Углеродные выбросы от безуглеродных источников
На фоне дискуссий о целесообразности в России активных шагов по декарбонизации экономики и стимулированию использования безуглеродных технологий отдельным рефреном звучат голоса ВИЭ-скептиков с тезисом о том, что даже само производство объектов возобновляемой энергетики связано с большими, чем экономия от их использования, выбросами СО2.
Вопрос утилизации оборудования ВИЭ после периода жизненного цикла также вносит дополнительный вклад в копилку мнений тех, кто считает важность использования ВИЭ для снижения углеродного следа искусственно раздутым мыльным пузырем. Постараюсь рассказать о лучших мировых практиках, как обстоят дела с выбросами от производства и эксплуатации ВИЭ в период жизненного цикла, а также с утилизацией отходов на примере солнечной и ветровой энергетики.
В рамках независимого исследования, проведенного IPCC Work Group 3 — межправительственной группой экспертов по изменению климата Организации Объединенных Наций, на основе изучения и компиляции научных статей с 2007 года, а также исследования CIRAIG’s International Life Cycle, проведенного по заказу компании Hydro-Québec, удалось сравнить величины выбросов от различных источников энергии в полном жизненном цикле, начиная с получения материалов для их производства. Согласно их оценкам, средние значения выбросов для электростанций:
Таким образом, удельные выбросы от традиционных источников энергии в полном жизненном цикле значительно превышают выбросы от ВИЭ.
Вывод о том, что ВИЭ производят меньше энергии, чем было затрачено на их производство, мог быть сделан на основании проводившихся раньше исследований EROI — энергетического возврата инвестиций ВИЭ и традиционных источников энергии. При этом опубликованное недавно исследование более 130 научных работ по этой тематике показало, что многие ранние исследования EROI ошибочно измеряли выход энергии из ископаемого топлива в «точке добычи», а не в «точке использования», когда они генерируют реальную полезную энергию. Этот подход привел многих аналитиков к искусственно завышенным значениям EROI для ископаемых видов топлива и более низким значениям для возобновляемых источников энергии. Новое исследование подтвердило, что ископаемое топливо неизменно демонстрирует низкие и снижающиеся значения EROI.
Также важен вопрос сравнения эффективности инвестиций в ВИЭ с целью сокращения выбросов СО2 и выплат государству за выбросы. Доступность технологий и общее снижение стоимости ввода объектов ВИЭ в мире привели к тому, что если в отчете от 2012 года Mackenzie указывало, что предельные чистые приведенные затраты на внедрение технологии сокращения в $/tCO2e для СЭС и ВЭС превышали $50–100 за tCO2e, то в 2023 году World Bank приводит уже значения $0-10/tCO2e. Это указывает на то, что современный инвестор за счет применения технологий ВИЭ практически не платит за сокращение выбросов при внедрении технологий ВИЭ.
Отдельно необходимо коснуться вопроса утилизации оборудования ВИЭ. Хотя объем, к примеру, фотоэлектрических модулей с истекшим сроком службы все еще небольшой, в ЕС и США, где действуют правила, касающиеся утилизации модулей по окончании срока службы, реализуются соответствующие меры по переработке. Сегодня многие производители предлагают услуги по утилизации выпущенных ими солнечных модулей и создают специализированные предприятия по их переработке. Здесь действует принцип расширенной ответственности производителя (extended-producer-responsibility), которая выходит за рамки стадий продажи и эксплуатации и охватывает также стадию обращения с продуктом после завершения его срока службы. Так, датская энергетическая компания Orsted обязалась повторно использовать или перерабатывать все фотоэлектрические модули, которые установлены на объектах компании по всему миру. Обязательство, первое в своем роде среди энергетиков. Кроме того, иногда покупатели солнечных модулей добровольно принимают на себя ответственность по утилизации и переработке отработавших солнечных модулей.
Экономически переработка солнечных модулей целесообразна с увеличением объемов отходов. Обычные панели из кристаллического кремния состоят по массе из 76% стекла, 10% полимерных материалов, 8% алюминия, 5% кремниевых полупроводников, 1% меди, менее 0,1% серебра и других металлов, включая олово и свинец. При этом стекло, алюминий, медь, полупроводниковые материалы уже извлекаются для повторного использования, то же самое относится к драгоценным металлам, таким как серебро. Более того, в 2022 году немецким исследовательским Институтом солнечных энергетических систем (Fraunhofer ISE) изготовлен солнечный элемент из 100% вторичного сырья с эффективностью 19,7%.
Основные по массе и объему материалы, используемые в ветрогенераторах, — это сталь, бетон и композиты, из которых изготавливают лопасти. Сталь и бетон утилизируются стандартно, а вот переработка композитных материалов с выделением исходных компонентов для повторного использования на данный момент представляется более сложной задачей порой с нестандартными решениями. Так китайская компания Goldwind, крупнейший производитель ветроэнергетических установок в 2022 году, установила цветочные клумбы из списанных лопастей турбин ветровой электростанции с использованием технологии 3D-печати. Goldwind заявляет, что хочет превратиться из производителя композитных отходов в поставщика сырья для 3D-печати на основе этих отходов и реализовывать эту продукцию на строительном рынке, а к 2040 году коэффициент переработки продукции Goldwind достигнет 100%. Датская компания Vestas, второй крупнейший производитель ветряных турбин в мире по итогам 2022 года, заявила, что обеспечит нулевой уровень отходов для своих машин к 2040 году. Кроме того, группа организаций с ее участием разработала новую технологию, обеспечивающую переработку и повторное использование термореактивных композитов — материалов, используемых для изготовления лопастей ветряных турбин. Компания Siemens Gamesa, другой ведущий производитель ветрогенераторов, планирует выпускать только на 100% перерабатываемые ветряные турбины с 2040 года, а все выпускаемые Siemens Gamesa ветроустановки с 2030 года будут оснащаться лопастями, которые также могут быть полностью переработаны.
Россия занимает пятое место в мире по объемам выбросов СО2 — около 2 млрд тонн/год, находясь при этом на первом месте в мире по ветропотенциалу и на втором месте в мире по гидропотенциалу, используя его только на 20%. Приняв условия Парижского соглашения, мы обязались достичь к 2030 году выбросов парниковых газов не более 70% от уровня 1990 года, заявили о намерении добиваться углеродной нейтральности к 2060 году. И одним из действенных способов уменьшения выбросов парниковых газов для нашей страны может стать использование возобновляемых источников энергии.
Этот материал опубликован на платформе бизнес-сообщества Forbes Экспертиза
Вопрос утилизации оборудования ВИЭ после периода жизненного цикла также вносит дополнительный вклад в копилку мнений тех, кто считает важность использования ВИЭ для снижения углеродного следа искусственно раздутым мыльным пузырем. Постараюсь рассказать о лучших мировых практиках, как обстоят дела с выбросами от производства и эксплуатации ВИЭ в период жизненного цикла, а также с утилизацией отходов на примере солнечной и ветровой энергетики.
В рамках независимого исследования, проведенного IPCC Work Group 3 — межправительственной группой экспертов по изменению климата Организации Объединенных Наций, на основе изучения и компиляции научных статей с 2007 года, а также исследования CIRAIG’s International Life Cycle, проведенного по заказу компании Hydro-Québec, удалось сравнить величины выбросов от различных источников энергии в полном жизненном цикле, начиная с получения материалов для их производства. Согласно их оценкам, средние значения выбросов для электростанций:
- Солнечные — 64 г CO2/кВт·ч
- Ветровые — 14 г CO2/кВт·ч
- Гидро — 17 г CO2/кВт·ч
- Атомные — 8 г CO2/кВт·ч
- Угольные — 879 г CO2/кВт·ч
- Газовые — 620 г CO2/кВт·ч
Таким образом, удельные выбросы от традиционных источников энергии в полном жизненном цикле значительно превышают выбросы от ВИЭ.
Вывод о том, что ВИЭ производят меньше энергии, чем было затрачено на их производство, мог быть сделан на основании проводившихся раньше исследований EROI — энергетического возврата инвестиций ВИЭ и традиционных источников энергии. При этом опубликованное недавно исследование более 130 научных работ по этой тематике показало, что многие ранние исследования EROI ошибочно измеряли выход энергии из ископаемого топлива в «точке добычи», а не в «точке использования», когда они генерируют реальную полезную энергию. Этот подход привел многих аналитиков к искусственно завышенным значениям EROI для ископаемых видов топлива и более низким значениям для возобновляемых источников энергии. Новое исследование подтвердило, что ископаемое топливо неизменно демонстрирует низкие и снижающиеся значения EROI.
Также важен вопрос сравнения эффективности инвестиций в ВИЭ с целью сокращения выбросов СО2 и выплат государству за выбросы. Доступность технологий и общее снижение стоимости ввода объектов ВИЭ в мире привели к тому, что если в отчете от 2012 года Mackenzie указывало, что предельные чистые приведенные затраты на внедрение технологии сокращения в $/tCO2e для СЭС и ВЭС превышали $50–100 за tCO2e, то в 2023 году World Bank приводит уже значения $0-10/tCO2e. Это указывает на то, что современный инвестор за счет применения технологий ВИЭ практически не платит за сокращение выбросов при внедрении технологий ВИЭ.
Отдельно необходимо коснуться вопроса утилизации оборудования ВИЭ. Хотя объем, к примеру, фотоэлектрических модулей с истекшим сроком службы все еще небольшой, в ЕС и США, где действуют правила, касающиеся утилизации модулей по окончании срока службы, реализуются соответствующие меры по переработке. Сегодня многие производители предлагают услуги по утилизации выпущенных ими солнечных модулей и создают специализированные предприятия по их переработке. Здесь действует принцип расширенной ответственности производителя (extended-producer-responsibility), которая выходит за рамки стадий продажи и эксплуатации и охватывает также стадию обращения с продуктом после завершения его срока службы. Так, датская энергетическая компания Orsted обязалась повторно использовать или перерабатывать все фотоэлектрические модули, которые установлены на объектах компании по всему миру. Обязательство, первое в своем роде среди энергетиков. Кроме того, иногда покупатели солнечных модулей добровольно принимают на себя ответственность по утилизации и переработке отработавших солнечных модулей.
Экономически переработка солнечных модулей целесообразна с увеличением объемов отходов. Обычные панели из кристаллического кремния состоят по массе из 76% стекла, 10% полимерных материалов, 8% алюминия, 5% кремниевых полупроводников, 1% меди, менее 0,1% серебра и других металлов, включая олово и свинец. При этом стекло, алюминий, медь, полупроводниковые материалы уже извлекаются для повторного использования, то же самое относится к драгоценным металлам, таким как серебро. Более того, в 2022 году немецким исследовательским Институтом солнечных энергетических систем (Fraunhofer ISE) изготовлен солнечный элемент из 100% вторичного сырья с эффективностью 19,7%.
Основные по массе и объему материалы, используемые в ветрогенераторах, — это сталь, бетон и композиты, из которых изготавливают лопасти. Сталь и бетон утилизируются стандартно, а вот переработка композитных материалов с выделением исходных компонентов для повторного использования на данный момент представляется более сложной задачей порой с нестандартными решениями. Так китайская компания Goldwind, крупнейший производитель ветроэнергетических установок в 2022 году, установила цветочные клумбы из списанных лопастей турбин ветровой электростанции с использованием технологии 3D-печати. Goldwind заявляет, что хочет превратиться из производителя композитных отходов в поставщика сырья для 3D-печати на основе этих отходов и реализовывать эту продукцию на строительном рынке, а к 2040 году коэффициент переработки продукции Goldwind достигнет 100%. Датская компания Vestas, второй крупнейший производитель ветряных турбин в мире по итогам 2022 года, заявила, что обеспечит нулевой уровень отходов для своих машин к 2040 году. Кроме того, группа организаций с ее участием разработала новую технологию, обеспечивающую переработку и повторное использование термореактивных композитов — материалов, используемых для изготовления лопастей ветряных турбин. Компания Siemens Gamesa, другой ведущий производитель ветрогенераторов, планирует выпускать только на 100% перерабатываемые ветряные турбины с 2040 года, а все выпускаемые Siemens Gamesa ветроустановки с 2030 года будут оснащаться лопастями, которые также могут быть полностью переработаны.
Россия занимает пятое место в мире по объемам выбросов СО2 — около 2 млрд тонн/год, находясь при этом на первом месте в мире по ветропотенциалу и на втором месте в мире по гидропотенциалу, используя его только на 20%. Приняв условия Парижского соглашения, мы обязались достичь к 2030 году выбросов парниковых газов не более 70% от уровня 1990 года, заявили о намерении добиваться углеродной нейтральности к 2060 году. И одним из действенных способов уменьшения выбросов парниковых газов для нашей страны может стать использование возобновляемых источников энергии.
