Energetika 1. časť: o primárnej energií, spotrebe a svetlejších zajtrajškoch

Mnohí problém energetiky a jej transformácie zužujú len na produkciu energie elektrickej. To je samozrejme značne zúžený pohľad. Často sme svedkami aj akéhosi zeleného optimizmu o žiarivej a trvalo udržateľnej spoločnosti, ktorú zachránime solárnymi panelmi, veternými turbínami a malými náplasťami, pričom ostaneme ekonomicky žiť "na veľkej nohe" a plytvať ako doposiaľ. To sa zrejme nebude dať. Okrem masívneho zavádzania "zelených" a bezeemisných technológií sa budeme musieť zrejme aj uskromniť. To zas nechcú počuť ekonómovia. Menšia spotreba totižto spôsobuje aj pokles ekonomiky a následne životnej úrovne. Nachádzame sa tak v akomsi bludnom kruhu a konflikte medzi urgentnými prírodnými problémami a našim ekonomickým systémom. 

Koľko energie míňame a koľko jej však v skutočnosti potrebujeme? Pre tieto potreby musíme hovoriť o tzv. primárnej energií. Primárna energia je totižto energia v surovom stave pred spracovaním, ktorú ako civilizácia využívame. Je to energia zabudovaná vo všetkých našich produktoch, službách, transporte produktov a statkov, spojená s výrobou potravín, strojov, budov a všetkého čo denne potrebujeme k životu.

Ak sa pozrieme na primárnu energiu, v súčasnosti (r.2022) ľudstvo využíva cca 160 000 TWh (terrawatthodín) primárnej energie. Oproti roku 1950 ide o 8 násobný nárast. Drvivú väčšinu tejto energie ľudstvo získava stále z fosílnych palív.

Ak sa na to pozrieme percentuálne, tak na fosílne palivá pripadlo (r.2019) napr. 84% primárnej energie, hlavne ropy uhlia a plynu. Na jadro 4%, vodnú energiu 6,4%. Na v našom ponímaní vysoko "zelené" zdroje ako solárna energia, veterná, pripadne cca 3%. Niektoré krajiny majú však podiel primárnych energií z nízkoemisných zdrojov väčší. Napr. Francúzsko malo z jadra podiel cez 40% (vďaka dominantnému postaveniu jadra), Dánsko napr. z veterných elektrární na mori vie pokryť 26% svojich celkových energetických nárokov a napr. také Chile až 8% z FVE elektrární.

Zaujímavé sú aj trendy vývoja. Ľudstvo dokázalo za 19 rokov (od r. 2000 do 2019) znížiť svoju závislosť na fosílnych palivách len o 2%. Podiel závislosti od fosílnych palív na primárnej energií za toto obdobie klesol z 86% na 84,1%. Trochu optimisticky sa javia posledné roky, kedy závislosť na fosílnych zdrojov klesala rýchlejšie, avšak dnes (r.2023) sme ešte civilizačne závislí na fosílnych palivách v zmysle primárnych energetických potrieb na úrovni 82%.

Väčšina štátov sa "zaviazala" dosiahnuť uhlíkovú neutralitu v najbližších rokoch. Nórsko a Fínsko do r. 2035, EÚ, Japonsko a Kanada do r. 2050 a Čína do roku 2060 (v súčasnosti najväčší CO2 emitér na svete). To predstavuje energetický prechod, ktorý nemá v histórií obdoby, ako píše V. Smil., emisie CO2 v roku 2019 predstavovali 37 miliárd ton, najviac ako kedykoľvek v ľudskej histórií. Napr. všetka sopečná činnosť na planéte vyprodukuje prirodzene priemerne 300 mil. ton CO2. Ľudská činnosť teda momentálne vypúšťa a spôsobuje nerovnováhu prirodzeného CO2 o ekvivalente 100násobku sopečnej činnosti každým rokom. Napriek tomu niektorí skeptici a popierači klimatických zmien zvyknú vplyv ľudskej činnosti úmyselne bagatelizovať, čo sa nezakladá na matematickej realite.

Štáty, ktoré masívne investovali do obnoviteľných zdrojov (OZE) a prechádzajú prevažne na solárne a veterné energetické parky s väčším podielom týchto zdrojov, narážajú aj na technologické limity, úskalia a nestálosť zdrojov, čo prináša nové výzvy a problémy. Z praktického a dokonca aj hlavne ekologického hľadiska (náročnosť na suroviny, recykláciu spojených s budovaním, údržbou OZE, nestálosť zdrojov a nutnosť budovať rozsiahle záložné kapacity či úložiská, atď...) sa ukazuje fakt že trvalo udržateľná energetika začína byť nestála, neefektívna a dokonca aj veľmi neekologická, ak pomer OZE na energetickom mixe presiahne istú percentuálnu úroveň. Zároveň sme zistili, že udržateľnú a nízkoemisnú energetiku zrejme nedokážeme vybudovať bez zrejme dominantnej účasti jadrovej energie. Najspoľahlivejšie zdroje energie sú dnes jadrové reaktory. Niektoré ju generujú po dobu 90-95% času ich prevádzky. V porovnaní s tým veterné turbíny (na veternom mori) generujú elektrinu po dobu max. 45% ich prevádzky. Solárne systémy maximálne 25% v južných, slnečných oblastiach, v Nemecku napr. len 12% času prevádzky.

V roku 2020, dvadsať rokov po zahájení Energiewende v Nemecku (rýchleho energetického prechodu) si krajina musí stále ponechávať až 89% fosílnych zdrojov, kvôli prerušovaným dodávkam z OZE. Generovanie elektriny FVE v Nemecku funguje zhruba len 11-12% času a ešte v roku 2020 Nemecko vyrába 48% svojej elektriny z fosílnych zdrojov. Z pohľadu Nemecka to horšie vyzerá s primárnou energiou. Po 20 rokoch Energiewende, klesol podiel fosílnych palív v rámci dodávky primárnej energie z 84 na 78%. Ak by aj táto krajina pokračovala v tempe inovácií ako doteraz, tak do roku 2040 bude ešte stále Nemecko závislé na fosílnych palivách zhruba zo 70%.

Japonsko je dobrým príkladom krajiny, ktorá nepresadzovala OZE aj za cenu vyšších nákladov. V roku 2000 tvorila primárna energia Japonska 83% z fosílnych zdrojov a po Fukušime jeho závislosť na fosílnych palivách do r. 2019 dokonca stúpla na 90%.

Aj vzhľadom na vyššie uvedené fakty sa javí ako vysoko nepravdepodobné, že sa ciele stanovené na klimatických konferenciách, podarí naplniť v rozumnom čase.

Vo väčšine štátov (ak opomenieme krajiny, ktoré majú exkluzívnu geografickú polohu a sú predurčené na využívanie niektorých druhov OZE ako napr. Nórsko, Island, Chile a pod.), bude zrejme najvýhodnejšie kombinovať jadrovú energiu s obnoviteľnými zdrojmi v pomere 70:30, prípadne v južných štátoch povedzme aj 60:40, prípadne 50:50, V prípade obzvlášť vhodných geografických podmienok (len zopár krajín na svete), môže pomer v prospech OZE dávať väčší zmysel, o to viac ak sa bavíme len o energii elektrickej. Avšak masívne zmeny v energetike už mali dávno nastať. Meškáme a emisie stále rastú rekordným tempom. V prvom rade by sme sa mali sústrediť na úplný odklon od fosílnych palív, čo do výroby elektrickej energie. To sa podľa nás dá uskutočniť, aspoň v EÚ určite. Už dnes existujú krajiny v rámci EÚ, ktoré vyrábajú takmer cez 90% svojej elektrickej energie bez emisií. Medzi tými krajinami je aj Slovensko! Veľmi dobre je na tom Švajčiarsko, Nórsko, Švédsko, Dánsko a napr. Island. 

Avšak dnes tvorí elektrická energia zhruba cca do 20% civilizačných potrieb energetických nárokov, v zmysle primárnej energie. Zhruba rovnaké množstvo energie ako na výrobu elektriny, ľudstvo spotrebuje na 4 dominantné produkty, na ktorých stojí naša civilizácia. Tieto 4 produkty sú hromadne rozšírené a bez nich by civilizácia v dnešnom stave a zmysle prakticky neexistovala. Všetky tieto produkty sú vyrábané buď priamo z fosílnych palív, alebo na ich výrobu je potrebných veľké množstvo energie, ktoré sa získava prevažne z fosílnych zdrojov. Ide o tieto 4 produkty: dusíkaté hnojivá, betón a cement, oceľ a plasty.

Každý hektár vysoko výnosnej pšenice, kukurice, ryže, či zeleniny potrebuje 100 až 200kg dusíkatých hnojív na hektár. Povedané aj inak: V priebehu 200 rokov sa potreba ľudskej práce, na vyprodukovanie kilogramu pšenice skrátila z 10 minút, na dve sekundy, vďaka energii a zdrojom z fosílnych palív. Vyjadrené vo fosílnom palive: na vyprodukovanie jedného kilogramu pšenice je potrebných cca 0,1 l nafty. Bez syntézy amoniaku ako hl. dusíkatého hnojiva, by sa dnes dalo uživiť nanajvýš 40-50% svetovej populácie. Alebo povedané inak, bez fosílnych palív by v súčasnom svete polovica populácie bola odsúdená na hladomor.

Ďalším dôležitým prvkom, na ktorom stojí naša civilizácia je oceľ. Tá sa vyrába tavením železnej rudy vo vysokých peciach, pri obrovskom energetickom vstupe fosílnych palív. Súčasné, svetové požiadavky primárnej energie na výrobu ocele sú na úrovni 6%. Rovnako hojným vynálezom je betón a cement, ktorý sa vyrába taktiež zahriatím vápencových hornín a zmesí na vyše 1400°C, za pomoci fosílnej energie. Betón je všade, tvorí budovy, cesty, mosty, diaľnice, letiská a infraštruktúru. Rovnako znepokojivé zistenie je, že dopyt po výrobe a spotrebe týchto dominantných prvkov globálne neustále rastie. Napr. ročná americká spotreba cementu vzrástla v rokoch 1900 až 1928 desaťnásobne, na zhruba 30 mil. ton. V roku 2005 bola spotreba cementu v USA na úrovni 128 mil. ton a v časoch recesie oscilovala okolo 100 mil. ton ročne. Dnes sa tieto hodnoty zdajú smiešne v porovnaní s Čínou, krajinou, ktorá urobila masívny infraštruktúrny skok. Čína spotrebovala v roku 1980 zhruba 80 mil. ton cementu. Už v roku 1985 prekonala USA a dnes, v časoch neskutočného infraštruktúrneho zázraku, dosahuje táto krajina spotrebu 2,2 miliardy ton cementu ročne (r. 2019), čo bola polovica globálnej spotreby.

Žiadny "zelený" zdroj obnoviteľnej energie, by v súčasnosti nemohol byť vyrobený bez týchto materiálov. Teda inými slovami a jasne: na výrobu zariadení obnoviteľných zdrojov energie, treba fosílne palivá. Ak by sme nemali k dispozícií fosílne palivá, žiaden zdroj obnoviteľnej energie nedokážeme vyrobiť. Alebo inak: Len za pomoci obnoviteľných zdrojov energie, by sme žiaden zdroj na získanie novej obnoviteľnej energie už nedokázali vyrobiť. Je jedno či si zoberieme za príklad solárne panely, alebo veternú turbínu, či masívny betónový skelet hydroelektrárne. Napr. veľká veterná turbína je stelesnenie fosílnych zdrojov v obrej podobe. Je to nahromadenie masívnej ocele, cementu a plastov. Železobetónové základy z ocele a betónu, stožiare, rotory sú z ocele, lopatky zo špeciálnych plastov a živíc. Všetky tieto suroviny tvoria veternú turbínu, ktorú treba doviesť zväčša na ťažko dostupné miesta, pomocou nákladnej dopravy a žeriavov vztýčiť, následná údržba a prevádzka sa taktiež nezaobíde bez fosílnych palív (mazacie oleje, čistenie atď.) Zoberme si napr. elektromobil. Typická lítiová batéria s hmotnosťou 450 Kg, obsahuje cca 11 Kg lítia, 14 Kg kobaltu, 27 Kg niklu, 40 Kg medi, 50 Kg grafitu, ako aj 180 Kg ocele, hliníka a plastov. Vzhľadom na nízky obsah niektorých týchto kovov v hornine, treba na výrobu takejto jednej batérie vyťažiť a spracovať cca 225 ton surovín a hornín. Na svete sa každý rok vyrobí 100 miliónov vozidiel so spaľovacím motorom. Skúste si prepočítať, koľko surovín a hornín bude treba vyťažiť, ak všetky tieto vozidla budeme chcieť nahradiť elektromobilmi. 

Na druhej strane treba podotknúť, že batérie síce sú náročné na výrobu, avšak dnes sa už postupne ukazuje (r. 2024 sú na cestách najstaršie elektromobily už viac ako 12 rokov, s nájazdmi cez 250 000 Km, s kapacitou batérie 80% a viac, plne funkčnou!). že batérie toho vydržia podstatne viac, ako sme si pôvodne mysleli. Okrem toho aj spaľovacie auto za svoju existenciu spotrebuje enormné množstvo benzínu alebo nafty, ktorú treba masívne vyťažiť, prepraviť a spracovať v rafinériách. Konkrétne dieselový agregát spotrebuje na 250 000 prejdených Km zhruba 15 000 litrov nafty, čo predstavuje zhruba 150 000Kwh energie. Batéria sa nainštaluje do vozidla raz a vydrží tam zrejme viac ako dekádu, navyše po skončení životnosti v elektromobile sa batérie z áut budú dať ďalšie roky používať napr. pri fotovoltike na uskladňovanie elektriny. A potom sa dá takáto batéria ešte z väčšej miery recyklovať a mnohé vzácne kovy z nej využiť! Ďalej sa ukazuje, že aj fotovoltaické panely toho vydržia podstatne viac, ako sme si pôvodne mysleli. Problém týchto zdrojov ako FVE a veterné turbíny je hlavne ich nestálosť a nižšia energetická hustota vzhľadom na inštalovanú rozlohu. 

Vráťme sa ale k naším dominantným civilizačným produktom, oceli, hnojivám, betónu a plastom. Tieto 4 dominantné produkty sú veľmi zásadné v našej civilizácií. O to horšie je zistenie, že všetky tieto produkty sú vyrobené čiastočne, alebo priamo z fosílnych palív. Prípadne na ich produkciu treba mnohokrát vysoké energetické vstupy, taktiež z fosílnych palív. Tieto produkty sa nedajú len tak ľahko a zo dňa na deň nahradiť nejakými alternatívami, najmä v niektorých sférach civilizácie takmer vôbec. Ak by sa teoreticky aj nejaký produkt nahradiť dal, bolo by to len za cenu vyšších energetických vstupov, prípadne zložitejších postupov a pod., lenže civilizácia je veľká a jej nároky sú obrovské a každým rokom stúpajú.

Ak by sa nám aj podarilo celú výrobu elektriny nahradiť zelenými zdrojmi a jadrom (to sa javí do roku 2050 aspoň pre EÚ viac pravdepodobnejšie), budeme postavení pred ďalšiu omnoho väčšiu výzvu v ekvivalente náhrady rovnakého množstva energie, ktorú bude treba nájsť, pri výrobe týchto dominantných civilizačných produktov.

Narážame tak na akýsi masívny stret záujmov celkovej spoločnosti a ekonomiky, a zároveň potrieb z hľadiska životného prostredia, či vôbec trvalej udržateľnosti. Inak povedané, v súčasnom ekonomickom systéme, sfére technického poznania je prakticky nemožné dosiahnuť trvalo udržateľnú spoločnosť a zároveň znížiť emisie, pri súčasne zachovanej spotrebe a komforte. Jedinou a vysoko nepopulárnou cestou je cesta masívneho obmedzenia spotreby, alebo prebudovanie nášho ekonomického systému od základov, ktorá by dokázala fungovať pri masívnom obmedzení spotreby a zároveň by negenerovala chudobu a nezamestnanosť. Jedna aj druhá cesta sa zdá byť veľmi ťažko schodná. Hlavne kvôli paradigme a nastaveniu našej ekonomiky a ľuďom na vrchole pyramídy, lobingu, ktorí v posledných dekádach znásobujú svoje bohatstvo exponenciálne, a teda môžeme očakávať že oni a vlády nacicané na ich lobbing budú tí poslední, čo by sa ochotne svojej moci a bohatstva vzdávali. 

Nezabúdajme na fakt, že veľké spoločnosti závislé od fosílnych palív budú tie posledné, ktoré sa postavia za transformáciu ekonomiky smerom k trvalej udržateľnosti, postmaterializmu, minimalizmu a neofunkcionalizmu. My však potrebujeme urýchlene prebudovať našu energetickú sieť, aj za cenu vyšších nákladov. Okrem nových technológií, obnoviteľných zdrojov sa nezaobídeme ani bez šetrenia energiami. Nezabudnite, že najekologickejšia energia je tá, ktorá sa nevyrobí a nespotrebuje. 

Užitočné zdroje:

Václav Smil: Ako naozaj funguje svet (2022)

David J.C. MacKay: Obnoviteľné zdroje energie -s chladnou hlavou (Cambridge 2009)

Our World in Data: https://ourworldindata.org/