کدام شکل از انرژی کارآمدتر 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 نیاز به منابع و پالایش دارند، ساخت و نصب پیچیده ای دارند. وقتی صحبت از مصرف انرژی به میان می آید، در نگاه اول انرژی فسیلی گزینه مناسب تری به نظر می رسد (با توجه به سرمایه گذاری های لازم برای به دست آوردن آن). این باعث شده است که برخی استدلال کنند که گذار به انرژی های تجدیدپذیر منجر به کاهش تولید خالص انرژی در کل خواهد شد و هیچ کس به این موضوع اهمیت نمی دهد.

با این حال، یک مطالعه جدید توسط محققان دانشگاه لیدز در بریتانیا نشان می دهد که این موضوع اصلا جای نگرانی ندارد. در اکثر کشورها، انرژی های تجدیدپذیر در حال حاضر انرژی خالص بیشتری نسبت به سوخت های فسیلی که جایگزین می شوند، تولید می کند. نکته کلیدی این است که انجام کارهای مفید با الکتریسیته بسیار آسان تر از یک تکه زغال سنگ یا نفت خام است.

بهره وری انرژی و مزایا

اگرچه استخراج سوخت های فسیلی از نظر انرژی ارزان است، اما مواد بیرون آمده از زمین هنوز برای استفاده آماده نیستند. تبدیل آنها به شکل مفید و انتقال آنها به محل مورد نیاز هزینه زیادی دارد و انرژی پس از استفاده از بین می رود. این امر به ویژه برای کاربردهایی مانند موتورهای احتراق داخلی که کمتر از نیمی از انرژی آزاد شده هنگام سوزاندن بنزین به حرکت تبدیل می شود بسیار مهم است.

محققان شکل جایگزینی از بازگشت سرمایه در انرژی (EROI) را پیشنهاد کرده اند و آن را “مرحله مفید EROI” نامیده اند. این شکل جایگزین، میزان انرژی مورد نیاز برای عملکرد یک واحد انرژی را اندازه می‌گیرد که توسط جامعه ارزشمند است. مثلا گرم کردن خانه، جابجایی ماشین، روشنایی اتاق و ….

البته این یک اقدام پیچیده است، زیرا بستگی به نحوه استفاده از انرژی دارد که از کشوری به کشور دیگر متفاوت است. اگرچه گاز طبیعی هنگام تولید دارای همان EROI است. اما در کشوری که عمدتاً از گاز برای گرمایش استفاده می‌کند، فاز عرضه EROI با کشوری که از گاز برای تولید برق استفاده می‌کند متفاوت خواهد بود، زیرا این دو فعالیت بازده متفاوتی دارند.

برای تجزیه و تحلیل EROIهای مرحله عرضه، محققان کمیت جدیدی به نام “EROI مرحله پایانی” را محاسبه کردند که انرژی مصرف شده برای رسیدن یک واحد انرژی به نقطه ای را که آماده استفاده است و هر گونه هزینه انرژی برای به دست آوردن آن را که او مشخص می کند، ردیابی می کند. و تحویل می دهد. این اطلاعات به آنها اجازه می دهد تا این آمار را برای دوره 50 ساله از 1970 تا 2020 پیگیری کنند. آنها پایگاه داده مصرف انرژی خود را در سطح ملی ساخته اند. از آنجایی که کارایی برنامه‌های مختلف در دسترس است، محققان توانستند EROI مرحله استفاده را در هر کشوری که داده‌های مربوط به آن را داشتند، ردیابی کنند.

البته این اطلاعات شامل هزینه های انرژی زیرساخت های مورد نیاز برای استخراج سوخت های فسیلی نمی شود که در مواردی مانند حفاری دریایی می تواند قابل توجه باشد. بنابراین، محققان گمان می کنند که EROI در مرحله مصرف سوخت فسیلی احتمالاً بیش از حد برآورد شده است.

مقایسه EROI ها

تمرکز بر مزایا یک تفاوت اساسی ایجاد می کند. بر اساس داده‌های سال 2020، EROI نهایی سوخت‌های فسیلی که به مصرف‌کننده نهایی تحویل داده می‌شود بسیار خوب است، حدود 8.5 است، به این معنی که شما در هر عمل حدود 8.5 واحد انرژی دریافت می‌کنید. (این میانگین تمام سوخت ها و مصارف است.) با این حال، از کل مقدار انرژی جذب شده، تنها حدود 3.5 واحد به خوبی استفاده می شود، که اصلا خوب نیست، زیرا مردم معمولاً می خواهند به اندازه سرمایه گذاری خود کار کنند. انرژی

با این حال، سوخت های مختلف خواص بسیار متفاوتی دارند. EROI مرحله ابزار به 9.5 واحد (بالاترین مقدار) برای گاز طبیعی، 7.2 برای زغال سنگ و تنها 2 برای فرآورده های نفتی می رسد. این بدان معناست که ما فقط دو برابر انرژی را برای تولید و استفاده از بنزین مصرف می کنیم که از سوختن آن به دست می آوریم. بسیاری از این مقادیر در 50 سال گذشته تا حد زیادی بدون تغییر باقی مانده اند، به استثنای گاز طبیعی، که کاهش قابل توجهی در EROI در مرحله آماده سازی برای استفاده و کاهش کمتری در EROI در مرحله استفاده داشته است.

نحوه استفاده از این سوخت ها نقش زیادی در این ارزش ها دارد. به عنوان مثال، سطح EROI قابل استفاده برای گاز طبیعی در ساختمان های گرمایشی حدود 12 است، به این معنی که می توان از آن به طور معقول و کارآمد استفاده کرد. ارزش حرارتی فرآورده های نفتی فقط حدود 5 است. فرآورده های نفتی مورد استفاده برای حمل و نقل جاده ای و ریلی نیز وحشتناک هستند، بنابراین ارزش آنها برای سفرهای ریلی کمی بیش از 2 و برای سفرهای جاده ای کمتر از 2 است.

انرژی های تجدیدپذیر بر منابعی مانند باد و خورشید متمرکز شده است که الکترون ها را به شبکه می آورند و منابعی مانند تولید انرژی تجدیدپذیر از متان در حال حاضر بسیار کوچک هستند. از انرژی های تجدیدپذیر می توان به عنوان مثال برای گرمایش، حمل و نقل ریلی و جاده ای و سایر اهداف سوخت فسیلی استفاده کرد. استفاده از این انرژی در بسیاری از این کاربردها بسیار کارآمد است. ابزارهایی مانند پمپ های حرارتی و موتورهای الکتریکی در صورت استفاده موثر به طور قابل توجهی بهتر از سوخت های فسیلی هستند.

مقایسه انرژی های تجدیدپذیر

به طور متوسط، انرژی های تجدیدپذیر برای رقابت با سوخت های فسیلی به EROI حاشیه ای کمتر از 5 واحد نیاز دارند. محصولات گاز طبیعی بدترین ارزش مطلق را دارند، در حالی که انرژی های تجدیدپذیر برای رقابت در بخش انرژی به EROI نهایی کمی بیش از 10 واحد نیاز دارند. در مقابل، آنها فقط به یک EROI نهایی 3 واحدی برای رقابت با فرآورده های نفتی نیاز دارند.

محققان بسیاری از EROI های نهایی را بررسی کردند. از نظر مصرف انرژی برای تولید و بهره برداری، انرژی باد در حال حاضر از سوخت های فسیلی جلوتر است. حتی تعمیر و نگهداری توربین های بادی به طور متوسط ​​کمی کمتر از تعمیر و نگهداری سیستم های انرژی خورشیدی است

محققان همچنین یک تحلیل بین کشوری انجام دادند (جمهوری کنگو، ازبکستان و کره شمالی از این تحلیل مستثنی شدند) که نشان داد تنها در دو کشور EROI نهایی انرژی خورشیدی بیشتر از EROI نهایی انرژی فسیلی بود. به گفته محققان، تقریباً در همه کشورها، می توان انتظار داشت که انرژی های تجدیدپذیر انرژی مفید خالص بیشتری نسبت به سوخت های فسیلی فراهم کنند.

بر اساس این داده ها، گذار به انرژی های تجدیدپذیر باعث ایجاد یک بحران بزرگ انرژی نخواهد شد. در بلندمدت، بهبود در بهره وری و کارایی می تواند وضعیت را حتی بیشتر بهبود بخشد. اما بیشتر راه‌های مقابله با تغییرات آب و هوایی شامل ساخت منابع تولید بیشتر و ترکیب آنها با ذخیره‌سازی است که به انرژی‌های تجدیدپذیر اجازه می‌دهد حتی زمانی که فعالانه تولید نمی‌کنند، برق تولید کنند. تحت شرایط خاص، این امر به ناچار منجر به کاهش تولید انرژی تجدیدپذیر می شود و در نتیجه EROI این منابع تجدید پذیر را کاهش می دهد.

سناریوهای کربن زدایی

برای بررسی این کاهش، محققان در حال بررسی سناریوهای کربن زدایی هستند که توسط کشورهایی مانند فرانسه، بریتانیا و ایالات متحده برنامه ریزی شده است. حتی با در نظر گرفتن متناوب بودن، مهار و ذخیره سازی، به نظر می رسد باد بسیار جلوتر از جایگزین های سوخت فسیلی است. در مقابل، برخی برآوردها برای انرژی خورشیدی کمتر از EROI نهایی لازم برای رقابت با زغال سنگ و گاز طبیعی است. با این حال، تفاوت ها چشمگیر نیستند و تخمین های زیادی وجود دارد که انرژی خورشیدی بهتر از این سوخت های فسیلی است.

محققان بر این باورند که با معرفی فناوری های جدید، همه چیز می تواند تغییر کند. در حال حاضر، بیشتر گرمایش الکتریکی با عبور الکترون ها از یک سیم پیچ مقاومتی اتفاق می افتد که در مقایسه با سوزاندن سوخت های فسیلی نسبتاً ناکارآمد است. در مقابل، پمپ‌های حرارتی الکترون‌ها را با کارایی بیشتری نسبت به سوزاندن اشیا به اختلاف دما تبدیل می‌کنند و انرژی‌های تجدیدپذیر را برای این مورد استفاده رقابتی‌تر می‌کنند.

با این حال، حتی در بازار فعلی، تجزیه و تحلیل قویاً نشان می‌دهد که در بخش انرژی، انرژی‌های تجدیدپذیر به ازای هر واحد انرژی مورد استفاده در تولیدشان، انرژی بیشتری نسبت به سوخت‌های فسیلی تولید می‌کنند.

توجه به این نکته ضروری است که این تحلیل فقط هزینه های اشکال مختلف انرژی را در نظر می گیرد و عواملی مانند هزینه های مالی یا بهداشتی استفاده مداوم از سوخت های فسیلی را در نظر نمی گیرد. اگرچه زغال سنگ در این زمینه رقابتی است، اما از نظر اقتصادی بسیار بد است و به دلیل سطوح بالای آلودگی که تولید می کند، مشمول مقررات فزاینده ای است.

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

منبع: اشتراک در

54323