Alternativy k ropě jsou omezené
Alternativy k ropě jsou omezené
Alternativy k ropě jsou omezené
Není pochyby o tom, že ropa je klíčovým energetickým zdrojem. Ropa je výjimečná nejen tím, že je to jeden z nejsnadněji přístupných energetických zdrojů, ale také tím, že to je výchozí surovina pro mnoho průmyslových odvětví. Existence plastických hmot není myslitelná bez ropy. Kolem 40 % celosvětové spotřeby energie pochází z ropy. Na dopravě se ropa podílí enormními 90 %. Dnes se považuje za dobrou energetickou bilanci, je-li hodnota energetické návratnosti konvenční ropy (ERoEI) nad 30. Asfaltové písky mají ERoEI v nejlepším případě okolo 3. Tmavé břidlice (oil shales, black shales) skrývají takové množství ropy, které by stačilo pokrýt naši současnou světovou spotřebu na celá dlouhá desetiletí či dokonce možná i staletí. Bohužel technologické procesy získávání ropných produktů z ropných břidlic, které vyžadují dlouhodobé, několik let trvající zahřívání hornin, nepřekročily hodnotu ERoEI přes 1,5 a navíc enormně ekologicky zatěžují přírodu.
Konvenční ropa je ta, která teče z obrubně ropné studny, nekonvenční ropu musíme nějakým, obvykle energeticky náročným způsobem vyrobit – buď z uhlí, nebo z těžkých uhlovodíků ropných písků, nebo z tmavých břidlic obsahujících komplex organických látek, souhrnně označovaných jako kerogen. Ropné písky v Kanadě a Venezuele pravděpodobně obsahují polovinu ekvivalentu všech světových ropných zásob (kolem 1 000 miliard barelů), tmavé břidlice obsahují možná až trojnásobek tohoto množství a rovněž metanové hydráty na dně hlubokých plání všech světových oceánů obsahují několikanásobek světových zásob ropy. Tato situace vypadá optimisticky, ale ve skutečnosti metanové hydráty ještě dlouho nepůjdou těžit, tmavé břidlice představují zdroj na samé hranici možné energetické návratnosti a s ropnými písky je spjato velké množství environmentálních, těžebních a energetických problémů, které možná překonáme a možná ne.
Kanadské ropné písky – druhé největší ropné pole světa?
Pod anglickým výrazem „tar sands“, neboli asfaltové písky, rozumíme zvláštní druh černých písků, které obsahují kolem 10–15 % bitumenu podobného měkkému asfaltu, asi 5 % vody a zbytek je tvořen křemitými písky a jílovou příměsí. V poslední době je termín asfaltové písky nahrazován pojmem „oil sands“, neboli ropné písky. Ropné písky jsou známy z asi 70 států světa, ale skutečně významné zásoby má jenom Kanada a Venezuela. Kanadské ropné písky se nalézají zejména v provincii Alberta, kde pokrývají plochu zhruba o velikosti Čech. Představte si, že by celé Čechy byly jednou obrovskou severočeskou pánví, kde by pod několika desítkami až 400 metry sedimentů ležela v průměru kolem 20 metrů mocná téměř vodorovná vrstva černých ropných písků. Na některých místech by bylo možné otevřít obří velkolomy či spíš gigantické pískovny a do hloubek kolem stovky metrů přerýt oblasti o velikosti dejme tomu Příbramska. Na jiných místech by stačilo zavést do země dvojice hlubokých horizontálních vrtů, do jednoho vhánět horkou páru a pomocí druhého jímacího vrtu lapat uvolněné bitumeny. Za zmínku jistě stojí i to, že zpracování asfaltových písků není možné bez enormní spotřeby zemního plynu, kterého na řídce obydleném severu Alberty je naštěstí zatím dostatek. Nezanedbatelný a limitující faktor je velká spotřeba vody (uhlovodíky se oddělují od horniny horkou vodní párou). Obrovská, několikakilometrová umělá jezera odpadních vod již dnes hyzdí krajinu a nikdo neví, co s nimi. Přesto se stále plánuje další zvyšování těžby.
Podobně jako v Severočeské pánvi by bylo nutné shrnout a stranou uložit povrchovou půdu, vysušit bažiny a odvést řeky někam stranou a po vytěžení ložiska vše vrátit na původní místo a doufat, že obrovské jizvy zarostou citlivým a pomalu rostoucím boreálním lesem. Člověk by si navíc měl být plně vědom toho, že při těžbě se uvolňuje velké množství plynů rozpuštěných v roztocích mezi zrny písku a že značná část získané energie (20–40 %) se spotřebuje na místě pro další těžbu. Výroba benzinu a lehkých paliv navíc vyžaduje poměrně velké množství těžkých bitumenů a produkuje velké množství odpadu, takže asi nejvýhodnější bude zplyňování písků na místě.
Ropné písky těžili již Indiáni a používali je k impregnaci kánoí. Něco podobného se mimochodem přihodilo i biblickému Mojžíšovi, unášenému řekou v košíku vymazaném asfaltem, který se pro tyto účely těžil již před čtyřmi tisíci lety. První větší pokusy o těžbu v Kanadě se datují rokem 1967 a pak v období ropných krizí. Měly ten význam, že za oněch zhruba čtyřicet let byla vyzkoušena těžba a technologie zpracování ropných písků.
Kanadské ropné písky pravděpodobně vznikaly, podobně jako ropa, destilací z podložních prvohorních tmavých břidlic, odkud procházely spodnokřídovými písky na velké vzdálenosti. Pravděpodobně představují staré, degradované a o lehké uhlovodíky ochuzené ropné ložisko. Zachovaly se díky tomu, že těžké uhlovodíky špatně migrují a že ropné písky bývají kryty neprodyšnými jílovými vrstvami. Někteří geologové dokonce uvažují o tom, že bitumeny a písky vznikaly společně v prostředí mělkých, životem bohatých šelfových moří anebo že se jedná o zvláštní případ vzniku bitumenů při prouhelňování nedalekých uhelných slojí.
Ještě před několika lety měla Kanada vcelku zanedbatelné množství zhruba pěti miliard barelů ověřených zásob ropy, ale dnes má díky ropným písků spolehlivě ověřené zásoby o výši 174 miliard barelů, což ji staví na druhé místo ve světě, hned za Saúdskou Arábii. Pokud bychom do těchto ověřených zásob započítali i pravděpodobné a možné zásoby, tak by její palivová základna byla výhledově zhruba stejně velká jako u všech zemí OPECu. Ropní experti někdy započítávají kanadské ropné písky mezi běžné ropné zásoby, ale jiní pro ně zavádějí zvláštní kategorii ropné zásoby z nekonvenčních zdrojů, aby zdůraznili jejich odlišný charakter. Zhruba dvě třetiny kanadských ložisek jsou vlastněny místními vládami, které jsou ústavou zavázány je využívat pro blaho a potřebu místních obyvatel. Zbytek kontroluje centrální vláda.
Pokud bychom vzali myšlenku globální ropné krize vážně – a to bychom asi měli – pak nám vyjde, že Kanada má šanci stát se nejstabilnější zemí světa, nebude-li rozložena vnějšími politickými tlaky. V Iráku se dá hovořit o boji o naftu, zatímco v Kanadě spíše o vzájemném souboji investorů a ochránců přírody. Proč by si Kanaďané kvůli čínským potížím měli nechat ničit vlastní zem? V Kanadě tiše vyjednávají Američané, čínský gigant PetroChina již financuje a staví ropovod z Alberty na západní pobřeží a skupina čtyř velkých indických investorů si chce zajistit přístup k možnému budoucímu největšímu ropnému poli světa. Kanada má kromě zásob ropy také obrovská ložiska uhlí.
Zemní plyn – problémem nejsou zásoby, ale terminály
Využívání zemního plynu začalo podobně jako využívání ropy již v polovině 19. století. Po dlouhou dobu byl zemní plyn využíván především pro veřejné osvětlení a omezeně pro průmyslové aplikace. Teprve v polovině 20. století došlo k podstatnému zvýšení využití zemního plynu díky rozvoji sítě plynovodů. Zemní plyn se podílí 23 % na celosvětové spotřebě energie, a to převážně pro vytápění a výrobu elektřiny. Na rozdíl od ropy je přeprava a uskladňování zemního plynu komplikovanější a technologicky náročnější. Zemní plyn může být lodní dopravou přepravován pouze v kapalné formě jako LNG neboli Liquified Natural Gas. Zkapalňování je energeticky náročný a riskantní proces. Lodních terminálů pro zemní plyn je velice málo a lodní flotila je omezená a náročná na údržbu. Přeprava zemního plynu na velké vzdálenosti podstatně snižuje energetickou návratnost. Některé země, jako například Japonsko, jsou dnes téměř úplně závislé na dovozu zkapalněného zemního plynu.
Zemní plyn je stejně jako ropa životně důležitou průmyslovou surovinou. Výroba průmyslových hnojiv a pesticidů, bez kterých jsou vysoké zemědělské výnosy nemyslitelné, je plně závislá na zemním plynu. Celosvětové zásoby zemního plynu jsou vyšší, než je tomu v případě ropy. „Peak gas“ se dostaví pravděpodobně o něco později – nejméně o dvacet let – než „peak oil“. Specifické je, že se pravděpodobně neprojeví globálně, ale spíše regionálně, právě díky problémům spojeným jeho přepravou plynu. USA bude skoro s jistotou čelit problémům se zemním plynem mnohem dříve než Rusko a kontinentální Evropa. Podstatná část celosvětových zásob je ukryta pod zemí na dalekém sibiřském severu. Těžba zemního plynu v boreálních podmínkách je sama o sobě velikým technologickým problémem. Přeprava na velké vzdálenosti je náročná a s možnými sezonními výpadky. Hodnoty ERoEI podobně jako v případě ropy postupně klesají – v současné době se pohybují v rozmezí 8–20. Má-li zemní plyn sloužit lidstvu, bude zapotřebí nalézt způsob jeho levné dopravy na velké vzdálenosti v extrémních podmínkách.
Vodík není zdroj, ale nositel energie
Vodík se, na rozdíl od zemního plynu a ropy, v přírodě kolem nás ve volné, dostatečně koncentrované formě nevyskytuje. Nejbližší místo, kde se vodík nalézá ve velkém množství, je Slunce. Většina článků hovoří o vodíkové ekonomii budoucnosti bez vysvětlení, kde a jak a za jakou energetickou cenu můžeme vodík získat. Bohužel platí, že pokud chceme vodík používat v jakémkoli technologickém či energetickém procesu, musíme si ho nejprve vyrobit. Vyrobený vodík uschováme v nějakém zásobníku a můžeme ho později použít k výrobě energie. Vodík tedy není zdroj energie, který je volně k dispozici. Vodík je pouze nosičem energie (energy carrier). Bezesporu je vodík užitečným energetickým mezistupněm, protože obsahuje energii v koncentrované formě a spaluje se za vzniku vody. Obvykle nejsnadnější je vodík vyrobit rozkladem zemního plynu či elektrolytickým rozkladem vody. Oba tyto procesy jsou vždy energeticky ztrátové. ERoEI je vždy menší než jedna, neboli do přípravy vodíku musíme investovat více energie, než kolik spalováním vodíku získáme. Vodíková energetika má tedy význam spíše ekologický (automobily ve městě), a nikoliv energeticky strategický. Vodík je sice ekologicky „čistý“, ale vyrábíme jej „nečistým“ způsobem, tedy např. z jaderné energie nebo z energie získané spalováním fosilních paliv.
Čisté uhlí?
Začátek průmyslové revoluce je velice úzce spojen s masivním využitím uhlí v průmyslu a dopravě. Není náhodou, že se tak stalo v Anglii, která je vyhlášenou kolébkou průmyslové revoluce. Velká Británie dokázala využít efektivně velikých zásob relativně snadno přístupného uhlí už v počátcích průmyslové revoluce. Wattův vylepšený parní stroj byl jistě jedním z klíčových kroků v průběhu průmyslové revoluce, ale bez uhlí (energie) by se stal jen zajímavým stroječkem pro pobavení dětí. Velká Británie zaplatila za svůj náskok v průmyslové revoluci vysokou cenou ztráty nejprve téměř všech lesů, později uhlí a v současnosti zemního plynu, který začíná dovážet. Snadno přístupné uhlí je dávno pryč a zbylé zásoby na klasických uhelných polích představují jen malý zlomek původních zásob, který stačí sotva na 20–50 let dalšího provozu.
Uhlí se, na rozdíl od nestabilní a konfliktní ropy, nenápadně podílí na více než 23 % celosvětové energetické bilance. Uhelné a jaderné elektrárny jsou neúnavnými tahouny naší energetické produkce. Největší zásoby se nalézají v USA a Číně, tedy ve státech, které zatím málo dbají na emise oxidu uhličitého a pokud budou v energetické krizi, nebudou váhat spotřebovávat domácí uhlí. Velké uhelné zásoby leží v zatím téměř netěžených a na infrastrukturu špatně napojených oblastech Kanady. Nová obrovská ložiska byla objevena v Pákistánu, kde mohou dalších nejméně 50 let energeticky dotovat celý indický subkontinent. Také zaznamenáváme narůstající zájem o nové, čisté uhelné technologie. S ubývající a dražší ropou a zemním plynem význam uhlí zcela jistě ještě poroste. Uhlí má za sebou slavnou minulost a může je čekat velká budoucnost, která však naráží na environmentální limity, tedy na produkci oxidu uhličitého, který způsobuje globální změny počasí. Pokud zvládneme ukládání oxidu uhličitého kamkoliv jinam než do atmosféry, může být uhlí opět slavné.
Technologie využití a zpracování uhlí jsou za téměř třistaletou historii dobře zmapované a žadná překvapení nelze očekávat. Stále více se zvažují možnosti výroby pohonných hmot z uhlí. Ve velkém to muselo zvládnout nacistické Německo v průběhu druhé světové války. V současnosti vyrábí pohonné hmoty z uhlí jedině firma Sasol s jediným fungujícím provozem v Jihoafrické republice. Pokud skutečně dojde k renesanci uhlí, stojí technologové před nemalými problémy, jak zajistit co nejvyšší energetickou návratnost při současné minimalizaci ekologických dopadů. Naneštěstí uhlí je méně efektivním zdrojem energie než ropa či zemní plyn. Hodnota ERoEI pro uhlí se pohybuje v rozmezí 10–20. Čisté technologie jsou nutně méně efektivní než ty, u kterých se nestaráme o to, co se s vedlejšími produkty stane. Nadějné je, že nová generace tepelných elektráren již pracuje s polovičními ztrátami a tedy až s dvojnásobnými výnosy energie.
Renesance jaderné energie
Jaderná energie se výlučně využívá k výrobě elektrické energie, na které se celosvětově podílí v průměru přibližně 17 %. K celkové energetické bilanci jaderná energie přispívá přibližně 6,5 %. V roce 2005 bylo na celém světě v provozu celkem 441 reaktorů s celkovým výkonem 368 GW. Více než 80 % jaderných reaktorů je minimálně 15 let starých. Plánovaná životnost jaderných reaktorů je asi 40 let, což znamená, že značný počet jaderných reaktorů je v polovině své životnosti či za ní. Je to situace téměř alarmující, vezmeme-li v úvahu fakt, že výstavba jaderné elektrárny trvá až 15 let. Příčin, proč je tomu tak, je víc – včetně černobylské havárie v roce 1986. Od roku 1954, kdy byl spuštěn první jaderný reaktor určený na výrobu elektrické energie, už bylo z různých důvodů odstaveno 111 reaktorů s celkovým výrobním výkonem 36 GW. Průměrný jaderný reaktor má výkon okolo 1 GW. Jaderný reaktor s největším výkonem je instalován ve Finsku a jeho výkon je 1,6 GW. Absolutně největší počet jaderných reaktorů je v USA, kde jich v roce 2004 fungovalo celkově 104 a dodávaly do elektrické sítě přibližně 17 % elektrické energie Spojených států. Francie drží primát ve využití jaderné energie. Okolo 80 % elektrické energie je ve Francii vyrobeno v jaderných elektrárnách. Hlavním problémem nových jaderných elektráren pravděpodobně není jejich bezpečnost, ale otázka odpadů a hlubokých úložišť. Z hlediska ropného zlomu je hlavním problémem jaderné energetiky to, že elektrárny jsou drahé a jejich schvalování a výstavba zdlouhavá.
Zředěná solární energie
Ropa, uhlí a zemní plyn jsou jen různé formy koncentrované sluneční energie, která dopadala na naši Zemi před desítkami a stovkami milionů let. Sluneční energie je primárním zdrojem energie na naší planetě a přímo či nepřímo je na jejím stálém přísunu závislé všechno živé. Za rok dopadá na Zemi 3,6 1021 BTU. Toto množství energie je přibližně 10 000krát větší než množství energie, kterou naše civilizace v současné době potřebuje ke své existenci. Sluneční energie je snadno přístupná. Stačí nastavit slunci tvář a užívat si příjemného tepla. V porovnání s energií ukrytou ve fosilních palivech je však solární energie málo koncentrována. Dopadá na obrovskou plochu celé naší planety. Naše stroje však potřebují koncentrovanou energii. Na jeden metr čtvereční dopadne za celý rok ze Slunce přibližně tolik energie, kolik je jí obsaženo v necelé jedné osmině barelu ropy, neboli v necelých 20 litrech ropy. Pokud chceme solární energii využívat ve velkém, tak jak jsme u energií zvyklí, musíme ji sbírat z velké plochy a přeměnit ji na energeticky hustší médium.
Solární technologie vyžívá různé principy transformace solární energie na jinou formu energie. Nejvíce užívanými jsou fotočlánky, které pracují na principu fotoelektrického jevu, který byl znám již v 19. století. Avšak teprve až Albert Eistein dokázal interakci látky se světelným kvantem správně popsat a vysvětlit. V roce 1921 mu byla udělena Nobelova cena právě za tuto práci. Fotoelektrický jev umožňuje přímou přeměnu solární energie na energii elektrickou. Vedle fotočlánků se také často využívá tepelných kolektorů a koncentrátorů, které transformují solární energii na energii tepelnou. Akumulovaná tepelná energie může být využívána přímo například k ohřevu vody nebo k vyhřívání obytných domů. Nejjednodušším zařízením tohoto typu je černě natřený barel s vodou na střeše domu.
Solární panely mají poměrně malou účinnost. Dokážou na elektrickou energii transformovat přibližně jen 15 % dopadajícího slunečního záření. Na první pohled je velkou nevýhodou nerovnoměrné geografické rozložení intenzity slunečního záření, závislé nejen na poloze, ale také na oblačnosti a počtu slunečných dní. V našich zeměpisných šířkách dopadá na zemský povrch méně než 200 W na metr čtvereční. Vzhledem k malé hustotě sluneční energie musí být solární panely a kolektory poměrně rozměrné. Využití přímé solární energie proto vyžaduje velké investice na vývoj a výrobu materiálů i na stavbu solárních panelů. Složité je také připojení solárních panelů k elektrické síti. Neméně komplikované a nákladné jsou technologie a zařízení spojené se solární energií, jako například baterie a akumulátory, které slouží pro úschovu energie na dobu, kdy solární energie není k dispozici. Výroba a likvidace baterií a akumulátorů je také značně energeticky náročná.
S velmi zajímavým řešením přichází firma Energy Conversion Device amerického vynálezce Stanforda Ovshinskiho. Dnes pětaosmdesátiletý vynálezce a zakladatel firmy vyvíjel po dobu čtyřiceti let tenkou a pružnou fotovoltaickou fólii, která se nakonec v roce 2002 začala vyrábět za pomoci specialistů z belgické firmy Bekaert. Fólie se dá používat přímo jako střešní krytina anebo se do ní dají „balit“ celé střechy domů. Je ještě příliš brzy na hodnocení, nicméně je to krok správným směrem, kde drahé a těžké solární panely (jejichž likvidace je podobně náročná jako výroba) jsou nahrazovány velkými plochami tenkých fólií.
Za rok projezdíme v České republice skoro sedm milionů barelů ropy. Pokud bychom se rozhodli přejít na elektromobily plně zásobované energií ze solárních panelů, museli bychom pokrýt přibližně dvacetinu našeho území solárními panely. V sousedním Německu jsou na tom ještě hůře. Solární panely by musely pokrýt dokonce přes deset procent německého území, aby generovaly stejné množství energie, jako se dnes v Německu projezdí. Nahradit celosvětovou energii z ropy elektrickou energií ze solárních panelů by znamenalo pokrýt něco okolo poloviny procenta pevniny solárními panely. Třeba na Sahaře a dalších pouštích by to docela šlo. Problémem však bude zajištění bezpečného a bezporuchového chodu a připojení těchto gigantů do energetické sítě. Je to zatím nezmapovaná a nevyzkoušená oblast. Solární energetika naopak dobře funguje v malém měřítku jednoho domu. Podobně jako v jaderné energetice jsou investice vložené do stavby veliké a energetické návratnost malá. Hodnota ERoEI solární energie se pohybuje v rozmezí 1–5. Technologický pokrok je však v této oblasti značný.
Nespolehlivá větrná energie
Podobně jako přímá solární energie je také větrná energie energií „zředěnou“ a ještě více nerovnoměrně rozloženou, než je energie sluneční. Nerovnoměrné zahřívání povrchu Země a vzduchu způsobuje pohyb a přemísťování velikých hmot vzduchu. Větrnou energii lze nejlépe využívat v lokalitách, kde je vítr dostatečně silný, pravidelný a předvídatelný. V české kotlině není vhodných lokalit mnoho. Navíc většinou leží někde na kopci v pohraničních horách, jsou zdaleka vidět a ničí krajinný ráz (visual polution).
Lepší je situace v některých přímořských státech, například v Dánsku, kde pokud vítr správně fouká, dokážou větrné elektrárny pokrýt 20 % domácí spotřeby elektrické energie. Velikým problémem větrné energie je stejně jako v případě přímého využívání sluneční energie její nespolehlivost. Počasí si umane a armáda větrných elektráren se stane třeba na týden či dva jen nehybnou donkichotskou kulisou v krajině. Energetická návratnost závisí na lokalitě a může dosáhnout až ERoEI 10, což je přibližně dvakrát víc než u slunečních kolektorů. Kromě technických problémů výstavby větrných elektráren a jejich napojení na stávající rozvody elektrických sítí dochází k tomu, že výstavba naráží na odpor místních obyvatel. Je často nutné řešit estetické aspekty i dopady na ekonomické a užitkové hodnoty okolních pozemků a okolní zástavby.
Vodní energie
Vodní energie je využívána lidstvem po mnoho staletí. Její masivní využití však souvisí až s počátky komerčního využití elektrické energie. V dnešní době jsou přibližně tři procenta celkové světové energie vyráběna ve vodních elektrárnách. Vodní energie má poměrně příznivou energetickou návratnost, která v závislosti na místě dosahuje hodnot 10–40. Naneštěstí míst vhodných pro stavbu nových vodních elektráren již mnoho není. Výstavba velkých vodních elektráren vyžaduje veliké kapitálové investice a drasticky zasahuje do krajiny. Záplavové území většinou zahrnuje nejúrodnější pole v blízkosti řek. Často jsou zaplaveny přírodní a historické památky. Velká vodní plocha mívá dopad na lokální klima a mění hydrologický charakter celého povodí.
Portfolio energií
O energetických alternativách existuje neobvykle rozsáhlá literatura, která je v mnoha případech účelově zkreslena různými lobbistickými skupinami. V tomto stručném a neúplném přehledu jsme chtěli hlavně ukázat, že za ropu neexistuje rychlá a levná náhrada. Návratnost energie je ve všech případech nižší. V těchto letech rychlého technického pokroku není jasné, kde leží skutečná budoucnost energetických zdrojů. Předpokládáme, že bude docházet k dvojí diverzifikaci zdrojů:
1 – první cestu můžeme nazvat široké portfolio energií. S poklesem dostupnosti a významu ropy se nezačne uplatňovat jeden velký náhradní zdroj, ale celá skupina náhradních zdrojů, z nichž nejdůležitější bude zemní plyn, uhlí, jaderná energetika, solární fólie a biotechnologie. Očekáváme, že napjatá energetická situace nás dřív či později donutí rozšířit jadernou elektrárnu Temelín, rekonstruovat Dukovany a uvažovat o další jaderné elektrárně, a to nejspíš v průmyslových severních Čechách nebo na Ostravsku. Myslíme, že přes veškeré sliby různých vlád padnou v severočeské pánvi limity těžby uhlí. Očekáváme zavádění geneticky upravených energetických plodin a rozvoj solární energetiky.
2 – druhá cesta se bude týkat navzájem se doplňujících energetických zdrojů velkých monopolních výrobců a malých soukromých elektráren pro jeden dům či jednu vesnici. Pochopitelně platí, že nejlepší energie je ta ušetřená.
Úryvek z knihy: Václav Cílek, Martin Kašík- Nejistý plamen. Průvodce ropným světem.
ZDROJ :www.businessworld.cz
Není pochyby o tom, že ropa je klíčovým energetickým zdrojem. Ropa je výjimečná nejen tím, že je to jeden z nejsnadněji přístupných energetických zdrojů, ale také tím, že to je výchozí surovina pro mnoho průmyslových odvětví. Existence plastických hmot není myslitelná bez ropy. Kolem 40 % celosvětové spotřeby energie pochází z ropy. Na dopravě se ropa podílí enormními 90 %. Dnes se považuje za dobrou energetickou bilanci, je-li hodnota energetické návratnosti konvenční ropy (ERoEI) nad 30. Asfaltové písky mají ERoEI v nejlepším případě okolo 3. Tmavé břidlice (oil shales, black shales) skrývají takové množství ropy, které by stačilo pokrýt naši současnou světovou spotřebu na celá dlouhá desetiletí či dokonce možná i staletí. Bohužel technologické procesy získávání ropných produktů z ropných břidlic, které vyžadují dlouhodobé, několik let trvající zahřívání hornin, nepřekročily hodnotu ERoEI přes 1,5 a navíc enormně ekologicky zatěžují přírodu.
Konvenční ropa je ta, která teče z obrubně ropné studny, nekonvenční ropu musíme nějakým, obvykle energeticky náročným způsobem vyrobit – buď z uhlí, nebo z těžkých uhlovodíků ropných písků, nebo z tmavých břidlic obsahujících komplex organických látek, souhrnně označovaných jako kerogen. Ropné písky v Kanadě a Venezuele pravděpodobně obsahují polovinu ekvivalentu všech světových ropných zásob (kolem 1 000 miliard barelů), tmavé břidlice obsahují možná až trojnásobek tohoto množství a rovněž metanové hydráty na dně hlubokých plání všech světových oceánů obsahují několikanásobek světových zásob ropy. Tato situace vypadá optimisticky, ale ve skutečnosti metanové hydráty ještě dlouho nepůjdou těžit, tmavé břidlice představují zdroj na samé hranici možné energetické návratnosti a s ropnými písky je spjato velké množství environmentálních, těžebních a energetických problémů, které možná překonáme a možná ne.
Kanadské ropné písky – druhé největší ropné pole světa?
Pod anglickým výrazem „tar sands“, neboli asfaltové písky, rozumíme zvláštní druh černých písků, které obsahují kolem 10–15 % bitumenu podobného měkkému asfaltu, asi 5 % vody a zbytek je tvořen křemitými písky a jílovou příměsí. V poslední době je termín asfaltové písky nahrazován pojmem „oil sands“, neboli ropné písky. Ropné písky jsou známy z asi 70 států světa, ale skutečně významné zásoby má jenom Kanada a Venezuela. Kanadské ropné písky se nalézají zejména v provincii Alberta, kde pokrývají plochu zhruba o velikosti Čech. Představte si, že by celé Čechy byly jednou obrovskou severočeskou pánví, kde by pod několika desítkami až 400 metry sedimentů ležela v průměru kolem 20 metrů mocná téměř vodorovná vrstva černých ropných písků. Na některých místech by bylo možné otevřít obří velkolomy či spíš gigantické pískovny a do hloubek kolem stovky metrů přerýt oblasti o velikosti dejme tomu Příbramska. Na jiných místech by stačilo zavést do země dvojice hlubokých horizontálních vrtů, do jednoho vhánět horkou páru a pomocí druhého jímacího vrtu lapat uvolněné bitumeny. Za zmínku jistě stojí i to, že zpracování asfaltových písků není možné bez enormní spotřeby zemního plynu, kterého na řídce obydleném severu Alberty je naštěstí zatím dostatek. Nezanedbatelný a limitující faktor je velká spotřeba vody (uhlovodíky se oddělují od horniny horkou vodní párou). Obrovská, několikakilometrová umělá jezera odpadních vod již dnes hyzdí krajinu a nikdo neví, co s nimi. Přesto se stále plánuje další zvyšování těžby.
Podobně jako v Severočeské pánvi by bylo nutné shrnout a stranou uložit povrchovou půdu, vysušit bažiny a odvést řeky někam stranou a po vytěžení ložiska vše vrátit na původní místo a doufat, že obrovské jizvy zarostou citlivým a pomalu rostoucím boreálním lesem. Člověk by si navíc měl být plně vědom toho, že při těžbě se uvolňuje velké množství plynů rozpuštěných v roztocích mezi zrny písku a že značná část získané energie (20–40 %) se spotřebuje na místě pro další těžbu. Výroba benzinu a lehkých paliv navíc vyžaduje poměrně velké množství těžkých bitumenů a produkuje velké množství odpadu, takže asi nejvýhodnější bude zplyňování písků na místě.
Ropné písky těžili již Indiáni a používali je k impregnaci kánoí. Něco podobného se mimochodem přihodilo i biblickému Mojžíšovi, unášenému řekou v košíku vymazaném asfaltem, který se pro tyto účely těžil již před čtyřmi tisíci lety. První větší pokusy o těžbu v Kanadě se datují rokem 1967 a pak v období ropných krizí. Měly ten význam, že za oněch zhruba čtyřicet let byla vyzkoušena těžba a technologie zpracování ropných písků.
Kanadské ropné písky pravděpodobně vznikaly, podobně jako ropa, destilací z podložních prvohorních tmavých břidlic, odkud procházely spodnokřídovými písky na velké vzdálenosti. Pravděpodobně představují staré, degradované a o lehké uhlovodíky ochuzené ropné ložisko. Zachovaly se díky tomu, že těžké uhlovodíky špatně migrují a že ropné písky bývají kryty neprodyšnými jílovými vrstvami. Někteří geologové dokonce uvažují o tom, že bitumeny a písky vznikaly společně v prostředí mělkých, životem bohatých šelfových moří anebo že se jedná o zvláštní případ vzniku bitumenů při prouhelňování nedalekých uhelných slojí.
Ještě před několika lety měla Kanada vcelku zanedbatelné množství zhruba pěti miliard barelů ověřených zásob ropy, ale dnes má díky ropným písků spolehlivě ověřené zásoby o výši 174 miliard barelů, což ji staví na druhé místo ve světě, hned za Saúdskou Arábii. Pokud bychom do těchto ověřených zásob započítali i pravděpodobné a možné zásoby, tak by její palivová základna byla výhledově zhruba stejně velká jako u všech zemí OPECu. Ropní experti někdy započítávají kanadské ropné písky mezi běžné ropné zásoby, ale jiní pro ně zavádějí zvláštní kategorii ropné zásoby z nekonvenčních zdrojů, aby zdůraznili jejich odlišný charakter. Zhruba dvě třetiny kanadských ložisek jsou vlastněny místními vládami, které jsou ústavou zavázány je využívat pro blaho a potřebu místních obyvatel. Zbytek kontroluje centrální vláda.
Pokud bychom vzali myšlenku globální ropné krize vážně – a to bychom asi měli – pak nám vyjde, že Kanada má šanci stát se nejstabilnější zemí světa, nebude-li rozložena vnějšími politickými tlaky. V Iráku se dá hovořit o boji o naftu, zatímco v Kanadě spíše o vzájemném souboji investorů a ochránců přírody. Proč by si Kanaďané kvůli čínským potížím měli nechat ničit vlastní zem? V Kanadě tiše vyjednávají Američané, čínský gigant PetroChina již financuje a staví ropovod z Alberty na západní pobřeží a skupina čtyř velkých indických investorů si chce zajistit přístup k možnému budoucímu největšímu ropnému poli světa. Kanada má kromě zásob ropy také obrovská ložiska uhlí.
Zemní plyn – problémem nejsou zásoby, ale terminály
Využívání zemního plynu začalo podobně jako využívání ropy již v polovině 19. století. Po dlouhou dobu byl zemní plyn využíván především pro veřejné osvětlení a omezeně pro průmyslové aplikace. Teprve v polovině 20. století došlo k podstatnému zvýšení využití zemního plynu díky rozvoji sítě plynovodů. Zemní plyn se podílí 23 % na celosvětové spotřebě energie, a to převážně pro vytápění a výrobu elektřiny. Na rozdíl od ropy je přeprava a uskladňování zemního plynu komplikovanější a technologicky náročnější. Zemní plyn může být lodní dopravou přepravován pouze v kapalné formě jako LNG neboli Liquified Natural Gas. Zkapalňování je energeticky náročný a riskantní proces. Lodních terminálů pro zemní plyn je velice málo a lodní flotila je omezená a náročná na údržbu. Přeprava zemního plynu na velké vzdálenosti podstatně snižuje energetickou návratnost. Některé země, jako například Japonsko, jsou dnes téměř úplně závislé na dovozu zkapalněného zemního plynu.
Zemní plyn je stejně jako ropa životně důležitou průmyslovou surovinou. Výroba průmyslových hnojiv a pesticidů, bez kterých jsou vysoké zemědělské výnosy nemyslitelné, je plně závislá na zemním plynu. Celosvětové zásoby zemního plynu jsou vyšší, než je tomu v případě ropy. „Peak gas“ se dostaví pravděpodobně o něco později – nejméně o dvacet let – než „peak oil“. Specifické je, že se pravděpodobně neprojeví globálně, ale spíše regionálně, právě díky problémům spojeným jeho přepravou plynu. USA bude skoro s jistotou čelit problémům se zemním plynem mnohem dříve než Rusko a kontinentální Evropa. Podstatná část celosvětových zásob je ukryta pod zemí na dalekém sibiřském severu. Těžba zemního plynu v boreálních podmínkách je sama o sobě velikým technologickým problémem. Přeprava na velké vzdálenosti je náročná a s možnými sezonními výpadky. Hodnoty ERoEI podobně jako v případě ropy postupně klesají – v současné době se pohybují v rozmezí 8–20. Má-li zemní plyn sloužit lidstvu, bude zapotřebí nalézt způsob jeho levné dopravy na velké vzdálenosti v extrémních podmínkách.
Vodík není zdroj, ale nositel energie
Vodík se, na rozdíl od zemního plynu a ropy, v přírodě kolem nás ve volné, dostatečně koncentrované formě nevyskytuje. Nejbližší místo, kde se vodík nalézá ve velkém množství, je Slunce. Většina článků hovoří o vodíkové ekonomii budoucnosti bez vysvětlení, kde a jak a za jakou energetickou cenu můžeme vodík získat. Bohužel platí, že pokud chceme vodík používat v jakémkoli technologickém či energetickém procesu, musíme si ho nejprve vyrobit. Vyrobený vodík uschováme v nějakém zásobníku a můžeme ho později použít k výrobě energie. Vodík tedy není zdroj energie, který je volně k dispozici. Vodík je pouze nosičem energie (energy carrier). Bezesporu je vodík užitečným energetickým mezistupněm, protože obsahuje energii v koncentrované formě a spaluje se za vzniku vody. Obvykle nejsnadnější je vodík vyrobit rozkladem zemního plynu či elektrolytickým rozkladem vody. Oba tyto procesy jsou vždy energeticky ztrátové. ERoEI je vždy menší než jedna, neboli do přípravy vodíku musíme investovat více energie, než kolik spalováním vodíku získáme. Vodíková energetika má tedy význam spíše ekologický (automobily ve městě), a nikoliv energeticky strategický. Vodík je sice ekologicky „čistý“, ale vyrábíme jej „nečistým“ způsobem, tedy např. z jaderné energie nebo z energie získané spalováním fosilních paliv.
Čisté uhlí?
Začátek průmyslové revoluce je velice úzce spojen s masivním využitím uhlí v průmyslu a dopravě. Není náhodou, že se tak stalo v Anglii, která je vyhlášenou kolébkou průmyslové revoluce. Velká Británie dokázala využít efektivně velikých zásob relativně snadno přístupného uhlí už v počátcích průmyslové revoluce. Wattův vylepšený parní stroj byl jistě jedním z klíčových kroků v průběhu průmyslové revoluce, ale bez uhlí (energie) by se stal jen zajímavým stroječkem pro pobavení dětí. Velká Británie zaplatila za svůj náskok v průmyslové revoluci vysokou cenou ztráty nejprve téměř všech lesů, později uhlí a v současnosti zemního plynu, který začíná dovážet. Snadno přístupné uhlí je dávno pryč a zbylé zásoby na klasických uhelných polích představují jen malý zlomek původních zásob, který stačí sotva na 20–50 let dalšího provozu.
Uhlí se, na rozdíl od nestabilní a konfliktní ropy, nenápadně podílí na více než 23 % celosvětové energetické bilance. Uhelné a jaderné elektrárny jsou neúnavnými tahouny naší energetické produkce. Největší zásoby se nalézají v USA a Číně, tedy ve státech, které zatím málo dbají na emise oxidu uhličitého a pokud budou v energetické krizi, nebudou váhat spotřebovávat domácí uhlí. Velké uhelné zásoby leží v zatím téměř netěžených a na infrastrukturu špatně napojených oblastech Kanady. Nová obrovská ložiska byla objevena v Pákistánu, kde mohou dalších nejméně 50 let energeticky dotovat celý indický subkontinent. Také zaznamenáváme narůstající zájem o nové, čisté uhelné technologie. S ubývající a dražší ropou a zemním plynem význam uhlí zcela jistě ještě poroste. Uhlí má za sebou slavnou minulost a může je čekat velká budoucnost, která však naráží na environmentální limity, tedy na produkci oxidu uhličitého, který způsobuje globální změny počasí. Pokud zvládneme ukládání oxidu uhličitého kamkoliv jinam než do atmosféry, může být uhlí opět slavné.
Technologie využití a zpracování uhlí jsou za téměř třistaletou historii dobře zmapované a žadná překvapení nelze očekávat. Stále více se zvažují možnosti výroby pohonných hmot z uhlí. Ve velkém to muselo zvládnout nacistické Německo v průběhu druhé světové války. V současnosti vyrábí pohonné hmoty z uhlí jedině firma Sasol s jediným fungujícím provozem v Jihoafrické republice. Pokud skutečně dojde k renesanci uhlí, stojí technologové před nemalými problémy, jak zajistit co nejvyšší energetickou návratnost při současné minimalizaci ekologických dopadů. Naneštěstí uhlí je méně efektivním zdrojem energie než ropa či zemní plyn. Hodnota ERoEI pro uhlí se pohybuje v rozmezí 10–20. Čisté technologie jsou nutně méně efektivní než ty, u kterých se nestaráme o to, co se s vedlejšími produkty stane. Nadějné je, že nová generace tepelných elektráren již pracuje s polovičními ztrátami a tedy až s dvojnásobnými výnosy energie.
Renesance jaderné energie
Jaderná energie se výlučně využívá k výrobě elektrické energie, na které se celosvětově podílí v průměru přibližně 17 %. K celkové energetické bilanci jaderná energie přispívá přibližně 6,5 %. V roce 2005 bylo na celém světě v provozu celkem 441 reaktorů s celkovým výkonem 368 GW. Více než 80 % jaderných reaktorů je minimálně 15 let starých. Plánovaná životnost jaderných reaktorů je asi 40 let, což znamená, že značný počet jaderných reaktorů je v polovině své životnosti či za ní. Je to situace téměř alarmující, vezmeme-li v úvahu fakt, že výstavba jaderné elektrárny trvá až 15 let. Příčin, proč je tomu tak, je víc – včetně černobylské havárie v roce 1986. Od roku 1954, kdy byl spuštěn první jaderný reaktor určený na výrobu elektrické energie, už bylo z různých důvodů odstaveno 111 reaktorů s celkovým výrobním výkonem 36 GW. Průměrný jaderný reaktor má výkon okolo 1 GW. Jaderný reaktor s největším výkonem je instalován ve Finsku a jeho výkon je 1,6 GW. Absolutně největší počet jaderných reaktorů je v USA, kde jich v roce 2004 fungovalo celkově 104 a dodávaly do elektrické sítě přibližně 17 % elektrické energie Spojených států. Francie drží primát ve využití jaderné energie. Okolo 80 % elektrické energie je ve Francii vyrobeno v jaderných elektrárnách. Hlavním problémem nových jaderných elektráren pravděpodobně není jejich bezpečnost, ale otázka odpadů a hlubokých úložišť. Z hlediska ropného zlomu je hlavním problémem jaderné energetiky to, že elektrárny jsou drahé a jejich schvalování a výstavba zdlouhavá.
Zředěná solární energie
Ropa, uhlí a zemní plyn jsou jen různé formy koncentrované sluneční energie, která dopadala na naši Zemi před desítkami a stovkami milionů let. Sluneční energie je primárním zdrojem energie na naší planetě a přímo či nepřímo je na jejím stálém přísunu závislé všechno živé. Za rok dopadá na Zemi 3,6 1021 BTU. Toto množství energie je přibližně 10 000krát větší než množství energie, kterou naše civilizace v současné době potřebuje ke své existenci. Sluneční energie je snadno přístupná. Stačí nastavit slunci tvář a užívat si příjemného tepla. V porovnání s energií ukrytou ve fosilních palivech je však solární energie málo koncentrována. Dopadá na obrovskou plochu celé naší planety. Naše stroje však potřebují koncentrovanou energii. Na jeden metr čtvereční dopadne za celý rok ze Slunce přibližně tolik energie, kolik je jí obsaženo v necelé jedné osmině barelu ropy, neboli v necelých 20 litrech ropy. Pokud chceme solární energii využívat ve velkém, tak jak jsme u energií zvyklí, musíme ji sbírat z velké plochy a přeměnit ji na energeticky hustší médium.
Solární technologie vyžívá různé principy transformace solární energie na jinou formu energie. Nejvíce užívanými jsou fotočlánky, které pracují na principu fotoelektrického jevu, který byl znám již v 19. století. Avšak teprve až Albert Eistein dokázal interakci látky se světelným kvantem správně popsat a vysvětlit. V roce 1921 mu byla udělena Nobelova cena právě za tuto práci. Fotoelektrický jev umožňuje přímou přeměnu solární energie na energii elektrickou. Vedle fotočlánků se také často využívá tepelných kolektorů a koncentrátorů, které transformují solární energii na energii tepelnou. Akumulovaná tepelná energie může být využívána přímo například k ohřevu vody nebo k vyhřívání obytných domů. Nejjednodušším zařízením tohoto typu je černě natřený barel s vodou na střeše domu.
Solární panely mají poměrně malou účinnost. Dokážou na elektrickou energii transformovat přibližně jen 15 % dopadajícího slunečního záření. Na první pohled je velkou nevýhodou nerovnoměrné geografické rozložení intenzity slunečního záření, závislé nejen na poloze, ale také na oblačnosti a počtu slunečných dní. V našich zeměpisných šířkách dopadá na zemský povrch méně než 200 W na metr čtvereční. Vzhledem k malé hustotě sluneční energie musí být solární panely a kolektory poměrně rozměrné. Využití přímé solární energie proto vyžaduje velké investice na vývoj a výrobu materiálů i na stavbu solárních panelů. Složité je také připojení solárních panelů k elektrické síti. Neméně komplikované a nákladné jsou technologie a zařízení spojené se solární energií, jako například baterie a akumulátory, které slouží pro úschovu energie na dobu, kdy solární energie není k dispozici. Výroba a likvidace baterií a akumulátorů je také značně energeticky náročná.
S velmi zajímavým řešením přichází firma Energy Conversion Device amerického vynálezce Stanforda Ovshinskiho. Dnes pětaosmdesátiletý vynálezce a zakladatel firmy vyvíjel po dobu čtyřiceti let tenkou a pružnou fotovoltaickou fólii, která se nakonec v roce 2002 začala vyrábět za pomoci specialistů z belgické firmy Bekaert. Fólie se dá používat přímo jako střešní krytina anebo se do ní dají „balit“ celé střechy domů. Je ještě příliš brzy na hodnocení, nicméně je to krok správným směrem, kde drahé a těžké solární panely (jejichž likvidace je podobně náročná jako výroba) jsou nahrazovány velkými plochami tenkých fólií.
Za rok projezdíme v České republice skoro sedm milionů barelů ropy. Pokud bychom se rozhodli přejít na elektromobily plně zásobované energií ze solárních panelů, museli bychom pokrýt přibližně dvacetinu našeho území solárními panely. V sousedním Německu jsou na tom ještě hůře. Solární panely by musely pokrýt dokonce přes deset procent německého území, aby generovaly stejné množství energie, jako se dnes v Německu projezdí. Nahradit celosvětovou energii z ropy elektrickou energií ze solárních panelů by znamenalo pokrýt něco okolo poloviny procenta pevniny solárními panely. Třeba na Sahaře a dalších pouštích by to docela šlo. Problémem však bude zajištění bezpečného a bezporuchového chodu a připojení těchto gigantů do energetické sítě. Je to zatím nezmapovaná a nevyzkoušená oblast. Solární energetika naopak dobře funguje v malém měřítku jednoho domu. Podobně jako v jaderné energetice jsou investice vložené do stavby veliké a energetické návratnost malá. Hodnota ERoEI solární energie se pohybuje v rozmezí 1–5. Technologický pokrok je však v této oblasti značný.
Nespolehlivá větrná energie
Podobně jako přímá solární energie je také větrná energie energií „zředěnou“ a ještě více nerovnoměrně rozloženou, než je energie sluneční. Nerovnoměrné zahřívání povrchu Země a vzduchu způsobuje pohyb a přemísťování velikých hmot vzduchu. Větrnou energii lze nejlépe využívat v lokalitách, kde je vítr dostatečně silný, pravidelný a předvídatelný. V české kotlině není vhodných lokalit mnoho. Navíc většinou leží někde na kopci v pohraničních horách, jsou zdaleka vidět a ničí krajinný ráz (visual polution).
Lepší je situace v některých přímořských státech, například v Dánsku, kde pokud vítr správně fouká, dokážou větrné elektrárny pokrýt 20 % domácí spotřeby elektrické energie. Velikým problémem větrné energie je stejně jako v případě přímého využívání sluneční energie její nespolehlivost. Počasí si umane a armáda větrných elektráren se stane třeba na týden či dva jen nehybnou donkichotskou kulisou v krajině. Energetická návratnost závisí na lokalitě a může dosáhnout až ERoEI 10, což je přibližně dvakrát víc než u slunečních kolektorů. Kromě technických problémů výstavby větrných elektráren a jejich napojení na stávající rozvody elektrických sítí dochází k tomu, že výstavba naráží na odpor místních obyvatel. Je často nutné řešit estetické aspekty i dopady na ekonomické a užitkové hodnoty okolních pozemků a okolní zástavby.
Vodní energie
Vodní energie je využívána lidstvem po mnoho staletí. Její masivní využití však souvisí až s počátky komerčního využití elektrické energie. V dnešní době jsou přibližně tři procenta celkové světové energie vyráběna ve vodních elektrárnách. Vodní energie má poměrně příznivou energetickou návratnost, která v závislosti na místě dosahuje hodnot 10–40. Naneštěstí míst vhodných pro stavbu nových vodních elektráren již mnoho není. Výstavba velkých vodních elektráren vyžaduje veliké kapitálové investice a drasticky zasahuje do krajiny. Záplavové území většinou zahrnuje nejúrodnější pole v blízkosti řek. Často jsou zaplaveny přírodní a historické památky. Velká vodní plocha mívá dopad na lokální klima a mění hydrologický charakter celého povodí.
Portfolio energií
O energetických alternativách existuje neobvykle rozsáhlá literatura, která je v mnoha případech účelově zkreslena různými lobbistickými skupinami. V tomto stručném a neúplném přehledu jsme chtěli hlavně ukázat, že za ropu neexistuje rychlá a levná náhrada. Návratnost energie je ve všech případech nižší. V těchto letech rychlého technického pokroku není jasné, kde leží skutečná budoucnost energetických zdrojů. Předpokládáme, že bude docházet k dvojí diverzifikaci zdrojů:
1 – první cestu můžeme nazvat široké portfolio energií. S poklesem dostupnosti a významu ropy se nezačne uplatňovat jeden velký náhradní zdroj, ale celá skupina náhradních zdrojů, z nichž nejdůležitější bude zemní plyn, uhlí, jaderná energetika, solární fólie a biotechnologie. Očekáváme, že napjatá energetická situace nás dřív či později donutí rozšířit jadernou elektrárnu Temelín, rekonstruovat Dukovany a uvažovat o další jaderné elektrárně, a to nejspíš v průmyslových severních Čechách nebo na Ostravsku. Myslíme, že přes veškeré sliby různých vlád padnou v severočeské pánvi limity těžby uhlí. Očekáváme zavádění geneticky upravených energetických plodin a rozvoj solární energetiky.
2 – druhá cesta se bude týkat navzájem se doplňujících energetických zdrojů velkých monopolních výrobců a malých soukromých elektráren pro jeden dům či jednu vesnici. Pochopitelně platí, že nejlepší energie je ta ušetřená.
Úryvek z knihy: Václav Cílek, Martin Kašík- Nejistý plamen. Průvodce ropným světem.
ZDROJ :www.businessworld.cz
Sdílet článek na sociálních sítích
