¿Es deseable la energía nuclear a largo plazo, dado que es una entrada de calor antinatural para nuestro planeta? [cerrado]

He estado reflexionando sobre si queremos energía nuclear a largo plazo (en comparación con las energías renovables como la eólica, la solar y la hidroeléctrica). Hay una cierta cantidad de calor (energía) que entra y sale de nuestro planeta. Los gases de efecto invernadero reducen la cantidad que sale, lo que hace que el planeta se caliente. La energía nuclear aumenta la entrada porque es energía que no se liberaría aquí sin nosotros. Pero la pregunta que hay que hacer es cuál es el significado de la entrada de energía de la energía nuclear. Digamos, por ejemplo, que la sociedad futura se alimentará completamente con reactores de fusión, la entrada de energía de estos reactores sería aproximadamente 10 22 julios/año (aproximadamente 20 veces el consumo mundial de energía en 2013). Podemos comparar con la entrada total de energía del sol, que es 10 25 julios/año. A partir de estos números, la entrada de energía nuclear sería aproximadamente el 0,1% de la entrada solar total. ¿Es eso suficiente para perturbar el equilibrio energético de nuestro planeta y empeorar los síntomas del calentamiento global?

La energía nuclear es, de hecho, una solución eficiente al calentamiento global. Compare esto con otros métodos, por ejemplo, la quema de combustibles fósiles. ¿Qué te hace pensar eso?
La energía nuclear no es menos natural que la quema de combustibles fósiles. Ambos aceleran la liberación de energía ya almacenada por nuestro planeta. Uno aumenta la tasa de fisión de tu 235 mientras que el otro acelera la descomposición química de los compuestos de carbono de cadena larga. Ninguno agota significativamente la energía almacenada por el planeta, pero la quema de combustibles fósiles aumenta significativamente los niveles atmosféricos de C O 2 ,
No estoy comparando la energía nuclear con los combustibles fósiles, estoy comparando la energía nuclear con las energías renovables (sol, viento, hidro, etc., cuya fuente de energía es el sol cerca del momento de la recolección de energía).
Debe editar su pregunta para dejar en claro cuál es su pregunta.
@XcoderX ¿Eficiente en qué sentido?
@XcoderX, la eficiencia siempre se expresa como una relación . A menudo, como una relación entre el costo de una forma ideal de hacer algo y el costo de una forma práctica de lograr lo mismo. ¿Qué costos estás comparando? Se vuelve interesante (y desafiante) cuando trata de tener en cuenta el costo de extraer los combustibles del suelo, el costo de procesar los combustibles, los costos de transporte, los costos de construcción, los costos de operación, los costos asociados con accidentes inevitables, el costo de tratar con los productos de desecho, las consecuencias para la salud pública, etc., etc., etc.
Has aumentado nuestro consumo de energía actual por un factor de 20, lo has hecho todo fusión, y has encontrado que incluso entonces, es una milésima parte de la entrada de energía del Sol. Si esto es un problema, es un problema que deben resolver los hijos de los hijos de nuestros hijos. "Deja de desear la mala suerte y de tocar madera".
@CedricEveleigh Si desea una preocupación adicional probablemente innecesaria: ¿cuál sería el impacto de extraer una gran cantidad de energía del viento y las corrientes de agua? Esto no agrega energía "nueva" al sistema, pero uno podría concebir que a una escala lo suficientemente grande esto cambia el clima con un impacto ecológico significativo. Ciertamente, represar ríos hace esto en pequeña escala. La recolección de energía solar aumenta potencialmente la energía en el sistema al absorber la luz visible que se irradiaría fácilmente y convertirla en infrarrojo (eventualmente) que se atrapa más fácilmente.
Los reactores de fisión natural ocurren... en.wikipedia.org/wiki/Natural_nuclear_fission_reactor
@Derek Elkins: Las instalaciones solares mal diseñadas también le quitan la luz solar a las plantas.
Vale la pena señalar que la quema de cosas para generar energía liberará aproximadamente la misma cantidad de calor adicional que la energía nuclear y al mismo tiempo arrojará toneladas de gases de efecto invernadero a la atmósfera (a menos que su 'cosa' sea hidrógeno). Entonces, si bien la energía nuclear es, por supuesto, estrictamente peor que la energía 100% renovable, sigue siendo una opción mucho mejor que cualquier tipo de fuente de generación de combustibles fósiles.
@aroth, supongo que se podrían hacer los mismos argumentos para la energía de las mareas y la eólica. Un número suficiente de molinos de viento afectará el clima, y ​​un número suficiente de barreras contra las mareas hará que la luna se salga de su eje más rápidamente o afectará a las placas tectónicas.
Una interpretación interesante de esta pregunta , basada en la observación de que el uso de energía y el crecimiento económico están vinculados entre sí y que las personas se han condicionado a esperar que el crecimiento económico se comporte exponencialmente.

Respuestas (6)

Hay un equilibrio entre la entrada de calor y la pérdida de radiación al espacio. Para mantener este equilibrio, si aumenta la entrada en un 0,1%, debe hacer lo mismo con la salida. Aproximando la tierra a un cuerpo negro, la energía que irradia es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura. Por lo que la temperatura tendría que aumentar en un 0,025%. Eso es menos de una décima de grado, lo que no parece muy significativo.

Acabo de calcular un aumento de temperatura requerido de 0.3C, que no está muy lejos de su resultado y no es mucho. Tendría curiosidad por ver sus cálculos/suposiciones.
Tomé su valor de 0,1% de aumento en la calefacción. Utilizando el hecho de que la energía total radiada por los cuerpos negros es proporcional a la cuarta potencia de su temperatura, y el hecho de que, para pequeñas X , ( 1 + X ) 4 = 1 + 4 X , llegué a un cuarto de 0,1%, o 0,025% para el aumento de temperatura. Para una temperatura superficial promedio de 300 K, eso sería alrededor de 0,07 K.
Cometí un error en mi cálculo anterior. El aumento de temperatura es de hecho 0,07 K. Gracias.
Esta respuesta es elegante y concisa, pero mi preocupación es que parece demasiado idealizada para un sistema tan complicado. Por ejemplo, no tiene en cuenta los cambios en la emisividad debido al albedo de la Tierra o los gases de efecto invernadero, y asume que la temperatura de la Tierra es uniforme y constante. Estas omisiones significan que ignoraría efectos como los gases de efecto invernadero y la oblicuidad del eje de la Tierra que se ha demostrado que tienen un efecto significativo en la temperatura global, por lo que no estoy seguro de qué tan precisa sería su predicción para la pregunta del OP.

La respuesta es "No", y aquí está la explicación cualitativa. El Efecto Invernadero no se trata de una entrada de energía adicional en la superficie de la Tierra, ni se trata de reducir la producción térmica. Se trata de surgencias .

En el modelo de cuerpo negro estático, libre de océanos: considere un sensor en el espacio profundo que mira hacia atrás a la Tierra, un cuerpo negro que irradia en el infrarrojo: no ve la superficie, ve una profundidad de 1- profundidad óptica hacia la atmósfera, y es ese trozo de atmósfera que está a la temperatura de cuerpo negro correcta para equilibrar la entrada de energía. A medida que penetra más profundidades ópticas en la atmósfera, se vuelve más caliente, hasta la superficie, donde es más caliente.

Entonces, la superficie es la más caliente, irradia isotrópicamente, con transferencia de energía a regiones más frías arriba, que hacen lo mismo, y así sucesivamente. Los procesos se conocen como afloramiento y transferencia radiativa.

La adición de gases de efecto invernadero aumenta la óptica de la atmósfera, elevando así la temperatura de la superficie sin cambiar la entrada o salida de energía.

Esa es una buena respuesta saludos me gusta eso.
Esto explicaría el efecto invernadero, pero el mecanismo de calentamiento que se propone aquí es algo muy diferente: es un impulso directo del sistema climático por una entrada de energía a la atmósfera que se genera en la superficie. Entonces, simplemente explicar el mecanismo del efecto invernadero no responde a la pregunta de qué le hará al sistema un impulso directo , un cambio en la entrada. Como dijo @Ben, la entrada debe equilibrar la salida, por lo que la salida debe aumentar. Esto significa que la capa que mencionas tiene que hacerse más grande o más caliente, o ambas cosas, y eso significará que las capas de abajo estarán más calientes.
Esto no responde a la pregunta (excepto por la parte "No", pero la explicación no tiene nada que ver con esto). El interlocutor no pidió una (de las muchas posibles) explicaciones del Efecto Invernadero.
@The_Sympathizer Me refería a la declaración del OP: "Los gases de efecto invernadero reducen la cantidad [de energía] que sale, lo que hace que el planeta se caliente", lo que sería un estado de desequilibrio permanente. Un buen caso es Venus a 0,72 AU, obtiene el doble de energía solar, por lo que la profundidad óptica superior debería ser un 20% más cálida que la Tierra, pero la superficie es 860F.

De acuerdo con esta fuente , la radiación solar total de la Tierra varía, bastante convenientemente, en aproximadamente un 0,1% durante los ciclos solares de una década. Dado que el clima es muy difícil de predecir con precisión, desafortunadamente no puedo encontrar un consenso generalizado sobre cuánto afecta esto al clima (aunque no soy un científico del clima, por lo que es muy posible que una búsqueda rápida no produzca). Sin embargo, parece probable que estos ciclos solares hayan existido durante mucho más tiempo que el cambio climático provocado por el hombre. Entonces, a primera vista, diría que un aumento del 0,1% en la entrada de calor a la Tierra no sería un problema demasiado grande.

EDITAR: Para abordar la preocupación del OP de que los ciclos involucrados en el ciclo solar tienen una vida demasiado corta para hacer una predicción válida, investigué un agujero de conejo de la ciencia del clima y aprendí sobre los ciclos de Milankovitch. Esencialmente, la oblicuidad del eje de la Tierra, su precesión y la excentricidad de la órbita de la Tierra alrededor del Sol varían en ciclos largos (decenas de kYr). Sin embargo, solo la excentricidad cambia la insolación total anual de la Tierra, según esta fuente , en aproximadamente un 0,167 %.

Entonces, ahora tenemos un ciclo de insolación de muy larga duración con el que podemos comparar y obtener (con suerte) resultados más precisos. Ese mismo pdf compara útilmente una transformada de Fourier de tiempo corto de la temperatura global promedio con STFT de otros datos, a saber, oblicuidad, excentricidad, precesión e insolación a 65 N en julio.

En el pdf, muestran que el STFT de excentricidad de hecho coincide con el de temperatura para ciertas frecuencias. Entonces, uno podría verse tentado a concluir que el cambio de 0.167% en la insolación total causada por la excentricidad fue responsable de la 12 ∘ C fluctuaciones en la temperatura media de más de 800 kYr, ¡lo que sin duda es una cantidad preocupante! Sin embargo, hay muchos otros factores en juego, ya que la oblicuidad también muestra una fuerte correlación con la temperatura, aunque no afecta la insolación global, al igual que la insolación a 65 N en julio. Por supuesto, todo esto se debe al hecho de que el clima de la Tierra es muy caótico e interconectado. Por ejemplo, es más probable que una insolación más baja a 65 N produzca hielo que en latitudes más bajas, lo que conduce a un albedo más alto y a muchos otros efectos en cascada.

La conclusión de esto es que es bastante difícil saber de manera concluyente qué sucedería si los humanos arrojaran un 0,1% adicional del calor total al medio ambiente sin hacerlo realmente. Sin embargo, hay procesos naturales que cambian el calor arrojado al medio ambiente en cantidades comparables, por lo que no tiene precedentes (aunque las escalas de tiempo involucradas son obviamente muy diferentes). Creo que también es importante señalar que 20 veces el uso de energía en 2013 es una estimación muy extrema, por lo que los efectos en la vida real probablemente serían significativamente más leves de lo que parece en esta publicación.

Suena como una buena comparación con el mismo porcentaje, pero dudo de la validez de comparar el efecto de un cambio fluctuante en la entrada de calor (con un ciclo corto de 10 años) con un cambio constante en la entrada de calor en el clima terrestre.
Cierto, pero dada la complejidad del clima, diría que es difícil obtener mucho más que una comparación imperfecta. Además, diría que 20 veces el consumo mundial de energía en 2013 es una estimación muy extrema; eso requeriría una población de 10 mil millones para consumir cada uno casi 4 veces el consumo per cápita actual de los EE. UU., aunque ese número en realidad ha ido disminuyendo.
A largo plazo nos estamos deslizando hacia una edad de hielo. Cualquier herramienta que pueda retrasar eso debería ser bienvenida en el arsenal mundial. en.wikipedia.org/wiki/Ice_age#Glacials_and_interglacials detalle del presente en.wikipedia.org/wiki/File:Holocene_Temperature_Variations.png .
@elduderino Esos son buenos puntos. 20x es una estimación aproximada de hecho.
El efecto invernadero es 1/2000 veces más calentamiento para el planeta que el nuclear.
@elduderino Con la edición que agregaste, si pudiera marcar dos respuestas como la respuesta aceptada, ¡marcaría la tuya también! Gracias por desenterrar esa información.

La nuclear asciende a =0,005 W/m2, la mayor parte no es térmica, es luz, frigoríficos y accionamientos mecánicos.

Un cambio de CO2 de 280ppmv a 410ppmv atrapa alrededor de 2 W/m2.

El efecto invernadero es de 1000 a 2000 veces más calentamiento para el planeta que el nuclear. La eficiencia térmica de una central nuclear convencional ronda el 33%, las de turbina de gas rondan el 60%. La eficiencia de descomposición de los residuos es casi cero.

En ciencias ambientales, miden los Sistemas Económicos Globales de energía y química:

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Toda la nuclear antes de Fukushima hizo 2500.000 GW/h. es el 11 por ciento de las necesidades energéticas humanas.

la tierra tiene 510.1 millones de KM2, multiplique por 1mn para tener el numero en metros.

2500.000.000.000Wh / 510.000.000.000.000 m2 = 2500 / 510.000 =0,005 W/m2

el sol nos da 10.000 veces más que toda la energía que producimos, y nuestra energía se utiliza principalmente para accionamientos de máquinas, televisión, comunicaciones e iluminación.

Los demás dieron el factor más relevante de la ecuación, que son los gases de efecto invernadero.

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"El efecto invernadero es 1/2000 veces más calentamiento para el planeta que el nuclear". ¿Estás diciendo que la energía nuclear es 2000 veces más que el efecto invernadero? La fracción es un poco confusa.
1000 o 2000... veces

¿Por qué la energía nuclear de los elementos inestables no se convertiría en calor sin que nosotros lo reaccionemos en cadena y lo usemos primero como electricidad?

Los isótopos radiactivos también emiten calor espontáneamente a medida que se descomponen en elementos más estables de forma natural.

Sería interesante ver una estimación de cuánta energía es generada por la desintegración radiactiva espontánea de todos los elementos en toda la tierra como sistema. Me sorprendería mucho si nuestra producción nuclear se acercara a la cantidad total de energía de todos los átomos en descomposición en la corteza y los núcleos terrestres (pero no tengo ninguna fuente para eso).

En su primer punto, el proceso natural de descomposición de 235 tu a 207 PAGS b libera mucha menos energía que la fisión de 235 tu en un reactor nuclear o bomba nuclear en elementos mucho más pequeños
@Henry: Sí, eso suena razonable. Pero la pregunta es sobre el efecto total sobre la Tierra como sistema. Me pregunto qué tan grande es la masa de 235 tu necesitaría fisionarse para emitir incluso el mismo orden de magnitud que la energía natural emitida por la masa de elementos radiactivos que se descomponen espontáneamente y no podemos hacer nada al respecto.

Todas las otras fuentes de energía conocidas, incluidas la energía solar y eólica, producen calor residual adicional en el planeta que, de otro modo, se perdería. Todas las necesidades energéticas humanas están agregando pequeñas cantidades adicionales de energía: la energía nuclear no es especial.

La energía nuclear es "especial" en el sentido de que no es tan eficiente como la solar. La energía nuclear produce enormes cantidades de calor residual durante la "producción" de energía, similar a los fósiles. Las células solares casi no producen calor residual.
¿Es deseable la energía nuclear a largo plazo, dado que es una entrada de calor antinatural para nuestro planeta? [cerrado]
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