"Опасенията за загуба на земеделска земя заради соларните панели са неоснователни", смята физик

След силната реакция на публикуваната вчера статия "Бумът на соларните панели замени земеделските земи, които биха могли да изхранят милиони", представяща проучване от У Сяо (Wu Xiao), ви представяме отговора на Цанимир Ангелов, докторант по Теоретична и математическа физика в Софийски университет.

Възходът на соларните панели, както всяка нова технология, е съпроводен от множество митове. Един от тях е, че тези съоръжения ще покрият земеделските територии и това ще доведе до криза с храните.

Човешката цивилизация е изправена пред множество належащи въпроси, един от които е промяната на климата. След като многократно бе показано, че тя е възникнала вследствие на човешко въздействие [1], естествен ход е да се насочим към източници на енергия, които не влошават ситуацията.

За съжаление друг настоящ проблем е пренаселването на планетата. Населението на планетата нараства с около милиард души на 12 години.[2] Това ни прави уязвими към притеснения за това дали ще има храна за всички. В този контекст китайският учен У Сяо и екипът му са провели изследване [3], което показва, че през 2018-та година 1371 квадратни километра обработваема площ са били покрити от слънчеви панели. Публикацията продължава с това, че това е 1655 пъти повече спрямо 2003 г. Това са числа, които всяват страх, но не показват обективно реалността.

Допълнително Сяо и екипът му пишат, че от тази площ могат да се изхранят 4.3 милиона души за една година. Ако допуснем, че средно на човек са нужни 2000 килокалории (минимум за мъже и средно за жени), то това предполага, че на 1371 квадратни километра биха се отглеждали плодове и зеленчуци съответстващи на 4 300 000 души по 2 000 килокалории или 8 600 000 000 килокалории. Това съответства на 2300 килокалории на квадратен метър. Храните, които могат да дадат такъв добив на квадратен метър се свеждат до захарна тръстика, захарно цвекло и палмово масло.[4] Такава диета би била пагубна за 4.3 милиона души, тъй че по начало броят души, за които би стигнала територия от 1371 квадратни километра при нормално хранене е наполовина – малко над 2 милиона и то ако мъжете ядат минимално.

Основния фокус на публикацията е върху соларните фотоволтаични панели, тъй че нека се насочим към тях. Голяма разлика между фотоволтаиците и горивата е, че соларните панели произвеждат енергия на мястото, на което са, докато не се повредят, което отнема десетилетия спрямо вида и качеството на панела. След като панелът излезе от експлоатация, нов може да бъде инсталиран на същото място. Тази земна площ не е употребена, а употребявана и панели се подменят на мястото на старите, а не на нови територии. Това не е така при източниците на фосилни горива като въглищните мини и при горите, за които очевидно се изисква нова територия година след година.

Нужно е да си отговорим на въпроса каква площ би била нужна на човечеството, за да покрие енергийните си нужди. За да достигнем до задоволителен отговор нека на всяка стъпка приемем възможно най-лошите стойности за соларните панели. Така ще знаем, че каквато и площ да получим, истинският отговор ще е по-малък.

Тъй като въпросните 1371 квадратни километра са площта, “загубена” в слънчеви панели в световен мащаб, нека я сравним с цялата обработваема площ на планетата. Площта на планетата е 4*π*r², където r е радиуса на Земята на квадрат или 511 милиона квадратни километра. От тях 71% са водна повърхност, т.е. 29-те процента суша са 148 милиона квадратни километра. Според ООН 1/3 от тях (48 милиона квадратни километра или 4.8 милиарда хектара) са обработваема площ. Имаме 48 милиона квадратни километра за земеделие.[5]

Колко площ ни е нужна за слънчеви панели? Потреблението на енергия от човечеството е 180 000 терават часа годишно. [6] След като разделим на броя часове в годината това съответства на 50 теравата мощност. Различни източници дават различни оценки, но тази е една от най-високите. В нея влиза потреблението на електричество, но и на горива за превоз.

Слънчевата енергия, достигаща Земята е 1350 вата на квадратен метър. Площта на Земята се изчислява по формулата 4*пи*r^2, но това не е площта, с която Земята улавя слънчева светлина. Земята прихваща светлина колкото е площта на сянката ѝ, т.е. пи*r^2 или 4 пъти по-малко. Освен това нека панелите имат само 10% ефективност. Повечето нови фотоволтаици имат ефективност близка до 20%, но тя намалява с времето и затова нека вземем 10% за приемлива стойност. Последно нека приемем, че заради облачност още половината от енергията се губи.

След като сме готови със стойностите нека пристъпим към самото пресмятане. Трябва да разделим 50 теравата на 1350 W/m^2 (слънчева константа), на 0.1 (ефективност на фотоволтаика), на 1/4 (наклон спрямо Слънцето и нощ), на 0.5 (облаци). Тогава получаваме 3 трилиона квадратни метра или още 3 милиона квадратни километра. Това е площта съответстваща на покриването на абсолютно цялото потребление на човечеството само чрез соларни панели.

Дори да допуснем, че човечеството се захранва само със соларни панели и всички те са разположени само и единствено върху обработваема земеделска земя. Това ще са 3 от 48 милиона квадратни километра или 6.25% от обработваемата площ на планетата. Даже и да изберем “най-страшния” сценарий, то пак ще ни останат 93.75% от обработваемите площи.

Разбира се трябва да вземем предвид по-реалистичен сценарий, при който не използваме само панели, а и ВЕЦ-ове и вятърни централи. Съшо така трябва да вземем предвид, че вече има инсталирани панели по покриви на сгради и паркинги, тъй че условието всички да са върху земеделски земи отдавна не е изпълнено. Оказва се, че земеделската площ, която би била заета при пълен зелен преход е много под 6.25% от цялата земеделска площ на планетата.

Последното, което трябва да вземем предвид е дали тези панели всъщност помагат за земеделието. Отговорът е категорично да! Причината е, че основен проблем е глобалното затопляне, с което панелите се борят, макар и ефектите все още да са трудно забележими. Земеделците имат проблеми с неестествените температури, при които обичайните за тях култури вече не растат. Губят се реколти в природни катаклизми като наводнения и градушки, а панелите се борят именно с това.

Справка:

[1] https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2021.118446 
[2] https://www.worldometers.info/world-population/world-population-by-year/ 
[3] https://www.researchsquare.com/article/rs-4387232/v1 
[4] http://www.gardeningplaces.com/articles/nutrition-per-hectare1.htm?fbclid=IwZXh0bgNhZW0CMTAAAR1Ly2WKmHyXKKSbdiGCUDffDgw8EXCaYgtGlI2XZGKsKRIlWgoJGDRdDjk_aem_iD_9AG0APnfzs_LMpH1lXA 
[5] https://openknowledge.fao.org/server/api/core/bitstreams/5c8b2707-1bcf-4c29-90e2-3487e583f71e/content 
[6] https://ourworldindata.org/energy-production-consumption

Авторът Цанимир Ангелов е докторант по Теоретична и математическа физика в Софийски университет с канал в YouTube https://www.youtube.com/@QuantumAstronavt 

Още по темата

02/07/2024

Земята

Бумът на соларните панели замени земеделските земи, които биха могли да изхранят милиони