Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Reálné cesty snižování emisí oxidu uhličitého

Co nás asi čeká v energetice a s čím je vhodné začít již dnes
 |  11. 10. 2007
 |  Vesmír 86, 655, 2007/10

Časy bezstarostné spotřeby levných fosilních paliv se pomalu chýlí ke konci. Fosilní paliva budou stále hůře dostupná (nejdostupnější zdroje jsou čerpány přednostně) a vlastníci zdrojů si budou stále více uvědomovat jejich cenu. Navíc při spalování fosilních paliv vzniká oxid uhličitý CO2, který sice není považován za typickou znečišťující látku, ale zvyšování jeho koncentrace v atmosféře se pravděpodobně významně podílí na globálním oteplování Země, které je provázeno řadou negativních jevů. Na obr. 1 je znázorněno členění produkce CO2 ze spalování fosilních paliv v ČR z roku 2005.

Vyprodukovaný oxid uhličitý nezůstává všechen v atmosféře, část se ho rozpouští v povrchových vrstvách vod a poté ukládá v hlubinách oceánů. Ač je akumulační schopnost hlubin oceánů obrovská, přestup CO2 do těchto míst je velmi pomalý. Potíže Zemi tedy nezpůsobí spálení veškerých dostupných fosilních paliv, ale příliš vysoká rychlost produkce CO2, kterou oceány nejsou schopny kompenzovat. Potřebné redukce spalování fosilních paliv lze dosáhnout různými opatřeními. Technicky nejjednodušší, leč málo populární je snížit energetickou náročnost našeho života. 1) Také je možné zavádět úsporná opatření a používat alternativní zdroje energie. V tomto článku se budeme zabývat pravděpodobnými scénáři transformací, jimiž asi budou muset čelit jednotlivá energeticky náročná odvětví, a kriticky zhodnotíme legislativní nástroje pro motivaci těchto transformací.

Výroba elektřiny

Velká část fosilních paliv se spotřebuje při výrobě elektřiny (v ČR asi 30 % všech fosilní paliv, v případě uhlí 60 %). Výroba elektřiny z fosilních paliv byla donedávna atraktivní díky poměrně nízkým investičním nákladům při stavbě elektráren. Jelikož však ceny fosilních paliv stoupají, začínají být dnes ekonomicky výhodnější investičně dražší, leč provozně levnější jaderné elektrárny štěpící uran 235. 2) Světová cena uranu pro výrobu palivových článků do jaderných elektráren je dnes natolik nízká, že bude rentabilní provozovat jaderné elektrárny tohoto typu i při desetinásobném zdražení uranu. Jadernou elektrárnu lze dnes považovat za zvládnutou technologii výroby elektřiny a celosvětové zásoby ekonomicky těžitelného uranu mohou vystačit na výrobu palivových článků pro příštích 50–100 let (odhady zásob ekonomicky těžitelného uranu se značně liší obvykle podle ekologického zaměření autora údaje).

Po roce 2030 se počítá s výstavbou reaktorů IV. generace, které budou využívat i thorium 232 nebo uran 238, jehož je v přírodě asi 140krát více než uranu 235. Tyto reaktory mají být vysoce ekonomické, mají mít vysokou bezpečnost a spolehlivost a produkovat minimum odpadů. V množivých jaderných reaktorech (jichž by měla být ve IV. generaci většina) je jaderné palivo využito asi 60krát lépe než v reaktorech štěpících uran 235, a proto mohou množivé reaktory zajistit výrobu elektřiny na několik tisíc let.

V souvislosti s projektem ITER (reaktor pro jadernou fúzi tritia s deuteriem) se v poslední době hodně mluví o zvládnutí jaderné fúze jako o ideálním řešení energetických potřeb lidstva. Komerční fúzní elektrárna pracující s vysokou spolehlivostí však bude pro vědce a techniky nesmírně náročným úkolem. Přinejmenším zpočátku půjde o investičně velmi drahý zdroj o vysokém výkonu. 3) Bohužel však ani jaderná fúze tritia s deuteriem neposkytne nevyčerpatelný zdroj energie, neboť tritium se v přírodě prakticky nevyskytuje a musí se vyrábět štěpením lithia, jehož je na Zemi omezené množství (odhadem na desítky tisíc let). Teprve reaktor pro deuteriumdeuteriovou fúzi může zajistit téměř nevyčerpatelný zdroj energie.

Dnes je jaderná energetika jistou, spolehlivou, ekologickou i ekonomicky rentabilní alternativou k výrobě elektřiny z fosilních paliv s perspektivou několika tisíc let. Je tedy nejvhodnějším kandidátem na nahrazování elektráren na fosilní paliva (je s podivem, že v současné době se v ČR rozhoduje o výstavbě nové uhelné elektrárny o výkonu 1200 MW a do rekonstrukcí stávajících uhelných elektráren se vkládají další obrovské prostředky). Neopomenutelným kandidátem pro náhradu elektráren na fosilní paliva jsou samozřejmě i obnovitelné zdroje. Potenciál vodních toků je již však značně vyčerpán a využití energie větru a moří má svá úskalí. Velké naděje se vkládají do fotovoltaických článků za předpokladu, že se vědcům a technikům podaří výrobu článků radikálně zlevnit.

Výroba elektřiny, stejně jako každé průmyslové odvětví, se řídí ekonomickými zákony, tudíž vždy využívá technologie optimální z hlediska součtu investičních a provozních nákladů. Z tohoto důvodu nelze proto očekávat, že jaderná fúze vytlačí v energetice štěpné jaderné reakce ještě před vyčerpáním dostupných zdrojů štěpných materiálů. Je možné, že do té doby budou obnovitelné zdroje natolik konkurenceschopné, že ke komerčnímu využití jaderné fúze vůbec nedojde.

Průmyslová výroba

Průmysl je obrovským spotřebitelem elektřiny, vysokopotenciálního tepla a surovin, tedy i fosilních paliv. Těžko lze proniknout do jednotlivých technologií a ještě být schopen radit jak šetřit. Energetická náročnost při výrobě oceli, cementu či dalších energeticky náročných komodit je jistě blízko svého minima. Pak lze energii šetřit hlavně nižší spotřebou energeticky náročných výrobků. Podstatnou část fosilních paliv využívaných v průmyslu lze jistě nahradit elektřinou, odpadním teplem jaderných elektráren, teplem z vysokoteplotních jaderných reaktorů, využíváním odpadů či vodíkem.

Energie pro bydlení a provoz budov

Výstavba a provoz budov mají dvě významná specifika.

  • Budovy se stavějí na mnohonásobně delší dobu, než je běžná životnost spotřebních předmětů a technologického vybavení. Je tedy při stavbě domů třeba – hlavně z energetického hlediska – myslet hodně dopředu.
  • Velmi kvalitní izolací a dobrou těsností pláště budovy lze docílit několikanásobného snížení spotřeby energie na topení oproti dnes běžně stavěným budovám (viz pojem nízkoenergetický a pasivní dům).

Pokud se dnes začnou stavět domy důsledně podle standardu pasivního domu, pak lze do sta let očekávat náhradu podstatného množství budov energeticky velmi úspornými budovami a problémy se spotřebou energie na provoz budou dobře řešitelné. Dnes lze říci, že principy výstavby a fungování pasivního domu jsou dobře známy. Výzkum v této oblasti je však třeba zaměřit na vývoj nových stavebních systémů, které by výstavbu pasivních domů významně zlevnily a zjednodušily. Navíc na budovách bývá velké množství nevyužitých osluněných ploch, které mohou sloužit k výrobě elektřiny (pokud se podaří vyrábět levně fotovoltaické články), a tedy mohou mít v budoucnu budovy i s jejich provozem pozitivní energetickou bilanci.

Budovy lze spojit se zdroji energie pomocí pevných rozvodů, jimiž se odebírá (odevzdává) právě potřebné (přebytečné) množství energie. V budoucnu bude zřejmě většina budov napojena na rozvod elektřiny a vodíku nahrazujícího zemní plyn.

Pozemní doprava

Rozdělení dopravních prostředků na trolejové (napájené elektřinou z pevného vedení, a tudíž do budoucna bezproblémové) a flexibilní (schopné dojet na libovolné přístupné místo) zůstane zřejmě zachováno dlouhodobě.

Flexibilní dopravní prostředky si musejí svou zásobu energie (nejlépe ve formě kapalných paliv) vozit s sebou a její množství určuje akční rádius dopravního prostředku. Na kapalná biopaliva se v budoucnu nejspíš nebude možno spoléhat, protože zemědělských ploch asi nebude přibývat a spotřeba potravin poroste. Ideálním řešením by bylo vynalézt dostatečně levné syntetické kapalné palivo.

Již dnes jezdí řada aut na zemní plyn stlačený v nádobách. Stejně je možné použít k pohonu i stlačený vodík, který má však spalné teplo na 1 m3 asi třikrát nižší než má zemní plyn, tudíž je stlačený vodík pro pohon aut třikrát méně výhodný než stlačený zemní plyn. U vodíku však je naděje, že jej budeme schopni navázat v pevné látce a opět jej řízeně uvolnit.

Zcela beznadějná není ani cesta elektromobilů, velmi náročné jsou však požadavky na budoucí akumulátory:

  • vysoký poměr kapacita / hmotnost,
  • rychlé nabíjení,
  • velký počet nabíjecích cyklů,
  • snadná recyklovatelnost,
  • dostupnost velkého množství surovin pro masovou výrobu akumulátorů (stovky milionů tun).

Na vyřešení problému pohonu flexibilních dopravních prostředků je k dispozici zhruba 100 let, pokud dostatečně razantně redukujeme používání fosilních paliv při výrobě elektřiny, v průmyslu a při provozu budov, tedy tam, kde se jeví cesta nejschůdnější.

Letecká doprava

Představa dopravního letadla letícího na jiné než kapalné palivo je zatím z říše snů. Pokud se nenajde vhodné syntetické kapalné palivo, udrží si zřejmě letecká doprava závislost na ropě nejdéle ze všech energeticky náročných odvětví. V leteckém motoru však může shořet téměř cokoli na bázi kapalných uhlovodíků. Alespoň část paliva do leteckých motorů by se mohla v budoucnu vyrábět zkapalňováním odpadků, jichž budou lidé produkovat asi stále více.

Vodíkové hospodářství

Vodíkové hospodářství dnes prakticky neexistuje. Od systému pro zásobování vodíkem se očekává, že vodík bude vyráběn vysokoteplotním rozkladem vody teplem z vysokoteplotních jaderných reaktorů nebo v době přebytku elektřiny elektrolýzou vody. S velkokapacitním skladováním vodíku a jeho rozvodem by neměly být zásadní technické problémy, neboť dříve se používal svítiplyn, v němž tvoří vodík podstatnou součást. Vodíkové hospodářství by se mohlo rozbíhat postupně využitím možnosti přimíchávat vyrobený vodík do zemního plynu.

Nejaktuálnější opatření pro snižování spotřeby fosilních paliv

Co nejdříve je třeba začít uplatňovat následující opatření:

  • nahrazovat elektrárny na fosilní paliva jadernými elektrárnami,
  • stavět jen domy s výborně izolující obálkou,
  • zintenzivnit výzkum a vývoj v oblasti obnovitelných zdrojů a úspor energie, výroby kapalných syntetických paliv a akumulace elektřiny.

Z úvah v článku vyplývá, že významná redukce spotřeby fosilních paliv (a tedy i produkce CO2) je technicky proveditelná, aniž vyžaduje významné navýšení investičních prostředků v sektoru energetiky. Je jen třeba zajistit, aby obměna elektráren a domů byla provedena podle výše zmíněných zásad. Vše se může výrazně urychlit, zbrzdit, či dokonce zvrtnout vhodným či nevhodným legislativním prostředím.

Existující legislativní nástroje

Neuvážená dotační politika prosazované věci spíše uškodí, než prospěje. Úsilí příjemce dotací se totiž zpravidla zaměří na získávání dalších dotací na úkor hledání správného řešení problému. Systém dotací je vhodný pro podporu úzce specializovaných oblastí, nikoliv však pro širokou oblast energetiky, kde musí být nutně nespravedlivý. Na dotace v energetice totiž ne každý dosáhne a dotační systém vše potřebné nepokryje. Dotaci například dnes dostal ten, kdo se sprchuje teplou vodou ze slunečních kolektorů, ale nedostal ji ten, kdo se sprchuje studenou vodou (dopad na životní prostředí je však v druhém případě pozitivnější, neboť není třeba vynaložit energii na výrobu kolektorů).

Snad největší zlo způsobuje dnešní systém povinných dotovaných výkupů, popřípadě „zelených bonusů“ na elektřinu z obnovitelných zdrojů. Asi by se dalo respektovat, kdyby každá kilowatthodina vyrobená v obnovitelném zdroji byla vykupována za stejnou cenu, a tím byla vyjádřena podpora efektivním obnovitelným zdrojům. Rozum však zůstává stát, když jsou ceny povinných výkupů tím vyšší, čím je druh obnovitelného zdroje méně efektivní. Dnes totiž klidně může nastat situace, že někdo nakoupí v Číně za miliardy Kč fotovoltaické články, pokryje jimi střechy všech vepřínů a kravínů a my všichni spotřebitelé elektřiny budeme chtě nechtě doplácet více než 12 Kč za každou takto vyrobenou kilowatthodinu po dobu 15 let (pro případ takového podnikání navrhujeme zavést pojem ekologický hyenizmus).

Značné vady má i systém emisních poukázek přidělovaných podnikům podle nejasných a předem nedefinovaných pravidel (pokud v jednom období sníží podnik produkci CO2, je docela pravděpodobné, že v dalším období mu bude množství emisních poukázek sníženo). Systém emisních poukázek v principu může nepatrně motivovat výrobce např. cementu ke snižování energetické náročnosti jeho výroby, vůbec však nemotivuje ke snižování spotřeby cementu, neboť systém prakticky neovlivní cenu cementu pro spotřebitele, protože cementárna drtivou většinu emisních poukázek dostane (nikoli koupí).

Nedávno se objevila zpráva o snaze evropských komisařů omezit emise CO2 u nově vyráběných osobních vozů na 130 g/km. To lze považovat opět za nesystémový krok z několika důvodů:

  • Přepokládá se, že CO2 z biosložky paliva se do limitu nezapočte, a pak stačí do technického průkazu jakkoli neúsporného auta předepsat palivo s dostatečně velkou biosložkou a limit je splněn.
  • Toto opatření nikterak nemotivuje, aby se jezdilo méně, právě naopak. Zvýšení pořizovacích nákladů na auto a snížení jeho provozních nákladů budou motivovat k tomu, aby se auto používalo co nejvíce.
  • Neřeší se problém starých aut s vysokou spotřebou, a tudíž s vysokými emisemi CO2. Zde je však třeba podotknout, že staré auto, s nímž majitel najede 10 000 km za rok, má jistě menší emise CO2 za rok než nové superauto, s nímž najede majitel 50 000 km za rok.

V autodopravě není problém zavést užívání biopaliv, nýbrž zajistit jejich dostatečnou produkci. Jinými slovy jakékoli reálné množství vyrobených biopaliv je bez potíží prohnatelné výfuky aut. Mají tedy význam jen ta opatření, která efektivně snižují spotřebu paliv absolutně, což není případ uvažovaných emisních limitů. K produkci biopaliva je třeba ještě poznamenat, že biopaliva lze vyrábět z bioproduktů, na jejichž kvalitě prakticky nezáleží, tudíž se budou zemědělci snažit jejich výrobu maximálně intenzifikovat. To může způsobit značnou devastaci půd a vod hnojivy. Možná časem budeme muset zavést pojem „biobiopalivo“ coby analogii k biopotravinám.

Ekologická daň na fosilní paliva

Podstatně spravedlivější a účinnější se jeví systém ekologických daní. Mají-li být lidé významně motivováni ke snižování produkce CO2 z fosilních paliv, je třeba bezprostředně po vytěžení zatížit veškerá fosilní paliva natolik vysokou ekologickou daní, aby se přibližně vyrovnala cena energie z fosilních paliv s cenou energie z efektivních obnovitelných zdrojů. Zároveň je ovšem třeba zrušit veškeré dotace obnovitelných zdrojů a úsporných opatření. Takové prostředí by dávalo rovnou šanci úsporám a obnovitelným zdrojům a automaticky by se prosazovaly jen efektivní úsporná opatření a obnovitelné zdroje. Například ten, kdo se sprchuje studenou vodou, by ušetřil stejně jako ten, kdo se sprchuje teplou vodou ze slunečních kolektorů (v obou případech cenu energie z fosilních paliv + ekologickou daň). Navíc by byl majitel slunečních kolektorů ušetřen žádosti o dotaci, protože by žádná dotace neexistovala.

Zavedení ekologické daně na fosilní paliva výrazně podpoří rozvoj jaderné energetiky, protože prodraží provoz elektráren spalujících fosilní paliva. 4) Každá elektrárenská společnost pak bude motivována k rušení fosilněpalivových zdrojů a ke stavbě zdrojů jaderných.

Jsme přesvědčeni, že řada čtenářů právě teď pocítila velký odpor k našemu prosazování ekologických daní, protože ekologická daň povede k podstatnému zdražení energií a následně ke zdražení téměř všeho. Na druhé straně by výběr ekologické daně měl být kompenzován snížením jiných daní, takže ve výsledku by měl mít každý na nákupy k dispozici více peněz, za které by v porovnání s dneškem sice pořídil méně energeticky náročných výrobků, ale více výrobků energeticky nenáročných. Spotřební koš každého z nás by se automaticky změnil ve prospěch energeticky nenáročných výrobků, které by v zásadě mohly uspokojit naše potřeby lépe než ty z koše původního. Stejně jako většina z nás schvaluje spotřební daně uvalené na tabák, alkohol či pohonné hmoty, které „trestají“ lidskou činnost poškozující zdraví a jsou nemalou částí příjmů státního rozpočtu, mohli bychom pozitivně přijmout i „trest“ za „znečišťování“ Země emisemi CO2.

Jsme si vědomi, že zavedení ekologické daně na fosilní paliva může přinést řadu komplikací, jejichž rozbor je téma na řadu článků a vědeckých konferencí. Ekologická daň na fosilní paliva je však dosud jediný nám známý legislativní nástroj, schopný efektivně motivovat ke snižování produkce CO2 ze spalování fosilních paliv. Je to zřejmě také proto, že její důsledky prostoupí každodenní život každého z nás, a přispěje tak ke změně našich návyků. Jistě by bylo vhodné, aby byla ekologická daň zvyšována postupně podle předem známých pravidel a každý se mohl podle toho zařídit. Byla-li by známa tato pravidla již dnes, zřejmě by v ČR nebyla plánována výstavba další uhelné elektrárny.

Kudy v nejbližší budoucnosti?

V článku jsme se pokusili představit reálné cesty rozvoje a potřebné transformace energeticky náročných odvětví vedoucí k výraznému snížení produkce CO2. Z předložených argumentů vyplývá, že ekonomicky i ekologicky nejpřijatelnější cesta do nejbližší budoucnosti je postavena na dominantním využití štěpných jaderných reakcí, nízkoenergetickém stavitelství, využití potenciálu lehce dosažitelných úspor a postupném zavádění vodíkového hospodářství. Úloha obnovitelných zdrojů energie a náročnějších úsporných opatření bude tím významnější, čím více budou schopny konkurovat jaderným zdrojům. Masivní podpora výzkumu perspektivních obnovitelných zdrojů a úsporných opatření je nezbytná, stejně jako podpora výzkumu výroby kapalných syntetických paliv a akumulace elektřiny. Snížení spotřeby fosilních paliv lze významně podpořit motivujícím legislativním prostředím. Dosavadní legislativní opatření jako dotace obnovitelných zdrojů a úsporných opatření, povinné výkupy elektřiny z obnovitelných zdrojů, přidělování emisních poukázek na CO2 nebo nově uvažované emisní limity pro osobní auta jsou zjevně prakticky neúčinná. Zavedení dostatečně vysoké ekologické daně na fosilní paliva a zrušení dosavadních legislativou posvěcených opatření považujeme za nejúčinnější nástroj motivující k potřebným transformacím v energeticky náročných odvětvích i k plošnému uplatnění úsporných opatření v součtu vedoucích k významnému snižování produkce CO2.

Literatura

Kadrnožka J.: Energie a globální oteplování, VUTIUM 2006
Mlynář J.: Cesta jménem ITER, Vesmír 85, 356, 2006/6
Trnka L.: Pasivní dům – zkušenosti z Rakouska a české začátky, Veronica, Brno 2004

Poznámky

1) Pozn. redakce: Ač se díky technickému pokroku účinnost elektrických spotřebičů neustále zvyšuje, spotřeba elektřiny v domácnostech neustále roste, neboť používáme větší počet stále výkonnějších spotřebičů. Jde především o doplňky sloužící zábavě či trávení volného času. Britská data uvádějí, že zatímco v roce 2000 trávili lidé průměrně 173 minut domácími pracemi a 93 minut věnovali zábavě, v roce 2005 byl tento poměr již opačný. Domácím pracím věnovali v průměru jen 92 minut, zatímco zábavě 173 minut denně. Na rostoucí spotřebě elektřiny se podílejí také demografické změny, např. rostoucí počet „jednočlenných“ domácností. Podrobněji viz www.energysavingtrust.org.uk/uploads/docume...
2) Pozn. recenzenta: Nejlevnější je výstavba plynových elektráren. Jsou však také provozně nejdražší. Ani výstavba uhelné elektrárny není levná, kromě jiného kvůli odsíření. Jaderné elektrárny jsou pochopitelně investičně nejnáročnější, ale mají také zatím nejnižší provozní náklady.
3) Pozn. redakce: Stabilitu sítě (systémovou) pomáhá udržovat mj. pravidlo N-1, které říká, že přenosová soustava musí zajistit dodávku energie i při výpadku jednoho ze zdrojů. Z tohoto hlediska představují pro stabilitu přenosové síťě problém zdroje o vysokém výkonu stejně jako zdroje o nestálém výkonu.
4) Pozn. recenzenta: V souvislosti se zvýhodňováním zemního plynu však podpoří i likvidaci kombinované výroby elektřiny a tepla z domácího uhlí. Pak se bude uhlí spalovat pouze za účelem výroby elektřiny, nikoli za účelem topení a zároveň výroby elektřiny. Při použití moderních technologií je účinnost až dvojnásobná, kdežto při klasické výrobě elektřiny spalováním uhlí jdou zhruba dvě třetiny energie obsažené v uhlí do vzduchu. Vytěsňování uhlí z kogeneračního topení a jeho nahrazování plynem není vhodné, zejména pokud uvážíme, že plynová lobby obsazuje naše paneláky a uhelná chce pálit uhlí na export. Vhodnou revizí ekologické daně je nikoli danit tunu uhlí, ale pouze neefektivně využitou energii. V tom případě by platily normální elektrárny daň za 65 % a více nevyužité (primární) energie, což by bylo velkou pobídkou pro výstavbu moderních zařízení se 70% účinností.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Energetika

O autorech

Jiří Svoboda

Jindřiška Svobodová

Doporučujeme

Jak si delfíni ucpávají uši

Jak si delfíni ucpávají uši audio

Jaroslav Petr  |  17. 12. 2017
Hluk v mořích a oceánech produkovaný člověkem ohrožuje kytovce. Může je dočasně ohlušit nebo jim trvale poškodit sluch. Nově objevený fenomén by...
Tajemná sůva šumavská

Tajemná sůva šumavská

Jan Andreska  |  17. 12. 2017
Byl vyhuben a vrátil se. Na Šumavu lidskou snahou a do Beskyd vlastním přičiněním. Puštík bělavý teď žije opět s námi, ale ohrožení trvá.
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné