Ještě, než se dostanu k popisu energetických zdrojů, chci trochu osvětlit význam uvolňování tepelné energie lidskou civilizací. Asi narazíte na tvrzení, že lidské tepelné zdroje mají výkon o čtyři řády, nižší než je výkon, který na Zemi dopadá ze Slunce, a tím je jejich vliv na klima bagatelizován. Podobně je bagatelizován vliv lidské činnosti na množství vodní páry v atmosféře, jak jsem již zmínil v prvním svém článku „Úvahy k problému globálního oteplování“. Obě tato tvrzení jsou největší chybou současné teorie škodlivosti CO2.

Země představuje tepelnou soustavu, která se dlouhodobě udržuje v rovnováze. Země absorbuje část energie ze Slunce a zároveň teplo sama vyzařuje. Míra vyzařování tepla dlouhovlnným elektromagnetickým zářením je závislá na čtvrté mocnině absolutní teploty Země. To znamená, že pokud se teplota země jen mírně zvýší vlivem nerovnováhy mezi přijatým a vydaným teplem, dojde k relativně vyššímu zvýšení vyzářeného tepla Zemí a tepelná rovnováha se znovu ustaví. Podstatná tedy není velikost dopadající sluneční energie, ale k jak velké energetické nerovnováze dojde. V posledních letech se energetická nerovnováha země (EEI) údajně zdvojnásobila na 460 TW. Tato hodnota se nedá snadno změřit nebo vypočítat. Může být samozřejmě zatížena velkou chybou. Nicméně berme ji pro naše úvahy za pravdivou.

Jaký je tepelný výkon celé lidské civilizace? Našel jsem udávaný výkon 18 TW. Z čeho se tento výkon skládá? Celkový výkon vyrobené elektrické energie je prý 3,5 TW. Ta se při využití změní v teplo. Odpadní teplo, které vzniká při výrobě elektrické energie, je celkově minimálně stejně velké jako vyrobená elektrická energie, tedy dalších 3,5 TW. Tepelný výkon lidského těla činí pro celé lidstvo asi 1 TW. V součtu jen tyto údaje dávají 8 TW. K tomu je třeba přičíst výkon všech topenišť k vytápění, výkon všech dopravních prostředků poháněných spalovacími motory, plynovými turbinami i jaderným pohonem, výkon všech výrobních a technologických procesů, při kterých se uvolňuje teplo například v hutnictví. Dále teplo, které uvolňuje veškerá zemědělská výroba. Údaj celkového výkonu celé lidské civilizace se tedy dá považovat přibližně rovný 18 TW.

Vyjasněme nyní, jakým procentem se podílí lidská civilizace na tepelné nerovnováze země. Tento podíl je 18/460=0,04. To znamená, že teplo uvolněné lidskou civilizací se podílí na energetické nerovnováze Země asi 4 %. Výkon lidské civilizace tedy není zanedbatelný, jak řada klima aktivistů tvrdí. Je třeba si uvědomit, že tento výkon okolo 18 TW lidská civilizace produkuje 24 hodin denně na celé planetě ve dne i v noci. To, jak jsem již uvedl v předchozím článku, má zásadní vliv na množství vodní páry v atmosféře, a tím i na skleníkový efekt, který vodní pára způsobuje. Potvrzují to také Informace o vzrůstající průměrné vlhkosti vzduchu. Ještě bych chtěl znovu připomenout, že základem současné teorie škodlivosti CO2 je výpočet z roku 1859, který formuloval John Tyndall a vyjadřuje závislost oteplení atmosféry jen na obsahu CO2 v atmosféře. Další vlivy zcela opomíjí jako nevýznamné. Avšak od té doby stoupl počet obyvatel na Zemi šestinásobně a tepelný výkon civilizace stoupl odhadem asi patnáctkrát. Nevím, zda výpočet byl v roce 1859 správný, ale jelikož nebere v úvahu vliv uvolněné energie současnou civilizací, nemůže dnes platit. Je zřejmé, že současná teorie škodlivosti CO2 je zatížena obrovskou chybou. Primárním problémem udržitelnosti lidské civilizace je nejspíše její současná velikost.

O tom, že se civilizace vyznačuje zvýšenou energetickou spotřebou, není pochyb. Dovolím si vsuvku. Astronomové a fyzici hledají mimozemské civilizace právě podle specifického dlouhovlnného tepelného záření, které by měly civilizace produkovat. Také již dávno označili stupně vyspělosti civilizací, dle množství energie, které daná civilizace spotřebuje (tedy vyzáří).

Je tedy s podivem, že se globální oteplování nijak nespojuje s vlivem tepelného výkonu lidské civilizace, který je samozřejmě závislý na počtu lidí a jejich energetické spotřebě.

Na druhou stranu je zřejmé, že tepelná soustava Země si tepelnou rovnováhu udržuje sama díky zvýšenému vyzařování tepla. Při současné velikosti civilizace je prostě jisté zvýšení průměrné teploty zákonité a není třeba se tomu příliš podivovat.

Začnu trochu historií moderní civilizace a její energetikou. Nejprve bych chtěl připomenout, že rozvoj lidské civilizace je pevně spojen s vynálezy tepelných strojů, které dali lidstvu energii pro zemědělství, průmyslovou výrobu, dopravu, i všechny další civilizační vymoženosti. Na této skutečnosti se nic nezměnilo a pravděpodobně nezmění několik dalších desetiletí a možná i století.

Co to jsou tepelné stroje? Pokusím se je vyjmenovat postupně dle jejich vzniku nebo dle jejich rozšíření. Stirlingův motor, parní stroj, Lenoirův plynový motor, spalovací Ottův motor, Dieselův motor, parní turbína, plynová turbína. Tyto stroje přeměňují tepelnou energii v energii mechanickou. Ta může být v případě připojení k elektrickému generátoru přeměněna na energii elektrickou. Ač to vypadá, že tepelný stroj je slovo dnes neslušné, drtivá část energie současné civilizace vzniká s použitím tepelných strojů. Všechny jaderné a tepelné elektrárny využívají turbín k výrobě elektřiny. Většina automobilů, lodí a letedel je poháněna tepelným strojem. Stejně tak většina elektrické energie, která pohání elektromobily je získána s použitím tepelných strojů.

Maximální účinnost přeměny tepelné energie v energii mechanickou je omezena teoreticky nejvyšší dosažitelnou termodynamickou účinností takzvaného Carnotova cyklu. Pro účinnost Carntova cyklu platí vztah η=1-T2/T1 . Vyhnu se podrobnému vysvětlení tohoto cyklu. V praxi nelze splnit podmínky tohoto cyklu a účinnost reálného tepelného stroje je vždy nižší než účinnost Carnotova cyklu. Jen stručná poznámka. Teplota T1 (°K) je například vstupní teplota páry do turbiny nebo spalovací teplota v pístovém motoru. T2 (°K) je výstupní teplota páry z turbiny nebo teplota výfukových plynů u spalovacího motoru. Potenciál dosažení vyšší účinnosti má tepelný stroj s co nejnižším poměrem T2/T1. To znamená s co nejvyšším teplotním spádem.

U reálných tepelných strojů je skutečná celková účinnost zpravidla nižší než 50 %. Je třeba dát pozor při vzájemném posuzování účinností tepelných strojů. Celková účinnost by měla vyjadřovat poměr získané mechanické energie k dodanému teplu. Měl by to být součin termodynamické účinnosti a mechanické účinnosti. Pozor ale, například u parních turbin udává výrobce takzvanou vnitřní termodynamickou účinnost. Skutečná termodynamická účinnost turbiny je ale součin vnitřní tepelné účinnosti a účinnosti Carnotova cyklu. Takže pokud má parní turbina udávanou vnitřní termodynamickou účinnost 72 % je výsledná skutečná termodynamická účinnost dle teplot v oběhu okolo 45 %. Nejúčinnějšími tepelnými stroji jsou velké dieselové motory (instalované např. v zaoceánských lodích), které dosahují celkovou účinnosti přes 50 %. Pokud bychom jejich účinnost hodnotili jako u turbin takzvanou vnitřní tepelnou účinností, dosáhli bychom účinnosti přes 80 %.

Pro představu parní stroj měl celkovou účinnost zpravidla okolo 12 % a způsobil velkou průmyslovou revoluci v 19. století, a ještě v 70. letech 20. století jezdily v Česku rychlíkové parní lokomotivy. Dobré je si uvědomit, že bez tepelných strojů se neobejdeme ani v budoucnu. Jak jsem již výše uvedl, nejedná se jen o uhelné nebo plynové elektrárny a spalovací motory. Součástí každé současné jaderné elektrárny je parní turbína, která přeměňuje tepelnou energii, která vznikne jaderným štěpením, na energii mechanickou. Ta se pak v generátoru mění na energii elektrickou. Pokud se nám podaří v budoucnu zvládnout termojadernou fúzi, bude uvolněná tepelná energie pravděpodobně také pohánět parní turbínu. Díky tepelné účinnosti bude asi polovina tepla vždy odcházet přímo či nepřímo do atmosféry. Z chladících věží elektráren odchází do atmosféry toto teplo prostřednictvím vodní páry, která je nejvýznamnějším skleníkovým plynem. Vyrobená elektrická energie se po spotřebování též změní v teplo ohřívající atmosféru.

Ještě dlužím klimatickým aktivistům a nadšencům do elektromobility svůj názor na takzvané obnovitelné zdroje energie a elektromobilitu. Tomu se budu věnovat podrobněji v následujícím (třetím) článku.