Усилия по отказу экономики от ископаемого топлива и переходу на более возобновляемые источники энергии для решения проблемы изменения климата сталкиваются со значительными технологическими препятствиями, выходящими за рамки экономических последствий такого перехода.
При рассмотрении экологических издержек и выгод перехода от ископаемого топлива — особенно в транспортном и промышленном секторах экономики — мы должны учитывать полный жизненный цикл каждого источника энергии. Правда заключается в том, что для полного перехода к возобновляемой энергетике потребуется огромное, а некоторые утверждают, что и неприемлемое количество сырья и земли.
Возобновляемые источники энергии имеют более низкую плотность энергии, чем ископаемые виды топлива, поэтому они часто требуют больше энергии, чтобы захватить то же самое количество энергии из других источников в расчете на объем. Бензин, например, в десять квадриллионов раз более энергоемкий, чем солнечная радиация, в миллиард раз более энергоемкий, чем энергия ветра и воды, и в десять миллионов раз более энергоемкий, чем энергия человека.
Результатом этого является то, что существуют фундаментальные ограничения на то, сколько энергии мы можем извлечь из возобновляемых источников энергии по сравнению с количеством земли, необходимой для производства. Во многих случаях воздействие на окружающую среду от использования большего количества возобновляемых источников энергии может быть таким же или даже большим, чем добыча и сжигание нефти, природного газа или даже угля.
Для достижения наиболее агрессивных целей, поставленных сторонниками декарбонизации для решения проблемы изменения климата, мы говорим о полной электрификации каждого сектора экономики США, включая производство и транспорт, которые вместе составляют более 70 процентов нефти, используемой в 2019 году.
По данным Управления энергетической информации, в 2019 году на транспортный сектор пришлось 28,2 квадриллиона британских тепловых единиц потребления энергии. Транспорт является крупнейшим энергопотребляющим сектором. Подавляющее большинство энергии, используемой в транспорте — 91 процент в 2019 году — по-прежнему поступает из нефти. Возобновляемые источники энергии, главным образом в виде биотоплива, составляют 5 процентов.
В прошлом году промышленный сектор использовал 26,3 квадрата энергии, при этом природный газ обеспечивал 40 процентов потребляемой энергии, а нефть — 34 процента. В общей сложности 9 процентов энергии, потребляемой в промышленном секторе, включая обрабатывающую промышленность, сельское хозяйство, лесное хозяйство, горнодобывающую промышленность и строительство, поступило из возобновляемых источников энергии в 2019 году.
Несколько исследований жизненного цикла, опубликованных в последние годы, подтверждают, что ветер, солнце и гидроэнергетика регулярно требуют больше сырья, включая железо, медь, алюминий и цемент на единицу произведенной энергии, чем производство электроэнергии на угле и газе.
Австрийский исследователь Эдгар Хертвич обнаружил в докладе, написанном в соавторстве с международной командой, что солнечная фотоэлектрика (PV) может требовать от 10 до 40 раз больше меди на мегаватт-час, чем электростанции, работающие на ископаемом топливе. Наземная ветрогенерация может потребовать в 5-15 раз больше железа.
Марк Джейкобсон, профессор гражданской и экологической инженерии в Стэнфордском университете, считает, что для преобразования глобального энергетического сектора в возобновляемую энергию потребуется почти 4 миллиона 5-мегаваттных ветряных турбин и около 90 000 коммунальных солнечных электростанций мощностью 300 МВт каждая, плюс 1,7 миллиарда солнечных систем на крыше.
Общая площадь, необходимая для 4 миллионов ветряных турбин, составляет около 50 квадратных километров — размер Манхэттена – но необходимо также учитывать расстояние, необходимое между каждой турбиной. Исходя из предполагаемой годовой выработки 50 квадратных метров на мегаватт-час, включая дистанционное и береговое производство ветра в «сценарии устойчивого развития» Международного энергетического агентства (МЭА) — около 7000 тераватт–часов в 2040 году — потребуется площадь суши примерно размером с Германию.
Аналогичным образом, при 15-20 квадратных метрах на мегаватт-час (МВтч) годовой выработки, генерирующей 7200 ТВтч по сценарию устойчивого развития МЭА в 2040 году, будет использоваться 110 000-140 000 квадратных километров панелей — что равно площади суши Греции – включая около 60 процентов мощностей коммунального масштаба и 40 процентов генерации на крыше.
Эти дополнительные требования к добыче полезных ископаемых и землепользованию не являются несущественными и вызывают вопросы об истинных экологических издержках жизненного цикла возобновляемых источников энергии. Анализ жизненного цикла энергетических технологий дает лучшее представление о выбросах углекислого газа, включая косвенные выбросы, вызванные производством материалов, производством оборудования и строительством заводов. Это показывает, в частности, что возобновляемые источники не являются безуглеродными.
Недавний доклад ученых из Университетского колледжа Лондона показал, что возобновляемые технологии становятся «относительно менее привлекательными», если учитывать косвенные выбросы. По данным Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL), выбросы ветра в течение всего жизненного цикла составляют всего 15 кг углекислого газа на МВтч по сравнению с 20 кг/МВтч для гидроэнергетики, 25 кг/МВтч для атомной энергетики и более существенными 60 кг/МВтч для фотоэлектрических установок, что требует энергоемкого производства.
Это все еще намного лучше, чем парогазовые турбины на 465 кг/МВтч и уголь на 1050 кг/МВтч. Но солнце не всегда светит; ветер не всегда дует, и, как отмечает NREL, есть вопросы о том, могут ли аккумуляторные батареи обеспечить пиковую мощность в электрических сетях, в те части дня, когда потребление электроэнергии резко возрастает.
Именно поэтому мир не спешит отказываться от природного газа для своих будущих энергетических нужд, даже при низкоуглеродных сценариях. Газ остается надежным поставщиком «базовой» мощности — минимального количества электроэнергии, необходимого для удовлетворения спроса в любой момент времени. Природный газ также чрезвычайно конкурентоспособен с точки зрения затрат. Резкое падение цен на возобновляемые источники энергии в последние годы было впечатляющим. Тем не менее, после шока спроса, вызванного пандемией коронавируса, природный газ снова стал самым дешевым вариантом для производства новой электроэнергии в большинстве стран мира.
МЭА говорит, что мировое потребление природного газа, по оценкам, сократится на 4 процента в 2020 году, и видит риск «длительного избыточного потенциала», поскольку наращивание новых мощностей по экспорту газа и СПГ в результате прошлых инвестиционных решений опережает более медленный, чем ожидалось, рост спроса.
Природный газ как таковой не только дешев; он также имеет потенциал быть намного чище, чем современные технологии.
Международные нефтяные компании, многие из которых имеют чистые нулевые цели по выбросам углерода к 2050 году, переходят к решению проблемы выбросов метана при сжигании газа на факелах для сокращения выбросов в течение всего жизненного цикла. Некоторые компании также инвестируют в «зеленый газ» — природный газ, получаемый из водорода или биогаза, — чтобы еще больше сократить свой углеродный след.
Большая часть роста спроса на газ после 2021 года, как ожидается, произойдет в Азии, во главе с Китаем и Индией, где газ выигрывает от сильной национальной поддержки. Эти страны, где спрос на энергию растет быстрее, чем в остальном мире, рассматривают сочетание газа и возобновляемых источников энергии для выполнения своих обязательств по Парижскому климатическому соглашению 2015 года.
Важно помнить, что эти развивающиеся экономики ориентированы в первую очередь на повышение уровня жизни, а во вторую — на охрану окружающей среды. Природный газ — очевидный выбор — он дешев и изобилует. По мере все большего улучшения его экологических показателей природный газ должен продолжать играть важную роль в удовлетворении спроса на энергию во всем мире.
