Jak wytwarzać energię: CCS, jądrowa, źródła odnawialne

Jednak efektywność energetyczna nie wystarczy – energii wciąż będziemy potrzebować i jakoś będziemy musieli ją wytwarzać. Mamy trzy możliwości: technologie „czystego węgla”, energię jądrową i odnawialne źródła energii.

Energia z węgla i CCS

Paliwa kopalne są najlepsze, węgiel jest dziś najtańszym źródłem energii, a ropy czy gazu w ogóle nie ma czym zastąpić, a wiatraki czy panele słoneczne to technologie zbyt drogie, niewiarygodne, ze względu na niską koncentrację energii zajmujące olbrzymie tereny, nie dające stałego dopływu energii i obarczone jeszcze kilkoma poważnymi wadami. Paliwa kopalne to nie tylko źródło energii, ale też jej magazyn - bezpieczny, łatwo dostępny i prosty w transporcie. Czego nie można powiedzieć o innych źródłach energii, łącznie z wodorem i elektrycznością. Alternatywne źródła energii nie są w stanie obecnie skutecznie zastąpić paliw kopalnych.

Tak mówią sceptycy zmian klimatu, przedstawiciele lobby energetycznego i przyjaźniący się z nimi politycy.

I zasadniczo rzecz biorąc mają rację. Przynajmniej tu i teraz.

Jak można sobie poradzić z pochodzącym ze spalania paliw kopalnych dwutlenkiem węgla? Można go wychwycić i uwięzić pod ziemią, w starych złożach naftowych lub innych formacjach geologicznych lub na dnie oceanu. Wychwyt i składowaniem dwutlenku węgla (CCS) to niewątpliwie najprostsze rozwiązanie, pozwalające na dalszą kontynuację obecnego modelu rozwoju, zgodne zresztą z interesami wielu grup – ale to tylko zamiatanie problemu pod dywan, niosące ze sobą wiele problemów.

CCS to jednak technologia niesprawdzona, droga i niebezpieczna. Ilość związanych z nią problemów jest olbrzymia:

• CCS to technologia na razie mało zaawansowana, stosowana dziś w 3 pilotażowych instalacjach (np. norweska platforma Sleipner na Morzu Północnym), sekwestrujących niecałe 0.01% światowych emisji. Szacuje się, że na skalę mającą znaczenie w skali świata, może się ona rozpowszechnić za jakieś 20-30 lat. To zbyt późno.
• Trzeba wychwycić CO2 w elektrowni. Jeszcze przy IGCC można to sobie wyobrażać, ale w elektrowni pyłowej jest to olbrzymi problem i koszt.
• Wychwycony CO2 musi zostać skompresowany do ciśnienia 100 atmosfer (na co trzeba energii), przetransportowany do miejsca składowania (na co też trzeba energii) i wpompowany pod ziemię (tu także trzeba energii). Aby pokryć te wydatki energetyczne, trzeba spalić dodatkowe 30% węgla. A dodatkowy węgiel trzeba najpierw wydobyć i przetransportować do elektrowni (jeszcze więcej energii). I tak dalej...
• Trzeba wybudować infrastrukturę przesyłową do miejsc składowania, przy której bledną rurociągi naftowe i gazowe. Wszystko to spowoduje, że koszt energii z elektrowni z CCS będzie wyższy o dodatkowe 40-80%, co czyni ją niekonkurencyjną nawet wobec niektórych dzisiejszych źródeł odnawialnych.
• Elektrownie wyposażone w system CCS mogą zużywać nawet dwa razy więcej wody od zwykłej elektrowni węglowej
• Tworzenie na dnie oceanu jezior z dwutlenku węgla lub rozpuszczenie dwutlenku węgla w oceanie i bezpośrednie ich zakwaszanie to fatalny pomysł - oceany i tak nasycają się dwutlenkiem węgla pochłanianym z atmosfery zakwaszanie oceanów.
• Możne dojść do gwałtownego wyzwolenia nagromadzonego dwutlenku węgla, jak w jeziorze Nyos w Kamerunie, gdzie doszło do wyzwolenia olbrzymich pokładów CO2. Zginęły 2 tysiące ludzi - tylko dlatego tak niewielu, gdyż okolica była słabo zaludniona.
• Firmy przymierzające się do CCS proponują gwarancje niewydostania się CO2 na powierzchnię przez 10 lat. Na dłuższy okres czasu nie chcą przyjąć na siebie odpowiedzialności prawnej i finansowej. Tymczasem, aby sekwestracja w ogóle miała sens z punktu widzenia wiązania CO2, powinniśmy mówić o tysiącach, a nawet dziesiątkach tysięcy lat.
• CCS pochłania fundusze i odciąga zasoby od innych rozwiązań, stanowiąc listek figowy dla rządów i koncernów energetycznych, pozwalających na budowę kolejnych elektrowni węglowych. Obecnie koncerny energetyczne metkę "gotowa na CCS" przyklejają elektrowni o zwykłej konstrukcji, przy której zostawiają pusty plac na zbudowanie "czegoś", co kiedyś być może będzie urządzeniami do wychwytu dwutlenku węgla.
• Węgiel za kilkadziesiąt lat również doczeka się "Coal Peak"

Energia jądrowa

To temat rzeka. Wiele argumentów przemawia na tak, wiele na nie. Istnieją teoretyczne opracowania bezpiecznych reaktorów powielających, które produkują więcej paliwa, niż zużywają, nie umożliwiają produkcji broni nuklearnej, a aktywność powstających materiałów promieniotwórczych jest liczona w stuleciach, a nie setkach tysięcy lat.

Aby zaspokoić potrzeby świata energią jądrową musielibyśmy co tydzień budować 2 elektrownie jądrowe o mocy 1 GW, co wydaje się mało realne. Problem stanowi też długi cykl budowy takich elektrowni – kilkanaście lat od projektu do uruchomienia. Zakontraktowane dziś elektrownie ruszą dopiero pod koniec lat dwudziestych - zdecydowanie za późno w kontekście kryzysu energetycznego czy zmian klimatu. Ponadto, w związku ze starzeniem się i zamykaniem obecnie działających reaktorów, pierwsze inwestycje po prostu zastępowałyby starsze, które trzeba będzie wyłączać. Próba znacznego zwiększenia liczby oddawanych do użytku reaktorów może też spotkać się z barierą braku wysoko wykwalifikowanych specjalistów w firmach wykonawczych i podwykonawczych – w ostatnich dziesięcioleciach budowa reaktorów była liczona w pojedynczych sztukach.

Jednak z braku szybko dostępnych alternatyw jest to część rozwiązania - powinniśmy budować elektrownie jądrowe, pracując jednocześnie nad bezpieczeństwem i zamykaniem cyklu paliwowego.

Istnieje też możliwość stworzenia reaktorów termojądrowych – czystych, wydajnych i bezpiecznych, w których zachodziłaby synteza ciężkich izotopów wodoru w hel, analogicznie, jak na Słońcu – jest to jednak technologia w zastosowaniach na skalę przemysłową odległa co najmniej o dziesięciolecia.

Odnawialne źródła energii

O odnawialnych źródłach energii i ich perspektywach w Polsce napisano wiele. Słyszymy o biomasie, biopaliwach i energii wiatru. Jedni je chwalą, inni krytykują. Wokół tematu narosło wiele mitów i nieporozumień. Jednak to, co się liczy, to liczby.

W sumie, jeśli obsadzimy uprawami pod biopaliwa wszystkie grunty uprawne w Polsce (mniejsza z żywnością), zabudujemy wszystkie nadające się do tego miejsca wiatrakami (nie szkodzi, że obok mieszkają ludzie albo jest park narodowy, a sieć energetyczna wymaga kosztownego dostosowania), pobudujemy zapory na każdej rzece (nie przejmując się gromadzącymi się osadami i problemami ryb), zainstalujemy ogrzewanie słoneczne na każdym domu, a nawet abstrakcyjnie kosztowne panele fotowoltaiczne, to i tak, przy tym tytanicznym wysiłku nie uda nam się wyprodukować nawet połowy wytwarzanej obecnie energii.

Czy więc odnawialne źródła energii nie zapewnią nam potrzebnej energii? Niestety – takie OZE, jakie obecnie mamy do dyspozycji nie zastąpią nam paliw kopalnych – nie w tej skali, nie po tak niskiej cenie, nie dla tej liczby ludności i nie na tym poziomie zużycia energii na osobę.

Musimy poprawić efektywność energetyczną, a także ograniczyć zużycie energii – przestać ją marnować tam, gdzie nie jest to naprawdę konieczne. Musimy też rozwinąć technologie odnawialnych źródeł energii.

Jakie technologie OZE mają największe szanse?

Na chwilę bieżącą najlepiej rokują elektrownie słoneczne na pustyniach wykorzystujące lustra do koncentrowania energii słonecznej (Concentrating Solar Power - CSP). Mają one potencjał pozwalający na generowanie w roku 2050 1/4 potrzebnej światu elektryczności. Jak działa elektrownia CSP? W elektrowniach konwencjonalnych, np. węglowych, spalane paliwo powoduje podgrzanie kotła. W elektrowniach CSP, rolę czynnika grzewczego przejmuje skupiona przez lustra energia Słońca. Pozwala ona na podgrzanie substancji roboczej do temperatury sięgającej 400-1000°C. Ciepło jest dużo łatwiej przechowywać, niż energię elektryczną z wiatraków lub paneli fotowoltaicznych, więc elektrownie CSP mogą dostarczać energię przez całą dobę, także w nocy ze zmagazynowanego za dnia ciepła. Obecnie podjęto projekty rozbudowy takich elektrowni w południowej Hiszpanii i Kalifornii. Budowa takich elektrowni w Hiszpanie, Grecji czy na Sycylii, a najlepiej w Afryce Północnej wraz z kontynentalną siecią linii przesyłowych może zapewnić potrzebną energię dla Europy. Równolegle powinna postępować elektryfikacja transportu i ogrzewania (np. za pomocą pomp ciepła).

Potencjał CSP może zostać uzupełniony elektrowniami wiatrowymi, wymaga to jednak znaczącej modernizacji sieci energetycznej oraz rozwiązania problemu magazynowania energii elektrycznej. Do pewnego stopnia może tu pomóc rozbudowa elektrowni wodnych. Potencjał hydroenergetyczny jest krytyczny dla dalszego rozwoju energii wiatrowej, gdyż to (potencjalnie bardzo potężne) źródło energii, nie może produkować jej wtedy, kiedy jest potrzebna. Elektrownie wodne to potrafią. Podczas szczytu produkcji energii wiatrowej (wietrzny dzień), elektrownie wodne mogą gromadzić wodę w zbiorniku. Kiedy brakuje wiatru lub wzrasta zapotrzebowanie na prąd - nagromadzona w zbiorniku woda jest przepuszczana przez turbiny, dostarczając potrzebnej energii. Rozbudowa hydroelektrowni o instalacje szczytowo-pompowe, działające przy nadmiarze mocy z elektrowni wiatrowych, może dodatkowo pozwolić na gromadzenie ich energii w formie wody w wysoko położonym zbiorniku.

Trzecim potencjalnym rozwiązaniem, mogącym osiągnąć potrzebną skalę, są biopaliwa 3 generacji, oparte na algach. Algi mogą dostarczać czystej energii odnawialnej w formie ciekłej, zastępując wyczerpującą się ropę, jednocześnie absorbując dwutlenek węgla z elektrowni konwencjonalnych i rozwiązując problem zanieczyszczeń. Algi charakteryzują się bardzo szybkim wzrostem, pozwalają też na bardzo efektywne wykorzystanie terenu - z jednostki powierzchni można uzyskać 30x więcej energii niż z biopaliw 1 czy 2 generacji. US Department of Energy oszacował, że do pokrycia obecnego zapotrzebowania USA na paliwa wystarczy uprawa glonów na biopaliwo na powierzchni zaledwie 40000 km2, czyli 0.2% terenu kraju. Nie muszą to być wcale tereny uprawne, do ich uprawy doskonale nadają się nieużytki, a jeszcze lepiej pustynie, zapewniające algom nieskrępowany dostęp energii słonecznej. Do wzrostu algi potrzebują dwutlenku węgla, a pochłaniając go uwalniają tlen (ewentualnie, w środowisku bezsiarkowym - wodór). Doskonałym źródłem dwutlenku węgla może być np. działająca elektrownia konwencjonalna - po spaleniu paliwa dwutlenek węgla trafia do zbiornika z algami, gdzie służy im do wzrostu. Mogą rosnąć na zanieczyszczonej wodzie, w tym ściekach, które przy okazji oczyszczają. Technologia jest bardzo obiecująca, wciąż jednak pozostaje na etapie instalacji prototypowych.

Podsumowanie

Właściwie nie mamy wyboru – podążanie obecną drogą sprowadza się do odliczania kiedy zaczną się poważne niedobory surowców, szczególnie paliw kopalnych i jak szybko będą zachodzić zmiany klimatu. Opieranie wzrostu (wykładniczego) na zasobach nieodnawialnych nie jest już dalej możliwe, Nasz świat jest olbrzymi, bardzo skomplikowany, a zachodzące w nim zjawiska powolne i niedostrzegalne dla większości ludzi. Jednak już teraz zderzamy się z granicami wzrostu. Musimy zmienić nasze podejście do zasobów, naszą infrastrukturę i sposób życia i konsumpcji. Jeszcze przed końcem tego stulecia ludzkość będzie żyła w sposób zrównoważony, a może do tego dojść na dwa sposoby – albo zrobimy to w sposób świadomy i kontrolowany, nawet jeśli przez chwilę będziemy musieli się ograniczyć aby zainwestować w przyszłość, albo dojdzie do tego poprzez załamanie naszej gospodarki, społeczeństwa i populacji. Mamy wybór.

Tania energia z paliw kopalnych, szczególnie z węgla, to pozory, gdyż rzeczywisty koszt szacuje się na 3-4 razy więcej, niż płacimy za energię - płacimy krótszym życiem, chorobami, rachunkami na służbę zdrowia i zniszczeniami w ekosystemach...

Ale nawet od strony czysto ekonomicznej, przy błyskawicznie rosnących cenach ropy, gazu i węgla przejście na energię odnawialną, na dłuższą metę oznacza tańszą produkcję, mniejszy import ropy i gazu oraz pracę w sektorze nowoczesnych technologii, a nie pod ziemią w kopalniach. To jak z krokodylimi łzami producentów aut narzekających na nowe unijne wymagania emisji CO2 przez samochody, które podniosą cenę auta o 3000 euro. Ale że przy okazji nie mówią, że właściciel oszczędzi kilka razy więcej na paliwie, to o tym ani słowa...

Im więcej potrzebujemy paliw kopalnych, tym ich cena bardziej rośnie. Im bardziej rozwijamy technologie i im więcej produkujemy paneli słonecznych czy zakładów z biopaliwami z alg, tym ich cena jest niższa.

Ta droga to spójne i perspektywiczne rozwiązanie problemu zmian klimatu, kryzysu energetycznego, rosnących cen energii, bezpieczeństwa dostaw energii, kryzysów żywnościowych, wodnych i ekologicznych. Nie ma alternatywy dla tego kierunku.

Wdrażając ten program, rozwiązujemy zbliżające się kryzysy, a ponadto uzyskujemy szereg dodatkowych korzyści. Podsumujmy.

• ograniczamy następstwa zmian klimatu, a nawet je zatrzymujemy,
• rozwiązujemy problem kryzysu Oil Peak i bezpieczeństwa energetycznego,
• usuwamy kluczowe przyczyny kryzysu żywnościowego,
• zmniejszamy ryzyko konfliktów o dostęp do zasobów paliw, żywności i surowców,
• minimalizujemy liczbę uchodźców,
• zapewniamy sobie tanią energię - gdy rośnie zapotrzebowanie na paliwa kopalne, to ich cena rośnie, gdy wzrasta produkcja energii słonecznej, jej cena spada, inwestując w odnawialne źródła energii nie pozbywamy się pieniędzy na rzecz bogacących się eksporterów ropy, ale kierujemy je do technologicznie zaawansowanych firm w Unii Europejskiej,
• ograniczamy emisję tlenków siarki i azotu, rakotwórczych pyłów i łatwo przyswajalnych toksycznych metali ciężkich, przez co eliminujemy bądź ograniczamy kwaśne deszcze, smog, choroby płuc i oskrzeli, nieżyty, choroby serca, nowotwory, bronchity, alergie, autyzm, uszkodzenia płodów i wiele innych "atrakcji",
• zapewniamy sobie i środowisku czystą wody, glebę i jedzenie,
• tworzymy infrastrukturę transportową na miarę XXI, a nie XX wieku,
• poprawiamy wydajność procesów przemysłowych, wykonujemy duży krok od liniowego -* przetwarzania zasobów na przetwarzanie zamknięte,
• ograniczamy "wyciekanie" szkodliwych związków chemicznych z liniowego systemu produkcji,
• tworzymy miejsca pracy w sektorze high-tech, a nie w kopalniach,
• dzisiejsze inwestycje to jutrzejsze oszczędności i konkurencyjność.

"Przestawienie gospodarki na tory ekologiczne to największa okazja do nakręcenia koniunktury od czasu II Wojny Światowej", Bill Clinton, 2007

Dodajmy na koniec jeszcze jeden punkt - uświadamianie ludziom konieczności myślenia, odpowiedzialności i decydowania w skali globalnej. Być może jest on nawet najważniejszy, pomimo tego, że nie da się łatwo przeliczyć na pieniądze czy bezpośrednie korzyści, takie, jak eliminacja smogu. Skala projektu zwanego "ludzkość" jest zbyt duża, aby pozwolić sobie na tzw. "intuicyjne zarządzanie ryzykiem". Powinniśmy jako społeczeństwo nauczyć się żyć świadomie, przewidując, planując i działając proaktywnie z wieloletnim wyprzedzeniem, a nie minimalizując straty katastrof, kiedy już coś złego się stanie. Abyśmy nauczyli się świadomie kształtować nasz świat, a nie żyli w takim świecie, który "jakoś tak sam wyszedł"...