Obnovitelné zdroje energie šetrné ekologicky i ekonomicky

Transkript

1 Obnovitelné zdroje energie šetrné ekologicky i ekonomicky Eduard Sequens, Calla Sdružení pro záchranu prostředí Energeticky soběstačně, čistě a bezpečně? Průměrná roční teplota atmosféry u zemského povrchu byla na počátku 20. stol. přibližně 15 C, o sto let později dosahuje už téměř 16 C. Během posledního čtvrt miliónu let se teploty výrazně měnily, stejně tak jako koncentrace metanu a oxidu uhličitého. Toto přesné poznání nám umožnily vrty do kilometrových hloubek v grónském a antarktickém ledovci. V dávném ledu jsou totiž uvězněny bublinky tehdejšího vzduchu. Koncentrace plynů lze po rozpuštění ledu měřit přímo, teploty se odvozují od podílu různých izotopů vodíku a kyslíku. Na konci 20. století začalo být patrné, že teplota atmosféry stoupá. Intenzivní výzkumy ukázaly, že už celé minulé století vybočuje z proměnlivosti klimatu ve srovnání se stoletím předchozím. Jak je patrno z grafu pro severní polokouli vzrostly na konci 20. stol. teploty zcela nebývale. Jejich současný nárůst se týká celé Země, mluví se proto o globálním oteplování. Kam až porostou, je věc jiná, v každém případě to však bude v příštích staletích o řadu stupňů, tj. zcela srovnatelně se vzrůstem na konci doby ledové. Soustavný růst emisí zhruba dosavadním tempem by zřejmě do konce století vedl k oteplení o 3,4 C (s devadesátiprocentní pravděpodobností se výsledek pohybuje v rozpětí 2,0 5,4 C). Pomalý růst průměrných teplot téměř nevnímáme, ale některé důsledky globální klimatické změny jsou již patrné i nám. Nejrychleji se oteplují oblasti nejchladnější - Sibiř a Kanada - kde už dnes činí oteplení několik stupňů, což má vliv na počasí na celé severní polokouli. V některých částech Země vládne nebývalé sucho, jinde 1

2 přibývá katastrofálních srážek a větrných smrští. Razantně ubývá ledovců, což má za následek pomalu vzrůstající hladinu moří a oceánů, taje ledový příkrov severního pólu. Dochází k narušení celé řady ekosystémů s negativními důsledky pro mnoho rostlinných i živočišných druhů. Co je příčinou globální klimatické změny? V roce 1890 odhalil švédský chemik Svante Arrhenius, že oxid uhličitý (CO2) působí jako tepelná past. Propouští krátkovlnné sluneční záření v neporušené podobě k zemskému povrchu, ale zadržuje odražené dlouhovlnné záření, čímž dochází k hromadění tepla (skleníkovému efektu). Kdyby nebylo různých stopových plynů v naší atmosféře, především vodní páry, oxidu uhličitého, oxidu dusného, metanu a ozónu, které tvoří izolující ochrannou vrstvu, bylo by na povrchu Země pouhých 18 stupňů Celsia. Hypotézu, že změna koncentrace skleníkových plynů způsobila velké výkyvy mezi ledovými a teplejšími dobami, proměnila analýza kousků ledu z polárních ledovců v jistotu. Problémem je, že dnešní koncentrace obou plynů překročila hranici někdejší přirozené proměnlivosti klimatu. U oxidu uhličitého je dnešní koncentrace o 30 % vyšší než před dvěma sty lety a nadále roste. U metanu se koncentrace zvýšila oproti minulosti třikrát. Růst koncentrace je z větší části zapříčiněn překotným pálením fosilních paliv uhlí, ropy či zemního plynu. Každoročně ve formě 27,5 miliard tun oxidu uhličitého, který vypustíme do atmosféry, uvolníme tolik uhlíku, kolik se ho vázalo do biomasy, ze které vznikala fosilní paliva po celý 1 milión let. Za to, že v ovzduší zůstává jen zhruba polovina CO2, uvolněného lidskou činností, vděčíme jeho rozpustnosti v oceánech a v těchto desetiletích zřejmě také tomu, že rychleji rostou severské jehličnaté lesy. Rychlejší růst lesů je ovšem záležitostí pouze přechodnou, očekává se, že od poloviny 21. století bude v důsledku jejich průběžného odumírání oxidu uhličitého v ovzduší přibývat. Emise CO2 na obyvatele a HDP v roce 2000 v EU a zemích OECD Jaký je podíl České republiky na vypouštění skleníkových plynů? Zdroj: Swedish Energy Agency 2

3 Podíl jednotlivých států na rozvracení klimatu planety je velmi rozdílný. Ačkoliv v ekonomicky nejvyspělejších zemích žije jen 20 % z celkového počtu obyvatel světa, produkují na 80 % skleníkových plynů. Jejich celková emise činila v České republice v roce mil. tun, tj. přibližně 3 tuny uhlíku na obyvatele. Na konci éry socialismu to byly skoro čtyři tuny, avšak v důsledku jednak rozpadu energeticky nejnáročnějších průmyslových odvětví, jednak jejich inovací se emise v první polovině devadesátých let výrazně snížily. Přesto jsou stále neúnosně vysoké a v produkci CO2 na osobu patříme mezi světovou špičku. Rakousko se svým několikrát větším HDP vypouští ročně pouze dvě tuny uhlíku na obyvatele. Je zřejmé, že tempo vypouštění skleníkových plynů je sebevražedné a je nutné ho omezit. Po dlouhém vyjednávání byl v roce 1997 uzavřen Kjótský protokol k rámcové úmluvě Organizace spojených národů o klimatických změnách, jehož výsledkem by mělo být snížení produkce skleníkových plynů průmyslových zemí v letech na úroveň o 5,2 % nižší, než byla v roce V případě České republiky se jedná o závazek snížení ve výši 8 %, což znamená, že bychom teoreticky nemuseli dělat vůbec nic vzhledem k výši produkce v roce 1990, ale byl by to krátkozraký postoj. Jakkoliv jde ve vztahu k celkovému nárůstu skleníkových plynů v atmosféře pouze o nepatrnou změnu, i tak je velký problém s ratifikací protokolu ze strany jejich největších producentů, zejména USA a dalších zemí. Česká republika Kjótský protokol ratifikovala. Nejen skleníkové plyny! Přestože se kvalita ovzduší v České republice po roce 1989 výrazně zlepšila díky odsíření velkých elektráren, v posledních letech se začíná opět zhoršovat. Nezanedbatelnou měrou se na tom podílejí sami občané - největším současným problémem jsou totiž emise prachových částic pocházející především z lokálních topenišť a automobilů. Vrací se spalování nekvalitního uhlí nebo dokonce odpadků. Navíc jsou v provozu kotle staré někdy i několik desítek let, často ve špatném technickém stavu. Kromě prachových částic jsou spalováním nevhodných paliv v zastaralých kotlích do ovzduší uvolňovány také nebezpečné karcinogenní látky. Existuje cesta, jak snížit vypouštění skleníkových plynů a dalších emisí? Máme-li změnit stávající nepříznivou situaci, musíme hledat řešení v Energetickém obratu. Ten je postaven na: - Razantním snižování spotřeby energie Česká republika má přibližně dvojnásobně větší energetickou spotřebu na jednotku HDP ve srovnání s vyspělými zeměmi. Cesta ke snížení spotřeby a k hospodárnému využívání energie vede od aplikace nejnovějších technologií na straně výroby - účinnější moderní elektrárny, využití kogenerace (kombinované výroby tepla a elektřiny), účinné kotle pro domácnosti apod. po řešení na spotřební straně zateplení budov (spotřebu lze snížit desetkrát), nasazení energeticky úsporných spotřebičů, upřednostnění výhodnějších technologických procesů, zpomalení nárůstu automobilové dopravy, snížení spotřeby paliv v motorech atd. Samozřejmě je nutné snížit i ztráty při distribuci energie, čemuž nejlépe napomůže umístění zdrojů energie co nejblíže místu spotřeby (takzvaná decentralizace). - Rychlém nahrazení neobnovitelných zdrojů energie zdroji čistými obnovitelnými Ty neprodukují skleníkové plyny, nečerpají z omezených zásob surovin, nepřinášejí rizika jako jaderné elektrárny a nevytvářejí nebezpečné odpady. Jaké jsou obnovitelné zdroje energie? 3

4 Nejvíce takové energie na Zemi dodává Slunce. Slunečního záření můžeme využít k získávání tepla nebo na výrobu elektřiny. Slunce ohřívá atmosféru, avšak nestejnoměrně, díky čemuž dochází k jejímu pohybu energii větru využívají větrné motory k pohonu čerpadel nebo větrné elektrárny k výrobě elektřiny. Biomasa ke svému růstu potřebuje rovněž dopadající sluneční záření (0,5 až 1 % celkového množství), proto se jí někdy říká sluneční energetická konzerva. Jejím spalováním můžeme získat teplo, eventuálně mechanickou energii. Energii proudící vody (koloběh vody na Zemi je opět možný jen díky slunečnímu záření) využívají vodní motory (kola, turbíny) k její přeměně v energii mechanickou nebo elektrickou. V některých přímořských státech se také začíná využívat energie mořských vln. Teplo z přípovrchové vrstvy Země a vodních ploch vzniklé absorbcí slunečního záření lze získávat pomocí tepelných čerpadel. Žhavé nitro naší rodné planety Země rovněž uvolňuje geotermální energii, kterou je možno využívat. Nejvíce tam, kde je zemská kůra porušena a magma je blízko povrchu. Horká pára nebo voda vyvěrající ze země či získaná čerpáním do vrtů se používá přímo k ohřevu, případně i k výrobě elektřiny. Specifické je využití energie přílivu a odlivu moří, který vzniká díky vzájemnému působení otáčení Země a přitažlivosti Měsíce a Slunce. Síla Slunce Životně nejdůležitějším dodavatelem energie pro Zemi je Slunce. Je výchozím bodem pro chemické a biologické procesy na naší planetě. Energie slunečního záření každoročně dopadajícího na Zemi činí 1, kwh/rok, což je x více, než lidstvo v současné době spotřebuje. V našich klimatických podmínkách je celková doba přímého slunečního svitu od do hodin ročně. Teoreticky bychom tak mohli z každého metru území čerpat od do kwh energie ročně. Jedná se o stejné množství energie, které získáme dokonalým spálením cca 250 kg běžného uhlí. Na celou Českou republiku ročně dopadá okolo TWh sluneční energie. Jestliže roční spotřeba energií v ČR činí přibližně 320 TWh (50 TWh u elektřiny a 270 TWh tepla), nabízí nám jí Slunce 250 x více. Pasivně lze dopadajícího slunečního záření využívat vhodným architektonickým řešením budov. Aktivně je možné využívat sluneční teplo pomocí kolektorů, které z hlediska teplonosného média dělíme na vzduchové nebo kapalinové. Jinou možností je výroba elektřiny cestou fotovoltaiky nebo v solárně termických zařízeních. Energie z biomasy Biomasa může snadno nahradit velké množství fosilních paliv. Ve srovnání s nimi nepřispívá ke skleníkovému efektu, protože při spálení je do ovzduší uvolněno stejné množství CO2, jaké je během růstu absorbováno. Navíc jde o obnovující se a v České republice lehce dostupný zdroj energie. Pro její získávání se užívá různých metod. Nejznámější je spalování, které se spolu se zplyňováním řadí k takzvaným suchým procesům. Mezi mokré procesy patří anaerobní vyhnívání za tvorby bioplynu nebo fermentace, jejímž produktem je alkohol. Obojí je výhodně použitelné jako palivo. Specifickým způsobem je pak lisování olejů a jejich úprava na bionaftu. Dřevo se používá jako zdroj tepla již od pradávna. V současné době přibývá především spalování odpadů, vzniklých při jeho zpracování a to buď ve formě štěpků, pilinových briket nebo pelet. Na trhu je velký výběr topidel od malých kamen až po téměř bezobslužné výtopny pro obce. Nové kotle spalují dřevo s vysokou účinností, často s využitím procesu zplyňování na dřevoplyn. Hlavně pro domácnosti je pak určena nová technologie malých pilinových pelet, která odstraňuje fyzickou námahu tradičně spojovanou s vytápěním dřevem. Přibývá spalování obilné i řepkové slámy, které je dnes v zemědělství přebytek. Rozšiřuje se pěstování rychlerostoucích dřevin (topoly, vrby aj.) či energetických rostlin (například konopí, čiroku či 4

5 šťovíku), rostoucích na zemědělských plochách ležících ladem nebo na plochách jinak těžko využitelných. Sláma i energetické plodiny se používají jako palivo především v obecních výtopnách (někdy spojených s kogenerační výrobou elektřiny) nebo přímo v elektrárnách na biomasu. Svou výhřevností dřevo (15,5 MJ/kg) i sláma (14,2 MJ/kg) předčí hnědé uhlí (11,1 MJ/kg). Při rozkladu organických látek (hnoje, zelených rostlin, čistírenských kalů, odpadů z potravinářství apod.) v uzavřených zahřátých nádržích vzniká bioplyn, což je vlastně metan s oxidem uhličitým a s nepatrným množstvím dalších plynů. Bioplyn můžeme použít k vytápění nebo k pohonu spalovacích motorů či k výrobě elektřiny a tepla v motorgenerátorech. Větrná energie Ve větru na Zemi je obsaženo 35 x více energie, než spotřebovává celé lidstvo. Část jí může být využívána pomocí větrných elektráren, které pracují na odporovém nebo vztlakovém principu. V současnosti jsou nejvíce používané vztlakové větrné elektrárny s podélnou osou rotace, kdy vítr obtéká lopatky, jež mají profil jako vrtule letadel. Roztočený rotor větrné elektrárny pohání generátor, který vyrábí elektrický proud. Jednotkový výkon elektrárny se liší dle stanoviště, ale běžné jsou výkony 1 až 2 MW na jeden stroj. Obvykle se pak na jedné lokalitě staví více elektráren do takzvaných větrných farem. I v České republice jsou vhodné podmínky pro provoz větrných elektráren všude tam, kde je roční průměrná rychlost větru vyšší než 4,5 m/s v 10 m nad terénem. Vodní energie Energie proudící vody je lidstvem využívána již dlouho. Zpočátku k pohonu mlýnů, hamrů, pil, později i pro výrobu elektřiny v malých vodních elektrárnách, mezi něž se počítají zdroje do 10 MW instalovaného výkonu (u velkých vodních děl přehrad - již negativní ekologické dopady převažují nad přínosem). Před 2. světovou válkou bylo na dnešním území České republiky takových provozů. Bohužel později, při orientaci na velká vodní díla došlo často k jejich likvidaci. Dnes jich je v provozu jen cca 1 300, většinou se zastaralou technologií. Pokud dojde k jejich inovaci a dokážeme-li využít i zbývající dosažitelný potenciál vodních toků, můžeme získat dalších 550 GWh elektřiny. Malé vodní elektrárny můžeme rozdělit na průtočné, které využívají přirozený průtok a akumulační s časově omezenou schopností odběru vody podle momentální potřeby energie. Elektrárny se budují buď přímo na jezech či v tělesech hrází nebo je potřebného spádu dosaženo i několikakilometrovým náhonem nebo tlakovým přivaděčem. Základní technologickou jednotkou vodní elektrárny je turbína. Roztáčena proudící vodou pohání generátor vyrábějící elektrický proud. Existuje celá řada typů turbín pro různé průtoky a spády nejznámějšími jsou Bánkiho, Peltonova, Kaplanova či Francisova. U malých spádů se používá rovněž vodních kol, které však mají malou účinnost. Srovnání nákladů na vytápění Graf: Porovnání nákladů na vytápění podle druhu paliva v domácnosti s průměrnou roční energetickou spotřebou 80 GJ na území, kde elektřinu a zemní plyn dodává firma E.On. Elektřina přímotop Elektřina akumulace Zemní plyn Rostlinné pelety Štěpka Dřevěné pelety

6 Zdroj: TZB-info, říjen

7 Další důvody pro využití obnovitelných zdrojů energie Využívání obnovitelných zdrojů energie přináší nezanedbatelné zvýšení zaměstnanosti. Podle studie zpracované Evropskou komisí bude v roce 2020 v EU dávat práci cca 900 tisícům obyvatel. Ministerstvo životního prostředí ve svém scénáři energetické koncepce vypočetlo, že využití obnovitelných zdrojů, zejména biomasy, nabídne v roce 2010 cca 45 tis. pracovních míst. Finanční prostředky navíc neodtékají ve velkém do jiných zemí či na jiné kontinenty jako v případě ropy a zemního plynu (v České republice je to ročně přes 100 mld Kč) a zůstávají v místní ekonomice. Důležitým aspektem využívání obnovitelných zdrojů je zvýšení nezávislosti a bezpečnosti dodávek energií. Závislost Evropy na dovážených fosilních palivech, zejména ropě a zemním plynu rychle roste. V roce 2030 by mohla činit až 71 procent, ČR nevyjímaje. Bohužel se navíc jedná o závislost na geopoliticky nestabilních oblastech, kterou můžeme právě díky obnovitelným zdrojům energie snížit. 7