«Зелений» енергетичний перехід ніколи не відбудеться на 100%. Але це не проблема

Сучасний світ стрімко електрифікується: вулицями їдуть електромобілі, скутери, самокати й велосипеди. Ми купуємо квитки на швидкісні електропотяги, а перші електролітаки вже проходять тестові польоти. На дахах українських будинків з’являються сонячні панелі, а вітряк в полі вже нікого не здивує. «Зелений перехід» вже відбувається в усіх сферах нашого життя — від транспорту до побуту, не зважаючи на постійну критику.

Та попри ці зміни, світ усе ще далекий від повного переходу на чисту енергію. Чи можливо це взагалі? «Хмарочос» переказує відео наукового Youtube-блогера та доктора філософії (PhD) з математики Саймона Кларка, який розповідає, як людство буде здійснювати «зелений перехід».

Якою енергію живиться світ зараз?

Попри всі відкриття та прогрес у використанні «чистої енергії» світ і досі залишає непомірний слід від видобутку та використання енергії: вуглекислий газ (CO₂), що потрапляє в атмосферу, а також оксиди азоту, чадний газ, дрібнодисперсний пил. Згідно з оцінками ВООЗ, забруднення атмосферного повітря спричинило 4,2 мільйона передчасних смертей у світі у 2019 році.

За інформацією Energy Institute, найбільше енергії (мова йде не лише про електрику, а про всю енергію, яку ми використовуємо щодня: у транспорті, промисловості, для опалення будинків і для виробництва їжі) ми досі отримуємо з нафти — 35,6%.

На другому місці — вугілля (29,7%), далі — газ (26,2%).

Лише невелика частка припадає на «чисті джерела»: гідроенергія дає 2,8%, ядерна — 1,8% (хоча щодо доцільності використання ядерної енергії ще тривають дебати — ред.), а всі сонячні, вітрові та інші відновлювані джерела разом — 3,9 %.

Решта — це викопне паливо, що залишається головним джерелом викидів вуглецю й причиною глобального потепління. 

Якщо ми справді прагнемо досягти «нульових» викидів, нам потрібно підняти частку чистої енергії з нинішніх 8,5 % до 100 % — не лише для збереження клімату, а й щоб зупинити деградацію довкілля, зменшити залежність від викопного палива й забезпечити енергетичну безпеку для наступних поколінь. Це здається фантастикою. Але давайте рахувати далі.

Чому ми досі цього не зробили?

За підрахунками Кларка, щоб забезпечити весь світ лише вітровою енергією, потрібно було б збудувати близько 30 мільйонів вітрових турбін. Кожна з них виробляє приблизно шість гігават-годин на рік, а для всіх разом знадобиться близько трьох мільйонів квадратних кілометрів території — це колосальна територія, приблизно у шість разів більша за площу України, яка становить 603 000 км².

Сонячна енергетика виглядає ефективнішою, але навіть для неї потрібно близько 200 мільйонів акрів (приблизно як Франція та Німеччина разом), щоб забезпечити світ електроенергією. І це — без урахування головного виклику: сонце не світить цілодобово, а вітер не дме постійно.

Через цю непостійність довелося б збудувати значно більше відновлюваних джерел, ніж показують базові розрахунки. Без систем накопичення енергії — можливо, у п’ять разів більше турбін, щоб гарантувати стабільне постачання електрики. Навіть із великими сховищами — принаймні удвічі більше, ніж теоретично потрібно.

Виходить, що попри стрімкий розвиток «зелених» технологій, людство все ще залишається залежним від викопного палива.

Але, як наголошує Саймон Кларк, нам зовсім не обов’язково будувати нескінченні поля вітряків і сонячних панелей — вихід є, і він набагато розумніший.

Чим так прекрасна «зелена енергія»?

Щоб зрозуміти, чим «зелена енергія» відрізняється від викопних джерел, уявімо найпростішу ситуацію у використанні електроенергії — ввімкнення лампочки.

Здається, усе очевидно: натиснули вимикач — і з’явилось світло. Але шлях цієї енергії до нашої кімнати набагато довший. Спочатку вона існує у вигляді первинної енергії — наприклад, у вугіллі. Це сира енергія, яку ми добуваємо з природи. Потім її спалюють на електростанції, перетворюючи тепло, яке крутить турбину, на електроенергію. Проте не вся енергія з вугілля доходить до наших розеток — значна частина просто губиться у вигляді тепла.

Отримана електрика — це вже вторинна енергія. Вона долає сотні кілометрів лініями електропередач, втрачаючи ще трохи по дорозі, і зрештою потрапляє до нашого дому. 

Там вона стає кінцевою енергією — тією, яку ми безпосередньо використовуємо. Але й тут не все так ефективно: звичайна лампа розжарювання перетворює лише невелику частину електрики на корисну енергію, тобто світло. Решта — знову тепло, яке просто розсіюється в повітрі.

У випадку з вугіллям більша частина енергії буквально згорає даремно. Під час виробництва електрики приблизно дві третини первинної енергії втрачаються у вигляді тепла. Ще близько 5% — під час передавання, і якщо у вас вдома стара лампа розжарювання, то вона перетворює лише 5% електрики на світло, а решту (95%!) — у тепло.

Простими словами, із кожної тисячі одиниць енергії у вугіллі до лампочки доходить лише приблизно 15 одиниць. Решта просто розсіюється, навіть не встигнувши послужити людині.

«Зелена енергія» працює інакше. Якщо замість спалювання вугілля отримувати електрику з вітру, то нічого не згорає — отже, немає втрат первинної енергії. Джерелом є кінетична енергія вітру, і ми одразу отримуємо електричну енергію, яка далі передається споживачам. Певні втрати все ж є — під час транспортування електрики та її перетворення у світло, тепло чи рух.

Та навіть із цими втратами ефективність значно вища: із кожної тисячі одиниць енергії споживач отримує понад 47 одиниць корисної — утричі більше, ніж у випадку з вугіллям.

Отже, якщо використовувати енергію лише з «чистих джерел», то кількість спожитої енергії людством (як на діаграмі на початку статті) була б іншою. Відновлювані джерела працюють ефективніше, бо не мають такої кількості втрат на шляху до споживача. Відповідно, якби ми використовували лише «зелену енергію» людству потрібно було б менше її генерації.

А чи можна замінити всю енергію для транспорту та опалення на «зелену»?

Проте електроенергія — це невелика частина всієї енергії, яку споживає людство. І саме її виробляти «чисто» найпростіше.

Для того, щоб ми могли повністю перейти на «зелену» енергію, потрібно навчитися чисто рухатись (мова йде про живлення транспорту) і чисто нагрівати (опалення приміщень). Ключ до цього — електрифікація: усе, що працює на електриці, потенційно можна живити з відновлюваних джерел.

Наприклад, бензинові двигуни отримують енергію з нафти, яку потрібно видобути, переробити, доставити й спалити. На кожному етапі — втрати. І зрештою двигун внутрішнього згоряння використовує лише чверть енергії, решта — йде в тепло.

Електромобіль натомість перетворює 70–90% електроенергії безпосередньо на рух — у 3–4 рази ефективніше, ніж бензиновий.

І навіть якщо електрика частково походить із викопного палива (вугілля, нафта), загальні витрати енергії все одно нижчі. До того ж, за весь життєвий цикл, включно з виробництвом, електромобіль виробляє менше ніж половину викидів, ніж звичайне авто.

Те саме стосується й опалення — теплові насоси працюють ефективніше за будь-який газовий котел (детально писали про це тут), адже не створюють тепло, а забирають його з навколишнього повітря (або з-під землі, де температура стабільна). Саме тому їхня ефективність може перевищувати 100 відсотків.

Перехід на електрику робить світ енергоефективнішим — ми зможемо виконувати ті самі завдання, споживаючи значно менше первинної енергії. Зокрема, дослідження 2021 року показує, що електрифікація транспорту й опалення може знизити глобальний попит на енергію на 40 відсотків.

Отже, якщо світ перейде на зелену енергетику, у майбутньому людству потрібно буде менше енергії — і, відповідно, менше генерації. Не 60 мільйонів вітрових турбін, а вдвічі менше.

Причини, які заважають живити світ лише чистою енергією

Найперше — апетит людства до енергії постійно зростає. У 2023 році ми споживали набагато більше первинної енергії, ніж у 1965-му, і попит продовжує зростати на 1–2% щороку. 

І загалом досягти 100 відсотків чистої енергії навряд чи вдасться. Британський Комітет зі зміни клімату Великої Британії опублікував сьомий вуглецевий бюджет, згідно з яким не всі галузі можна електрифікувати. Авіація й морські перевезення досі потребують палива з високою енергетичною щільністю. 

У промисловості водень частково замінює викопне паливо, але газ і далі використовується у пікові години. Залишкові викиди від нього нейтралізують за допомогою вловлювання та зберігання вуглецю (ми писали про такий український стартап тут і про досвід в Ісландії тут) — саме так досягають нульових чистих викидів, якщо частка «брудної» енергії залишається невеликою.

І взагалі будь-яка реалістична модель енергопереходу передбачає невелику частку не повністю чистої енергії. Ми зможемо досягти 50 відсотків легко, 75 — без проблем, 90 — імовірно. А от останні 10 відсотків — найскладніші. І це не проблема, якщо ми можемо компенсувати залишкові викиди. Мета полягає не в повній відмові від використання викопних джерел енергії, а в нульових викидах. Й чим менше таких забруднень, тим легше їх нейтралізувати.

Вловлювання та зберігання вуглецю використовуватимуть там, де паливо все ще необхідне — наприклад, на цементних заводах. Але важливо розуміти: компенсація не може бути заміною декарбонізації. Неможливо посадити достатньо дерев чи відкачати достатньо CO₂, щоб компенсувати систему, де 80 відсотків енергії все ще «брудної». П’ять або десять відсотків — інша справа, це можливо.

Саме тому у британській моделі газ і далі використовується, але лише для балансування — приблизно два відсотки часу, у найтемніші безвітряні дні. Компенсувати такі викиди цілком реально. 

То що ж робити?

Світ, імовірно, ніколи не працюватиме на 100 відсотків чистій енергії — але це не поразка. Це ознака реальності, у якій технології, ефективність і розумне поєднання різних джерел енергії дозволяють досягти головної мети — зменшення і мінімізації  шкідливих викидів.

Стати частиною цього переходу можна вже зараз: перейти на електричний транспорт, замінити старий котел на тепловий насос чи просто уважніше ставитися до власного енергоспоживання. Наприклад, в цьому матеріалі ми детально розповідали як заживити квартиру сонячною енергією та скільки це коштує. А тут наводили приклад встановлення сонячної електростанції у ЖК.

Крок за кроком саме з таких рішень складається майбутнє, у якому енергія стає чистішою, повітря — безпечнішим, а планета — придатнішою для життя.