Ennek a háromrészes posztban Mark P. Millis a HartEnergy oldalán megjelent írását szemlézzük, amely az akkumulátorokban rejlő lehetőségeket és a velük járó, főleg fizikai okokra visszavezethető határokat tárgyalja. Az első részben azt vizsgáltuk, hogy vajon milyen nagy mennyiségben kellene akkumulátorokat előállítani ahhoz, hogy ténylegesen ki tudjuk küszöbölni a fosszilis energiaforrásokra alapozott energia- és áramtermelést, nagyrészt megújuló erőforrásokon alapuló áramtermelést felhasználva. A második részben az előállítandó mennyiségű akkumulátorok tényleges gyártásának költségeit, nyersanyag kitermelést, feldolgozást, szállítást, a gyártás energiaigényét is figyelembe véve.

A mostani részben azt vesszük górcső alá, hogy az első két részben felmért fizikai határokat vajon milyen mértékben és milyen sebességgel tudjuk kitolni ahhoz, hogy az akkumulátorok használata tényleges megoldásként jöhessen szóba, ne csak hipotetikus megoldás maradjon.

A megújuló energiaforrások realitásának határait figyelmen kívül hagyva a zöld energia forradalom mellett elkötelezettek szerint további technológiai áttörések várhatók, sőt magától értetődők vagy elkerülhetetlenek lesznek. Ennek az a legfőbb oka, a szószólók szerint, mert az energia cégek is hasonló utat fognak majd bejárni, mint pl. a számítógépekkel, informatikával vagy telekommunikációval foglalkozó cégek. Vagyis előbb vagy utóbb, de megjelenik majd a zöld energia Amazon vagy Apple formátumú cége a piacon, hogy a régóta várt forradalmat elindítsa.

A Moore's Law miatti téves elvárások

A fenti elvárások abból az elképesztő fejlődésből táplálkoznak, amelyet a szilícium alapú technológiák mutattak az elmúlt néhány évtizedben, és amely fejlődést oly kevesen jósoltak meg pontosan. Ennek köszönhetően bármiféle aggódó megjegyzést, miszerint a nap-vagy szélenergia vagy az akkumulátorok ára túl magas, könnyen elhallgattatnak, hiszen ez mennyire hasonlít azokhoz a gyakran idézett mondatokhoz 1980 környékéról, miszerint az átlagos állampolgár soha nem lesz képes magának számítógépet venni. Vagy összevetni az 1984-es piaci elemzéseket — ekkor jelent meg a világ első mobil telefonja, amely egy több mint egy kilós "tégla" készülék volt kevesebb mint 30 percnyi beszélgetési idővel — azzal a ténnyel, hogy ma több, mint egy milliárd magánszemélynek van mobil telefonja.

A mai okostelefonok nemcsak sokkal olcsóbbak, de sokkal többre is képesek, mint egy egész szobányi IBM szuperszámítógép 30 évvel ezelőtt. Ez az átalakulás annak köszönhető, hogy a tranzisztorok méretét és energiaéhségét folyamatosan csökkenteni tudtuk, és emiatt a készülékekbe tehető tranzisztorok számát másfél-két évente meg tudtuk duplázni az elmúlt három évtizedben — a híres Moore's Law szerint, ami az Intel egyik alapító tagja, Gordon Moore nevét viseli.

Az ilyen típusú fejlődés összeadódó hatása forradalommal ér fel. Az elmúlt 60 év alatt a Moore's Law-nak "köszönhetően" a mikroprocesszorok áramköreinek hatékonysága energiafelhasználás nagyjából milliárdszorosára növekedett. Egy hasonló fejlődés az energetikában, vagyis abban, hogyan állítjuk elő és tároljuk az energiát, nem csak valószínűtlen, de egyenesen ellentétes a ma ismert fizika törvényeivel.

Az emberek, autók, repülők és más nagyméretű ipari rendszerek esetében akárhányszor szeretnénk egy dolog sebességét vagy terhelési kapacitását növelni, az anyagok alapuló mérnöki megoldás rendszerint nőni fog, nem zsugorodni. Az ahhoz szükséges energia, hogy egy tonna "embert" elvigyünk egyik helyről a másikra, hogy egy tonna acélt vagy szilíciumot megolvasszunk, hogy egy tonna élelmiszert megtermeljünk a természettudományok által leírt paraméterektől és törvényektől függenek, olyanoktól mint pl. a tömeg, térfogat, tömegvonzás, inercia, súrlódás és termodinamika.

Ha a belső égésű motorok, például, olyasfajta nagyságrendi fejlődésen tudnának keresztül menni, mint a számítógépek tették azt 1971 óta — az Intel által bevezetett első, széles körben használt 4004-es mikroprocesszorának bevezetésének időpontja —, akkor egy autó motorja ezerszer több lóerőt lenne képes előállítani, miközben csak egy hangya nagyságát érné el. Egy ilyen motorral az autó valószínűleg repülni is tudna, nagyon gyorsan.

Ha a napelemek is a Moore's Law alapján fejlődnének, akkor mára egy bélyeg nagyságú napelem képes lenne az Empire State Building teljes elektromos fogyasztását előállítani. Ha az akkumulátorok is így fejlődnének, akkor egy könyv nagyságú akku, amely csak 3 dollár centbe kerülne (nagyjából 10 forintba) és egy Airbus A380 repülőt tudna energiával ellátni bármelyik Ázsiai célállomásáig.

A valóságban viszont...

De csak a képregények világában működik a fizika, a meghajtás és az energiatermelés a fenti elvárások szerint. A tényleges fizikai világban az energia termelés és tárolás növelése pont fordítva működik.

Egy hangya méretű motor — amelyet ténylegesen meg is építettek — kb. százezerszer kevesebb lóerőt produkál mint egy Prius. Egy hangya méretű napelem (ami megint lehetséges) kb. ezerszer kevesebb energiát termel, mint a hangya biológiai alapú izmai. Abban a kerozinban rejlő energia, amellyel most egy Airbus A380-as eljut egy Ázsiai célhoz, kb. 60 millió dollárnyi Tesla akkumulátorokban férne el, amik összesen ötször olyan nehezek lennének, mint a repülőgép maga.

Annak a technológiai kihívásnak, hogy a lehető legkevesebb energiát használjuk fel a lehető legkisebb méretű elektronikai egységben semmiféle vonatkozása nincs azzal kapcsolatban, hogy hogyan állítjuk ezt az energiát elő vagy hogy miképpen szállítunk vagy formálunk meg egy anyagot. Ez a két terület más típusú fizikai törvények szerint működik.

A logikai rendszerben egy bináris (igen vagy nem, 1 vagy 0) információt kell tudni, tárolni vagy megváltoztatni. A logikai "motor" nem hoz létre atomszintű tényleges fizikai elmozdulást (a hőmérséklet emelkedésből fakadótól eltekintve), hanem egy logikai állapotot manipulál. A hétköznapi motorokhoz képest egy mikroprocesszor képes például szoftver szinten, megfelelő matematikai eljárásokkal, a feldolgozandó információt csökkenteni, amivel ismét az energiafelhasználást tudjuk csökkenteni. Hasonló következmények nélküli "feladat összenyomási" megoldások nem léteznek az emberek és használati eszközök világában.

Persze, a szélturbinák, napelemek és akkumulátorok tovább fognak fejlődni mind költségek csökkenése, mind a megtermelt vagy tárolt energia növekedése szempontjából. Hasonlóan, ahogy a fúrótornyokhoz és belső égésű motorokhoz is tették és fogják még tenni. Ezt a fejlődést a szilícium-völgyi fejlesztésekkel megspékelve érdemleges, akár drámai fejlődést is várhatunk az anyagi világban az anyagmozgatáshoz, gyártáshoz és energiafogyasztáshoz kapcsolható hatékonyság növelésében. De ez a fejlődés nem lesz összehasonlítható azzal a csodával, amit az integrált áramkörök feltalálása, a kőolaj feldolgozás kialakulása vagy az atomenergia felfedezése okozott.

.........................

Mark P. Millis végkövetkeztetése szerint az akkumulátorokon alapuló energia tárolás nem tudja biztosítani a világ energiaigényéhez mérhető energiatárolási igényeket a fizikai határok és törvények miatt. Mivel az akkumulátorokon alapuló energia tárolás szerves része a megújuló energiaforrásokon alapuló energiatermelés jövőjének, az utóbbi sem életképes a jelenlegi felállásban.