Ochrona klimatu czy zabójca klimatu: Jaki jest rzeczywisty ślad węglowy turbin wiatrowych?
Turbiny wiatrowe mają oszczędzać CO₂. Ale jak bardzo "przyjazne dla klimatu" są turbiny wiatrowe? Niektóre czynniki zaciemniają pozornie nieskazitelną równowagę klimatyczną. Analiza ujawnia poszczególne ukryte aspekty.
Energia wiatrowa jest uważana za jeden z najważniejszych filarów transformacji energetycznej. Turbiny wiatrowe mają generować duże ilości energii elektrycznej i jednocześnie oszczędzać dwutlenek węgla (CO₂).
Wiele rządów i organizacji opisuje tę cząsteczkę jako truciznę klimatyczną, która ma powodować katastrofalne skutki wraz ze wzrostem jej stężenia w atmosferze ziemskiej. Tysiące naukowców zaprzecza obecnie temu poglądowi.
W poniższej analizie przyjrzymy się jednak bilansowi CO₂ dużych turbin wiatrowych. Nie jest on zerowy. Mają one również tak zwany ślad CO₂. Pod uwagę brane są wszystkie procesy, od budowy po demontaż i utylizację.
Budowa fundamentów powoduje emisję dużej ilości CO₂.
Zanim firma budowlana będzie mogła postawić turbinę wiatrową, należy najpierw zbudować stabilny żelbetowy fundament. Jest to konieczne, aby zapewnić, że cała turbina pozostanie stabilna i będzie działać przez cały okres eksploatacji.
Dotyczy to również obecnie planowanego projektu budowlanego w lesie Altdorfer w południowo-wschodniej Badenii-Wirtembergii. Ma tam powstać farma wiatrowa z 39 dużymi turbinami wiatrowymi (model Vestas V172-7.2), z których każda może wyprodukować około 7,2 megawata (moc znamionowa) w optymalnych warunkach wiatrowych.
Kierownik budowy wyjaśnił w filmie, że cement jest składnikiem używanym do produkcji betonu na fundament. Taki fundament wymaga 525 ton cementu. Taka ilość cementu powoduje emisję 315 ton CO₂.
Z chemicznego punktu widzenia zachodzi następujący proces: w temperaturze 1450 stopni Celsjusza tlenek wapnia, główny składnik cementu (CaCO3 > CaO + CO₂), powstaje z węglanu wapnia wapienia poprzez odszczepienie dwutlenku węgla. Emisja ta jest zatem nieunikniona i według portalu "Baunetzwissen" odpowiada obecnie za około 60 procent emisji CO₂ podczas produkcji materiałów budowlanych.
W Niemczech powstaje żelbetowy fundament turbiny wiatrowej.
Dużo stali, dużo CO₂
Następnie w fundamentach znajduje się stal, której produkcja również powoduje emisję CO₂. Według raportu FAZ, jedna tona surowej stali wytwarza około 1,7 tony emisji CO₂. Dalsze przetwarzanie surowej stali może również powodować dalsze emisje CO₂. Według portalu "Pro Schurwald", fundament turbiny wiatrowej Enercon E-126 o mocy 7,58 megawatów zawiera 180 ton stali. Byłoby to co najmniej kolejne 306 ton CO₂. A my wciąż jesteśmy na etapie fundamentów.
Gdy fundament zostanie ostatecznie ukończony, turbinę wiatrową można postawić. Jak informuje nas "Bundesverband WindEnergie", w większości przypadków stosuje się obecnie stalową wieżę rurową. Stalowa wieża waży od 60 do 250 ton dla wielomegawatowej turbiny wiatrowej o wysokości od 60 do 120 metrów.
Wspomniany powyżej Vestas V172-7.2 ma wysokość piasty 199 metrów, a wysokość wieży jest odpowiednio o około 2 metry mniejsza. Oznacza to około 410 ton stali, co odpowiada za co najmniej kolejne 697 ton CO₂.
Gondola, która również wykonana jest głównie ze stali, waży kolejne 120 ton (dla E-126). Odpowiada to około 80 samochodom osobowym. Generator - również wykonany głównie ze stali - o wadze 220 ton jest tutaj umieszczony, a wirniki z piastą są do niego przymocowane. Gondola i generator mają zatem wartość CO₂ wynoszącą co najmniej 578 ton.
Szczególne produkty w turbinach wiatrowych
Według "cp.max Rotortechnik", łopaty wirnika są obecnie wykonane głównie z tworzyw sztucznych wzmocnionych włóknami. Włókna szklane i czasami włókna węglowe są wykorzystywane jako materiały włókniste. Ślad CO₂ popularnych tworzyw sztucznych, takich jak polietylen, polipropylen lub PET, wynosi około dwóch kilogramów ekwiwalentu CO₂ na kilogram polimeru.
Tworzywa sztuczne są stosowane w połączeniu z metalami, takimi jak żelazo, miedź, aluminium i ołów, a także piankami z tworzyw sztucznych, drewnem balsa i farbami z cząsteczkami dwutlenku tytanu. Łopata wirnika o długości 85 metrów, jak w przypadku Vestas V172-7.2, waży nieco poniżej 43 ton. Eksperci uważają, że przyszła utylizacja łopat wirnika jest niezwykle problematyczna, ponieważ nie nadają się one do recyklingu, jeśli w ogóle.
W związku z tym ślad CO₂ łopaty wirnika wykonanej z mieszanych włókien plastikowych - optymistycznie oszacowany i przy braku innych wartości - wynosi co najmniej 86 ton. Turbina wiatrowa ma trzy, czyli 258 ton.
Metale ziem rzadkich, takie jak około dwie tony neodymu, są również wbudowane w turbinę wiatrową o mocy znamionowej dziesięciu megawatów. Neodym jest wydobywany prawie wyłącznie w chińskich kopalniach. Chociaż prawie nie uwalnia się CO₂, toksyczne odpady powstają, gdy neodym jest oddzielany od wydobytej skały. Ponadto podczas procesu wydobywczego uwalniane są radioaktywny uran i tor.
Należy również wspomnieć, że wiele turbin wiatrowych jest obecnie budowanych na obszarach leśnych. W tym celu każda turbina wiatrowa musi zniszczyć tysiące metrów kwadratowych lasu. Po demontażu turbiny wiatrowej tylko jej część może zostać ponownie zalesiona.
To, co pozostaje trwale zalesione, to obszar podstawy fundamentu o powierzchni około 500 metrów kwadratowych (m²) i obszar parkowania dźwigu o powierzchni około 1800 m², a także droga dojazdowa. Każde drzewo to mniej wiązań i mniej zmagazynowanego CO₂. Według "Plant for the Planet" jedno drzewo może związać średnio dziesięć kilogramów CO₂ rocznie.
Włókna plastikowe są regularnie stosowane w łopatach wirników turbin wiatrowych
Zużycie smarów i oleju napędowego
Turbiny wiatrowe są również zależne od produktów kopalnych, takich jak smary podczas pracy. Według analizy cyklu życia turbiny wiatrowej Vestas V112 (o mocy znamionowej trzech megawatów), każda z tych turbin zużywa 1,27 tony smarów. Ponadto transformator zużywa 13 ton smarów i chłodziw, donosi "Avenergy". Konwencjonalne transformatory olejowe zawierają olej mineralny, który służy jako medium chłodzące i izolacyjne. Analiza opiera się na założeniu, że turbiny wiatrowe będą działać przez 20 lat.
Wiele turbin wiatrowych posiada również silnik wysokoprężny. Jest to szczególnie konieczne w przypadku elektrowni morskich na morzu, ponieważ wrażliwe turbiny muszą obracać się regularnie - nawet jeśli wiatr nie wieje przez długi czas. W przeciwnym razie istnieje ryzyko korozji spowodowanej słonym morskim powietrzem.
Ponadto występują emisje CO₂, w szczególności z transportu i pracy dźwigów - zwłaszcza w przypadku elektrowni morskich. Nie jest możliwe określenie ich dokładnej wartości, ponieważ zależą one w dużej mierze od typu ciężkiego transportera lub statku transportowego i jego rodzaju napędu, a także długości tras transportowych.
Czym jest bilans CO₂?
A co z bilansem CO₂? Aby to ustalić, potrzebna jest jednostka, która może porównać różne typy elektrowni. Dr Christoph Canne, chemik i rzecznik federalnej inicjatywy "Vernunftkraft", która jest krytyczna wobec energii wiatrowej, na pytanie Epoch Times podał termin "emisje GHG (gazów cieplarnianych) w cyklu życia".
"Jest to całkowite zużycie gazów cieplarnianych, przeliczone na ekwiwalenty CO₂, które elektrownia generuje zarówno podczas budowy, jak i eksploatacji, podzielone przez produkcję energii elektrycznej w całym okresie jej eksploatacji" - powiedział Canne. Jest to wyrażone w gramach ekwiwalentu dwutlenku węgla na kilowatogodzinę (g CO₂eq/kWh).
Zgodnie z oczekiwaniami, elektrownie węglowe bez wychwytywania i składowania CO₂ (CCS) mają największy ślad CO₂. Wartości te wahają się od 753 do 1095 g CO₂eq./kWh. Bilans jest lepszy dla elektrowni węglowych z CCS. Wówczas wynosi on od 149 do 470 g CO₂eq/kWh.
Turbiny wiatrowe mają w rzeczywistości stosunkowo niewielki ogólny ślad CO₂. Duże turbiny wiatrowe na lądzie (onshore) emitują tylko od 7,8 do 16 g CO₂eq./kWh. W przypadku elektrowni morskich wartość ta jest nieco wyższa i wynosi od 12 do 23 g CO₂eq/kWh. "Fakt, że wartości te różnią się w przypadku energii wiatrowej, wynika z faktu, że jej wydajność elektryczna w dużym stopniu zależy od lokalizacji" - wyjaśnił Canne.
Emisje gazów cieplarnianych w cyklu życia różnych typów elektrowni od 2020 r. (średnia = wartość średnia).
Absorpcja CO₂ już w pierwszym roku eksploatacji?
Jak donosi "E-driver", w elektrowniach morskich niektórzy producenci nadal stosują szkodliwy dla klimatu sześciofluorek siarki. Ze względu na dobre właściwości izolacyjne jest on stosowany głównie w rozdzielnicach, w których rozprowadzana jest energia.
Jednak sześciofluorek siarki - w skrócie SF6 - ma najsilniejszy efekt cieplarniany ze wszystkich znanych substancji. Jest on około 22 800 razy silniejszy niż dwutlenek węgla. Według Martina Gerhardta, menedżera w Siemens Gamesa, nie używa już tego gazu w nowoczesnych turbinach powyżej 60 kilowoltów. Poniżej tej wartości jest on jednak nadal używany.
Jeśli chodzi o emisję CO₂ związaną z budową takiej elektrowni, czas potrzebny na jej zrekompensowanie poprzez produkcję energii "odnawialnej" jest również całkiem do opanowania. Według menedżera Siemens Gamesa, Martina Gerhardta, 8-megawatowa elektrownia musi działać tylko przez 7,4 miesiąca. Do tego czasu zrekompensuje ona już wszystkie emisje CO₂ w całym swoim cyklu życia.
Jednak Canne uważa ocenę Gerhardta za mydlenie oczu. "Takie obliczenia mogą być poprawne, jeśli porównamy turbinę wiatrową wzniesioną w optymalnej lokalizacji z emisją CO₂ z elektrowni węglowej. Ale jeśli porównać ją z elektrownią jądrową, nie ma takiego okresu jej zwrotu".
Zgodnie z aktualnymi danymi Europejskiej Komisji Gospodarczej (EKG ONZ), elektrownie jądrowe z 5,1 do 6,4 g CO₂eq./kWh są zasadniczo lepsze od elektrowni wiatrowych z 7,8 do 23 g CO₂eq./kWh.
Energia wiatrowa potrzebuje wsparcia
"Niemcy śródlądowe zwykle znajdują się w górnej części zakresu pokazanego na wykresie dla energii wiatrowej. Z drugiej strony, bogate w wiatr lokalizacje morskie tworzą dolny zakres" - powiedział Canne. Energia jądrowa radzi sobie jeszcze lepiej. "Oznacza to, że energia wiatrowa w Niemczech śródlądowych jest sama w sobie nawet czterokrotnie bardziej szkodliwa dla klimatu niż energia jądrowa" - podsumowuje Canne.
Ale wiele osób lubi pomijać kluczowy problem: "Istnieje również fakt, że energia wiatrowa w ogóle nie działa bez wsparcia". Energia wiatrowa potrzebuje dodatkowych elektrowni, które produkowałyby niezawodnie w okresach przestoju.
Canne dokonał obliczeń w tym zakresie: "Załóżmy, że w danym kraju zainstalowano elektrownię jądrową o mocy gigawata. Jej współczynnik wydajności wynosi 95 procent. Podobnie, instalujemy 200 turbin wiatrowych o mocy pięciu megawatów
każda". Te również mają nominalną moc jednego gigawata, ale współczynnik wydajności wynosi tylko 20 procent.
"Elektrownia jądrowa dostarcza 1000 megawatów × 365 dni × 24 godziny × 95% = 8,3 terawatogodzin rocznie", mówi absolwent chemii. Jednocześnie wpływ na to ma niska emisja CO₂.
Z drugiej strony jest 200 turbin wiatrowych: "Przy tych samych obliczeniach i 20-procentowym współczynniku wydajności daje to 1,75 TWh rocznie przy gorszym śladzie CO₂. Ale w tym przypadku wystąpiłby niedobór 6,55 terawatogodzin rocznie, które musiałyby być dostarczane z kopii zapasowej. "Jeśli ten zapas składa się z elektrowni gazowych, należy do nich zastosować 600 g CO₂eq./kWh" - podsumowuje Canne. "Tak więc nasze rozwiązanie w zakresie energii wiatrowej, aby dostarczyć 8,3 TWh, powoduje średnio 475 g CO₂eq./kWh". To tyle, ile emitują elektrownie węglowe z wychwytywaniem CO₂, które jest zakazane w Niemczech.
Canne podsumował: "To z tych powodów radzimy sobie tak źle pod względem emisji CO₂ w porównaniu z naszymi sąsiednimi krajami po ponad 20 latach rozwoju energetyki wiatrowej i słonecznej. Gorzej wypada tylko Polska, ale gdy tylko uruchomią swoje elektrownie jądrowe, przekażą nam tę czerwoną latarnię".
Wydajność energii wiatrowej w porównaniu z energią jądrową z uwzględnieniem współczynnika mocy.
Czy energia wiatrowa mija się z celami dekarbonizacji?
Na podstawie tych liczbowych przykładów elektrownie wiatrowe są bardziej szkodliwe niż użyteczne z punktu widzenia klimatu, powiedział. "Jeśli chcesz obniżyć te liczby, musisz zapewnić wysoką nadbudowę [przyp. red.: nadmierną ekspansję energii wiatrowej]. Mamy już z tym do czynienia w Niemczech. Ale potem pojawiają się problemy, takie jak przeciążenie sieci, ograniczanie elektrowni, środki redispatch, ujemne ceny" - wyjaśnił Canne.
"Nic więc dziwnego, że model rynkowy McKinsey zakłada również w dwóch z trzech scenariuszy, że Niemcy nie osiągną swoich celów w zakresie dekarbonizacji w ciągu najbliższych kilku lat".
- źródło