Kanibalizmus technológií využívajúcich obnoviteľné zdroje energie

Prečo sa nepýtame, či ľudstvo potrebuje míňať toľko energie? Radšej sa pýtame, ako vyrobiť energiu čo najviac ekologicky...

Energetický kanibalizmus je charakteristický tým, že sa časť energie produkovanej určitým energetickým nosičom spotrebuje na jeho získanie, ako aj pri jeho premene na využiteľnú energiu. Aby ľudia mohli začať využívať energiu fosílnych palív, museli najprv minúť veľké množstvo energie z iných, nefosílnych zdrojov. Na počiatku masívneho využívania fosílnych palív stálo uhlie. Najskôr sa vyrúbali milióny stromov, kým sa v peciach roztavila ruda na výrobu kovových nástrojov potrebných na ťažbu uhlia, ako aj na výrobu koľajníc a prvých jednoduchých vozíkov, ktorými sa uhlie mohlo prenášať. Presne v tomto momente sa začal energetický kanibalizmus fosílnych palív.

Postupom času sa už uhlie prepravovalo pomocou samotného uhlia, ktoré sa spaľovalo v parných lokomotívach. Uhlie začalo pracovať v peciach, v ktorých sa tavila ruda a vyrábala sa oceľ na stavbu parných lokomotív. Uhlie poháňalo turbíny parných generátorov, ktorých energia sa využila na pohon strojov, ktorými sa ťažilo uhlie, strojov, ktorými sa vyrábali súčiastky na stavbu parných lokomotív atď. Uhlie vykurovalo priestory priemyselných hál na výrobu ocele, koľajníc, lokomotív, turbín atď. Uhlie „pojedalo samé seba“. Rovnako po svojom objavení začali pojedať samých seba aj zemný plyn a ropa. Niet divu, že bolo nevyhnutné minúť nesmierne množstvo energie, vydolovať a roztaviť celé hory surovín a premeniť ich na milióny kilometrov potrubí na sieť plynovodov, ropovodov, železníc či ciest.

Materiálový kanibalizmus je charakteristický tým, že časť materiálu (produktu) vyrobeného určitým procesom sa spotrebuje pri jeho samotnej výrobe. Materiálový kanibalizmus a energetický kanibalizmus fosílnych palív nemožno od seba oddeliť. Využívanie energie fosílnych palív je možné len vďaka neprirodzeným materiálom, ktoré sú vyrobené najmä energiou z fosílnych palív. Princíp kanibalizmu je identický. Spálením fosílneho paliva sa premenil vyťažený vápenec na cement. Tento cement sa použil na stavbu samotnej cementárne. Použil sa na stavbu cesty k cementárni, cesty k závodu, kde sa vyrobili zariadenia (technológia) do cementárne, ako aj na samotnú stavbu tohto závodu. Cement sa minul pri stavbe závodov na výrobu ťažobných zariadení, pomocou ktorých sa vyťažil vápenec. Ten sa minul na stavbu elektrární, rafinérií, plynární, kompresorovní… dodávajúcich energiu cementárni. Aby sa zviera alebo človek mohli najesť, musia časť svojej energie vynaložiť na to, aby získali novú energiu. Ak chceme zožať novú úrodu, časť z nej musíme zasiať. Energetický a materiálový kanibalizmus je tak prítomný aj v samotnej prírode, avšak v neporovnateľne menšej miere a bez produkcie znečistenia.

Obnoviteľnosť technológií

Znie to možno prekvapivo, no naše technológie využívajúce obnoviteľné zdroje energie (fotovoltické systémy, vodné elektrárne, veterné elektrárne a pod.) nie sú trvalo udržateľné. Pri podrobnej analýze, ktorá berie do úvahy celý životný cyklus technológií obnoviteľných zdrojov, zistíme, že tieto technológie len premieňajú fosílne palivá na elektrickú energiu s rôznou mierou úspešnosti. Principiálne neexistuje rozdiel medzi fotovoltickým systémom a uhoľnou elektrárňou, obe po vyčerpaní fosílnych palív zaniknú. Či už je to vodná, veterná, alebo jadrová elektráreň, ich spoločným menovateľom je fakt, že ich výroba bytostne závisí od fosílnych palív. Stroje spaľujúce ropu ťažia suroviny, ktoré sa tavia uhlím a plynom v peciach, z ktorých sa neskôr vyrobí oceľ, káble, potrubia, elektronika. Ďalšími fosílnymi palivami sa zmení vydolovaný vápenec na cement, ktorý prevezieme, zmiešame s vodou a ropou vydolovaným štrkom do betónu, z ktorého sa postaví vodná elektráreň.

Preto by nás nemal prekvapiť fakt, že energetická návratnosť (pozor, nemýliť si ju s ekonomickou návratnosťou) veľkých vodných a jadrových elektrární sa často približuje k polovici ich životnosti. Inými slovami, elektráreň sa energeticky splatí o polovicu svojej životnosti. Vo svete existuje mnoho rôznych štúdií o energetickej návratnosti jednotlivých technológií. Rozdielnosť výsledkov je daná nepochopením všetkých relevantných väzieb, ktoré si výroba a nasadenie danej technológie vyžadujú. V rôznej miere tak ukladáme fosílne palivá do vodných, veterných, fotovoltických a iných technológií, ktoré využívajú obnoviteľné zdroje energie. Naskytá sa preto dôležitá otázka, či pri vyčerpaní fosílnych palív dokážeme pomocou existujúcich elektrární využívajúcich obnoviteľné zdroje vyrobiť ďalšie podobné elektrárne (ak tie pôvodné dosiahnu hranicu životnosti) a súčasne uspokojiť energetické potreby ľudstva. Neudržateľnosť a bytostnú závislosť od fosílnych palív názorne ilustruje príklad fotovoltického ostrova.

Fotovoltický ostrov

Pracujem s modelovou situáciou: Práve v tejto chvíli sa minuli všetky neobnoviteľné palivá, neexistuje už žiadna ropa, plyn, uhlie ani jadrová energia. Na veľkom ostrove žije 50 000 ľudí, ktorých fakt o vyčerpaní neobnoviteľných zdrojov vôbec neovplyvní, pretože majú k dispozícii novú veľkú fotovoltickú elektráreň (FVE) s miliónmi fotovoltických panelov. Títo ľudia si uvedomujú fakt, že ak do 25 rokov (životnosť fotovoltického panelu) nevyrobia rovnaké množstvo nových panelov, ich civilizácia závislá od ich energie skolabuje. V okolí fotovoltického ostrova sa nachádzajú neobývané ostrovy, ktoré ponúkajú dostatok všetkých surovín na výrobu fotovoltických panelov.

Požiadavka na výrobu má však enormné väzby – bude potrebných mnoho elektrobagrov a iných ťažkých strojov na ťažbu surovín a takisto budú potrebné nákladné elektromobily a elektrolode na dopravenie surovín k miestu ich výroby. Nevyhnutná bude aj elektrocementáreň, ktorá vydolovaný vápenec zmení na cement, ktorým sa vybudujú cesty k jednotlivým závodom. Netreba zabudnúť na elektrohute, ktorými sa roztaví vydolovaná železná ruda, pomocou ktorej sa vyrobí oceľ.

Ľudia však musia do práce dochádzať, tak treba vyrobiť mnoho elektromobilov. Pribudne potreba postaviť nové cesty k závodom na výrobu panelov, výrobu elektrobagrov, k závodom na výrobu batérií do elektromobilov… Treba postaviť administratívne centrá, kde sa všetko bude plánovať a riadiť. Samotná fotovoltická elektráreň roztáča obrovskú špirálu „energetického kanibalizmu“, t. j. chceme postaviť novú elektráreň pomocou energie z jestvujúcej elektrárne. Načrtneme si, či má táto civilizácia udržateľný spôsob získavania energie, t. j. či dokáže vyrobiť rovnakú fotovoltickú elektráreň, čo znamená, že musí vyrobiť aj nové elektromobily, zariadenia, nástroje, postaviť závody na ich výrobu atď.

Predpokladajme, že všetkých 50 000 ľudí je zapojených do výrobného procesu – či už priamo, alebo nepriamo (ako napríklad roľníci zabezpečujúci jedlo pre ľudí vo fabrikách). Títo ľudia sú uvedomelí a dochádzajú do práce vždy aspoň traja v aute (tzn. je nevyhnutných minimálne 15 000 elektromobilov) a keďže je ostrov malý, dochádzajú do práce priemerne len 15 km, reálne teda 15 km tam a 15 km späť. Denne tak spolu najazdia približne 500 000 km. Súčasné elektromobily majú v ideálnych podmienkach spotrebu asi 20 kWh na 100 km, čo znamená, že na cestu  robotníkov do práce sa minie z fotovoltickej elektrárne 100 MWh energie, čo je energia celodennej produkcie 20 000 solárnych panelov. Potravinové požiadavky zamestnancov sa uspokojujú systémom intenzifikovaného poľnohospodárstva, ktoré stojí elektráreň (na uspokojenie potrieb 50 000 ľudí) 1 500 MWh denne!

Tomu zodpovedá celodenná produkcia 300 000 solárnych panelov! Ostrov má stredoeurópske podnebie, výrobné haly preto treba v chladných mesiacoch vykurovať. Budeme počítať s tým, že ide o „nízkoenergetické“ výrobné haly s požiadavkou tepla na úrovni 100 kWh/m2 ročne. Pri predpoklade, že vo výrobnom reťazci reprodukcie FVE pracuje v priemyselných halách pätina všetkých ľudí, prepočítaná denná potreba na vykurovanie bude minimálne 150 MWh. Bez toho, aby sme čokoľvek vyrobili, aby sme dopravili sýtych ľudí k ich strojom do vykúrených výrobných hál, minieme každý deň energiu z približne 350 000 solárnych panelov. No my potrebujeme energiu na stavbu samotných hál, strojov, zariadení, elektromobilov, elektrobagrov, na ťažbu surovín, tavenie rudy…

Ak analyzujeme vodné mlyny postavené našimi pra-prarodičmi ešte pred globalizovaným systémom, zistíme, že vyprodukovali oveľa viac energie, ako sa do nich vložilo.

Na výrobu jednej tony surového železa sa minie približne 600 kWh energie (denná produkcia 120 panelov), na výrobu jednej tony cementu približne 110 kWh (denná produkcia 24 panelov) a pod. Na stavbu jedného kilometra cesty sa minie približne 6 000 000 MJ energie, čo je 25-ročná produkcia približne 40-tich solárnych panelov. Ak by sme na ostrove potrebovali postaviť k jednotlivým závodom len 500 km nových ciest, minie sa pri tom energia 20 000 solárnych článkov počas ich celej životnosti (len na ilustráciu – celková dĺžka cestnej komunikácie na území Slovenska je 37 533 km).

Takto môžeme pokračovať v energetickom vyhodnocovaní celého reťazca výroby nevyhnutnej na reprodukciu fotovoltickej elektrárne. Výsledok je jednoznačný. Ostrovná fotovoltická elektráreň nielenže nedokáže vytvoriť rovnakú FVE, ktorá by ju po skončení jej životnosti nahradila, ale v skutočnosti nedokáže ani uspokojiť energetické požiadavky špirály potrieb ani spolovice, pričom sme ešte vôbec neuvažovali o energetických potrebách domácností. K podobným výsledkom dospejeme takmer pri všetkých ostatných technológiách využívajúcich „obnoviteľné zdroje energie“.

Ak by sme však zrátali energiu jednotlivých materiálov fotovoltických panelov, energiu na prepravu jednotlivých materiálov, prípadne aj energiu na ich ťažbu, dopočítali by sme sa k pozitívnej energetickej bilancii. Tento nesúlad medzi realitou a častými výsledkami štúdií spočíva práve v tom, že sa neberú do úvahy všetky relevantné väzby v rámci planéty Zem (štúdie do bilancie nezarátavajú energiu, ktorú minú zamestnanci dochádzkou do práce, energiu, ktorá je nevyhnutná na stavbu závodov, ciest…).

Človek si nevie presne ani predstaviť, koľko energie z fosílnych palív dnes využíva. Denná spotreba ropy je približne 80 000 000 barelov, čo je ekvivalent celoživotnej produkcie 3 500 000 fotovoltických panelov, resp. dennej produkcie 25 miliárd fotovoltických panelov. Inými slovami, ak by sme chceli nahradiť výpadok ropy, každý deň by sme na svitaní museli vyrobiť 3 500 000 nových fotovoltických panelov, ktoré by sme už večer museli recyklovať. Ešte k hrozivejším číslam sa dopracujeme pri plyne a uhlí. Využívanie (nebiologických) obnoviteľných zdrojov závisí od fosílnych palív. Ich vyčerpaním vymiznú aj „obnoviteľné zdroje energie“. V globalizovanom systéme tak zanikne väčšina súčasných „obnoviteľných zdrojov“.

Nie náhodu sa začala mylne stotožňovať obnoviteľnosť energetických zdrojov s obnoviteľnosťou technológie ich využitia. Vznikol len jeden pojem – obnoviteľný zdroj energie. Pod týmto pojmom sa v našej mysli objaví veterná, vodná, slnečná či prílivová elektráreň. Pozor, obnoviteľný zdroj energie je vietor, slnko, voda atď. Veterná turbína či vodná elektráreň boli vyrobené a postavené vďaka fosílnym palivám a len využívajú obnoviteľný zdroj energie, pomocou ktorého sa nedokážu zreprodukovať.

Obnoviteľnosť technológií pre obnoviteľné zdroje

Ľudia vytvorili v minulosti mnoho zariadení využívajúcich energiu svojho okolia, ktoré sa môžu v rámci hodnotenia životného cyklu označiť za skutočne obnoviteľné a udržateľné. Ak analyzujeme veterné a vodné mlyny postavené našimi pra-prarodičmi ešte pred globalizovaným systémom, zistíme, že vyprodukovali oveľa viac energie, ako do nich vložili. Zistíme však, že boli postavené presne podľa základných princípov udržateľnosti (princípom udržateľnosti sa budeme venovať inokedy v samostatnom článku).

Boli postavené prevažne z prírodných materiálov získaných z blízkeho okolia. No najdôležitejší fakt, ktorý spôsobil ich kladnú energetickú bilanciu, bol v tom princípe, že sa veci robili priamo. Veterné mlyny čerpali vodu, mleli múku, poháňali pílu. Nevyrábali elektrickú energiu, pomocou ktorej sa vyrobili káble k samotným veterným mlynom. Nevyrábali elektrickú energiu, ktorou sa vyrobila oceľ na ich samotnú stavbu, na stavbu ich generátorov… Nevyrábali energiu, ktorá by napokon poháňala elektrické čerpadlá, mlyny na múku, elektrické píly… Nevyrábali energiu, ktorou sa postavili fabriky na výrobu čerpadiel, káblov…

Neintegrovali v sebe cykly plytvania ani neprodukovali znečistenie. Boli jednoducho udržateľné. Môžeme postaviť loď, na ktorej bude mnoho veterných turbín poháňajúcich elektromotor lode, alebo môžeme postaviť plachetnicu, ktorú bude poháňať vietor priamo.

Principiálne neexistuje rozdiel medzi fotovoltickým systémom a uhoľnou elektrárňou, obe po vyčerpaní fosílnych palív zaniknú.

Prečo nevyužívame energiu okolia priamo?

Na našich poliach pestujeme repku olejnú. Postavíme priemyselnú halu s drahou, komplikovanou technológiou. Do tohto závodu bude dochádzať veľa ľudí, ktorí tam budú pracovať, až nakoniec vyrobia z repky bionaftu. Vyrobenú bionaftu natankujeme do áut ľudí, ktorí dochádzajú do práce (do závodu na výrobu bionafty). Podobne vyrobenú bionaftu natankujeme do kamiónov, ktorými prepravíme potraviny z krajín západnej Európy alebo iných častí sveta. Tieto potraviny sa mohli pestovať namiesto repky olejnej rovno na tom istom poli, priamo u nás, bez potreby stavby závodu na výrobu bionafty, práce ľudí, veľkého množstva kamiónov, spotrebovanej energie, bez produkcie znečistenia.

Výsledok by bol rovnaký. Mali by sme potraviny, no oveľa lacnejšie (už Bill Mollison pred štvrťstoročím zistil, že pestovaním potravín v okolí miest ich spotreby by klesla ich cena až o 90 %; najvyššie úspory energie sa dosiahnu práve ušetrením nákladov na balenie, prepravu a marketing), pretože energia, ktorá sa minula v cykle repka – bionafta – kamión – potraviny, stála veľa peňazí (energie), ktoré museli jednoznačne prejsť do ceny potravín. A práve cena a následný zisk sú motorom celého nezmyselného plytvania.

V globalizovanej ekonomike riadenej ziskom bolo jednoduché vytvoriť systém rôznych ciel, daní a dotácií (mimochodom, viete, prečo Európska únia uvalila také enormne vysoké clá na už relatívne kvalitné čínske solárne panely?), ktoré takéto cykly plytvania vytvárajú a podporujú. Ľudia tak dospeli do bodu, keď považujú za jednoduchšie vyťažiť ropu z podzemia, doviesť ju do rafinérie, vyrobiť z nej naftu, z tej vyrobiť pesticídy a hnojivá, rozviesť ich na farmy po celom svete, aplikovať všetko na pôdu a rastliny, úrodu odviesť do inej krajiny, tam ju spracovať a zabaliť, výsledný produkt doviezť do iného štátu, kúpiť ho v supermarkete, odviezť autom domov a zjesť, než si potraviny dopestovať v záhrade alebo si ich kúpiť od miestneho sedliaka…

Tak ako nerobíme veci v našich životoch priamo, nevyužívame priamo ani energiu z obnoviteľných zdrojov. Nepriame využívanie zdroja charakterizuje v oboch prípadoch enormné plytvanie energiou v zmysle cyklu repka – bionafta – kamión – potraviny.

Kedy sa budú obnoviteľné zdroje využívať obnoviteľne?

Ak sa pozrieme na princípy fungovania ekonomík vyspelých krajín triezvymi očami, zistíme, že ich základom je konzum – plytvanie. Cykly plytvania roztáčajú špirálu konzumu. Zbytočne sa míňa mnoho energie, no produkuje sa aj enormný zisk. Cykly plytvania zamestnávajú mnoho ľudí (prepravcov a pod.), ktorí by boli nezamestnaní. Ak by spoločnosť začala žiť ekologicky, svetová ekonomika skolabuje.

Z tohto dôvodu sa nepýtame, či vôbec ľudstvo potrebuje míňať toľko energie. Pýtame sa, ako vyrobiť energiu čo najviac ekologicky (pričom nám nie náhodou unikajú zmienené dôležité väzby). Profesori a vedci vyvíjajú nové úsporné, šetriace technológie. Tieto technológie však stále energiu míňajú, no slovo „šetrenie“ znie lepšie ako „míňať menej“ a krásne zahmlieva fakt, že spotrebovanú energiu potrebujeme nevyhnutne vyrobiť. A tak je lepšie vyrobiť drahé, neobnoviteľné (neudržateľné) technológie využívajúce obnoviteľné zdroje. Konzumná spoločnosť tak získava hneď niekoľkokrát.

Zarábajú na tom spoločnosti, ktoré vyrábajú neobnoviteľné a neudržateľné technológie (veterné turbíny, fotovoltické panely), spoločnosti, ktoré prevádzkujú tieto technológie (výkupná cena energie „z obnoviteľných zdrojov“ je mnohonásobne vyššia ako z konvenčných zdrojov), zarábajú na tom ekonomiky štátov, pretože v sektore výroby OZE pracujú desaťtisíce daňových poplatníkov (prepravcov, baličov, výrobcov bionafty…).

Reálne ekologické riešenie šetrí, čiže znižuje spotrebu a nepriamo spomaľuje ekonomiku založenú na konzume. Práve z tohto dôvodu sa obnoviteľné zdroje energie nebudú v blízkom čase využívať obnoviteľným (udržateľným) spôsobom. Zmysluplné využívanie obnoviteľných zdrojov energie nastane až vtedy, keď po vyčerpaní fosílnych palív objavíme nový energetický nosič. Potom budeme nútení stavať technológie využívajúce obnoviteľné zdroje, ktoré nám budú pomáhať – mlieť múku, píliť drevo a pod. Budú robiť veci priamo, lebo len tak sa zvýši ich energetická bilancia, čiže pomer medzi vloženou a získanou energiou. Ak bude táto bilancia kladná, čiže získame viac energie ako do technológie vložíme, potom budeme môcť túto technológiu nazvať obnoviteľnou – udržateľnou.

Znie to možno prekvapivo, no naše technológie využívajúce obnoviteľné zdroje energie nie sú trvalo udržateľné.

Hodnotenie životného cyklu (LCA – Life Cycle Assessment)

Toto hodnotenie posudzuje vplyv produktu alebo procesu na životné prostredie vo všetkých fázach životného cyklu – od kolísky po hrob (t. j. od ťažby surovín cez spracovanie materiálov, výrobu, distribúciu, používanie, opravy, údržby až po likvidáciu alebo recykláciu). Tento prístup hodnotí všetky relevantné väzby, ktoré s daným produktom alebo službou súvisia. Jedine tak sa vyhneme presunu environmentálneho problému z jedného miesta na druhé, ktoré je charakteristické pre súčasnú globalizovanú konzumnú spoločnosť.

Foto: isifa/Shutterstock

Literatúra

1. Bill Mollison & Reny Mia Slay: Úvod do Permakultúry, Alter Nativa 2012.
2. Electric car. Práce publikované na internete, 10. 2. 2015, http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_car.
3. Solar energy, World solar energy map. Práce publikované na internete, 10. 2. 2015, www.inforse.org/europe/ ieret/Solar/solar.html.
4. Števo, S.: Hlúpi profesori, hlúpe budovy. In: iDB Journal, roč. 5, č. 2 (2015), s. 10 – 13.
5. Holcim: Správa o trvalo udržateľnom rozvoji Holcim Slovensko 2009 – 2010, prvé vydanie, www.holcim.com/holcimcms/fileadmin/templates/SK/images/gallery/01/SD_report_2010_A4_w.pdf.
6. Surové železo. Práce publikované na internete, 10. 2. 2015, sk.wikipedia.org/wiki/Surove_zelezo.
7. Uss science for changing world – Materials in Use in U.S. Interstate Highways, práce publikované na internete, 10. 2. 2015, pubs.usgs.gov/fs/2006/3127/2006-3127.pdf.
8. Horvath, A. – Hendrickson, CH.: Comparison of Environmental Implications of Asphalt and Steel-Reinforced Concrete Pavements –Transportation research record. Paper No. 98-0661, práce publikované na internete, 10. 2. 2015, www.cmu.edu/gdi/docs/comparison-of-environmental.pdf
9. Slovensko. Práce publikované na internete, 10. 2. 2015, http://sk.wikipedia.org/wiki/Slovensko.
10. Števo, S.: 7 divov „civilizovaného“ bývania. In: Eurostav, roč. 20, č. 1 (2015), s. 14 – 17.
11. Azariová, K. – Horbaj, P. – Jasminská, N.: Zníženie energetickej náročnosti budov / – 2010. In: EKO – ekologie a společnost. Vol. 21, no. 3 (2010), p. 27 – 28.

Ing. Stanislav Števo, PhD.
Autor sa venuje automatizácii budov a návrhom udržateľných stavieb.

Článok bol uverejnený v časopise TZB HAUSTECHNIK.