Transcript Renewable energy

Oil Peak
i
Los Ludzkości
Rozdział 3B – Czy odnawialne źródła
energii uchronią nas przed „oil peak”?
Robert Bériault
wersja polska prof. Andrzej Rabczenko, Magdalena Galus
A co
z gospodarką
opartą na wodorze,
o której ludzie
tyle mówią?
Gospodarka oparta na wodorze:
Czego by wymagała?
Czy to w ogóle jest realne?
Pomysł polega na zastąpieniu ropy,
używanej do transportu, wodorem.
Wymagałoby to wybudowania:
800 milionów ogniw paliwowych do samochodów
Farm wiatrowych lub paneli słonecznych
do produkcji prądu ze źródeł odnawialnych
Infrastruktury do produkcji płynnego wodoru,
który można by było przechowywać i potem
transportować do konsumenta
Stacji wodorowych na miejsce obecnych stacji
benzynowych
Gospodarka wodorowa
musiałaby
zaspokoić także
potrzeby handlu oraz
podróży powietrznych
i morskich.
Zalety wodoru:
 Może być produkowany przy użyciu energii
z wiatru, słońca, wody czy jądrowej.
 Czyste spalanie. Woda jest jedynym odpadem
ze spalania wodoru.
 Przenośny: może być najbardziej praktycznym
sposobem przechowywania prądu,
potrzebnego do napędzania samochodów.
Problemy z wodorem - 1
Właściwości fizyczne:
10 x bardziej palny niż benzyna
Pole rażenia, przy ewentualnym wybuchu,
jest 20 x większe niż to od benzyny
W porównaniu do objętości, jaką zajmuje,
dostarcza mało energii
(wymaga dużych zbiorników)
Płomień jest niewidoczny
Mały rozmiar cząsteczek wodoru sprawia,
że łatwo może dochodzić do wycieków
Łatwo doprowadza do korozji
(połączenia rur, zawory, uszczelki, itp.)
Problemy z wodorem - 2
Obydwie formy przechowywania są problematyczne
Jako gaz, musi być
przechowywany pod
wysokim ciśnieniem
(12 atm. do 350 atm.)
Sprężony wodór
na użytek autobusów
Exxon-Mobile Report, Oct. 2004
lub
Ciekły wodór jest bardziej
praktyczny dla transportu,
ALE POWODUJE ON:
30%-owe straty wywołane
procesem skraplania
+ 1.7%-owe straty dziennie
na skutek parowania
Ciekły wodór na użytek samochodów
Problemy z wodorem - 2
Obydwie formy przechowywania są problematyczne
Niezależnie od stanu
skupienia wodoru,
jeśli będziesz nim
tankować swój
samochód,
możesz zapomnieć
o parkowaniu
w garażu
Exxon-Mobil Report, Oct. 2004
Problemy z wodorem - 2
Transport do stacji wodorowych byłby problematyczny
=
By przewieźć ten sam ekwiwalent
energii do stacji, wodór wymagałby
21 razy większej ilości ciężarówek
niż benzyna*
Wyobraź sobie, jak wiele ciężarówek
wypełnionych wodorem, musiałoby
jeździć po drogach.
A co z wypadkami?
* The Future of the Hydrogen Economy: Bright or Bleak?, Baldur Eliasson and Ulf Bossel,
ABB Switzerland Ltd.
Problemy z wodorem - 3
Wpływ na warstwę ozonową:
Gdyby
wodór miał
na zawsze
zastąpić
paliwa
kopalne:
Wycieki wodoru miałyby podobny
efekt do freonów (CFCs)
Pośrednio mógłby spowodować
nawet 10%-owe obniżenie poziomu
ozonu w atmosferze
Naukowcy wciąż nie są pewni,
co do wpływu wodoru na atmosferę,
ponieważ nadal nie do końca znają
przebieg cyklu wodorowego.
Kalifornijski Instytut Technologii, 12 czerwca 2003
Problemy z wodorem - 4
Wodór jest tylko nośnikiem energii, a nie jej źródłem.
Nie istnieją żadne podziemne złoża wodoru, które moglibyśmy
eksploatować
Wytworzenie wodoru wymaga zużycia większej ilości energii, niż ta,
która potem zostanie z niego uwolniona – zawsze!
W procesie z elektrolizą i ogniwami paliwowymi tracone jest ¾ energii*
Dlaczego? – ponieważ
produktem ubocznym
procesu jest: ciepło
(energia cieplna)
Wszystkiemu winne
są prawa termodynamiki!
* “The Party’s Over: Oil, War and the Fate if Industrial Societies”, Richard Heinberg
Problemy z wodorem - 5
Technologia nie jest jeszcze gotowa:
Wciąż trwają prace nad
ogniwami paliwowymi
do samochodów
Możliwe, że będziemy musieli
uciec się do stosowania wodoru
jako paliwa bezpośrednio
w silnikach spalinowych
Problemy z wodorem - 6
W praktyce, cały wodór,
używany dziś do celów
komercyjnych, pochodzi
z gazu ziemnego
lub z gazyfikacji węgla.*
Infrastruktura potrzebna
do elektrolizy wody
na ogromną skalę, przy
użyciu energii wiatrowej
lub słonecznej, musiałaby
być wybudowana od zera.
* Mr. D.R. Simbeck, Vice President Technology, SFA Pacific, Inc., Mountain View, CA
Problemy z wodorem - 7
Koszty infrastruktury:
Zamiana infrastruktury benzynowej w wodorową
wymagałaby ogromnych ilości:
Energii
Kapitału
Jak widzisz, wodór wyprodukowany
z wody jest znacznie droższy
Exxon-Mobil Report, Oct. 2004
Pomyśl, z czego musiałbyś
zrezygnować, by móc jeździć
samochodem, gdyby zwykłe
tankowanie kosztowało 400$?
Problemy z wodorem - 8
Obecnie nikt nie produkuje wodoru,
przy użyciu energii wiatrowej czy słonecznej,
do celów komercyjnych:
To się po prostu nie opłaca,
gdy gaz ziemny jest tak tani!
Czy kiedykolwiek będzie się to opłacało?
Gdy gaz i ropa podrożeją:
Bardziej opłacalne, niż przerzucanie się na wodór,
będzie po prostu:
Kupienie
mniejszego auta
Jeżdżenie
rowerem
Chodzenie
pieszo
Korzystanie
z transportu
publicznego
James Howard Kunstler o wodorze:
• “Szeroko rozpowszechniona opinia, że wodór
ocali cywilizację technologiczną od szybko
nadchodzącego rozstania z gazem i ropą,
jest dobrym przykładem tego, jak bardzo nasze,
uzależnione od ropy, społeczeństwo pragnie
nadal żyć złudzeniami.”
The Long Emergency, James Howard Kunstler
Some analysts
Niektórzy
analitycy
twierdzą, that:
że:
conclude
GOSPODARKA
oparta na WODORZE
nigdy nie będzie realna
z punktu widzenia
ekonomii
Ostatnio w mediach
dużo mówi się
o etanolu.
Czy etanol
nie mógłby zastąpić
benzyny?
Uprawianie paliwa…
Uprawianie kukurydzy,
tylko po to, by zrobić
z niej etanol, wymaga
mnóstwa ziemi, która
teraz służy do produkcji
pożywienia.
Przypuśćmy, że od jutra Amerykanie
zaczną pracować jak szaleni…
…i do 2020 roku przystosują
wszystkie ze swoich 300 milionów
samochodów do paliwa z etanolu…
Zgadnij, jak dużo ziemi musieliby
w tym celu przeznaczyć na uprawy
kukurydzy.
Na czerwono oznaczone
są stany, które trzeba by
w całości przeznaczyć
pod uprawę kukurydzy,
by do 2020 roku w USA
zastąpić benzynę
etanolem.
Na dzień dzisiejszy,
pola uprawne stanowią
19% powierzchni USA
Exxon-Mobil Report, Oct. 2004
Czy mądre jest przeznaczanie pól uprawnych na produkcję paliw,
w świecie, gdzie produkuje się coraz mniej żywności?
Ilość kukurydzy, która jest potrzebna na jedno tankowanie samochodu,
wystarczy na wyżywienie człowieka przez rok.
Kto kupi tę kukurydzę?
Żyjący za dolara dziennie mieszkaniec Afryki lub Azji (takich ludzi jest
ponad miliard) czy zarabiający 100 tysięcy $ Amerykanin?
Zabieranie ziemi służącej do produkcji
żywności:
Wypowiedź Lestera Browna,
przewodniczącego Instytutu Polityki
na rzecz Ziemi:
“Nacisk amerykańskich producentów
samochodów na auta, zdolne do jeżdżenia
na etanolu z kukurydzy, spowoduje wzrost
cen żywności i głód na świecie. Ogromna
liczba destylarni, działających oraz dopiero
planowanych, zagraża zmniejszeniem ilości
pożywienia dostępnego do bezpośredniej
konsumpcji dla ludzi.”
Istnieje jeszcze jeden problem dotyczący
etanolu wytwarzanego z kukurydzy:
Wskaźnik EROEI jest bardzo niski i wynosi zaledwie 1,7.
Oznacza to, że na każde wyprodukowane 1,7 jednostek
energii, marnuje się jedna jednostka energii.
W niektórych stanach USA EROEI etanolu jest nawet <1!
Zużywamy prawie tyle samo
energii na uprawę kukurydzy
oraz destylację jej do etanolu,
ile potem otrzymujemy w wyniku
spalania tego bio-paliwa.
Niektórzy analitycy mówią, że:
Jeśli zamierzamy produkować etanol z kukurydzy…
…to równie dobrze możemy biegać
w kółko za własnym ogonem!!!
A co z firmami
produkującymi
ten drugi rodzaj
etanolu?
A! masz na myśli alkohol
z celulozy – etanol
produkowany z celulozy,
włóknistych części roślin,
takich jak łodygi
czy gałęzie.
Alkohol ten różni się tym od etanolu z ziaren, że wymaga
znacznie dłuższej obróbki, by wytworzyć monomery cukru,
które są pożywką dla mikroorganizmów odpowiedzialnych
za fermentację alkoholową. Ale istnieje wiele znacznie
poważniejszych wad tego procesu…
By przekonać się, o jakie wady chodzi,
polecam obejrzenie filmu:
Autorem jest David Fridley:
http://www.sfbayoil.org/sfoa/myths/index.html
No dobrze, a co
z olejem napędowym,
który wytwarzacie
z tych małych
zielonych stworzonek?
Masz pewnie na myśli biodiesel z alg:
Możesz znaleźć ciekawe dokumenty
w Internecie na temat tego, jak
wspaniała będzie ta technologia,
gdy wreszcie ją dopracujemy na
tyle, by mogła działać.
Jeśli wierzyć zarzutom odnośnie
tego paliwa, to za ułamek kosztów
związanych z rocznym importem
paliwa z alg, USA mogłyby
wybudować infrastrukturę
potrzebną do zastąpienia
wszystkich potrzeb kraju
związanych z paliwami płynnymi.
Naukowiec badający kolbę
z olejem napędowym pochodzącym z alg
Biodiesel z alg:
Do procesu mogłyby być
użyte ścieki z gospodarstw
rolnych i miast, na których
rozwijałyby się algi
produkujące olej napędowy.
Olej mógłby być spalany
bezpośrednio w silnikach
diesel’a, o ile wzbogaciłoby
się go w 10% metanolem.
Botryococcus - rodzaj alg,
produkujących olej napędowy
Michael Briggs, University of New Hampshire, Physics Dept.
Biodiesel z alg:
Jeśli coś brzmi zbyt
dobrze, by mogło być
prawdziwe…
…wyciągnij własne
wnioski
Olej z alg był dotąd
produkowany jedynie
w warunkach
laboratoryjnych.
Na razie wciąż
nie nadaje się do
produkcji przemysłowej.
Z mojego statku
widziałem trochę paneli
słonecznych.
Czy one nie mogłyby
zaradzić kryzysowi
naftowemu?
Słyszałem, że można by
ich używać do produkcji
wodoru.
Panele
fotowoltaiczne
zamieniają
promieniowanie
słoneczne
bezpośrednio
w prąd
elektryczny.
Zalety:
Cichy proces
Panele mogą być instalowane
na dachach, blisko miejsca
wykorzystania produkowanej
energii
Łatwe w utrzymaniu
(mycie i odśnieżanie)
US General Services Admin., Pacific Rim Region
Problemy z panelami - 1
Panele słoneczne zajmują dużą powierzchnię
By zastąpić 1 reaktor jądrowy,
trzeba by użyć
75 km2 paneli słonecznych (na południu Kanady)
Problemy z panelami - 2
Nie pracują, gdy:
1) Jest pochmurno
(listopad, grudzień)
2) Jest noc
Problemy z panelami - 3
Wyprodukowany prąd nie może zostać użyty
w celach transportowych
…dopóki nie
zamieni się go
w paliwo
Problemy z panelami - 4
Prąd z paneli słonecznych jest znacznie droższy,
niż zwykliśmy płacić:
Elektryczność z paneli
słonecznych kosztuje obecnie
30¢ / kWh*
vs.
6¢ za elektryczność
z węgla lub elektrowni wodnych
* http://www.solarbuzz.com
Dużym problemem
paneli słonecznych
jest to, że nie znamy
na razie taniego sposobu
przechowywania energii
wytworzonej w ciągu dnia…
…tak, byśmy mieli
energię do zapalenia
światła w nocy.
Jednym ze sposobów obejścia tego
problemu, mogłoby być zamienianie
nadwyżek elektryczności
wyprodukowanej w ciągu dnia w wodór
– a potem zamiana wodoru w prąd
w ciągu nocy.
Elektryczność
z energii słonecznej
Wodór
Elektryczność
Problem polega na tym, że na
każdym etapie takich przemian,
część energii zamienia się ciepło,
które tracimy.
Znowu prawa
termodynamiki
wszystko psują!
Oto przykładowe straty energii, z którymi trzeba się
liczyć, na każdym etapie procesu:
Skraplanie
Straty
wodoru,
wodoru,
Wytwarzaby można wywołane
nie wodoru
było go przechowyPanele w procesie przechowaniem i
produku- elektrolizy
wywać transportem
jące prąd
Straty
energii:
25%*
30%*
15%**
Ogniwa
paliwowe
zamieniają
wodór z
powrotem Transformacja
Konsument
i przesył
w prąd
20%z
10% zz
* The Future of the Hydrogen Economy: Bright or Bleak? Baldur Eliasson and Ulf Bossel
ABB Switzerland Ltd., Corporate Research, Baden-Dättwil / Switzerland
** Exxon-Mobil Report, Oct. 2004
z “Solid Oxide Fuel Cell Developers Claim 50% Efficiency” I.H.S. Petrochemicals
“Fuel Cell Efficiency: A Reality Check”, E.V. World
zz Overview of the Electric Grid, U.S. Department of Energy
Ze względu na straty energii, koszt 57¢ za kWh
wzrasta do 93¢ za kWh !!!*
Skraplanie
Straty
wodoru,
wodoru,
Wytwarzaby można wywołane
nie wodoru
było go przechowyw
procesie
Panele
przechowaniem i
elektrolizy
produkuwywać transportem
jące prąd
Straty
energii:
25%*
30%*
15%**
*Kalkulacje kosztów wykonane przez autora
Ogniwa
paliwowe
zamieniają
wodór z
powrotem Transformacja
Konsument
w prąd
i przesył
20%z
10% zz
Kanadyjczycy płacą
obecnie
od 5¢ do 8¢ za kWh
Z tych kalkulacji
wynika, że ich
rachunek:
100$ miesięcznie
wzrósłby do
1500$!!!
A moje obliczenia
to i tak najbardziej
optymistyczna opcja!
Problemy z panelami - 5
Na 45 szerokości geograficznej panele słoneczne
potrzebują 5 lat działania, by zwrócić energią zużytą
w procesie ich produkcji.
Jest raczej mało
prawdopodobne,
że w przyszłości będziemy
w stanie wymieniać panele
słoneczne dzięki energii
z nich uzyskanej.
Koszty produkcji paneli słonecznych są
bardzo uzależnione od kosztów energii.
Tak więc, produkcja paneli słonecznych
z czasem stanie się bardzo droga.
Była bardzo wietrzna
pogoda, gdy tu
lądowałem...
Dlaczego Kanada nie
zainwestuje w
wiatraki?
Moglibyście mieć
je wszędzie!
Zalety energetyki wiatrowej:
Ceny energii porównywalne
z paliwami kopalnymi
Wiele nadających się
do tego miejsc w Kanadzie
Od momentu wybudowania
nie ma zanieczyszczeń
Odnawialne źródło energii
Ogromny potencjał
Problemy z energetyką wiatrową - 1
Nieregularne dostawy – wiatraki nie działają, gdy:
1 - wiatr jest zbyt silny
2 - wiatr jest zbyt słaby
Problemy z energetyką wiatrową - 2
Nieregularność dostaw wpływa na cenę za kWh
Produktywność wiatraków ocenia się
w stosunku do ich szczytowej produkcji
– przy idealnym wietrze.
Obecnie moc, wyprodukowana przez
wiatraki, w skali roku waha się pomiędzy
16% a 35% szczytowej produkcji.
Tzn.: farma wiatrowa o mocy 1000 MW
może wyprodukować średnio 250 MW
w przeciągu roku
http://www.eon-netz.com
Problemy z energetyką wiatrową - 3
Okresy, gdy wiatraki nie pracują, wymagają
zabezpieczenia w postaci paliw kopalnych
Innymi słowy, zawsze powinniśmy mieć w zanadrzu tradycyjną
elektrownię na wypadek okresów bezwietrznych.
Na dni
bez wiatru:
Nadal
potrzebujemy:
Problemy z energetyką wiatrową - 3
Tak więc, farmy wiatrowe,
nie zmniejszą rozmiarów
infrastruktury, związanej
z energetyką tradycyjną.
Problemy z energetyką wiatrową - 4
Trudności z przechowywaniem nadwyżek energii
Energia mogłaby być przechowywana w postaci
płynnego wodoru lub poprzez wpompowywanie
wody do specjalnych zbiorników, ale należałoby
do tego wybudować odpowiednią infrastrukturę.
Inne metody mogłyby być możliwe, ale trzeba by
je najpierw wynaleźć.
Problemy z energetyką wiatrową - 5
Nie nadaje się do transportu, poza 2 wyjątkami:
1- Każda kWh energii, wyprodukowanej przez
wiatraki, oznacza 1 kWh, do której produkcji
nie trzeba spalać gazu czy ropy. Ropę i gaz,
zaoszczędzone w ten sposób, można użyć do
celów transportowych.
2- Prąd z wiatraków można użyć do produkcji
płynnego wodoru do transportu, ale byłoby
to niezwykle kosztowne.
Analitycy ds. energii twierdzą, że:
Wiatr jest
najbardziej
efektywnym
kosztowo
odnawialnym
źródłem energii
po wodzie.
Zalecają oni intensywne
inwestowanie
w energetykę wiatrową,
dopóki ropa
jest jeszcze tania.
A co z uroczymi
samochodzikami
na sprężone powietrze?
Moglibyście użyć
energii wiatru lub słońca,
by wyprodukować
prąd do sprężania
powietrza…
Około 8 koni mechanicznych prądu jest potrzebnych
do produkcji jednego konia mechanicznego
sprężonego powietrza.*
Czy to mądry sposób na użytkowanie tak drogiej energii
słonecznej czy wiatrowej? Czy stać nas na to?
W pierwszej kolejności, pomyśl jednak o tych wszystkich baryłkach
ropy, potrzebnych do wyprodukowania takiego samochodu.
* Minnesota Technical Assistance Program
I na koniec: stara, dobra, niezawodna
energetyka wodna:
Główne
problemy…
Elektrownie wodne zaspokajają
obecnie około 3% potrzeb
energetycznych świata. Nawet,
gdyby przegrodzić tamami
wszystkie rzeki świata, to nie
rozwiąże to problemu.
Osady zbierające się za tamą, sprawiają, że zbiorniki
w ciągu kilku wieków stają się bezużyteczne
Tamy zaburzają naturalną topografię, faunę oraz florę miejsca,
gdzie chcemy je wybudować
Być może masz wrażenie, że posuwamy się
za daleko w wykorzystywaniu zasobów Ziemi.
Przeczytaj o tym, jak w przeszłości społeczeństwa
robiły to samo – więcej w Rozdziale 4.
Kliknij tutaj,
by wybrać rozdział
www.ZiemiaNaRozdrozu.pl