Tot mai des auzim angajamentul autoritatilor Europene si Romane de a reduce poluarea cu CO2 si creste generarea energiei din surse verzi. Ambitiile politice sunt sustinute si de evolutiile tehnologice care par sa avanseze tot mai mult generarea din surse verzi. Totusi, in acelasi timp, observam popularizarea unor argumente in spatiul media, care vin sa contrazica fezabilitatea tranzitiei energetice. Fie ca e vorba despre pret sau despre stabilitatea sistemului energetic regenerabil, aceste argumente trebuie discutate pentru a intelege daca e posibil sa avem o tranzitie energetica de succes sau daca telurile noastre sociale, politice si de mediu sunt doar o ambitie irealizabila?
Pentru a raspunde la aceasta intrebare vom porni de la cele mai des citate “probleme” legate de regenerabile, axandu-ne pe argumente stiintifice pentru a putea vedea daca aceste probleme sunt sau nu un obstacol insurmontabil in calea tranzitiei energetice.
Problema #1 – Costul energiei regenerabile – platim prea mult pentru regenerabile?
Un argument ce contesta fezabilitatea tranzitiei energetice tine de pret. Un exemplu este gasit intr-o lucrare publicata in jurnalul de specialitate Energies care afirma:
“intre 2011 – 2018, s-au cheltuit global $3.666 miliarde pe proiecte de schimbari climatice. Din aceasta suma, 55% ($2.030 miliarde) au fost cheltuite pe implementarea energiei solare si eoliene. Conform rapoartelor energetice globale, contributia eoliana si solara la consumul mondial de energie a crescut de la 0,5% la 3% in perioada mentionata. In acelasi timp, carbunii, petrolul si gazele naturale au asigurat 85% din consumul energetic global, restul (12%) fiind acoperit de energiile hidro si nucleara”.
La prima vedere, aceste cheltuieli par mari si nejustificate, avand in vedere ca au crescut contributia energiei regenerabile la mixul global cu doar 2,5%. Daca ar fi sa impartim aceste investitii pe cei 8 ani (2011-2018), ar rezulta aproximativ $250 miliarde (sau €190 miliarde) cheltuite anual pentru implementarea energiei regenerabile. Pe de alta parte, autorii nu explica daca aceasta suma este mare sau mica in contextul cheltuielilor energetice anuale.
Mai mult decat atat, cifrele prezentate mai sus nu fac diferenta intre investitii (CAPEX) si cheltuieli (OPEX). Un sistem energetic bazat pe tehnologii specifice combustibililor fosili are nevoie de a achizitiona acesti combustibili pentru a functiona. Pe de alta parte, investitiile in energia regenerabila sunt in general investitii de tip CAPEX. Odata realizata investitia, acestea produc energie cu costuri mici de operare, asta pentru ca acei combustibili provin din energia solara sau eoliana, respectiv au un OPEX aproape de zero.
Ca sa intelegem cat de mult inseamna acel OPEX pentru tehnologiile bazate pe combustibili fosili, e bine sa stim ca doar tarile Uniunii Europene (UE) cheltuie zilnic aproximativ €1 miliard pentru a achizitiona combustibilii necesari . Aceasta inseamna cam €365 miliarde anual, bani care sunt platiti catre companiile care vand acesti combustibili, in general, spre tari din afara UE (cum ar fi Rusia, SUA sau Arabia Saudita, mari producatori de hidrocarburi). Aceasta suma, specifica UE, este aproape dubla fata de toate investitiile globale anuale in energie regenerabila.
Revenind la partea globala la care se se refera citatul, este important sa intelegem contextul cheltuielilor globale pentru energie. Conform Agentiei Internationale a Energiei, totalul investitiilor in energie la nivelul anului 2018 a fost de $1.850 miliarde. Din aceasta suma, aproximativ $1.000 miliarde au fost investite in proiecte legate de extragerea, rafinarea si construirea de noi centrale termice dedicate combustibililor fosili. Doar $300 miliarde au fost investitii in energia regenerabila.
Mai mult decat atat, conform Fondului Monetar International, tarile lumii au subventionat la nivelul anului 2018 cu aproximativ $5.000 miliarde achizitia combustibililor fosili. Iar acesti bani sunt doar subventii, costul total al combustibililor fosili achizitionati fiind prin urmare mult mai mare. Investitiile anuale in energie regenerabila au fost $300 miliarde la nivelul aceluiasi an, cam de 20 ori mai mici (daca includem si cele $1.000 miliarde dedicate investitiilor in combustibili fosili).
Prin urmare, Problema #1 omite ”elefantul din camera”, si anume ca nu putem vorbi despre pretul regenerabilelor fara a intelege cat cheltuim pentru combustibilii fosili si energie in general.
Problema #2 – Densitatea energiei regenerabile – pierdem spatiu util?
In acelasi articol publicat pe Energies este subliniata problema densitatii energiei regenerabile, care necesita mai mult spatiu decat sistemele echivalente pe combustibili fosili.
Intr-adevar, energia eoliana, solara sau biomasa au densitati spatiale mici. Dar trebuie evidentiat caracterul versatil a solutiilor regenerabile. De exemplu, panourile solare se pot instala pe acoperisul cladirilor, practic nefiind nevoie de spatiu suplimentar dedicat. Mai mult, se pot instala in spatii care nu sunt folosite in alte scopuri, ca de exemplu in desert, zone mlastinoase, sau chiar pe suprafata apei. Instalatiile eoliene pot fi plasate off-shore, ceea ce nu se poate face cu o centrala pe carbune. Asemenea sisteme se pot distribui in numeroase locatii in diferite capacitati, ceea ce nu se poate spune despre o centrala nucleara. Distribuirea productiei energetice intre producatori mai mici sau mai mari pe o suprafata geografica mai diversa inseamna costuri mai mici cu producerea si transportul energiei, cat si accesul la energie pentru comunitatile defavorizate, ce poate contribui la rezolvarea problemei saraciei energetice (vezi articolul publicat pe InfoClima pe acest subiect).
Biomasa, in cantitati sustenabile, poate fi o resursa importanta, in ciuda densitatii energetice mici. In prezent, aceste resurse, cum sunt reziduurile forestiere si agricole sunt depozitate/incinerate fara recuperarea energiei si cu emisii mari de gaze cu efect de sera. De exemplu, producerea biogazului din dejectiile animale sau umane este o metoda de tratare a deseurilor care capteaza gazul metan, care altfel ar fi eliberat in atmosfera (metanul fiind un gaz cu efect puternic de sera). Reziduurile forestiere uscate pot fi convertite catre combustibili lichizi sau gazosi in procese care chiar pot stoca carbonul in sol sau fi folosite ca fertilizanti.
In alte cuvinte, desi au densitati spatiale mai mici decat sistemele pe combustibili fosili, solutiile regenerabile pot utiliza preponderent acele suprafete sau acele resurse care altfel ar fi irosite, si pot fi un pas inainte in eficientizarea modului in care le exploatam. Este prea simplist sa vorbim despre vina regenerabilelor in exploatarea spatiului util, cand ne-utilizarea acestor resurse chiar ne-ar putea limita spatiul util in unele situatii, lasand loc si mai multor exploatari de combustibili fosili, ca cele ilustrate in poza de mai jos.
Photo Credit: Andrew S. Wright
Problema #3 – Variabilitatea energiei regenerabile – ce facem cand nu bate vantul?
O alta critica adusa energiei regenerabile este variabilitatea acesteia. Mai exact, discrepanta dintre producerea energiei electrice si cererea de energie a consumatorilor si lipsa asa-numitului “baseload”. Cu alte cuvinte cum producem energia de care avem nevoie din solar daca in timpul noptii nu avem soare sau din eolian cand nu avem vant?
Energia regenerabila este variabila pentru ca este dependenta de miscarea maselor de aer (prezenta vantului), de nebulozitate, de numarul orelor cu soare, pentru energia eoliana si respectiv ceva solara. Numeroase studii (adunate aici) au demonstrat deja fezabilitatea sistemelor energetice cu grad ridicat sau chiar de 100% penetrare a energiei eoliene si solare. De exemplu, Danemarca are deja in medie 50% din energia electrica obtinuta din surse eoliene, iar in multe zile din an, mai multa energie eoliana este produsa decat cererea totala de energie electrica. In prezent, aceasta energie este exportata catre tarile vecine, dar in viitor poate fi stocata in baterii, ca energie termica sau sub forma combustibililor alternativi. Aspectul stocarii energiei este tratat in sectiunea urmatoare.
Totusi, un aspect des omis sau neinteles de criticii energiei regenerabile este faptul ca sistemele energetice bazate pe regenerabile nu vor functiona ca cele de astazi. Mai exact, intr-un sistem energetic clasic, ca cel de astazi (ilustrat in figura de mai sus), combustibilii fosili livreaza necesarul de energie pentru fiecare sector in parte. Un rand de combustibili fosili pentru producerea electricitatii, un alt rand de combustibili pentru producerea incalzirii, alti combustibili pentru industrie, si alti combustibili pentru transport. Viitoarele sisteme energetice bazate pe regenerabile (ca cele din figura de jos) vor fi mai integrate si mai eficiente pentru ca nu vor irosi atat de multa energie ca cele actuale. Aceasta permite maximizarea utilizarii regenerabilelor si face fezabile sistemele bazate 100% pe regenerabile. O explicatie mai pe larg a ideii de baza a acestor sisteme poate fi gasita aici.
Variabilitatea energiei regenerabile este de multe ori inteleasa ca un factor de instabilitate, ca si cum va trebui sa acceptam ca in viitor sa traim din pana in pana de curent daca facem aceasta tranzitie. Nu exista nici o baza care sa califice aceasta afirmatie, chiar din contra, experienta de pana acum ne indica ca viitoarele sisteme energetice pot fi chiar mai stabile decat cele existente. Exemplul vine din nou din Danemarca, care desi are cea mai mare penetrare a energiei regenerabile, are si cele mai putine intreruperi de livrare a energiei electrice din intreaga Europa.
Stabilitatea viitoarelor sistemelor energetice este cu adevarat importanta, dar aceasta se poate asigura cu tehnologii existente, ca de exemplu prin condensatorii sincron (ce pot fi reconvertiti de la actualele centrale termice pe combustibili fosili) sau inclusiv prin invertoarele generatorilor eolieni sau solari. Asemenea sisteme energetice vor avea destula capacitate instalata pentru a face fata si unor eventuale perioade cu productie redusa de regenerabile sau in cazul in care unii generatori eolieni sau solari intampina probleme. Partea si mai buna este ca intretinerea unor asemenea capacitati de rezerva vine la un cost foarte mic. De exemplu, pentru Germania, construirea si intretinerea unei capacitati de rezerva in caz de productie zero a regenerabilelor ar reprezenta doar 7% din totalul cheltuielilor anuale cu productia de electricitate. Si acesta este un “worst case scenario”, caci nu ia in calcul alte solutii, ca cele hidro existente sau importul de electricitate.
Problema #4 – Stocarea energiei regenerabile – avem destule baterii?
O alta critica adusa energiei regenerabile este cel al stocarii energiei. Aceasta critica spune ca sunt necesare capacitati enorme de stocare in baterii sau in lacuri de acumulare pentru a face fata doar unei mici parti a actualei cereri de energie.
Intr-adevar, combustibilii fosili au avantajul stocarii in forma solida (carbuni), lichida (petrol) sau gazoasa (gaz natural) la costuri minime pe termen nelimitat. Pe cealalta parte, energia regenerabila, reprezentata in principal de eoliene si fotovoltaice, este mai dificil de stocat pentru ca vine in forma electrica, ce necesita baterii sau hidrocentrale, iar acest tip de stocare este o solutie foarte scumpa, nesustenabila si dependenta de zona geografica, necesitand capacitati enorme de stocare.
Totusi, ceea ce nu este explicat, este ca nimeni nu va face tranzitia spre energie regenerabila doar prin instalarea de baterii si turbine eoliene. Desi bateriile sunt importate in unele situatii, ca de exemplu in vehiculele electrice, exista si alte solutii tehnologice pentru a stoca aceasta energie, care pot fi mai ieftine si fezabile. Asa cum am explicat in articolul De la un sistem energetic fosil la un sistem energetic 100% regenerabil in 6 pasi, energia electrica provenita din eoliene si fotovoltaice poate fi convertita in energie termica sau in combustibili lichizi sau gazosi. Si acest aspect este dezirabil, deoarece mediile de stocare termice sau pentru combustibili gazosi sau lichizi sunt mai ieftine decat stocarea directa electrica, asa cum este ilustrat in figura de mai jos.
Pentru a stoca energia electrica ca energie calorica este nevoie de solutii P2H (Power2Heat – Electricitate Spre Caldura) care pot converti energia electrica in apa fierbinte (<100°C). Stocarea energiei calorice este o solutie mai ieftina si mai scalabila decat bateriile, cu atat mai mult cu cat sectorul de incalzire este cel mai mare consumator de energie din Europa. Acea apa fierbinte stocata in ore cand energia electrica este ieftina, poate apoi fi folosita la o data ulterioara pentru incalzirea locuintelor prin sistemele de termoficare.
Cealalta forma de stocare este denumita P2X (Electricitate spre X), unde X poate reprezenta orice combustibil gazos sau lichid, cum ar fi metanul, metanolul, amoniacul sau hidrogenul (proces explicat in detaliu in articolul De la un sistem energetic fosil la un sistem energetic 100% regenerabil in 6 pasi).
Practic, prin conversia energiei electrice in acesti combustibili alternativi, stocarea energiei devine un exercitiu fezabil si mai ieftin care poate suplini si chiar si acea cerere de combustibili care necesita temperaturi inalte, de exemplu in fabricile de ciment sau otelarii.
Problema #5 – Producerea bateriilor – avem destule resurse?
In sectiunea precedenta am mentionat ca in anumite cazuri bateriile sunt necesare pentru a stoca energie regenerabila. Cea mai discutata metoda de stocare a energiei electrice in baterii este in cadrul vehiculelor electrice. Totusi, o problema des dezbatuta cand vine vorba de masinile electrice este cea a resurselor folosite pentru producerea acestor baterii, ceea ce ar face masinile electrice mai daunatoare mediului decat masinile pe combustie interna.
Pe buna dreptate, producerea bateriilor nu este cea mai prietenoasa cu mediul, cel putin nu pana in momentul de fata. Ingrijorarile se refera in principal la necesarul de cobalt, litiu, nichel sau cupru dar si la emisiile de dioxid de carbon.
Totusi, aceasta este un adevar trunchiat, iar toate aceste dificultati sunt expuse des de companiile petroliere, ca modalitate de a creste neincrederea in potentialul mobilitatii electrice. Un raport recent produs de think-tank-ul Transport & Environment din Bruxelles, indica ca de fapt, cea mai mare parte din materialele folosite in producerea bateriilor pot fi reciclate. Acestia estimeaza ca doar 30 kg de materiale sunt practic nereutilizabile dupa incheierea ciclului de viata al unei baterii (care continua si dupa ce masina e scoasa din uz). De cealalta parte, materialele pierdute pe durata de viata a unui vehicul pe combustie interna sunt de 300-400 ori mai mari, o masina pe combustie interna folosind nu mai putin de 17.000 litri de combustibili de-a lungul perioadei de utilizare.
Pe partea de consum de energie, studiile arata ca de-a lungul vietii, un autoturism electric foloseste cu 58% mai putina energie decat echivalentul pe benzina. Chiar si cu metodele de productie actuale si mixul energetic existent la nivelul UE, inca bazat pe combustibili fosili, un vehicul electric emite in medie cu 63% mai putin CO2 de-a lungul vietii decat echivalentul pe combustibil fosil.
Acelasi raport explica ca dependenta actuala de produse petroliere pentru a satisface cererea de transport a UE este de cateva ori mai mare decat cererea de materiale pentru producerea bateriilor chiar si in scenariul in care toate masinile din Europa devin electrice pana in 2035. Raportul mai indica ca pe viitor mai putine materii prime vor fi necesare pentru producerea bateriilor, ca rezultat al imbunatatirii proceselor de productie. Doar pana in 2030, cantitatea de litiu se poate injumatati, cea de cobalt poate fi de 4 ori mai mica, iar cea de nichel cu o cincime mai mica.
Este bine de stiut ca nu doar bateriile folosesc cobalt, ci multe alte procese industriale, chiar si producerea combustibililor fosili. Bateriile utilizeaza doar o parte (e adevarat, si cea mai mare) din productia de cobalt, dar bateriile sunt deja folosite in nenumarate alte produse. Totusi, companii precum Tesla folosesc deja mult mai putin cobalt in producerea bateriilor sale, urmand chiar sa elimine acest material din compozitia lor pe viitor.
In alte cuvinte, exista mult spatiu pentru a imbunatati procesul de productie, dar numai si numai combinat cu rate ridicate de reciclare a bateriilor. Impactul de mediu al producerii bateriilor si autovehiculelor este inca mare, dar potentialul de reducere al acestui impact este mult mai mare decat in cazul vehiculelor pe combustie interna.
Concluzii
Este important ca atunci cand dezbatem viitoare solutii energetice sa punem in balanta toate aspectele legate de acestea. Este de asemenea important sa fim informati cu privire la toate solutiile tehnice, pentru ca alegerile facute astazi vor ramane cu noi pentru urmatoarele decenii.
Prezentul articol nu are pretentia de a fi considerat complet si nici de a prezenta solutii optime, dar incearca sa prezinte o perspectiva mai obiectiva si bazata pe rezultate stiintifice asupra viitoarelor solutii energetice. In acest sens este important sa ne asiguram ca informatia pe care o citim este contextualizata indeajuns si are la baza multiple studii si argumente stiintifice. Din pacate tot mai des ne intalnim cu critici la adresa solutiilor regenerabile care sunt intentionat trunchiate, prezentand doar jumatati de adevar si evitand sa prezinte contextul mai larg. Ori daca ne propunem sa avem un dialog eficient, e necesar ca acesta sa fie unul transparent si inclusiv.
Articol prezentat de Dr. Andrei David Korberg, cercetator infoclima.ro,platforma ce contribuie la imbunatatirea calitatii discursului public in legatura cu schimbarile climatice, incurajand cercetatorii si oamenii de stiinta sa comunice publicului larg rezultatele cercetarilor din domeniu si relevanta acestora pentru societatea noastra.
