Предлагат ли устойчиво развитие ВЕИ? Некоментираната страна на проблема

инж. Щерьо Щерев, заместник-председател на   Научно-техническия съюз по минно дело, геология и металургия

В началото на октомври т.г. Европейският парламент прие закон, който коригира до сега действащия за емисиите на СО2 и климатичните промени. Преследваната преди това цел, емисиите да се намалят с 40% до 2030 г. спрямо базовата 1990 г., бе заменена с изключително амбициозните 60%, независимо, че тя е непосилна за повечето държави-членки на ЕС.

Корпоративни лобита и „зелени” политици бързат да задължат с този закон националните правителства ускорено да затворят ТЕЦ на местни въглища, а на тяхно място стимулират изграждането на ВЕИ паркове. Щедро финансирана медийна пропаганда от години рекламира тези паркове като екологично чисти и непрекъснато поевтиняващи източници на електрическа енергия. Гласувалите евродепутати в подкрепа на този закон настояват всяка държава членка да стане неутрална по отношение на климата до 2050 г., като след това ЕС ще постигне „отрицателни емисии” – каквото и да означава това?! За постигане на тази химерична цел те предлагат огромни кредити за финансиране ускорено изграждане на ВЕИ-паркове. Създателите на политики преместват фокуса от предизвикателствата на пандемията към икономическото възстановяване и отново активно обсъждат инфраструктурните планове, включително тези, свързани с енергетиката. Защитниците на „зелената” енергия удвояват натиска за продължаване или дори увеличаване на използването на вятър, слънчева енергия и електрически автомобили. Те неуморно повтарят, какви предимства имат те пред традиционните, които използват изкопаеми енергийни суровини. Представят ги като панацея за решаването на всички проблеми свързани както с екологията и климатичните промени,  така и с дълбоката икономическа криза и дори с пандемиите. Отнася се за десетки трилиони долари и евра, към които имат нескрити аспирации големи европейски и световни корпорации.  Извън дискусията остава всяко сериозно разглеждане на широкото въздействие на източниците на възобновяема енергия върху околната среда и веригата за доставки. Никой от тях не споменава и дума за техните недостатъци.

Нека да проследим изходните продукти и технологиите за изработването на ВЕИ-съоръженията, периода на експлоатацията им до бракуването и рециклирането им,  дали са наистина толкова екологично чисти и безвредни за околната среда?

Многобройни са въпросите, които интересуват широката общественост, а не се коментират нито от „зелените” политици, нито от „зелените” лобисти за ВЕИ.

По-важните от тях са :

· От какви природни суровини се изработват фотоволтаичните панели, вятърните генератори, перките и фундаментите, върху които се монтират?

· Как се отразява добивът на тези природни суровини на околната среда и здравето на хората?

· Енергоемки ли са: добивът на  изходните материали, тяхната преработка и рециклирането им след приключване на експлоатацията на изработените от тях съоръжения? Положителен или отрицателен е  балансът на изразходваната енергия в тези процеси и произведената електроенергия от ВЕИ-съоръженията?

· Като цяло те допринасят ли за намаляване на емисиите на въглероден диоксид в земната атмосфера, независимо от това в коя част на планетата се извършва добивът на изходните материали, преработката им, изработката и монтажа на ВЕИ – съоръженията, тяхната експлоатация и в последствие рециклирането на амортизираните?

· Екологично положителен или отрицателен е приносът на ВЕИ?

Отговори на тези въпроси дават публикуваните на 9.07.2020 г. резултати от изследване на Манхатън институт, Ню Йорк (1).

Какви са те?

Всички машини за производство на енергия се изработват от материали, извлечени от земята. Никоя енергийна система всъщност не е „възобновяема“, тъй като изработването на всички машини изисква добив и обработка на милиони тонове първични материали и изхвърляне на амортизираните съоръжения. В сравнение с въглеводородите, „зелените машини” водят до средно многократно увеличение на количествата извлечени от земните недра и преработени руди, рядкоземни елементи и минерали за производството на едно и също количество енергия. Това означава, че всяко значително разрастване на днешното скромно ниво на „зелена” енергия в света /в момента по-малко от 8% от общото потребление в света, срещу 56% от нефт и газ, и 30-35% въглища/ ще създаде безпрецедентно увеличение на глобалния добив на необходимите руди и минерали. Ще се изостри полемиката относно опазването и възстановяването на околна среда, както и предизвикателствата пред труда на развиващите се пазари, където се намират повечето мини.

Да разгледаме материалните реалности на „зелената” енергия:

· Производството на вятърни турбини и слънчеви панели за генериране на електрическа енергия, както и на батерии за зареждане на електрически превозни средства /за краткост наричани „зелени машини”/, изисква средно повече от 10 пъти по-голямо количество материали, в сравнение с ТЕЦ на изкопаеми горива, за да доставят същото количество енергия на обществото.

· Един електромобил съдържа повече кобалт от 1000 батерии за смартфони; 

· Перките на една вятърна турбина имат повече пластмаса от 5 милиона смартфона; 

· Фотоволтаичен парк, който може да захранва един център за данни, използва повече стъкло от 50 милиона телефона.

· Замяната на ТЕЦ на изкопаеми горива със „зелени машини” при сегашните планирани темпове – няма се предвид стремежите за далеч по-голямо разширяване - значително ще увеличи добива на различни критични руди и минерали по света. 

Например, изработването на една батерия за електрически автомобил с тегло 454 кг. изисква извличане и обработка на около 227 тона изкопаеми материали. Средно за живота на батерията, всеки километър при шофиране на електромобил, образно казано, „изразходва“ три килограма природни суровини. Използването на двигател с вътрешно горене изразходва около 0,2 килограма гориво на километър.

· Нефт, природен газ и въглища са необходими за производството на бетона, стоманата, пластмасите и пречистените минерали, използвани за изработването и монтирането на „зелени машини”. Енергийният еквивалент от 100 барела нефт се използва в процесите за производство на една батерия, която може да съхранява еквивалентна енергия на един барел нефт.

· До 2050 г., при сегашните планове, количеството на износени слънчеви панели - голяма част от тях нерециклируеми - ще представлява удвояване на тонажа на всички днешни световни пластмасови отпадъци, заедно с над  3 милиона тона годишно нерециклируеми пластмаси от износени, вятърни, турбинни перки. Около 2030 г. повече от 10 милиона тона годишно електрически батерии ще станат за отпадък.

Това е материален свят!

Колко тежи километър пътуване или филм? Странно звучащ въпрос! Смисълът му е в това, че за производството на всеки  продукт и предлагането на всяка услуга започва, и се поддържа чрез извличане на полезни изкопаеми от земята. Добивът им се извършва със съвременно, тежко, минно оборудване в индустриално развитите страни, докато в много африкански страни само с кирки и лопати. Очевидно е, че има измеримо тегло в материалите, използвани за изграждане на мостове, небостъргачи и автомобили. По-малко очевидно е количеството на материалите, необходими за производство на енергия. Различните форми на енергия включват коренно различни видове и количества машини за производството й, и следователно различни видове, и количества материали.

Независимо дали става въпрос за нефт, извлечен от земята за захранване на двигателите с вътрешно горене или руди и минерали, използвани за изграждане на автомобилни батерии, всяко значително увеличение на материалите, използвани на километър, ще се увеличи.

Например, само американците изминават около 4,8 трилиона километра годишно. 

Същото е валидно и за доставката на електрическа или друг вид енергия. Снабдяването с необходимите основни полезни изкопаеми и материали, необходими за цивилизацията, винаги е бил важен. Сега много правителства по света се втурват да приемат възобновяемата енергия като панацея – лекарство решаващо всички проблеми на съвременната цивилизация. Но всички машини се износват и всъщност няма нищо възобновяемо за „зелените машини”, тъй като човек трябва да участва в непрекъснато извличане на материали за производство на нови и за замяна на амортизираните. Всичко това изисква добив, преработка, транспортиране и в крайна сметка изхвърляне на милиони тонове материали, голяма част от тях функционално или икономически нерециклируеми.

Осигуряването на достъп до подземните богатства, които са основа за благосъстоянието на обществото, е много стар проблем, който е предизвикал множество войни от дълбока древност до сега.

Разходи за материали на „Clean Tech“/ „чистата технология”/

Материалите за производство на вятърни турбини, слънчеви панели и електрически батерии, се извличат от земята в минни обекти и съоръжения за преработка на добитата руда по целия свят. Местоположенията им имат значение по отношение на геополитиката и рисковете по веригата на доставки, както и отражението им върху природата на цялата планета. Преди да разгледаме веригата за доставки, е важно да се разбере мащабът на материалните потребности.

Така например една ТЕЦ на природен газ с мощност 100 MW е с размер на жилищен блок и произвежда достатъчно електроенергия за 75 000 еднофамилни домове - фиг.1.

Фиг.1. Схема на парогазова ТЕЦ

Замяната й изисква най-малко 20 вятърни турбини, всяка от които е с височина до 195 м. Те са разположени на площ около 26 квадратни км. Изграждането на такива ветрови паркове консумира огромни количества конвенционални материали, включително бетон, стомана и фибростъкло, заедно с по-малко разпространени материали, включително рядкоземни елементи като диспрозий - фиг.2.

Изследване на Световната банка отбелязва това, което всеки инженер по минно дело знае:
„Технологиите, за които се твърди, че са в основата на чистата енергийна промяна, в действителност са материално и енергийно значително по-интензивни в процесите от добива на изходните материали за тяхното производство до инсталирането, експлоатацията и санирането им, след изтичане на ефективния експлоатационен срок, в сравнение със сегашните традиционни ТЕЦ на изкопаеми горива.“/Край на цитата./

Фиг.2. Ветро-генераторен парк

Всички форми на „зелена” енергия изискват приблизително сравними количества материали, за да създадат машини, които улавят и преобразуват енергията на природните потоци: слънце, вятър и вода. Вятърните електроцентрали се доближават до хидроязовирите по консумация на материали, а слънчевите централи изпреварват и двете - фиг.3.

Фиг.3. Фотоволтаичен парк

И при трите случая най-големият дял от тонажа, отнесен към един тераватчас произведена електрическа енергия, се намира в конвенционалните материали като бетон, стомана и стъкло. В сравнение с електроцентрала на природен газ и трите изискват най-малко 10 пъти повече тонове, добити, преместени и преработени материали в машини, за да произведат едно и също количество ел. енергия (фиг. 4).

Фиг.4. Използвани материали за изработване на различните енергийни машини –Т/TWh

Например, изграждането на една ветрова централа с мощност 100 MW изисква около 30 000 тона желязо, 50 000 тона бетон, както и 900 тона нерециклируеми пластмаси за огромните перки. При аналогичен фотоволтаичен парк - тонажът на цимент, стомана и стъкло е 150% по-голям, отколкото за ветровия, за едно и също количество произведена енергия.

Ако епизодичните източници на електрическа енергия -вятър и слънце- трябва да се използват за доставка 24 часа, 7 дни в седмицата, 365 дни в годината, ще се изискват още по-големи количества материали. Ще са необходими допълнителни машини, приблизително два до три пъти повече, за да се произвежда и съхранява електрическа енергия, когато слънцето и вятърът са налични, за използване в периоди, когато те липсват, а също и мощности за първично, вторично и третично  регулиране на енергийната система*. Необходими са също така допълнителни материали за изграждане на батерии за съхранение на електроенергия. Например, за съхранение на електрическа енергия от по-горе описаната ветрова електрическа централа с мощност 100 MW, са необходими най-малко 10 000 тона батерии от клас Tesla. Обработката на толкова големи количества материали води до собствени енергийни разходи, както и свързаните с това последици за околната среда, разгледани по-долу. Първо, критичният въпрос във веригата на доставки е не толкова увеличаването на използването на обикновени, макар и енергоемки материали като бетон и стъкло. Основните предизвикателства в тази верига и за околната среда са свързани с необходимостта от радикално увеличаване на количествата на голямо разнообразие от изходни суровини – руди и минерали.

Например, в момента светът добива около 7 000 тона неодим, един от многобройните ключови елементи, използвани при производството на електрическите системи за вятърни турбини. Настоящите сценарии за чиста енергия, представени от Световната банка и от много други, ще изискват увеличение на доставката на неодим с 1000% до 4 000% през следващите няколко десетилетия. Подобно е положението и при металите и минералите, необходими за производството на соларни панели.

Ето само един пример, който може би илюстрира идеално тенденцията:

Според доклад на Световната банка от 2017 г. търсенето на сребро може да скочи от сегашните 24 000 тона годишно до над 400 000 тона. И това е в най-скромният сценарий, при който се прогнозира по-голямо разпространение на соларни панели без наличието на сребро за сметка на кристалните силициеви панели, където среброто присъства. От друга страна, при обратния сценарий търсенето на сребро може да достигне 700 000 тона, ако въпросният тип панели без сребро не успеят да се наложат до такава степен на пазара.

Подобно увеличение в търсенето на злато ще изисква значително разширяване на добива на метала. Въпросният добив е енергоемък, не особено екологичен, споделя инвеститорът Сам Ковач в статия за Seeking Alpha, посветена на предизвикателствата пред енергийния преход. (2)

Докато съществуват различни основни предположения, използвани в различни анализи на потребностите от минерали за „зелена” енергия, всички стигат до едни и същи заключения. 

* Първичен контрол на честотата се извършва чрез автоматичен регулатор на скоростта (ASC) - турбина (някои източници използват термина „автоматичен контрол на скоростта“ (АПК).

Вторичното регулиране е създадено с цел да поддържа зададена честота и графика на обменни мощности за отделна управляема област.

Третичното регулиране се използва за възстановяване на резервите от първично и вторично регулиране и за оказване на взаимна помощ на електроенергийните системи в случай на неспособност на отделните енергийни системи в рамките на ECO да осигуряват независимо вторично регулиране.

Така например добивът на индий, използван при производството на слънчеви полупроводници, генериращи електроенергия, ще трябва да нарасне до 8 000 %. Добивът на кобалт за батерии ще трябва да нарасне с 300% до 800%. Производството на литий, използван за същите батерии за резервиране на енергийните системи и за захранване на електромобилите, ще трябва да нарасне с над 2000%.

Институтът за устойчиво бъдеще към Техническия университет в Сидней, Австралия, миналата година е анализирал 14 метала, необходими за изграждането на чисти технологични машини, заключавайки, че доставката на елементи като никел, диспрозий и телур ще трябва да се увеличи с 200% до 600%. Последиците от такова забележително увеличение на търсенето на енергийни минерали не са напълно игнорирани, поне в Европа. Холандско проучване, спонсорирано от правителството, констатира, че „зелените” амбиции на Холандия ще консумират основен дял от глобалните количества полезни изкопаеми. „Експоненциалният растеж на глобалния капацитет за производство на енергия от възобновяеми източници“, отбелязва проучването, „не е възможен при съвременните технологии и годишното производство на метали.“

Мащабът на тези материални изисквания подценява общия тонаж на земните маси, които задължително се копаят, транспортират, насипват и рекултивират. Това е така, защото прогнозите за бъдещите минерални нужди се фокусират върху отчитането на необходимото количество рафинирани, чисти елементи, но не и върху общото количество земни маси, които трябва да се изкопаят, преместят и обработят.
За всеки тон пречистен елемент трябва да се премести и преработи далеч по-голям тонаж от руда. Това е реалност за всички елементи, изразена от геолозите като съдържание на полезното изкопаемо в един кубически метър вместваща скала. Процентът на съдържание на отделните елементи в рудата варира в големи граници. Например,  1 т. медна руда средно съдържа  под 5 кг. мед /под 0,5% съдържание на метала в 1 т. руда/. Така повече от 200 тона руда се изкопават, преместват, раздробяват и преработват /обогатяват/, за да се стигне до един тон мед. За кобалт се изкопават около 1500 тона руда, за да се стигне до един тон чист метал.

В изчисляването на икономическите и екологичните разходи трябва да се включи и /така наречения/ процес на разкриване - тонове скални земни маси, които първо се отстраняват, за да се получи достъп до често дълбоко залягащата руда. Въпреки че коефициентите на съотношение между количествата на изкопаваните стерилни земни маси и тези на добитата руда да варират в широки граници, обикновено се говори за изкопаване и преместване от три до седем тона стерилни земни маси за най-широко разпространените метални руди, за да се получи достъп до един тон руда. Но за рядкоземните елементи това съотношение е многократно по-голямо.
Да се върнем към примера с литиевата батерия с тегло 454 кг., която осигурява полезен пробег на шофиране. Предоставянето на рафинирани минерали необходими за производството й изисква изкопаване, преместване и обработка на повече от 227 т. материали някъде на планетата. Това е 20 пъти повече материали, отколкото двигателят с вътрешно горене използва през целия живот на един автомобил, а той изразходва около 11,35 тона петрол.

Основният въпрос за бъдещето на „зелената” енергия не е дали има достатъчно елементи в земната кора, за да се отговори на търсенето – такива има! Повечето елементи са доста изобилни и почти всички са далеч по-често срещани от златото. Получаването на достатъчни количества от тях е въпрос на цена. Тя зависи от това, къде е находището на съответното полезно изкопаемо, какво е съдържанието му в рудата и на каква дълбочина е в земята. Не на последно място е и получаването на концесия за добив.
Въпреки това, както предупреждава Световната банка, материалните последици от „чистото“ бъдеще създават „нов набор от предизвикателства за устойчивото развитие на добива на полезни изкопаеми и ресурси“.

Мащабите, в които се предлага да достигне „зелената” енергия в глобален мащаб, не може да осигури мечтаното устойчиво и еколого-съобразно развитие на световната икономика. Затова може би не се коментират широко в медийното пространство по-горе изложените факти относно реалната, негативна, екологична и финансова страна на производството, експлоатацията и регенерирането на ВЕИ-съоръженията. А те имат все по-голямо пряко въздействие върху природата, заради огромните територии, които заемат, за да генерират същата енергия колкото конвенционалните източници. Ползите от спестените емисии и избегнатата промяна на климата са потенциални и имагинерни - изчисляват се на база модели. Докато прякото нарушаване на терени, речни корита и ландшафта от ВЕИ или добива на метални полезни изкопаеми са напълно реални и ясно видими.(3) Мините са в състояние да рекултивират ежегодно хиляди декари нарушени от въгледобивните дейности площи и да ги връщат като възстановени плодородни земеделски земи, както и за ползване в горския фонд, ако не е тенденциозният, убийствено скъп, въглероден, квотен данък. След изчерпване на въглищните запаси заеманите площи се връщат с възстановено плодородие за селскостопанско и горско ползване от бъдещите поколения, докато фотоволтаичните паркове, които се предлагат да ги заменят, ще бетонират и покрият със слънчеви панели за вечни времена плодородните Тракийски земи, тъй като според „зелените” природо-защитници те са единствените безвредни за природата и най-евтини електроенергийни източници сега и за в бъдеще.

Социологическо проучване на тема енергетика, направено от Националния център за парламентарни изследвания през месец септември тази година, показва, че мнозинството български граждани очакват развитието на енергетиката у нас и нейното управление да бъде по-скоро отговорност на държавата. Тя  трябва да осигури по-ниска цена на енергийните услуги за населението и индустрията, като в същото време спазва екологичните изисквания. Разбирането, че развитието на съвременната енергийна система във все по-голяма степен ще зависи от съчетанието на високи технологии и екология, остава встрани от общественото внимание, което е съсредоточено върху цената на услугата, сочат данните от проучването.

Генерирането на електроенергия от съществуващи електроцентрали с природен газ, комбиниран цикъл, хидро и атомни електроцентрали е 2 до 3 пъти по-евтино от производството на електроенергия от нови вятърни и фотоволтаични централи, когато се вземат предвид техните разходи по отделно. Вятърните и слънчевите паркове увеличават нивата на разходите чрез намаляване на степента на използване на съоръженията им. Това увеличение на нивата на разходите се нарича "наложени разходи", които се добавят към изравнените разходи за производство на вятър и слънчева енергия. Съществуващите електроцентрали с въглища могат да генерират електроенергия при среден разход от $ 41 за мегаватчас, докато американските проектанти изчисляват, че цената на нова въглищна централа, работеща за приблизително същия брой часове годишно, е 71 долара на мегаватчас . А цената на услугата расте експоненциално при замяната на конвенционалните ТЕЦ с ВЕИ, без да се постигат някакви положителни, екологични резултати, които „зелените” лобисти упорито пропагандират, въпреки че се разминават с реалността, както се вижда от по-горе изложеният анализ.
За България замяната на лигнитните въглища от Източномаришкия минен басейн с вносна електрическа енергия, или с природен газ, с който ще се произведе същото количество електрическа енергия, ще увеличи вносът му с над 10 млрд. куб. метра годишно, и към вътрешно икономическите и социални проблеми, ще натовари страната с огромен, отрицателен, външнотърговски дълг. Заменяме местен суровинен продукт с вносен такъв. Непроизведената от наша суровина електрическа енергия трябва да бъде компенсирана с допълнителна, нова експортна селскостопанска или промишлена продукция, равностойна във финансово отношение на разходите за внос на природен газ и/или електрическа енергия, която да е конкурентно способна, за да се пласира на европейския и световните пазари. В противен случай външнотърговският ни дълг ще расте и устойчивото икономическо развитие на страната ни ще бъде компрометирано. По задлъжнялост в близко бъдеще ще се сравняваме със съседна Гърция. Въздухът в София, Пловдив и другите големи градове няма да стане по-чист, а в замяна ще имаме европейски цени на електрическата енергия при сегашната, ако и не по-ниска покупателна способност на доходите ни.

Искаме ли да запазим и да увеличим ръста на икономическия растеж на България /това е валидно и за целия ЕС/ е необходимо да се осигури евтина електрическа енергия и инвестиции във високоефективни, нискоенергоемки и нискоемисионни индустриални технологии.
Искаме ли да дишаме чист въздух целогодишно в големите градове и селища, трябва да осигурим евтина електроенергия за бита и редовно миене на улиците. Липсата на цветните и зелени градинки в дворовете на старите фамилни къщи в нашите градове да се компенсира с повече паркове, зелени, цветни площи и озеленени улици. Необходимо е пълно обновление на автомобилния парк.

Искаме ли да има в изобилие чиста, питейна вода и поливно, високо продуктивно земеделие, трябва наличните гори да се пазят строго от пожари и безконтролна сеч, оголелите горски площи да се залесят с подходящи, бързо растящи и ценни дървесни видове. Реките да се пазят чисти и да се построят нови язовири, а старите да се ремонтират.
Искаме ли да запазим чара и привлекателността на нашето Черноморие, трябва да се забрани заедно с грозното му презастрояване и изграждането в близост до него на ветрови, енергийни паркове.
Със закон трябва да се забрани изграждането на фотоволтаични паркове върху земи от селскостопанския и горския фондове.
Всичко останало е безскруполна, тенденциозна дискриминация и научно необоснована, „зелена” пропаганда срещу ТЕЦ на изкопаеми горива, щедро финансирана от големите корпорации, които произвеждат компоненти за ВЕИ-съоръжения и се стремят да си гарантират сигурни пазари.

Пътят към ада е покрит със зелени намерения.

Ползвани публикации:
(1) Mines, Minerals, and "Green" Energy: A Reality Check, 9.07.2020 г.
www.manhattan-institute.org ›.

(2) Каква е истинската цена на глобалния енергиен преход? - Investor.bg ,11.11.2020.
(3) Тъмната страна на „зелената” енергия, 27.10.2020 г., Боян Рашев.