Introducere

Energiile regenerabile sau alternative sunt energiile naturale care ne stau la dispoziţie pe termen lung ;i sunt practic inepuizabile. Conform principiului consevării, energia nu poate fi nici consumată nici produsă. Energia poate fi însă captată, introdusă în anumite sisteme şi transformată. Energia regenerabilă este captată din mediul înconjurător prin sisteme adecvate şi este utilizată în toate sistemele tehnice cunoscute de consumatorii de energie. Astfel, atât sistemele de captare, cât şi cele de utilizare a energiei regenerabile sunt integrate în complexul ecologic mondial, nu produc gaze cu efect de seră (GES) şi nu participă la procesul de încălzire globală.

Omenirea se găsește ȋntr-o etapă crucială a evoluţiei privind consumul de energie, protejarea mediului ȋnconjurător și conștientizarea modificărilor climei globale. Pentru toate cele trei aspecte ale evoluţiei omenirii, trebuie găsite și aplicate legi, metode și tehnologii noi ȋmpreună cu restricţiile și acceptarea acestora la nivel social. Ȋn acest context ȋl voi cita pe James Lovelock „Trăim timpul ȋn care emoţiile și senzaţiile sunt mai puternice decât adevărul și asta numai din cauza ignorării știinţei“

Știinţa este un proces de cunoaștere care se derulează ȋn timp. Modificarea climei globale este și ea un proces de cunoaștere care se derulează ȋn timp.  Suntem mulţumiţi că cele două procese sunt asemănătoare ca scheme de derulare, însă timpul pentru găsirea soluţiilor, a noilor tehnologii și aplicarea lor este diferit ȋn raport cu ȋncetinirea sau stoparea unui proces global periculos: modificarea climei. Ne găsim ȋntr-un concurs strâns pentru refacerea unui sistem climatic global care a fost scos din echilibru, dar ȋncă nu știm cum poate fi readus ȋn starea iniţială.

Parametrul principal care contribuie la modificarea climei globale este consumul de energie, prin calitatea surselor, modul, cantitatea și calitatea produselor de ardere.

Ceea ce nu recunoaştem sau, mai bine-zis, refuzăm să acceptăm, este că resursele de energie cunoscute – cărbunele, ţiţeiul, gazul metan şi uraniul – sunt limitate. În ritmul actual de consum, aceste resurse vor fi epuizate într-un timp previzibil. Ce e de făcut ? Avem la dispoziţie două soluţii paralele care trebuie aplicate fără întârziere şi consecvent:

1. Reducerea consumului de energie de provenienţă fosilă, pe cap locuitor va contribui la:

–  prelungirea timpului în care este disponibilă energia de provenienţă fosilă,

–  reducerea emisiilor de gaze nocive pentru mediul înconjurător,

–  întârzierea sau chiar oprirea procesului, deja început, de încălzite globală,

– posibilitatea luărilor de măsuri adecvate pentru rezolvare consecinţelor grave şi neprevăzute.

2. Dezvoltarea tehnologiilor de captare, producere şi utilizare a energiilor regenerabile.

Prima soluţie este realizabilă în contextul social-educativ de reconsiderare a noţiunii de „stil de viaţă”, respectiv de „nivel de trai” sau chiar „nivel de dezvoltare” al fiecărei economii naţionale. A doua soluţie este de natură tehnologică, de acceptanţă socială şi financiară şi de conştientizare a situaţiei că nu avem altă alternativă. Deocamdată, având numai o alternativă, este dificil să privim optimist situaţia, însă putem afirma cu hotărâre că energiile regenerabile sunt şi vor rămâne inepuizabile.

Până vom intra în acest belşug de energie – pe care, de fapt, omenirea l-a avut de mult la dispoziţie – va trebui să parcurgem un drum care pretinde înţelegerea situaţiei şi consecvenţă în acţiuni. Nu ne va fi atât greu, pentru că avem deja realizări tehnice recunoscute şi aplicabile atât pentru consumul de energie privat, cât şi pentru cel naţional.

Fiecare cetăţean al Terrei trebuie să devină conştient că este un consumator de energie. Acest consum de energie mondial se face şi acum, în mare parte pe baza rezervelor naturale (convenţionale) existente, care sunt în scădere. 

Consumul acestor rezerve naturale este sursa principală care contribuie la schimbarea periculoasă a amestecului natural de gaze din atmosferă şi a declanşat procesul de încălzire necontrolată a mediului înconjurător. Conştientizarea existenţei energiilor regenerabile până la nivel de individ, găsirea şi aplicarea soluţilor tehnice de utilizare a acestor forme de energie şi, în final, acceptarea şi implementarea acestor energii în domeniul privat şi public este drumul corect pentru un mediu curat şi protejat.

Ne găsim într-o lume globalizată în care trăim atât avantajele cât şi dezavantajele acestui concept mondial. Trebuie să folosim din timp unul din avantajele globalizării şi să devenim conştienţi ȋn timp util că unica şansa de supravieţuire este utilizarea acestor energii regenerabile, a căror potenţial foarte mare va face trecerea firească, în decursul multor sute de ani, până la găsirea altor surse de energie (de exemplu fuziunea nucleară). Principalele motive actuale pentru utilizarea noilor surse de energie nepoluante, a tehnologiilor de extragere şi de utilizare a lor, sunt:

– evitarea modificării climei globale

– temporizarea consumului exagerat de energie fosilă

– prelungirea perioadei de exploatare a rezervelor mondiale epuizabile de energie fosilă

Principalele cauze care conduc la modificarea climei globale sunt:

– arderea carburanţilor fosili

– emanaţia de bioxid de carbon, a cărei concentraţie în atmosferă a devenit periculoasă. Bioxidul de carbon contribuie substanţial la efectul de seră.

– amplificarea efectului de seră va conduce la creşterea temperaturii globale, cu efecte multiple încă neprevăzute în toată amploarea.

Conform datelor evoluţiei concentraţiei de CO₂ în perioada anilor 1000 – 2000, este evident că începând din anul 1769 (anul invenţiei maşinii cu aburi, care utiliza ca sursă de energie cărbunele), concentraţia CO₂ în atmosferă a crescut cu aproximativ 80%. Anii imediat următori s-au încadrat în prima revoluţie industrială şi au fost urmaţi de alte revoluţii industriale care și-au pierdut caracterul local. Între 1769 şi 2006, exploatarea şi utilizarea cărbunelui ca sursă de energie s-a mărit de 800 de ori, cu tendinţă de creştere şi cu contribuţia cea mai mare la creşterea concentraţiei de CO₂ din atmosferă. Se pune întrebarea ce se va întâmpla dacă umanitatea va continua să producă necontrolat CO₂, astfel încât concentraţia să se dubleze, sau sau chiar să se tripleze?

Răspunsul nu poate fi precizat, deoarece în ştiinţa climei globale nu se cunosc toate relaţiile parametrilor care determină evoluţia climei globale. Totuşi, se poate afirma că o dublare a concentraţiei de CO₂ va avea acelaşi efect ca o creştere a intensităţii radiaţiei solare cu 2%, Acum o sută de mii de ani a avut loc o creştere a temperaturii globale şi repetarea ei ar putea schimba semnificativ sistemul ecologic. Alături de CO₂, în atmosferă se mai găsesc metan şi oxizi de azot (NOx), de asemenea responsabili pentru accentuarea efectului de seră. Fiecare din ele are proprietăţi fizice diferite şi deci influențe diferite asupra climei globale. Emisia acestor gaze se exprimă în “cantitate echivalentă de CO₂”. Echivalentul reprezintă cantitatea din fiecare gaz căreia i se atribuie același efect de încălzire a climei ca o tonă de CO₂; el se notează prin “CO₂e“. Pentru anul 2000 s-a apreciat că emisia totală de gaze cu efect de seră a fost de 34 miliarde tone CO₂e, sau 5,5 tone CO₂e/locuitor/an. Desigur, valoarea este pur orientativă, pentru că emisiile sunt puternic diferenţiate după zonă, gradul de industrializare şi măsurile locale de combatere a emisiilor.

Criza energetică mondială şi soluţiile pentru gestionarea ei

Abordarea pesimistă: Criza energetică este inevitabilă şi va începe nu la sfârşitul “Epocii ţiţeiului”, respectiv atunci când ultima picătură de carburant fosil va fi utilizată, ci atunci când extragerea ţiţeiului nu va mai face faţă cererii, ceea ce se va întâmpla probabil după anul 2025. În cazul în care omenirea va alege din nou utilizarea intensivă a energiei nucleare, criza petrolului va fi înlocuită de criza uraniului, care va apărea aproximativ peste 20 de ani, când rezervele de uraniu se vor epuiza.

Abordarea optimistă: lumea nu se îndreaptă către o criză de energie majoră, ci către exploatarea altor surse de energie.

În cele ce urmeză vom lua în considerare abordarea optimistă care va fi dezvoltată, motivată şi confirmată. În prezent, în lume există o polemică aprinsă privind soluţiile care trebuie găsite şi aplicate în politica energetică. Diferenţele de opinii derivă atât din modul de interpretare, cât şi din lipsa valorilor numerice care să transmită un mesaj clar celor care iau hotărâri în politica energetică. Trebuie cunoscute exact sursele de energie, costurile sociale şi economice ale exploatării lor, riscurile pe care ele le implică şi, desigur, consumul de energie al umanităţii. Avem nevoie de valori numerice concrete, nu de estimări vagi sau eronate, care produc nesiguranţă şi lipsă de claritate în interpretarea situaţiei reale şi duc, în final, la dezordine socială.

Pentru elucidarea problemei mondiale a energiei trebuie să luăm în considerare trei motivații:

– Disponibilitatea limitată a carburanţilor fosili. Preţurile relativ scăzute ale carburanţilor fosili actuali – utilizaţi în industrie, transport, trafic rutier şi pentru încălzire – vor creşte dramatic încă înainte de epuizarea resurselor. Este cazul să reconsiderăm utilizarea acestor carburanţi valoroşi în scopuri mai folositoare decât să-i ardem pentru obţinerea unor forme inferioare de energie, ca energia calorică şi mecanică.

– Securitatea alimentării cu energie pe termen lung. Deşi carburanţii fosili sunt încă disponibili în anumite regiuni ale globului, cumpărărea şi distribuţia lor devine tot mai incertă şi inegală, fiind legată de situaţia nesigură a politicii mondiale. Fiecare ţară (în special cele puternic industrializate) va aplica toate metodele posibile pentru a avea acces la aceste surse de energie.

– Probabilitatea (de fapt certitudinea) că prin consumul necontrolat de carburanţi fosili, produsele de ardere să declanşeze o modificare a climei globale, cu consecinţe grave pentru mediul înconjurător şi umanitate. Pentru a încetini sau chiar a stopa o eventuală modificare a climei mondiale, va trebui să renunţăm la carburanţii fosili şi să utilizăm noile forme de energie regenerabilă. Problema climei globale este direct legată de utilizarea surselor de energie convenţională.

În momentul de faţă majoritatea energiei consumate în ţările dezvoltate provine din surse fosile, ceea ce nu poate poate continua. Pornind de la ideea că în viitor vom fi nevoiţi să consumăm tot mai puţină energie fosilă (sau chiar de loc), vom face o comparaţie între consumul actual de energie şi posibilităţile energetice provenite din surse de energie regenerabilă, reprezentate prin două coloane: roşie (consum) şi verde (energie regenerabilă), exemplificat pentru cazul Marii Britanii.

Evaluarea consumului se va exemplifica cu un consumator mediu, iar pentru a putea face o comparaţie, valorile energiei consumate şi produse vor fi normalizate şi exprimate în [kW/zi/persoană]

Trafic rutier=40 kWh/zi; trafic aerian=33 kWh/zi; încălzire și menaj=24 kWh/zi; iluminare=5,5 kWh/zi/persoană; alte aparate casnice (entertainment, comunicaţii, etc.)=5 kWh/zi; agricultură și producția de alimente=15 kW/zi; producția de bunuri materiale: doze de aluminiu=3 kWh/zi, plastic (PET)=0,7 kWh/zi; ambalaje=4 kWh/zi; calculatoare=2,5 kWh/zi; baterii=0,1 kWh/zi/bucată; presă scrisă și reclame=2 kWh/zi (pentru 200 g); construcții=2,3 kWh/zi.

Energia consumată pentru transporturi: automobil=14 kWh/zi/automobil; transport pe apă=0.2 kWh/t/km, pe calea ferată=0,1 kwh/t/km, transport rutier=0,1 kWh/t/km; transport aerian=1,6 kWh/t/km.

Energia consumată pentru apa potabilă: dacă consumul mediu de apă este de 160 l/zi/persoană, pomparea, filtrarea, transportul şi distribuţia apei necesită 0,4 kWh/zi/persoană. Dacă pentru desalinizarea apei este nevoie de 8 kWh/m³, pentru 160 l/zi/persoană consumul de energie este 1,3 kWh/zi.

Energia consumată ȋn spaţiile comerciale: marile magazine din Anglia consumă ~ 11 TWh/an și în ipoteza că sunt 60 de milioane de cumpărători, revine un consum de 0,5 kWh/zi/persoană.

Energia consumată pentru apărarea naţională. În anul 2007-2008, Marea Britanie a cheltuit pentru apărarea naţională 33 miliarde £, sau 6% din PNB. Adăugând cheltuielile pentru activitățile antiteroriste și de securitate naţională, cheltuielile ajung la 36 miliarde £. Pentru estimarea consumului de energie echivalent, să presupunem că suma a fost utilizată pentru energie electrică (2,7 pence/kWh). Rezultă o cantitate de energie electrică de 80 TWh/an, care se presupune că a fost folosită pentru fabricarea de materiale, maşini militare, arme şi dispozitive electronice, cu alte cuvinte 4 kWh/zi/persoană.

Energia consumată pentru apărarea nucleară. În perioada 1945-1996 SUA a cheltuit pentru producerea şi perfecţionarea armelor nucleare 5.500 miliarde US$, sau 6% din PNB. Aceste cheltuieli au depăşit investiţiile federale din educaţie, agricultură, pregătire profesională, angajări, servicii sociale, resurse naturale şi mediu înconjurător, ştiinţă, cercetarea spaţiului cosmic, tehnologie, dezvoltare comunitară şi regională, legislatură, producerea şi reglementarea producerii şi consumului de energie, luate la un loc. Dacă presupunem că aceste cheltuieli s-au utilizat pentru consumul de energie electrică cu un preţ de 5 UScents/kWh, rezultă că s-au consumat 26.000 kWh/persoană, sau 1,4 kWh/zi/persoană.

Se pune întrebarea câtă energie ar fi fost eliberată dacă toate armele nucleare produse ar fi fost utilizate. Energia conţinută într-o armă termo-nucleară se exprimă în megatone de TNT (1 tonă TNT=1.200 kWh, respectiv o megatonă=1,2 miliarde kWh). Bomba atomică care a distrus Hiroshima a fost de 15.000 tone TNT (18 milioane kWh). Arsenalul american de bombe nucleare a fost de 20.000 megatone și dacă ar fi fost utilizate, ele ar fi dezvoltat o energie de 100.000 kWh/persoană, sau 7 kWh/zi/persoană pe o durată de 40 de ani, echivalentă cu producţia furnizată de toate centralele electrice nucleare din SUA.

Între 1945-1996, SUA a produs 104 tone de plutoniu și 994 tone uraniu îmbogăţit. Pentru a produce 1 g de plutoniu se consumă 24.000 kWh de energie, așadar pentru 104 tone de plutoniu s-au consumat 2.500 miliarde kWh, sau 0,5 kWh/zi/persoană. Consumul de energie pentru îmbogăţirea uraniului în aceeași perioadă (separarea U235 de izotopul U238) a fost de 0,1 kWh/zi/persoană.[1]

Consumul de energie în universităţi. După raportul Times Higher Education Supplement (30 martie 2007), universităţile britanice consumă 5,2 miliarde kWh/an, sau 0,24 kWh/zi/persoană, mult mai puțin ca apărarea naţională.

Din analiza principalilor consumatori din Marea Britanie reiese un consum de energie de 195 kWh/zi/persoană.

Tabelul de mai jos prezintă consumul de energie în Marea Britanie, în comparație cu potențialul de producție al energiei regenerabile.

Datele de mai sus arată că ne găsim într-o cursă energetică strânsă şi globală. Oare omenirea va putea supravieţui energetic dacă se vor utiliza numai formele de energie regenerativă? În ciuda valorilor mai mici, răspunsul poate fi pozitiv, dacă facem câteva precizări şi corecturi.

– Energia de 195 kWh/zi/persoană, calculată pentru Marea Britanie, ar putea fi redusă la 125 kWh/zi/persoană, o valoare mai apropiată de consumul european. Pentru comparaţie, un american consumă 250 kWh/zi.

– Potențialul energiilor regenerabile a fost subestimat, deşi datele provin de la instituţii de prestigiu, precum Sustainable Development Commission, the Institute of Electrical Engineers, the Centre for Alternative Technology.

– Care este influența constrângerilor sociale şi economice? Comparând consumul de 125 kWh/zi al unui cetăţean englez cu valoarea cel de numai 80 kWh/zi al unui cetătean din Hong-Kong (ambele ţări având valori apropiate ale PNB), se pune întrebarea: țările cu un nivel ridicat de viaţă vor putea să-şi micşoreze consumul de energie, astfel încât cererea să poată fi acoperită de energiile regenerabile? Și dacă da, cum se poate face trecerea?

Din această prezentare pot fi trase două concluzii:

1. Ţările dezvoltate consumă mai multă energie ca cele nedezvoltate, însă rata de creştere a populaţiei este în scădere.

2. Ţările nedezvoltate consumă mult mai puțină energie, însă rata de creştere a populaţiei este mare.

În presupunerea optimistă că rata consumului de energie va scădea pentru toate statele lumii, aceasta va contribui la temporizarea consumului de energie de provenienţă fosilă, însă nu va avea o influenţă hotărâtoare asupra consumului mondial total, din cauza factorului demografic în continuă creştere. Compensarea acţiunii factorului demografic privind consumul mondial de energie se poate face prin utilizarea raţională a energiei de provenienţă fosilă şi introducerea treptată a energiilor regenerabile. Pentru a nu intra de la început într-un eventual cerc vicios de prevestiri panicoase privind situaţia rezervelor mondiale de energie fosilă, situaţia probabilă a resurselor încă existente şi perioada previzibilă până la epuizarea completă a carburanţilor fosili cunoscuţi şi utilizaţi în prezent se va schimba ȋn favoarea noastră prin cercetări geologice și găsirea unor noi resurse energetice.

Dr. Roman Baican

Offenbach am Main, la 28.08.2021

---

[1] Notă: Cheltuielile militare pe anul 2009 – SUA 548,5 Mrd US$, China 63,6 Mrd US$, Marea Britanie 57,4 Mrd US$, Franţa 52,5 Mrd US$, Rusia 38,2 Mrd US$, Germania 37,2 Mrd US$.