Δεύτερο Μέρος Ετήσιας Έκθεσης Εργαστηρίου Ήπιων Μορφών Ενέργειας & Προστασίας Περιβάλλοντος, Πανεπιστήμιο Δυτικής Αττικής
Ιωάννης K. Καλδέλλης, Δέσποινα Μπουλογιώργου, Παναγιώτης Τριανταφύλλου
Εργαστήριο Ήπιων Μορφών Ενέργειας και Προστασίας Περιβάλλοντος,
Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Δυτικής Αττικής
e-mail: jkald@uniwa.gr
Διαβάστε το πρώτο μέρος εδώ
1. Το Ενεργειακό Ισοζύγιο του Πλανήτη
Η συνεχιζόμενη τα τελευταία πενήντα χρόνια αύξηση στην κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας του πλανήτη μας, με ρυθμούς που κυμαίνονται ετησίως μεταξύ 2% και 3% και με δεδομένο το πλανητικό ενεργειακό μίγμα που ακόμα και σήμερα στηρίζεται κατά 85% σε αποθεματικούς-αναλώσιμους ενεργειακούς πόρους θέτει επιτακτικά πλέον το ερώτημα της Ενεργειακής Επάρκειας για την ανθρώπινη κοινωνία τα επόμενα 50 χρόνια και αναδεικνύει έντονα την απειλή του «Ενεργειακού Χειμώνα».
Επιχειρώντας να αναλύσουμε το πλανητική ενεργειακό ισοζύγιο, από τα διαθέσιμα μέχρι σήμερα στοιχεία, η βασική εισροή ενέργειας του πλανήτη μας προέρχεται από την ηλιακή ακτινοβολία, η οποία εκτιμάται ως συνεχή ροή ισχύος ίσης (στα όρια της γήινης ατμόσφαιρας) με περίπου 170.000TW, ενώ περιορισμένη ροή ισχύος (γεωθερμία) προέρχεται από το εσωτερικό της γης (περίπου 32TW) και από τις παλίρροιες (3TW), που συνδέονται με τις αναπτυσσόμενες βαρυτικές δυνάμεις μεταξύ γης και σελήνης ή γης και ήλιου. Αντίστοιχα, το 30% περίπου της προσπίπτουσας ηλιακής ενέργειας ανακλάται στο διάστημα, το 47% απορροφάται από τη γήινη ατμόσφαιρα και καθορίζει το κλίμα του πλανήτη μας, ενώ το 23% δημιουργεί τον υδρολογικό κύκλο της γης. Αντίστοιχα, από τις υφιστάμενες εκτιμήσεις αιολικού και κυματικού δυναμικού, η κινητική ενέργεια των ανέμων και τα θαλάσσια κύματα αντιπροσωπεύουν συνεχή πλανητική ροή ισχύος περίπου 370TW, οπότε σε θεωρητικό επίπεδο η ετήσια διαθέσιμη αιολική και κυματική ενέργεια προσδιορίζεται στα επίπεδα των 3.250.000TWhe.
Για λόγους σύγκρισης αξίζει να αναφερθεί ότι η συνολική κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας του πλανήτη μας δεν ξεπερνά ετησίως τις 30.000TWhe, δηλαδή το 0.9% της προαναφερθείσας αιολικής και κυματικής ενέργειας. Φυσικά κανείς δεν μπορεί να ισχυριστεί ότι με τις παρούσες συνθήκες είναι δυνατή η κάλυψη των αναγκών ηλεκτροπαραγωγής με αποκλειστική αξιοποίηση της αιολικής ενέργειας, όμως τα διαθέσιμα στοιχεία καταδεικνύουν τις δυνατότητες της αιολικής ενέργειας για σημαντική συνεισφορά στο ενεργειακό ισοζύγιο του πλανήτη μας, σε επίπεδα σαφώς υψηλότερα των σημερινών 750TWhe (2020).
2. Διαθέσιμα Ενεργειακά Αποθέματα Ορυκτών Καυσίμων
Όπως ήδη αναφέρθηκε η τρέχουσα πλανητική κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας καλύπτεται σε ποσοστό 85% από τα συμβατικά (ορυκτά) καύσιμα, ενώ ο μέσος ετήσιος ρυθμός αύξησης (τα τελευταία χρόνια) της ενεργειακής κατανάλωσης κυμαίνεται στα επίπεδα του 2% έως 2.5%. Αναφορικά με τη μεταβολή της κατανάλωσης πετρελαίου η ημερήσια κατανάλωση είναι σταθερά αυξητική (Σχήμα (1)) κατά την περίοδο μελέτης και προσέγγισε το 2019 τα 100 εκατομμύρια βαρέλια ημερησίως για να περιοριστεί το 2020 (ως συνέπεια της πανδημίας) στα 88.5 εκατομμύρια. Αντίστοιχα ο λόγος “R/P” (δηλαδή αποθέματα προς ετήσια παραγωγή) ισούται με 50, δηλώνοντας ότι τα βεβαιωμένα τεχνικο-οικονομικά απολήψιμα αποθέματα του πλανήτη μας είναι περίπου πενήντα φορές η αντίστοιχη ετήσια κατανάλωση. Τέλος, στο Σχήμα (2) παρουσιάζεται η πλανητική κατανομή των βεβαιωμένων αποθεμάτων πετρελαίου, από την οποία όμως απουσιάζουν οι ΗΠΑ, που για πολλούς αναλυτές διαθέτουν σχετικά αποθέματα εφάμιλλα της Σαουδικής Αραβίας. Από την αξιολόγηση των δεδομένων του Σχήματος (2) προκύπτει η σχεδόν κατά 50% συγκέντρωση των αποθεμάτων πετρελαίου στην ευρύτερη Μέση Ανατολή, ενώ καταδεικνύεται και η ενεργειακή συμβολή χωρών όπως η Βενεζουέλα, η Λιβύη και η Νιγηρία, οι οποίες βρίσκονται σε διαρκείς πολιτικές και πολεμικές αναταραχές. Σημαντικά μερίδια στα πλανητικά αποθέματα πετρελαίου διαθέτει ο Καναδάς και η Ρωσία, ενώ το αντίστοιχο μερίδιο της Ε.Ε. είναι ιδιαίτερα περιορισμένο, γεγονός που υπογραμμίζει την εξάρτηση της Ένωσης από εισαγωγές πετρελαίου.
Αντίστοιχη πορεία εμφανίζει και η πλανητική κατανάλωση φυσικού αερίου στην υπό μελέτη περίοδο (Σχήμα (3)), η οποία αυξάνεται ραγδαία από τα 700 δισεκατομμύρια κυβικά μέτρα το 1965 στα περίπου 3900 δισεκατομμύρια κυβικά μέτρα το 2020. Και για την περίπτωση του φυσικού αερίου ο λόγος (R/P) ισούται επίσης με περίπου 50, δηλώνοντας ότι τα βεβαιωμένα τεχνικο-οικονομικά απολήψιμα αποθέματα του πλανήτη μας εκτιμώνται σε περίπου πενήντα φορές την αντίστοιχη ετήσια κατανάλωση. Αν και τα μεγαλύτερα βεβαιωμένα αποθέματα φυσικού αερίου (40%) εντοπίζονται και πάλι στη Μέση Ανατολή (Σχήμα (4)), σημαντικά αποθέματα φυσικού αερίου καταγράφονται και στην περιοχή της τ. Σοβιετικής Ένωσης (30%), ενώ τα υπόλοιπα αποθέματα μοιράζονται με συγκρίσιμα ποσοστά στις υπόλοιπες ηπείρους του πλανήτη μας. Και για την περίπτωση του φυσικού αερίου το αντίστοιχο μερίδιο της Ε.Ε. είναι ιδιαίτερα περιορισμένο (2%), γεγονός που υπογραμμίζει και πάλι την εξάρτηση της Ένωσης από εισαγωγές φυσικού αερίου.
Ιδιαίτερο ενδιαφέρον επίσης παρουσιάζει και η διαχρονική μεταβολή της πλανητικής κατανάλωσης του άνθρακα, Σχήμα (5), η οποία μετά από μια δυναμική αύξηση την περίοδο 2000-2014 φαίνεται να σταθεροποιείται τα τελευταία πέντε έτη στα επίπεδα των 3800 Mtoe. Από τα διαθέσιμα στοιχεία, η σημαντική αύξηση στην πλανητική κατανάλωση άνθρακα αποδίδεται στη χρήση του άνθρακα από την κινεζική οικονομία, δεδομένου ότι η Κίνα το 2020 καταναλώνει το 50% σχεδόν του άνθρακα σε πλανητικό επίπεδο. Αντίθετα, μείωση καταγράφεται στη χρήση του άνθρακα τόσο από την οικονομία των ΗΠΑ όσο και της Ε.Ε. ως αποτέλεσμα των προσπαθειών που καταβάλλονται για να περιοριστούν οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις του ενεργειακού τομέα και ειδικότερα των εκπομπών των αερίων του θερμοκηπίου. Στην περίπτωση του άνθρακα η αναλογία βεβαιωμένων αποθεμάτων προς ετήσια παραγωγή (R/P≈130) είναι αρκετά μεγαλύτερη του πετρελαίου και του φυσικού αερίου, ενώ τα σχετικά αποθέματα εμφανίζουν αρκετά ευρύτερη γεωγραφική διασπορά (Σχήμα (6)) σε σχέση με τα αντίστοιχα των υγρών και αέριων καυσίμων. Από τα δεδομένα του Σχήματος (6) προκύπτει ότι τα μεγαλύτερα τεχνικο-οικονομικά απολήψιμα αποθέματα άνθρακα εντοπίζονται στις ΗΠΑ (23%), ενώ αξιόλογα αποθέματα καταγράφονται σε Ρωσία, Αυστραλία, Κίνα και Ινδία. Η Ε.Ε. τέλος διαθέτει ορισμένα αποθέματα άνθρακα σε Γερμανία, Πολωνία και Ελλάδα, ωστόσο η ενεργειακή πολιτική της Ε.Ε. στο πλαίσιο του περιορισμού της κλιματικής αλλαγής αποθαρρύνει την αξιοποίησή τους και επιταχύνει την ενεργειακή μετάβαση σε τεχνολογίες μηδενικού άνθρακα.
Τέλος, η ετήσια κατανάλωση πυρηνικής ενέργειας την τελευταία εικοσαετία εκτιμάται (παραμένει σχεδόν σταθερή) στα επίπεδα των 600 Mtoe, χωρίς όμως να μπορεί κανείς να προσδιορίσει επακριβώς τα βεβαιωμένα αποθέματα πυρηνικών καυσίμων με δεδομένη και τη διαρκή εξέλιξη της πυρηνικής τεχνολογίας (π.χ. αναγεννητικοί πυρηνικοί αντιδραστήρες).
Ολοκληρώνοντας την αναφορά στα πλανητικά αποθέματα συμβατικών (ορυκτών καυσίμων) προκύπτει ότι όπως είναι κατανοητό από τα παραπάνω, η ανθρωπότητα τα τελευταία εκατό περίπου χρόνια σπαταλά τα πολύτιμα ενεργειακά αποθέματα του πλανήτη μας χωρίς κανένα αίσθημα κοινωνικής δικαιοσύνης και μέριμνας για τις επόμενες γενεές, αγνοώντας σε σημαντικό βαθμό τη συνεπαγόμενη περιβαλλοντική υποβάθμιση, ενώ αφήνει αναξιοποίητο το άφθονο και διαχρονικά ανεξάντλητο ανανεώσιμο δυναμικό του πλανήτη μας. Βασιζόμενοι στα δημοσιευμένα στοιχεία ενεργειακών φορέων σχετικά με τα πλανητικά ενεργειακά αποθέματα ορυκτών καυσίμων είναι προφανές πλέον ότι η εξάντληση των προαναφερθέντων αποθεμάτων τοποθετείται σαφώς εντός του 21ου αιώνα.
3. Υπάρχει Κίνδυνος Εξάντλησης των Ενεργειακών Αποθεμάτων του Πλανήτη μας;
Συνοψίζοντας τα συμπεράσματα από την πλανητική ενεργειακή κατάσταση όπως ήδη καταγράφεται στο Πρώτο Μέρος της παρούσας έκθεσης, είναι προφανές ότι μεταξύ 1970 και 2020 καταγράφεται ένας τριπλασιασμός στην πλανητική κατανάλωση ενέργειας, γεγονός που ισοδυναμεί με μια μέση ετήσια αύξηση περίπου 2.1%. Βασικοί λόγοι οι οποίοι συνηγορούν στη συνέχεια της αύξησης της πλανητικής κατανάλωσης ενέργειας είναι αρχικά η αύξηση του πληθυσμού του πλανήτη μας, καθώς οι εκτιμήσεις δίνουν ότι το 2050 ο πληθυσμός της γης θα ξεπεράσει (εκτός δραματικών απροόπτων, π.χ. πανδημία ή μια μεγάλη πυρηνική καταστροφή) τα εννέα (9) δισεκατομμύρια ανθρώπους. Να σημειωθεί ότι ο πληθυσμός του πλανήτη μας ήταν μόλις 2.5 δις το 1950. Ειδικότερα η αύξηση του πληθυσμού εντοπίζεται στις αναπτυσσόμενες χώρες του πλανήτη μας, ενώ για τις βιομηχανικά ανεπτυγμένες χώρες η εκτίμηση δεν υπερβαίνει τα 1.2 δισεκατομμύρια ανθρώπους, δηλαδή ο πληθυσμός των συγκεκριμένων χωρών θα παραμείνει σταθερός αν δεν μειωθεί. Με δεδομένη την αύξηση του πληθυσμού των αναπτυσσόμενων χωρών και τη ιδιαίτερα χαμηλή κατά κεφαλήν κατανάλωση ενέργειας τους, είναι αναμενόμενη η πίεση για αύξηση στην πρόσβαση ενεργειακών πηγών με στόχο όλες αυτές οι (πολυπληθείς) χώρες να προσεγγίσουν το μέσο πλανητικό όρο, δηλαδή τα 2 toe/cap. Αντίστοιχα, οι ισχυρότερες εξ αυτών (π.χ. Κίνα, Ινδία, Ιράν κ.λπ.) με συνολικό πληθυσμό που θα ξεπεράσει σαφώς τα τρία (≈3.5) δισεκατομμύρια θα διεκδικήσουν ακόμα μεγαλύτερη ανάπτυξη με σκοπό να πλησιάσουν ή και να ξεπεράσουν την ενεργειακή κατανάλωση των ΗΠΑ, της Ε.Ε. και της Ιαπωνίας. Τέλος, από την πλευρά τους και οι πολίτες των βιομηχανικά ανεπτυγμένων κρατών, ειδικότερα όσοι εξ αυτών διαθέτουν χαμηλά ή μέσα εισοδήματα, θα εντείνουν τις προσπάθειες τους για περαιτέρω βελτίωση του βιοτικού τους επιπέδου, επιλογή που συνδέεται άμεσα με την κατανάλωση περισσότερης ενέργειας. Συνεπώς και στις βιομηχανικά αναπτυγμένες χώρες, παρά την έντονη ανησυχία για την επερχόμενη περιβαλλοντική κρίση, η γενικότερη τάση οδηγεί σε σχετική αύξηση της ενεργειακής κατανάλωσης, ανατρέποντας τα προτεινόμενα μέτρα εξοικονόμησης ενέργειας (βλέπε και “rebound effect“).
Αντίστοιχα, εάν λάβουμε υπόψιν τα δημοσιευμένα στοιχεία σχετικά με τα διαθέσιμα τεχνικο-οικονομικά βεβαιωμένα ενεργειακά αποθέματα του πλανήτη μας, όπως αυτά προκύπτουν άλλωστε από την τρέχουσα κατανάλωση αποθεματικών ενεργειακών πόρων (πετρέλαιο, άνθρακας, φυσικό αέριο, σχάσιμα υλικά) και τους αντίστοιχους ρυθμούς “R/P“, τα απολύτως βεβαιωμένα ενεργειακά αποθέματα εκτιμώνται σε ένα εκατομμύριο (1,000,000) Mtoe, ενώ το περισσότερο από το 50% των εν λόγω αποθεμάτων αντιστοιχούν στα αποθέματα άνθρακα. Εκτιμήσεις έγκυρων οργανισμών και ερευνητών ισχυρίζονται ότι τα συνολικά πιθανά ενεργειακά αποθέματα του πλανήτη μας είναι μια τάξη μεγέθους μεγαλύτερα από τα ήδη βεβαιωμένα αποθέματα και κυμαίνονται μεταξύ 10,000,000 και 20,000,000 Mtoe. Στο πλαίσιο αυτό, το βασικό ερώτημα που προκύπτει από την παράθεση των διαθέσιμων στοιχείων είναι εάν εξασφαλίζεται η ενεργειακή επάρκεια του πλανήτη μας για τα επόμενα χρόνια σε συνδυασμό και με την επερχόμενη κλιματική αλλαγή. Είναι συνεπώς σημαντικό να γίνει μια πρώτη εκτίμηση του χρόνου επάρκειας των πλανητικών ενεργειακών αποθεμάτων, σε μια προσπάθεια να διερευνηθεί έστω και προσεγγιστικά η απειλή ενός επερχόμενου ενεργειακού χειμώνα.
Για το σκοπό αυτό θα χρησιμοποιήσουμε την απαραίτητη μαθηματική ανάλυση και θα υποθέσουμε ότι είναι γνωστός ο μέσος ετήσιος ρυθμός αύξησης της πλανητικής κατανάλωσης αποθεματικών ενεργειακών πόρων “ef“, για τον οποίον θα ακολουθήσει σχετική παραμετρική ανάλυση, ενώ θα δεχθούμε ότι η πλανητική κατανάλωση συμβατικών καυσίμων (πετρέλαιο, άνθρακας, φυσικό αέριο, σχάσιμα πυρηνικά υλικά) για το 2020 ισούται με περίπου (Eo≈) 11600 Mtoe. Συνεπώς, η συνολική κατανάλωση αποθεματικών ενεργειακών πόρων την περίοδο 2020 έως 2020+n (μη συμπεριλαμβανομένου του έτους 2020) μπορεί να υπολογισθεί μετά από μαθηματική επεξεργασία των διαθέσιμων δεδομένων.
Η αναλυτική επίλυση του παραπάνω μαθηματικού προβλήματος μπορεί να μας προσδιορίσει το χρόνο “2020+n” στον οποίο αναμένεται η εξάντληση των βεβαιωμένων ενεργειακών αποθεμάτων του πλανήτη μας, εφόσον γνωρίζουμε με επαρκή ακρίβεια τα εν λόγω ενεργειακά αποθέματα το συγκεκριμένο έτος αλλά και τη μακροχρόνια μέση τιμή “ef” ετήσιας αύξησης της κατανάλωσης των αποθεματικών ορυκτών καυσίμων. Για παράδειγμα, η αντίστοιχη αύξηση την περίοδο 1965-2019 ισούται με ef=2.32%.
Εφαρμόζοντας την ανάλυση που προαναφέραμε και αξιοποιώντας τα διαθέσιμα δεδομένα προκύπτει (βλέπε και Σχήμα (7)) ότι η εξάντληση των σημερινά βεβαιωμένων πλανητικών αποθεμάτων ορυκτών καυσίμων αναμένεται τα επόμενα 40 έως 60 έτη, καθώς η μέση ετήσια αύξηση της κατανάλωσής τους κυμαίνεται μεταξύ 3% και 1% αντίστοιχα. Συνεπώς, εφόσον συνεχίσουμε να αντλούμε αποθεματικούς ενεργειακούς πόρους τα επόμενα έτη με το ρυθμό της προηγούμενης πεντηκονταετίας (≈2.3%), το 2060 θα πλησιάζουμε στην πλήρη εξάντληση των σημερινά βεβαιωμένων ενεργειακών αποθεμάτων του πλανήτη μας, με την επιπλέον παραδοχή ότι όλοι οι διαθέσιμοι αποθεματικοί ενεργειακοί πόροι είναι πλήρως εναλλάξιμοι και ισοδύναμοι από πλευράς χρήσεων μεταξύ τους, δηλαδή για παράδειγμα ο άνθρακας ή η πυρηνική ενέργεια μπορούν να υποκαταστήσουν πλήρως το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο στο σύνολο των εφαρμογών τους και αντιθέτως.
Ακολούθως, υποθέτοντας ότι τα πραγματικά ενεργειακά αποθέματα του πλανήτη μας σε ορυκτά καύσιμα είναι δέκα (10) φορές μεγαλύτερα από ότι είναι σήμερα γνωστά και αξιοποιήσιμα, ο χρόνος εξάντλησής τους μετατίθεται (Σχήμα (7)) στα επόμενα 100 έως 220 έτη από το 2020, χρονική περίοδος που πιθανόν να φαίνεται σημαντική, αλλά στην πραγματικότητα είναι ασήμαντη σε σχέση με τη γνωστή καταγεγραμμένη ιστορία του ανθρώπινου είδους, που ξεπερνά τα 10000 έτη. Περιορισμένη επιμήκυνση του χρόνου εξάντλησης των πλανητικών ενεργειακών αποθεμάτων καταγράφεται στην περίπτωση που τα ενεργειακά αποθέματα είναι 100 φορές ή και 1000 φορές μεγαλύτερα από τα σήμερα βεβαιωμένα αποθέματα. Πράγματι ο χρόνος εξάντλησης μετατίθεται στα επόμενα 180 έως και 440 έτη, όμως σε καμία περίπτωση δεν υπερβαίνει τα 700 έτη, υπογραμμίζοντας με τον πιο εμφατικό τρόπο ότι για τη διατήρηση της ενεργειακής βιωσιμότητας του ανθρώπινου είδους απαιτείται μια διαφορετική ενεργειακή λύση από εκείνη που εφαρμόζεται τα τελευταία εκατό τουλάχιστον χρόνια στον πλανήτη μας.
Στο πλαίσιο αυτό, η συστηματική εξοικονόμηση και ορθολογική χρήση ενέργειας και η σταδιακή αλλά ταχεία υποκατάσταση των χρησιμοποιούμενων ορυκτών (αποθεματικών) καυσίμων με ανανεώσιμες και ήπιες ενεργειακές πηγές, όχι μόνο περιορίζουν τις σοβαρές περιβαλλοντικές απειλές για τον πλανήτη μας αλλά εξασφαλίζουν ενεργειακή επάρκεια για το ανθρώπινο είδος εξαλείφοντας την απειλή του ενεργειακού χειμώνα. Η επιτάχυνση εφαρμογής των προτεινόμενων λύσεων είναι απαραίτητη, διότι ακόμα και αν σταθεροποιηθεί στα σημερινά επίπεδα η χρήση ορυκτών αποθεματικών καυσίμων (δηλαδή ef=0%) ο χρόνος εξάντλησής των τεχνικο-οικονομικά απολήψιμων βεβαιωμένων ενεργειακών αποθεμάτων του πλανήτη μας τοποθετείται στα τέλη του 21ου αιώνα!
Απόσπασμα από τα Συμπεράσματα (Δεύτερο Μέρος) της Ετήσιας Έκθεσης Εργαστηρίου Ήπιων Μορφών Ενέργειας & Προστασίας Περιβάλλοντος, Πανεπιστήμιο Δυτικής Αττικής
