Juliusz Sumorok: Ekologia, energia,cywilizacja okiem ekologa

ekologia2013-12-10.

Ekologia zajmuje się generalnie badaniem wzajemnych zależności pomiędzy organizmami oraz środowiskiem ich życia. Co to ma wspólnego z cywilizacją i energią? Jak się okazuje – ma więcej niż na pierwszy rzut oka nam się wydaje; myślę, że ekologia może zaoferować klucz do zrozumienia części procesów jakie zachodzą w naszej cywilizacji, które to procesy – czy to się nam podoba czy nie – wpływają na jej sukces lub porażkę.

Ekologia przez jakiś czas była nauką typowo „ terenową” bazującą na obserwacji procesów zachodzących w środowisku przyrodniczym. Brakowało koncepcji porządkujących zebrany materiał obserwacyjny. W sukurs w pewnym momencie przyszła fizyka. Potraktowano organizmy żywe jak maszyny termodynamiczne, okazało się to bardzo trafnym podejściem metodologicznym.

Potrzebne jest tu zrobienie małej dygresji przybliżającej podstawowe kwestie termodynamiki. Jak wynika z  zasad termodynamiki, energia nie ulega zniszczeniu następuje tylko jej przemiana z jednej formy w drugą przy czym każdej przemianie energetycznej towarzyszy rozpraszanie, „ utrata” energii. Wniosek z tego jest taki, że nie jest możliwe istnienie urządzenia przekształcającego energię ze 100% sprawnością.

Drugim ważnym pojęciem pomocnym w zrozumieniu zależności energetycznych jest pojęcie entropii, którą czasami nazwa się miarą nieuporządkowania. Zasady termodynamiki jednoznacznie wskazują, że wszelkie naturalne procesy energetyczne dążą do stanu najbardziej prawdopodobnego czyli stanu o najniższej energii a najwyższej entropii. Organizmy, czy też wytwory rąk ludzkich są to wszystko struktury bardzo uporządkowane, istniejące niejako wbrew entropii. Może tak się dziać poprzez stałe podtrzymywanie istnienia struktury, czy to samoczynnie jak w organizmie żywym, czy w sposób świadomy jak np. poprzez remonty w samochodzie. Struktury uporządkowane mogą być bardzo skomplikowane takie jak ekosystemy czy miasta, maja one wszystkie jedną cechę, wymagają do swego istnienia dostarczania energii.

Wskaźnikiem pomocnym dla porównywania różnych strategii pozyskiwania  energii jest zaproponowany przez Charlesa Halla współczynnik ERoEI, czyli stosunek energii zainwestowanej do energii otrzymanej ( Energy Return on Energy Invested). Kiedy wskaźnik ten jest bliski jedności oznacza to, że ilość energii włożonej na pozyskanie energii jest bliska ilości energii otrzymanej.

Aby ten problem jak najprościej przybliżyć czytelnikom posłużę się przykładem motoryzacyjnym. Wyobraźmy sobie, że mamy samochód, który pali 10 l paliwa na sto kilometrów i pieniądze na zakup tylko 10 l paliwa.  Jeśli stacja benzynowa jest np. 5 km od nas to po zatankowaniu tych 10 l paliwa mamy jeszcze „ nadwyżkę „ 90 km do wykorzystania na własne potrzeby. Gdy stacja  będzie 40km od nas to po zatankowaniu zostanie nam tylko 20 km dla swobodnej jazdy, a gdy 50 km to tylko dojedziemy i wrócimy.  Przy dalszych dystansach stacji benzynowej niż 50 km część drogi będziemy musieli pokonać siłą naszych mięśni czyli pchać nasz pojazd, inaczej mówiąc dostarczyć mu energii z zewnątrz.

Jak to jest w przypadku organizmów żywych?  Procesy biochemiczne są stosunkowo mało wydajne, przyjmuje się, że co najwyżej 10% przyjętej energii (w postaci pokarmu) jest energią netto, ERoEI takich procesów waha się od 1:1 do  4:1. Tak na marginesie z tego właśnie powodu łańcuchy pokarmowe są dość krótkie. Na łące może być na 1 ha kilkaset ton trawy, kilka ton zwierząt roślinożernych i tylko jeden drapieżca. Następny poziom to musiałby być drapieżnik żywiący się innymi drapieżnikami i po prostu nie znalazł by dość pożywienia (teoretycznie mógłby pokonywać wielkie przestrzenie dla zdobycia ulubionego pokarmu ale wtedy jego ERoEI byłoby mniejsze od 1:1 i po jakimś czasie padłby z głodu).

Indywidualnie każdy organizm musi wydatkować mniej lub co najwyżej tyle samo energii na zdobycie pokarmu ile jej otrzyma z tego pokarmu. Czyli w określonym dla każdego gatunku przedziale czasu ERoEI musi być równe lub większe od jedności (ryjówka musi zjeść dziennie prawie tyle ile waży, jeśli nie je ginie z głodu po 8 godzinach, człowiek może żyć na niedoborach pokarmu, czyli z ujemnym ERoEI znacznie dłużej, ale też tylko do czasu).

Przez większość historii naszego gatunku poddawaliśmy się pokornie tej zasadzie. Ludzie w grupach pierwotnych  działając razem mogli  co najwyżej zwiększyć swoje ERoEI  na tyle ponad 1:1, że  pozwalało to na przeżycie, wyprodukowanie prostych narzędzi zwiększających efektywność działania i na wydatkowanie niewielkich nadwyżek energii na zabawę. Ciekawym przypadkiem są plemiona tzw. pierwotne żyjące w strefie optimum klimatycznego, np. w amazońskich lasach tropikalnych. Tam przecież uzyskanie nadwyżek energetycznych jest łatwe, okazuje się, że działa tu zasada ekonomiki przyrody, nie wydatkować więcej energii niż jest to potrzebne ( czyli jak mawiają i działają  nasi politycy  robić tak żeby się nie narobić). Przed kontaktem z tzw. cywilizacją byli to być może najszczęśliwsi ludzie na świecie ponieważ na pracę, czyli zdobycie pokarmu poświęcali co najwyżej kilka godzin dziennie.

Człowiek starał się zwiększyć efektywność pozyskiwania energii poprzez doskonalenie narzędzi ( używanych np. do polowania, czyli po to aby za mniej energii wydatkowanej mieć jej więcej dostępnej). Wprowadzenie rolnictwa pozwoliło na zwiększenie ERoEI ze względu na min. możliwość wykorzystania do użytecznej pracy siły zwierząt, czyli cywilizacje rolnicze zaczęły wypracowywać nadwyżki energii. Te nadwyżki nierówno redystrybuowane doprowadziły do powstania pierwszych cywilizacji starożytności. Nadwyżki żywności ( czyli energii) jakimi dysponowali lokalni władcy pozwalały na wykorzystanie ludzi ( czy to jako robotników czy jako niewolników, czy tak, czy tak trzeba im było dostarczyć energii by mogli pracować) do prac innych niż produkcja żywności. Rosły pałace, armie, komplikowała się struktura społeczna.

Nadal jednak ERoEI był niewysoki bo oparty na bezpośredniej pracy mięśni, ludzkich i zwierzęcych z dodatkowym wykorzystaniem prostych maszyn. Takie cywilizacje były bardzo wrażliwe na ówczesne kryzysy „ energetyczne” czyli niekorzystne zjawiska, które ograniczały plony a tym samym podaż „ paliwa” czyli żywności. Warto by zatem przyjrzeć się, czy do upadku antycznych cywilizacji nie przyczyniły się bardziej od wrogów zewnętrznych czy wewnętrznych zmieniające się warunki klimatyczne, które redukowały ERoEI  do bliskiego jedności a tym samym uniemożliwiały wygospodarowanie nadwyżek „ energetycznych” na potrzeby utrzymania cywilizacji.

Dopiero XIX wiek przyniósł całkowity przełom.  Nauczono się wykorzystywać łatwo dostępne paliwa kopalne, które dzięki dostępności i dużej „ gęstości „ energii  miały ERoEI 1 :100  co pozwoliło  na uzyskanie kolosalnych nadwyżek energii. Energia ta pozwoliła  na spektakularny rozwój cywilizacji technicznej. Cywilizacja zaczęła się rozwijać wykładniczo i osiągnęła stan znany nam z autopsji.

Ale ma to tez swoje cienie, zacytuję tu Halla:

„Jeśli masz EROI o stosunku 1.1:1 możesz wypompować ropę z ziemi i sobie na nią popatrzeć. Jeśli masz 1.2:1, możesz poddać ją rafinacji i sobie na nią popatrzeć. Przy 1.3:1 możesz ją przewieźć na wybrane miejsce i sobie na nią popatrzeć. Przyjrzeliśmy minimalnemu EROI do prowadzenia ciężarówki i potrzeba co najmniej 3:1 w odwiercie. Jeśli chcesz wrzucić coś na samochód, przykładowo zboże, musisz mieć EROI na poziomie 5:1. I obejmuje to amortyzację wozu. Ale jeśli życzysz sobie dołączyć „amortyzację” kierowcy ciężarówki, pracownika platformy wiertniczej i rolnika, wówczas musisz utrzymywać rodziny. Potrzebujesz więc EROI o wartości 7:1. A jeśli chcesz zapewnić edukację, potrzebujesz 8:1 lub 9:1. A opieka zdrowotna to już 10:1 lub 11:01.”

Hall uważa, że współczesna cywilizacja musi mieć przy pozyskiwaniu energii wskaźnik ERoEI co najmniej na poziomie między 10 :1  do 15 : 1 aby mogła funkcjonować.

Tak na marginesie można tu w prosty sposób rozwiązać spory pomiędzy różnymi szkołami ekonomicznymi o to co najważniejsze w gospodarce. Parafrazując, któregoś prezydenta USA najważniejsza jest  „ energia głupcze, energia”. Bez nadwyżki energii żadne pomysły czy to na pobudzanie gospodarki pieniądzem, czy tworzenie miejsc pracy nie mają szans na powodzenie. Silnik bez paliwa nie ruszy choćby nie wiem jak go zaklinać. Jak uczy nas historia ostatnich kryzysów gospodarczych, kreatywna księgowość potrafi wszystko z jednym wyjątkiem, nie potrafi zmieniać praw fizyki, może  co najwyżej ich efekty na jakiś czas zamknąć do „szafy” ale prędzej czy później wylecą z niej z hukiem. To trochę tak jak gra w pokera, można do pewnego momentu blefować ale w końcu ktoś sprawdzi i zabawa się skończy.

Tak długo jak długo wskaźnik ERoEI dla pozyskania energii był dwucyfrowy cywilizacja rozwijała się bez problemu, mogliśmy finansować  coraz bardziej skomplikowany system społeczny z ochroną zdrowia i opieką społeczną na czele.

Jednak łatwo dostępne źródła energii zaczynają się kończyć. Nie znaczy to, że ropy czy gazu nie ma, ale do ich wydobycia trzeba coraz więcej energii. Na razie przejawia się to we wzroście cen, ale gdy współczynnik ERoEI spadnie poniżej 8:1 zacznie się chwiać w posadach wszystko co dotąd wypracowaliśmy i co uważamy za dane raz na zawsze. Będziemy musieli zacząć się ograniczać, niektóre obecne zdobycze cywilizacji zaczną być dostępne tylko dla nielicznych. Większość będzie musiała zrezygnować z wielu oczywistych teraz rzeczy, takich jak samochody, sprzęty AGD, opieka społeczna. Problemy dotkną również sektor produkcji żywności; obecnie ma on ERoEI mniejszy niż 1:1, możliwe jest to dlatego, że energia jest uzupełniana z paliw kopalnych, co się jednak stanie gdy tej energii będzie coraz mniej?

Z coraz większych problemów z energią zdają sobie sprawę politycy, jednak rozwiązania tych problemów poszły moim zdaniem w złym kierunku.  Problemy energetyczne powiązano z problemami zmian klimatu i za główny cel polityki energetycznej przyjęto redukcję emisji CO2 i oszczędzanie energii ( to ostatnie jeśli spełnia warunek zachowania wysokiego ERoEI nie jest akurat złe, ale z tym rożnie bywa).  Na użytek szczególnie walki z gazami cieplarnianymi wymyślono i wprowadzono pojęcie Odnawianych Źródeł Energii ( OZE) nie pytając o ich ERoEI, jakby sam fakt, że są one w powszechnym rozumieniu eko, dawał im certyfikat skuteczności. Nic bardziej mylnego.

Promowanych i sowicie dotowanych rozwiązań nikt nie sprawdzał pod kątem ich ERoEI. Przemożne dążenie do zarabiania połączone z presją medialna spowodowało wdrożenie bardzo kiepskich z punktu widzenia energetycznego rozwiązań ( że są one przy tym szkodliwe dla środowiska i nie zmniejszają emisji CO2 to kwestia osobna i nie będę jej tu poruszał).

Bardzo trudno jest znaleźć wiarygodne ERoEI dla OZE, problemem jest konieczność liczenia tego wskaźnika w rachunku ciągnionym, ale np. wiadomo, że dla etanolu z kukurydzy (paliwa E 85)  jest nie większe niż 2:1. Bierze się tu pod uwagę dla analizy wkład energetyczny pracy przy uprawie , koszty energetyczne nawożenia wraz z wytworzeniem nawozów, koszty transportu, wyprodukowania paliwa, jego dystrybucji no i na koniec koszty środowiskowe i społeczne ( wzrost cen żywności). Podany wskaźnik jest wynikiem fatalnym i świadczy, że dotacje do tego biopaliwa są po prostu wyrzucaniem pieniędzy w błoto. Podobnie sprawa ma się z innymi odnawialnymi źródłami energii.

OZE funkcjonuje i rozwija się dzięki ogromnej pomocy, pomocy finansowanej z naszych kieszeni. Certyfikaty, obowiązki odkupu energii i tym podobne zachęty stosowane w UE swój rodowód mają w myśleniu życzeniowym.  Wywodzą się z tego samego utopijnego przekonania, że można sterować zachowaniem ludzi, na którym to przekonaniu  bazowali komuniści. W założeniu, bardzo zresztą szczytnym, wszelkie zachęty finansowe mają pomóc chwalebnym i godnym propagowania technologiom by „ stanęły na nogi” i przebiły się przez konkurencję tradycyjnych sposobów pozyskiwania energii. Nikt nie bierze przy tym pod uwagę  konieczności uzyskania efektów energetycznych, utożsamiając wysokie zyski z efektywnością. Niestety ludzie są istotami ekonomicznymi i zamiast doskonalić technologię produkcji energii skupili się na „ technologii” pozyskiwania dopłat i gratyfikacji.  Jest to zrozumiałe, bo wbrew autorom wszelkiej maści pomocy, w biznesie nie chodzi o realizację szczytnych celów tylko o zarabianie kasy. Nasz kraj ma szczególne prawo głośno mówić, że dopłaty i regulacje rynku energii mają swe korzenie w myśleniu bolszewickim, bo my to myślenie już przerabialiśmy w poprzednim systemie  na własnej skórze.

Żeby nie być jednak jednostronnym, ktoś zapyta – nie OZE, to co w zamian? Może energia atomowa? Tu też jest poważny problem bo jak się okazuje ERoEI elektrowni jądrowej jest na poziomie  max. 6:1 ze względu na horrendalne zapotrzebowanie energetyczne na etapie budowy, eksploatacji i potem recykligu, szczególnie zużytego paliwa. Na chwilę obecną (i jest to kwestia decydująca) każdy element wstępnych kosztów energii nuklearnej pochodzi z paliw kopalnych. Energia, która napędza gospodarkę, aby zarobić pieniądze na budowę elektrowni pochodzi z paliw kopalnych, wydobycie uranu, transport materiałów, ich produkcja, etc. również bazuje na paliwach kopalnych.

Jak na razie nie ma alternatywy dla paliw tradycyjnych, a te z dużym ERoEI powoli się kończą, co wobec tego robić?

Ponieważ redukcja emisji CO2 oraz stosowanie OZE przyczyniają się do dalszego obniżenia ERoEI energetyki, a ponadto praktyka ich stosowania wskazuje na nikłą skuteczność wdrażanych rozwiązań (czyli OZE  nie realizują deklarowanych celów)  proponuję:

  1. Rezygnacja z określenia OZE, wprowadzenie w to miejsce pojęcia efektywnych źródeł energii (EZE), czyli takich o najwyższym współczynniku ERoEI.
  2. Moratorium na ograniczanie emisji CO2 do czasu dostarczenia wiarygodnych danych na temat zmian klimatu. Rezygnacja z wszelkich regulacji typu dopłaty, zielone certyfikaty, itp.
  3. Popieranie efektywności  produkcji i wykorzystaniu energii, poprzez odpowiedni system podatkowy ( po analizie rachunku ciągnionego danego rozwiązania), przy restrykcyjnych przepisach chroniących środowisko ( ograniczenie emisji pyłów i gazów innych niż CO2).
  4. Popieranie prosumentów energii poprzez odpowiednie regulacje podatkowe oraz poszukiwanie odpowiednich rozwiązań technicznych. Być może już teraz przy obecnym poziomie techniki każdy mógłby  w domu jednorodzinnym produkować energię cieplną i elektryczną zamiast jak to jest teraz tylko cieplną.
  5. System grantów i konkursów na poszukiwanie efektywnych źródeł energii np. odpowiednich urządzeń do produkcji energii elektrycznej i cieplnej w skali pojedynczego domu, czy też efektywnego i bezpiecznego dla środowiska wykorzystania tradycyjnych źródeł energii. Poszukiwanie nowych efektywnych źródeł energii.
  6. Poszukiwanie jak najbardziej efektywnych sposobów oszczędzania energii biorących jednak pod uwagę ERoIE proponowanych rozwiązań (przykładem nie do końca przemyślanych oszczędności jest wprowadzenie energooszczędnych źródeł światła bez rachunku kosztów środowiskowych po stronie ich produkcji i utylizacji oraz kosztów społecznych)

Brzmi to jak herezja pomieszana z utopią ale wydaje mi się, że ma to sens. Czy w obecnej sytuacji da się podejść do problemu emisji CO2 i produkcji energii racjonalnie to inna sprawa. Jeśli jednak zastanowić się głębiej to nie mamy wyjścia. Forsując nieefektywne rozwiązania energetyczne fundujemy sobie prędzej czy później prawdziwy kryzys energetyczny. Najwyższy czas powiedzieć, że „ Król jest nagi” czyli, że UE wcale nie musi mieć racji. Można by tu sparafrazować Herberta” Autorytety uprawdopodabniają największe idiotyzmy, bo ludzie mają naiwną wiarę, że autorytety bredzić nie mogą”. A jeśli do naiwnej wiary dochodzi cyniczne wykorzystywanie możliwości  zarabianie ogromnych pieniędzy? Nieszczęście gotowe.

Na pocieszenie można dodać, że są już oznaki otrzeźwienia polityków. Nie, nie u nas. Umowa koalicyjna zwycięskich partii w Niemczech w zakresie energetyki, jeśli odrzucić ozdobniki typu nadal chcemy być zieloni i utrzymamy cele OZE zawarte w zapisach UE, zawiera jedno ciekawe ale. Mianowicie rozwiązania, które będą wprowadzane muszą być efektywne ekonomicznie bez dopłat ( nawet niemiecka gospodarka czuje ciężar 20 mld euro dopłat do OZE). Jest to kubeł zimnej wody na głowę zielonych entuzjastów, bo OZE bez protez w postaci dopłat wywraca się z hukiem. Zobaczymy co dalej nasi sąsiedzi wymyślą, byle by tylko nie skończyło się na transferze technologii z których oni wycofają się do naszego pięknego i chętnego na takie szemrane biznesy kraju.

Dlatego uważam, że aktualna polityka  energetyczna Polski jest do …. delikatnie mówiąc mocnej rekonstrukcji. Ta rekonstrukcja musi wziąć  pod uwagę bilans energetyczny uwzględniający ERoEI i energię dostępną netto z różnych źródeł w porównaniu do zapotrzebowania. Jeśli tego nie zrobimy to możemy znaleźć się w sytuacji kierowcy, który jedzie z rodziną na urlop tylko zapomniał zatankować samochód.

Juliusz Sumorok

Zob. także: 

 

Print Friendly, PDF & Email

31 komentarzy

  1. cenobita 2013-12-10
  2. pawel 2013-12-10
    • Anna 2013-12-10
  3. Juliusz Sumorok 2013-12-10
    • pawel 2013-12-11
  4. bisnetus 2013-12-10
  5. Juliusz Sumorok 2013-12-11
  6. bisnetus 2013-12-11
  7. Incitatus 2013-12-11
  8. Kuba 2013-12-11
  9. Juliusz Sumorok 2013-12-11
  10. Juliusz Sumorok 2013-12-11
    • bisnetus 2013-12-11
  11. andrzej Pokonos 2013-12-11
  12. Magog 2013-12-11
    • bisnetus 2013-12-11
  13. Juliusz Sumorok 2013-12-11
  14. Juliusz Sumorok 2013-12-11
    • andrzej Pokonos 2013-12-11
  15. Juliusz Sumorok 2013-12-11
    • andrzej Pokonos 2013-12-12
  16. Juliusz Sumorok 2013-12-13
    • andrzej Pokonos 2013-12-14
  17. Juliusz Sumorok 2013-12-14
  18. Paffeu 2013-12-14
  19. Juliusz Sumorok 2013-12-15
  20. Paffeu 2013-12-15
  21. PK 2013-12-15
    • PK 2013-12-15
      • PK 2013-12-15
  22. Juliusz Sumorok 2013-12-15
WP Twitter Auto Publish Powered By : XYZScripts.com