พลังงานน้ำขึ้นน้ำลงไม่ใช่พลังงานหมุนเวียน

• การจัดให้การผลิตไฟฟ้าจากน้ำขึ้นน้ำลงเป็นพลังงานหมุนเวียนเป็นความเข้าใจผิด และหากเก็บเกี่ยวในขนาดใหญ่ อาจก่อ ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมร้ายแรงยิ่งกว่าเชื้อเพลิงฟอสซิล
• น้ำขึ้นน้ำลงเกิดจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์และดวงอาทิตย์กับการหมุนของโลก โดย ส่วนโป่งจากน้ำขึ้นน้ำลง (tidal bulge) แทบจะคงที่เมื่อเทียบกับเทหวัตถุเหล่านั้น และสร้างทอร์กเบรกต่อการหมุนของโลก
• การเบรกนี้ทำให้พลังงานการหมุนของโลกสูญเสียไป ส่งผลให้วันยาวขึ้น และในช่วง 400 ล้านปีที่ผ่านมา จำนวนวันในหนึ่งปีลดลงจากประมาณ 420 วันเหลือ 365 วัน
• หากตอบสนองความต้องการพลังงานทั่วโลกเพียง 1% ด้วยพลังงานน้ำขึ้นน้ำลง โลกอาจถูกดวงจันทร์ ล็อกด้วยแรงน้ำขึ้นน้ำลง (tidal locking) ภายในราว 1,000 ปี
• เมื่อถูกล็อกด้วยแรงน้ำขึ้นน้ำลง ด้านหนึ่งจะมีแสงแดดถาวรและร้อนจัด อีกด้านจะมืดถาวรและหนาวจัด ทำให้สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่มีแนวโน้มสูญพันธุ์ (ระบบนิเวศล่มสลาย)

---

แรงจูงใจ (Motivation)

• เมื่อการตระหนักรู้เรื่องโลกร้อนจากการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลเพิ่มขึ้น พลังงานน้ำขึ้นน้ำลงจึงได้รับความสนใจในฐานะทางเลือก แต่พลังงานน้ำขึ้นน้ำลง ไม่ใช่พลังงานหมุนเวียน
  • การใช้พลังงานน้ำขึ้นน้ำลงอาจก่อปัญหาสิ่งแวดล้อมร้ายแรงกว่าโลกร้อน
• ในการนำเสนอในชั้นเรียนบัณฑิตศึกษาเมื่อปี 1990 ได้จัดให้พลังงานน้ำขึ้นน้ำลงเป็น พลังงานไม่หมุนเวียน และต้องเผชิญคำถามซ้ำ ๆ ว่า “การเก็บเกี่ยวพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงทำลายสิ่งแวดล้อมอย่างไร”
• เมื่อเว็บเบราว์เซอร์ Mosaic รุ่นแรกปรากฏในปี 1993 ได้เปิดเว็บไซต์ที่เกี่ยวข้อง แต่บริษัทกังหันน้ำขึ้นน้ำลงบางแห่งขอให้ลบหน้าเว็บ เพราะมองว่าเป็นผลเสียต่อธุรกิจ
  • ปัจจุบันเมื่อค้นหา "tidal energy" จะไม่พบหน้านั้น และยังมีหน้าเว็บจำนวนมากที่จัดพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงเป็น พลังงานหมุนเวียน ร่วมกับพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์

การเก็บรวบรวมพลังงานน้ำขึ้นน้ำลง (Collecting Tidal Energy)

• น้ำขึ้นน้ำลงคือการขึ้นลงของระดับน้ำทะเลเป็นคาบที่สังเกตได้ตามชายฝั่ง และพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงเป็น พลังงานน้ำประเภทหนึ่ง ที่แปลงปรากฏการณ์นี้เป็นไฟฟ้าเป็นหลัก

• วิธีเก็บรวบรวมหลัก

  • สร้างอ่างเก็บน้ำเทียมด้วยเขื่อนกั้นน้ำขึ้นน้ำลง (barrage) ให้น้ำทะเลไหลเข้าเมื่อน้ำขึ้น และใช้ความต่างระดับน้ำตอนน้ำลงหมุนกังหันผลิตไฟฟ้า
  • Tidal stream generator ขับกังหันด้วยพลังงานจลน์ของน้ำที่ไหล คล้ายกังหันลม โดยกระแสน้ำความเร็วสูงเกิดในจุดคอดอย่างช่องแคบหรืออ่าว
  • Dynamic tidal power สร้างเขื่อนยาวจากชายฝั่งออกไปในทะเล เพื่อสร้างความต่างระดับน้ำจากความต่างเฟสของน้ำขึ้นน้ำลง เหมาะกับพื้นที่ที่มีกระแสน้ำขนานชายฝั่งแรง เช่น จีนและเกาหลี

• โรงไฟฟ้าตัวอย่าง

  • โรงไฟฟ้าพลังน้ำขึ้นน้ำลงขนาดใหญ่แห่งแรกของโลกคือ Rance Tidal Power Station ในฝรั่งเศส ซึ่งเริ่มเดินเครื่องในปี 1966
  • โรงไฟฟ้าที่ใหญ่ที่สุดคือ Sihwa Lake Tidal Power Station ในเกาหลี ซึ่งเปิดในปี 2011 และผลิตไฟฟ้าได้ 254 เมกะวัตต์
  • หากไม่มีการกำกับดูแลที่เหมาะสม วิกฤตสิ่งแวดล้อมอีกครั้งย่อมหลีกเลี่ยงไม่ได้

หลักการเกิดน้ำขึ้นน้ำลง (How Are Tides Formed?)

• น้ำขึ้นน้ำลงเกิดจากการผสานกันของแรงโน้มถ่วงจากดวงจันทร์และดวงอาทิตย์กับการหมุนของโลก โดยแรงน้ำขึ้นน้ำลงกระทำต่อโลกทั้งสองด้าน ดึงน้ำทะเลให้เกิด ส่วนโป่งจากน้ำขึ้นน้ำลง
  • ส่วนโป่งนี้แทบหยุดนิ่งเมื่อเทียบกับดวงจันทร์และดวงอาทิตย์ และเมื่อโลกหมุน ผู้สังเกตจึงประสบกับการเปลี่ยนแปลงของระดับน้ำทะเลเป็นคาบ

• ฟิสิกส์ของแรงน้ำขึ้นน้ำลง

  • ความแตกต่างระหว่างแรงโน้มถ่วง (กฎความโน้มถ่วงสากลของ Newton) กับแรงหนีศูนย์กลางจากการโคจรคือ แรงน้ำขึ้นน้ำลง (tidal force)
  • มวลด้านในฝั่งดวงอาทิตย์มีแรงโน้มถ่วงมากกว่าแรงหนีศูนย์กลาง จึงเกิดส่วนโป่งด้านใน ส่วนมวลด้านนอกมีแรงหนีศูนย์กลางมากกว่า จึงเกิดส่วนโป่งด้านนอก
  • สิ่งนี้คือ solar tide (น้ำขึ้นน้ำลงจากดวงอาทิตย์) และดวงจันทร์ก็สร้างแรงน้ำขึ้นน้ำลงในลักษณะคล้ายกันจนเกิด lunar tide
  • เพราะดวงจันทร์อยู่ใกล้กว่าดวงอาทิตย์ น้ำขึ้นน้ำลงจากดวงจันทร์จึงมีขนาดใหญ่กว่า และเมื่อโลก ดวงจันทร์ และดวงอาทิตย์เรียงเป็นเส้นตรง จะเกิดน้ำขึ้นน้ำลงที่ใหญ่ที่สุดคือ king tide

การชะลอการหมุนของโลก (Decelerating Earth)

• ความเร็วการหมุนของโลกกำลังค่อย ๆ ลดลง ซึ่งเปรียบได้กับเบรกของรถยนต์
  • ความสัมพันธ์จากแรงเสียดทานระหว่างจานที่กำลังหมุน (= โลกที่หมุนรอบตัวเอง) กับผ้าเบรกที่หยุดนิ่ง (= ส่วนโป่งจากน้ำขึ้นน้ำลงที่หยุดนิ่ง)
• เมื่อโลกหมุนไปทางทิศตะวันออก ส่วนโป่งที่หยุดนิ่งจะเคลื่อนไปทางทิศตะวันตก และ ความหนืดของน้ำทะเล ทำให้เกิดแรงเสียดทาน (drag) ระหว่างกระแสน้ำกับพื้นทะเล ส่งผลให้การหมุนของโลกช้าลง
  • กลุ่มทวีปในซีกโลกเหนือส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของส่วนโป่ง ทำให้การชะลอเด่นชัดยิ่งขึ้น
• พลังงานการหมุนสูญเสียไปกับน้ำขึ้นน้ำลง จำนวนวันในหนึ่งปีจึงลดลง และสิ่งนี้พิสูจน์ได้จาก ปะการังฟอสซิล (fossil coral)
• tidal acceleration ที่โลกกระทำต่อดวงจันทร์ทำให้ดวงจันทร์ถอยห่างออกไป และมีส่วนต่อการชะลอการหมุนของโลกด้วย แต่ผลของมันคิดเป็นเพียงราว 4% ของการสูญเสียพลังงานทั้งหมด

การล็อกด้วยแรงน้ำขึ้นน้ำลง (Tidal Locking)

• ดวงจันทร์หันหน้าเพียงด้านเดียวเข้าหาโลกเสมอ ซึ่งเป็น tidal locking ที่เกิดจากผลของแรงน้ำขึ้นน้ำลง
• แรงน้ำขึ้นน้ำลงที่โลกกระทำต่อดวงจันทร์ก่อให้เกิดส่วนโป่งของแข็งบนพื้นผิวดวงจันทร์ที่ไม่มีน้ำ ทำให้ดวงจันทร์ยืดออกเป็นรูปคล้ายลูกอเมริกันฟุตบอล (solid tide)
  • ผลนี้ทำให้การหมุนของดวงจันทร์ช้าลงจนเหลือ 1 รอบต่อคาบการโคจร ทำให้ปลายด้านหนึ่งหันเข้าหาโลกอยู่เสมอ
• โลกเองก็ค่อย ๆ ชะลอลงและท้ายที่สุดจะถูกล็อกกับดวงจันทร์ โดยทั้งสองจะหมุนโดยหันหน้าเข้าหากันรอบจุดศูนย์กลางมวลร่วมในฐานะ binary system (ระบบคู่)

พลังงานการหมุน (Rotational Energy)

• วัตถุที่หมุนก็มีโมเมนตัมเชิงมุมและพลังงานการหมุนเช่นกัน และพลังงานการหมุนรวมของโลกอยู่ที่ประมาณ 2.138×10²⁹ Joules

• วิธีประมาณค่า

  • หากใช้สูตรโมเมนต์ความเฉื่อยของทรงกลมสม่ำเสมอจะได้ 9.696×10³⁷ kgm² แต่เนื่องจากภายในโลกหนักกว่าภายนอก ค่าจริงจึงเล็กกว่า
  • โมเมนต์ความเฉื่อยของโลกที่แม่นยำกว่า คือ 8.04×10³⁷ kgm²
  • เมื่อนำคาบการหมุน 23.93 ชั่วโมง (ความเร็วเชิงมุม 7.29×10⁻⁵ rad/s) มาใช้ จะได้พลังงานการหมุนรวม 2.138×10²⁹ J

เวลาที่เหลืออยู่ (How Much Time Left)

• เช่นเดียวกับเบรก พลังงานการหมุนของโลกถูกแปลงเป็นความร้อนและสูญเสียไปผ่านน้ำขึ้นน้ำลงกับแรงเสียดทานบนพื้นทะเล และเพราะมีจำกัด ในที่สุดก็จะหมดลง

• หลักฐานจากปะการังฟอสซิล

  • ยุคไซลูเรียน (444–419 ล้านปีก่อน) หนึ่งปีมี 420 วัน, ยุคดีโวเนียนตอนกลาง 410 วัน, ยุคคาร์บอนิเฟอรัสตอนต้น (350 ล้านปีก่อน) 385 วัน
  • ในช่วง 400 ล้านปีที่ผ่านมาไม่มีหลักฐานว่ามวลหรือวงโคจรของโลกเปลี่ยนแปลง ดังนั้นการลดลงของจำนวนวันจึงมีสาเหตุหลักจากความเร็วการหมุนที่ลดลง

• เวลาจนถึงการล็อกตามธรรมชาติ

  • จากพลังงานการหมุน 2.83×10²⁹ J เมื่อ 430 ล้านปีก่อน จนถึงปัจจุบันสูญเสียไป 6.92×10²⁸ J (เฉลี่ยต่อปี 1.73×10²⁰ J)
  • เนื่องจากแรงเสียดทานแปรผันตามกำลังสองของความเร็วสัมพัทธ์ จึงต้องคำนวณอย่างละเอียดโดยคำนึงถึงการชะลอ
  • อ้างอิงอัตราการสูญเสียในอดีต คาดว่าจะใช้เวลาประมาณ 10.468 พันล้านปี กว่าจะถูกดวงจันทร์ล็อกด้วยแรงน้ำขึ้นน้ำลงตามธรรมชาติ

ทำลายโลกภายใน 1,000 ปี (Destroy Earth in 1,000 Years)

• การเก็บเกี่ยวพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงจะเร่งการชะลอ และหากใช้พลังงานน้ำขึ้นน้ำลงตอบสนอง เพียง 1% ของการบริโภคพลังงานทั่วโลก โลกจะถูกล็อกกับดวงจันทร์ในประมาณ 1,000 ปี

• ฐานการคำนวณ

  • การบริโภคพลังงานทั่วโลกในปี 2013 อยู่ที่ประมาณ 5.67×10²⁰ J และเพิ่มขึ้นมากกว่า 2% ต่อปีในช่วง 50 ปีที่ผ่านมา ขณะที่อัตราการเติบโตของเศรษฐกิจโลกอยู่ที่ราว 3%
  • หากตอบสนอง 1% พลังงานการหมุนของโลกจะลดลง 5.67×10¹⁸ J ต่อปี
  • เมื่อแก้ค่า N ให้พลังงานรวมลดลงจนถึงค่าขณะถูกล็อก (2.32×10²⁶ J) จะได้ประมาณ 1031 ปี
  • เป็นการประมาณคร่าวมาก แต่แสดงให้เห็นว่าการชะลอการหมุนอาจเกิดขึ้นเร็วเพียงใด

บทสรุปสุดท้าย (In The End)

• ผลของแรงเสียดทานจากน้ำขึ้นน้ำลงคือการสิ้นสุดการหมุนของโลก โดยโลกและดวงจันทร์จะกลายเป็น ระบบคู่ ที่โคจรรอบจุดศูนย์กลางมวลเดือนละครั้ง ทำให้หนึ่งวันยาวเท่าหนึ่งเดือน
• ดวงจันทร์ถอยห่างออกไปปีละ 38.247mm จาก tidal acceleration ทำให้โมเมนต์ความเฉื่อยของระบบโลก-ดวงจันทร์เพิ่มขึ้นและการหมุนช้าลง ดังนั้นหนึ่งปีจะมีน้อยกว่า 12 เดือน
• หลังถูกล็อก หนึ่งวันจะยาวกว่าปัจจุบันมากกว่า 30 เท่า ด้านหนึ่งจะร้อนจัด อีกด้านจะหนาวจัด และความชันความกดอากาศขนาดใหญ่จะก่อให้เกิดกระแสน้ำแรงกับพายุขนาดมหึมา ทำให้ สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่อยู่รอดได้ยาก

การคาดการณ์ (Predictions)

• หนึ่งในการคาดการณ์จากความเข้าใจนี้คือ inner core super-rotation หรือการที่แกนในของโลกหมุนเร็วกว่าส่วนรวม

• หลักฐานจากคลื่นไหวสะเทือน

  • เมื่อเกิดแผ่นดินไหว คลื่น P (การเคลื่อนที่ตามทิศทางการเดินทาง) และคลื่น S (การเคลื่อนที่ตามขวางในแนวตั้งฉาก) จะแพร่กระจาย โดยคลื่น S ต้องอาศัยความเค้นเฉือนจึงไม่สามารถผ่านของเหลวได้
  • เพราะคลื่น S ผ่านแกนนอกไม่ได้ จึงอนุมานว่า แกนนอกเป็นของเหลว
  • แกนนอกที่เป็นของเหลวแยกการหมุน (decoupling) ของแกนในออกจากแมนเทิล ทำให้เมื่อแมนเทิลถูกดึงด้วยน้ำขึ้นน้ำลง แกนในไม่ชะลอลงด้วยความเร็วเดียวกันและจึงหมุนเร็วกว่า

• หลักฐานจากการสังเกต

  • Xiaodong Song และ Paul Richards แห่ง Lamont–Doherty Earth Observatory นำเสนอหลักฐานทางแผ่นดินไหววิทยาของการหมุนเร็วกว่า 0.4–1.8 องศาต่อปี
  • งานวิจัยอื่นประเมินการหมุนเร็วกว่าไว้ที่ 3 องศาต่อปี

ข้อสรุป (Conclusions)

• การใช้พลังงานน้ำขึ้นน้ำลงอาจก่อความเสี่ยงมากกว่าการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล และความต้องการพลังงานยังเพิ่มขึ้นต่อเนื่องจากการแพร่หลายของเครื่องจักรและโครงสร้างพื้นฐานประสิทธิภาพสูง
• หากพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงตอบสนองความต้องการนี้ อาจทำให้ พลังงานการหมุนของโลกหมดลงในเวลาประมาณ 1,000 ปี ซึ่งเร็วกว่าการสูญเสียตามธรรมชาติมาก
• เช่นเดียวกับเมื่อหนึ่งศตวรรษก่อนที่มีคนน้อยเชื่อว่าเชื้อเพลิงฟอสซิลทำให้โลกร้อน ปัจจุบันผู้คนจำนวนมากเข้าใจผิดว่าพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงเป็นทรัพยากรหมุนเวียนโดยไม่รู้ถึงความเสี่ยง
• เพื่อปกป้องโลก เราควรหลีกเลี่ยงการเก็บเกี่ยวพลังงานน้ำขึ้นน้ำลง และให้เวลาแก่คนรุ่นอนาคตในการพัฒนาแนวทางแก้ปัญหาที่ยั่งยืน (จำเป็นต้องหลีกเลี่ยงการเก็บเกี่ยวพลังงานน้ำขึ้นน้ำลง)

[GN⁺]

ความคิดเห็นบน Hacker News

• สมมติฐานที่สำคัญที่สุดของบทความนี้คือ การใช้พลังงานเพิ่มขึ้นปีละ 2% การเติบโตแบบเอ็กซ์โปเนนเชียลเช่นนี้จะดันขนาดพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงที่สังคมต้องการไปถึงระดับที่ไม่สมเหตุสมผล
  การใช้พลังงานได้เริ่มแสดงแนวโน้มแยกตัวออกจากอัตราการเพิ่มของประชากรหรือการเติบโตทางเศรษฐกิจแล้ว อีก 1,000 ปีข้างหน้าเราจะใช้พลังงานกันเท่าไร? การคาดการณ์ประชากรส่วนใหญ่เห็นว่าจะทรงตัวที่ประมาณ 15,000 ล้านคน แต่ถ้าสมมติในแง่ดีว่าอัตราการเพิ่มในปัจจุบันยังดำเนินต่อไป อีก 1,000 ปีข้างหน้าจะมีประชากรประมาณ 150 ล้านล้านคน
  และถ้าเติบโต 2% แต่ละคนเหล่านั้นจะใช้พลังงานมากกว่ามนุษย์ราวปี 2023 ถึง 20,000 เท่า แม้แต่เทคโนโลยีล่าสุดก็ยังสูญเสียพลังงานที่ใช้ไปประมาณ 80% ดังนั้นนี่หมายถึงการใช้พลังงานที่เป็นประโยชน์ต่อหัวสูงถึง 100,000 เท่า
  ดังนั้นฟิสิกส์ในหน้านี้จึงดูเป็นการทบทวนที่ดีว่าผลทบต้นของ การเติบโตแบบเอ็กซ์โปเนนเชียลที่ไร้การควบคุม สามารถพองตัวได้อย่างน่าทึ่งเพียงใด

  • นอกจากสมมติฐานที่ว่า “การใช้พลังงานเพิ่มขึ้นปีละ 2%” ยังมีสมมติฐานใหญ่อีกข้อหนึ่ง: สมมติว่าพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงที่สกัดออกมาเป็นการสูญเสียเพิ่มเติมจากพลังงานการหมุนที่โลกสูญเสียตามธรรมชาติ
    ตามบทความวิชาการ พลังงานน้ำขึ้นน้ำลงถูกสลายไปจากแรงเสียดทานระหว่างน้ำทะเลกับพื้นทะเล และพลังงานที่สลายไปนี้ถูกดึงออกจากพลังงานการหมุนของโลก อีกทั้งพลังงานการหมุนบางส่วนยังถูกส่งไปยังดวงจันทร์ ทำให้ดวงจันทร์ถอยห่างออกไป ตรงนี้ยังโอเค
    สมมติฐานข้อที่สองของผู้เขียนคือ หากใช้พลังงานน้ำขึ้นน้ำลง พลังงานปริมาณนั้นจะถูกดึงเพิ่มเติมออกจากการหมุนของโลก แต่จริง ๆ เป็นเช่นนั้นหรือ? พลังงานน้ำขึ้นน้ำลงที่มนุษย์สกัดออกมาอาจมาจาก “งบประมาณ” คงที่บางอย่าง และมีเพียงส่วนที่เหลือเท่านั้นที่สลายไปตามธรรมชาติก็ได้ กล่าวคือ ยิ่งมนุษย์ดึงมาใช้มาก พลังงานน้ำขึ้นน้ำลงที่สลายไปจากแรงเสียดทานระหว่างน้ำทะเลกับพื้นทะเลก็ยิ่งลดลง
    คล้ายกับพลังงานที่ไหลเข้าจากดวงอาทิตย์ เป็นปริมาณมหาศาลแต่หากไม่นับความผันผวนก็เป็นปริมาณคงที่ และเราทำได้เพียงใช้ส่วนหนึ่งของศักยภาพนั้น ไม่ได้ทำให้ปริมาณที่ใช้ได้ทั้งหมดเพิ่มขึ้น ส่วนที่มนุษย์ไม่ได้ใช้ก็ถูกดูดซับหรือแผ่ออกไปโดยกระบวนการธรรมชาติอื่น ๆ
    ผมไม่กล้าเดาว่าเป็นแบบไหน แต่คงน่าสนใจหากลองหาคำตอบว่าโมเดลใดถูกต้อง
  • ผมเอาลิงก์นี้มาโพสต์บน HN อยู่เรื่อย ๆ และครั้งนี้ก็ดูเหมาะมากเช่นกัน: “ใจความคือ หากเลือกอัตราการเติบโต 2.3% หรือเพื่อความสะดวกก็คืออัตราที่เพิ่มขึ้น 10 เท่าทุก ๆ 100 ปี จะไปถึงจุดเดือดภายในประมาณ 400 ปี”
    https://dothemath.ucsd.edu/2012/04/economist-meets-physicist...
  • บทเรียนที่ว่าการเติบโตในอัตราคงที่ หรือ การเติบโตแบบเอ็กซ์โปเนนเชียล ไม่สามารถดำเนินต่อไปได้อย่างไม่มีที่สิ้นสุด คือสารหลักของแนวคิด “ขีดจำกัดของการเติบโต” การเติบโตย่อมมีขีดจำกัดที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ และไม่ว่าการปฏิเสธเรื่องนี้จะสะดวกสบายเพียงใด มนุษย์ก็จะเสี่ยงอย่างมากหากเพิกเฉยต่อข้อเท็จจริงนั้น
    สมมติฐานที่ว่าการเติบโตทางเศรษฐกิจระยะยาวจะดำเนินต่อไปในอัตราคงที่นั้นฝังอยู่ในเศรษฐศาสตร์กระแสหลักและนโยบายเศรษฐกิจส่วนใหญ่ในปัจจุบัน แม้แต่ผู้ที่ดูเหมือนนอกกระแสอย่าง Thomas Piketty ก็ยังสมมติไว้ใน 『Capital in the Twenty-First Century』 ว่าการเติบโตจะดำเนินต่อไปไม่สิ้นสุด
    ดังนั้นนี่จึงไม่ใช่การวิจารณ์ Liu เท่าไรนัก แต่ใกล้เคียงกับการวิจารณ์เป้าหมายที่ Liu มักเล็งไว้มากกว่า
  • UN ได้ปรับลดประมาณการประชากรสูงสุดลงหลายครั้ง และตอนนี้คาดว่าจุดสูงสุดจะอยู่ที่ 10,000 ล้านคน
  • การบอกว่าจะใช้พลังงานมากกว่ามนุษย์ปัจจุบัน 20,000 เท่า แสดงให้เห็นว่าสมมติฐานที่ว่าการเติบโตกับการใช้พลังงานจะไม่แยกจากกันนั้น absurd เพียงใด ผมนึกไม่ออกเลยว่าบนโลกจะเอากำลังไฟระดับนั้นไปทำอะไร อาจจะประมาณว่านั่ง 737 ส่วนตัวไปเมืองอื่นทุกวันหรือเปล่า?
    ถ้าเป็นมนุษยชาติที่ออกไปสู่อวกาศแล้วก็อาจใช้พลังงานระดับนั้นได้ แต่ถ้าอาศัยอยู่ในอวกาศ ก็ไม่ถือว่าเป็นส่วนหนึ่งของชีวมณฑลโลกอีกต่อไป

• ไม่แน่ใจว่าผู้เขียนตั้งใจหรือเปล่า แต่จริง ๆ แล้วไม่ได้พูดถึงความยั่งยืนของไฟฟ้าพลังน้ำขึ้นน้ำลง หากกำลังพูดว่า การเติบโตแบบเอ็กซ์โปเนนเชียลเป็นสมมติฐานที่บ้าคลั่งแค่ไหน พอลองดูว่าอัตราเติบโต 2% ที่บทความสมมติไว้นั้นหมายถึงอะไร ก็จะชัดเจนขึ้น
  ในปี 2008 การใช้พลังงานทั่วโลกประเมินไว้ที่ 474 เอกซะจูล พลังงานทั้งหมดที่โลกได้รับจากดวงอาทิตย์ใน 1 ปีอยู่ที่ประมาณ 5 ล้านเอกซะจูล และมีเพียงบางส่วนเท่านั้นที่มาถึงพื้นผิวโลก 5 ล้านนั้นมากกว่า 474 มาก แต่ถ้ายังคงอัตราเติบโตที่ดู modest แค่ 2% ต่อปีแบบช่วงปี 1980–2006 ไว้ การใช้พลังงานก็จะเท่ากับ 5 ล้านเอกซะจูลนั้นในเวลาไม่ถึง 500 ปี
  ลองคิดดู ถ้าการใช้พลังงานยังเพิ่มขึ้นด้วยอัตราปัจจุบันต่อไป อีก 500 ปีข้างหน้าเราก็ต้องกำลังใช้พลังงานจากดวงอาทิตย์ทั้งหมดที่โลกได้รับอยู่ หรือก็คือไม่มีส่วนเหลือให้ชีวมณฑลเลย หรือไม่ก็ต้องค้นพบเทคโนโลยีมหัศจรรย์ที่ผลิตได้ปีละ 5 ล้านเอกซะจูล ต่อให้มีเทคโนโลยีมหัศจรรย์นั้นจริง ความร้อนส่วนเกินนั้นจะเอาไปทิ้งที่ไหน? โดยพื้นฐานก็เหมือนเอาดวงอาทิตย์ดวงที่สองมาตั้งไว้บนโลกแล้วอบพวกเราให้สุก
  ตัวเลขข้างต้นคัดลอกมาจากบทความที่เขียนในปี 2010 จึงอาจเก่าไปบ้าง แต่ Sabine Hossenfelder ก็เพิ่งทำวิดีโอที่พูดถึงสเกลเวลาคล้ายกัน คือปัญหา มหาสมุทรเดือดภายใน 400 ปี: https://www.youtube.com/watch?v=9vRtA7STvH4

  • ฟังดู absurd อย่างชัดเจนที่มนุษยชาติจะต้องการพลังงานขนาดนั้น แต่ในปี 1960 CPU ที่มีทรานซิสเตอร์ 100 พันล้านตัว ก็คงดูเป็นไปไม่ได้อย่างแน่นอนเหมือนกัน
    อีกไม่กี่ร้อยปี นักโบราณคดีอินเทอร์เน็ตอาจเจอคอมเมนต์นี้ในฐานะหนึ่งในสัญญาณแรก ๆ ของวิกฤตพลังงานโลกที่กำลังมา เหมือนที่ทุกวันนี้เรามองบทความสั้น “Coal Consumption Affecting Climate” ใน Rodney & Otamatea Times ปี 1912[0]
    แล้วก็คงเจอคอมเมนต์นี้ด้วย…
    [0] https://paperspast.natlib.govt.nz/newspapers/rodney-and-otam...
  • การใช้พลังงานของมนุษย์จะไม่เพิ่มขึ้นแบบเอ็กซ์โปเนนเชียลต่อไปอีก 500 ปี
    ประชากรโลกคาดว่าจะถึงจุดสูงสุดที่สูงกว่าปัจจุบันราว 30% แล้วลดลงอีกครั้ง บางทีอาจคงอยู่ที่ประมาณ 7 พันล้านคนก็ได้ ถ้าจะใช้ชีวิตอย่างมีความสุขจริง ๆ ดูเหมือนต้องการประมาณ 200GJ ต่อคน[1] งั้นสมมติเป็น 300GJ ต่อคนก็แล้วกัน
    แม้อยู่ในระดับที่ยั่งยืน พวกเราก็น่าจะใช้ชีวิตอย่างมีความสุขได้ด้วยพลังงาน 2,000EJ ต่อปี ตามตัวเลขข้างต้น นี่ยังไม่ถึง 1% ของพลังงานที่ดวงอาทิตย์ให้มา
    [1] https://esajournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ecs2...
  • ถ้าการใช้พลังงานทั่วโลกในปี 2008 อยู่ที่ 474 เอกซะจูล และถ้าคำนวณถูก ก็เท่ากับประมาณ 40,000kcal ต่อคนต่อวัน และราว 15 เท่าของพลังงานเมแทบอลิซึมของผู้ใหญ่โดยเฉลี่ย
    กำลังลองคิดอยู่ว่านี่ถือว่ามากหรือไม่ ในแง่หนึ่งก็พูดไม่ได้ว่ามากเสมอไป เพราะอัตราส่วนนี้ไม่มีเพดานบนที่เข้มงวด และพลังงานเมแทบอลิซึมของมนุษย์ก็เป็นตัวหารที่ตั้งขึ้นโดยพลการ ถึงอย่างนั้น ถ้าตีความแบบหยาบมาก ๆ ก็อาจมองได้ว่าโดยเฉลี่ยเราใช้ผลผลิตแรงงานของ คน 15 คน ทุกวัน
    แน่นอนว่าการกระจายตัวเบ้มาก สำหรับคนอเมริกันหรือยุโรปโดยเฉลี่ย อัตราส่วนน่าจะสูงกว่านี้มาก
    นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นด้วยว่าโดยเฉลี่ยแล้วเราใช้ชีวิตหรูหราแค่ไหน ก่อนการปฏิวัติอุตสาหกรรม พลังงานแทบทั้งหมดมาจากแรงกล้ามเนื้อ และก็คล้ายกับการมีคนรับใช้ 15 คนคอยปั่นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าให้คนที่ยังมีชีวิตอยู่แต่ละคน ตัวเลขส่วนหนึ่งอาจเป็นผู้ให้บริการจริง ๆ ที่ดำรงชีวิตด้วยอาหารซึ่งผลิตจากเกษตรกรรมที่ใช้เครื่องจักรก็ได้
    ตัวเลขนี้มีเพดานเชิงตรรกะไหม? ถ้าอุปทานมีเพียงพอ จะมีปริมาณพลังงานที่เราใช้ไม่ได้หรือเปล่า? ท้ายที่สุด พลังงานทั้งหมดที่เราผลิตก็ใช้เพื่อมนุษย์ ดังนั้นการใช้พลังงานอาจมองได้ว่าเป็นมาตรวัดความต้องการพลังงานของมนุษย์
    แต่นั่นก็ไม่ถูกเสียทีเดียว พลังงานจำนวนมากถูกทิ้งไปเปล่า ๆ สงสัยว่าตัวเลขนี้มีสัดส่วนเท่าไรที่มาจากเสื้อผ้าที่ออกจากโรงงานไปลงหลุมฝังกลบทันที เครื่องปรับอากาศที่เปิดทิ้งไว้ทั้งคืน เครื่องยนต์ไม่มีประสิทธิภาพ และการกักเก็บพลังงาน
    ไม่มีข้อสรุปอะไรเป็นพิเศษ แต่คิดว่าเป็นอัตราส่วนที่น่าสนใจ
  • การลากเส้นตรงคาดการณ์แบบง่าย ๆ ไม่มีประโยชน์ ถ้าดู การใช้พลังงานต่อหัว ของสหรัฐฯ จะเห็นว่าตลอด 50 ปีที่ผ่านมาแทบทรงตัวหรือลดลง ภูมิภาคอื่นของโลกก็น่าจะตามทันเมื่อพัฒนาไป ประชากรที่เพิ่มขึ้นก็คงคล้ายกัน
    http://insideenergy.org/wp-content/uploads//2017/01/historic...
    ที่มา:
    https://insideenergy.org/2017/01/12/energy-explained/
  • ถ้าข้ออ้างที่ว่า “การหมุนของโลกจะถูกล็อกด้วยแรงน้ำขึ้นน้ำลงกับดวงจันทร์ในประมาณ 1000 ปี” ตั้งอยู่บนฐานของ การเติบโตแบบเอ็กซ์โปเนนเชียลไม่จำกัด นั่นก็ยังไม่ถึงระดับงานการบ้านมัธยมปลายด้วยซ้ำ ยิ่งไม่ใช่งานของคนมีปริญญาเอก ขอบคุณที่ช่วยประหยัดเวลาอ่านให้

• ประโยคที่ว่า “อัตราเติบโต 2% ของการใช้พลังงานโลกควรถือเป็นสมมติฐานแบบอนุรักษ์นิยม” มีเงื่อนงำสำคัญอยู่ บทความนี้สมมติว่าการใช้พลังงานจะยังคง เพิ่มขึ้นแบบเอ็กซ์โปเนนเชียล ต่อไป เพื่อให้ได้ไทม์ไลน์ว่าพลังงานการหมุนของโลกจะหมดลงภายใน 1000 ปี

  • นั่นอาจเป็นสิ่งที่ต้องเป็นจริงก็ได้ เราเห็นแล้วว่าเมื่อเค้กไม่ใหญ่ขึ้น ผู้คนก็เริ่มต่อสู้กันอย่างรุนแรงเพื่อเพิ่มส่วนแบ่งของตัวเอง

• สิ่งที่สะดุดตาคือสมมติฐานว่า การเติบโตแบบเอ็กซ์โปเนนเชียลไม่จำกัด ปีละ 2% นี่เป็นข้อผิดพลาดมหาศาล ลองเช็กเร็ว ๆ จะได้ 1.02^1031 = 735,829,316 ผม/ฉันก็เชื่อว่าเมื่อประชากรมากขึ้นและหวังว่าระดับชีวิตของทุกคนจะดีขึ้น เราจะใช้พลังงานมากกว่าตอนนี้มากแน่ ๆ แต่ถึงอย่างนั้น ตัวเลขนี้ก็ยังใหญ่เกินไปมาก ในสเกลนั้นผม/ฉันก็ไม่ค่อยรู้ว่าพลังงานทั้งหมดควรจะไปอยู่ที่ไหน เอาไปสร้างมวลหรือวัตถุหรือเปล่า?
  ต่อให้การใช้พลังงานขึ้นถึงจุดสูงสุดในอีกแค่ 250 ปี ก็ยังน้อยกว่า 150 เท่าของการใช้ปัจจุบัน ผม/ฉันไม่ได้คำนวณ แต่กล้าพูดว่ากรณีนี้น่าจะซื้อเวลาให้ดาวเคราะห์ดวงนี้ได้อีกหลายปี

  • ด้วยความสงสัย เลยลองคำนวณย้อนกลับโดยสมมติว่า 1000 ปีก่อนหน้านั้นเติบโต 2%
    ในปี 2017 โลกใช้พลังงานเทียบเท่าน้ำมัน 9,717 ล้านตัน ถ้าใส่อัตราเติบโตนี้เข้าไป ก็แปลว่าในปี 986 ทั้งโลกใช้พลังงานเทียบเท่าน้ำมัน 13 ตัน หรือ 515.84 ล้าน BTU
    ในสหรัฐฯ ครัวเรือนที่มีรายได้ต่อปีต่ำกว่า 20,000 ดอลลาร์และใช้ไม้เป็นเชื้อเพลิงทำความร้อนหลัก ใช้ไม้ปีละ 50 ล้าน BTU
    รายละเอียดตัวเลขอาจถกเถียงกันได้ แต่การที่โลกซึ่งมีประชากร 390 ล้านคนใช้เชื้อเพลิงเท่ากับครัวเรือนราว 10 หลังนั้นดูจะต่ำไปหน่อย

• ยังไงน้ำขึ้นน้ำลงก็สลายพลังงานส่วนใหญ่ตามธรรมชาติอยู่แล้วไม่ใช่หรือ? เช่น เวลาเห็นคลื่นที่ชายหาดซัดเข้าฝั่ง นั่นคือกระบวนการที่พลังงานน้ำขึ้นน้ำลงสลายเป็นความร้อน ถ้าเราเอากังหันไปวางคั่นกลางเพื่อดึงงานที่มีประโยชน์ออกมาก่อนจะกลายเป็นความร้อน สุดท้ายมันก็ยังกลายเป็นความร้อนอยู่ดีไม่ใช่หรือ?

  • ใช่ น้ำขึ้นน้ำลงสลายพลังงานตามธรรมชาติ แหล่งหลักของการสลายพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงคือ แรงเสียดทาน ระหว่างมวลน้ำทะเลที่เคลื่อนที่กับพื้นทะเล[1]
    เครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงในปัจจุบันทำงานโดยใส่กังหันไว้ในกระแสน้ำที่ไหล หรือใช้เขื่อนกักน้ำตอนน้ำขึ้นแล้วปล่อยผ่านกังหันตอนน้ำลง ขึ้นอยู่กับรายละเอียดการออกแบบ กระแสน้ำที่ไหลเหนือพื้นทะเลภายหลังอาจช้าลง ทำให้พลังงานที่สลายด้วยแรงเสียดทานกับพื้นทะเลลดลงได้ แต่ไม่มีหลักประกันว่าการลดลงนั้นจะชดเชยพลังงานที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำขึ้นน้ำลงเอาไปได้
    เราอาจจินตนาการรูปแบบอื่นของไฟฟ้าพลังน้ำขึ้นน้ำลงได้ เช่น ปูพื้นทะเลทั้งหมดด้วยลู่วิ่งขนาดยักษ์ น้ำไหลผ่านแล้วลากผิวลู่วิ่ง จากนั้นใช้สิ่งนั้นผลิตไฟฟ้า โดยรวมแล้วอาจสลายพลังงานน้อยกว่าแรงเสียดทานพื้นทะเลตามธรรมชาติ แต่ฟังดูไม่ค่อยใช้ได้จริง
    อย่างไรก็ตาม ทั้งหมดนี้หลุดจากประเด็นหลักไปแล้ว อย่างที่คอมเมนต์อื่น ๆ บอก ถ้าการใช้พลังงานของมนุษย์เพิ่มขึ้นปีละ 2% จริง ๆ ต่อเนื่อง 1000 ปี เราจะมีปัญหาใหญ่กว่าการที่ดวงจันทร์กับโลกถูกล็อกด้วยแรงน้ำขึ้นน้ำลงมาก
    [1] https://en.wikipedia.org/wiki/Tidal_acceleration#Angular_mom...
  • อ้างจากต้นฉบับ: “ถ้าโลกจะถูกล็อกด้วยแรงน้ำขึ้นน้ำลงกับดวงจันทร์ตามธรรมชาติ จะใช้เวลาประมาณ 10,468 ล้านปี”
  • ผม/ฉันก็สงสัยตรงนั้นพอดี ไม่ค่อยเข้าใจว่าการใช้แหล่งพลังงานจะสร้างการสูญเสียเพิ่มเติมที่เดิมทีจะไม่เกิดขึ้นได้อย่างไร

• งั้นถ้าสูบน้ำขึ้นไปเพื่อขยายผลน้ำขึ้นน้ำลง ก็ทำให้การหมุนของโลกเร็วขึ้นจนตัด วินาทีอธิกสุรทิน ออกได้สินะ

  • จริง ๆ เคยเกิดเรื่องแบบนั้นแล้ว ผม/ฉันจำได้ว่าน้ำที่ถูกกักไว้ในอ่างเก็บน้ำแถบเหนือทำให้การหมุนเร็วขึ้น จนมีบางครั้งที่ข้ามวินาทีอธิกสุรทินไป
  • เพื่อให้คำนวณได้สวย ๆ เราต้องผลิตไฟฟ้าพลังน้ำขึ้นน้ำลงจนกว่า 1 ปีจะมี 360 วัน พอดี แถมยังได้นอนเพิ่มอีก 24 นาทีด้วย
  • ที่ดีกว่านั้นคือทำให้โลกหมุนช้าลงจนหนึ่งวันมี 25 ชั่วโมง จะได้เป็น 1:1 กับดาวอังคาร

• นี่เหมือนข้อผิดพลาดเก่า ๆ ที่ว่า “ลูกฉันปีก่อนสูง 2 ฟุต ปีนี้สูง 3 ฟุต งั้นพอโตเป็นผู้ใหญ่ก็คงสูงเท่าบ้าน!”

  • https://xkcd.com/605/

• “อิงจากอัตราการเพิ่มขึ้นเฉลี่ยของการใช้พลังงานโลกในช่วง 50 ปีที่ผ่านมา ถ้าเราเอาเพียง 1% ของการใช้พลังงานโลกมาจากพลังงานการหมุนของโลก การหมุนของโลกจะถูกล็อกด้วยแรงน้ำขึ้นน้ำลงกับดวงจันทร์ภายในประมาณ 1000 ปี”
  นี่ไร้สาระมาก ผม/ฉันปิดทันทีตรงนั้น ดูจากที่อื่นในเธรดนี้ เหมือนเขาได้ผลลัพธ์นั้นจากการเอา เส้นโค้งการเติบโตแบบเอ็กซ์โปเนนเชียล ที่ลากผ่านค่าผิดปกติอย่างการปฏิวัติอุตสาหกรรมไปคาดการณ์ต่ออีก 1000 ปี นั่นอาจเป็นคำอธิบายได้
  แต่นี่ไม่ใช่แค่ข้อผิดพลาดธรรมดา มัน insane สุด ๆ
  ลองค้นคร่าว ๆ พบว่าพลังงานจลน์จากการหมุนของโลกน่าจะอยู่ที่ 2.1e29J และการใช้พลังงานทั่วโลกคือ 22.8TWh ต่อปี ดังนั้นคำนวณแบบหลังซองตามอัตราการใช้ปัจจุบัน ก็เหลือเวลาแค่… มากกว่า 2 ล้านล้านปี นิดหน่อย

• คอมเมนต์จำนวนมากที่นี่ชี้ว่าสมมติฐานว่าการใช้พลังงานเพิ่มขึ้นปีละ 2% นั้นเหลวไหล
  ถ้าอย่างนั้น ลองสมมติให้สมเหตุสมผลขึ้นว่า การใช้พลังงานต่อปีทรงตัวที่ 5 เท่าของปัจจุบัน และแบบไม่สมเหตุสมผลเลยคือได้พลังงานนั้น 100% จากน้ำขึ้นน้ำลงล่ะ?
  แล้วอีก 1000 ปี การหมุนจะช้าลงเท่าไร?

  • ตามบทความวิชาการ ความจุรวมของพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงคือ 10^29J และการใช้พลังงานทั่วโลกปัจจุบันคือ 10^21J ต่อปี ดังนั้นถ้าเปลี่ยน 100% ของการใช้พลังงานปัจจุบันเป็นพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงและไม่เพิ่มขึ้นเลย ก็จะใช้ได้นาน 10^8 หรือ 100 ล้านปี
    พูดอีกแบบคือ หลัง 1000 ปี การชะลอการหมุนจะอยู่ราว 0.001%

• เกี่ยวข้อง: https://physics.stackexchange.com/questions/6400/are-tidal-p...
  ทฤษฎีนี้น่าสนใจมาก แต่ผู้เขียนนำเสนอด้วยความมั่นใจเกินไปเมื่อเทียบกับข้อกล่าวอ้างที่ใหญ่ขนาดนั้น

  • ในลิงก์นั้นมีข้อความว่า: “พลังงานจลน์จากการหมุนของโลกอยู่ราว 10²9J และโลกใช้พลังงานประมาณ 10²²J ต่อปี ดังนั้นมันสามารถจ่ายไฟให้ทั้งโลกได้เป็นเวลา หลายล้านปี ก่อนที่พลังงานการหมุนจะหมด”
    ไม่รู้ทำไมในมือถือผม/ฉันมี ² แต่ไม่มี ^9 ตัวเลขแรกหมายถึง 1e29