Založba ZRC je na svoji zadnji tiskovni konferenci, ki ji bo kmalu sledila že nova, med drugim predstavila posebej zanimivo knjigo dr. Marka Kovača Energetske potrebe človeštva skozi čas: od industrijske revolucije do civilizacije tipa I.
Knjiga govori o globalni porabi energije in njenem vplivu na planet. Energetske potrebe so izrazito dinamičen pojav, ki je odvisen od tehnološkega razvoja, kar je najbolj opazno skozi industrijske revolucije, v katerih novi izdelki in tehnologije, ki načeloma izboljšujejo kakovost življenja prebivalcem, hkrati pa povečujejo porabo energije. Ob vedno večjem gospodarskem napredku ne upoštevamo fizikalnih omejitev našega planeta, zato narašča količina toplogrednih plinov v ozračju, razmeroma hitro se povečujejo povprečne letne temperature planeta.
Enrico Fermi (1901 – 1954), foto splet
Posledice takšnega delovanja tudi v prihodnje so jasne – nadaljnje segrevanje planeta, porast gladine morja in neposredna ogroženost obširnih nižje ležečih območij, hitro povečevanje števila izjemnih vremenskih dogodkov z vse hujšimi posledicami, kot so viharji, dolgotrajna deževja in podobno. Prehod v energetsko manj intenzivno prihodnost zahteva hitro radikalno odpoved fosilnim gorivom, a tudi precejšnje znižanje porabe vse energije. Knjiga vsebuje ključne podatki, ki kažejo, kako smo prišli do današnje stopnje porabe energije in razumevanja podnebnih sprememb.
Emil Konopinski (1911 – 1990), foto splet
Ena tema je energetika, druga pa raziskovanje vesolja, seveda tudi z vidika porabe energije, čeprav avtorja bolj zanimajo medplanetarne raziskave, ki seveda potekajo že kakih osemdeset let. Tu je veliko prostora za vsakršne špekulacije, ne glede na to, katerega avtorja citiraš in misliš, da je najbolj pameten.
Marko Kovač rad zapade nekim svojim fantazijam, na primer o možnem visokem številu planetov, na katerih bi potekalo kakšno življenje, pomisli pa tudi na možnosti, da bi nekje živela bitja, ki bi sicer vedela za nas Zemljane, a bi se jim zdeli premalo pomembni, da bi nam poslala kakšna sporočila o svojem obstoju. Kaj hočemo, medplanetarna pošta deluje prepočasi.
Energetske potrebe človeka se dajo skrčiti, saj je razmetavanja z energijo več kot preveč in to lahko opazujemo na vsakem koraku. Posebno ali celo bistveno pa je vprašanje stroškov vsakršnih raziskovanj vesolja in finančno ali materialno povračilo vloženih sredstev ? Tu odpove vsakršna kapitalistična ekonomija. Človeštvo od raziskovanja vesolja, v katerega je vložilo že na tisoče milijard dolarjev, ne bo dobilo povrnjenih – nič. A dr. Miha Kovač mora o tem molčati, sicer bi izgubil službo kot raziskovalec, čigar praktičnih ugotovitev ni mogoče tržiti.
Edward Teller (1908 – 2003), foto splet
Iz opisa knjige v Alternator.science povzemam:
“Človeštvo se že dolgo sprašuje po obstoju zunajzemeljskih civilizacij, z izboljšavo tehnologije in raketno ero pa je to vprašanje postalo tudi pomembna znanstvena tema. Razširjeno mnenje je, da bi se bilo lahko življenje razvilo še kje v naši galaksiji, tudi zato vesoljske sonde njegove znake ali vsaj temeljne sestavne dele iščejo po drugih predelih osončja (na primer na Marsu, Saturnovi luni Titan, nedavno pa so v Venerini atmosferi našli spojino fosfina, ki bi lahko nakazovala na preproste oblike življenja).
Ena boljših ali vsaj najrazvpitejših debat o zunajzemeljskem življu je leta 1950 potekala med kosilom v menzi Jet Propulsion Laba v Los Alamosu. Prisotni so bili fiziki Enrico Fermi, Emil Konopinski, Edward Teller in Herbert York. Fermi, ki je bil znan po svojem načinu hitrega izračuna kompleksnejših zagonetk, pri čemer se je zdelo, da številke kar stresa iz rokava, je ob listanju revije (menda je šlo za še danes slavni The New Yorker) in pogledom na karikaturo z nezemljani, ki prevračajo kante s smetmi, vzkliknil: »Kje pa so vsi?« Točnega poteka pogovora se nihče izmed udeležencev ni spominjal, a večina se je strinjala, da se je vprašanje nanašalo na možnost letenja v vesolje (Sputnik je bil takrat 7 let v prihodnosti, Gagarinov let pa 11). Fermijevo vprašanje se je od takrat nekoliko razvilo v Fermijev paradoks, pri katerem ne gre več za vprašanje, kako potovati po vesolju (do sedaj smo s človeško posadko zmogli le do Lune in še to traja nekaj dni, do Marsa predvidoma pol leta, do najbližje zvezde Alfa Kentavra pa po Nasinih podatkih kar 73.000 let), temveč zakaj nezemljanov ne vidimo, čeprav je le v naši galaksiji na milijarde podobnih zvezd in planetov, kjer bi lahko uspevalo življenje.
Frank Drake, foto National Radio Astronomy Observatory
Desetletje kasneje je na ta paradoks poskušal odgovoriti ameriški astronom in astrofizik Frank Drake z nekoliko bolj strukturirano oceno števila razvitih zunajzemeljskih civilizacij v naši galaksiji. Drakeova enačba, ki določa število civilizacij v naši galaksiji, je preprost zmnožek povprečnega letnega števila novonastalih zvezd, deleža zvezd s planetarnimi sistemi, števila planetov v takšnem sistemu, na katerih lahko nastane življenje, verjetnosti, da se na planetu razvije življenje, deleža teh planetov, ki gostijo življenjske oblike z višjo inteligenco, deleža planetov, katerega prebivalci so zmožni medzvezdnega sporazumevanja in življenjske dobe tehnične civilizacije. Zmnožek je tako zelo odvisen od ocen velikosti parametrov in več kritikov enačbe je poudarilo njeno nezanesljivost. Tako je ocenjena zgornja meja nekje pri 15 milijonih – v naši galaksiji naj bi bilo torej na milijone civilizacij, s katerimi bi lahko navezali stik, Nasa pa v zadnjih ocenah, ki so nedvomno spodbujene z izkušnjo pomanjkanja stika z drugimi civilizacijami, vrednost N ocenjuje na 9.1 10-13 civilizacij, kar je seveda praktično nič.
A četudi so v galaksiji zunajzemeljske civilizacije, je kar nekaj vzrokov, ki bi nam lahko preprečevali kontakt z njimi. Pravzaprav je kar nekaj kozmologije po Fermijevem paradoksu in Drakeovi enačbi posvečene iskanju najbolj premetenega izgovora, zakaj še nismo srečali tujih civilizacij. Eni krivijo logistiko, drugi inteligentne civilizacije, ki so predaleč in enostavno nimajo potovalne ali komunikacijske tehnologije na velike razdalje, kar sta leta 1981 predlagala astronoma Carl Sagan in William Newman. Lahko pa je problem tudi na naši strani – bodisi so naše komunikacijske sposobnosti še premajhne ali pa je naša civilizacija premlada in naši elektronski odtisi še niso prišli do pravih sosedov (podobno kot v drugi Saganovi knjigi – Stik). Še ena možnost je, da nas le nemo opazujejo, da ne počnemo neumnosti, kar v kozmologiji opisujejo kot živalski vrt. Ljubitelji znanstvene fantastike pri tem omenjajo podobnost z Zvezdnimi stezami, kjer morajo konfederacijske vesoljske ladje slediti protokolu Osnovne direktive in prepovedi poseganja v manj razvite civilizacije. Alternativa je lahko še nekoliko bolj žalostna – enostavno nismo dovolj zanimivi. Teoretični fizik Michio Kaku je podal slikovito prispodobo – kot civilizacija smo zanimivi kot neko mravljišče v Peruju med ero Pizarrovega osvajanja inkovskega imperija. Zdi se, da je to možnost imel v mislih Douglas Adams, avtor Štoparskega vodnika po galaksiji, v kateri je ocenjevalec Zemljo popisal le s »pretežno neškodljiva«. Morda bi zaenkrat zanemarili še bolj domiselne rešitve, da so vesoljski sosedje uspeli transcendirati klasično vsakdanje življenje, problem smrtnosti in materialnih potreb, ali pa da je človeštvo le hologramska podoba.
Takšno število možnosti je spodbudilo ekonomista Robina Hansona leta 1996, da je odsotnost komunikacij z nezemeljskimi civilizacijami pojasnil z Velikim filtrom, ki zaustavi razvoj civilizacije ali jo celo pogubi, preden ta preraste okove lastnega planeta. Veliki filter naj bi bil glavni vzrok, ki bi morebitnim civilizacijam onemogočal preskok katerega izmed korakov, potrebnega za izkoriščanje zunajplanetarne energije (ti koraki zajemajo tako izbor prave zvezde in planeta, reproduktivne molekule, kot so DNK, razvoj eno- in večceličnih bitij, uporabo orodja, industrijski napredek, koloniziranje drugih svetov ipd.). Ker smo večino korakov na Zemlji prebrodili, tako ne vemo, ali smo imeli do sedaj neizmerno srečo ali pa nam Veliki filter šele grozi.
Ob iskanju tujih civilizacij je smiselno tudi oceniti ali vsaj slutiti njihovo smer razvoja. Ruski astronom Nikolaj Kardašov si je leta 1964 zamislil stopnjo razvoja civilizacije na podlagi energije, ki jo je sposobna žeti za svoj obstoj. Ideja je tako preprosta, da je kar fantastična. Ko se civilizacija razvija – tako številčno kot produktivno, potrebuje čedalje več energije. Glede na kozmične omejitve je vse civilizacije razdelil v tri tipe: take, ki za svoj obstoj uspešno žanjejo vso energijo, ki z matične zvezde doseže planet (tip I), vso energijo, ki jo seva matična zvezda (tip II) ali vso energijo, ki jo seva domača galaksija (tip III). Za primer Zemlje so energijski nivoji naslednji:
● Tip I: 1,7 1017 W
● Tip II: 4,0 1026 W
● Tip III: 4,0 1037 W
Za primerjavo pa je količina energije, ki jo je porabilo človeštvo leta 2018, enaka 1,8 1013 W, torej skoraj desettisočkrat manj od meje civilizacije tipa I. To so razmeroma velike številke, toda za trenutek poglejmo, kaj pomenijo za vidnost z vesoljskih razdalj. Vsi poznamo fotografije nočne Zemlje, kjer so mesta osvetljena z nočnimi lučmi in podobnim, a takšnega prizora ni mogoče uzreti že onkraj Lunine orbite, torej nekje 384.000 kilometrov daleč, saj je svetlobe premalo. Ocenjujejo, da bi z dobrim teleskopom še lahko uzrli kakšno svetlo piko na temni strani Zemlje nekje z Marsa, ki se nam približa na nekje 70 milijonov kilometrov.
V dobrih tridesetih letih, odkar astronomi odkrivajo eksoplanete, so v naši galaksiji našli preko 4000 planetov, ki krožijo okoli zvezd, ki niso naše Sonce, veliko večino seveda v zadnjih nekaj letih z razvojem ustreznih teleskopov in tehnologije. Razdalje do teh planetov segajo od dobrih 4 do skoraj 28.000 svetlobnih let. Če na katerem od teh planetov obstaja kakršnokoli življenje, ki je podobno zemeljskemu (torej do tipa I), tega z naše razdalje ne moremo ugotoviti.
Zdi se, da se civilizacije, ki niso uspele doseči tipa I po lestvici Kardašova, enostavno zlijejo z okolico, še posebej če vemo, da so nam najbližji eksoplaneti oddaljeni nekaj svetlobnih let, torej vsaj polmilijonkrat več kot omenjeni Mars. Prav tako pa do sedaj nismo našli civilizacije, ki bi šla prek te meje. A ob tem se moramo zavedati, da je število do sedaj odkritih eksoplanetov razmeroma (pre)majhno, da bi zadostili statistično reprezentativnost za obravnavo z Drakeovo enačbo, sploh zaradi širokega razpona slednje.
Za doseganje in preseganje tipa I je torej potrebno zapustiti rodni planet. Eden od načinov zbiranja energije v vesolju je konstrukcija, ki bi obdala matično zvezdo, na primer Dysonova sfera, in bi s fotonapetostnimi paneli zajemala energijo zagrajene zvezde. Takšna konstrukcija oziroma njeni učinki pa bi bili seveda vidni tudi na večje razdalje, a kaj ko za zemeljsko civilizacijo velja, da smo v vesolje (toda večinoma v nižjo zemljino orbito) v dobrih šestdesetih letih izstrelili nekaj tisoč satelitov in plovil, pri čemer njihova skupna masa ne presega nekaj deset tisoč ton – veliko premalo za resnejšo konstrukcijo, vidno z druge stani galaksije.
Za občutek, kako hitro se pomikamo po lestvici Kardašova (oziroma kako hitro goltamo razpoložljivo energijo), je smiselno lestvico linearizirati, in prav to je izpeljal že omenjeni Carl Sagan. Linearizirana vrednost stopnje naše civilizacije znaša 0,73. Toda o zelo hitremu razvoju od začetka industrijske revolucije pred približno 300 leti priča to, da je potreba človeštva po energiji narasla za približno 36-krat oziroma za 0,155 na (linearizirani) lestvici Kardašova. Pri tem je bila največja rast v zadnjih dobrih 100 letih, ko smo poskočili kar za 0,07 nivoja. K tej rasti prispevata tako rast prebivalstva kot tudi energetska požrešnost. Povprečna oseba tako danes porabi vsaj 15-krat toliko energije kot v časih rimskega imperija, v razvitih delih sveta pa je to razmerje lahko tudi sto in še več. Prav tako pa se je povečalo število prebivalcev planeta – s 180 milijonov na sedem in pol milijard oziroma več kot za štiridesetkrat. Na ta način bo človeštvo le v nekaj stoletjih res porabilo vso energijo, ki definira civilizacijo tipa I. Dovolj bo že, če bodo vsi Zemljani hoteli zaživeti energetsko razkošno življenje, kot se ga živi na Zahodu oziroma v energetsko potratnih državah.
Za zadovoljevanje energetskih potreb pa bo potrebna tehnologija, ki bo sposobna učinkovito seči izven okvira planeta ali osončja, a kaj ko takšna potovanja niso poceni. Energija za prenos kilograma snovi v nizko zemeljsko orbito je približno 30 kWh. Za kg materiala na Luni smo potrebovali približno 2000 kWh (lunarni modul), kar je nekaj desettisočkrat več, kot je ekonomika prevažanja s tovornjaki po cestah. Kakorkoli že, premikanje po vesolju zahteva energijo, ta pa zahteva kolonizacijo vesolja in izkoriščanje vsega, kar nam sonce ponuja na tnalu – sončne svetlobe.
A tudi energijo sonca lahko koristimo le v določenem obsegu. Obstoječa tehnologija je podvržena izkoristku fotonapetostnih panelov in dodatne elektronike. Čeravno izkoristki sodobnih komercialnih panelov že dosegajo in presegajo 20 %, to pomeni, da nam je na voljo le petina vse razpoložljive energije, ki jo Sonce seva na površje. Potem so tu še površine, prekrite z morji, in/ali neprimerne klimatske razmere in naša zmožnost za žetev energije se še bolj zmanjša. Pri transformaciji energije pa nam ni v pomoč niti narava. Sama fotosinteza ima minorne izkoristke in najboljše industrijske rastline v biomaso pretvorijo le nekaj odstotkov sončevega sevanja, kar je vsaj desetkrat slabše od fotonapetostnih panelov, pri čemer je biomaso potrebno še pretvoriti v bolj uporabno obliko energije. Hkrati pa nam omejitve obstoječe vesoljske tehnologije zaenkrat ne omogočajo ekonomične izrabe sončeve energije stran od domače Zemlje…”
Dr. Marko Kovač
Dr. Marko Kovač je rojen in živi v Ljubljani ter se je od malih nog zanimal za tehnologijo. Ta radovednost ga je prek strojne fakultete prignala vse do doktorata iz jedrske tehnike, kasneje pa je izkušnje nabiral tudi v avtomobilski industriji. V novejšem času se na Centru za energetsko učinkovitost Instituta “Jožef Stefan” službeno ukvarja z možnostmi strešnih fotovoltaičnih elektrarn in tudi e-mobilnostjo, pri čemer ga ni strah zavihati rokave in kakšno stvar izboljšati ali pa dokončno pokvariti. V užitek mu je delo z mladimi na področju popularizacije znanosti, kjer je avtor številnih znanstvenih, strokovnih in poljudnih člankov, med svojim delom pa je dobil tudi nekaj nagrad za inovacije.
Marijan Zlobec