به صرفه ترین شکل انرژی کدام است، گاز، باد یا خورشید؟

تینا مزدکی: استخراج زغال سنگ یا نفت از زمین به انرژی زیادی نیاز ندارد. در مقابل، بیشتر منابع انرژی تجدیدپذیر که شامل دستیابی و پالایش منابع می شود، ساخت و نصب پیچیده ای دارد. بنابراین در نگاه اول، وقتی حرف از استفاده انرژی باشد، به نظر می رسد که انرژی فسیلی (با توجه به سرمایه گذاری برای استخراج) گزینه مناسب تری است. همین موضوع باعث شده است که برخی استدلال کنند که گذار به انرژی های تجدیدپذیر باعث کاهش کلی تولید خالص انرژی می شود و هیچ کس علاقه ای به آن ندارد.

با این حال، مطالعه جدید محققان دانشگاه لیدز بریتانیا نشان می دهد که این موضوع، اصلاً نگران کننده نیست. در بیشتر کشورها در حال حاضر، منابع تجدیدپذیر انرژی خالص بیشتری را در مقایسه با سوخت های فسیلی ای که جایگزین می کنند، تولید می کنند. نکته کلیدی هم آن است که انجام کارهای مفید با الکتریسیته بسیار آسان تر از انجام آن کار با یک تکه زغال سنگ یا نفت خام است.

بهره وری انرژی و سودمندی

اگرچه استخراج سوخت های فسیلی از نظر انرژی ارزان است، اما موادی که از زمین خارج می شوند برای استفاده آماده نیستند. تبدیل آن ها به شکل مفید و انتقال شان به جایی که مورد نیاز است، هزینه زیادی دارد و پس از استفاده، انرژی از دست می رود. این موضوع به ویژه برای کاربردهایی مانند موتورهای درون سوز قابل توجه است که کمتر از نصف انرژی آزادشده از سوختن بنزین به حرکت تبدیل می شود.

محققان، شکل جایگزین از بازگشت سرمایه انرژی (EROI) را پیشنهاد کرده و آن را «EROI مرحله مفید» نامیده اند. این شکل جایگزین، اندازه می گیرد که چقدر انرژی لازم است تا یک واحد انرژی به روشی که جامعه برای آن ارزش قایل است، کار کند؛ مثلا خانه را گرم کند، ماشین را جابه جا کند، اتاقی را روشن کند و …

البته این معیار پیچیده ای است، زیرا بستگی به نحوه استفاده از انرژی دارد که به وضوح از کشوری به کشور دیگر متفاوت است. بنابراین، اگرچه گاز طبیعی در زمان استخراج EROI یکسانی دارد؛ اما در کشوری که عمدتاً از گاز برای گرمایش استفاده می کند، EROI مرحله مفید با کشوری که از گاز برای تولید برق استفاده می کند، تفاوت خواهد داشت، زیرا این دو فعالیت بازده های متفاوتی دارند.

برای تجزیه و تحلیل EROIهای مرحله مفید، محققان کمیت تازه ای را به نام «EROI مرحله نهایی» محاسبه کردند که انرژی مصرف شده را برای رساندن یک واحد انرژی به جایی که آماده استفاده است، ردیابی و تمام هزینه های انرژی استخراج، پردازش و تحویل آن را ارایه می کند. این اطلاعات به آنها اجازه می دهد که این آمار را برای دوره 50 ساله 1970 تا 2020 پیگیری کنند. آن ها پایگاه داده مصرف انرژی خود را در سطح ملی ساختند. از آنجایی که کارایی کاربردهای مختلف در دسترس است، پژوهشگران توانستند EROI مرحله مفید را در هر کشوری که داده های مربوط به آن را دارند، ردیابی کنند.

البته این اطلاعات شامل هزینه انرژی زیرساخت های مورد نیاز برای استخراج سوخت های فسیلی نیست که در مواردی مانند حفاری در خارج از ساحل، می تواند قابل توجه باشد. بنابراین، محققان پیشنهاد می کنند که احتمالاً EROIهای مرحله مفید برای سوخت های فسیلی، بیش از حد برآورد می شود.

مقایسه EROIها

تمرکز بر سودمندی تفاوت اساسی ایجاد می کند. با استفاده از داده های سال 2020، EROI نهایی سوخت های فسیلی که تحویل کاربر نهایی می شود بسیار خوب است، مقدار آن تقریباً 8٫5 است و به آن معنی است که برای هر عملی حدود 8٫5 واحد انرژی دریافت می کنید. (این میانگین در همه سوخت ها و مصارف است.) با این حال از تمام این مقدار انرژی دریافت شده فقط حدود 3٫5 واحد آن به طور مفید استفاده می شود که اصلا چیز خوبی نیست، چراکه افراد معمولا می خواهند به همان میزان که انرژی می گذارند، کار مفید انجام دهند.

با این حال، سوخت های مختلف ویژگی های بسیار متفاوتی دارند. EROI مرحله مفید در گاز طبیعی به 9٫5 واحد (بالاترین)، زغال سنگ به 7٫2، و فرآورده های نفتی تنها به 2 می رسد؛ به این معنی که ما فقط 2 برابر انرژی دریافتی از سوزاندن بنزین را برای تولید و استفاده از آن صرف می کنیم. بسیاری از این مقادیر در 50 سال گذشته تا حد زیادی بدون تغییر مانده اند، البته به جز گاز طبیعی که شاهد کاهش چشمگیر EROI در آماده سازی برای استفاده و کاهش کمتری در EROI در مرحله مفید بوده است.

سهم بزرگی در این ارزش ها نحوه استفاده از این سوخت ها است. به عنوان مثال، مرحله مفید EROI برای گاز طبیعی در ساختمان های گرمایشی حدود 12 است، به این معنی که می توان از آن به طور معقول و کارآمدی استفاده کرد. ارزش گرمایش با فرآورده های نفتی فقط حدود 5 است. فرآورده های نفتی مورد استفاده در پیشرانه های جاده ای و ریلی نیز وحشتناکند به طوری که مقدار ان برای سفر ریلی کمی بالاتر از 2 و برای جاده ها کمتر از 2 است.

انرژی تجدیدپذیر بر منابعی همچون باد و خورشید متمرکز است که الکترون ها را به شبکه می رسانند و منابعی مانند تولید انرژی های تجدیدپذیر متان در این مرحله بسیار ناچیزند. انرژی تجدیدپذیر می تواند برای مواردی مانند گرمایش، حمل ونقل ریلی و جاده ای و سایر مصارف انجام شده با سوخت های فسیلی استفاده شوند. استفاده از این انرژی در بسیاری از این کاربردها بسیار کارآمد است؛ ابزارهایی مانند پمپ های حرارتی و موتورهای الکتریکی در استفاده مفید، بسیار بهتر از سوخت های فسیلی هستند.

مقایسه انرژی های تجدیدپذیر

به طور متوسط، انرژی های تجدیدپذیر برای رقابت با سوخت های فسیلی به EROI نهایی کمتر از 5 واحد نیاز دارند. بدترین ارزش مطلق مربوط به محصولات گاز طبیعی است، در حالی که انرژی های تجدیدپذیر به EROI نهایی کمی بیش از 10 واحد نیاز دارند تا از نظر انرژی رقابتی باشند. در مقابل آن ها فقط به EROI نهایی 3 واحد برای رقابت با محصولات نفتی نیاز دارند.

محققان بسیاری از EROIهای نهایی را بررسی کردند. انرژی باد در حال حاضر با توجه به انرژی صرف شده در تولید و بهره برداری، از سوخت های فسیلی جلوتر است. حتی نگهداری از توربین های بادی نسبت به نگهداری از تجهیزات انرژی خورشیدی به طور متوسط کمی کمتر است

محققان همچنین تجزیه وتحلیلی میان کشورها انجام دادند (جمهوری کنگو، ازبکستان و کره شمالی از این تحلیل مستثنی شدند) که نشان می داد تنها در دو کشور EROI نهایی خورشیدی بیشتر از EROI نهایی انرژی فسیلی است. محققان می گویند تقریباً در همه کشورها می توان انتظار داشت انرژی های تجدیدپذیر، انرژی مفید خالص بیشتری نسبت به سوخت های فسیلی برگرداند.

بر اساس این داده ها، گذار به انرژی های تجدیدپذیر باعث بحران بزرگ انرژی نمی شود. در درازمدت، بهبود در تولید و کارایی ممکن است وضعیت را حتی بیشتر بهبود بخشد. اما بیشتر مسیرها برای مدیریت تغییرات آب وهوایی شامل ساختن بیش از حد منابع مولد و جفت کردن آن ها با ذخیره سازی است که می تواند به انرژی های تجدیدپذیر اجازه دهد حتی زمانی که فعالانه تولید نمی کنند، برق را تامین کنند. این امر همچنین لزوماً منجر به کاهش تولید تجدیدپذیر تحت برخی شرایط می شود و EROI این منابع تجدیدپذیر را کاهش می دهد.

سناریوهای کربن زدایی

برای بررسی این کاهش، محققان سناریوهای کربن زدایی برنامه ریزی شده توسط کشورهای مختلف را مانند فرانسه، بریتانیا و ایالات متحده بررسی می کنند. حتی زمانی که تناوب، محدودسازی و ذخیره سازی در نظر گرفته می شود، باد به خوبی جلوتر از جایگزین های فسیلی ظاهر می شود. در مقابل، برخی برآوردها از انرژی خورشیدی کمتر از EROI نهایی موردنیاز برای رقابت با زغال سنگ و گاز طبیعی است. با این حال، تفاوت ها چشمگیر نیست و تخمین های زیادی برای انرژی خورشیدی وجود دارد که عملکرد بهتری از این سوخت های فسیلی دارند.

محققان بر این باورند که با پذیرش فناوری جدید، همه چیز می تواند تغییر کند. در حال حاضر، بیشتر گرمایش الکتریکی با ارسال الکترون ها از طریق یک سیم پیچ مقاومتی انجام می شود که در مقایسه با سوزاندن سوخت های فسیلی نسبتاً ناکارآمد است. در مقابل، پمپ های حرارتی الکترون ها را با کارایی بیشتری نسبت به سوزاندن چیزها به اختلاف دما تبدیل می کنند که به انرژی تجدیدپذیر اجازه می دهد برای این مورداستفاده رقابتی تر شود.

با این حال، حتی در بازار فعلی، تجزیه وتحلیل قویاً نشان می دهد که از نظر انرژی، منابع تجدیدپذیر انرژی بیشتری به ازای هر واحد انرژی مصرف شده برای تولید آن ها نسبت به سوخت های فسیلی تولید می کنند.

توجه به این نکته مهم است که این تحلیل فقط هزینه های شکل های مختلف انرژی را در نظر می گیرد و فاکتورهایی مانند هزینه های مالی یا هزینه های بهداشتی استفاده مداوم از سوخت های فسیلی را در نظر نمی گیرد. بنابراین، در حالی که زغال سنگ با این معیار بهره وری انرژی رقابتی است، از نظر اقتصادی به طرز وحشتناکی عمل می کند و به دلیل بار آلودگی سنگینی که ایجاد می کند، با مقررات فزاینده ای مواجه است.

این مطالعه طوری طراحی نشده است که همه این عوامل را در نظر بگیرد و به ما بگوید کدام منبع انرژی بهترین است؛ بلکه به ما توضیح می دهد که آیا دور شدن از سوخت های فسیلی به دلایل دیگر باعث ایجاد بحران انرژی می شود یا خیر. که البته آمار در اینجا به وضوح نشان می دهد که این اتفاق نخواهد افتاد.

منبع: arstechnica

54323