Про утилизацию солнечных панелей

Когда речь заходит про солнечную энергетику (ветряки, электромобили) кто-нибудь да задаст вопрос "А как вы собираетесь утилизировать отработавшие солнечные панели (лопасти ветряков, аккумуляторы электромобилей)?". И вот, я решил проделать вычисления на тему проблемы утилизации солнечных панелей.

В интернете нашёл, что некоторая конкретная солнечная панель на 500 Вт весит 23 кг, срок службы 30 лет.
Солнечная панель выдаёт энергию где-то 1000 часов в год – это в Нью-Йорке или Германии (в Техасе или Калифорнии побольше будет). То есть, 500 Вт – это 500 кВт*ч в год. За 30 лет будет 15 МВт*ч. С учётом деградации 20% будет меньше – 13,5 МВт*ч.
Значит, солнечная энергетика производит 1,7 кг отходов на 1 МВт*ч электричества.

А что по углю? 1 кг угля даёт 7000 ккал тепловой энергии (условное топливо) или 8,167 МВт*ч на тонну. Зольность угля порядка 15% в среднем (у антрацита меньше, у бурого угля больше). Выходит 8,167 МВт*ч и 150 кг золы. Значит, угольная энергетика производит 18,4 кг золы на 1 МВт*ч тепловой энергии. Если пересчитать на электричество, то нужно умножить минимум на 2, то есть, будет 36 кг на 1 МВт*ч.

Итого:
Солнечная энергетика – 1,7 кг отходов панелей на МВт*ч.
Угольная энергетика – 36 кг золы на МВт*ч.

Можно сказать, что проблема утилизации солнечных панелей сильно преувеличена. Угольное электричество производит на порядок больше отходов, и это мало кого беспокоит. Возможно, проблемы есть в других местах, например, при производстве солнечных панелей, но в утилизации старых, отработавших панелей каких-то особенных проблем точно нет. В крайнем случае их можно просто складывать в большие кучи, как это сейчас делается с угольной золой.

Вывод: всё познаётся в сравнении, математика рулит.

Перспективы добычи калия из морской воды

Калий – важное удобрение, одно из трёх (N, P, K). Мне как-то подумалось: а что если добывать его из морской воды?

В тонне морской воды содержится 0,4 кг калия. Чтобы добыть калий, нужно убрать воду. Википедия пишет, что стоимость опреснённой воды может быть 0,4 доллара за кубометр. Получается, 1000 долларов за тонну калия. Разумеется, удаление воды и получение опреснённой воды – это две разные вещи, но порядок цифр примерно такой.

Теперь нужно пересчитать на хлорид калия. 40 грамм калия соответствуют 75,5 грамм хлорида калия. Тогда тонна хлорида калия будет стоить порядка 530 долларов.

Цена хлорида калия на мировом рынке удобрений – порядка 400 долларов за тонну (меняется туда-сюда со временем, зависит от места). То есть, "морской" калий довольно близко подобрался по цене к "обычному" и представляет риск конкуренции для него.

Вывод-прогноз. По мере развития технологий начнут добывать калий из морской воды. Впрочем, из Мёртвого моря уже добывают. "Морской" калий будет давить ценой на "обычный". В результате может произойти перераспределение доходов у производителей калийных удобрений.
Ещё есть слухи о разработке "potassium selective membrane", например Selective electrodialysis process for the separation of potassium: Transmembrane transport of ions in multicomponent solution systems. Если это пойдёт в массы, то потрясения в нише удобрений будут практически неизбежны.
Заметно станет лет через 5-15, как мне кажется. Это к вопросу о долгосрочных инвестициях.

Солнечное будущее. Мнение об экономических последствиях развития фотовольтаики

Солнечная энергетика развивается и продолжает наращивать объёмы. Что будет дальше?

У энергии солнца есть особенность – это сезонность. Летом много, зимой мало. Чтобы сгладить эту неравномерность, можно запасать энергию летом, хранить её полгода и тратить зимой. Но есть и другой способ – установить побольше солнечных панелей, чтобы их хватало зимой. Похоже, это будет дешевле, чем хранить энергию полгода, учитывая цены на фотовольтаику и аккумуляторы, а также их динамику – фотовольтаика дешевеет быстрее, чем аккумуляторы.

В таком случае летом образуется избыток солнечной энергии, которую нужно куда-то девать. Поначалу это приведёт к нулевым ценам на энергию летом, Потом избыточную энергию научатся перерабатывать в энергоёмкие продукты. Например, бензин, азотные удобрения или алюминий. Тогда этих продуктов станет много, и стоить они будет недорого.

Другая особенность солнечной энергии – это доступность в любой точке планеты и отсутствие её концентрации (по сравнению, например, с месторождениями угля). Значит, энергоёмкие производства могут быть в любом месте, соответственно, и рабочие места. Это, вероятно, приведёт к некоторому уменьшению привлекательности мегаполисов.

Таким образом, ожидаю, что в будущем топливо, азотные удобрения станут дешевле, а интерес людей к мегаполисам снизится. Дело за малым – научиться производить солнечные панели без использования ископаемого топлива. День, когда запустят первый завод по производству солнечных панелей, работающий от возобновляемой энергии (solar breeder), можно будет считать началом новой энергетической эры.

Гипотеза о вычислительной сложности алгоритмов.

Пусть есть задача (проблема) размера N. Пусть также существует (известен) алгоритм (метод, способ) решить эту задачу за время O(N*N), и существует способ проверки корректности решения за время O(N).
Тогда существует алгоритм решения этой задачи за время O(N*logN).

Пример 1. Сортировка массивов. Существует алгоритм сортировки за время O(N*N). Корректность работы алгоритма сортировки можно проверить за время O(N). Следовательно, существует алгоритм сортировки за время O(N*logN).

Пример 2. Перемножение длинных (больших) целых чисел (миллионы цифр). Их можно перемножить за время O(N*N). Результат можно проверить за время O(N) с некоторой заранее заданной достоверностью, например, 0,999999... . Следовательно, существует алгоритм перемножения чисел за время O(N*logN).

Есть ли контрпримеры? Ищу их.

Какие перспективы у электрических самолётов на солнечных батареях?

Для оценки перспектив сравним самолёт на фотовольтаике с электрическим самолётом на аккумуляторных батареях.

Аккумуляторы:
Запас энергии – порядка 250 Вт*ч на кг.
Удельная мощность зависит от скорости разряда аккумуляторов, которая в общем случае может быть любой. При токе разряда 1C аккумулятор разрядится за 1 час, это же означает, что самолёт будет летать 60 минут. При токе 10C аккумулятор разрядится за 6 минут, но тогда и самолёт будет летать 6 минут. Летая со скоростью звука, за 6 минут он пролетит 108 км, такое расстояние вряд ли интересно для авиапассажиров. Значит, можно считать, что скорость разряда будет не выше 4C, соответственно, удельная мощность – 1000 Вт на кг (250 Вт*ч за 15 минут) или меньше.

Фотовольтаика:
Запас энергии – неограничен, пока светит Солнце.
Удельная мощность – сообщают о 44 Вт на грамм. Скорее всего, фотовольтаику придётся куда-то крепить – квадратный метр сотового поликарбоната 4 мм весит 0,5 кг. Получается, 250 Вт на 0,5 кг или 500 Вт/кг.

Вывод:
По удельной мощности (Вт/кг) фотовольтаика сравнима с аккумуляторами, а по удельной энергии (Дж/кг) превосходит их. Перспективы электросамолётов на солнечных батареях выглядят не хуже таковых для аккумуляторных самолётов. Возможно, солнечные самолёты займут свою нишу, например, для дальних перелётов.