Plan działania na rzecz dekarbonizacji

Zmiany klimatu nabierają tempa. Pytanie brzmi: czy możemy je przystopować? Badanie, które zostało przygotowane na zlecenie firmy Siemens, wyznacza drogę do osiągnięcia celów określonych w Porozumieniu Paryskim.

 

Jak zmieni się nasze życie w tym stuleciu? Czy będziemy jeździć autonomicznymi pojazdami? Czy będziemy w stanie skutecznie leczyć choroby nowotworowe? Czy zbudujemy kolonie na Marsie? Nikt jeszcze tego nie wie.

 

Jeśli chodzi o temperaturę na naszej planecie, na mocy podpisanego w 2015 r. Porozumienia Paryskiego, rządy osiągnęły porozumienie m.in. w kwestii długoterminowego celu, jakim jest utrzymanie wzrostu średniej temperatury na świecie znacznie niższego niż 2°C powyżej poziomu sprzed epoki przemysłowej. Wiemy, co należy zrobić, aby osiągnąć ten cel: zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych, w szczególności dwutlenku węgla (CO2).

 

Jak to zrobić? Potrzebne są kompleksowe działania związane z dekarbonizacją. Ponieważ te kroki nie zostały określone w Porozumieniu Paryskim, rządy poszczególnych krajów oraz instytucje międzynarodowe zajęły się opracowaniem metod i narzędzi potrzebnych do osiągnięcia tego celu. Siemens, oferujący rozwiązania wspierające ochronę środowiska, pomaga swoim klientom w zmniejszaniu śladu węglowego. Pod koniec 2017 r. firma opublikowała dokument opracowany w oparciu na obszernych symulacjach komputerowych i z wykorzystaniem „niemieckiego celu klimatycznego 2050” jako przykładu. Raport przedstawia szereg środków pomagających utorować drogę do osiągniecia stanu, w którym gospodarka światowa byłaby neutralna pod względem emisji dwutlenku węgla.

Bardzo elastyczna i stabilna sieć zasilająca

Energia elektryczna jest nadal wytwarzana głównie z paliw kopalnych, takich jak węgiel, gaz i ropa naftowa, co powoduje emisję ogromnych ilości gazów cieplarnianych do atmosfery. Według Banku Światowego w 2014 r. udział paliw kopalnych w produkcji energii elektrycznej wynosił 67%, a pozostałe źródła to energetyka jądrową i odnawialne źródła energii. W Niemczech sytuacja wygląda nieco lepiej niż średnia globalna. W 2017 r. udział paliw kopalnych wynosił zaledwie 50%. Zgodnie z planem klimatycznym rządu niemieckiego, udział odnawialnych źródeł energii ma wzrosnąć do 80% do 2050 r., a największy udział w tym zakresie ma energia wiatrowa. Jednak aby to osiągnąć potrzebny jest jasny plan.

 

Oczywiście, odnawialne źródła energii nie mogą być bezpośrednio zintegrowane z siecią energetyczną, ponieważ podaż mocy pochodzącej z wiatru lub słońca nie jest stabilna. W rezultacie potrzebna jest bardzo elastyczna i stabilna sieć elektryczna. Musi zaspokajać szczytowe zapotrzebowanie za pomocą inteligentnych systemów zarządzania energią, a w przypadku nadmiernej podaży korzystać z innych rozwiązań – takich jak pompy ciepła, technologie magazynowania lub generowania wodoru, co z kolei może pomóc w ustabilizowaniu sieci. Nie oznacza to jednak, że konwencjonalne elektrownie można po prostu wyłączyć.
Dopóki odnawialne źródła energii nie mogą zagwarantować podstawowego zapotrzebowania, innego rodzaju elektrownie muszą zapewniać stabilność. Powinniśmy stopniowo zastępować elektrownie opalane węglem blokami wykorzystującymi inne paliwa. Ze względu na dużą elastyczność pracy i niską emisję Siemens proponuje technologie kogeneracji z turbinami gazowymi i parowymi. Z czasem, wraz z rosnącym udziałem odnawialnych źródeł energii, takie bloki energetyczne będą mogły funkcjonować jako elektrownie zapasowe. Krótko mówiąc, przekształcanie konwencjonalnej produkcji energii musi być realizowane z taką samą determinacją, jak ekspansja odnawialnych źródeł energii.

 

Kluczowa koncepcja: połączenie sektorowe

Po stronie popytu wszystkie sektory gospodarki muszą być ściślej powiązane. W tym przypadku kluczową koncepcją jest "sektorowe sprzęgnięcie" branży ogrzewania, transportu i przemysłu poprzez połączenie elektryfikacji i wykorzystania syntetycznych paliw na bazie energii elektrycznej.


W dzisiejszych czasach ciepło jest generowane głównie przez spalanie paliw kopalnych. To się zmieni.

 

Podczas gdy centralne ogrzewanie wykorzystuje zwykle pompy ciepła w połączeniu z solarnymi systemami grzewczymi, ogrzewanie przemysłowe coraz częściej wykorzystuje tzw. grzejniki rezystancyjne (czyli rodzaj grzejników elektrycznych). Jeśli ta tendencja się utrzyma, technologie te mogą zastąpić ogrzewanie  gazowe i będą wsparciem przy obniżaniu poziomów emisji CO2. Oczywiście powinna temu towarzyszyć poprawa izolacji budynków w połączeniu z wykorzystywaniem systemów automatyki budynkowej.

 

Sektor transportu został już w większości zelektryfikowany, głównie transport publiczny: koleje, metro, pociągi i coraz częściej autobusy. Ale flota samochodowa, zwłaszcza transport prywatny, również musi zostać przekształcona – nie jest to łatwe przedsięwzięcie, biorąc pod uwagę, że na całym świecie do 2015 r. zostało zarejestrowanych prawie 950 mln samochodów. Według raportu Siemensa, samochody elektryczne i pojazdy zasilane paliwami syntetycznymi wytwarzanymi przy użyciu elektryczności zaczną stanowić znaczący procent na naszych drogach po 2030 r.

Jeśli emisji CO2 nie można uniknąć...

Z drugiej strony, transport towarowy powinien zostać przeniesiony z dróg na tory kolejowe, co także jest wyzwaniem na przyszłość. Ponadto ciężarówki mogą być napędzane hybrydowymi rozwiązaniami, takimi jak akumulatory i silniki wodorowe oraz syntetycznymi paliwami wytwarzanymi z wykorzystaniem elektryczności. W tym kontekście dobrym rozwiązaniem Siemensa są e-autostrady, po których jeżdżą ciężarówki zasilane z linii napowietrznej. Oprócz transportu drogowego największe znaczenie ma dekarbonizacja transportu lotniczego i morskiego. Na przykład samoloty powinny w coraz większym stopniu wykorzystywać hybrydowo-elektryczne układy napędowe i paliwa syntetyczne. Badanie Siemensa przewiduje, że do 2030 r. do eksploatacji wejdą pierwsze samoloty hybrydowo-elektryczne z maksymalnie 100 miejscami siedzącymi. 

 

W sektorze przemysłowym dekarbonizacja dotyczy nie tylko wytwarzania ciepła, ale także produkcji nowych towarów – takich jak nawozy sztuczne, tworzywa sztuczne lub środki czyszczące w przemyśle chemicznym – która wciąż opiera się przede wszystkim na paliwach kopalnych. A jeśli nie da się całkowicie uniknąć emisji CO2, tak jak ma to miejsce w przypadku produkcji cementu, należy go oddzielić i przechowywać przy pomocy technologii wychwytywania i składowania dwutlenku węgla (CCS). CCS może pomóc osiągnąć poziom redukcji emisji CO2 o ponad 90%.

 

Elektryfikacja różnych sektorów światowej gospodarki wydaje się być najlepszym sposobem na ograniczenie emisji gazów cieplarnianych. Jednak ambitne cele Porozumienia Paryskiego nie będą osiągalne, jeśli nie będzie im towarzyszyła zwiększona wydajność. Dotyczy to wysoce wydajnych napędów elektrycznych, pomp ciepła, automatyki budynkowej, pociągów itp., a także samej produkcji energii elektrycznej. Przemysł powinien wykorzystywać kogenerację energii i ciepła (CHP) wszędzie tam, gdzie ma to zastosowanie.

 

Czy dzięki tym innowacyjnym technologiom świat zarządzany z poszanowaniem klimatu stanie się rzeczywistością? Czy globalny wzrost temperatury rzeczywiście zostanie ograniczony do 2°Celsjusza o 2100 r.? Pomimo technicznej i ekonomicznej wykonalności, nie ma żadnych gwarancji. Jak podkreślono w dokumencie Siemensa i w innych badaniach, takich kroków nie można podjąć bez politycznej woli społeczności krajowych i międzynarodowych.

 

 

 

Tłumaczenie: Nina Vincenz-Krajewska, na podstawie artykułu A Roadmap to Decarbonization, Hubertus Breuer

Subskrybuj nasz Newsletter

Bądź na bieżąco: wszystko co musisz wiedzieć o elektryfikacji, automatyzacji i digitalizacji.