvantitatiivseid fakte. Niisiis toon järgmisena välja mõned „pühad lehmad,“ mis ei paista kvantitatiivse luubi alla võetuna enam nii heast küljest, ja mõned, mis paistavad.

Halb: vesinikkütusega masinad on katastroof. Enamik vesinikautode prototüüpe kasutavad rohkem energiat kui need fossiilkütustel sõitvad masinad, mida nad asendavad. BMW Hydrogen 7 kulutab $100km$ peale $254kWh$ energiat (samas kui keskmine fossiilkütusel sõitev briti auto kulutab sama maa peale $80kWh$). Hea: seevastu elektriautode prototüübid kulutavad kümme korda vähem energiat: $20kWh$ $100km$ kohta või isegi $6kWh$ $100km$ kohta. Elektriautod on hübriididest palju paremad. Tänapäeva hübriidautosid, mis on parimal juhul fossiilkütusel töötavatest autodest $30\%$ paremad, peaks nägema kui põgusat kasulikku vahesammu teel elektriautodeni.

Joonis 11: Hea. Elektriauto Tesla Roadster. Energiakulu: $15kWh$ $100km$ kohta. www.teslamotors.com.m.	Joonis 12: Hea. Aptera, $6kWh$ $100km$ kohta. Foto: www.aptera.com.

Halb: detsentraliseeritud soojuse ja elektri koostootmine on veel üks terendav viga. Jah, soojuse ja elektri koostootmine (st igasse hoonesse eraldiseisva elektrijaama panemine, mis toodab hoone soojas hoidmiseks lokaalselt elektrit ning soojust) võib küll olla veidi tõhusam viis fossiilkütuste kasutamiseks kui tavaline meetod (st tsentraliseeritud elektrijaamad ja lokaalsed kondensatsioonikatlad). See on siiski kõigest ligikaudu $7\%$ tõhusam. Ja kasutab ikkagi fossiilkütust! Kas eesmärk ei ole mitte vabaneda fossiilkütustest? Õigupoolest on olemas palju parem viis lokaalselt soojust toota: soojuspump. Hea: soojuspumbad on tagurpidi külmkapid. Elektrijõul töötav soojuspump pumpab soojuse õuest tuppa, võttes selle õhust või maapinnast. Parimate, hiljuti Jaapanis välja töötatud soojuspumpade soojustegur on $4,9$. See tähendab, et pump toodab $1kWh$ elektrist $4,9kWh$ sooja kas sooja õhu või kuuma vee näol. See on märksa tõhusam viis kvaliteetsest energiast soojuse saamiseks kui lihtsalt kvaliteetsetele kemikaalidele tule otsapanek, mille soojustegur on kõigest $0,9$.

Halb: katustele paigaldatud mikroturbiinid on totaalne ressursside raiskamine. Nad ei tasu end kunagi ära. Hea: seevastu on katustele paigaldatavad päikese-veesoojendid ilmselge valik. Need tõesti töötavad. Isegi Suurbritannias, kus päikesepaistet on ainult $30\%$, suudab tagasihoidlik $3m^2$ paneel soojendada pool keskmise pere veest.

Halb: telefonilaadija seinast väljatõmbamine on mannetu žest, sama hea kui Titanicust teelusikaga vee väljakühveldamine. Telefonilaadija väljatõmbamise levinud kaasamine nimekirjadesse kümnest asjast, mida sa saad ära teha, on halb, sest viib tähelepanu kõrvale tõhusamatest tegevustest, mida inimesed võiks ette võtta. Hea: termostaadi madalamaks keeramine on üks kõige tõhusamaid elektri kokkuhoiu viise, mis on tavainimesele kättesaadav – iga madalamaks keeratud kraad vähendab soojuskulusid $10\%$ ja soojusele kulub enamikus Suurbritannia hoonetes just kõige rohkem energiat. Joonisel 16 on minu maja andmed.

See raamat ei ole mõeldud kasutamiseks põhjaliku ülitäpsete arvudega allikana. Pigem on selle eesmärk näitlikustada, kuidas kasutada ligikaudseid numbreid konstruktiivses konsensuslikus vestluses. See raamat ei propageeri ühtki energiaplaani ega tehnoloogiat. Pigem on siin kirjas, mitu klotsi on Lego karbis ja kui suur on iga tükk, et lugeja saaks ise otsustada, kuidas töötada välja klappiv plaan.

Joonis 13: Hea. Soojusteguriga $4$ õhksoojuspumba sisemised ja välimised osad. Sisemise osa juures on võrdluseks ka pastapliiats. Üks neist Fujitsu komponentidest suudab kõigest $0,845kW$ elektrist toota $3,6kW$ soojust. See töötab ka tagurpidi, tootes $0,655kW$ elektrist $2,6kW$ külma õhku.	Joonis 14: Halb. Ampairi „$600W$“ mikroturbiin. See Leamington Spa küljes olev mikroturbiin suudab päevas toota keskmiselt $0,037kWh$ energiat ($1,5W$).

III osa – Tehnilised peatükid

Raamatu kolmas osa sukeldub energiatarbimise ja -tootmise füüsikalistesse alustesse. Kaheksa lisa näitavad algtõdede põhjal, kust esimese kahe osa numbrid on saadud. Neis lisades seletatakse näiteks, kuidas autosid on võimalik palju energiasäästlikumaks teha ja miks lennukeid ei ole ning kuidas arvutada tuuleparkide, loodete ja laineenergiajaamade tootlikkust põlve otsas. Kuigi suurem osa raamatust on mõeldud arusaamiseks kõigile, kes oskavad liita, korrutada ja jagada, on need tehnilised lisad suunatud lugejatele, kes tunnevad end mugavalt selliste valemitega nagu $\frac{1}{2}m{v}^2$.

IV osa – Kasulikud andmed

Raamatu viimasel kuueteistkümnel leheküljel on veel võrdlusandmeid ja muundustegureid, mis tulevad kasuks raamatu ideede rakendamisel teistes riikides ning teistes organisatsioonides kasutatud ühikutest ja ühikutesse teisendamisel.

02.12.2008

Lisateave

Raamat on tasuta kättesaadav internetis aadressil www.withouthotair.com. UIT Cambridge avaldab raamatu Suurbritannias 02.12.2008 ja Põhja-Ameerikas 01.04.2009.

David MacKay on Cambridge’i Ülikooli füüsikaosakonna loodusfilosoofia professor.

Me elame ajal, mil emotsioonid ja tunded loevad rohkem kui tõde ja teaduse tundmises valitseb ignorantsus.

James Lovelock

Lugesin hiljuti kahte raamatut, üks kirjutatud füüsiku, teine majandusteadlase poolt. Raamatus Out of Gas kirjeldab Caltech'i (Kalifornia Tehnoloogiainstituut) füüsik David Goodstein peagi saabuvat energiakriisi, mille toob endaga kaasa naftaajastu lõpp. Ta ennustab, et kriis saabub peagi ja tabab meid mitte siis, kui viimane piisk naftat on maapõuest kätte saadud, vaid siis, kui tootmine ei kata enam nõudlust - võib-olla juba 2015. või 2025. aastal. Ja isegi kui me suudaksime vaid sõrmenipsuga oma energiatarbimise tuumaenergiale ümber lülitada, asendaksime Goodsteini arvates lihtsalt naftakriisi tuumkütuse kriisiga - ja seda juba umbes kahekümne aasta pärast, sest ka uraani varud ammenduksid.

Oma raamatus The Skeptical Environmentalist maalib Bjørn Lomborg hoopis teistsuguse pildi: „Kõik on kõige paremas korras.” Enamgi veel: „Kõik liigub paremuse poole.” Ning „me ei liigu energiakriisi poole” ja „energiat on piisavalt.”

Kuidas on võimalik, et kaks tarka inimest jõuavad nii erinevate järeldusteni? Ma pidin sellest aru saama.

Briti uudistesse jõudis energia 2006. aastal. Järjest hoogu koguva diskussiooni süütasid uudised kliimamuutustest ja gaasi hinna kolmekordistumisest kuue aasta jooksul. Kuidas peaks oma energiavajaduse rahuldama Suurbritannia? Aga maailm?

Näiteks „tuul või tuumaenergia?” On raske ette kujutada teemat, mis tekitaks tarkade inimeste vahel suuremat vastandumist. Ühes tuumaenergia kasutamise laiendamist käsitlevas diskussioonis ütles endine keskkonnaminister Michael Meacher: „Kui tahame vähendada kasvuhoonegaaside emissioone $60\%$ võrra... aastaks 2050, ei ole seda võimalik teha teisiti kui läbi taastuvenergia kasutamise.” Samas ütles endine riigiteenistuja Söör Bernard Ingham, võttes sõna tuumaenergia kasutamise laiendamise poolt, et: „Need, kes loodavad [energia] puudusest üle saada taastuvenergia abil, elavad unistuste maailmas ja on minu arvates inimkonna vaenlased.”

Lahkarvamusi esineb ka keskkonnakaitsjate liikumise sees. Kõik on nõus, et midagi on vaja kiiresti teha, aga mida? Jätkusuutliku Arengu Komisjoni (Sustainable Development Commission) esimees Jonathon Porritt kirjutab: „Tuumaenergia arendamise plaanidele ei ole täna õigustust ja ... ükski selline ettepanek ei ole kooskõlas [valitsuse] kestliku arengu strateegiaga" ja „Tuumavaba stateegia peab ja on võimeline olema rohkem kui piisav, et vähendada kasvuhoonegaaside emissioone, mille peame saavutama 2050. aastaks, ja andma juurdepääsu turvalistele energiaallikatele.” Seevastu James Lovelock kirjutab oma raamatus The Revenge of Gaia: „Kestliku arendusega alustamiseks on täna juba liiga hilja.” Tema arvates on tuumaenergia „ainus efektiivne ravi," mida saame täna oma haigele planeedile pakkuda. Rannikualade tuulepargid on aga vaid „žest, millega meie juhid saavad tõestada oma keskkonnateadlikkust."

See kuum debatt sõltub eelkõige numbritest. Kui palju energiat suudaks erinevad allikad toota, milline majanduslik ja sotsiaalne kulu neil on ning millised riskid nendega kaasnevad? Kuid tegelikke numbreid kasutatakse harva. Avalikes aruteludes öeldakse lihtsalt, et „tuumaenergia neelab raha“ või et „meil on hiiglaslik kogus laine- ja tuuleenergiat.“ Sellise keelekasutuse probleemiks on fakt, et meile ei piisa teadmisest, et miski on hiiglaslik: meil on vaja teada, milline on ühe „hiiglasliku“ teguri ning ühe teise „hiiglasliku“ teguri ehk siis meie suure energiatarbe suhe. Selle võrdluse tegemiseks on meil vaja numbreid mitte hinnanguid.

Aruteludes, kus numbreid tõepoolest kasutatakse, jääb nende tähendus tihti hiiglaslikkuse varju. Need numbrid on valitud vaid mõju avaldamise või argumendi ilustamise eesmärgil ning mitte informeerimiseks. „Los Angelese elanikud sõidavad iga päev $228,5$ miljonit kilomeetrit – Maa ja Marsi vahelise teekonna.“ „Igal aastal hävitatakse $11$ miljonit hektarit troopilist vihmametsa.“ „Igal aastal lisandub maailmamerre $6,3$ miljonit tonni prügi.“ „Ühendkuningriikides igal aastal maha maetava paberiprahiga saaks täita $103448$ kahekorruselist bussi.“

Kui kõik energiakriisi lahendamiseks välja käidud ebaefektiivsed ideed omavahel otsapidi kokku panna, ulatuksid need Kuule ja tagasi...pakun mina välja.

Milline mõju on tähendusrikaste numbrite ja faktide puudusel? Kogu see lõputu hulk segaseid andmeid ja informatsiooni ajab meil pea segi. BBC jagab soovitusi, kuidas igaüks saaks anda oma panuse planeedi päästmiseks. Näiteks: „Lülitage oma telefonilaadija välja, kui te seda ei kasuta.“ Kui keegi julgeb vastu vaielda, et telefonilaadijad pole tegelikult meie peamised energiatarbijad, tuuakse välja mantra „iga pisike samm on samm õiges suunas.“ Iga pisike samm aitab? Palju realistlikum on mantra: kui igaüks panustab vaid veidi, on tulemuseks vaid väike muutus.

Ka ettevõtted panustavad sellesse igapäevasesse jamaajamisse, proovides meile selgeks teha kui imelised nad on või kuidas nad aitavad „meil oma panuse anda.“ Näiteks tähistatakse British Petroleum'i veebilehel süsinikdioksiidi emissioonide loodetavat vähenemist tänu BP laevade värvimiseks kasutatava värvi vahetamisele. Kas keegi üldse seda usub? Kõik peaksid ju aru saama, et meie ühiskonna süsinikdioksiidi emissioonide vähendamise seisukohast pole oluline, kuidas värvitakse laeva välimist külge – oluline on vaid see, mis toimub tankri sisemuses. BP tuli välja ka veebipõhise süsinikubalansi teenusega targetneutral.com, mis väidab, et nad „neutraliseerivad“ kõik teie süsinikuemissioonid ning et see on „planeedile tasuta“ - oma süsinikdioksiidi saaste saate nullida vaid $40$ naela eest aastas! Kuidas saab see tõsi olla? Kui kliimamuutuse probleemi parandamise tõeline kulu on tõesti $40$ naela inimese kohta, suudaks valitsus selle probleemi lahendada lihtsalt kantsleri taskus oleva lahtise raha abil!

Veelgi tüütumad on ettevõtted, kes kasutavad meie muret keskkonna pärast ära, pakkudes „veepõhiseid akusid,“ „biolagunevaid mobiiltelefone,“ „kaasaskantavaid kergesti monteeritavaid tuulegeneraatoreid“ ning muid mõttetuid vidinaid.

Ka kampaaniate väljamõtlejad proovivad meid eksitada. Inimesed, kes tahavad tuumaenergia asemel rõhutada taastuvenergiaallikate kasutamist, ütlevad näitaks, et „rannikualade tuuleenergia abil saaks toota energiat kõigi Ühendkuningriikide majapidamiste jaoks“ ning et „uued tuumajaamad ei aitaks meil kliimamuutuse vastu võidelda,“ sest $10$ uut tuumajaama vähendaksid emissioone vaid umbes $4\%$ võrra. See argument on ekslik, sest keset lauset muudetakse seda, millest jutt käib: energiat vajavate majapidamiste arv muutub emissioonide vähendamiseks. Tegelikkuses on nende suurepäraste tuulegeneraatorite poolt toodetav elektrienergia hulk täpselt sama suur mida saaks toota nende $10$ tuumajaama abil! „Kõigi Ühendkuningriikide majapidamiste energiaga varustamine“ moodustab vaid $4\%$ Ühendkuningriikide emissioonidest.

Võib-olla on meie kuningriigi kõige suuremaks jamaajajaks inimesed, kes peaksid justkui targemad olema – meediapublikatsoonid, kes seda jama tõe pähe müüvad: näiteks New Scientist oma artikliga vee jõul töötavast autost.

Ühiskonnas, kus inimesed numbreid õieti ei mõista, võivad ajalehed, kampaaniate tootjad, ettevõtted ning poliitikud justkui ükskõik mida teha.

Meil on vaja lihtsaid numbreid ning need numbrid peavad olema arusaadavad, võrreldavad ning meeldejäävad.

Õigete numbrite abil suudame kergemini vastata järgnevatele küsimustele:

1. Kas Suurbritannia sarnane riik suudaks tõepoolest elada ära vaid omaenda taastuvenergiaallikatest?
2. Kui igaüks meist keeraks oma termostaati ühe kraadi võrra välistemperatuurile lähemale, sõidaks väiksema autoga ning lülitaks mobiililaadijad väljaspool nende kasutamisaega välja saaksime energiakriisi tõepoolest vältida?
3. Kas transpordis kasutatavate kütuste aktsiisi tuleks märkimisväärselt tõsta? Kas teede kiiruspiirangud tuleks poole võrra väiksemaks teha?
4. Kas tuumajaamade asemel tuuleparke pooldavad inimesed on rahvavaenlased?
5. Kui kliimamuutus on „suurem oht kui terrorism,“ kas siis valitsused peaksid kriminaliseerima „reisimise populariseerimise“ ning jõustama tarbimist reklaamivate tegevuste vastased seadused?
6. Kas üleminek „järgmise põlvkonna tehnoloogiatele“ võimaldaks meil süsinikdioksiidi emissioone vähendada ilma, et peaksime selleks oma eluviisi muutma?
7. Kas inimesi peaks julgustama sööma rohkem taimetoitu?
8. Kas inimeste arv planeedil on ideaalsest kuus korda suurem?

1.1.1 Milleks energiapoliitikast rääkida?

Praeguste energiateemaliste arutelude aluseks on kolm erinevat teemat.

Esiteks: fossiilkütused on lõplik energiaallikas. Tundub võimalik, et odav kütus (mille jõul meie autod ja veokid sõidavad) ja odav gaas (millega kütame paljusid hooneid) saab juba meie eluajal otsa. Seega proovime leida alternatiivseid energiaallikaid. Tõepoolest: teades, et fossiilkütused on väärtuslikud ning kasulikud näiteks plastmassi ja muude põnevate asjade tootmisel, peaksime ehk tõepoolest neid veidi mõttekamalt kasutama ning mitte lihtsalt põletama.

Teiseks: meid huvitab energiatarne kindlustamine. Isegi juhul, kui fossiilkütused on tulevikus kusagil maailmanurgas veel saadaval, ei tahaks me neist sõltuda, sest nii muutuks meie majandus ebausaldusväärsete välismaalaste tujude tõttu haavatavaks. (Loodan, et saate aru, et viskasin siinkohal lihtsalt nalja.) Joonise 1.2 põhjal tundub tõesti, et „meie“ fossiilkütuste toodang on tõepoolest oma haripunkti juba saavutanud. Ühendkuningriikide kohal hõljub tõesti tume pilv, mida tuntakse ka „energiapuudujäägi probleemi“ nime all. Järgmise kümnendi jooksul suletakse suurel hulgal vanu kivisöe- ning tuumaenergiajaamasid (Joonis 1.3), mistõttu on võimalik, et mõnikord ületab energianõudlus energiatoodangu – seda juhul, kui adekvaatseid tagavaraplaane ei rakendata.

Kolmandaks: on vägagi usutav, et fossiilkütuste kasutamine muudab meie kliimat. Kliimamuutuse põhjustamises süüdistatakse mitmeid inimtegevusi, kuid neist suurimaks on kasvuhooneefekti suurenenud mõju läbi atmosfääri süsinikdioksiidi ($C{O}_2$) sisalduse tõusu. Enamik süsinikdioksiidi emissioone pärinevad fossiilkütuste põletamisest. Ning peamine põhjus, miks me fossiilkütuseid põletame, on energia. Seega: et kliimamuutusega võidelda, peame energia saamiseks leidma uue viisi. Kliimaprobleem on tegelikult energiaprobleem.

Pole oluline, milline neist kolmest teemast sind kõige rohkem muretsema paneb: meil on vaja teada olulisi energia kohta käivaid numbreid ning efektiivseid poliitilisi otsuseid.

Esimesed kaks murekohta on fossiilkütuste kasutamise drastilise vähendamise seisukohalt sõna otseses mõttes isekad põhjused. Kolmas mure aga – kliimamuutus – on veidi altruistlikum põhjus: kliimamuutusega kaasnevaid tagajärgi peavad suuremas osas kannatama järgnevate sadade aastate tulevikupõlvkonnad ning mitte meie ise. Öeldakse näiteks: „Mis vahet sel on, kas mina midagi teen? Hiina on täiesti kontrolli alt väljas!“ Seetõttu arutlen ma järgnevalt veidi rohkem kliimamuutuse teemal, sest selle raamatu kirjutamise ajal leidsin ma mõningaid huvitavaid fakte, mis neile eetilistele küsimustele veidi rohkem valgust heidavad. Kui kliimamuutus sind üldse ei huvita, võid vabalt otse järgmise alapeatüki juurde edasi asuda.

1.1.2 Kliimamuutus kui motivaator

Kliimamuutuse kui motivaatori kirjeldamisel kasutatakse kolme tegurit: esiteks: inimeste poolne fossiilkütuste põletamine põhjustab atmosfääri süsinikdioksiidi sisalduse tõusu; teiseks: süsinikdioksiid on kasvuhoonegaas; kolmandaks: kasvuhooneefekti suurenemine tõstab keskmist globaalset temperatuuri (ning põhjustab ka muid asju).

Alustame faktist, mis ütleb, et süsinikdioksiidi konsentratsioon atmosfääris on tõusutrendis. Joonisel 1.4 on toodud õhu $C{O}_2$ konsentratsioonid alatest aastast 1000 kuni praeguseni. Mõned „skeptikud“ väidavad, et $C{O}_2$ konsentratsiooni kasv on loomulik nähtus. Kas „skeptik“ tähendab inimest, kes pole üldse neid andmeid vaadanudki? Kas teile ei tundu, et äkki juhtus aastate 1800 ning 2000 vahel midagi? Miskit, mida eelneva tuhande aasta jooksul loomulike nähtuste seas ei esinenud?

Midagi tõepoolest juhtus – seda nimetatakse tööstuslikuks revolutsiooniks. Märkisin graafikule aasta 1769, mil James Watt patenteeris oma aurumootori. Kuigi esimene praktikas kasutatav aurumootor leiutati juba 1698. aastal, oli see just Watt'i palju efektiivsem aurumootor, mis tööstusrevolutsioonile suure tõuke andis. Üheks selle aurumootori peamiseks rakenduseks oli vee välja pumpamine kivisöekaevandustest. Joonisel 1.5 on näidatud, mis juhtus Briti kivisöetoodanguga pärast 1769. aastat. Sellel joonisel on ühikuna kasutatud kivisöe põletamisel vabaneva süsinikdioksiidi kogus miljardites tonnides. 1800. aastal kasutati kivisütt raua tootmisel, laevaehituses, hoonete kütmisel, rongide ja muude masinate tööshoidmisel ning muidugi ka nende pumpade käitamiseks, mis võimaldasid veel rohkema hulga kivisöe kaevandamist Inglismaa ja Walesi mägedest. Suurbritannia oli kivisöe osas rikas: tööstusrevolutsiooni algushetkel oli Suurbritannia all peidus sama palju kivisütt kui praegu on Saudi Araabia all peidus naftat.

Suurbritannia aastane kivisöetoodang kahekordistus vaid kolmekümne aasta jooksul, aastatel 1769-1800. Ning järgmise kolmekümne aasta jooksul (1830) oli see uuesti kahekordistunud. Järgmine tootmismahtude kahekordistumine toimus aga juba $20$ aastaga (1850) ning veel järgmine samuti vaid $20$ aasta jooksul (1870). Selle kivisöe abil muutis Suurbritannia kogu maakera roosaks. Inglismaale ning Walesi saabuvat rikkust näitas hästi ka elanikkonna ennenägematu kasv:

Revolutsiooni üleilmastumise tõttu hakkasid ka teised riigid sarnaselt käituma. Joonisel 1.6 on näidatud Suurbritannia ning maailma kivisöetoodang samas skaalas, mis joonisel 1.5, kuid $50$ aastat hiljem. Suurbritannia kivisöetoodangu tipphetk saabus 1910. aastal, kuid maailma kivisöetoodang jätkas kahekordistumist iga järgmise $20$ aasta möödumisel. Kivisöetoodangu tootmise ajalugu on raske esitada vaid ühel graafikul. Et näidata samas skaalas, mis juhtus järgmise $50$ aasta jooksul, peaks see raamat olema ühe meetri kõrgune! Et see probleem kuidagi lahendada, võime muuta näiteks vertikaaltelgede skaalat:

või siis võime vertikaaltelje ebaühtlasel moel kokku suruda nii, et samal graafikul on üheaegselt näha nii suured kui ka väiksemad väärtused. Sellise telje kokkusurumise heaks meetodiks on logaritmiline skaala, ning seda ma joonise 1.7 kahel alumisel graafikul kasutasingi. Logaritmilisel skaalal esitatakse kõiki kümnekordseid tõuse (ühest kümneni, kümnest sajani, sajast tuhandeni, jne) ühtlaste vahemaadena. Logaritmilises skaalas esitatakse suurus, mis kasvab aastas konstantse protsendi võrra (seda nimetatakse eksponentsiaalseks kasvuks), sirgjoonena. Logaritmilised skaalad on kasvutrendi uurimiseks suurepärased. Kui eelnevad joonised näitavad meile, et Suurbritannia ning maailma kivisöetoodang kasvas märgatavalt ning et nii meie kui ka maailma rahvastik kasvas märgatavalt, ei ole nende suuruste kasvu kiirus neil tavapärastel joonistel selge. Tänu logaritmilistele graafikutele saame neid kasvukiiruseid aga kergesti võrrelda. Kui uurime näiteks rahvastiku kasvu kujutava joone tõusu, siis näeme, et maailma rahvastik kasvas viimase $50$ aasta jooksul veidi kiiremini kui Inglismaa ja Walesi rahvastik 1800. aastal.

1769. ja 2006. aasta vahel kasvas maailma aastane kivisöetoodang $800$ korda. Kivisöe toodang kasvab ka praegu. Lisaks kaevandatakse ka teisi fossiilkütuseid – Joonisel 1.7 toodud keskmine joon kujutab näiteks naftatoodangut. Kuid kui rääkida vaid $C{O}_2$ emissioonidest, on peamiseks teguriks jätkuvalt kivisüsi.

Fossiilkütuste põletamine on $C{O}_2$ konsentratsiooni tõusu seisukohalt peamine põhjus. See on fakt, kuid oodake: kuulen kliimaaktivistidelt pidevalt mingeid kommentaare. Mida nad seletavad? Siin on Dominic Lawson, ajalehe Independent kolumnist:

„Fossiilkütuste põletamine lisab atmosfääri umbes seitse gigatonni süsinikdioksiidi aastas“ – see kõlab tõesti suure arvuna. „Kuid biosfäär ning ookeanid lisavad atmosfääri igal aastal vastavalt umbes $1900$ ning $36000$ gigatonni süsinikdioksiidi - ...see on üks põhjus, miks mõned meist kasvuhooneefekti inimtekkelise mõju rõhutamise suhtes skeptilised on. Inimtekkeliste $C{O}_2$-emissioonide vähendamine on megalomaania – inimeste olulisusega liialdamine. Poliitikud ei saa ilma muuta.“

Mul on skeptilisuse jaoks piisavalt aega ning tõepoolest pole kõik skeptikute arvamused täielik jama – kuid vastutustundetu ajakirjandus, mida Dominic Lawson esitab, vajab korralikku keretäit.

Esiteks tuleb ära märkida, et kõik kolm Lawsoni poolt esitatud numbrit ($7$, $1900$ ja $36000$) on valed! Õiged numbrid oleks $26$, $440$ ja $330$. Kuid jätame need numbrid praegu kõrvale ning keskendume Lawsoni peamisele punktile: inimtekkeliste emissioonide suhteline väiksus.

Jah – looduslikud $C{O}_2$-vood on tõepoolest suuremad kui meie poolt põhjustatud lisavoog, mille me 200 aasta eest fossiilkütuste kasutamise tõttu süsteemi lisasime. Kuid on väga ekslik esitada atmosfääri lisanduvaid suuri looduslikke koguseid ilma mainimata, et peaaegu samal hulgal liigub atmosfäärist süsinikdioksiidi ka biosfääri ning ookeanitesse tagasi. Asja tuum seisneb faktis, et need looduslikud vood atmosfäärist välja ning atmosfääri sisse on tuhandete aastate jooksul alati peaaegu tasakaalus olnud. Seega pole üldse oluline, et need looduslikud vood on inimtekkelistest emissioonidest palju suuremad. Looduslikud vood tasakaalustavad üksteist. Seega hoidsid need looduslikud vood, nii suured kui nad ka ei olnud, atmosfääri ja ookeani $C{O}_2$ konsentratsiooni paari viimase tuhande aasta jooksul ühtlasena. Fossiilkütuste põletamine aga tekitab süsiniku lisavoo, mis on küll väike, kuid mida ei hoita tasakaalus. Toon näiteks lihtsa analoogi lennujaama saabuvate lendude passikontrolli abil. Igas tunnis saabub passikontrolli tuhat reisijat ning kontrollalas töötab täpselt nii palju tolliametnikke, et suudetakse kontrollida tuhat passi tunnis. Järjekord on keskmise suurusega, kuid kuna saabuvate reisijate arv on teeninduskiirusega tasakaalus, ei kasva järjekord pikemaks. Kujutagem nüüd ette, et udu tõttu suunatakse mingi hulk lende väiksemast lennujaamast siia ümber. See lisavoog tähendab saabuvate reisijate terminali jaoks viitekümmet lisareisijat tunnis – see tundub meie esialgse $1000$ reisijaga võrreldes väikse arvuna. Esialgu ametnike hulka ei suurendata ning kontrollitakse jätkuvalt tuhat passi tunnis. Mis juhtub? Aeglaselt järjekord pikeneb. Fossiilkütuste põletamine suurendab vaieldamatult atmosfääri ning ookeani $C{O}_2$ konsentratsiooni. Ükski kliimateadlane ei vaidle sellele faktile vastu. Kui asi puudutab süsinikdioksiidi konsentratsiooni, on inimene oluliseks teguriks.

Keskmisel joonisel on (logaritmilises skaalas) toodud Ühendkuningriikide kivisöetoodangu ajalugu, Saudi naftatoodang, maailma kivisöetoodang, maailma naftatoodang ning (üleval paremas nurgas) kõigi kasvuhoonegaaside kogus aastal 2000. Kõik tootmismahud on väljendatud neile vastavate $C{O}_2$ emissioonide ühikuna.

Alumisel graafikul on (logaritmilises skaalas) näidatud mõned tööstusrevolutsiooni tagajärjed: Inglismaa ning hiljem kogu maailma rahvaarvu järsk suurenemine; Suurbritannia malmitoodangu hämmastav kasv (tuhandetes tonnides aasta kohta) ning Briti laevade tonnaaži kasv (tuhandetes tonnides).

Eelmistel lehekülgedel toodud tavaliste joonistega võrreldes võimaldab logaritmiline skaala meil esitada nii Inglismaa kui kogu maailma rahvaarvu ühel graafikul ning uurida mõlema joone omapärasi lähemalt.

Hea küll. Fossiilkütuste põletamine suurendab tunduvalt $C{O}_2$ konsentratsiooni atmosfääris. Kuid mis tähtsust sel on? „Süsinik on loodus!“ meenutavad naftamagnaadid meile, „Süsinik on elu!“ Kui süsinikdioksiidil poleks negatiivset mõju, ei tähendaks süsinikuemissioonid tõepoolest midagi. Kahjuks on süsinikdioksiidi näol tegu aga kasvuhoonegaasiga - mitte küll kõige hullemaga neist, kuid siiski olulisega. Selle lisandumisel atmosfääri käitub see samamoodi kui iga teine kasvuhoonegaas: see neelab Maalt kiirguvat infrapunakiirgust (soojust) ning juhib selle suvalises suunas tagasi. See atmosfäärilise soojusliikluse suvalise tagasisuunamise mõju takistab planeedi jahtumist – just nagu tekk. Seega on süsinikdioksiidil soojendav mõju. See fakt ei põhine mitte globaalsete temperatuuride ajaloolistel andmetel vaid $C{O}_2$ molekuli lihtsatel füüsikalistel omadustel. Kasvuhoonegaasid käituvad tekina ning $C{O}_2$ on selle teki üks kiht.

Seega – kui inimkonnal õnnestub $C{O}_2$ konsentratsiooni kahe- või kolmekordistada (ning paistab, et niimoodi jätkates me selleni ka tõepoolest jõuame), mis siis saab? Selle koha peal on suur hulk ebakindlust. Kliimateadus on kompleksne. Kliima on üks keeruline, muutlik elukas, ning raske on täpselt ennustada kui suure soojenemise $C{O}_2$ kahekordistumine endaga kaasa tooks. Parimate kliimamudelite konsensuse kohaselt võib ennustada, et $C{O}_2$ kahekordistumisel oleks ligikaudu sama mõju mis Päikese intensiivsuse suurenemisel $2\%$ võrra. See aga tõstaks keskmist globaalset temperatuuri umbes $3^{\circ }C$ võrra. Seda nimetaks iga ajaloolane „halvaks asjaks.“ Ma ei hakka kõiki tõenäolisi drastilisi mõjusid siinkohal üles loetlema – olen kindel, et oled neid juba kuulnud. See nimekiri algab väitega „Gröönimaa jääkiht sulaks aeglaselt ning paarisaja aasta jooksul tõuseks merevee tase umbes $7$ meetri võrra.“ Suur osa neist tagajärgedest mõjutaks vaid tulevasi põlvkondi. Selliseid temperatuure pole Maal nähtud viimase $100000$ aasta jooksul ning on mõeldav, et nende mõju meie ökosüsteemidele on nii suur, et mitmed taimed lõpetaksid Maal kasvamise ning mitmeid teenuseid poleks enam võimalik kasutada.

Kliima modelleerimine on keeruline ning täis erinevaid võimalikke lahendusi. Kuid ebakindlus selle kohta, kuidas kliima täpselt lisa-kasvuhoonegaaside mõjule reageerib, ei tähenda, et me ei peaks selle osas midagi ette võtma. Kui sa sõidaksid halva nähtavusega kiirel mootorrattal kaljuäärel ilma hea maakaardita, ei õigustaks kaardi olemasolu puudumine ju sama hullumeelse kiirusega jätkamist!

Kes siis peaks pidurile vajutama? Kes peaks meie süsinikdioksiidi emissioonid ära koristama? Kes vastutab kliimamuutuse eest? See on muidugi vaid eetiline küsimus ning mitte teaduslik, kuid iga eetiline diskussioon peab põhinema faktidel. Vaatleme nüüd lähemalt kasvuhoonegaaside emissioonidega seotud fakte. Kuid esmalt selgitan veidi nende mõõtmiseks kasutatavaid ühikuid. Kasvuhoonegaaside all peetakse silmas süsinikdioksiidi, metaani ning dilämmastikoksiidi; kõigi nende gaaside omadused on erinevad, kuid kõigi nende emissioone väljendatakse ühikutes „süsinikdioksiidi-ekvivalentkogus,“ milles „ekvivalent“ tähendab, et selle soojendav mõju 100-aastase perioodi jooksul on sama. Üks tonn süsinikdioksiidi ekvivalenti lühendatakse kujule „$1tC{O}_2$e,“ ning üks miljard tonni (tuhat miljonit tonni) kujule „$1GtC{O}_2$e“ (üks gigatonn). Selles raamatus tähendab $1$ tonn $1000$ kilogrammi SI-ühikutes. Ma ei hakka paralleelselt inglise mõõtesüsteemi tonni kasutama, sest see erineb SI tonnist vähem kui $10\%$ võrra.

Aastal 2000 oli kogu maailma kasvuhoonegaaside emissioonide hulk ligikaudu $34$ miljardit tonni $C{O}_2$ ekvivalenti aastas. See on ettekujuteldamatu number. Kuid saame selle muuta veidi mõistlikumaks ning isiklikumaks kui jagame selle maailma elanike arvu ehk $6$ miljardiga. Saame tulemuseks kasvuhoonegaaside emissioonide hulga inimese kohta ehk umbes $5,5$ tonni $C{O}_2$e aastas. Seega saame maailma emissioonide hulka esitada sellise ristküliku abil, mille laius on rahvaarv ($6$ miljardit) ning mille kõrgus on emissioonide hulk elaniku kohta.

Tõsi – mitte kõik elanikud pole võrdsed – mitte igaüks ei tekita $5,5$ tonni $C{O}_2$e aastas. Esitame 2000. aasta emissioonid lahtiseletatutena, et näidata, kuidas see $34$ miljardi tonnine ristkülik jaotub maailma eri osade vahel:

See joonis, mis on eelmisega samas skaalas, jaotab maailma kaheksaks piirkonnaks. Iga ristküliku pindala kujutab selles piirkonnas atmosfääri paisatud kasvuhoonegaaside hulka. Ristküliku laius vastab selle piirkonna rahvaarvule ning selle kõrgus piirkonna ühe elaniku keskmisele reostustasemele.

2000. aastal oli keskmise Euroopa elaniku kasvuhoonegaaside emissioonide hulk maailma keskmisest kas korda suurem ning Põhja-Ameerika vastav näitaja maailma keskmisest neli korda suurem.

Võime neid lahtreid veelgi väiksemaks jagada, näidates piirkondade asemel riike. Siinkohal muutub asi eriti huvitvaks:

Suurima ühe elaniku kohta käiva emissioonide hulgaga riigid on Austraalia, USA ja Kanada. Neile järgnevad Euroopa riigid, Jaapan ning Lõuna-Aafrika. Euroopa riikide seas on Ühendkuningriigid täiesti keskmised. Kuid milline on siis olukord Hiinaga – selle paha, „kontrolli alt väljas“ riigiga? Jah, Hiina ristküliku pindala on ligikaudu sama, mis Ameerika Ühendriikidel, kuid tõsiasi on, et emissioonide hulk elaniku kohta on allpool maailma keskmist. India emissioonide hulk elaniku kohta on vähem kui pool maailma keskmisest. Lisaks tasub silmas pidada, et suur osa Hiina ja India tööstuslikest emissioonidest pärineb rikastele riikidele mõeldud asjade tootmisest.

Seega, kui otsustame, et kasvuhoonegaaside emissioonide osas tuleb „midagi ette võtta,“ siis kellele langeb see vastutus? Nagu juba ütlesin, siis on see küsimus eetiline. Kuid raske on kujutada ette eetilist süsteemi, kus eitatakse, et vastutus peaks langema eelkõige selle graafiku vasakule poolele jäävatele riikidele: neile, kelle emissioonid on maailma keskmisest kaks, kolm või isegi neli korda suuremad. Need on riigid, kes saavad seda endale lubada. Riigid nagu näiteks Suurbritannia ja USA.

Kliimamõju ajalooline vastutus

Kui me eeldame, et inimtegevus on kliimale negatiivset mõju avaldanud, ning et keegi peab selle probleemi lahendama, siis kes selle eest maksab? Tihti öeldakse, et „saastaja peaks maksma.“ Eelmistelt joonistelt võisime välja lugeda, kes need saastajad siis hetkel on. Kuid tegelikkuses ei loe mitte $C{O}_2$ emissioonide tekitamise praegune kiirus vaid pika ajaperioodi kumulatiivne kogusaaste. Suur osa atmosfääri paisatud süsinikdioksiidist (ümbes üks kolmandik) jääb sinna vähemalt järgmiseks 50ks või 100ks aastaks pidama. Kui me nõustume eetilise mõttega, mille kohaselt saastaja peaks vastutama, siis peaksime küsima, milline on iga riigi ajalooline emissioonide jalajälg. Järgmisel joonisel on toodud iga riigi $C{O}_2$ koguemissioonid väljendatuna keskmise saastamiskiirusena perioodil 1880-2004.

Palju õnne, Suurbritannia! Ühendkuningriigid on poodiumikohal! Me võime küll praegu pidada end keskmiseks Euroopa riigiks, kuid ühe elaniku kohta käivat ajaloolist saastekiirust kujutaval graafikul oleme me USA järel teised.

Hea küll, jätame eetika kõrvale. Mida tuleks teha teadlaste arvates, et vältida olukorda, kus Maa temperatuur tõuseb $2^{\circ }C$ võrra ($2$-kraadine tõus tähendab teadlaste ennustuste kohaselt suurel hulgal ebameeldivaid tagajärgi)? Konsensus on selge. Meil tuleb lõpetada fossiilkütuste sõltuvus ning seda tuleb teha kiiresti. Mõned riigid, seehulgas Suurbritannia, on lubanud oma kasvuhoonegaaside hulka 2050ndaks aastaks $60\%$ võrra vähendada, kuid siinkohal tuleb rõhutada, et isegi nii radikaalne, kui seda on $60$-protsendiline vähendamine, sellest siiski ei piisa. Kui kogu maailma emissioonide hulk väheneks $60\%$ võrra ühtlase kiirusega aastaks 2050, tõuseks planeedi keskmine temperatuur teadlaste sõnul suure tõenäosusega ikkagi rohkem kui $2^{\circ }C$ võrra. Joonisel 1.8 on näidatud, mida peaksime tegelikult tegema. Sellel graafikul on toodud Public Policy Research instituudi raportis avaldatud kaks võimalikku emissioonide vähendamise ohutut stsenaariumit – nende autoriteks on Baer ja Mastrandrea (2006). Alumine joon eeldab, et emissioonide vähendamine algab aastal 2007 ning et emissioonide vähenemise kiirus on umbes $5\%$ aastas. Ülemine joon eeldab veidi hilisemat algust ning emissioonide vähenemise kiirust $4\%$ aastas. Arvatakse, et mõlema stsenaariumi abil on võimalik globaalseid temperatuure hoida allpool seda kriitilist $2^{\circ }C$ tõusu (võrreldes tööstusrevolutsiooni-eelsete temperatuuridega). Alumise stsenaariumi puhul peetakse edu tõenäosuseks $9-26\%$ ning ülemise puhul $16-43\%$. Need võimalikud ohutud emissioonide vähendamise trajektoorid hõlmavad endas muide palju järsemaid emissioonide hulga muutuseid kui ükskõik millised Kliimamuutuse Paneeli (Panel on Climate Change, IPCC) või Sterni ülevaate (2007) stsenaariumid.

Need võib-olla ohutud trajektoorid tähendavad, et globaalne emissioonide hulk peaks aastaks 2050 langema $70\%$ või $85\%$ võrra. Mida tähendaks see sellisele riigile nagu Suurbritannia? Kui me usume „vähendamise ja koondumise“ ideed, mille kohaselt kõikide riikide emissioonide hulk elaniku kohta on tulevikus võrdne, tuleks Suurbritannial oma emissioone $85\%$ võrra vähendada: meil tuleks oma praegusest saastehulgast, milleks on $11$ tonni $C{O}_2$e elaniku kohta aastas, jõuda 2050ndaks aastaks saastetasemeni $1$ tonn aastas elaniku kohta. See on nii järsk muutus, et minu arvates on kergeimaks viisiks lihtsalt mõelda: lõpp fossiilkütustele.

Kliimamuutuste motivatsioonide kohta tuleks veel mainida, et kuigi erinevad inimtegevused põhjustavad kasvuhoonegaaside emissioone, on kaugelt suurimaks reostajaks energiasektor. Mõned inimesed õigustavad oma tegevusetust, öeldes, et „Röhitsevate lehmade poolt toodetav metaan põhjustab rohkem soojenemist kui lendamine.“ Jah, põllumajanduslikud kõrvalsaadused põhjustasid aastal 2000 kaheksandiku kasvuhoonegaaside emissioonidest. Kuid energiasektor panustas sellesse lausa kolmandiku (Joonis 1.9). Kliimamuutuse probleem on peamiselt energiaprobleem.

1.1.3 Hoiatused lugejale

Hea küll, aitab kliimamuutusest. Ma eeldan, et meil on motivatsioon lõpetada fossiilkütuste kasutamine. Ükskõik, milline on sinu motivatsioon, on selle raamatu eesmärgiks aidata sul leida need numbrid ning arvutused, tänu millele saaksid sa erinevaid poliitilisi otsuseid paremini hinnata ning mõista, millised lahendused ka tegelikkuses töötaksid. Ma ei väida, et selles raamatus toodud arvutused ja numbrid on midagi uut – näiteks Goodsteini, Lomborgi ja Lovelocki raamatud, millest ma juba rääkisin, on huvitavaid numbreid ja kiireid rehkendusi täis. Lisaks kubiseb terve internet igasugustest kasulikest allikatest (vaata peatükkide lõpus toodud märkmeid).

Minu raamatu eesmärgiks on muuta need numbrid lihtsateks ning meeldejäävateks; näidata, kuidas ka sina ise neid numbreid leida saad ning muuta meie olukord nii selgeks, et iga isemõtlev lugeja suudaks sellest järeldusi teha. Ma ei taha sulle lihtsalt omaenda järeldusi ette sööta. Veendumused on tugevamad, kui need tulevad inimeselt endalt ning mitte koolipingist. Mõistmine on loominguline protsess. Loodan, et kui oled selle raamatu läbi lugenud, oled sa enesekindlam oma oskuses ise lahendusi leida.

Siinkohal sooviksin rõhutada, et selles raamatus tehtavad arvutused on meelega ebatäpsed. Lihtsustamine aitab meil asju paremini mõista. Esiteks: tänu numbrite ümardamisele jäävad need meile paremini meelde. Teiseks: ümmargused numbrid võimaldavad meil teha kiireid arvutusi. Selles raamatus on näiteks Ühendkuningriikide rahvaarvuks võetud $60$ miljonit ning maailma rahvaarvuks $6$ miljardit. Loomulikult saaksin ma üles leida ka palju täpsemad arvud, kuid see täpsus muudaks minu mõttekäigu väga aeglaseks. Kui me näiteks leiame, et maailma kasvuhoonegaaside emissioonide hulk aastal 2000 oli $34$ miljardit tonni $C{O}_2$e, siis mõistame kohe – ilma kalkulaatorita – et keskmine emissioonide hulk elaniku kohta aastas jääb kusagile $5$ ja $6$ tonni $C{O}_2$e vahele. See ligikaudne vastus pole täpne, kuid on piisav, et sel teemal huvitavaid arutelusid pidada. Kui saame näiteks teada, et üks kontinentidevaheline edasi-tagasi lennureis tekitab iga reisija kohta ligikaudu $2$ tonni süsinikdioksiidi, aitab keskmise elaniku emissioonide hulga ($5$-koma-midagi tonni aastas) teadmine meil mõista, et vaid üks selline lennureis moodustab rohkem kui kolmandiku ühe keskmise inimese aastasest saastehulgast.

Mulle meeldib oma arvutuste aluseks võtta igapäevateadmised ning mitte kasutada ebamäärast riiklikku statistikat. Kui ma soovin näiteks hinnata Cambridge'i keskmist tuulekiirust, siis küsin: „Kas minu rattasõidukiirus on suurem kui tuulekiirus?“ Vastus on jah. Seega saan järeldada, et tuulekiirus Cambridge'is on vaid harva suurem kui minu keskmine väntamiskiirus $20km/h$. Kontrollin neid igapäevaseid hinnanguid teiste inimeste arvutuste ning ametliku statistika abil. (Need on toodud peatükkide lõpus olevates märkmetes.) Selle raamatu eesmärk pole teile esitada terve hulk ülitäpseid numbreid. Tahan lihtsalt näidata kuidas kasutada ligikaudseid numbreid konstruktiivsetes aruteludes.

Neis arvutustes kasutan ma peamiselt Ühendkuningriike ning mõnikord ka Euroopat, Ameerikat või kogu maailma, kuid sul peaks olema üsna kerge neid arvutusi ükskõik millise sind huvitava riigi või piirkonna jaoks korrata.

Tahan selle peatüki lõpetada veel mõne hoiatusega. Lisaks arvutustes kasutatavate numbrite ümardamisele heidame me selles raamatus kõrvale ka igasugused detailid, mida kõik need vaesed investorid, juhid ja majandusteadlased peavad arvesse võtma. Uue taastuvenergiatehnoloogia kasutusse võtmisel võib juba $5$-protsendiline kulude kasv tähendada edu asemel läbikukkumist, mistõttu tuleb äri kontekstis arvesse võtta kõiki pisiasju. Kuid selle raamatu radari jaoks on $5\%$ tühine. Selles raamatus räägime teguritest $2$ ja $10$. Juttu tuleb taastuvenergia füüsikalistest piiridest ning mitte praegusest majanduslikust realistlikkusest. Kuigi majanduslik olukord on pidevas muutumises, ei kao fundamentaalsed piirangud kuhugi. Meil tuleb neid piiranguid mõista.

Energiapoliitika teemalised debatid on tihtipeale segadusseajavad ja emotsionaalsed, sest faktid ja eetilised väited pannakse kõik ühte patta kokku.

Faktide all pean silmas selliseid väiteid nagu „globaalne fossiilkütuste põletamine paiskab atmosfääri $34$ miljardit tonni $C{O}_2$e aastas“ ning „kui $C{O}_2$ konsentratsioon kahekordistub, tõuseb keskmine temperatuur järgmise $100$ aasta jooksul $1,5-5,8{}^{\circ }C$ võrra“ ja „$2$-kraadine temperatuuritõus põhjustaks Gröönima jääkatte sulamise $500$ aastaga, mis omakorda tähendaks mereveetaseme tõusu $7$ meetri võrra.“

Faktidel põhinevad väited võivad olla kas õiged või valed – kumb on kumb, on raske otsustada; see on teaduslik küsimus. Minu poolt äsja näitena esitatud väited on samuti kas õiged või valed. Kuid me ei tea, kas need on kõik õiged. Mõnede kohta võime leida hinnangu, et need on „väga tõenäolised.“ Tõsiasi, et faktide õigsuse hindamine on väga keeruline, on viinud teadlastevaheliste vaidlusteni. Kuid piisava hulga teaduslike katsete ning arutelude abil on võimalik enamusi faktilisi väiteid siiski kontrollida – või siis vähemasti veenduda, et need on väga tõenäolised.

Eetiliste argumentide näideteks võib tuua sellised laused nagu „on vale kasutada globaalseid resursse viisil, mis põhjustavad järgnevatele põlvkondadele suuri kulutusi,“ „saastamine ei tohiks olla tasuta,“ „$C{O}_2$ konsentratsiooni kahekordistumise ärahoidmise nimel tuleks midagi ette võtta,“ „poliitikud peaksid $C{O}_2$ emissioonide hulka piirama“ ja „viimase sajandi suurimate $C{O}_2$ emissioonidega riikidel lasub kohustus kliimamuutuse vastase võitluse ohjad enda kätte võtta“ ning „lubatavate $C{O}_2$ emissioonide hulk tuleks maailma rahvastiku vahel ühtlaselt ära jagada.“ Sellised väited ei ole lihtsalt kas õiged või valed. See, kas me nendega nõustume või mitte, sõltub meie eetilistest veendumustest ning väärtustest. Eetilised väited ei sobi alati üksteisega kokku. Näiteks kuulutas Tony Blair'i valitsus välja radikaalse $C{O}_2$ emissioonide poliitika: „Ühendkuningriigid peavad oma $C{O}_2$ emissioone aastaks 2050 $60\%$ võrra vähendama.“ Samas julgustas tol ajal võimul olnud valitsuse kantsler Gordon Brown naftariike oma toodangut tõstma.

See raamat põhineb faktidel ning mitte eetikal. Ma tahan, et faktid oleksid üheti mõistetavad, et inimesed saaksid eetiliste küsimuste osas mõistlikke arutelusid pidada. Tahan, et kõik mõistaksid, kuidas faktid piiravad meie võimalikke valikuid. Hea teadlasena proovin alati eetilistest küsimustest eemale hoida, kuid mõnikord lipsab ka minul mõni sõna suust – andestage mulle.

Küsimus, kas on aus, et Euroopa ja Põhja-Ameerika tarbivad enamuse energiast, on eetiline. Minu eesmärgiks on meelde tuletada fakti, et me ei saa teha mõlemat korraga ja ikkagi võitjateks jääda. Tahan võimaldada sul läbi näha mõttetuid ja ebaefektiivseid lahendusi ning aidata leida selline energialahendus, mis sinu isiklike väärtustega kooskõlas oleks.

Meil on vaja plaani, mis ka tegelikkuses töötaks!

1.1.4 Märkusi ja edasine lugemine

Iga peatüki lõpus kirjeldan tekstis toodud ideede kohta käivaid detaile, andmete allikaid ning tsitaate. Lisaks toon välja mõned viited lisainformatsiooni saamiseks.

„... ei ole seda võimalik teha teisiti kui läbi taastuvenergia kasutamise;” „Need, kes loodavad [energia] puudusest üle saada taastuvenergia abil elavad unistuste maailmas ja on minu arvates inimkonna vaenlased.” Tsitaadid pärinevad BBC Raadio 4 saatest “Any Questions?“, 27. jaanuar 2006. Michael Meacher oli Ühendkuningriikide keskkonnaminister aastatel 1997 – 2003. Söör Bernard Ingham oli peaminister Margaret Thatcheri nõustaja ning Valitsuse Informatsiooniteenuste juht. Ta on Tuumaenergia Toetajate ühenduse sekretär.

Jonathon Porritt (Märts 2006). Kas tuumaenergia on õige vastus? Peatükk 3. Nõuanne ministritele. www.sd-commission.org.uk

„Tuumaenergia neelab raha,“ „Meil on suur hulk lainete ja tuuleenergiat.“ Ann Leslie, ajakirjanik. BBC Raadio 4 saates „Any Questions?“, 10. veebruar 2006.

Los Angelese elanikud sõidavad ... Maalt Marsile. The Earthworks Group, 1989.

targetneutral.com võtab „neutraliseerimise“ tasuna vaid $4$ naela iga tonni $C{O}_2$ kohta. (Palju madalam hind kui ühelgi teisel „nullimisteenusel,“ mida ma näinud olen.) Sellise hinna korral saaks iga Suurbritannia elanik oma $11$ tonni „neutraliseerida“ vaid $44$ naela eest aastas! Tõestus selle kohta, et BP „neutraliseerimisskeemid“ tegelikkuses ei tööta, pärineb tõsiasjast, et nende projektid pole Gold Standard'i (www.cdmgoldstandard.org) poolt heaks kiidetud (Michael Schlup, isiklik vestlus). Mitmed tegelikkuses mittetöötavad „süsiniku nullimise“ projektid tõi päevavalgele Financial Times'i ajakirjanik Fiona Harvey [2jhve6].

Inimesed, kes tahavad tuumaenergia asemel rõhutada taastuvenergiaallikate kasutamist, ütlevad näitaks, et „rannikualade tuuleenergia abil saaks toota energiat kõigi Ühendkuningriikide majapidamiste jaoks.“ 2007. aasta lõpus teatas Briti valitsus, et nad kiidavad heaks „kõikide Ühendkuningriikide majapidamiste“ jaoks tarvis mineva energia tootmiseks vajaliku hulga tuulegeneraatorite ehitamise. Friends of the Earth nimelise taastuvenergia ühenduse kampaaniajuht Nick Rau ütles, et neil on selle teate üle väga hea meel. „Selle tööstussektori potentsiaalne energiatoodang on hiiglaslik,“ ütles ta. [25e59w].Greenpeace'i direktori John Sauven'i sõnul oli tegu tuuleenergia revolutsiooniga (Guardian [5o7mxk]). „Leiboristidel tuleb lõpetada see tuumaenergiale keskendumine – selle abil langeks emissioonide hulk vaid $4\%$ võrra ning sedagi vaid kunagi kauges tulevikus.“ Nick Rau ütles: „Meil on hea meel, et valitsus näeb rannikualade tuuleenergias potentsiaali – selle abil saaks 2020ndaks aastaks toota $25\%$ kogu Ühendkuningriikide energiast.“ Paar nädalat hiljem teatas valitsus, et kiidetakse heaks uute tuumaelektrijaamade ehitamine. „See otsus uute tuumaelektrijaamade ehitamist lubada ei aita meil kliimamuutuse vastu võidelda,“ hoiatas Friends of Earth [5c4olc].

Tegelikkuses toodaksid need kaks tehnoloogiat – rannikualade tuulepargid ning tuumaenergia – mõlemad täpselt samal hulgal elektrit aastas. Kogu lubatud rannikualade tuuleparkide võimsus $33GW$ toodaks keskmiselt $10GW$ ehk $4kWh$ inimese kohta päevas. Kõigi pensionile minevate tuumaelektrijaamade asendamine toodaks $10GW$ ehk samuti $4kWh$ inimese kohta päevas. Kuid silmagi pilgutamata väidavad tuumaenergia vastased, et tuumaenergia „meid ei aita“ ning et „tuuleenergia varustaks kõik Ühendkuningriikide kodud energiaga.“ Fakt on see, et „kõigi Ühendkuningriikide kodude elektriga varustamine“ ning „emissioonide vähendamine vaid $4\%$ võrra“ on üks ja sama asi.

„vee jõul töötav auto“ New Scientist, 29. juuli 2006, lk 35. See artikkel, pealkirjaga „Vee jõul liikuv auto aastaks 2009,“ algas nõnda:

„Unustage alkoholil või taimeõlil töötavad autod. Juba lähitulevikus võib teie auto sõita lihtsalt vee abil. See oleks tõeline nullemissioon-sõiduk.“

„Kuigi vesi ei paista esmapilgul just kõige mõistlikuma energiaallikana, on sel üks suur eelis: selles leidub lõpmatus koguses vesinikku – elementi, mida peetakse roheliseks tulevikukütuseks.“

Teadustöö, mida New Scientist kirjeldas, ei olnud iseenesest rumal – selles uurimuses kirjeldati booronkütusel töötavat autot, mille keemilise reaktsiooni esimeseks sammuks oli booroni ja vee vaheline reaktsioon. Miks pidas New Scientist vajalikuks muuta see lugu millekski, milles kütuseks nimetati vett? Vesi pole kütus. Pole kunagi olnud ning ei saa seda ka kunagi olema. See on juba põletatud! Termodünaamika esimese seaduse kohaselt ei saa mittemillestki tekitada midagi (energiat) – energiat saab vaid ühest tüübist teiseks muundada. Igas mootoris tarbitav energia on pärit kusagilt mujalt. Fox News sai hakkama veelgi absurdsema looga [2fztd3].

„Kliimamuutus on maailmale palju suurem oht kui terrorism.“ Söör David King, Ühendkuningriikide valitsuse teadusalane nõustaja. Jaanuar 2004. [26e8z]

„reisimise populariseerimine“ - viide ülistamise karistussättele Ühendkuningriikide 2006. aasta 23. aprillil jõustunud terrorismiseaduses. [ykhayj]

Joonis 1.2. Joonisel on näidatud toornafta toodang, mis hõlmab enda all veeldatud süsivesinikke, maagaasi tehaste vedelikke ja teisi vedelikke ning töötlusprotsesside tulemusi. Allikad: EIA ja BP maailma energia statistikaandmed.

Esimene praktikas töötav aurumootor leiutati aastal 1968. Tegelikkuses kirjeldas aurumootorit juba Aleksandria Hero, kuid kuna järgneva $1600$ aasta jooksul seda kasutusse ei võetud, nimetan ma Savery 1698. aasta leiutist esimeseks praktikas töötavaks aurumootoriks.

Joonised 1.4 ja 1.7. Süsinikdioksiidi kontsentratsioonide graafik. Andmed on kogutud järgnevatest allikatest: Keeling ja Whorf (2005) (mõõtmised aastatel 1958–2004); Neftel et al. (1994) (1734–1983); Etheridge et al. (1998) (1000–1978); Siegenthaler et al. (2005) (950–1888); Indermuhle et al. (1999) (alates 11000 kuni 450 enne praegust). Seda graafikut ei tohiks muide segi ajada nö „hokikaika graafikuga,“ millel on näidatud globaalsete temperatuuride ajalugu. Täehelepanelikud lugejad kindlasti märkasid, et minu poolt esitatud kliimamuutuse argument ei maini ajaloolisi temperatuure.

Joonised 1.5-1.7: Kivisöetoodang. Andmed: Jevons (1866), Malanima (2006), Hollandi Keskkonnahinnangu Agentuur (2006), Majandusuuringute Riiklik Büroo (2001), Hatcher (1993), Flinn ja Stoker (1984), Church et al. (1986), Supple (1987), Ashworth ja Pegg (1986). Jevons oli „Naftatoodangu tipptootmise“ autor. 1865. aastal hindas ta Suurbritannia kergesti kättesaadavaid kivisöeresursse, uuris tarbimise eksponentsiaalse kasvu ajalugu ning ennustas eksponentsiaalse kasvu lõppu ning ka seda, et ühel hetkel Suurbritannia enam maailma tööstust ei juhi. „Me ei saa oma praegust tarbimiskiiruse kasvu pikalt hoida... peame selle progressi eest maksma hakkama umbes $100$ aasta pärast... järeldus on vältimatu: meie praegune majanduslik kasv ei ole lõputu.“ Jevonsil oli õigus. Järgneva sajandi jooksul saavutas Briti söetoodang tõepoolest oma haripunkti ning toimus kaks maailmasõda.

Dominic Lawson, ajalehe Independent kolumnist. Minu tsitaat on kohandatud Dominc Lawsoni artiklist, mis ilmus 2007. aasta 8. juunil.

See tsitaat pole päris täpne: ma kohandasin tema sõnu veidi lühemaks kuid jätsin hoolikalt tema vead parandamata. Kõik tema poolt mainitud kolm numbrit on valed. Selgitan, milles ta eksis. Esiteks kasutab ta sõna „süsinikdioksiid“ kuid esitab numbri, mis käib süsiniku kohta: fossiilkütuste põletamine paiskab atmosfääri 26 gigatonni $C{O}_2$ aastas (mitte $7$ gigatonni). Üpriski tavaline komistuskivi. Teiseks väidab ta, et ookeanid lisavad atmosfääri $36000$ gigatonni süsinikku aastas. See on palju suurem viga: $36000$ gigatonni on ookeanis peituva süsiniku koguhulk! Aastas lisandub ookeanist atmosfääri palju vähem – süsinikutsükli standarddiagrammide põhjal umbes $90$ gigatonni süsinikku aastas (ehk $330GtC{O}_2/aastas$) [l6y5g]. (Usun, et see $90GtC/aastas$ oleks hinnanguline voog olukorras, kus atmosfääri $C{O}_2$ sisaldus muutuks järsku nulliks.) Ka biosfäärist atmosfääri liikuv $1900$ gigatonnine voog on vale. Standarddiagrammide kohaselt on õige number umbes $120$ gigatonni aastas ($440GtC{O}_2/aastas$).

Süsinikuaatomi ja $C{O}_2$ molekuli kaalude suhe on $12/44$, sest süsiniku aatom kaalub $12$ ühikut ning kaks hapniku aatomit kaaluvad mõlemad $16$. $12+16+16=44$.

Seetõttu on $C{O}_2$ kontsentratsiooni mõõdetud kasv täiesti ootuspärane kui eeldame, et inimtekkelised süsiniku emissioonid jäävad atmosfääri pidama. Aastatel 1715-2004 vabanes atmosfääri $1160GtC{O}_2$ – seda tänu fossiilkütuste põletamisele ja tsemenditehastele (Markland et al., 2007). Kui kogu see $C{O}_2$ oleks jäänud atmosfääri pidama, oleks kontsentratsioon tõusnud väärtuseni $160$ osakest miljoni kohta (280lt 440le). Tegelik tõus on aga ligikaudu $100$ miljondikosakest ($275$lt $377$le). Seega on umbkaudu $60\%$ meie emissioonidest praegu atmosfääri pidama jäänud.

Süsinikdioksiidil on soojendav mõju. Sellel teemal peetavad liiga emotsionaalsed debatid on üpriski väsitavad, kas pole? „Teadus on nüüd ühel meelel.“ „Ei ole!“ „On küll!“ Arvan, et siinkohal saan ma kõige kasulikum olla suunates lugejat uurima Charney et al. (1979) lühikest raportit. Selle raporti kokkuvõte on väga oluline, sest see koostati Riikliku Teaduste Akadeemia (USA-s moodustatud ühendus, mis on võrdne Ühendkuningriikide Kungingliku Seltsiga) tellimusel ning selle autorid valiti nende ekspertiisi põhjal, pidades silmas ka „sobival hulgal tasakaalu.“ Need teadlased tulid kokku Riikliku Teadusnõukogu Kliimauurimuste Ümarlaua raames ning nende ülesandeks oli hinnata inimtegevuse poolt põhjustatud süsinikdioksiidi emissioonide tagajärjena toimuvate kliimamuutuste võimalike tulevikustsenaariumite teaduslikke aluseid. Täpsemalt paluti neil „teha kindlaks peamised arusaamad, millel see küsimus põhineb, hinnata kvantitatiivselt meie arusaama nende tegurite ja protsesside adekvaatsusest ning ebamäärasusest ning esitada poliitikute jaoks arusaadavalt, kokkuvõtvalt ning objektiivselt süsinikdioksiidi/kliima probleem nii, nagu seda praegu mõistetakse.“

Raport ise on vaid $33$ lehekülge pikk ning selle saab tasuta alla laadida [5qfkaw] – soovitan seda soojalt. Selles selgitatakse, millised teaduslikud arusaamad olid juba 1979. aastal üheselt mõistetavad ning mis oli veel segane.

Toon järgnevalt ära olulisimad punktid, mis ma sellest raportist välja valisin. Esiteks tähendaks $C{O}_2$ konsentratsiooni kahekordistumine troposfääri, ookeanite ja maapinna soojenemist pindalaühiku kohta käiva võimsusega ligikaudu $4W/m^2$ (olukorras, kus kõik muud atmosfääri omadused on muutumatud). Seda soojuslikku mõju võib võrrelda atmosfääri, ookeanite ja maapinna poolt neelatava energia keskmise võimsusega, milleks on $238W/m^2$. Seega oleks $C{O}_2$ konsentratsiooni kahekordistumisel samasugune soojendav mõju kui Päikese intensiivsuse suurenemisel $4/238=1,7\%$ võrra. Teiseks on sellel $C{O}_2$ poolt põhjustatud soojenemisel raskesti ennustatavad tagajärjed, sest atmosfääri-ookeani süsteem on uskumatult keeruline. Autorid ennustasid, et globaalne pinnatemperatuur tõuseb $2^{\circ }C$ kuni $3,5^{\circ }C$ võrra, kusjuures see tõus oleks suurim just suurematel laiuskraadidel. Kokkuvõtvalt kirjutasid autorid: „me proovisime, kuid ei suutnud teha kindlaks mitte ühtegi varem märkamata jäänud või alahinnatud füüsikalist mõju, mille abil praegu ennustatavat atmosfääri $C{O}_2$ konsentratsiooni kahekordistumise poolt põhjustatavat globaalset soojenemist märkimisväärses koguses vähendada või ümber pöörata saaks.“ Nad hoiatasid, et tänu ookeanile, mis on „globaalse kliimasüsteemi käimapanev jõud,“ on täiesti võimalik, et see soojenemine saab toimuma nii aeglaselt, et selle mõju on järgmiste kümnendite jooksul keeruline tähele panna. Siiski „saab see soojenemine lõpuks toimuma ning sellega kaasnevad regionaalsed kliimamuutused...võivad olla märkimisväärsed.“

Kliimauurimuste Ümarlaua esimees, Verner E. Suomi, võttis järeldused kokku üpriski kuulsaks saanud lause abil: „Kui süsinikdioksiidi sisaldus tõusuteel jätkab, ei ole selle uurimusgrupi teadlastel mingit põhjust kahelda, et tulemuseks on kliima muutumine, ning me ei kahtle ka selles, et need muutused saavad olema märkimisväärsed.“

Ma ei hakka kõiki kliimamuutuse tõenäolisi drastilisi mõjusid siinkohal loetlema – olen kindel, et oled neid juba kuulnud. Kui mitte, vt [2z2xg7].

Maailma kasvuhoonegaaside emissioonide jaotumine piirkonniti ja riigiti. Allikas: Climate Analysis Indicators Tool (CAIT), Versioon 4.0. (Washington, DC: World Resources Institute, 2007). Esimesed kolm graafikut näitavad kõigi peamiste kasvuhoonegaaside ($C{O}_2$, $C{H}_4$, $N{O}_2$, $PFC$, $HFC$, $S{F}_6$) riiklikku koguhulka, millest on välja arvatud maakasutusega seotud muutuste ning metsandusega seonduvad emissioonid. Joonisel on näidatud vaid $C{O}_2$ emissioonide koguhulk.

Palju õnne, Suurbritannia! Ühendkuningriigid on poodiumikohal! Me võime küll praegu pidada end keskmiseks Euroopa riigiks, kuid elaniku kohta käivat ajaloolist saastekiirust kujutaval graafikul oleme me USA järel teised. Vabandan siinkohal Luksemburgi ees, kelle koguemissioonid elaniku kohta on ajalooliselt suuremad nii USA kui Ühendkuningriikide tulemustest – mulle tundus, et võitjate poodiumil peaks olema vaid riigid, millel on nii suur hulk elanikke kui ka emissioone. Numbrites on ajalooliselt suurimateks saastajateks USA ($322GtC{O}_2$), Vene Föderatsioon (90 $90GtC{O}_2$), Hiina ($89GtC{O}_2$), Saksamaa ($78GtC{O}_2$), Ühendkuningriigid ($62GtC{O}_2$), Jaapan ($43GtC{O}_2$), Prantsusmaa ($30GtC{O}_2$), India ($25GtC{O}_2$) ja Kanada ($24GtC{O}_2$). Elaniku kohta käivate emissioonide põhjal on õige järjestus aga: Luksemburg, USA, Ühendkuningriigid, Tšehhi, Belgia, Saksamaa, Eesti, Katar ja Kanada.

Mõned riigid, seehulgas Suurbritannia, on lubanud oma kasvuhoonegaaside hulka 2050ndaks aastaks $60\%$ võrra vähendada. Tõepoolest, selle raamatu kirjutamise ajal teatas Briti valitsus lisaks, et soovib 1990ndate saastetasemega võrreldes oma emissioone lausa $80\%$ võrra vähendada.

Joonis 1.8. Alumise stsenaariumi korral on tõenäosus, et temperatuur tõuseb üle $2^{\circ }C$, $9-26\%$; alates aastast 2007. on koguemissioonide hulk $309GtC$; $C{O}_2$ konsentratsiooni tippväärtus on $410$ osakest miljoni kohta ning $C{O}_2$e konsentratsiooni tippväärtus $421$ osakest miljoni kohta. Aastaks 2100 langeb $C{O}_2$ konsentratsioon tagasi väärtuseni $355$ osakest miljoni kohta. Ülemise stsenaariumi korral on tõenäosus, et temperatuur tõuseb üle $2^{\circ }C$, hinnanguliselt $16-43\%$; alates aastast 2007. on koguemissioonide hulk 415 GtC; $C{O}_2$ konsentratsiooni tippväärtus on $425$ miljondikosa ning $C{O}_2$e konsentratsiooni tippväärtus $435$ miljondikosa. Aastaks 2100 langeb $C{O}_2$ konsentratsioon tagasi väärtuseni $380$ miljondikosa. Vt ka hdr.undp.org/en/reports/global/hdr2007-2008/.

Lisaks kubiseb terve internet igasugustest kasulikest allikatest. Soovitan näiteks: BP koostatud Maailma Energia Statistiline Ülevaade [yyxq2m], Jätkusuutliku Arengu Komisjon www.sd-commission.org.uk, Taani Tuuleenergiatööstuse Assotsiatsioon www.windpower.org, Tuumaenergiat Pooldavad Keskkonnaaktivistid www.ecolo.org, Wind Energy Department, Risø Ülikool www.risoe.dk/vea, DEFRA www.defra.gov.uk/environment/statistics, eelkõige raamat „Ohtliku kliimamuutuse vältimine“ [dzcqq], Pembina Instituut www.pembina.org/publications.asp ja DTI (nüüd BERR) www.dti.gov.uk/publications/.

faktid ja eetilised väited... Eetilisi väiteid tuntakse ka normatiivsete väidete ehk väärtuslike hinnangute nime all. Fakte teatakse ka kui positiivseid väiteid. Eetilised väited sisaldavad tavaliselt selliseid tegusõnu nagu „peaks“ ja „peab“ või omadussõnu nagu „aus,“ „õige“ ja „vale.“ Kasulik lugemine: Dessler ja Parson (2006).

Gordon Brown. 2005. aasta 10. septembril ütles Gordon Brown, et kütuse kõrge hind kujutab Euroopa majandusele ning globaalsele kasvule märkimisväärset riski ning soovitas OPEC'il naftatoodangut suurendada. Samas ütles ta kuus kuud hiljem, et „meil on vaja rohkem tootmist, puurimist, investeeringuid – suuremat toetust naftatööstusele“ (22. aprill 2006, [y98ys5]). Selle Brownile suunatud kriitika leevendamiseks soovin ma kiita ühte tema viimase aja algatust ehk elektrisõidukite ning laetavate hübriidsõidukite populariseerimist. Nagu hiljem näete, on selle raamatu üheks järelduseks, et transpordisektori märkimisväärne elektrifitseerimine on fossiilkütustest loobumise eemärgil väga hea plaan.

Loodust ei saa lollitada
Richard Feynman

Räägime energia tarbimisest ja energia tootmisest. Tänasel päeval tuleb enamus arenenud maailmast kasutatavast energiast fossiilkütustest; see ei ole kestlik. Arutelu selle üle, kui kaua me saame fossiilkütuste abil edasi elada, on küll huvitav, aga see ei ole selle raamatu teema. Me tahaksime elada ilma fossiilkütusteta.

Me joonistame kaks tulpa. Vasakpoolses, punases tulbas, me liidame kokku kogu energia tarbimise. Parempoolses, rohelises tulbas, me liidame kokku taastuvenergia tootmise. Me ehitame neid kahte tulpa üles järk-järgult, liites ühikuid pärast seda, kui oleme need läbi arutanud.

Selles raamatus me küsime, kas „taastuvenergial põhinev elu on mõeldav?" Nii et me liidame kokku kõik põhimõtteliselt mõeldavad taastuvenergia allikad ja paneme nad parempoolsesse, rohelisse tulpa.

Vasakpoolses, punases tulbas me hindame „tüüpilise keskklassi inimese" tarbimist. Julgustan teid liitma kokku omaenda tarbimist, et saada ka omaenda vasakpoolne tulp. Hiljem me leiame ka tänase keskmise eurooplase ja aasialase energiatarbimise.  

Kui me hindame oma küttele, transpordile, tootmisele jne kuluvat energiat, siis ei ole meie ülesanne lihtsalt leida oma bilansi vasakpoolsesse tulpa minev number. Püüame ka aru saada, millest see number sõltub ja kui reaalne on seda muuta.

Parempoolses, rohelises tulbas, me liidame kokku taastuvenergia tootmise hinnangud Ühendkuningriikide kohta. Nii saame vastata küsimusele „kas on mõeldav, et Ühendkuningriigid saaksid elada vaid taastuvenergia allikatest?"

Oluline oleks küsida, kas vasakpoolsesse tulpa minevad taastuvenergia allikad on ka majanduslikult teostatavad. Aga me jätame selle kõrvale - majanduslik teostatavus segab inimestel aeg-ajalt suurt pilti nägemast. Näiteks küsivad „Kas tuuleenergia on odavam kui tuumaenergia?" ja unustavad küsida „Kui palju tuuleenergiat on üleüldse saadaval?" või „Kui palju uraani on veel järel?"

Kui oleme kõik kokku liitnud, võib tulemus välja näha umbes niisugune:

Kui me leiame, et tarbimine on palju väiksem, kui põhimõtteliselt võimalik taastuvenergia tootmine, siis me võime öelda „Tore, võib-olla me saame taastuvenergiaga hakkama; vaatame, millised on alternatiivsete taastuvenergiaallikate majanduslikud, sotsiaalsed ja keskkonnamõjud ja millised neist vääriks uuringuid ja arendustööd; kui me teeme head tööd, siis võib-olla meil ei olegi energiakriisi".

Aga me võime saada ka sellise tulemuse:

See on palju trööstitum pilt.

See pilt ütleb: „Ei ole vahet, mida taastuvenergia majanduse jaoks tähendab: meil lihtsalt ei ole piisavalt taastuvenergiat meie tänase elustiili tagamiseks; suured muutused on tulekul."

1.2.1 Energia ja võimsus

Enamus energia tarbimist puudutavaid diskussioone on segased kõikvõimalike erinevate energiat ja võimsust mõõtvate ühikute kasutamise tõttu, alustades „tonni õli ekvivalendist" ja lõpetades „teravatt-tundide" ($TWh$) ja „eksadžaulidega" ($EJ$). Ainult spetsialistid mõistavad, mida „naftabarrel" või „miljon $BTU$" inimkeeli tähendab. Selles raamatus paneme me kõik numbrid ühte isikustatud ühikusse, millega igaüks saab suhestuda.

Energia ühikuks valime kilovatt-tunni ($kWh$).  See ilmub ka „ühe tükina" meie elektriarvel ja maksab kodukasutajale umbes $13$ senti ($10$p Ühendkuningriikides 2008.a). Me näeme, et enamus individuaalsetest päevastest valikutest tähendavad energia hulki, mis on väljendatavad väikese arvu kilovatt-tundide kaudu.

Kui me räägime võimsusest (kiirus, millega me kasutame või toodame energiat), siis kasutame ühikuna kilovatt-tundi päevas ($kWh/p$). Vahetevahel kasutame ka vatte ($40W,\approx 1kWh/p$) ja kilovatte ($1\text{amthrm}kW=1000W=24kWh/p$), nagu selgitatakse allpool. Kilovatt-tundi päevas on hea ühele inimesele kohandatav ühik: enamik meie isiklikest energia kugistamistest neelavad seda kiirusega, mis on väljendatav väikese hulga kilovatt-tundidena päevas. Näiteks terveks päevaks põlema jäetud $40W$ elektripirn kasutab ühe kilovatt-tunni energiat päevas. Mõned energiafirmad pakuvad graafikuid, kus energia tarbimine on näidatud kilovatt-tundides päevas. Ma kasutan ühtesid ja samasid ühikuid igasuguse, mitte ainult elektrienergia tarbimise võimsuse kohta. Bensiini tarbimine, gaasi tarbimine, söe tarbimine: ma mõõdan kõike seda kilovatt-tundides päeva kohta. Ja teeme ühe asja selgeks: mõne inimese jaoks käib sõna „võimsus" kokku vaid elektrienergia kasutamisega. Aga see raamat tegeleb kõigi energia vormide kasutamisega, sestap kasutame sõna „võimsus" kõigi nende kohta.

Üks kilovatt-tund päeva kohta on ka ligikaudu see võimsus, mida suudab pakkuda üks inimtööline. Kilovatt-tundide arv päeva kohta on seega ka inimeste arv, mida on vaja sellise keskmise võimsuse saavutamiseks. Tavakõnes me kasutame termineid energia ja võimsus segiläbi, aga selles raamatus me peame järgima nende rangelt teaduslikku definitsiooni. Võimsus on energia kasutamise kiirus.

Võib-olla on hea energia ja võimsuse selgitamise viis võrrelda seda vee ja vee vooluga. Kui te tahate vett juua, siis on teile oluline vee ruumala - näiteks üks liiter (kui teil on suur janu). Kui te panete kraanist vee jooksma, siis te tekitate vee voolu - ühe liitri minutis, kui kraanist vesi vaevu niriseb; kümme liitrit minutis, kui vool on tugevam. Te saate ühesuguse ruumala (ühe liitri) vett kätte kätte kas lastes veel vaevu nirisevast kraanist voolata ühe minuti või kümnendiku minutiga, kui kasutate seda teist kraani. Mingi aja jooksul kätte saadud vee ruumala saame, kui korrutame voolu kiiruse ajaga:

Me ütleme, et voolukiirus näitab, kui kiiresti mingi ruumala kätte saadakse. Kui me teame mingi konkreetse ajaga kätte saadud ruumala, siis saab voolukiiruse arvutada, kui jagame selle ruumala ajaga:

See ongi seos energia ja võimsuse vahel. Energia on nagu vee ruumala; võimsus on nagu vee voolukiirus. Näiteks kui röster tööle panna, hakkab see tarbima energiat kiirusega üks kilovatt. See jätkab $1kW$ tarbimist, kuni see välja lülitatakse. Teisiti, röster (kui see on pidevalt sisse lülitatud) tarbib ühe kilovatt-tunni energiat tunnis; ja see tarbib $24$ kilovatt-tundi energiat päevas. Mida kauem on röster sisse lülitatud, seda rohkem energiat see tarbib. Te saate mingi tegevusega tarbitud energia arvutada, kui korrutate võimsuse ajaga:

Rahvusvaheline energiaühik on džaul, aga kahjuks on see liiga väike, et siin kasutada. Üks kilovatt-tund vastab $3,6$ miljonile džaulile.

Võimsus on nii kasulik ja tähtis mõiste, et sellel on midagi, mida voolukiirusel ei ole: oma spetsiaalne mõõtühik. Kui me räägime voolukiirusest, siis me mõõdame seda „liitrites minuti kohta", „gallonites tunni" või „kuupmeetrites sekundi kohta". Nende ühikute nimed annavad selgelt mõista, et voolukiirus on "ruumala ajaühiku kohta". Kui võimsus on üks džaul sekundi kohta, siis seda nimetatakse vatiks. $1000$ džauli sekundis kutsutakse kilovatiks. Teeme endale terminoloogia selgeks: röster kasutab ühte kilovatti. See ei kasuta „ühte kilovatti sekundi kohta." Sõnapaar „sekundi kohta” on kilovati definitsioonis sees: üks kilovatt tähendabki „üks kilovatt sekundi kohta". Samamoodi me ütleme, et „tuumaelektrijaam toodab ühe gigavati." Muide, üks gigavatt on üks miljard vatti või miljon kilovatti või $1000$ kilovatti. Seega on üks gigavatt miljon röstrit. Ja „$g$” ning „$w$” sõnast „gigawatt” kirjutatakse suurtähtedega ainult siis, kui me kirjutame nad lühendiks „$GW$."

Palun ärge kunagi öelge „üks kilovatt sekundi kohta", „üks kilovatt tunni kohta" või „üks kilovatt päeva kohta." See, et inimesed väga tahavad rösterist rääkides öelda „millegi kohta", on üks põhjuseid, miks ma otsustasin kasutada võimsuse ühikuna „kilovatt-tundi päeva kohta." Palun vabandust, et seda on kohmakas kirjutada ja välja öelda.

Veel viimane asi, mille peame selgeks tegema: kui ma ütlen „keegi kasutab gigavatt-tunni energiat," siis ma lihtsalt ütlen, kui palju energiat ta kasutas, mitte seda, kui kiiresti ta seda energiat kasutas. Gigavatt-tunnist rääkimine ei tähenda, et see energia oleks kasutatud ühe tunni jooksul. Te võite ühe gigavatt-tunni energiat kasutada ära ühe tunni jooksul, kui lülitate korraga sisse miljon röstrit või kui lülitate sisse $1000$ rösterit $1000$ tunniks.

Nagu öeldud, enamasti ma kasutan võimsuse ühikuna $kWh/p$ inimese kohta. Üks põhjus, miks mulle sellised personaalsed ühikud meeldivad, on see, et nende kasutamine teeb lihtsaks siin Suurbritannia kohta öeldut teistele riikidele või regioonidele laiendada. Oletagem näiteks, et me arutleme jäätmete põletamise üle ja saame teada, et Suurbritannias annab jäätmete põletamine $7TWh$ energiat aastas ja et Taani jäätmete põletamine annab $10TWh$ aastas. Kas see annab aluse öelda, et Taani põletab „rohkem" jäätmeid, kui Suurbritannia?

Ehkki jäätmetest riigis toodetav koguvõimsus võib olla huvitav number, on minu arvates ühe inimese kohta põletatavate jäätmete hulk see, mida me tavaliselt teada tahame. (Ametlikult siis: Taani, $5kWh/p$ inimese kohta; Suurbritannia, $0.3kWh/p$ inimese kohta. Seega põletatavad taanlased jäätmeid $13$ korda rohkem kui britid). Trükiruumi kokku hoidmiseks lühendan ma vahel „inimese kohta" kui „/i". Rääkides algusest peale kõigest inimese kohta, saame me paremini adapteeritava raamatu, millest on loodetavasti taastuvenergeetika käsitlemisel kasu kogu maailmas.

TeX parse error: Missing close brace (üks teravatt-tund) on võrdne miljardi $kWh$-ga.

1.2.2 Valik täpsustusi

Märkused ja edasine lugemine

Liide „sekundi kohta" on kilovati definitsiooni sisse ehitatud. Teine näide ühikust, milles „aja kohta" on sisse ehitatud, on sõlm - „meie laeva kiirus on kümme sõlme!" (sõlm on üks meremiil tunnis); herts - “ ma kuulen $50$-hertsist suminat” (üks herts on üks periood sekundis); amper - „kaitse põleb läbi, kui vool on suurem kui $13$ amprit” (mitte kulonit sekundis). Palun, ära kunagi ütle „üks kilovatt sekundis." Sellele reeglile on mõned harvad erandid. Kui me räägime võimsuse nõudluse kasvust, siis me võime öelda „Briti elektrivõimsuse nõudlus kasvab kiirusega üks gigavatt aasta kohta.” Peatükis Kõikumised ja salvestamine, milles me arutleme tuule võimsuse fluktuatsioonide üle, ma ütlen  „ühel hommikul langes Iiri tuulikute võimsus kiirusega $84MW$ tunni kohta.” Palun olge hoolikad! Vaid üks liigne sõna võib viia eksiarvamusteni: näiteks teie kodune elektrimõõdik mõõdab elektrienergiat kilovatt-tundides ($kWh$), mitte kilovatt-tundides tunni kohta. Tegin ka tabeli, mille abil te saate tõlkida peamiseid võimsuse ühikuid $kWh$ päeva kohta ja inimese kohta.

Meie esimeses tarbimist puudutavas peatükis uurime me modernse tsivilisatsiooni ikooni: autot, milles sõidab üks inimene. Kui palju energiat tarbib üks tavaline autoomanik? See on lihtne aritmeetika, kui teame vahetuskurssi:

Ütleme, et ühes päevas sõidetav vahemaa on $50km$ ($30$ miili).

Kütuse ühiku kohta sõidetud vahemaa, või auto kütusekulu, saame meil tavaliselt autoreklaamides pakutavatest numbritest selle kohta, kui palju kulutab auto kütust $100km$ kohta. Võtame selleks numbriks $33$ miili Briti galloni kohta ($8$ liitrit $100km$ kohta):

(Sümbol $\simeq$ tähendab „on ligikaudu võrdne”.)

Kuidas jääb ühiku kütuse energiasisaldusega (nimetatakse ka kütteväärtuseks või energiatiheduseks)? Teeme asja enda jaoks põnevamaks ja hindame seda suurust kaudselt. Autokütus (ükskõik, kas diisel või bensiin) on süsivesinik ja süsivesinikud on juhtumisi ka meie hommikusöögilaual, kusjuures nende kütteväärtus on mugavalt pakendilt loetav: see on umbes $8kWh$ $kg$ kohta (vt joonis). Kuna me väljendasime kütusekulu miilides kütuse ruumala ühiku kohta, siis peame ka kütteväärtuse kirja panema kui energia ruumala kohta. Et teisendada kütuse „$8kWh$ $kg$ kohta” (energia massiühiku kohta) energiaks ühikruumala kohta, peame teadma kütuse tihedust. Milline on või tihedus? Kuna või napilt ujub vees, nagu ka kütuse laigud, siis võime öelda, et selle tihedus peab olema veidi väiksem vee tihedusest (so $1\text{kg}$ liitri kohta). Kui võtame tiheduseks $0,8\text{kg}$ liitri kohta, siis saame kütteväärtuseks:

Selle asemel, et lõputult ebakorrektset väärtust kasutada, võtame siitpeale kasutusele õige väärtuse, milleks on $10\text{kWh}$ liitri kohta.

Palju õnne! Me oleme saanud oma esimese hinnangu tarbimisele. Ma panin selle hinnangu joonise vasakusse tulpa. Punase kasti kõrgus märgib $40kWh$ päeva ja inimese kohta.

See on hinnang tüüpilise autojuhi kohta, kes juhib tänapäevast tavalist autot. Allpool me hindame kõigi Briti inimeste keskmist tarbimist, kus arvestame ka seda, et kõik inimesed ei kasuta autosid. Raamatu teises osas hindame ka seda, milline võiks olla tarbimine siis, kui kasutaksime teisi tehnoloogiaid, näiteks elektriautosid.

Miks sõidab auto $33$ miili galloni kohta? Kuhu see energia läheb? Kas on võimalik toota autosid, mis läbivad $3300$ miili galloni kohta? Autode energiatarbe vähendamiseks peame teadma füüsikat, mis kirjeldab autode energiatarbimist. Nendele küsimustele vastatakse tehnilises peatükis Autod II, kust leiate ka piltidesse pandud autode energiatarbimise teooria. Soovitan teil tehnilisi peatükke lugeda juhul, kui valemid nagu $\frac{1}{2}m{v}^2$ ei põhjusta teile meditsiinilisi probleeme.

Peatüki Autod järeldused: tüüpiline autojuht kasutab $40kWh$ energiat päevas. Järgmisena peame me alustama taastuvenergia tulbaga, et meil oleks võimalik seda hinnangut millegagi võrrelda.

Küsimused

Kui palju energiat kulub autokütuse tootmiseks?

Hea küsimus. Kui me hindame mingisugusele tegevusele kuluvat energiat, siis me tavaliselt valime sellele tegevusele üsna kindlad piirid. Selline valik teeb hinnangute andmise kergemaks, aga ma nõustun, et hea oleks hinnata tegevuste täielikku energiatarvet. On hinnatud, et iga ühiku autokütuse valmistamiseks kulub $1,4$ ühikut naftat ja teisi esmaseid kütuseid (Treloar et al., 2004).

Kui palju energiat kulub autode tootmiseks?

Ka see küsimus jääb sellest konkreetsest rehkendusest välja. Me räägime autode tootmisest alapeatükis Asjad.

Märkused ja lisamaterjalid

Ütleme, et ühes päevas sõidetav vahemaa on $50km$. See vastab $18000km$ ($11000$ miilile) aastas. Umbes pool Briti elanikkonnast sõidab autoga tööle. Autosõidu kogukilometraaž ÜK-s on $686$ miljardit reisija-km aastas, mis vastab „keskmise Briti inimese päevas sõidetavale vahemaale" $30km$ päevas. Allikas: Department for Transport [5647rh]. Nagu ma ütlesin, ma hindan „tüüpilise keskmiselt jõuka inimese" tarbimist - tarbimist, mille poole paljud inimesed pürgivad. Mõned inimesed ei sõida peaaegu üldse autoga. Selles peatükis tahan ma hinnata sellise inimese energiatarbimist, kes on valinud autoga sõitmise, mitte ei depersonaliseeri vastust rääkides ÜK keskmisest, mis segab kokku autoga sõitjad ja autoga mittesõitjad. Kui ma ütlesin „keskmine auto energiatarbimine ÜK-s on $24kWh/p$ inimese kohta,” siis ma võin kihla vedada, et mõned inimesed saavad asjast valesti aru ja arvavad: „Ma kasutan autot, järelikult ma tarbin $24kWh/p$.”

Kui võtame tiheduseks $0,8\text{kg}$ liitri kohta.Bensiini tihedus on $0,737$. Diislikütuse tihedus on $0,820–0,950$ [nmn4l].

... õige väärtuse, milleks on $10\text{kWh}$ liitri kohta. ORNL [2hcgdh] pakub selliseid kütteväärtuseid: diiselkütus: $10,7kWh/l$; lennukikütus:  $10,4kWh/l$; bensiin:  $9,7kWh/l$. Kui otsite andmeid kütteväärtuse kohta, siis leiate „kogukütteväärtuse" ja „netokütteväärtuse” (samuti high heat value ja low heat value). Mootorikütustel erinevad need vaid 6%, nii et ei ole väga kriitiline neid eristada, aga ma seletan sellegipoolest. Kogukütteväärtus on tegelik keemiline energia, mis vabaneb kütuse põlemisel. Üks põlemise saaduseid on vesi ja enamikus mootorites ja jõujaamades läheb osa energiat selle vee aurustamiseks. Netokütteväärtus mõõdab, kui palju energiat jääb järele, kui oletame, et vee aurustamisele kuluv energia on läinud.

Kui me küsime „kui palju energiat ma oma elustiiliga tarbin," siis on õige kasutada kogukütteväärtust. Netokütteväärtusest on huvitatud jõujaamade insenerid, et otsustada, millist kütust millises jõujaamas põletada. Selles raamatus me üritame läbivalt kasutada kogukütteväärtust.

Viimane märkus läheb pedantidele, kes ütlevad, et „või ei ole süsivesik": OK, või ei ole puhas süsivesik, aga me saame heas lähenduses öelda, et või peamine komponent on pikk süsivesikute ahel, nagu ka bensiinil. Selle tõestuseks on asjaolu, et see lähendus tõi meid õigele vastusele lähemale kui $30\%$. Tere tulemast geriljafüüsikasse.

ÜK-l on parimad tuuleenergia varud Euroopas

Sustainable Development Commission

Tuulefarmid hävitavad maastiku ilma igasuguse eesmärgita.

James Lovelock

Kui palju tuuleenergiat on mõeldav toota?

Maapealse tuule potentsiaali Ühendkuningriikides on võimalik hinnata korrutades tuulepargi keskmise võimsuse pinnaühiku kohta inimese kohta tuleva pindalaga ÜK-s:

Tuule võimsuse hindamist pinnaühiku kohta ÜK-s selgitatakse peatükis Tuul II. Kui tuule tüüpiline kiirus on $6m/s$ ($13$ miili tunnis või 22 km/h), siis on tuulepargi võimsus ühikpindala kohta umbes $2W/m^2$.

6 m/s on arvatavasti üle hinnatud paljude Briti piirkondade jaoks. Näiteks järgnev joonis näitab päevaseid keskmiseid tuulekiirusi Cambridge's 2006. aastal. Päevane keskmine ulatub $6m/s$ ainult umbes $30$ päeval aastas – vaata joonise juures olevat histogrammi. Kuid mõndades kohtades on tuule kiirus suurem kui $6m/s$ – näiteks Cairngormi tipp Šotimaal (joonis).

Liites siia Briti elanikkonna tiheduse $250$ inimest ruutkilomeetri kohta ehk $4000$ ruutmeetrit inimese kohta, saame, et tuule võimsus annab

kui terve maa oleks täidetud tuulegeneraatoritega ja eeldades, et $2W/m^2$ on õige number. Teisendades selle meie eelistatuimaks võimsuse ühikuks, saame $200kWh/p$ inimese kohta.

Oleme realistid. Kui suure osa maast oleksime me tegelikult nõus tuulegeneraatoritega katma? Võib-olla $10\%$? Siit saame järeldada: kui me kataksime tuuliseima $10\%$ oma maast tuulegeneraatoritega (mis annavad $2W/m^2$), suudaksime genereerida $20kWh/p$ inimese kohta, mis on umbes pool sellest, mis keskmisel fossiilkütustel sõitval autol päevas 50 km läbimiseks kulub.

Briti avamere tuule varu võib olla „üüratu," aga ilmselt ei ole see nii üüratu kui meie tarbimine. Me tuleme avamere tuule juurde tagasi hiljem.

Peaksin ilmselt rõhutama, kui heldeid eeldusi ma teen. Võrrelgem Briti tuuleenergia varu täna maailmas olemasoleva tuuleelektri tootmisvõimsusega: ÜK-le $20kWh/p$ inimese kohta andvate tuulikute võimsus oleks $50$ korda suurem kui Taani tuuleenergia tootmisvõimsus, 7 korda suurem kõigi Saksamaa tuulefarmide võimsusest ja kaks korda suurem kõigi maailma tuulegeneraatorite võimsusest.

Palun ärge saage minust valesti aru. Kas ma ütlen, et tuuleparke ei tasu ehitada? Üldsegi mitte. Tahan lihtsalt edasi anda kasulikku fakti, et kui tahame tuuleparkidega tõepoolest midagi ära teha, peavad tuulepargid katma väga suure maa-ala.

See järeldus – et maapealsete tuuleparkide panus, olles küll „üüratu," on meie tarbimisest palju väiksem – on tähtis, nii et parem kontrollime võtmesuurust: tuuleparkide võimsust ühikpindala kohta ($2W/m^2$) reaalsete tuuleparkide andmetega ÜK-s.

Glasgow lähedal asuvas Whitelee tuulepargis on $55k{m}^2$-l 140 tuulegeneraatorit koguvõimsusega $322MW$. See teeb maksimumvõimsuseks $6W/m^2$. Keskmine toodetud võimsus on väiksem, sest tuulegeneraatorid ei tööta kogu aeg maksimaalse võimsusega. Keskmise võimsuse ja maksimumvõimsuse suhet nimetatakse „koormusteguriks" ja selle konkreetne väärtus sõltub kohast ning kasutatavatest seadmetest; tüüpiliselt on see heasse kohta ehitatud moodsate tuulegeneraatorite korral $30\%$. Kui eeldame, et Whitelee koormustegur on $33\%$, siis on toodetud keskmine võimsus pinnaühiku kohta $2W/m^2$ – täpselt selline nagu me eeldasime.

Küsimused

Ehitatakse järjest suuremaid tuulegeneraatoreid. Kas suuremate tuulegeneraatorite kasutamine muudab selle peatüki lõppjäreldust?

Seda seletab peatükk Tuul II. Suuremad tuulegeneraatorid annavad suuremate mahtude pealt majanduslikku kokkuhoidu, kuid need ei suurenda eriti võimsust pindalaühiku kohta, sest neid tuleb üksteisest kaugemale paigutada. Kaks korda kõrgem tuulepark annab umbes $30\%$ rohkem võimsust.

Tuule tugevus muutub kogu aeg. See ju teeb tuule kasutamise keeruliseks?

Võib-olla. Me tuleme selle küsimuse juurde tagasi peatükis Kõikumised ja salvestamine. Seal me räägime tuule muutlikkusest ja vaatleme mitut võimalikku lahendust sellele probleemile, kaasaarvatud energia salvestamine ja nõudluse juhtimine.

Märkused ja edasine lugemine 

Joonis 4.1 ja joonis 4.6. Andmed tuule kohta Cambridge'is: Digital Technology Group, Computer Laboratory, Cambridge [vxhhj]. Nende ilmajaam asub Gates'i maja katusel, umbes $10m$ kõrgusel. Tuulekiirus $50m$ kõrgusel on harilikult umbes $25\%$ suurem. Andmed Cairngormi kohta (joonis 4.2): Heriot–Watt'i Ülikooli Füüsikaosakond [tdvml].

UK-le $20kWh/p$ inimese kohta andvate tuulikute võimsus oleks $50$ korda suurem, kui Taani tuuleenergia tootmisvõimsus. Kui eeldame $33\%$ koormustegurit, nõuab keskmine võimsus $20kWh/p$ inimese kohta $150GW$ võimsuse installeerimist. 2006.a. lõpus oli Taanis installeeritud võimsus $3,1GW$; Saksamaal $20,6GW$. Kogu maailmas installeeritud võimsus oli $74GW$ (wwindea.org). Märkuse korras olgu öeldud, et 2006. aastal oli Taani tuuleparkide koormustegur $22\%$ ja inimese kohta toodetav keskmine võimsus oli $3kWh/p$.

Kujutagem ette, et me teeme lennukiga ühe kontinentide vahelise lennu aastas. Kui palju energiat selleks kulub?

Boeing 747-400 võtab peale $240000$ liitrit kütust ja $416$ reisijat ning lendab nii umbes $8800$ miili ($14200km$). Me juba teame, et kütuse kütteväärtus on $10kWh$ liitri kohta. (Saime selle teada peatükis Autod.) Seega on ühe sellise reisi energiakulu kõigi reisijate vahel võrdselt jaotatuna

Kui te teete ühe sellise reisi aastas, siis vastav energia tarbimine päeva kohta on

$14200km$ on veidi kaugemal, kui Londonist Kaplinna ($10000km$) ja Londonist Los Angelesse ($9000km$), nii et me oleme tüüpilise kontinentide vahelise reisi pikkust veidi ülehinnanud; aga me oleme ka üle hinnanud lennukite täitumust ning energiakulu reisija kohta on suurem, kui lennuk ei ole täis. Kui skaleerime lennu $10000km/14200km$ võrra, saades nii Kaplinnale vastava reisi pikkuse, ja siis uuesti $100/80$ võrra üles, arvestades lennukite $80\%$ täituvust, saame tulemuseks $29kWh$ inimese kohta. Meeldejätmise lihtsustamiseks ümmardame selle $30kWh$ päeva peale.

Toome tulemuse arusaadavuse huvides ühe võrdluse. Selline lend üks kord aastas kulutab energiat pisut rohkem, kui hoiaksime kogu aasta $24$ tundi ööpäevas töös $1kW$ küttekeha.

Täpselt nagu peatükk Autod, milles me hindasime autode energiatarbimist, on varustatud peatükiga Autod II, kus me näitame, kuhu see energia läheb, on ka selle peatüki lisana olemas tehniline peatükk Lennukid II, kus me näitame, kuhu läheb energia lennukites. Peatükk Lennukid II lubab meil vastata sellistele küsimustele nagu „kas lendamine võtaks oluliselt vähem energiat, kui kasutaksime aeglasemaid lennukeid?" Vastus on ei: erinevalt ratastega sõidukitest, mis võivad aeglaselt sõites efektiivsemad olla, on lennukid juba täna peaaegu nii energiatõhusad kui see üldse võimalik on. Lennukid kulutavad paratamatult energiat kahel põhjusel: nad peavad suruma õhku allapoole, et õhus püsida, ja nad vajavad energiat õhutakistuse ületamiseks. Ükski disainiuuendus ei saa lennukeid radikaalselt tõhusamaks teha. $10\%$ tõhusamaks? Jah, võib-olla. Kaks korda tõhusamaks? Ma sööksin ära oma kübara.

Küsimused

Kas turbopropellerlennukid ei ole palju energiatõhusamad?

Ei ole. „Roheline” Bombardier Q400 NextGen, „tehnoloogiliselt kõige arenenum turbopropellerlennuk maailmas,” kasutab tootja andmetel [www.q400.com] $3,81$ liitrit kütust $100$ reisija-km kohta (reisilennu kiirusel $667km/h$), mis teeb energiakuluks $38kWh$ $100$ reisija-km kohta. Täis 747 energiakulu on $42kWh$ $100$ reisija-km kohta. Seega on mõlemad need lennukid kaks korda energiatõhusamad, kui ühe sõitjaga auto. (Räägin siin keskmisest Euroopa autost, nagu selgitatud peatükis Autod.)

Kas lendamine on kuidagi eriti suur kliimamuutuste põhjustaja?

Jah, eksperdid arvavad just nii, ehkki selles küsimuses on veidi ebaselgust [3fbufz]. Lendamine tekitab lisaks $C{O}_2$-le veel ka teisi kasvuhoonegaase, nagu näiteks vett ja osooni, samuti kaudselt kasvuhooneefekti põhjustavaid gaase nagu näiteks lämmastikoksiidi. Kui tahta hinnata oma süsinik-jalajälge $C{O}_2$-ekvivalent-tonnides, siis peaksime võtma reaalse $C{O}_2$ emissiooni ja korrutama selle kahe või kolmega. Selle raamatu joonised ei sisalda sellist tegurit, sest siin me keskendume energiabilansile. 

Parim, mida keskkonnakaitsjatega teha saaks, oleks nad maha lasta.

Michael O’Leary, Ryanair'i tegevjuht [3asmgy]

1.5.1 Märkused ja edasine lugemine

Boeing 747-400 – andmed pärinevad [9ehws].

Lennukites ei ole kõik kohad täis. Lennukompaniid on on uhked $80\%$ täituvuse korral. Easyjet'i lennukid on keskmiselt $85\%$ täitunud. (Allikas: The London Paper, teisipäev, 16. jaanuar 2007.) $80\%$ täidetud 747 tarbib umbes $53kWh$ $100$ reisija-km kohta.

Kuidas on lühilendudega? 2007.a. pakkus Ryanair, „Euroopa kõige rohelisem lennukompanii,” transporti hinnaga $37kWh$ $100$ reisija-km kohta[3exmgv]. See tähendab seda, et Euroopas lennates kulutaksime umbes sama palju energiat kui paneksime kõik reisijad autodega sõitma, kaks igasse autosse. (Idee teiste lennukompaniide kütusekulu kohta võib saada sellest, et enne oma keskkonnasõbralikku investeeringut 2000.a. kulutas Ryanair üle $73kWh$ 100 reisija-km kohta.) Londonist Rooma on $1430km$; Londonist Malagasse on $1735km$. Seega kõige rohelisema lennukompanii edasi-tagasi lend Rooma kulutab $1050kWh$ energiat, edasi-tagasi lend  Malagasse kulutab $1270kWh$. Kui satute Roomasse ja Malagasse üks kord aastas, on teie keskmine energiatarve kõige rohelisemat lennukompaniid kasutades $6,3kWh/p$, vähem rohelistega arvatavasti üle $12kWh/p$.

Kuidas on sagedaste lendajatega? Kontinentide vahelise sagedase lendaja kaardi saamiseks peate lendama umbes $25000$ miili aastas. See on umbes $60kWh$ päevas, kui arvestame, et lennukite täituvus on $80\%$.

Veel mõned numbrid Valitsustevahelisest kliimamuutuste paneelist [yrnmum]: täis 747-400 energiatarbimine madala istmete tiheduse korral ($262$ istet) $10000km$ lennul on $50kWh$ $100$ reisija-km kohta. Suure istmete tiheduse korral ($568$ istet) on selle lennuki energiatarbimine $4000km$ lennul $22kWh$ $100$ reisija-km kohta. Lühilendu tegeva Tupolev-154 energiatarbimine $2235km$ lennul, kui $70\%$ selle $164$ istmest on hõivatud, on $80kWh$ $100$ reisija-km kohta.

Ükski disainiuuendus ei saa lennukeid radikaalselt tõhusamaks teha. Tegelikult püüab Advisory Council for Aerospace Research in Europe (ACARE) saavutada $50\%$ kütusekulu vähendamist reisija-km kohta 2020. aastaks (võrreldes 2000.a. tasemega), kus $15-20\%$ paranemine loodetakse saavutada mootori tõhususe tõstmisega. 2006. aastaks on Rolls Royce saavutanud poole sellest mootoritele püstitatud eesmärgist [36w5gz]. Dennis Bushnell, NASA Langley Uurimiskeskuse juhtivteadur, näib nõustuvat minu üldise hinnanguga energiatõhususe parandamise perspektiividele lennunduses. „Lennukitööstus on lõpuni välja arenenud. Seal ei ole enam palju võita, välja arvatud väikesed paranemised, protsent siit ja sealt pika aja jooksul.” (New Scientist, 24 February 2007.)

Radikaalselt ümber kujundatud Silent Aircraft [silentaircraft.org/sax40], kui see lõpuks valmis ehitatakse, on ennustuste kohaselt $16\%$ efektiivsem, kui traditsiooniliselt disainitud lennuk (Nickol, 2008).

Kui ACARE sihid saavutatakse, siis tõenäoliselt läbi suurema täituvuse ja parema lennujuhtimise.

Me võrdleme oma energiatarbimist taastuvenergia kujutletaldava tootlusega. Eelmises kolmes peatükis nägime, et ainuüksi autodega sõitmine ja lennukitega lendamine kulutab rohkem energiat kui on tõenäoline toota tuulegeneraatoritega Ühendkuningriikide rannikualadel. Kas päikeseenergia suudab meie arvestuses tootmise uuesti tarbimisest suuremaks muuta?

Joonis 6.1: Päikesevalguse maale langemine sügisesel või kevadisel keskpäeval. Päikesekiirte tihendus ühikpindala kohta Cambridge'is (${52}^{\circ }$ pikkuskraad) on umbes 60% päikesekiirte tihedusest ekvaatoril.	Joonis 6.2 Keskmine päikesekiirguse intensiivsus Londonis ja Edinburghis aja funktsioonina. Keskmine intensiivsus pinnaühiku kohta on $100W/m^2$.

Pilvitu taevaga on keskpäeval maale langeva päikesekiirguse võimsus $1000W$ ruutmeetri kohta. See on $1000W$ päikese poole suunatud pinna, mitte maapinna ruutmeetri kohta. Suurbritannias maapinna kohta saadava võimsuse saamiseks peame sisse viima mitmeid parandusi. Me peame arvestama nurgaga päikese ja maapinna vahel, mis vähendab keskpäeval päikesekiirguse intensiivsust umbes $60\%$ võrreldes selle väärtusega ekvaatoril (vt joonis 6.1). Me kaotame võimsust ka sellepärast, et kogu aeg ei ole keskpäev. Septembri või märtsi päeval on päikesekiirguse keskmine intensiivsus võrreldes keskpäevase intensiivsusega umbes $32\%$. Ja viimaks kaotame võimsust ka pilvede tõttu. Tüüpiliselt paistab Suurbritannias päike vaid $34\%$ päevast.

Nende faktorite mõju ja ka aastaaegade vaheldumise tulemusena on lõunasse suunatud katusel Britannias keskmine päikesekiirguse võimsus ruutmeetri kohta umbes $110W/m^2$ ja maapinnal umbes $100W/m^2$.  

Seda toorenergiat võib kasulikuks energiaks muundada neljal viisil:

1. Päikesekiirgusest saadav soojusenergia: kui kasutame päiksekiirgust ehitiste või vee soojendamiseks.
2. Päikesekiirgusest saadav elekter: kui toodame elektrienergiat.
3. Biomass: kui kasutame puid, baktereid, vetikaid, teravilja, sojaubasid või õliseemneid kütuse, kemikaalide või ehitusmaterjalide tootmiseks.
4. Toit: sama mis biomass, välja arvatud see, et me vohmime taimin inimestesse või teistesse loomadesse.

(Järgevates peatükkides me käsitleme veel mõnda päikeseenergia kasutamise teholoogiat, mis on sobilikud kasutamiseks kõrbetes.)

Hindame järgnevalt ligikaudselt maksimaalse mõeldava võimsuse, mida sellistel viisidel on võimalik saada. Me ei käsitle majanduslikke kulusid ja energiat, mis kulub jõujaamade tootmiseks ja töös hoidmiseks.

Päikesekiirgusest saadav soojusenergia

Kõige lihtsam päikeseenergiat kasutav tehnoloogia on sooja vett tootev paneel. Kujutame ette, et me katame selliste paneelidega kõik lõuna poole suunatud katused – see on umbes $10m^2$ inimese kohta – ja teeme eelduse, et need paneelid muundavad päikesekiirguse keskmise intensiivsuse $110W=m^2$ soojaks veeks kasuteguriga $50\%$  (joonis 6.3).

Ma värvisin selle kasti joonisel 6.4 valgeks, sest toodetav energia on madala kvaliteediga – soe vesi ei ole nii väärtuslik (grade) kui näiteks tuulegeneraatorite poolt toodetud elektrienergia. Soojust ei saa üle kanda elektrivõrku. Kui te seda ära ei kasuta, on see raisatud. Me peame arvestama sellega, et suur osa kogutud energiast ei ole õiges kohas. Enamus inimesi elab linnades ja seal on ühe inimese kohta vähem katusepinda kui kogu riigis keskmiselt. Enamgi veel: seda energiat toodetakse läbi aasta erinevas mahus.

Päikeseelemendid 

Päikeseelemendid (täpsemalt fotogalvaanilised elemendid) muundavad päikesevalgust elektriks. Tüüpilise päikeseelemendi kasutegur on umbes $10\%$; kallimatel $20\%$. (Fundamentaalsed füüsika seadused piiravad fotogalvaaniliste elementide kasutegurit, see ei saa tõusta üle $60\%$ juhul, kui kasutatakse ideaalseid kiirgust koondavaid peegleid või läätsesid, ja $45\%$ ilma kiirguse koondamiseta. Oleks väga märkimisväärne, kui masstootmisesse jõuaksid seadmed, mille kasutegur oleks suurem kui $30\%$.) Keskmine võimsus, mida annab Suurbritannias katuse lõunapoolsele küljele paigaldatud paneel, on 

Joonis 6.5 esitab andmed, mis seda numbrit toetavad. Andkem igale inimesele $10{\text{m}}^2$ kalleid ($20\%$-kasuteguriga) päikesepaneele ja katkem kõik lõunasse vaatavad katused. Selliselt saaksime

Joonis 6.6: Kaks päikeserüütlit naudivad oma päikesepaneele, mis annavad energiat nende elektriautodele ja majale.$120$ päikeseelemendist (igaühe võimsus $300\text{W}$ $2,2{\text{m}}^2$ kohta) koosneva päikesepaneeli pindala on $268{\text{m}}^2$, maksimaalne võimsus (kus on arvesse võetud alalisvoolult vahelduvvoolule konverteerimisel tekkivad kaod) on $30,5\text{kW}$, ja keskmine võimsus – Kalifornias, Santa Cruz'i lähistel – on $5\text{kW}$ ($19W/m^2$). Foto: Kenneth Adelman. www.solarwarrior.com

Joonis 6.7: Päikesefarm: $6.3\text{MW}$ võimsusega (maksimaalse) päikesefarm Mühlhausenis, Bavaarias. Loodetakse, et selle keskmine võimsus ühikpindala kohta saab olema $5W/m^2$. Foto: SunPower.

Kuna lõunasse suunatud katuste pindala on $10{\text{m}}^2$ inimese kohta, siis ei ole seal korraga ruumi nii päikeseelementidele kui ka sooja vett tootvatele päikesepaneelidele. Seega peame nende kahe vahel valiku langetama. Aga ma ikkagi liidan mõlemad need panused meie tootmise tulbale kokku. Tänasel päeval on päikeseelementide paigaldamine umbes neli korda kallim kui päikesepaneelide paigaldamine, samas annavad need poole vähem energiat, kuigi, jah, see energia on kõrgemat sorti (elekter). Nii et ma soovitan peredele esimese asjana kaaluda investeeringut soojust tootvatesse päikesepaneelidesse. Kõige nutikam lahendus päikeseküllastes riikides on ehitada kombineeritud süsteem, mis toodab nii elektrit kui ka soojust. Sellise lähenemise võttis esimesena kasutusele Heliodynamics, kes vähendas oma süsteemide hinda ümbritsedes väikesed kvaliteetsed gallium-arseniidi päikeseelemendid aeglaselt liikuvate tasapeeglitega. Peeglid fokusseerivad päikesevalguse päikeseelementidele, mis toodavad nii elektrit kui ka soojust; vee soojendamiseks pumbatakse seda mööda päikeseelementide tagakülgi.

Meie senise jutu kokkuvõte: lõunasse suunatud katuste päikeseelementidega katmine võimb anda üsna suure osa meie keskmisest personaalsest elektritarbest, aga katused ei ole piisavalt suured, et katta arvestatavat osa meie koguenergiatarbimisest. Et päikesepatareidega rohkem saavutada, peaksime tulema maa peale. Joonisel 6.6 kujutatud päikeserüütlid näitavad siin teed.

Aeg fantaasiateks: päikesefarmid

Kui toimub tehnoloogiline läbimurre ja päikeseelementide hind lubab neid paigaldada kõikjale maastikule, milline oleks siis maksimaalne mõeldav tootmine? Kui me kataksime $5\%$ kogu ÜK territooriumist $10\%$-efektiivsusega päikesepatareidega, siis saaksime

Muide, ma eeldasin vaid $10\%$-kasuteguriga päikesepatareisid, sest minu ettekujutuses suudetakse neid nii suurtes kogustes toota vaid juhul, kui need on väga odavad ja kõigepealt muutuvad odavamaks madala kasuteguriga päikesepaneelid. Selliste päikesefarmide võimsustihedus (võimsus ühikpindala kohta) oleks

See on kaks korda suurem kui Bavaaria päikesefarmis (joonis 6.7).

Kas selline päikesefarmide üleujutus saab eksisteerida peatükis Tuul kirjeldatud tuulegeneraatorite armeega samaaegselt? Jah, ei ole probleemi: tuulegeneraatorite vari on väike ja maapinnal asuvate päikesefarmide mõju tuulegeneraatoritele võime arvestamata jätta, see on väga väike. Kas see plaan on väga ebaharilik? Ühendkuningriikide iga inimese kohta päevas $50\text{kWh}$ elektrienergia tootmiseks oleks vaja $100$ korda rohkem päikeseelemente kui täna maailmas olemas on. Kas seda arvestades ma ikkagi peaksin päikeseelemendid oma taastuvenergia tootmise tulpa lisama? Olen kahevahel. Selle raamatu alguses ma ütlesin, et tahan uurida, mida ütleb füüsika taastuvenergia tootmise piiride kohta juhul, kui eeldame, et raha ei ole probleemiks. Sellisel eeldusel ma peaksin mõttega edasi minema, industrialiseerima maapiirkonnad ja lisama päikesefarmid tulpa. Samas ma tahaksin anda inimestele ettekujutuse sellest, mida peaks tegema alates tänasest 2050. aastani. Ja täna oleks päikesefarmidest saadav elektrienergia neli korda kallim kui on elektrienergia turuväärtus. Nii et ma tunnen end veidi vastutustundetuna, kui lisan selle joonisel 6.9 taastuvenergia tootmise tulpa – $5\%$ Ühendkuningriikide palistamine päikesefarmidega ei tundu enam mõistlikuna väga paljudest aspektidest lähtudes. Kui me tõesti tahaksime midagi sellist teha, võiksime pigem need päikesefarmid paigutada kusagile kaks korda päikeselisemasse riiki ja saata osa toodetud energiast koju mööda elektriliine. Me arutame seda ideed peatükis Elu teiste riikide taastuvenergia arvel.

Müütarusaamad

Päikesepaneelid tootmine kulutab rohkem energiat kui sellega on võimalik toota.

Vale. Katusele installeeritud elektrivõrku ühendatud $20$-aastase elueaga päikesepaneeli energeetiline kasumlikkus (energy yield ratio) (süsteemi eluajal toodetud energia suhe energiasse, mida on vaja selle tootmiseks) Kesk-Põhja-Euroopas $4$ (Richards ja Watt, 2007); ja rohkem kui $7$ päikeselistemas kohtades, näiteks Austraalias. (Energeetiline kasumlikkus üle ühe tähendab, et energia seisukohast lähtudes on tegemist Hea Asjaga.) $20$-aastase elueaga tuulegeneraatorite energeetiline kasumlikkus on $80$.

Kas ei ole nii, et päikeseelemendite kasutegur tehnoloogia arenedes järjest suureneb?

Ma olen kindel, et päikesepaneelid muutuvad järjest odavamaks; Olen ka kindel, et päikesepaneelide tootmisel kulutatakse järjest vähem energiat, mis teeb need energeetiliselt kasumlikumaks. Aga siin peatükis välja toodud hinnangud ei ole piiratud päikeseelementide hinnaga, samuti mitte nende tootmisele kuluva energiaga. Selles peatükis vaatlesime maksimaalset mõeldavat energiatootmise võimsust. $20$ kasuteguriga päikesepaneelid on üsna lähedal teoreetilisele piirile (vaata selle peatüki lõpumärkusi). Oleksin väga üllatunud, kui neid hinnanguid tuleb kunagi märkimisväärselt ülespoole korrigeerida.

Biomass

Teate, ühel hetkel võime me olla energiaäris kasvatades õues muru! Ja me kogume seda ning muundame energiaks. See võib juhtuda üsna pea..

George W. Bush, Veebruar 2006

Kõik bioenergia lahendused näevad esimese asjana ette millegi rohelise kasvatamist, pärast mida selle rohelise asjaga tehakse veel midagi. Kui palju on võimalik selle rohelise asjaga energiat koguda? Päikesest energiat saavatest bioloogilistest süsteemidest energia kätte saamiseks on neli peamist võimalust:

1. Me võime kasvata taimi ja põletada neid jõujaamades, mis toodavad elektrit või soojust või siis mõlemat. Me kutsume seda protsessi söe asendamiseks (coal substitution).
2. Me võime kasvatada spetsiaalseid selleks sobivaid taimi (õliseemne raps, suhkruroog või näiteks mais), teha neist piiritust või biodiislit ning kasutada neid siis autodes, rongides lennukites ja teistes kohtades, kus sellised kemikaalid on kasutatavad. Me võime ka aretada geneetiliselt muundatud baktereid, tsüanobaktereid või vetikaid, mis toodavad otseselt vesinikku, etanooli või butanooli, isegi elektrit. Me nimetame kõiki selliseid lähenemisi „nafta asendamiseks".
3. Me võime võtta teistest põllumajandusharudest kõrvalsaaduseid ja põletada neid jõujaamades. Kõrvalsaadusteks võivad olla igasugused asjad alates õlgedest (Weetabixi kõrvalsaadus) kuni kanasitani (McNuggets'i kõrvalsaadus). Selliste kõrvalsaaduste põletamine on jällegi söe asendamine, aga siin kasutatakse tavalisi, mitte spetsiaalseid kõrge energiasisaldusega taimi. Põllumajanduses tekkivaid kõrvalsaadusi põletavad jõujaamad ei anna nii palju energiat põllumaa pinnaühiku kohta kui optimeeritult biomassi tootvad põllumaad. Eeliseks on siinkohal aga see, et me ei monopoliseeri maad. Prügimägedest saadava metaani põletamine on sarnane energia saamise viis. Aga see on taastuvenergia vaid juhul, kui ladestatava prügi või jäätmete allikas on taastuv. (Enamus prügilate metaanist pärineb raisatud toidust; Suurbritannia inimesed viskavad ära umbes $300g$ toitu inimese kohta päevas.) Kodumajapidamises tekkivate jäätmete tuhastamine on päikeseenergiast tekkivast biomassist energia saamiseks vahetum võimalus.
4. Me võime kasvatada taimi ja toita nendega inimesi või teisi energiat vajavaid loomi.

Kõikide nende protsesside esimeseks sammuks on mõne keemilise aine, näiteks süsivesiku, molekul rohelises taimes. Järelikult me võime ükskõik millisest neist protsessidest saadavat võimsust hinnata selle järgi kui palju võimsust neisse molekulidesse pääseb. Kõigis järgnevates traktoreid, loomi, keemiatehaseid, jäätmejaamasid ja jõujaamu sisaldavates sammudes saab energia vaid kaduda. Seega on esimeses sammus sisalduv võimsus maksimaalne, mida on võimalik saada suvalisest taimi kasutavast energiatootmise lahendusest.

Joonis 6.10: Mõned siidpöörise taimed nautimas doktor Emily Heatoni seltskonda, kelle pikkus on $5^{\prime }4”$ ($163cm$). Suurbritannias saavutavad siidpöörise taimed võimsuse $0,75W/m^2$. Foto: Illinois'i Ülikool.

Joonis 6.11: Erinevate taimede energia tootmise võimsus ruutmeetri kohta. Allikad on toodud peatüki lõpumärkustes. Need võimsustihedused sõltuvad põldude kastmisest ja väetamisest; mõnede taimede jaoks on antud vahemikud, näiteks puidu jaoks on see $0,095-0,254W/m^2$. Alumised kolm võimsustihedust on troopilistes piirkondades kasvatatavate taimede jaoks. Viimane võimsustihedus (troopilised istandused*) eeldab geneetilist modifitseeritust, väetamist ja kastmist. Tekstis kasutan ma parimate Loode-Euroopa energiataimede väärtust $0,5W/m^2$.

Hinnakem selle esimese sammu võimsust. (Peatükis Päike II me läheme detailsemaks ja uurime iga protsessi maksimaalset panust.) Keskmine kogutav päikesekiirguse võimsus Suurbritannias on $4100W/m^2$. Euroopa kõige suurema kasuteguriga taim muundab päikeseenergia süsivesikuteks $2\%$ kasuteguriga, millest järeldub, et me võiksime taimedelt saada $2W/m^2$; aga nende kasutegur langeb suurematel valguse intensiivsustel ja parim, mis Euroopas biomassi tootmisel saadakse, on lähemal väärtusele $0,5W/m^2$. Oletame, et katame $75\%$ maapinnast rohelise kraamiga. See annaks $3000m^2$ bioenergiat tootvat maad inimese kohta. See on sama palju kui on täna Suurbritannias maad põllumajanduses. Seega on maksimaalne saavutatav võimsus, kui ignoreerime täiendavaid kulutusi kasvatamisele, kogumisele ja töötlemisele.

Vau. See ei ole just liiga palju, kui arvestada suurema numbri saamiseks tehtud hullumeelselt suuremeelseid eeldusi. Kui tahaksime saada biomassist biokütust, oleksid kõik järgnevad sammud selles ahelas paratamatult ebaefektiivsed, alates rohelusest ja lõpetades süüteküünlaga. Ma arvan, et oleks optimistlik loota, et kaod selles tootmisahelas oleksid väikemad kui $33\%$. Isegi kuiva puidu põletamisel heas katlas kaob $20\%$ soojusest korstnasse. Nii et tegelik biomassist saadav potentsiaalne võimsus ei saa olla suurem kui $24kWh/p$ inimese kohta. Ja ärge unustage, et tahaksime kasutada veidi rohelust ka toidu tootmiseks ja oma pudulojustele.

Kas geneetiliselt muundatud taimed suudaksid päikeseenergiat efektiivsemalt keemiliseks energiaks muundada? See oleks mõeldav. Aga ma ei ole leidnud veel ühtegi teadusartiklit, mis ennustaks, et taimed suudaksid Euroopas toota rohkem kui  $1W/m^2$.

Ma panen rohelisse tulpa $24kWh$ inimese kohta rõhutades, et minu arvates on see väärtus üle hinnatud – ma arvan, et tegelik biomassist saadav maksimaalne võimsus on põlluharimises ja töötlemisel tekkivate kadude pärast väiksem.

Arvan, et oleme jõudnud selge järelduseni: biokütuste abil ei ole võimalik energia tootmist ja tarbimist klappima saada – vähemasti mitte sellistes  riikides nagu Suurbritannia - ja mitte kogu transpordis kasutatavate kütuse jaoks. Isegi kui jätame kõrvale biokütuste suurima puuduse – need võistlevad toidu tootmisega ja lisakulutused põlluharimisele ja töötlemisele enamasti nullivad kogu saadava energia (joonis 6.14) – annavad taimedest toodetud biokütused Suurbritanniaga sarnastes Euroopa riikides nii vähe energiat, et sellest on vaevalt mõtet rääkidagi.

Joonis 6.13: Päikeselisus Cambridge's: päikesepaisteliste tundide arv aastas murdosana kõigist päevastest tundidest.	Joonis 6.14: See joonis illustreerib selliseid kvantitatiivseid küsimusi, mida tuleb küsida igasuguste biokütuste kasutamise ettepanekute kohta. Kui palju lisaenergiat kulub saagi kasvatamiseks ja töötlemiseks? Kui suur on saadud energiahulk? Kui suur on toodetud kasuliku energia hulk? Tihti kulub kogu taimedest toodetav energia ära taimede kasvatamisele ja muudele kadudele.

Märkused ja edasine lugemine

Me peame arvestama nurgaga päikese ja maapinna vahel... Cambridge'i pikkuskraad $\theta ={52}^{\circ }$; keskpäevane päikesevalguse intensiivsus korrutatakse $\cos \theta \simeq 0,6$. Selle kordaja täpne väärtus sõltub aastaajast ja on vahemikus $\cos (\theta +{23}^{\circ })=0,26$ ja $\cos (\theta -{23}^{\circ })=0,87$.

Tüüpiliselt paistab Suurbritannias päike vaid 34% päevast. Mägismaal on 1100 tundi päikesepaistet aastas – $25\%$ päikeselisus. Parimates Šotimaa paikades on see number 1400 tundi aastas – 32%. Cambridge: $1500\pm 130$ tundi aastas – 34%. Inglismaa lõunarannik (Suurbritannia kõige päikeselisem osa): 1700 tundi aasta kohta – 39%. [2rqloc] Andmed Cambridge'i kohta [2szckw]. Vaata ka joonis 6.16.

... keskmine päikesekiirguse võimsus ruutmeetri kohta lõunasse suunatud katusel Britannias umbes $110</em><em>W/m^2$ ja maapinnal umbes $100</em><em>W/m^2$. Allikas: NASA “Surface meteorology and Solar Energy” [5hrxls]. Olete üllatunud, et lõunasse suunatud viilkatuse ja lamekatuse vahel on siin nii väike vahe? Mina olin. Erinevus on tõepoolest ainult $10\%$ [6z9epq].