Obnovitelné Kovy a Energetická Transformace

Obnovitelné zdroje energie mají schopnost se při postupném spotřebovávání částečně nebo úplně obnovovat, a to samy nebo za přispění člověka. Aktuální cíle Evropské unie směřují k maximálnímu využívání obnovitelných zdrojů energie při výrobě elektřiny a k pokrytí i dalších energetických potřeb. Jedním z hlavních trendů je výstavba fotovoltaických a větrných elektráren.

Mezi nejvýznamnější obnovitelné zdroje energie patří solární, větrné a vodní elektrárny a také elektrárny na biomasu. Mezi hlavní obnovitelné zdroje energie v České republice se řadí vodní elektrárny. Slouží především jako doplňkové zdroje k tepelným a jaderným elektrárnám. Díky možnosti rychlého najetí plného výkonu jsou vhodné pro vyrovnávání kolísání poptávky po elektřině.

Biomasa je hmota organického původu, obvykle dřevo, tzv. energetické plodiny anebo zemědělské zbytky. Tato hmota se buď zplyňuje a spaluje (např. v klasických tepelných elektrárnách spolu s uhlím) nebo převádí na metan či kvasí na líh. Výhodou zpracování biomasy je vyrovnaná úroveň oxidu uhličitého - uvolní se stejné množství, jaké spotřebovala rostlina ke svému růstu - a naprosto mizivé množství síry.

Principem fungování větrníků je převedení aerodynamických sil působících na listy rotoru na mechanickou energii a její další převedení na energii elektrickou. Nejběžnější solární elektrárny fungují takto - dopad světla na fotovoltaické panely, obvykle tvořené monokrystalem křemíku a dvěma kovy o rozdílných nábojích na každé straně, vyvolá přenos elektronů z jedné strany destičky na druhou. Po připojení elektrod spojených drátem začne protékat systémem elektrický proud. Každý sluneční panel je tvořený mnoha takovýmito články. Solární elektrárny, využívající nepřímé přeměny, využívají sběračů tepla. Tepelná čerpadla využívají teplo vzniklé jak během různých technologických procedur, tak teplo získané ze vzduchu nebo z půdních vrtů.

Státy i firmy se stále více zavazují snižovat emise oxidu uhličitého, aby tak omezily změnu klimatu. Snaha o dosažení tohoto cíle by mohla podstatně zvýšit poptávku po kovech, jako je měď, nikl, kobalt a lithium. Technologie s nízkou emisí skleníkových plynů, včetně obnovitelné energie, elektromobilů, vodíku a zachycování uhlíku totiž vyžadují větší množství těchto kovů než jejich protějšky na bázi fosilních paliv.

Čtěte také: Likvidace nebezpečných odpadů

Klíčové Kovy pro Energetickou Transformaci

Podívejme se na měď, nikl, kobalt a lithium. Tyto kovy jsou považovány za nejdůležitější kovy během energetické transformace. S mědí a niklem se na burzách s kovy obchoduje již více než století, jsou široce používány v celé ekonomice i napříč nízkouhlíkovými technologiemi. Kobalt a lithium jsou naproti tomu méně obchodované, ale rostoucí kovy.

Rychlý přechod, který je v souladu se scénářem „čisté nuly“ podle Mezinárodní energetické agentury (IEA), by vyvolal v příštím desetiletí prudce rostoucí poptávku po těchto kovech. V tomto scénáři se celková spotřeba lithia a kobaltu zvýší více než šestkrát kvůli poptávce po čisté energii (většinou po bateriích). Podobně i měď vykazuje dvojnásobný nárůst a nikl čtyřnásobný nárůst celkové spotřeby, včetně poptávky nesouvisející s čistou energií.

Naproti tomu ve scénáři „oznámené politiky“ IEA (tj. Zatímco poptávka po kovech by mohla růst, nabídka kovů obvykle reaguje na cenové signály pomalu, částečně kvůli výrobním metodám. Měď, nikl i kobalt se těží v dolech, které často vyžadují kapitálově náročné investice a jejich výstavba trvá až 19 let. Naproti tomu lithium se často získává z minerálních pramenech a solanky, kdy se slaná voda čerpá ze země.

Výsledky srovnání produkce kovů a reálných cen od roku 1879 do roku 2020 naznačují, že nabídka je z krátkodobého hlediska poměrně neelastická, ale z dlouhodobého hlediska je pružnější. Pozitivní cenový šok vyvolaný poptávkou o 10 % zvyšuje produkci mědi o 3,5 % ve stejném roce, u niklu o 7,1 %, u kobaltu o 3,2 % a u lithia o 16,9 %.

Tyto čtyři kovy představují pro energetický přechod potenciální bariéru. Ceny kovů upravené o inflaci by totiž podle scénáře „čisté nuly“ IEA mohly dosahovat maxim podobným těm historickým po dobu zhruba deseti let nepřetržitě. To by znamenalo, že by reálné ceny niklu, kobaltu a lithia trvale rostly o několik set procent oproti roku 2020, zatímco cena mědi by vzrostla o více než 60 %.

Čtěte také: Příčiny klimatických změn

Ceny dosahují vrcholu většinou kolem roku 2030, a to ze dvou důvodů. Za prvé, strmé nárůsty poptávky pohání scénář „čisté nuly“ na začátku. Na rozdíl od výroby energie z fosilních paliv jsou u energie z obnovitelných zdrojů nutné kovy ještě před samotnou výrobou - například pro stavbu větrných turbín.

U scénáře „čisté nuly“ by boom poptávky mohl vést k více než čtyřnásobnému nárůstu hodnoty produkce kovů - tj. celkem 13 bilionům dolarů za dvě desetiletí jen pro tyto čtyři uvedené kovy. To by mohlo konkurovat odhadované hodnotě produkce ropy ve scénáři „čisté nuly“ za stejné období.

Nabídka kovů je poměrně koncentrovaná, což znamená, že z ní může mít prospěch jen pár špičkových výrobců. Ve většině případů země, které mají největší produkci, mají také nejvyšší úroveň rezerv, a proto jsou perspektivními producenty. Demokratická republika Kongo například představuje asi 70 % celosvětové produkce kobaltu a 50 % zásob.

Dlouhotrvající nárůst cen kovů by se mohl promítnout do makroekonomických zisků, zejména u vývozců těchto kovů. 10% trvalé zvýšení indexu cen kovů Commodity Research přidává k růstu reálného HDP vývozců kovů dvě třetiny procentního bodu navíc ve srovnání s dovozci.

Nejistoty a Budoucnost

Scénáře vývoje poptávky ale obklopuje vysoká nejistota. Za prvé je těžké předvídat technologické změny. Za druhé rychlost a směr energetického přechodu závisí na politických rozhodnutích. Důvěryhodná a globálně koordinovaná politika v oblasti klimatu, vysoké ESG standardy a odstraňování obchodních překážek i vývozních omezení by umožnilo trhům fungovat efektivně. To by nasměrovalo investice na dostatečnou expanzi dodávek kovů, čímž by se zabránilo zbytečnému zvyšování nákladů na nízkouhlíkové technologie a podpořilo by přechod na čistou energii.

Čtěte také: Vývoj Greenpeace v Česku

Výzvy a Perspektivy

Energie je základní hybnou silou ekonomického růstu. Výroba energie z fosilních paliv byla vždy provázena obavami ohledně zásob nerostných surovin. Tyto obavy nutily lidstvo hledat řešení, která by pomohla tuto překážku růstu překonat. Přechod k podpoře nízkouhlíkových technologií znovu obrátil pozornost k obnovitelným zdrojům energie, zejména k nevyčerpatelným zdrojům, jako jsou větrná a sluneční energie. Tyto dva zdroje činily více než polovinu nových výrobních kapacit zavedených během posledních let.

Mohlo by se zdát, že máme-li nízkouhlíkové technologie, které produkují energii přímo z nevyčerpatelných zdrojů, budou dalším rozvojem těchto technologií překážky zelené energii jednou provždy překonány. Tak tomu však není, protože kromě nevyčerpatelných zdrojů energie využíváme i další přírodní zdroje. Rychlost, s jakou spotřebováváme vzduch, vodu, minerály a prvky vzácných zemin se stala reálnou ekonomickou výzvou.

V průběhu posledního století rostla spotřeba kovů překvapivě rychle. Lidstvo nyní používá šestkrát více železa na hlavu, než tomu bylo před sto lety, což vedlo k 26násobnému zvýšení těžby železné rudy. Kritické kovy, jako je lithium, měď, uran, zlato a prvky vzácných zemin se používají ve výrobě moderní elektroniky, od smartphonů a baterií po pokročilé zbraňové systémy.

Vzácné kovy jsou důležité i pro technologie určené k výrobě energie z obnovitelných zdrojů, jako jsou solární panely a elektromobily. Například, k výrobě solárních panelů je potřeba telur, jeden z nejvzácnějších prvků na Zemi, a jeden automobil Tesla potřebuje asi 7 kg lithia (tj. hmotnost bowlingové koule). S rostoucí poptávkou po energii z obnovitelných zdrojů se objevila další překážka, kterou je dostupnost kritických minerálů a prvků vzácných zemin.

Odborníci poukazují na to, že technologie změnily způsob využívání zdrojů. V dnešním moderním smartphonu je použita většina prvků z periodické tabulky, avšak moderní elektronika vyžaduje pouze velmi malá množství kritických prvků a nehrozí tedy riziko, že by se jejich zásoby zcela vyčerpaly.

Rizika a Možnosti

Účastníci konference na Stanfordské univerzitě jsou přesvědčeni, že vláda USA by měla spustit program podporující inovační technologie pro těžbu těchto minerálů podobný tomu, který vedl k dosažení nezávislosti Spojených států na dovozu plynu a ropy. Vědci ukázali, že vrstvy jílu ve velkých super-vulkanických kráterech na celém světě (vzniklých mohutnými výbuchy, které vedly k vnitřnímu zhroucení sopečného kužele) obsahují velká ložiska lithia.

Je třeba zdůraznit, že vláda USA nesedí se založenýma rukama a nečeká, jak se věci vyvinou, nýbrž podniká kroky k řešení tohoto problému. Donald Trump, prezident Spojených států, vydal koncem prosince 2017 vládní nařízení s názvem Federální strategie k zajištění bezpečných a spolehlivých dodávek kritických minerálů.

Na stavbu každého zdroje energie se spotřebuje určité množství surovin (kovy, beton, plasty) a velké množství energie. Vzniká též velké množství odpadů při výrobě a těžbě těchto surovin. Řada z nich je nerecyklovatelná a končí na skládkách, haldy hlušiny po těžbě uhlí, atd.

Kdybychom teoreticky pokryli naši veškerou spotřebu větrnými elektrárnami s životností 20 let, každý rok bychom museli recyklovat asi 1 600 000 tun betonu! A podobné množství vyrobit, protože beton se rozhodně nedá 100 % recyklovat. Stejně tak bychom se museli skládkováním (či spálením) zbavovat množství PVC, gumy, sklolaminátu. S recyklací železa, oceli, hliníku, mědi, olova a dalších kovů je to již lepší, ale i přesto se počítá s recyklací jen asi 90 %.

Vzhledem k tomu, že měděné rudy mají asi 1 % obsah mědi, je nutné vytěžit 50 000 tun rudy každý rok. Pokud bychom uvažovali o "trvale udržitelném rozvoji" po dobu 1000 let, museli bychom na tento "rozvoj" a "obnovu zdrojů" vytěžit asi 50 miliónů tun měděné rudy, a to jenom pro Českou republiku!

Obnovitelné Zdroje a Suroviny

Z předcházejícího textu jasně vyplývá, že v současné době neexistují plně obnovitelné zdroje energie nevyžadujících žádných surovin! Existují různé typy zdrojů, které spotřebovávají různé množství různých surovin. Aby mohly vzniknout skutečné obnovitelné zdroje energie, je třeba nejen samotný obnovitelný (v podmínkách nejbližších několika tisíc let) zdroj primární energie (spád vody, sluneční svit), ale i neomezený zdroj surovin pro zařízení přeměňující energii ze Slunce na elektrickou energii, teplo či jinak využitelnou energii.

Ve skutečnosti bude třeba zapracovat na obou technikách. 100 % recyklaci pravděpodobně nikdy nedosáhneme, ale můžeme se dostat na hodnoty 99,9 % a vyšší, záleží na typu surovin. Beton se recyklovat nevyplatí, protože jeho recyklace by byla velmi drahá - energeticky náročná, ale u kovů je to naopak.

Nabízí se možnost zrecyklovat veškeré staré skládky, odkaliště po staré těžbě surovin, apod. V mořské vodě se nachází prakticky všechny důležité prvky z periodické tabulky. Vzhledem k množství vody v oceánech a koloběhu chemických látek v nich (část se tam dostává i lidskou činností - vypouštění odpadů, ale i sopečné erupce na dně moří, dopady meteoritů, apod.), se jedná o prakticky nevyčerpatelný zdroj surovin, chemických prvků. Aplikace předchozích postupů by zároveň mohla znamenat značné zlepšení životního prostředí - minimalizace škod na životním prostředí díky snížení povrchové či podpovrchové těžby.

Zdražení těžby surovin z klasických zdrojů, resp. zvýšení cen na jejich reálnou cenu - zahrnutí externích nákladů do ceny těžby. Zlepšení poměru vyrobené energie/energie potřebné k provozu zdroje při 100 % recyklaci => co nejlevnější zdroj energie.

Skutečné obnovitelné zdroje by musely mít při 100 % recyklaci a výrobě z nevyčerpatelných zdrojů, poměr větší než 1x. U dnešních tzv. "obnovitelných zdrojů" je asi jediná možnost jak zvýšit tento poměr -p rodloužení životnosti zdroje díky použití nových materiálů a zároveň použití obnovitelných materiálů (např. plastů vyráběných z biomasy). To se týká větrných, vodních i solárních elektráren.

Ale i přesto poměr vyrobené energie bude větší než 1 pouze v některých lokalitách (větrné pobřeží Dánska narozdíl od podmínek České republiky). U biomasy jsem skeptický z důvodů vyčerpávání půdy a velkých nákladů na sběr produkce.

Největšího zlepšení se můžeme dočkat u jaderné energie. Jednak díky prodloužení životnosti zdrojů, ale i díky lepšímu využití jaderného paliva - množivé reaktory. Díky množivým reaktorům můžeme těžit Uran z mořské vody, kde je poměrně hojně zastoupen (3,3 mikrogramů na litr). Totéž se týká i termojaderné fúze deuterium+tritium (Lithium) - obé z mořské vody. Zásoby v Oceánech jsou prakticky nevyčerpatelné v nejbližších desítkách tisíc let a jsou obnovovány.

Co se týče radioaktivního odpadu, můžeme ho nazvat tzv. "obnovitelným odpadem", který se po desítkách či stovkách let, nebo po přepracování, dá znovu využít. Výhodou jaderného paliva je i jeho obrovská energetická hustota, díky které je možné ho transportovat za minimálních nákladů na obrovské vzdálenosti. Proto bude v budoucnu možné získávat tyto suroviny z mimozemských zdrojů.

Pro dlouhodobě udržitelný rozvoj jsou obnovitelné (prakticky nevyčerpatelné) zdroje energie nezbytné. V dnešní době však prakticky žádné neexistují díky spotřebě plně nerecyklovatelných surovin. Proto je nezbytně nutné investovat peníze do výzkumu perspektivních zdrojů energie - jaderné energie (fúze, štěpení), OZE, nových způsobů získávání surovin a recyklace. Do té doby by se měly podporovat zdroje s co největším energy ratiem, mezi které patří jaderné zdroje a obnovitelné zdroje ve specifických podmínkách.

Různé politické strany (Zelení, SOS) a hnutí (Duha, Greenpeace, apod.) nám dnes nabízí řešení ve formě úspor (zdražování energie) a OZE. Zdražování energií vede často k menší recyklaci základních surovin a ke zvyšování těžby na úkor životního prostředí. Jak jsme si ukázali, tak obnovitelné zdroje energie zatím neexistují. Výstavba dnešních tzv. obnovitelných zdrojů je často jen plýtváním zdrojů - jak finančních, tak surovinových.

OZE mají sice menší spotřebu surovin než fosilní zdroje, ale přesto se nejedná o obnovitelný zdroj, který by byl dlouhodobě udržitelný. Naše problémy s nedostatkem surovin by přechod na OZE jen oddálil o několik desítek let. Jedinou šancí je výzkum a vývoj. Tyto strany a hnutí se však většinou staví proti výzkumu nejperspektivnějšího obnovitelného zdroje - jaderné energie a fúze.

Tabulka: Spotřeba mědi a její 90% recyklace

tags: #co #jsou #obnovitelne #kovy

Oblíbené příspěvky:

• Jak vyčistit výparník klimatizace v autě?
• Princip fungování čističky vzduchu
• Jak vybrat odpadkový koš s tlačítkem
• Mikroby v ovzduší ČR: Výzkum
• Charakteristika průmyslové ekologie