Zielona transformacja może się rozbić o bariery technologiczne

Przy obecnie istniejących technologiach plany osiągnięcia w ciągu trzech dekad neutralności klimatycznej skazane są na porażkę. Budowa wielu „ekologicznych” instalacji wciąż będzie wymagała dużych ilości stali i tworzyw produkowanych w sposób mocno energochłonny.

Koszt osiągnięcia przez świat tzw. neutralności klimatycznej będzie na pewno ogromny. Według prognoz analityków McKinseya w samej Europie potrzebne będą inwestycje w zieloną energię sięgające przez najbliższe 30 lat 28 bln USD. Te 28 bln USD to więcej, niż wynosi nominalny PKB Unii Europejskiej. Trzeba jednak brać pod uwagę to, że Europa w ostatnich dekadach i tak już mocno ograniczyła swoje emisje gazów cieplarnianych. Prawdziwym wyzwaniem będzie dekarbonizacja w Azji. Według wyliczeń analityków Asia Society Policy Institute region Azji i Pacyfiku będzie potrzebował na ten cel łącznie 71 bln USD. Powiązana z ONZ organizacja Climate Champions prognozuje, że cały świat będzie musiał do 2050 r. wydać łącznie na zielone inwestycje 125 bln USD. Obecnie PKB całego świata wynosi 105,6 bln USD. Mowa więc o ogromnych sumach, a dyskusji o tym, jak sensownie wydać te pieniądze, jest niewiele. Dominuje magiczne myślenie mówiące, że przyszłość będzie piękna, bo wszyscy w niej będą jeździć samochodami elektrycznymi zasilanymi prądem z energetyki odnawialnej. O realnych problemach i kosztach związanych z zielonymi technologiami myśli się niewiele...

Granice wzrostu

W niektórych krajach energetyka odnawialna jest bardzo atrakcyjną opcją zapewniającą tani prąd. Jest tak zazwyczaj w państwach, które na przykład posiadają warunki naturalne pozwalające im czerpać prąd z wielu hydroelektrowni. (Tak jest choćby w przypadku Norwegii, gdzie w 2021 r. 99 proc. prądu produkowano dzięki energetyce odnawialnej, czy w Brazylii, gdzie ten odsetek sięgał 78,4 proc.). Te, które nie dysponują wartkimi górskimi rzekami lub nie cieszą się słoneczną pogodą przez większą część roku, muszą radzić sobie, choćby próbując okiełznać siłę wiatru, budując turbiny.

Współczesne turbiny wiatrowe nie są oczywiście konstrukcjami z biodegradowalnego drewna. Do ich budowy potrzeba dużych ilości stali. Przeciętna 5-megawatowa turbina wymaga 150 ton stali na zbrojenie fundamentów, 250 ton na piastę wirnika i gondolę turbiny, a 500 ton na wieżę. (Dla porównania: czołg M1A2 Abrams waży 63,5 tony). Turbina o mocy 5 MW może wydawać się potężną konstrukcją, ale potrzeba 77 takich turbin, by dysponować mocą zbliżoną do warszawskiej Elektrociepłowni Żerań. W skali świata potrzeby są oczywiście znacznie większe.

„Zakładając, że w 2030 roku energia wiatrowa miałaby zaspokajać 25 proc. globalnego zapotrzebowania na energię elektryczną, i przyjmując średni współczynnik wykorzystania mocy wynoszący 35 procent, łączna moc zainstalowana wszystkich turbin wiatrowych na świecie musiałaby wynosić około 2,5 terawata – na wyprodukowanie i montaż tych urządzeń trzeba by zużyć mniej więcej 450 milionów ton stali. Liczba ta nie uwzględnia stali do produkcji słupów, przewodów i transformatorów wysokiego napięcia niezbędnych do podłączenia nowych elektrowni wiatrowych do sieci elektroenergetycznej. Produkcja stali jest bardzo energochłonna. (...) Wyprodukowanie stali niezbędnej do budowy turbin, które w roku 2030 mogłyby zaspokajać 25 proc. globalnego zapotrzebowania na energię elektryczną, wymagałoby zużycia paliw kopalnych na poziomie 600 milionów ton ekwiwalentu węgla” – pisze Vaclav Smil w książce „Liczby nie kłamią”.

Do tego potrzeba by też wirników ważących łącznie około 23 mln ton, wyprodukowanych m.in. z włókna szklanego. Do produkcji tworzyw, z których byłyby one wykonane, potrzeba by 90 mln ton ekwiwalentu ropy naftowej. Łopaty turbin wiatrowych wymagają jednak wymiany co 20–25 lat. Zużyte dotychczas głównie zakopywano w ziemi. Dopiero od niedawna jedna z amerykańskich firm zaczęła je wykorzystywać do produkcji cementu.

Duże postępy uczyniono za to w ostatnich dekadach, by uczynić energetykę słoneczną bardziej przyjazną środowisku. Choć produkcja paneli fotowoltaicznych wymaga krzemu, germanu, selenu, plastiku i metali, to m.in. dzięki powtórnemu przetwarzaniu krzemu udało się zmniejszyć produkcję substancji toksycznych podczas wytwarzania paneli. Fotowoltaika mocno zyskuje też na popularności. W 2021 r. ilość prądu wytwarzanego z tego źródła wzrosła o rekordowe 179 TWh, czyli o 22 proc. rok do roku. O ile w 2000 r. udział energetyki słonecznej w globalnej produkcji prądu wynosił mniej niż 0,01 proc., o tyle w 2010 r. sięgał 0,16 proc., a w 2021 r. – 3,6 proc. To jednak wciąż zbyt mało w stosunku do potrzeb. Według Międzynarodowej Agencji Energii, by osiągnąć neutralność klimatyczną, globalna produkcja energii elektrycznej ze źródeł fotowoltaicznych będzie musiała wzrosnąć z 1002 TWh w 2021 r. do 7413,9 TWh w 2030 r. Czyli rosnąć w tempie 25 proc. rocznie. Nie każdy kraj posiada jednak odpowiednie warunki do takiego wzrostu. O ile w 2021 r. z instalacji słonecznych pochodziło 14,2 proc. prądu konsumowanego w Hiszpanii, o tyle w Szwecji tylko 1 proc., a w Kanadzie 0,7 proc. Brak wystarczającej ilości dni słonecznych pozostaje więc wielką barierą dla rozwoju energetyki słonecznej.

Flota do wymiany

Bariery związane z rozwojem energetyki odnawialnej stawiają też pod znakiem zapytania „ekologiczność” elektromobilności. Wszak prąd do napędzania samochodów elektrycznych może być jeszcze przez wiele lat wytwarzany przez elektrownie węglowe i gazowe (czy przez równie nielubiane przez zawodowych ekoaktywistów reaktory jądrowe).

Jak dotąd sprzedaż samochodów elektrycznych dynamicznie rosła. Według danych Międzynarodowej Agencji Energii (IEA) udział tych aut w rynku skoczył z 4 proc. w 2020 r. do 14 proc. w 2022 r. Na całym świecie jeździło ich w zeszłym roku 26 mln. Droga do zastąpienia nimi samochodów z silnikami spalinowymi jest jednak jeszcze bardzo daleka. W 2022 r. było bowiem na świecie 1,45 mld samochodów wszystkich typów. Nawet do wymiany floty samochodowej na elektryki w Europie będą potrzebne ogromne ilości litu do baterii oraz metali ziem rzadkich. Szacunki firmy konsultingowej Arthur D. Little wskazują, że przy produkcji samochodu elektrycznego powstaje trzy razy więcej substancji toksycznych niż przy budowie samochodu spalinowego. Zielone technologie nie zawsze są więc ekologiczne.

Co zastąpi silniki dieslowskie w transporcie morskim?

Yara Birkeland to pierwszy bezzałogowy statek kontenerowy o napędzie elektrycznym. Został zwodowany w 2021 r. w Norwegii. Czy podobne jednostki będą w nadchodzących latach zastępować kontenerowce napędzane potężnymi silnikami dieslowskimi? Raczej nie. Yara Birkeland to bowiem jednostka stosunkowo mała. Może przewozić 120 kontenerów TUE (czyli ustandaryzowanych kontenerów mających 6,1 metra długości i 2,4 metra szerokości). Tymczasem cztery największe kontenerowce świata zabierają po 23 756 kontenerów TUE. Yara Birkeland nie nadaje się też na trasy transkontynentalne. Osiąga bowiem prędkość 6 węzłów (największe kontenerowce płyną zwykle z prędkością 16 węzłów), a najdłuższa trasa, na której pływa, ma tylko 30 mil morskich.

Silniki diesla na okrętach będzie bardzo trudno zastąpić. Nie powstał bowiem jak dotąd żaden podobnie potężny silnik elektryczny. „Aby kontenerowiec wyposażony w najlepsze dostępne obecnie akumulatory litowo-jonowe (300 Wh/kg) mógł pokonać w ciągu miesiąca trasę z Azji do Europy, umieszczony na jego pokładzie zespół akumulatorów musiałby ważyć 100 000 ton (dla porównania masa akumulatorów litowo-jonowych w samochodzie elektrycznym to około pół tony). Same akumulatory stanowiłyby zatem 40 procent dopuszczalnej ładowności statku, co byłoby oczywiście nieopłacalne pod względem ekonomicznym. Do tego doszłyby jeszcze trudności związane z ładowaniem akumulatorów oraz obsługą napędu elektrycznego” – pisze Vaclav Smil w książce „Liczby nie kłamią”. By okręty o napędzie elektrycznym zbliżały się osiągami do tych napędzanych silnikami dieslowskimi, gęstość energetyczna akumulatorów musiałaby wzrosnąć dziesięciokrotnie. Przez ostatnie 70 lat wzrosła tylko czterokrotnie.