A nagy nettóenergia-vita (3/2.): Felfalja-e a spanyol napenergia-forradalom a saját gyermekeit?

2015. október 19. - twentydigitcombination

Az első részben azt mutattam be, miért fontos mutató az EROI (Energy Return on Energy Investment, magyarul: energiakihozatal, energiamérleg), ami az energiatermelési folyamatba bevitt, majd onnan kinyert energia arányát mutatja meg. Példaként írtam, hogy ha egy adott szélturbina esetén az EROI 11:1, akkor a turbina élettartama során a gyártásába, felállításába, üzemeltetésébe, majd elbontásába fektetett energia tizenegyszeresét adja vissza a társadalomnak. Ez logikusnak tűnik, ám ha közelebbről megnézzük, mindez valójában nem ilyen egyszerű. Egységes módszertan nincs ma az egyes energiaforrások EROI értékének megállapítására, ez pedig igen heves vitáknak a táptalaja, különösen, amikor a megújulók és a fosszilisek összehasonlítása, illetve egy fosszilis erőforrások utáni kor energiaellátása a kérdés.

A vita tárgyát elsősorban az képezi, miként határozzuk meg a folyamatba befektetett energiainputok körét a fentebb említetteken túl? Beletartozik-e például egy napelempark gyártásának, üzembe helyezésének, majd elbontásának ráfordításain felül az oda vezető utak karbantartására, a kerítés és a távfelügyelet kiépítésére fordított energia? És mi a helyzet a helyi adókkal, tekintve, hogy [a pénz- és az energiaáramlás között kapcsolat van](http://viridis.hu/blog/259/695/tarsadalmi-gazdasagi-paradigmavaltas-elott-allunk-(interju-nate-hagens-szel-2012-julius)? És a szakmai konferenciákon való részvétel vagy a külföldi szakértők utaztatásának energiaráfordításával? Meddig bővítsük ezt a kört?

A fenti példákat egy, a Spanyolországban működő napelemparkokat vizsgáló kutatásból vettem, amelyet az EROI-kutatás doyenje, Charles Hall és a több napelemparkot üzemeltető spanyol mérnök, Pedro Prieto készített [12], és ebből könyvet írt (Spain’s Photovoltaic Revolution - The Energy Return on Investment). A szerzők – akikről a leírtak alapján világosan látható, hogy nem a szén-, vagy az atomlobbi emberei – azt állapították meg, hogy szemben számos korábbi, jóval optimistább tanulmánnyal, a napfényes Spanyolország napelemparkjai mindössze 2,45:1 EROI értéket értek el. Ez a megállapítás nagyon éles tudományos vitákat váltott ki. [13] [14] Ez a vita kiemelten fontos, hiszen az EROI alapvető mutatószám abból a szempontból, hogy a közeli és távolabbi jövőben milyen szerepet játszhat majd a fotovoltaikus energia, amellett szerintem érdekes is, különösen annak köszönhetően, hogy a szerzők és a bírálók is több esetben az internet nyilvánossága előtt, online fórumokon ütköztették a véleményüket. (Például itt, itt, és itt.)

A központi issue, ahogy említettem, az inputok körének a hagyományos életciklus-elemzéseken túlmutató kiterjesztése volt, a pénzügyi ráfordítások energiaráfordításként való megfeleltetésének módja mellett. Érthető a törekvés, hogy minél szélesebben értelmezzük a befektetett energiák körét és redukcionista szemléletet tükrözne csak a laboratóriumi kutatások eredményeit nézni a való élet tapasztalataival szemben. Természetesen a rendelkezésre álló adatok távolról sem tökéletesek, de Hall szerint inkább legyenek egy adott tevékenységről kevésbé pontos adatok felhasználva, minthogy egyáltalán ne vegyük figyelembe azokat. A kétkezi munka és a pénzügyi szolgáltatások, mint energiainputok technikai okokból így sem kerültek beszámításra a kutatásban, ezek figyelembe vétele tovább ronthatna az EROI mutatón. Mindemellett Prieto és Hall munkájának kritikusai joggal vetik fel, hogy a fosszilis energiaforrások EROI-jának hasonlóan kiterjesztett értelmezése szintén alacsonyabb eredményeket adna (gondolva elsősorban arra, hogy a fosszilis erőforrások kitermelésére és használatára kiépített infrastruktúra már eleve rendelkezésre áll, és akkor még nem említettük a folyamatos és biztonságos hozzáférésük érdekében biztosított katonai jelenlét és megvívott háborúk energiaráfordításait, vagy azokat, amelyek a keletkező környezeti károk kezeléséhez szükségesek). Ahogy azt Hall is hangsúlyozza, a széntüzelésű áramtermelés EROI értéke valószínűleg azért magasabb a fotovoltaikus technológiáénál, mert előbbinek a klímára gyakorolt káros hatása és az ebből fakadó energiaráfordítások nem szerepeltek ebben a mutatóban. A szén-dioxid-leválasztás és –tárolás (CCS) mint egyelőre gyerekcipőben járó, de egyesek szerint előremutató technológia energiaráfordítása csökkenti a széntüzelésű erőművek EROI-ját. [15] További faktor lehet a szél- és napenergia kedvezőbb megítélése szempontjából, ha az egyes áramtermelési módok vízigényét is figyelembe vesszük [16], míg más, megújulónak mondott erőforrások, mint a biomassza, bioetanol az EROWI (Energy Return On Water Invested) mutató tekintetében nagyon rossz eredményt produkálnak [17].

További módszertani kérdés, miként vegyük figyelembe azt a tényt, hogy a napelem közvetlenül termel magas minőségű elektromos energiát, míg ha hagyományos hőerőművekben (amelyek hatásfoka kb. 33%) égetünk szenet, földgázt, ritkábban olajat, akkor az áramtermelésre felhasznált energia kétharmada hőként távozik a kéményeken. Ezért érvel a Hall-Prieto könyv egyik legfőbb bírálója, Marco Raugei, az Oxford Brookes University életciklus-elemzésekre és nettó energiára szakosodott kutatója amellett, hogy ezt egy hármas szorzóval kell ellensúlyozni [18] – ahogy ezt számos más statisztikában is alkalmazzák. Hall nem tagadja ennek az érvnek a jogosságát, olyannyira nem, hogy a könyvük záró, érzékenység-vizsgálat fejezetében is végeztek hasonló számításokat (ekkor 7,35:1 az EROI szerintük), ugyanakkor felhívja a figyelmet arra, hogy a világ energiafelhasználásának jelenleg csak kis hányadát teszi ki a villamos energia, valamint, hogy a befektetett energia (így nézve) hétszeresét a napelem hosszú idő alatt, 25-30 éves élettartama során hozza vissza.

Ez elvezet a nettó energia és az idő viszonyának kérdéséhez, amelynek megjelenítése az EROI-ban szintén sokat vitatott ügy [19]. A megújuló technológiák általános jellemzője, hogy magas kezdeti költségekkel járnak (pénzben és energiaráfordításban), majd ezeket hosszabb idő alatt hozzák vissza, ezzel szemben a fosszilis erőforrások hozamát nagyon hamar élvezhetjük. Utóbbiakhoz ugyanakkor nem tudhatjuk, milyen áron jutunk hozzá 20 év múlva, a háztetőnkön lévő napelem azonban – amennyiben az inverter, az akkumulátor és más tartozékok cseréje biztosított – továbbra is vígan dolgozik nekünk, alacsony költséggel. Mindent vivő kérdés lehet az élettartam, hiszen logikus, hogy ha egy napelem fél év után tönkremegy (akár külső okokból, pl. természeti csapás miatt), akkor soha az életben nem termeli meg az előállításához szükséges mennyiségű energiát, viszont ha a 20-25-30 évesnek mondott élettartamánál tovább üzemel (még ha idővel romló teljesítménnyel is), az javíthat az EROI-n. Vannak beszámolók harmincadik évükön túl is jól működő napelemekről [20], ugyanakkor a napelemek mai gyors ütemű terjedéséből következik, hogy ma a világon meglévő panelek összességében nagyon fiatalok, viszont ezek – szemben a 30 évvel ezelőtti állapottal – jelentős részben nem a nyugati országokban, hanem Kínában készültek. Ez felvethet minőségi kérdéseket [21], ám hogy valójában meddig termelnek majd nekünk áramot, úgyis csak hosszú távon látjuk meg. Pedro Prieto egyébként nem túl optimista e tekintetben.

Prieto-ék elsősorban ipari méretű napelemparkokra koncentráltak, ezeknél a biztonsági kerítések és kamerák az energiaráfordítások egy jelentős szeletét tették ki. [22] Mindez háztartási szinten működő napelemeknél vagy nem értelmezhető, vagy egyébként, a napelemek lététől függetlenül is megoldott valamilyen módon, emiatt feltételezhetjük, hogy a háztartási szintű kiserőművek energiakihozatala akár kedvezőbb is lehet, bár a háztetőre telepített napelemek teljesítményét nagyban befolyásolhatja kedvezőtlen irányban a tető tájolása [23] és a hálózaton kívüli alkalmazás esetén az akkumulátor energiaráfordítása és időnkénti cseréjének szükségessége jelentősen lehúzza az EROI-t. [24]. Előbbi probléma persze kezelhető, legalább annyiban, hogy nem telepítünk olyan tetőre napelemet, ahol nincs értelme; utóbbi esetben pedig segíthet, ha a lítium-ion akkumulátorok elterjedése a régi ólom-savasak leváltásához vezet [25]. Mindemellett, ahogy arra Marco Raugei rámutat, a fotovoltaikus technika fejlődése is árnyalhatja a képet, az újabb, kadmium-tellurium (CdTe) alapú napelemek például lényegesen hatékonyabbak a jelenleg domináló szilíciumkristályos technológiánál. [26]

Kérdés továbbá, hogy Hall és Prieto kutatásának eredményei mennyiben általánosíthatóak. Raugei óva int attól, hogy – mint azt sokan teszik – „a napenergia valódi EROI-ja”-ként tekintsenek a tanulmányra, és ne mint mondjuk „A fotovoltaikus energia társadalmi szintű EROI-je Spanyolországban, a 2009-2011-es időszakban életben lévő támogatások által teremtett speciális körülmények között, figyelembe véve minden dokumentált (és gyakran alapvetően elkerülhető) rendszerszintű hatékonytalanságot, valamint azt a számtalan monetáris inputot, amelyek indirekt módon támogatták a fotovoltaikus ipart kibontakozásának korai szakaszában, stb, stb.” Mindenesetre érdekes kérdés, mennyiben járult hozzá a 2000-es évek közepének bőkezű támogatásainak csábítása Spanyolországban a szuboptimális eredményhez. Nem felejthetjük el azonban azt a nyilvánvaló tényt sem, hogy bármilyen megújuló energiaforrás esetében az EROI nagyban függ a földrajzi adottságoktól, Spanyolország pedig azon európai országok közé tartozik, amely napsugárzás szempontjából a legkedvezőbb (lásd a fenti térképet). Így, ha a Prieto és Hall által számított alacsony EROI érték Spanyolországra igaz, északabbra még rosszabb lesz a helyzet. Összeurópai szempontból nem tűnik optimálisnak, hogy a beépített napenergia-kapacitás Németországban a legmagasabb, az EROI itt a szerzőpáros szerint 2:1 körüli lehet. Jogosak lehetnek azok a kérdések is, hogy a még északabbra, például Skóciában telepített napelemek vajon visszahozzák-e egyáltalán a gyártásukba fektetett energiát működésük során? Ha pedig az adott földrajzi helyen nem, vagy alig térül meg energetikailag, van egyáltalán értelme támogatni ezek telepítését – miért nem más technológiára – például szélenergiára - fordítódik ez a pénz? [27] (Ettől még persze egy magánembernek a háza tetején lévő napeleme Skóciában is értéket jelenthet önmagában véve.)

Látható, hogy Prieto és Hall könyve szerint a napenergia által biztosított EROI kevesebb, mint a modern civilizáció fenntartásához szükséges minimum, ami csalódást keltő eredmény, de a fentiekből talán az is látszik, hogy a kérdés valójában sokkal összetettebb, minthogy iskolai autóskártya-csata szintjén ezzel az egyetlen számmal leírjuk (a szó mindkét értelmében) a napelemeket, és ezt a szerzők sem gondolják így.

Ha pedig az a fő kérdés, hogy képesek-e a napelemek önmagukban a modern civilizáció fenntartására, a technológia lelkes védelmezői, mint Raugei is készséggel elismerik, hogy nemleges a válasz (egyelőre?). Viszont miért ne kaphatnának nagyobb szerepet az energiamixben azokon a helyeken, ahol telepítésük energetikailag megtérül, ezzel is elősegítve a megmaradt fosszilis erőforrásokkal való takarékosabb bánásmódot, a helyi energetikai önrendelkezést?

Hivatkozások:

[12] Akit részletesebben érdekelnek a Prieto és Hall által figyelembe vett inputok és outputok, azoknak ajánlom a következő előadás 18. diáját:http://www.wire1002.ch/fileadmin/user_upload/Documents/Reports/110403_How_much_net_energy_does_the_Spain_s_Solar_PV_program_deliver.pdf

A könyv, amely a kutatás alapján született, a következő: Prieto, Pedro A., Hall, Charles (2013). Spain’s Photovoltaic Revolution - The Energy Return on Investment. Springer, 2013.

[13] Fairley, Peter (2012). Argument Over the Value of Solar Focuses on Spain. IEEE Spectrum.
http://spectrum.ieee.org/green-tech/solar/argument-over-the-value-of-solar-focuses-on-spain

[14] Nikiforuk, Andrew (2013). Solar Dreams, Spanish Realities. The Tyee
http://thetyee.ca/News/2013/05/01/Solar-Dreams/

[15] Hall CAS, Balogh S, Lambert JG. (2013) EROI of Global Energy Resources: Status, Trends and Social Implications
http://r4d.dfid.gov.uk/pdf/outputs/Energy/60999-EROI_of_Global_Energy_Resources.pdf

[16] Water Intensity of Power Generation (2013). IEA GHG Information Paper
http://www.ieaghg.org/docs/General_Docs/Publications/Information_Papers/2013-IP22.pdf

[17] Mulder, Kenneth, Hagens, Nathan, Fisher, Brendan. (2010) Burning Water: A Comparative Analysis of the Energy Return on Water Invested
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3357661/

[18] Raugei, M. (2013) If we have to use fossil fuels to manufacture renewable plants, doesn't it mean that renewables are useless?
http://cassandralegacy.blogspot.hu/2013/09/if-we-have-to-use-fossil-fuels-to.html

[19] de Sousa, Luis (2012). Net Energy and Time: a critical review. European Tribune
http://www.eurotrib.com/story/2012/3/25/151342/641

[20] pl. The Real Lifespan of Solar Panels. (2014) Energy Informative.
http://energyinformative.org/lifespan-solar-panels/

[21] De Decker, Kris (2015). How Sustainable is PV Solar Power? Low-Tech Magazine
http://www.lowtechmagazine.com/2015/04/how-sustainable-is-pv-solar-power.html

[22] Akit részletesebben érdekelnek a Prieto és Hall által figyelembe vett inputok és outputok, azoknak ajánlom a következő előadás 18. diáját:http://www.wire1002.ch/fileadmin/user_upload/Documents/Reports/110403_How_much_net_energy_does_the_Spain_s_Solar_PV_program_deliver.pdf

[23] Andrews, Roger (2015). Rooftop PV Panels Point Where the Roof Points http://euanmearns.com/rooftop-pv-panels-point-where-the-roof-points/

[24] Palmer, Graham (2013). Household Solar Photovoltaics: Supplier of Marginal Abatement, or Primary Source of Low-Emission Power?
http://www.mdpi.com/2071-1050/5/4/1406/pdf

[25] Y. Ghiassi-Farrokhfal, S. Keshav, C. Rosenberg. An EROI-Based Analysis of Renewable Energy Farms with Storage
https://ece.uwaterloo.ca/~cath/eenergy14.pdf

[26] Raugei, Marco; Fullana-i-Palmer, Pere; Fthenakis, Vasilis The Energy Return on Energy Investment (EROI) of Photovoltaics: Methodology and Comparisons with Fossil Fuel Life Cycles (2012)
http://www0.bnl.gov/pv/files/pdf/241_Raugei_EROI_EP_revised_II_2012-03_VMF.pdf

[27] Mearns, Euan (2014). Solar Scotland
http://euanmearns.com/solar-scotland/

(A felhasznált képek forrása: http://cleantechnica.com/; http://www.bbsr.bund.de/; http://cdn2.stocksy.com; http://autoskartya.blog.hu )

A bejegyzés trackback címe:

https://yellowandgreen.blog.hu/api/trackback/id/tr677985281

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

Nincsenek hozzászólások.