4:1 – not great, not terrible

Jeśli faktycznie chcielibyśmy wyeliminować wysokoemisyjne źródła energii, natychmiast powinniśmy zaprzestać spalania węgla na równi z biomasą. Ale co w zamian? Najpopularniejszym stabilnym źródłem energii jest gaz naturalny, ale ten, choć czystszy od węgla kamiennego i brunatnego, nie jest przecież bezemisyjny. Nasze obawy może budzić również uzależnienie Europy od rosyjskiego surowca. W ciągu ostatnich pięciu lat zanotowano 40-procentowy wzrost eksportu rosyjskiego gazu do Europy Zachodniej.

Co pozostaje na stole? Energia słońca, wiatru, wody i… atomu. Ten ostatni ma przy tym imponującą wydajność pod względem EROEI [Energy Returned on Energy Invested], czyli współczynnika opisującego proporcję energii zainwestowanej w stosunku do energii uzyskanej. W początkach wydobycia w Ameryce, czy we wschodniej Galicji, gdzie ropę naftową można było niemal czerpać wiadrami z powierzchni Ziemi, zwrot był niebotyczny i wynosił 100:1. Z każdego dżula energii zainwestowanego w wydobycie otrzymywało się 100 dżuli energii do użycia. Albo prościej – aby wydobyć sto beczek ropy, trzeba było zużyć jedną na wykonanie całej pracy. Podobnie było w przypadku węgla.

[promobox_wydarzenie link=”https://kulturaliberalna.pl/2020/03/18/koronawirus-w-polsce-partyzantka/” txt1=”Katastroficzne wizje nie pomogą lasom – polemika z tekstem Łukasza Dąbrowieckiego” txt2=”Kacper Szulecki” pix=”https://kulturaliberalna.pl/wp-content/uploads/2020/06/snowy-peaks-meadows-mountains-blue-sky-the-sun-autumn-tree-yellow-poland-550×367.jpg”]

Jednak to energetyczne Eldorado należy do przeszłości. Z upływem czasu, gdy wyczerpywały się najłatwiej dostępne złoża, a koszty środowiskowe rosły, współczynnik EROEI malał. W drugiej dekadzie XX wieku dla węgla kamiennego i gazu naturalnego wynosił poniżej 30:1 (jak pokazują nowsze badania, koszty infrastruktury wydobywczej były niedoszacowane, co czyni węgiel jeszcze mniej efektywnym). Dla ropy współczynnik wypada blado, na poziomie 15:1. Gdyby ktoś pokusił się o doliczenie kosztów wojen toczonych o kontrolę nad polami naftowymi, koszty okazałyby się jeszcze wyższe.

Wedle istniejących szacunków poziom współczynnika, który umożliwiałby przetrwanie cywilizacji na tym samym poziomie złożoności, wynosi 7:1. Według Charlesa Halla, jednego z twórców metod pomiaru efektywności inwestycji energetycznych, EROEI nie może być niższy niż 10:1. Spadek efektywności pozyskiwania energii poniżej tego progu będzie oznaczał zapaść cywilizacyjną, ze względu na brak możliwości podtrzymania rozwiniętych struktur społecznych oraz infrastruktury. Dla biomasy współczynnik EROEI wynosi mikroskopijne 4:1. Powinniśmy o niej po prostu natychmiast zapomnieć jako o sensownym źródle energii.

Carbon Peak zamiast Peak Oil?

Współczynnik EROEI był często przywoływany po publikacji w 1998 roku w magazynie „Scientific American” artykułu pod tytułem „Koniec taniej ropy” [The end of cheap oil]. Artykuł wywołał wielką debatę na temat tak zwanego peak oil, czyli szczytu wydobycia ropy, po którym zasoby miały się jedynie kurczyć. Jednak jak na razie wydobycie wciąż rośnie, a ostatnio zostało przystopowane tylko w związku z zatrzymaniem światowej gospodarki w czasie epidemii, a także konfliktem wśród członków państw OPEC, w związku z czym ceny surowców zaliczyły historyczne spadki. Jako że zasoby planety są skończone, a zatem prędzej czy później się wyczerpią, wydaje się jasne, że nawet jeśli w tej chwili nie mamy do czynienia z bezpośrednim kryzysem wywołanym przez brak podaży surowca, to już mamy kryzys wywołany podażą produktów jego spalania. Alternatywa niezbędna jest od zaraz.

Jak EROEI kształtuje się w przypadku odnawialnych źródeł energii (OZE)? Niemal 50:1 uzyskują hydroelektrownie. Jednak wielkie zapory to nie jest rozwiązanie korzystne z punktu widzenia warunków przyrodniczych. Małych hydroelektrowni musiałoby być natomiast odpowiednio wiele więcej, aby wygenerować podobną ilość energii. Przegroda na rzece, mimo budowy przepławek, stwarza barierę dla ryb, czasem śmiertelną, powoduje modyfikację ekosystemów wodnych, jest źródłem hałasu, a także ingeruje w krajobraz. Każdy przypadek trzeba zatem analizować indywidualnie.

W przypadku energii z wiatru oraz słońca współczynnik EROEI jest niewielki, wynosi odpowiednio 16:1 i 19:1. W powszechnym mniemaniu są to czyste i bezemisyjne źródła energii. Jednak i one nie są bez wad. Po pierwsze, siłownie wiatrowe i słoneczne mają dwu–trzykrotnie krótszy okres eksploatacji w stosunku do innych typów elektrowni. Czas życia ogniw fotowoltaicznych może zostać dodatkowo nieoczekiwanie skrócony przez huraganowe wiatry, występujące coraz częściej w związku ze zmianami klimatycznymi. Nie ma nadal pomysłu na recykling skrzydeł wiatraków, których rozmiary przekroczyły już 100 metrów długości. Turbiny, które były montowane zaledwie 25 lat temu, już są wycofywane z eksploatacji i po prostu piętrzą się na składowiskach.

Po drugie, elektrownie wiatrowe i słoneczne zajmują olbrzymie przestrzenie, najczęściej wydarte przyrodzie. Nie dotyczy to mikro-instalacji montowanych na dachach, na których korzyść przemawia na pewno fakt, że mogą wydajnie odpowiadać na okresy zwyżek zapotrzebowania na energię. W słoneczne dni, gdy pełną mocą zaczynają pracować instalacje klimatyzacyjne, ogniwa fotowoltaiczne dostarczają najwięcej energii. Jednak z przyczyn zasadniczych nie staną się podstawowym źródłem energii: w nocy i w pochmurne dni słońce nie świeci. Natomiast solarno-termalne koncentryczne generatory powstające na terenach pustynnych, posiadające możliwość magazynowania energii nawet do kilku bezsłonecznych godzin, zajmują ogromne przestrzenie i potrzebują do czyszczenia luster większych ilości wody niż użytkują elektrownie węglowe. Co z kolei, ze względu na typ terenu, na którym są umieszczane, jest podwójnie problematyczne. Słynna marokańska farma słoneczna Noor zajmuje obszar aż 2500 hektarów oraz potrzebuje 4,6 litra wody na 1kWh, przy produkcji 1,4 TWh energii w ciągu roku, co daje 1,7 miliona m³ wody na rok dla całej farmy. Dla porównania, zapotrzebowanie Polski na energię elektryczną to ponad 170 TWh.

Po trzecie, proces produkcji ogniw PV oraz turbin wiatrowych opiera się na technologiach i materiałach, które trudno nazwać nieinwazyjnymi czy bezpiecznymi dla środowiska. Miedź, ind, selen, tellur, gal, srebro, cyna, boksyt, bor to tylko krótka lista pierwiastków niezbędnych do produkcji ogniw. Wśród nich część to metale ziem rzadkich, wydobywane zaledwie w kilku krajach, przy czym 90 procent światowej produkcji jest kontrolowane przez Chiny.

Po czwarte, gdy nie świeci i/lub nie wieje, OZE wymagają zastępstwa ze strony elektrowni konwencjonalnych, stąd między innymi obecny rozwój elektrowni gazowych oraz budowa gazociągu Nord Stream. Elektrownie gazowe są najbardziej elastyczne w dostarczaniu mocy na żądanie. Coś musi wspomagać OZE.

W styczniu 2019 roku, w czasie jednego z pików energetycznych w Polsce, spowodowanych zwiększoną aktywnością gospodarczą, jak i mroźnym powietrzem znad Skandynawii, pojawił się problem. Mroźny wyż atmosferyczny wstrzymywał ruch powietrza, dlatego z zainstalowanej mocy 5,8 GW farm wiatrowych pracowało jedynie 273 MW. W momencie najwyższego zapotrzebowania, Polskę musiał wspierać import energii z pięciu sąsiadujących krajów: Niemiec, Czech, Szwecji, Litwy oraz Ukrainy.

Energii z OZE nie da się w tej chwili wytwarzać „na zapas”. Do magazynowania energii na dużą skalę nie posiadamy odpowiednich technologii. Co więcej, jeśli nawet „jakoś, kiedyś” problem ten zostanie rozwiązany, jak wróżą technologiczni optymiści (rozwijane są technologie STES), dodatkowe nakłady energetyczne, związane z konstruowaniem i konserwowaniem infrastruktury buforującej, mogą sprowadzić współczynnik EROEI dla OZE do poziomu poniżej 7:1. Mówiąc w skrócie, byłoby za mało energii na odtwarzanie cywilizacji jaką znamy. Warto również podkreślić, że EROEI nie mierzy kosztów finansowych. Ceny ogniw fotowoltaicznych mogą maleć, ale ich wydajność energetyczna wcale od tego nie wzrośnie.

Energetyczne giganty

W zarysowanym kontekście, elektrownia atomowa to gigant o współczynniku EROEI wynoszącym 75:1. Pracuje 24 godziny na dobę, przez cały rok i niezależnie od warunków atmosferycznych. W grudniu 2019 roku została zamknięta, dziesięć lat przed planowym końcem eksploatacji, w pełni sprawna elektrownia jądrowa w niemieckim Philippsburgu niedaleko Karlsruhe. Na zaledwie 100 hektarach powierzchni produkowała ona niemal jedną dziesiątą zapotrzebowania całej Polski na prąd, co przewyższało grubo ponad dziesięciokrotnie produkcję największej na świecie solarnej elektrowni w Ouarzazate zajmującej 2,5 tysiąca hektarów.

Niemcy podjęli decyzję o wygaszeniu elektrowni atomowych pod wpływem emocji po katastrofie w japońskiej Fukushimie. Była to druga co do wielkości awaria elektrowni jądrowej w historii świata, oznaczona najwyższym, siódmym, stopniem zagrożenia w międzynarodowej skali oceny skutków zdarzeń radiacyjnych INES, a mimo to nie było z tego powodu żadnych bezpośrednich ofiar śmiertelnych, które ucierpiałyby wskutek oddziaływania radiacyjnego. Pomimo Fukushimy i Czarnobyla, energia z elektrowni atomowej pozostaje jednym z najbezpieczniejszych sposobów pozyskiwania energii. Współczynnik śmiertelności związany z wypadkowością i skażeniem środowiska dla energii atomowej to 0,7 na 10 TWh wyprodukowanej energii. Czyli jest 351 razy niższy niż w przypadku pozyskiwania energii z węgla, który zabija 246 osób na 10 TWh. Energia uzyskana z biomasy zabija natomiast 46 osób na 10 TWh.

Można zwrócić uwagę, że 60 lat użytkowania energii jądrowej w Stanach Zjednoczonych wytworzyło 70 tysięcy ton odpadów radioaktywnych. Dla wielu osób będzie to przerażająca liczba. Ale mniej więcej tyle samo toksycznych odpadów produkują amerykańskie elektrownie konwencjonalne… co godzinę. Jedynie 3 procent odpadów z elektrowni atomowych należy do grupy wysokiego poziomu aktywności. Reszta należy do tych samych kategorii, co na przykład zużyty sprzęt medycyny nuklearnej (niskoaktywne, o krótkim czasie rozpadu) lub żywice epoksydowe czy szlam chemiczny (średnioaktywne, w niektórych przypadkach wymagające ekranowania, ale nie schładzania). 95 procent zużytego paliwa jądrowego nadaje się do recyklingu i ponownego użycia. Pozostałe kilka procent produktów rozszczepienia jest zeszkliwiana w temperaturze 1100 stopni C i przygotowywana do długoterminowego przechowywania w formacjach skalnych. Tak zwane ostateczne składowiska geologiczne powstają obecnie w Finlandii w Onkalo oraz we Francji w Bure. Innym sposobem na zmniejszenie ilości odpadów byłaby budowa reaktorów prędkich powielających (FBR), które pracując, wytwarzają więcej materiału rozszczepialnego, niż zużywają. Kilka z nich działa na świecie, w Rosji, Indiach i Chinach. Jednak wiele programów badawczych zostało wstrzymanych z powodów pozanaukowych. Jak zwraca uwagę prof. Andrzej Strupczewski z Narodowego Centrum Badań Jądrowych, w zasadzie rozwiązano techniczne problemy dotyczące składowania odpadów, pozostały problemy polityczne.

W kontekście szybkiej dekarbonizacji, częstym argumentem przeciwko energii z atomu są terminy realizacji i koszty budowy elektrowni jądrowych. To prawda, w ich przypadku cykl budowy przekracza dziesięć lat oraz wymaga zebrania dużych nakładów kapitałowych na samym początku. Z tym poradzić sobie może wyłącznie państwo (wyjątek pojawił się jedynie na największym rynku amerykańskim). Jest to problem w czasach, gdy państwa zrzekają się odpowiedzialności za kolejne sfery życia i pozostawiają je do obsługi prywatnemu kapitałowi. A ten ze swojej istoty nie ma możliwości, ambicji ani perspektywy czasowej porównywalnych do organizmów państwowych. Dzięki mobilizacji indywidualnego kapitału możemy w szybkim tempie postawić początkowe moce OZE. W Europie nadal jest to jednak jedynie około 12 procent (wyłączając z puli biomasę). Panel fotowoltaiczny możemy zamontować na dachu w ciągu jednego dnia. Do tego zamontowanie ekwiwalentu mocy jednej elektrowni również zajmie lata. Każde bezemisyjne źródło energii jest na wagę powstrzymania kryzysu klimatycznego. Ale nawet Dania, kraina wiatrów, będąca prekursorką w dziedzinie energii wiatrowej od lat 70., dopiero niedawno osiągnęła wyniki generowania prądu z wiatru na poziomie osiągów pojedynczej elektrowni jądrowej.

Nowy typ proklimatycznych aktywistów

Elektrownie wiatrowe i słoneczne, choć mają wady, zapewniają szybką dekarbonizację. Są stosunkowo tanimi inwestycjami, proporcjonalnie obarczonymi mniejszą ilością regulacji. Mimo to, zawsze potrzebne będzie źródło energii stanowiące stabilną podstawę całego systemu. Obecnie na świecie działa około 440 reaktorów jądrowych, zaspokajając około 11 procent światowego zapotrzebowania na energię elektryczną. W samej Unii Europejskiej pracuje ich ponad setka, dostarczając Wspólnocie jedną czwartą energii elektrycznej.

W grudniu 2019 roku inżynier Adam Błażowski, na co dzień zawodowo zajmujący się OZE i efektywnością energetyczną budynków, zorganizował w Niemczech wraz z polskimi aktywistami ekologicznymi FOTA4Climate z Wrocławia, Katowic, Warszawy, Krakowa, Gdańska i Łodzi demonstrację pod zamykanym wówczas reaktorem w Philippsburgu. Na tle białego obłoku pary wydobywającej się jeszcze z komina chłodniczego elektrowni, mówił do zgromadzonych: „Zmiany klimatu zmieniają wszystko. Zmieniają świat wokół nas, ale i zmieniają nas samych. Niektórzy z nas byli przeciwko energii atomowej, ale sprawdziliśmy fakty i okazało się, że byliśmy okłamywani przez aktywistów antyatomowych. […] Reaktor za moimi plecami produkuje tyle energii, co niemal wszystkie turbiny wiatrowe Danii! Zwracam się do minister ochrony środowiska Svenji Schultze: Jak śmiesz! – parafrazował Gretę Thunberg – Jak śmiesz, zamykać ten reaktor?”.

Tego rodzaju nowy typ działaczy pragmatycznie walczących ze zmianami klimatycznymi nie jest mile widziany w tradycyjnym środowisku ekologów tożsamościowo związanych z ruchem antyatomowym wywodzącym się jeszcze z lat 70. W trakcie Marszu dla Klimatu 8 grudnia 2018 roku w Katowicach podczas trwającego szczytu klimatycznego COP24 zwolennicy łączenia OZE z energią jądrową zostali usunięci przez organizatorów ze zgromadzenia. Tradycyjne tożsamości nie powinny jednak przysłaniać faktów. Nie ma idealnych, absolutnie czystych źródeł energii. Również technologie jądrowe mogą być udoskonalane w celu skrócenia czasu budowy, bezpieczeństwa eksploatacji, rozbiórki, jak i składowania oraz jak najmniejszej energochłonności wszystkich powyższych procesów. Jednak zamykając i grzebiąc programy atomowe kolejnych państw europejskich, zamykamy sobie tę drogę na zawsze.