23 Zrównoważone paliwa kopalne?

W ostatnich trzech rozdziałach zbadaliśmy główne technologie i zmiany zachowań konsumenckich na rzecz redukcji zużycia energii. Stwierdziliśmy, że możliwe jest ograniczenie o połowę zużycia energii w transporcie (i odchodzenie od paliw kopalnych), o ile przesiądziemy się do samochodów elektrycznych .

Stwierdziliśmy, że jeszcze skuteczniej możemy ograniczyć zużycie energii cieplnej (i odchodzić od paliw kopalnych), ocieplając wszystkie budynki i używając elektrycznych pomp ciepła zamiast paliw kopalnych. Wynika z tego, że możemy ograniczyć zużycie energii. Niestety, zaspokojenie nawet tak zredukowanego zapotrzebowania za pomocą brytyjskich źródeł odnawialnych może być bardzo trudne (Rys. 18.7., str. 120). Czas więc przeanalizować nieodnawialne opcje produkcji energii .

Weźmy znane rezerwy paliw kopalnych. To w przeważającej części węgiel – jego rezerwy są szacowane na 800 – 1600 mld ton. Weźmy tę większą wartość, podzielmy ją równo pomiędzy 6 mld ludzi i spalmy w sposób „zrównoważony” .

Co rozumiemy przez zużywanie wyczerpywalnych, było nie było, zasobów w sposób „zrównoważony” (czyli bez uszczerbku dla przyszłych pokoleń)? Posłużymy się taką oto arbitralną definicją: tempo spalania jest „zrównoważone”, jeżeli zasobów wystarczy na 1000 lat. Tona węgla dostarcza 8000 kWh energii chemicznej, więc 1600 mld ton węgla, rozdzielone między 6 mld ludzi w przeciągu 1000 lat, daje energię rzędu 6 kWh dziennie na osobę. Standardowa elektrownia przekształciłaby tę energię chemiczną w prąd z efektywnością około 37% – daje to w przybliżeniu 2,2 kWh(e) dziennie na osobę. Jeżeli dbamy o klimat, najpewniej standardowa elektrownia nas nie zadowoli. Prawdopodobnie wybierzemy technologię „czystego węgla”, znaną również jako wychwyt i składowanie dwutlenku węgla (CCS) – technologię będącą jeszcze w powijakach, która pozwala wyłapać większość dwutlenku węgla ze strumienia spalin i wpakować go do dziury pod powierzchnią ziemi. Takie redukowanie emisji ma istotny koszt energetyczny – ograniczyłoby ilość wyprodukowanego prądu o jakieś 25%. Tak więc „zrównoważone” wykorzystanie znanych rezerw węgla dostarczyłoby zaledwie 1,6 kWh(e) na osobę dziennie .

Porównajmy owo „zrównoważone” tempo spalania węgla (1,6 mld ton rocznie) z obecnym zużyciem węgla na świecie, które wynosi 6,3 mld ton rocznie i nadal rośnie (w roku 2009 wzrosło ono do blisko 7 miliardów ton) .

Jak na tym tle wypada Wielka Brytania? Szacuje się, że zostało nam 7 mld ton węgla. Kiedy podzielimy 7 mld ton między 60 mln ludzi, otrzymamy 100 ton na osobę. W 1000-letnim horyzoncie oznacza to 2,5 kWh na osobę dziennie .

W elektrowni wyposażonej w CCS to zrównoważone podejście do brytyjskiego węgla dostarczyłoby 1,7 kWh(e) na osobę dziennie .

Wniosek jest jasny:

Czysty węgiel jest tylko technologią przejściową

Skoro już rozwijamy technologię „czystego węgla” w celu redukcji emisji gazów cieplarnianych, nawet poklepując się po plecach, musimy uczciwie podliczyć rachunki. Proces spalania węgla wiąże się z emisją gazów cieplarnianych nie tylko w elektrowni, ale też w kopalni. Wydobyciu węgla towarzyszy emisja metanu, tlenku węgla i dwutlenku węgla – zarówno bezpośrednio z pokładów węgla w procesie odkrywania, jak i później z łupków i mułowców składowanych w hałdach. Owe emisje z kopalni podnoszą ślad węglowy (czyli emisję gazów cieplarnianych) przeciętnej elektrowni o około 2%, co elektrownię pracującą w technologii „czystego węgla” czyni jakby mniej czystą. Podobny problem rachunkowy dotyczy gazu naturalnego – jeżeli około 5% gazu wycieka w trakcie transportu z dziury w ziemi do elektrowni, wywołane przez to zanieczyszczenie metanem odpowiada (w przeliczeniu na dwutlenek węgla) 40-procentowemu wzrostowi emisji CO2 z elektrowni .

Zasoby bilansowe węgla w Polsce są większe niż w Wielkiej Brytanii. Według optymistycznych założeń zostało nam 16 mld ton węgla kamiennego i 22 mld ton węgla brunatnego. Węgiel brunatny jest jednak wyjątkowo brudnym paliwem o wyższej niż węgiel kamienny emisji dwutlenku węgla, a jego wartość opałowa wynosi zaledwie 37% wartości opałowej węgla kamiennego .

Dzieląc całkowite zasoby między 40 mln Polaków, uzyskujemy 950 ton na osobę. Uwzględniając niższą wartość opałową węgla brunatnego, w 1000-letnim horyzoncie otrzymujemy 15 kWh na osobę dziennie (10 kWh z węgla kamiennego i 5 kWh z brunatnego). Zrównoważone wykorzystanie węgla w elektrowni z CCS obniżyłoby tę wartość do poziomu około 11 kWh na osobę dziennie .

Również dla Polski „czysty węgiel” jest więc tylko technologią przejściową .

Teoretyczny potencjał zaspokojenia naszych potrzeb energetycznych (nieuwzględniający barier ekonomicznych i technologicznych ani konieczności zastąpienia węglem innych wciąż wyczerpywanych źródeł energii) jest jednak wyraźnie wyższy niż w Wielkiej Brytanii .

David nie traktuje metanu uwalniającego się z pokładów węgla jako potencjalnego surowca energetycznego. W Polsce postuluje się ponowienie badań nad jego wychwytem i wykorzystaniem (takie działania prowadzono i zarzucono w latach 90.) Szacuje się, że zasoby metanu w polskich złożach to ponad 150 mld m3, czym przewyższają udokumentowane ilości w konwencjonalnych złożach gazu ziemnego. Nie jest to jednak perspektywa oszałamiająca. Załóżmy, że zużycie gazu w Polsce nie będzie rosło i nadal wynosić będzie 14 mld m3 rocznie. Zaspokojenie zapotrzebowania na gaz za pomocą metanu z pokładów węgla wyczerpałoby go w 10 lat .

Ujmując to w naszych jednostkach, wykorzystanie tych zasobów dałoby każdemu Polakowi około 0,11 kWh na osobę dziennie .

Nowe technologie węglowe

Przedsiębiorstwo directcarbon.com z siedzibą w Stanford rozwija Bezpośrednie Węglowe Ogniwo Paliwowe (Direct Carbon Fuel Cell), które przekształca paliwo i powietrze bezpośrednio w prąd i CO2 bez użycia wody lub turbin parowych .

Przedstawiciele firmy twierdzą, że ten sposób produkowania prądu z węgla jest dwukrotnie bardziej efektywny niż ma to miejsce w standardowej elektrowni .

Gdzie kończy się ścieżka „wszystko po staremu”?

Ekonomista William S. Jevons zrobił w 1865 roku proste obliczenie. Dyskutowano wówczas, na jak długo wystarczy brytyjskiego węgla. By odpowiedzieć na to pytanie, zazwyczaj dzielono szacunkowe rezerwy węgla przez jego zużycie i otrzymywano odpowiedzi w rodzaju „na 1000 lat”. Jednakże Jevons stwierdził, że zużycie nie jest stałe. Podwajało się co 20 lat, a „postęp” sprawiał, że tak miało być i w przyszłości. Stąd też wyliczenie „rezerwy podzielone przez zużycie” daje odpowiedź nieprawidłową .

Zamiast tego Jevons ekstrapolował wykładniczo rosnącą konsumpcję, obliczając, kiedy całkowite zużycie przekroczy szacunkowe rezerwy. Miało to być znacznie wcześniej niż za 1000 lat. Jevons nie zakładał, że zużycie rosłoby w stałym tempie, ale wskazywał, że wzrost ten nie będzie zrównoważony. Jego rachunki pokazały brytyjskim czytelnikom, że istnieją granice wzrostu i że owe granice mogą ujawnić się całkiem niedługo. Jevons przedstawił śmiałą prognozę, że koniec brytyjskiego „postępu” nastąpi w ciągu stu lat od roku 1865. Miał rację. Wydobycie węgla w Wielkiej Brytanii osiągnęło szczyt w 1910, a do roku 1965 Wielka Brytania przestała być światową potęgą .

Powtórzmy ten rachunek dla świata. W 2006 roku zużycie węgla wynosiło 6,3 mld ton rocznie. Porównując to z rezerwami wielkości 1600 mld ton, ludzie często mówią: „Węgla wystarczy nam jeszcze na 250 lat”. Jeżeli jednak zakładamy, że scenariusz „wszystko po staremu” („business as usual”) wiąże się z rosnącym zużyciem, otrzymamy inną odpowiedź. Gdyby zużycie węgla rosło o 2% rocznie (co mniej więcej odpowiada danym z lat 1930 – 2 000), wyczerpiemy pokłady węgla do roku 2096. Gdyby zużycie węgla rosło o 3,4% rocznie (tempo wzrostu zużycia na przestrzeni ostatniej dekady), koniec „wszystkiego po staremu” nadejdzie przed rokiem 2072. To nie 250 lat, ale 60! [szybki wzrost zużycia, obecnie już do poziomu blisko 7 miliardów ton rocznie oraz weryfikacja rezerw spowodowały, że światowe rezerwy węgla, jeszcze w 2001 roku szacowane na 250 lat bieżącego zużycia, w roku 2010 były już szacowane jedynie na 119 lat – red.] Gdyby Jevons był tu z nami dzisiaj, jestem pewien, że prognozowałby koniec naszego obecnego radosnego postępu przed rokiem 2050 lub 2060 – chyba, że obierzemy kurs inny niż „wszystko po staremu” .

I my zrewidujmy wyliczenia dla Polski. Jeżeli weźmiemy pod uwagę tylko zasoby przemysłowe i operatywne (czyli takie, które rokują pod względem ekonomicznym, technologicznym i ekologicznym), szacuje się, że węgla kamiennego przy obecnym poziomie zużycia wystarczy nam na około 50 lat. Należy zauważyć, że węgiel, który nam pozostał, jest znacznie niższej jakości i głębiej położony niż dotychczas eksploatowane pokłady. Ponadto, jeżeli każda nowa elektrownia węglowa zostanie wyposażona w instalację CCS, spadnie sprawność wykorzystania energii z węgla. By uzyskać tę samą wielkość produkcji prądu i ciepła zużyjemy więcej surowca. Węgiel skończy się nam jeszcze w połowie obecnego stulecia .