گاز، باد یا خورشید؛ کدام انرژی به‌صرفه‌تر است؟

برای خارج کردن زغال سنگ یا نفت از زمین انرژی زیادی لازم نیست. برعکس، بیشتر منابع انرژی تجدیدپذیر که شامل دستیابی و تصفیه منابع است، ساخت و نصب پیچیده ای دارند. بنابراین در نگاه اول وقتی صحبت از مصرف انرژی می شود، انرژی سوخت فسیلی (با توجه به سرمایه گذاری برای استخراج آن) گزینه بهتری به نظر می رسد. این باعث شده است که برخی استدلال کنند که گذار به انرژی های تجدیدپذیر منجر به کاهش کلی تولید انرژی خالص خواهد شد و هیچ کس اهمیتی نمی دهد.

با این حال، یک مطالعه جدید توسط محققان دانشگاه لیدز، بریتانیا، نشان می دهد که این موضوع اصلاً نگران کننده نیست. در اکثر کشورها، منابع انرژی تجدیدپذیر در حال حاضر بیشتر از سوخت های فسیلی که جایگزین می شوند، انرژی خالص تولید می کنند. نکته کلیدی این است که انجام کارهای مفید با برق بسیار آسان تر از 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 آماده استفاده نیستند. تبدیل آنها به شکل مفید و انتقال آنها به محل مورد نیاز هزینه زیادی دارد و پس از استفاده انرژی هدر می رود. این امر به ویژه برای کاربردهایی مانند موتورهای احتراق داخلی، که در آن کمتر از نیمی از انرژی آزاد شده از سوختن بنزین به حرکت تبدیل می شود، بسیار مهم است.

محققان شکل جایگزینی از بازگشت سرمایه در انرژی (EROI) را پیشنهاد کردند و آن را “مرحله سودمندی EROI” نامیدند. این فرم جایگزین اندازه گیری می کند که چقدر انرژی لازم است تا یک واحد انرژی به گونه ای کار کند که جامعه برای آن ارزش قائل است. مثلاً خانه را گرم کنید، ماشین را جابجا کنید، اتاقی را روشن کنید و غیره.

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

برای تجزیه و تحلیل EROI در سطح ابزار، محققان کمیت جدیدی به نام “EROI مرحله پایانی” را محاسبه می کنند که انرژی مصرف شده برای رساندن یک واحد انرژی به جایی که آماده استفاده است را ردیابی می کند و تمام هزینه های انرژی استخراج، پردازش را فراهم می کند. ، و آن را تحویل می دهد. این اطلاعات به آنها امکان می دهد این آمارها را برای دوره 50 ساله از 1970 تا 2020 ردیابی کنند. آنها پایگاه داده مصرف انرژی خود را در سطح ملی ساخته اند. از آنجایی که عملکرد برنامه‌های مختلف در دسترس است، محققان توانستند EROI مرحله ابزار 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 پیشنهاد می کنند که EROI برای سوخت های فسیلی احتمالاً بیش از حد برآورد شده است.

مقایسه EROI

تمرکز بر سودمندی تفاوت اساسی ایجاد می کند. با استفاده از داده های 2020، EROI نهایی سوخت های فسیلی که به کاربر نهایی تحویل داده می شود بسیار خوب است، حدود 8.5 است، به این معنی که شما در هر اقدام حدود 8.5 واحد انرژی دریافت می کنید. (این میانگین در تمام سوخت‌ها و مصارف است.) با این حال، از تمام آن مقدار انرژی تولید شده، تنها حدود 3.5 واحد از آن به طور مفید استفاده می‌شود، که اصلا خوب نیست، زیرا مردم معمولاً می‌خواهند به همان اندازه که می‌گذارند کار کنند. در انرژی

با این حال، سوخت های مختلف خواص بسیار متفاوتی دارند. EROI مرحله مفید برای گاز طبیعی به 9.5 واحد (بالاترین)، زغال سنگ به 7.2 و فرآورده های نفتی به تنها 2 می رسد. یعنی فقط دو برابر انرژی حاصل از سوختن بنزین برای تولید و استفاده از آن استفاده می کنیم. بسیاری از این مقادیر در طول 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 فاز کاربردی داشته است.

سهم بزرگی در این ارزش ها روشی است که در آن از این سوخت ها استفاده می شود. به عنوان مثال، مرحله مفید EROI برای گاز طبیعی در گرمایش ساختمان حدود 12 است، به این معنی که می توان از آن هوشمندانه و کارآمد استفاده کرد. ارزش گرمایشی فرآورده های نفتی فقط حدود 5 است. فرآورده های نفتی مورد استفاده در پیشرانه های خودرویی و ریلی نیز وحشتناک هستند، بنابراین ارزش آنها برای ریل کمی بالاتر از 2 و برای جاده ها کمتر از 2 است.

انرژی های تجدیدپذیر بر منابعی مانند باد و خورشید متمرکز شده است که الکترون ها را به شبکه تغذیه می کنند و منابعی مانند تولید انرژی تجدیدپذیر از متان در این مرحله بسیار کوچک هستند. انرژی های تجدیدپذیر را می توان برای مواردی مانند گرمایش، حمل و نقل ریلی و جاده ای و سایر مصارف 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 مصارف مفید بسیار برتر 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. بدترین مقدار مطلق مربوط به محصولات گاز طبیعی است، در حالی که انرژی های تجدیدپذیر به EROI نهایی کمی بیش از 10 واحد نیاز دارند تا رقابتی در انرژی باشند. در مقابل، آنها برای رقابت با فرآورده های نفتی تنها به یک EROI ترمینال 3 واحدی نیاز دارند.

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

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

بر اساس این داده ها، گذار به انرژی های تجدیدپذیر باعث ایجاد بحران بزرگ انرژی نخواهد شد. در دراز مدت، بهبود بهره وری و کارایی می تواند وضعیت را حتی بیشتر بهبود بخشد. اما بیشتر راه‌های مدیریت تغییرات آب و هوایی شامل ساخت منابع تولید بیشتر و جفت کردن آن‌ها با ذخیره‌سازی است که می‌تواند به انرژی‌های تجدیدپذیر اجازه دهد حتی زمانی که فعالانه تولید نمی‌کنند، برق تولید کنند. این همچنین لزوماً منجر به کاهش تولید انرژی تجدیدپذیر تحت شرایط خاص می شود و EROI این منابع تجدید پذیر را کاهش می دهد.

سناریوهای کربن زدایی

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

محققان بر این باورند که با پذیرش فناوری های 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، پمپ‌های حرارتی الکترون‌ها را کارآمدتر از سوزاندن اشیا به اختلاف دما تبدیل می‌کنند و به انرژی‌های تجدیدپذیر اجازه می‌دهند برای این مورد استفاده رقابتی‌تر باشند.

با این حال، حتی با وجود بازار فعلی، تجزیه و تحلیل قویاً نشان می دهد که از نظر انرژی، انرژی های تجدیدپذیر به ازای هر واحد انرژی که برای تولید آنها استفاده می شود بیشتر از سوخت های فسیلی تولید می کنند.

توجه به این نکته مهم است که این تحلیل فقط به هزینه های اشکال مختلف انرژی می پردازد و عواملی 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 در این معیار بازده انرژی رقابتی است، عملکرد وحشتناکی از نظر اقتصادی دارد و به دلیل آلودگی شدیدی 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 می گوید که آیا واگذاری 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: سرگرمی روز