Czy zagrożony jest dostęp do obfitej i taniej energii?
3. Czy era taniej energii się kończy?
Co oznacza dziś tania energia? Przede wszystkim są to niskie koszty transportu lu-dzi i towarów. Globalizacja nie byłaby możliwa na taką skalę bez radykalnego obniże-nia tych kosztów. Hipotetyczny silny wzrost kosztów transportu – gdyby się zdarzył
P*1/EROIO
P*1/EROIF
u AC
1
częściowo zamknął lub ograniczył dostęp do wielu obszarów. Uderzyłoby to w świa-tową turystykę, zarówno po stronie świadczących usługi, jak i zgłaszających popyt.
Ale przede wszystkim zerwane zostałyby więzi podażowe, produkcyjne. Byłby to po-tężny cios w ideę outsourcingu i uderzenie w interesy wielu krajów rozwijających się.
Gdyby przenoszenie produkcji przestało się opłacać, to wytwarzanie ponownie wró-ciłoby do krajów wysokorozwiniętego centrum technologicznego, co zapewne za-częłoby odwracać procesy konwergencji rozwoju, jakie w ostatnich dwóch dekadach zaczęły się powoli zarysowywać w światowej gospodarce. Po 150 latach przeciwnej tendencji trwającej od rewolucji przemysłowej.
Tania energia to także tania żywność osiągalna dla masowego odbiorcy przez cały rok, tanie ogrzewanie jego mieszkania i dostęp do obfitych zasobów taniej energii elektrycznej pozwalającej instalować w gospodarstwie domowym wiele energochłon-nych urządzeń zwiększających nasze poczucie komfortu (klimatyzacja, lodówki, te-lewizory, komputery itp.). Bez taniej energii nie byłby możliwy rozwój nowoczesnej metalurgii i budownictwa ani inwestycji infrastrukturalnych na dużą skalę. Dlatego tania – i w konsekwencji dostępna w dużych ilościach – energia wyznacza, bezpo-średnio bądź pobezpo-średnio, poziom obecnego dobrobytu.
Wszystkie badania potwierdzają powolny spadek wartości EROI dla paliw kopal-nych i wszystkie odwołują się do faktu wyczerpywania się tych zasobów. Taki scena-riusz jest równoznaczny z rosnącymi kosztami pozyskiwania ropy naftowej, węgla i gazu ziemnego.
Idea peak oil, czyli momentu, gdy wydobycie ropy naftowej osiągnie szczyt i zacznie następnie spadać, liczy sobie już ponad pół wieku. I moment ten wciąż jest przesuwany.
Byłoby jednak błędem ignorowanie problemu ograniczoności zasobów przyrodniczych i konsekwencji tego zjawiska dla rozwoju. W systemach zamkniętych rzeczywiście jest tak, że produkcja – prędzej czy później – musi prowadzić do katastrofy cywilizacyjnej wskutek wyczerpania się zasobów. Systemy zamknięte nie mogą pozyskiwać energii otoczenia. Zasoby energii w takim systemie stopniowo wyczerpują się i system obumie-ra. Ale gospodarka nie jest systemem zamkniętym, lecz otwartym; bezustannie pozy-skującym energię z otoczenia, dzięki czemu część zasobów jest stale reprodukowana.
Na przykład ludzkość stale korzysta z energii słonecznej, której wszak nie wytwarza.
To w praktyce niewyczerpalna energia Słońca umożliwia w ogóle istnienie i bytowanie ludzi na Ziemi. Energia ta bezpośrednio lub pośrednio pozwala na produkcję rolnictwa i żywności oraz pozyskiwanie surowców energetycznych. Zresztą całe otoczenie przy-rodnicze człowieka jest jednym wielkim rezerwuarem zasobów, z których korzystamy, bez których nie możemy istnieć ani się obejść, ale których nie wytworzyliśmy.
Kluczowe jest jednak zrozumienie, co w istocie określa wielkość dostępnych za-sobów naturalnych. Nie jest prawdą, że wielkość tych zaza-sobów jest dana i niezmien-na. To, jakie konkretnie wytwory natury uznamy za użyteczne produkcyjnie, zależy wyłącznie od naszej wiedzy przyrodniczej i dostępnych technologii. Uran, gaz ziem-ny i ropę naftową wykorzystujemy jako paliwa od bardzo niedawna. Wcześniej były one zupełnie bezwartościowym zanieczyszczeniem. A co z apatytami i fosforytami, surowcami do produkcji nawozów sztucznych? Przecież te ostatnie zaczęły być
pro-surowców. A metale ziem rzadkich? A tytan wykorzystywany dopiero od XX wieku?
Widać, że wraz z postępem technicznym coraz to nowe zasoby stają się poszukiwa-ne, cenposzukiwa-ne, a nawet tak ważposzukiwa-ne, że dziś nie potrafimy sobie bez nich wyobrazić życia (np. ropa naftowa). Ale nowe technologie zwiększają także możliwości pozyskiwania starych zasobów. Po opracowaniu nowej technologii pozyskiwania węglowodorów z łupków radykalnie zwiększyły się światowe rezerwy tych surowców. Wcześniej wiadomo było, że łupki bitumiczne zawierają gaz ziemny bądź ropę naftową, ale koszt wydobycia tych paliw z tych pokładów geologicznych był prohibicyjnie wyso-ki. Technologia radykalnie zmieniła wyniki rachunków ekonomicznych i przesunęła martwe zasoby do kategorii zasobów do ekonomicznego wykorzystania. Albo inny przykład: czy świat ma jakiś problem z deficytem wody? Przecież oceany zawiera-ją gigantyczne jej ilości. Problemem dziś jest niezwykle kosztowne odsalanie wody.
Gdybyśmy pozyskali tanią technologię czerpania energii słonecznej, wówczas pro-blem by znikł, a ludzkość rozwiązałaby kwestię niedoborów tak kluczowego zasobu.
Podobnie wygląda problem z zasobami odnawialnymi. Także i tu innowacje tech-nologiczne odsuwają granice dostępności tych surowców i powiększają listę odtwarzal-nych zasobów. Dziś na przykład potrafimy zaprząc bakterie do produkcji niektórych antybiotyków. Nawet bez żadnego postępu technicznego ta technologia jest w pełni reprodukowalna ze względu na „dostępność” bakterii, które sama przyroda zapewnia w nieograniczonych ilościach. Jednocześnie dzięki naszej wiedzy i zmianom w pro-cesach technologicznych systematycznie obniża się materiałochłonność produkcji, bar-dziej oszczędnie gospodarujemy surowcami, sięgamy po zamknięte cykle produkcyjne zmniejszając tym samym nacisk na bilanse surowcowo-materiałowe i odsuwając barie-ry rozszerzania produkcji. W praktyce zatem wraz postępem technicznym możliwości wytwórcze gospodarki oparte jedynie na zasobach odnawialnych mogą szybko rosnąć.
To jest jednak nieco teoretyczne rozumowanie. Rachuby na to, że rezerwuarem za-sobów jest po prostu cały wszechświat i postęp techniczny pozwoli do tych zaza-sobów zawsze sięgnąć, trącą nadmiernym optymizmem. Także w odniesieniu do zasobów energetycznych. Rzeczywiście wiemy, że rozwój nowych technologii poszerza usta-wicznie dostęp do paliw organicznych i pozwala eksploatować wcześniej nieopłacalne i nieekonomiczne złoża. Hamuje tym samym rosnące koszty wydobycia paliw. Obniża także wskaźniki energochłonności gospodarki. Ale jednocześnie stale rośnie popyt na surowce energetyczne. W rezultacie pojawia się swoisty wyścig między zdolnością po-stępu technicznego do sukcesywnego powiększania dostępnej puli podaży surowców energetycznych o umiarkowanych kosztach ich pozyskania – z jednej strony, a ssaniem rynku światowego na te surowce – z drugiej. Obniżanie się wartości współczynników EROI dla paliw organicznych odzwierciedlają wynik tego pojedynku w tym sensie, iż sygnalizują, że postęp techniczny nieznacznie go przegrywa. Takie spektakularne czyn-niki jak technologia szczelinowania, pozwalająca sięgnąć po tani gaz łupkowy i ropę naftową z łupków, odwracają, przynajmniej przejściowo, tendencje spadkowe EROI. Ale wyścig trwa ustawicznie i chwilowe zwycięstwa nie zapewniają trwałego triumfu. Nie ma żadnych gwarancji, że postęp techniczny zawsze nadąży z podażą odpowiednich technologii, by na czas przełamywać rodzący się potencjalnie deficyt paliw
organicz-ale rosnące koszty pozyskiwania paliw (ze względu na rosnącą krzywą podaży) i coraz wyższe ich ceny. Przykładem może być gaz ziemny. Zasoby tego surowca są ogromne, jeśli wziąć pod uwagę hydraty (metanu). Wielkości gazu ziemnego uwięzionego w hy-dratach są prawdopodobnie przynajmniej kilkakrotnie większe od dotychczas znanych i rozpoznanych zasobów gazu ziemnego (metanu). Wydobycie gazu z hydratów jest jednak, przy znanych obecnie technologiach, niebezpieczne i bardzo kosztowne. Ale fizycznie zasoby te są wciąż potencjalnie do wykorzystania i przy bardzo wysokich rynkowych cenach metanu wydobycie gazu z tego źródła może stać się opłacalne.
Gospodarka światowa jest dziś pod silną presją popytu na surowce, w tym tak-że surowce energetyczne, ze strony krajów rozwijających się, które starają się szybko zmniejszyć dystans cywilizacyjny (jak Chiny, Indie, Brazylia itp.). Czyni to prawdopo-dobnymi scenariusze rosnących kosztów energii ze źródeł organicznych (ropa nafto-wa, węgiel, gaz ziemny). Nawet mimo nowo odkrywanych zasobów i nowych techno-logii. Gdyby taki scenariusz miał się zmaterializować12, wówczas atrakcyjne zaczęłyby się stawać alternatywne źródła energii, przede wszystkim w postaci słońca i wiatru oraz energetyka atomowa13. Zasoby tych dwóch pierwszych źródeł są w praktyce nie-ograniczone. Przekroczenie przez rosnące ceny surowców organicznych pułapu poza którym generatory OZE stawałyby się w pełni konkurencyjne względem klasycznych producentów energii (bez konieczności dotowania OZE), oznaczałby rewolucję tech-nologiczną, trwale zmieniającą krajobraz świata energii.
W tej sprawie istotne są jednak dwa aspekty: czynnik czasu i poziom kosztów zapewniający grid parity. Po pierwsze, postęp techniczny dotyczy nie tylko paliw or-ganicznych, ale także technologii OZE. Co prawda dziś EROI (czyli rachunek pełnych kosztów energetycznych) jest niski dla źródeł wiatrowych i słonecznych, ale nowe technologie, zwłaszcza rozwiązanie problemu taniego magazynowania energii dużej skali, zmieniłoby sytuację radykalnie, podnosząc EROI dla tego typu generacji energii elektrycznej. Obniżałoby to koszty pozyskiwania energii z OZE.
Pojawia się pytanie: jak wysoka jest względna dynamika zmian technologicznych w obszarze OZE i w dziedzinie klasycznych źródeł energii, w tym w sferze pozyski-wania surowców? Przyszłe możliwe scenariusze prezentuje rysunek 6. Na wykresie szybkość postępu w technologiach klasycznych (paliwa organiczne) wyznacza możli-wie wolny wzrost kosztów energii produkowanych z drożejących paliw, a w przypad-ku OZE – możliwie szybki spadek kosztów produkcji energii. Jeśli bardzo szybki po-stęp technologiczny w dziedzinie klasycznych technologii (przerywana czarna linia) zbiegnie się ze względną stagnacją technologii OZE (ciągła linia czerwona), wówczas moment osiągnięcia parity grid jest odłożony w czasie (t2) i forsowanie szybkiego
prze-12 Wydaje się, że taki scenariusz jest – prędzej czy później – nieunikniony. Mówimy wszak o nieodna-wialnych zasobach węgla, ropy i gazu.
13 Przy rozważaniu jedynie aspektów ekonomicznych, inne uwarunkowania, np. społeczną awersję do energetyki jądrowej, w tym miejscu pomijamy.
nosiło koszty rozwoju (nadmierne przestawienie systemu na energię o małych EROI).
Odwrotne relacje dynamiki zmian technologicznych przyspieszają moment zrówna-nia się kosztów (t1) i wówczas szybkie przestawianie się na OZE nie ma alternatywy.
Wnioski
Mamy dzisiaj do czynienia z dwiema wyraźnymi tendencjami związanymi z wy-korzystaniem różnych rodzajów energii i technologii produkcyjnych. Po pierwsze, wraz z powolnym wyczerpywaniem się zasobów paliw organicznych następuje stop-niowa obniżka ich EROI. Spadek EROI przekłada się w dłuższym okresie na wzrost cen tych paliw. Oznacza to, perspektywicznie, rosnące koszty pozyskiwania energii z ropy naftowej, gazu ziemnego i węgla. Po drugie, tendencja do stopniowego prze-suwania struktury produkcji w kierunku OZE, czyli energii o niskich EROI, powoli i systematycznie podnosi koszty rozwoju. Czy odchodzimy od taniej energii?
Postęp techniczny łagodzi konsekwencje malejących EROI. Technologia pozwa-la na wzrost użytecznej energii pozyskiwanej z energii pierwotnej wskutek wyższej sprawności urządzeń i innych zabiegów technicznych, dzięki którym nawet z niższej podaży energii pierwotnej można „wycisnąć” większe ilości energii użytecznej. Re-zultat jest wypadkową tych wielu procesów, ale o jednoznaczne prognozy trudno.
czas
Koszt jednostkowy energii
t1 t2
OZE (wolny postęp techniczny) źródła klasyczne (wolny postęp techniczny)
źródła klasyczne (szybki postęp techniczny) OZE (szybki postęp techniczny)
Ryc. 6. Scenariusze zmian kosztów jednostkowych produkcji energii elektrycznej.
Źródło: Opracowanie własne.
Levelized Cost of Electricity, Renewable Energy Technologies. Study, Fraunhofer Institut for Solar Energy Systems ISE, November 2013.
Levelized Cost and Levelized Avoided Cost of New Generation Resources in the Annual Energy Outlook 2014, U.S. Energy Information Administration, April 2014.
Total Primary Energy Consumption 2012, International Energy Statistics, EIA, US Ener-gy Information Agency.
Wilburn D.R., Wind energy in the United States and materials required for the land-based wind turbine industry from 2010 through 2030, U.S. Geological Survey Scientific Investigations Report 2011.
Weißbach D., Ruprecht G., Huke A., Czerski K., Gottlieb S., Hussein A., Energy intensities, EROIs (energy returned on invested), and energy payback times of electricity generating power plants, „Energy” 52 (2013).
Wpływ energetyki wiatrowej na wzrost gospodarczy w Polsce, Raport przygotowany przez Ernst & Young przy współpracy z Polskim Stowarzyszeniem Energetyki Wiatro-wej oraz European Wind Energy Association, marzec 2011.
SUMMARY
thanks to cheap and plentiful energy we live in a much better world than past generations.
experts say that fossil fuels are the cheapest. are we running out of fossil fuel resources? cost of energy is proportional to energy input on energy return (the reciprocal of erOi). erOi goes down due to depletion of known resources but may increase in case of new discoveries and tech-nological innovations. erOi is also low for renewables like sun and wind energy. Slow technolo-gical change and premature shift to renewables may threaten access to cheap energy.