Transformacje energetyczne na przestrzeni lat

Nawet radykalni krytycy postępu technicznego niechętnie przesiedliby się znów z samochodów na dorożki, zamieszkali w domach pozbawionych elektryczności i stanęli za pługiem, odstawiając na bok traktor. Przywykliśmy do wygód i gdyby trzeba było z nich zrezygnować, uznalibyśmy to za katastrofę. Przy okazji jednak straciliśmy z pola widzenia fakt, że ta nasza wygodna cywilizacja, choć niby taka nowoczesna, przynajmniej pod jednym względem funkcjonuje wciąż jak dwa wieki temu. Jej fundamentem są kopaliny energetyczne, których sposób pozyskiwania niewiele zmienił się od końca XIX w. Owszem, wydobywamy je szybciej i na znacznie większą skalę, ale nadal polegamy głównie na rezerwach energii gromadzonej przez miliony lat przez ziemską przyrodę. I wiele jeszcze dekad upłynie, zanim się od tych rezerw uniezależnimy. Niewykluczone zresztą, że wcześniej niektóre z tych zapasów zaczną się wyczerpywać, jako że na świecie przybywa szybko tych, którzy też chcieliby mieć własny samochód i prąd w mieszkaniu oraz obficie korzystać z dóbr, na których wyprodukowanie poszło mnóstwo energii. Na początku było drewno Cofnijmy się o 200 lat. Pierwsze maszyny przemysłowe, które pojawiły się w XIX w., były wprawiane w ruch energią pochodzącą ze spalania głównie drewna, węgla drzewnego i słomy. W 1840 r. udział węgla w produkcji energii wynosił zaledwie 5 proc., a dopiero w 1900 r. – nieco ponad 50 proc. Upłynęło zatem ponad pół wieku, zanim węgiel w skali globu zdobył dominującą pozycję wśród surowców energetycznych. W poszczególnych krajach wyglądało to zresztą różnie. We Francji stało się tak już w 1875 r., w USA – w 1885 r., w Japonii – w 1901 r., w ZSRR – w 1930 r., w Chinach – w 1965 r., a w Indiach dopiero pod koniec lat 70. zeszłego stulecia. Węgiel pozostał najważniejszym źródłem energii w XX w. Ropa wyprzedziła go wprawdzie w 1964 r., ale względnemu spadkowi znaczenia węgla towarzyszył jednak stały wzrost zapotrzebowania na energię. Dlatego w bezwzględnych liczbach to właśnie węgiel okazał się głównym paliwem XX w. Autorem powyższych wyliczeń jest kanadyjski uczony Vaclav Smil, obecnie emerytowany profesor Uniwersytetu Manitoby w Winnipeg. Ma on za oceanem opinię znakomitego analityka, a także wizjonera. Napisał ponad 20 książek na temat przeszłości, teraźniejszości i przyszłości energii. Jego wielkim admiratorem jest Bill Gates. Metoda Smila polega na tym, że zarzuca czytelnika tysiącami liczb, setkami wykresów i dziesiątkami tabel. Twarde dane służą mu do obalania mitów oraz do przedstawiania własnych hipotez i prognoz. Ze swoimi przemyśleniami i koncepcjami podąża często pod prąd utartych opinii. A gdy pauzuje od pisania książek, pisze raporty, komentarze i artykuły naukowe. Jeden z nich, zamieszczony w 2015 r. w „Scientific American”, odbił się szerokim echem w USA. Smil zajął się podpisanym w sierpniu 2015 r. przez prezydenta Baracka Obamę programem Clean Power Plan. Ów ambitny projekt przewiduje zredukowanie do 2030 r. o 30 proc. emisji dwutlenku węgla przez amerykański przemysł elektroenergetyczny. Plan Obamy ma przyspieszyć odchodzenie USA od węgla. Jego konsekwencją będzie zamknięcie setek najstarszych, przestarzałych i najmniej efektywnych elektrowni węglowych. Trzeba wiedzieć, że Amerykanie mają najbogatsze na świecie złoża węgla, a jego wydobycie w USA wyniosło w 2014 r. nieco ponad 1 mld ton i było… najniższe od dwóch dekad. Większość trafiła do elektrowni węglowych, które pokryły 39 proc. zapotrzebowania Amerykanów na prąd. Dla porównania, w 1990 r. udział węgla w produkcji energii elektrycznej w USA wynosił 55 proc. i eksperci uważają, że ten trend spadkowy się utrzyma. Za to będzie rosnąć znaczenie gazu ziemnego. W swoim artykule Smil ani nie bronił propozycji Białego Domu, ani jej nie krytykował. Na liczbach pokazywał jedynie, że zwolennicy jak najszybszego wyrugowania węgla – zarówno w Stanach, jak i na świecie – nie powinni sobie obiecywać zbyt wiele, ponieważ wielkich transformacji energetycznych nie da się przeprowadzić z dnia na dzień. W przeszłości – zauważał uczony – przejście z jednego dominującego źródła energii na kolejne zajmowało ludzkości 50–70 lat. „Najpierw przestawiliśmy się z drewna na węgiel. Potem z węgla na ropę. Obecnie na przykład w USA trwa trzecia wielka transformacja – wymiana węgla i ropy naftowej na gaz ziemny. W ciągu dekady gaz powinien tu prześcignąć węgiel jako główne źródło prądu” – pisał Smil. Dlaczego te przejścia trwają tak długo? Ponieważ sięgnięcie po każde następne źródło energii wymaga opracowania nowych technologii jej pozyskiwania, nowych kanałów dystrybucji oraz sposobów przetwarzania w pożądaną formę energii użytkowej. Ważny jest też jeszcze jeden czynnik: rozmiary i koszty budowy już istniejącej infrastruktury. Np. Chiny wydały w latach 2001–10 ok. 0,5 bln dol. na elektrownie węglowe o łącznej mocy blisko 300 gigawatów (GW). To więcej niż łączna moc elektrowni cieplnych we Francji, Hiszpanii, Niemczech, Wielkiej Brytanii i Włoszech. Te nowe zakłady będą pracowały przez co najmniej 30 lat. Żaden kraj nie zmarnuje takich inwestycji. „Od 1990 do 2012 r. zmiany w strukturze źródeł energii były znikome. Udział paliw kopalnych zmniejszył się z 88 do 87 proc.” – zauważa Smil. Król węgiel Dobra passa dla węgla wciąż trwa na świecie, choć może właśnie zaczyna przemijać, jednak z radosnymi wnioskami trzeba poczekać przynajmniej parę lat. Niestety, najbrudniejsze z paliw kopalnych, groźne dla zdrowia i środowiska naturalnego, zrobiło na początku XXI w. oszałamiającą karierę. Jakby na przekór tym, którzy chcieli jak najszybciej wysłać go tam, gdzie – ich zdaniem – jest jego miejsce, czyli do energetycznego muzeum. Z danych Międzynarodowej Agencji Energii (IEA) w Paryżu wynika, że w 2014 r. na świecie spalono 8 mld ton węgla, o 70 proc. więcej niż w 2000 r. Udokumentowane zasoby tego surowca są na Ziemi tak duże, że nawet przy obecnym bardzo wysokim poziomie wydobycia wystarczyłoby go na co najmniej sto lat. Tyle że gdybyśmy w XXI w. bazowali głównie na nim, szansa zatrzymania wzrostu temperatur na globie poniżej progu 2°C byłaby równa zeru. Połowa tego węgla spalonego w 2014 r. poszła z dymem w Chinach. Wytwarza się tam z tego surowca 80 proc. prądu. To dzięki temu Kraj Środka zwiększył swój PKB aż ośmiokrotnie w ostatnich dwóch dekadach. Trudno nie uznać takiego wzrostu za fenomen bez precedensu w historii cywilizacji. Jednakże taki skok mógł się dokonać tylko w jeden sposób – poprzez uruchamianie kolejnych kopalń węgla oraz spalających go elektrowni. USA i Europie osiągnięcie konsumpcji węgla na obecnym poziomie ok. 1 mld ton rocznie zajęło półtora wieku. Chiny zwiększyły konsumpcję węgla z 3 do 4 mld ton w ciągu pięciu lat. To, co się dzieje w Azji, nie przebiega w izolacji od reszty świata. Przyczyny wielkiej kariery węgla mają charakter globalny i takie też będą skutki tego zjawiska. Do pewnego stopnia wszyscy jesteśmy za nie odpowiedzialni. Prąd z chińskich elektrowni węglowych płynie przecież do milionów zakładów przemysłowych, których produkty zalewają świat. To samo dotyczy Indii czy Wietnamu. Obrońcy ziemskiego środowiska, powietrza i klimatu mają czym się martwić. Gdy półtora wieku temu dokonywała się pierwsza rewolucja przemysłowa, światowe wydobycie węgla wynosiło ok. 100 mln ton rocznie. Dziś jest ono 80 razy wyższe. Na szczęście widać zmiany na horyzoncie. Raporty sporządzane jeszcze kilka lat temu przez IEA i inne organizacje mówiły, że do 2030 r. sytuacja w skali globu poprawi się niewiele albo wcale. Jednak od dwóch lat, po dekadzie szalonego fedrowania i spalania węgla, jego wydobycie już nie rośnie, a nawet lekko spada. To głównie zasługa Chin, które zaczynają rozwijać mniej prądożerne branże gospodarki i inwestują w odnawialne źródła energii. W 2009 r. Chińczycy po raz pierwszy oznajmili, że chcieliby, aby wzrostowi ekonomicznemu towarzyszył o połowę mniejszy niż wcześniej wzrost emisji dwutlenku węgla. I tak się po raz pierwszy stało w 2014 r. Wciąż planuje się tam budowę setek kopalń i elektrowni, ale powstają one w miejsce starych i są od niech znacznie efektywniejsze. Parę lat temu zakładano, że szczyt konsumpcji węgla w Chinach nastąpi za dekadę. Wiele jednak wskazuje na to, że właśnie go minęliśmy. To bardzo optymistyczna wieść, choć warto pamiętać, że równocześnie rośnie produkcja prądu z węgla w Indiach oraz Wietnamie i innych krajach Azji Południowo-Wschodniej. Ale powtórka z Chin nam już nie grozi. Węgiel może więc odejść szybciej, niż prognozuje Smil. Ale nie aż tak szybko, jakby chcieli jego liczni przeciwnicy. W Europie jego największymi konsumentami są dziś Niemcy. Pięć lat temu ambitnie założyli, że do 2050 r. trzy czwarte prądu będą wytwarzali ze źródeł odnawialnych – głównie wiatru, słońca i biomasy. Na razie jednak udział węgla w niemieckiej mieszance energetycznej wzrósł. To konsekwencja decyzji o zamknięciu elektrowni jądrowych. Lukę po nich trzeba było czymś wypełnić. Zwiększono więc import węgla kamiennego z USA oraz ponownie uruchomiono leżące przy granicy z Polską kopalnie węgla brunatnego, szczególnie brudnego. Trzeba przyznać, że Niemcy stale zwiększają rolę energetyki słonecznej i wiatrowej – w 2014 r. dała im 24 proc. prądu. Tyle że równocześnie zwiększyli udział węgla brunatnego do 26 proc. Ich energetyka pracuje dziś w dwóch trybach: zielonym i czarnym. Docelowo ma pozostać ten pierwszy, uzupełniony gazem. Wyłapać i co dalej? Nawet jeśli węglowa górka jest już za nami, to jeszcze długo ten surowiec pozostanie z nami. W XXI w. z klimatem mogłyby nas pogodzić technologie wychwytywania i magazynowania dwutlenku węgla, zwane w skrócie CCS (od ang. carbon capture and storage). Wielu ekspertów przypisuje im potencjalnie olbrzymią rolę w ograniczaniu tempa zmian klimatycznych. Skoro ani w krótkim, ani nawet w średnim horyzoncie czasowym nie możemy całkowicie zrezygnować z coraz mniej chcianego surowca, to przynajmniej zneutralizujmy jego destrukcyjny wpływ, wyłapując CO2, czyli najważniejszy gaz cieplarniany. Technologie CCS już działają. Kłopot w tym, że mimo wpompowania w badania nad nimi setek milionów dolarów, są wciąż bardzo drogie. Tak drogie, że dziś elektrownia węglowa uzupełniona nowoczesną instalacją do wyłapywania dwutlenku węgla kosztuje mniej więcej tyle, co elektrownia jądrowa. A przecież to tylko część kosztów pozbycia się dwutlenku węgla – wyłapany gaz trzeba jeszcze przetransportować i wpompować pod ziemię. Z powodu niebotycznych kosztów załamało się już wiele obiecujących (na papierze) projektów CCS. Przykładem był sztandarowy amerykański pomysł, czyli inicjatywa FutureGen, w ramach której zamierzono zmodernizować starą elektrownię węglową w stanie Illinois. Prace ruszyły dekadę temu, ale nie doczekały się finału. W końcu w lutym 2015 r. amerykański Departament Energii zrezygnował z FutureGen, po wydaniu na ten cel ok. 1,5 mld dol. Również chiński flagowy projekt o nazwie GreenGen ograniczono, wznosząc elektrownię, ale zwlekając z budową instalacji CCS. Ostatnio mówi się, że być może powstanie ona ok. 2020 r. Lista takich porzuconych projektów szybko się wydłuża. Od 2010 r. dopisano do niej 33 pozycje. Tak wynika z danych Global Carbon Capture and Storage Institute. W wiele z tych przedsięwzięć, zanim padły, wpompowano setki milionów dolarów. Jednak nie ze wszystkiego się wycofano. Łącznie na świecie działa 15 takich instalacji CCS, a kilka następnych znajduje się w budowie. Każda z nich kosztowała miliardy dolarów. I niemal wszystkie są w kłopotach. Najlepiej radzą sobie te, które nie wtłaczają dwutlenku węgla pod ziemię, lecz go sprzedają innym. Dwutlenek węgla można wykorzystać do wielu celów: produkcji tworzyw sztucznych (włókna węglowe!), sody oczyszczonej, paliw alternatywnych czy też elementów budowlanych. W tym ostatnim przypadku jedno z innowacyjnych rozwiązań polega na uwięzieniu CO2 w betonie. Na razie jednak największymi odbiorcami gazu cieplarnianego są firmy naftowe, które wpompowują go do starych złóż ropy, aby wycisnąć z nich dodatkowe ilości surowca. Jednak wykorzystanie dwutlenku węgla pochodzącego ze spalania jednej kopaliny do zwiększenia wydobycia drugiej wydaje się mało sensownym pomysłem. Finalnie bowiem prowadzi do zwiększenia uzależnienia od tradycyjnych surowców. A przecież nie o to w tym wszystkim chodzi. Nadzieję budzą inne, dość futurologiczne pomysły na wykorzystanie dwutlenku węgla odseparowanego w elektrowniach węglowych. Jeden z nich to wtłaczanie CO2 pod ziemię, ale nie byle gdzie, tylko do gorącyc