Tranziția energetică – o ambiție irealizabilă?
Problema #1 – Costul energiei regenerabile – plătim prea mult pentru regenerabile?
Problema #2 – Densitatea energiei regenerabile – pierdem spațiu util?
Problema #3 – Variabilitatea energiei regenerabile – ce facem când nu bate vântul?
Problema #4 – Stocarea energiei regenerabile – avem destule baterii?
Problema #5 – Producerea bateriilor – Avem destule resurse?
Tot mai des auzim angajamentul autorităților Europene și Române de a reduce poluarea cu CO2 și crește generarea energiei din surse verzi. Ambițiile politice sunt susținute și de evoluțiile tehnologice care par să avanseze tot mai mult generarea din surse verzi. Totuși, în același timp, observăm popularizarea unor argumente în spațiul media, care vin să contrazică fezabilitatea tranziției energetice. Fie că e vorba despre preț sau despre stabilitatea sistemului energetic regenerabil, aceste argumente trebuie discutate pentru a înțelege dacă e posibil să avem o tranziție energetică de succes sau dacă țelurile noastre sociale, politice și de mediu sunt doar o ambiție irealizabilă?
Pentru a răspunde la aceasta întrebare vom porni de la cele mai des citate “probleme” legate de regenerabile, axându-ne pe argumente științifice pentru a putea vedea dacă aceste probleme sunt sau nu un obstacol insurmontabil în calea tranziției energetice.
Problema #1 – Costul energiei regenerabile – plătim prea mult pentru regenerabile?
Un argument ce contestă fezabilitatea tranziției energetice ține de preț. Un exemplu este găsit intr-o lucrare publicată în jurnalul de specialitate Energies care afirmă:
“între 2011 – 2018, s-au cheltuit global $3.666 miliarde pe proiecte de schimbări climatice. Din această sumă, 55% ($2.030 miliarde) au fost cheltuite pe implementarea energiei solare și eoliene. Conform rapoartelor energetice globale, contribuția eoliană și solară la consumul mondial de energie a crescut de la 0,5% la 3% în perioada menționată. În același timp, cărbunii, petrolul și gazele naturale au asigurat 85% din consumul energetic global, restul (12%) fiind acoperit de energiile hidro și nucleară”.
La prima vedere, aceste cheltuieli par mari și nejustificate, având în vedere că au crescut contribuția energiei regenerabile la mixul global cu doar 2,5%. Dacă ar fi sa împărțim aceste investiții 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 explică dacă această sumă este mare sau mică în contextul cheltuielilor energetice anuale.
Mai mult decât atât, cifrele prezentate mai sus nu fac diferența între investiții (CAPEX) și cheltuieli (OPEX). Un sistem energetic bazat pe tehnologii specifice combustibililor fosili are nevoie de a achiziționa acești combustibili pentru a funcționa. Pe de altă parte, investițiile în energia regenerabilă sunt în general investiții de tip CAPEX. Odată realizată investiția, acestea produc energie cu costuri mici de operare, asta pentru că acei combustibili provin din energia solară sau eoliană, respectiv au un OPEX aproape de zero.
Ca să înțelegem cât de mult înseamnă acel OPEX pentru tehnologiile bazate pe combustibili fosili, e bine sa știm că doar țările Uniunii Europene (UE) cheltuie zilnic aproximativ €1 miliard pentru a achiziționa combustibilii necesari . Aceasta înseamnă cam €365 miliarde anual, bani care sunt plătiți către companiile care vând acești combustibili, în general, spre țări din afara UE (cum ar fi Rusia, SUA sau Arabia Saudită, mari producători de hidrocarburi). Această sumă, specifică UE, este aproape dublă față de toate investițiile globale anuale în energie regenerabilă.
Revenind la partea globală la care se se referă citatul, este important să înțelegem contextul cheltuielilor globale pentru energie. Conform Agenției Internaționale a Energiei, totalul investițiilor in energie la nivelul anului 2018 a fost de $1.850 miliarde. Din aceasta suma, aproximativ $1.000 miliarde au fost investite în proiecte legate de extragerea, rafinarea și construirea de noi centrale termice dedicate combustibililor fosili. Doar $300 miliarde au fost investiții în energia regenerabilă.
Mai mult decât atât, conform Fondului Monetar Internațional, țările lumii au subvenționat la nivelul anului 2018 cu aproximativ $5.000 miliarde achiziția combustibililor fosili. Iar acești bani sunt doar subvenții, costul total al combustibililor fosili achiziționați fiind prin urmare mult mai mare. Investițiile anuale în energie regenerabilă au fost $300 miliarde la nivelul aceluiași an, cam de 20 ori mai mici (dacă includem și cele $1.000 miliarde dedicate investițiilor în combustibili fosili).
Prin urmare, Problema #1 omite ”elefantul din cameră”, și anume că nu putem vorbi despre prețul regenerabilelor fără a înțelege cât cheltuim pentru combustibilii fosili și energie în general.
Problema #2 – Densitatea energiei regenerabile – pierdem spațiu util?
În același articol publicat pe Energies este subliniata problema densității energiei regenerabile, care necesită mai mult spațiu decât sistemele echivalente pe combustibili fosili.
Într-adevăr, energia eoliană, solară sau biomasa au densități spațiale mici. Dar trebuie evidențiat caracterul versatil a soluțiilor regenerabile. De exemplu, panourile solare se pot instala pe acoperișul clădirilor, practic nefiind nevoie de spațiu suplimentar dedicat. Mai mult, se pot instala în spații care nu sunt folosite în alte scopuri, ca de exemplu în deșert, zone mlăștinoase, sau chiar pe suprafața apei. Instalațiile eoliene pot fi plasate off-shore, ceea ce nu se poate face cu o centrală pe cărbune. Asemenea sisteme se pot distribui în numeroase locații în diferite capacități, ceea ce nu se poate spune despre o centrală nucleară. Distribuirea producției energetice între producători mai mici sau mai mari pe o suprafață geografică mai diversă înseamnă costuri mai mici cu producerea si transportul energiei, cât și accesul la energie pentru comunitățile defavorizate, ce poate contribui la rezolvarea problemei sărăciei energetice (vezi articolul publicat pe InfoClima pe acest subiect).
Biomasa, în cantități sustenabile, poate fi o resursă importantă, în ciuda densității energetice mici. În prezent, aceste resurse, cum sunt reziduurile forestiere și agricole sunt depozitate/incinerate fără recuperarea energiei și cu emisii mari de gaze cu efect de seră. De exemplu, producerea biogazului din dejecțiile animale sau umane este o metodă de tratare a deșeurilor care captează gazul metan, care altfel ar fi eliberat în atmosferă (metanul fiind un gaz cu efect puternic de seră). Reziduurile forestiere uscate pot fi convertite către combustibili lichizi sau gazoși în procese care chiar pot stoca carbonul în sol sau fi folosite ca fertilizanți.
În alte cuvinte, deși au densități spațiale mai mici decât sistemele pe combustibili fosili, soluțiile regenerabile pot utiliza preponderent acele suprafețe sau acele resurse care altfel ar fi irosite, și pot fi un pas înainte în eficientizarea modului în care le exploatăm. Este prea simplist să vorbim despre vina regenerabilelor în exploatarea spațiului util, când ne-utilizarea acestor resurse chiar ne-ar putea limita spațiul util in unele situații, lăsând loc și mai multor exploatări de combustibili fosili, ca cele ilustrate în poza de mai jos.
Photo Credit: Andrew S. Wright
Problema #3 – Variabilitatea energiei regenerabile – ce facem când nu bate vântul?
O altă critică adusă energiei regenerabile este variabilitatea acesteia. Mai exact, discrepanța dintre producerea energiei electrice și cererea de energie a consumatorilor și lipsa așa-numitului “baseload”. Cu alte cuvinte cum producem energia de care avem nevoie din solar dacă în timpul nopții nu avem soare sau din eolian când nu avem vânt?
Energia regenerabilă este variabilă pentru că este dependentă de mișcarea maselor de aer (prezența vântului), de nebulozitate, de numărul orelor cu soare, pentru energia eoliană și respectiv ceva solară. Numeroase studii (adunate aici) au demonstrat deja fezabilitatea sistemelor energetice cu grad ridicat sau chiar de 100% penetrare a energiei eoliene și solare. De exemplu, Danemarca are deja în medie 50% din energia electrică obținută din surse eoliene, iar în multe zile din an, mai multă energie eoliană este produsă decât cererea totală de energie electrică. În prezent, aceasta energie este exportată către țările vecine, dar în viitor poate fi stocată in baterii, ca energie termica sau sub forma combustibililor alternativi. Aspectul stocării energiei este tratat în secțiunea următoare.
Totuși, un aspect des omis sau neînțeles de criticii energiei regenerabile este faptul ca sistemele energetice bazate pe regenerabile nu vor funcționa ca cele de astăzi. Mai exact, într-un sistem energetic clasic, ca cel de astăzi (ilustrat în figura de mai sus), combustibilii fosili livrează necesarul de energie pentru fiecare sector în parte. Un rand de combustibili fosili pentru producerea electricității, un alt rând de combustibili pentru producerea încălzirii, alți combustibili pentru industrie, și alți combustibili pentru transport. Viitoarele sisteme energetice bazate pe regenerabile (ca cele din figura de jos) vor fi mai integrate și mai eficiente pentru ca nu vor irosi atât de multă energie că cele actuale. Aceasta permite maximizarea utilizării regenerabilelor și face fezabile sistemele bazate 100% pe regenerabile. O explicație mai pe larg a ideii de baza a acestor sisteme poate fi găsită aici.
Variabilitatea energiei regenerabile este de multe ori înțeleasă ca un factor de instabilitate, ca și cum va trebui să acceptăm ca în viitor să trăim din pană în pană de curent dacă facem această tranziție. Nu există nici o bază care să califice această afirmație, chiar din contră, experiența de până acum ne indică că viitoarele sisteme energetice pot fi chiar mai stabile decât cele existente. Exemplul vine din nou din Danemarca, care deși are cea mai mare penetrare a energiei regenerabile, are și cele mai puține întreruperi de livrare a energiei electrice din întreaga Europa.
Stabilitatea viitoarelor sistemelor energetice este cu adevărat importantă, dar aceasta se poate asigura cu tehnologii existente, ca de exemplu prin condensatorii sincron (ce pot fi reconvertiți de la actualele centrale termice pe combustibili fosili) sau inclusiv prin invertoarele generatorilor eolieni sau solari. Asemenea sisteme energetice vor avea destulă capacitate instalată pentru a face fata si unor eventuale perioade cu producție redusă de regenerabile sau în cazul în care unii generatori eolieni sau solari întampină probleme. Partea și mai buna este că întreținerea unor asemenea capacități de rezerva vine la un cost foarte mic. De exemplu, pentru Germania, construirea și întreținerea unei capacități de rezervă în caz de producție zero a regenerabilelor ar reprezenta doar 7% din totalul cheltuielilor anuale cu producția de electricitate. Și acesta este un “worst case scenario”, căci nu ia în calcul alte soluții, ca cele hidro existente sau importul de electricitate.
Problema #4 – Stocarea energiei regenerabile – avem destule baterii?
O altă critică adusă energiei regenerabile este cel al stocării energiei. Această critică spune ca sunt necesare capacități enorme de stocare in baterii sau în lacuri de acumulare pentru a face fata doar unei mici parti a actualei cereri de energie.
Într-adevăr, combustibilii fosili au avantajul stocării în forma solidă (cărbuni), lichidă (petrol) sau gazoasă (gaz natural) la costuri minime pe termen nelimitat. Pe cealaltă parte, energia regenerabilă, reprezentată în principal de eoliene și fotovoltaice, este mai dificil de stocat pentru că vine în formă electrică, ce necesită baterii sau hidrocentrale, iar acest tip de stocare este o soluție foarte scumpă, nesustenabilă si dependentă de zona geografică, necesitând capacități enorme de stocare.
Totuși, ceea ce nu este explicat, este ca nimeni nu va face tranziția spre energie regenerabilă doar prin instalarea de baterii și turbine eoliene. Deși bateriile sunt importate în unele situații, ca de exemplu în vehiculele electrice, exista și alte soluții tehnologice pentru a stoca aceasta energie, care pot fi mai ieftine și fezabile. Așa cum am explicat în articolul De la un sistem energetic fosil la un sistem energetic 100% regenerabil în 6 pași, energia electrică provenită din eoliene și fotovoltaice poate fi convertită în energie termică sau în combustibili lichizi sau gazoși. Și acest aspect este dezirabil, deoarece mediile de stocare termice sau pentru combustibili gazoși sau lichizi sunt mai ieftine decât stocarea directă electrică, așa cum este ilustrat în figura de mai jos.
Pentru a stoca energia electrică ca energie calorică este nevoie de soluții P2H (Power2Heat – Electricitate Spre Căldura) care pot converti energia electrică în apă fierbinte (<100°C). Stocarea energiei calorice este o soluție mai ieftină și mai scalabilă decât bateriile, cu atât mai mult cu cât sectorul de încălzire este cel mai mare consumator de energie din Europa. Acea apă fierbinte stocată în ore când energia electrică este ieftină, poate apoi fi folosită la o dată ulterioară pentru încălzirea locuințelor prin sistemele de termoficare.
Cealaltă 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 în detaliu în articolul De la un sistem energetic fosil la un sistem energetic 100% regenerabil în 6 pași).
Practic, prin conversia energiei electrice în acești combustibili alternativi, stocarea energiei devine un exercițiu fezabil și mai ieftin care poate suplini și chiar și acea cerere de combustibili care necesita temperaturi înalte, de exemplu în fabricile de ciment sau oțelării.
Problema #5 – Producerea bateriilor – avem destule resurse?
In secțiunea precedentă am menționat că în anumite cazuri bateriile sunt necesare pentru a stoca energie regenerabilă. Cea mai discutată metodă de stocare a energiei electrice în baterii este în cadrul vehiculelor electrice. Totuși, o problemă des dezbătută când vine vorba de mașinile electrice este cea a resurselor folosite pentru producerea acestor baterii, ceea ce ar face mașinile electrice mai dăunătoare mediului decât mașinile pe combustie internă.
Pe buna dreptate, producerea bateriilor nu este cea mai prietenoasă cu mediul, cel puțin nu până în momentul de față. Îngrijorările se referă în principal la necesarul de cobalt, litiu, nichel sau cupru dar și la emisiile de dioxid de carbon.
Totuși, aceasta este un adevăr trunchiat, iar toate aceste dificultăți sunt expuse des de companiile petroliere, ca modalitate de a crește neîncrederea în potențialul mobilității electrice. Un raport recent produs de think-tank-ul Transport & Environment din Bruxelles, indica că de fapt, cea mai mare parte din materialele folosite în producerea bateriilor pot fi reciclate. Aceștia estimează că doar 30 kg de materiale sunt practic nereutilizabile după încheierea ciclului de viața al unei baterii (care continuă și după ce mașina e scoasă din uz). De cealaltă parte, materialele pierdute pe durata de viață a unui vehicul pe combustie internă sunt de 300-400 ori mai mari, o mașină pe combustie internă folosind nu mai puțin de 17.000 litri de combustibili de-a lungul perioadei de utilizare.
Pe partea de consum de energie, studiile arată ca de-a lungul vieții, un autoturism electric folosește cu 58% mai puțină energie decât echivalentul pe benzină. Chiar și cu metodele de producție actuale și mixul energetic existent la nivelul UE, încă bazat pe combustibili fosili, un vehicul electric emite în medie cu 63% mai puțin CO2 de-a lungul vieții decât echivalentul pe combustibil fosil.
Același raport explică că dependența actuală de produse petroliere pentru a satisface cererea de transport a UE este de câteva ori mai mare decât cererea de materiale pentru producerea bateriilor chiar și în scenariul în care toate mașinile din Europa devin electrice până în 2035. Raportul mai indică că pe viitor mai puține materii prime vor fi necesare pentru producerea bateriilor, ca rezultat al îmbunătățirii proceselor de producție. Doar până în 2030, cantitatea de litiu se poate înjumătăți, cea de cobalt poate fi de 4 ori mai mică, iar cea de nichel cu o cincime mai mică.
Este bine de știut că nu doar bateriile folosesc cobalt, ci multe alte procese industriale, chiar și producerea combustibililor fosili. Bateriile utilizează doar o parte (e adevărat, și cea mai mare) din producția de cobalt, dar bateriile sunt deja folosite în nenumărate alte produse. Totuși, companii precum Tesla folosesc deja mult mai puțin cobalt în producerea bateriilor sale, urmând chiar să elimine acest material din compoziția lor pe viitor.
În alte cuvinte, există mult spațiu pentru a îmbunătăți procesul de producție, dar numai și numai combinat cu rate ridicate de reciclare a bateriilor. Impactul de mediu al producerii bateriilor și autovehiculelor este încă mare, dar potențialul de reducere al acestui impact este mult mai mare decât în cazul vehiculelor pe combustie internă.
Concluzii
Este important ca atunci când dezbatem viitoare soluții energetice să punem în balanță toate aspectele legate de acestea. Este de asemenea important sa fim informați cu privire la toate soluțiile tehnice, pentru că alegerile făcute astăzi vor rămâne cu noi pentru următoarele decenii.
Prezentul articol nu are pretenția de a fi considerat complet și nici de a prezenta soluții optime, dar încearcă să prezinte o perspectiva mai obiectivă și bazată pe rezultate științifice asupra viitoarelor soluții energetice. În acest sens este important să ne asigurăm că informația pe care o citim este contextualizată îndeajuns și are la baza multiple studii și argumente științifice. Din păcate tot mai des ne întâlnim cu critici la adresa soluțiilor regenerabile care sunt intenționat trunchiate, prezentând doar jumătăți de adevăr și evitând să prezinte contextul mai larg. Ori dacă ne propunem să avem un dialog eficient, e necesar ca acesta să fie unul transparent și inclusiv.
Dr. Andrei David Korberg
Andrei detine o diploma de doctorat obtinuta in cadrul grupul de planificare sustenabilă al energiei la Universitatea Aalborg, din Danemarca.
Munca sa constă în modelarea și analiza sistemelor energetice regenerabile, axat pe rolul combustibililor regenerabili în transport dar și ca parte a întregului sistem energetic.
Andrei este absolvent al masterului Orașe Sustenabile din cadrul aceleași universități și a lucrat ca stagiar la Asociația Europeană a Pompelor de Căldură.
