Da, alternative so tu

Že v času študija na strojni fakulteti v Ljubljani sem začenjal razumevati problematiko prekomernega človeškega izkoriščanja narave oziroma njenih virov, onesnaževanja planeta, zloveščih sprememb podnebnega sistema, katastrofalnega izumiranja vrst in nesmiselnosti gonje za stalno rastjo na omejenem planetu. Kariero sem pragmatično usmeril v polje energije, ker ima proizvodnja in raba energije predvsem iz fosilnih virov ključen negativen vpliv, ki pa ga je mogoče še v pravem času omiliti, da se izognemo najhujšim posledicam spremembe vremenskih vzorcev. Vsaka proizvodnja energije tako že v izhodišču terja snovi in vanjo je še pred začetkom obratovanja vgrajena energija ter posledično emisije – že za izgradnjo naprav, s katerimi pretvarjamo energijo. Z drugimi besedami: ko govorimo o gradnji novih virov, moramo imeti pred očmi najprej sámo izgradnjo. Če želimo imeti kakršno koli elektrarno, potrebujemo snovi, kot so pesek, cement, jeklo, steklo in številne druge. Za vsako od teh so potrebni stroji za odkop, transport, predelavo in tako naprej.

Jasno je, da so bistveno bolj škodljivi in tudi dražji viri energije, ki za obratovanje potrebujejo gorivo. Če je to gorivo mineralnega izvora, je škoda toliko večja. Uvozno smo v Sloveniji kritično odvisni od vseh mineralnih energetskih virov, torej tako od plina in nafte kot seveda urana. Slovenija je bila v letu 2023 več kot polovično odvisna od uvoza energije, pri čemer imamo uran zgolj zaradi dogovora za domači vir, čeprav vsega uvažamo.

Od poročila rimskega kluba, ki je modeliral medsebojno povezane sisteme našega planeta in jasno pokazal, da bomo ob nespremenjenih trendih rasti prebivalstva, industrializacije, rabe virov in onesnaževanja v prihodnjih sto letih dosegli in nato prekoračili nosilno zmogljivost našega planeta, je minilo že več kot 50 let. Danes tako brez dvoma vemo, da je za srednjeročno preživetje ljudi na Zemlji nujna opustitev oziroma drastično zmanjšanje rabe fosilnih virov. A ne le zaradi podnebnih implikacij, ampak tudi zaradi konfliktov v državah, ki so bogate z nafto. Izvoz fosilnih virov namreč ne pomaga pri demokraciji v nobeni današnji državi izvoznici, razen na Norveškem.

Namen nekega gospodarstva naj bi bil primarno zagotoviti dobro življenje na domačem območju, ne pa čim večjih dobičkov lastnikom. Enostaven primer tega je na primer daljinsko ogrevanje na les iz lokalnega gozda, ki ga dobavi lokalni podjetnik. To zagotavlja lokalna delovna mesta in ponovno investiranje, kar je brez dvoma bolje kot pošiljanje denarja za energijo v tujino.

Samo veliki ameriški General Electric ima po svetu več kot 120 turbin na vodik, Mitsubishi jih ima 29, prav tako Siemens, ki ima proizvodnjo v Evropi.

Glede na vse navedeno je seveda jasno, da mora biti prioriteta zmanjšanje rabe energije v vseh sektorjih, največ pa je mogoče doseči z obnovami stavb, proizvodnje in prometa. Se sliši nemogoče? Dejansko poraba električne energije v zadnjih petih letih v Sloveniji pada, kljub uvajanju toplotnih črpalk za ogrevanje in električnih avtomobilov. Vse pomembnejše pa postaja prilagajanje rabe energije razpoložljivosti virov v določenem času. V prihodnje bodo redni letni servisi v podjetjih tako pozimi in ne več poleti, ko bo energija poceni, električne avtomobile pa bomo imeli v senci panelov, ki so že najcenejša kritina, in jih polnili čez dan. Za zmanjšanje rabe se že udejanjajo številni bolj ali manj uspešni ukrepi v bolj ali manj motiviranih sektorjih. Visoke cene kot posledica spremembe dobavnih verig plina so nekatere zdramile, pomemben del ljudi in podjetij pa se še vedno upira neizbežnemu. A tudi tu so mogoči logični ukrepi države. Tako je treba vsem, ki trenutno živijo od prodaje fosilnih goriv, sistematično pomagati, da opravijo prehod na obnovljive vire s spodbudami in pomočjo pri preoblikovanju poslovnih modelov. To velja zlasti za manjša podjetja in posameznike, ki sami tega ne bodo zmogli, in če ne bodo imeli pomoči, se bodo spremembi upirali do bridkega konca. Ker se v pomembnem delu našega gospodarstva dogaja t. i. sivi cunami, saj se podjetniki iz časa nastanka države upokojujejo, je to lahko dobra motivacija, da se hkrati izvede še razogljičenje.

Vsekakor je nujno potrebno na eni strani pomagati tistim, ki si ne morejo zagotoviti ustrezno toplega pozimi in hladnega bivališča poleti, kar Ekosklad že izvaja in je vodilni v Evropi, na drugi pa progresivno obdavčiti potratneže, kot so nepotrebno veliki in potratni avtomobili in neekonomične stavbe. Predvsem s kapacitetami in znanjem moramo pomagati podjetjem, ki nimajo teh novih kompetenc, saj se – logično – osredotočajo na svoj posel in obrambo znanega modela. Zakaj je to pomembno? Ker gospodarstvo porabi več kot polovico elektrike in štiri petine plina v državi in mora biti v te procese nujno vključeno.

Globalno že prihaja do prevlade proizvodnje energije iz sonca, ker je to v naših krajih najcenejše, v vsej Evropi, razen Velike Britanije in Skandinavije, pa se bo to zgodilo do leta 2027. Kar doživljamo, se danes dogaja zaradi ustreznih sistemov dolgoročnih in stabilnih javnih spodbud proizvodnje elektrike iz sonca v preteklosti. A danes na podoben način po Evropi in tudi pri nas že spodbujamo nabavo baterijskih hranilnikov. Po Evropi in v kratkem tudi pri nas bo prišlo do enakega spodbujanja vodikove tehnologije, ki ji bodo cene padale še bistveno hitreje, kot so padale sončnim panelom.

Globalno že prihaja do prevlade proizvodnje energije iz sonca, ker je to v naših krajih najcenejše, v vsej Evropi, razen Velike Britanije in Skandinavije, pa se bo to zgodilo do leta 2027.

Nekatere države (zaradi dostopnosti geotermalne in hidroenergije na primer Islandija) so že desetletja energijsko neodvisne, saj elektriko in toploto zagotavljajo iz obnovljivih virov. A kljub nasprotnemu vtisu, ki ga je pogosto opaziti v javnih razpravah, napreduje tudi velika večina sveta, in to hitro. Ne le da se zavedajo, da je prehod nujen in nima alternative – preprosto postaja energija iz obnovljivih virov najcenejša. Nemčija kot največje gospodarstvo v Evropi je na primer v 2023 proizvedla že skoraj 60 odstotkov elektrike iz obnovljivih virov. Zgradila je tudi svojo industrijo obnovljivih virov, ki danes predstavlja pomemben del nacionalnega dohodka.

Idealno bi bilo, če bi energijo uporabljali le takrat, ko so na voljo časovno spremenljivi obnovljivi viri. Ker ljudje in gospodarstvo neradi spreminjamo ustaljene vzorce in vedenje, pa moramo poleg obnovljivih virov uvajati tudi tehnologijo za hranjenje energije – tehnologijo torej, s katero shranimo energijo, ko je ta na voljo ali poceni, da jo lahko uporabimo na primer ponoči ali pozimi.

Hranjenje energije

Kako torej hranimo energijo? Marsikaj že poznamo in tudi počnemo, le da temu ne rečemo hranjenje energije. V praksi je shranjena energija že topla ali hladna voda. Voda se ne izrabi in jo lahko po mili volji segrevamo in hladimo. Po Evropi in tudi drugod imajo tako že desetletja sončne daljinske sisteme s hrambo toplote, ki jo dobijo iz sonca poleti in porabijo pozimi v tleh ali večjih vodnih hranilnikih. Samo na Danskem jih imajo več kot sto. V zadnjih letih je takšno hranjenje tudi na nizki temperaturi še pomembnejše, saj so na voljo bistveno večje toplotne črpalke. Tako na primer v Helsinkih gradijo največjo toplotno črpalko, ki bo kot hladivo uporabljala CO2, delovala pa bo na elektriko iz obnovljivih virov in ogrevala okoli 30 tisoč gospodinjstev. Se zdi znanstvena fantastika? Enako toplotno črpalko bi lahko postavili tudi v Velenju, pri čemer bi bilo jezero vir toplote. Pri iskanju rešitev v Helsinkih je les kot potencialni vir ogrevanja odpadel zaradi škodljivega vpliva na gozd. V Sloveniji je kurjenje lesa kritično zaradi onesnaženja zraka predvsem tam, kjer imamo pozimi pri tleh jezera hladnega zraka, ki onemogočajo redčenje dima.

Toplota

Večina končne rabe energije v stavbah je toplota, stavbe pa potrebujejo okrog 40 odstotkov vse energije v Evropski uniji. Zato je hitra obnova stavbnega fonda ključna, pri čemer se moramo nasloniti na industrializacijo in izkoristiti odlične kapacitete slovenske industrije montažnih hiš.

Najbolj učinkoviti hranilniki elektrike so črpalne hidroelektrarne. Tudi to tehnologijo Slovenci že poznamo. Prvo imamo v Avčah, v načrtu pa je še bistveno večja – Kozjak. S takšnimi obrati presežke obnovljivih virov energije enostavno shranimo za več dni.

Iz termodinamskega vidika je »greh« čisto eksergijo – energijo, ki jo lahko pretvorimo v katero koli drugo obliko, torej elektriko – pretvarjati v toploto, zato je danes že prepovedano direktno ogrevanje z elektriko brez toplotnih črpalk. Nizkotemperaturno ogrevanje in visokotemperaturno hlajenje so uveljavljene tehnologije, ki pa se v Sloveniji uveljavljajo kot talno ogrevanje. Zgleden primer je stavba Elesa, ki ima toplotno aktivacijo jedra, kar pomeni, da s karseda nizkimi temperaturami grejejo stavbo, saj so tako toplotne črpalke bistveno učinkovitejše. Že več kot desetletje po Evropi nastajajo projekti za koriščenje vode iz zaprtih rudniških rovov za ogrevanje in hlajenje stavb, kar bi lahko uporabili v že zaprtih rudnikih in tistih, ki bodo zaprti v prihodnje, tudi v Sloveniji.

Elektrika

Prilagajanje rabe razpoložljivosti virom je bistveno načelo porabe elektrike v prihodnosti. Prvi koraki so že narejeni z uvajanjem novega tarifnega sistema za odjem električne energije, ki je bil končno uveden 1. oktobra 2024. Njegovo učinkovitost bo sicer treba še preveriti in prav gotovo bo potreboval popravke. Kakor koli pa predstavlja prvi poskus spreminjanja elektroinženirske paradigme, da mora proizvodnja elektrike slediti porabi. Tudi zato je naletel na tako velik odpor ter intenzivno lobiranje in medijsko gonjo.

Ne drži, da so vsi obnovljivi viri energije nestanovitni; to velja za veter in sonce, a z izboljšavo vremenskih napovedi in manjšanjem simulacijske mreže za napoved postajajo tudi ti viri energije vse bolj zanesljivi. Na krajši časovni skali so že uveljavljene tehnologije spremljanja oblačnosti; tako je mogoče na kratki časovni skali napovedati oblak, ki bo znižal proizvodnjo – čemur pa se lahko sistem prilagodi vnaprej. Hidroelektrarne so prav tako stabilen in prožen vir, ki ga že imamo, zato jih je treba nadgraditi in optimizirati. Pri gradnji novih danes družbe prihajajo v konflikt z biotsko pestrostjo in varnostjo oskrbe ter onesnaženjem pitne vode. A tudi to so rešljive težave.

Vir pasovne elektrike iz obnovljivih virov so geotermalne elektrarne, ki pa delajo bolje pozimi, ko je večja temperaturna razlika in ko elektriko najbolj potrebujemo. Daljinsko geotermalno ogrevanje že imamo v Lendavi, ki ima najcenejšo toploto v Sloveniji, vse sosednje države pa že imajo tudi geotermalne elektrarne. V Evropi na tem področju presenetljivo vodi Italija, ki iz toplote zemlje samo v Toskani proizvede toliko elektrike kot Slovenija iz svoje polovice jedrske elektrarne. Največ geotermalne elektrike v evropski okolici pa proizvede Turčija, in sicer kar trikrat več kot slovenska jedrska elektrarna. Pri geotermalnih elektrarnah je smiselna kaskadna raba, torej od elektrike do ogrevanja, nato do toplote za različne procese in nazadnje ogrevanja rastlinjakov ter ribogojnic, saj je tako največ koristi.

Pasovno oskrbo v hladnem delu leta delno že zagotavljajo stroji za sočasno proizvodnjo elektrike in toplote, ki kot gorivo uporabljajo lesno biomaso. Ti se odlično dopolnjujejo z lesno-predelovalnimi obrati, saj je naprej smiselno ogljik iz lesa shraniti v izdelek, ostanek pa skuriti in uporabiti v daljinskem sistemu. Kljub temu da je les tradicionalen vir in daje varnost v primeru ekstremnih dogodkov, pa kvarno vpliva na kakovost zraka v neprevetrenih krajih in spušča nazaj v ozračje CO2, ki ga je drevo vgradilo med rastjo. Smiselna je raba v velikih nadzorovanih sistemih, kjer uporabljajo elektrofiltre in vrečaste filtre za čiščenje zraka. Daljinski sistemi na les so se pokazali za manj občutljive na gibanje cen energentov – v Zagorju so ceno letos celo znižali –, sistemi na zemeljski plin pa so v zadnjih letih bistveno zvišali ceno toplote za odjemalce. Prav tako so pozitivne izkušnje s koncesijami za oskrbo s toploto iz lesne biomase, pri čemer je treba spodbujati lokalno dobavo, saj tako denar za energijo ostaja v lokalnem okolju.

Švica je nedavno odprla črpalno elektrarno s kapaciteto 20 GWh, kar pomeni letno rabo elektrike za okoli 3300 Slovencev. Že do leta 2030 predvidevajo globalno povečanje kapacitet črpalnih elektrarn za 50 odstotkov.

Za prenašanje sončne energije v nočni čas in ustvarjanje »pasovne« rabe so uporabne baterije. Cene fotovoltaike in vetra so v zadnjih 15 letih bistveno padle in že leta 2019 postale najcenejša možnost za nove proizvodne kapacitete. Zakaj v Sloveniji še nimamo vetrnic? Zelo preprosto: vetrnice bomo tudi v Sloveniji začeli množičneje postavljati takrat, ko bodo imeli prebivalci lokalnih območij od tega jasne koristi. Hrvaška letos načrtuje, da bo dosegla 1200 MW z vetrnimi turbinami, saj je samo v letu 2023 dodala 156 MW, proizvedla pa že dve tretjini toliko elektrike (2,1 TWh), kot je dobi iz polovice jedrske elektrarne v Krškem (3 TWh). Tudi ti vetrni parki že vplivajo – in bodo v prihodnje z razmakom še toliko bolj – na ceno elektrike pri nas, podobno kot hidrološke razmere v Avstriji oziroma širši okolici. Obnovljivi viri namreč razen biomase nimajo stroška goriva, kar pomeni, da je proizvodnja lahko zelo poceni in je obremenjena le s stroškom investicije. Danes tudi vemo, kaj to pomeni za pasovno neprilagodljive vire, kot je klasična jedrska tehnologija: zaradi velike proizvodnje iz sonca podnevi bodo v prihodnosti plačevali za plasiranje energije na trg in životarili zgolj zaradi bolj ali manj skritih subvencij.

V Sloveniji imamo največjega »pravega« evropskega proizvajalca fotovoltaičnih modulov za sončne elektrarne, ki ponuja vse od barvnih do transparentih modulov, s čimer širi polje uporabe na in ob stavbe kulturne dediščine in agrofotovoltaike. Ne samo to: v Sloveniji je že preko 150 podjetij, ki delujejo na področju fotovoltaike.

A pomemben del razprave so baterije, v katere se energija shranjuje. Še hitrejši padec cen kot pri sončnih elektrarnah in vetrnih turbinah se namreč dogaja prav pri baterijah, ki so ključne v kombinaciji s spremenljivimi obnovljivimi viri. Kalifornija je nedavno presegla 10 GW kapacitete v baterijah in pokazala, kako je mogoča oskrba velike države več tednov samo na obnovljive vire energije. Tudi evropska podjetja v ZDA postavljajo velike baterijske sisteme. Slovenska podjetja že dobavljajo ključne elemente za vetrne in baterijske sisteme ter modularne baterijske hranilnike v kontejnerjih. Pomemben del regulacije omrežja ELES že izvaja v svojih in na dražbah najetih baterijah. Slovensko podjetje je konec leta 2023 v Avstriji postavilo največjo avstrijsko baterijo do zdaj, v Kidričevem pa že v 2020, baterijo moči 15 MW in kapaciteto 30 MWh, kar je približno letna raba elektrike za pet Slovencev. Da je kombinacija sonca in baterij zmagovalna, ugotavlja celo »uradna statistika« jedrske industrije, ki za slednjo (torej sama zase) ugotavlja, da je jedrska elektrika nepomembna na mednarodnem trgu tehnologij za proizvodnjo.

Najbolj učinkoviti hranilniki elektrike so črpalne hidroelektrarne. Tudi to tehnologijo Slovenci že poznamo. Prvo imamo v Avčah, v načrtu pa je še bistveno večja – Kozjak. S takšnimi obrati presežke obnovljivih virov energije enostavno shranimo za več dni. Švica je nedavno odprla črpalno elektrarno s kapaciteto 20 GWh, kar pomeni letno rabo elektrike za okoli 3300 Slovencev, že do leta 2030 pa predvidevajo globalno povečanje kapacitet črpalnih elektrarn za 50 odstotkov.

Daleč največji hranilniki energije pa so rezervoarji za gorivo v naših 1,7 milijona cestnih vozil. Če so vsi polni, pomenijo toliko energije (~0,8 TWh), kot je v Sloveniji porabimo v slabem tednu dni. Ali drugače povedano: če vse rezervoarje vozil napolnimo manj kot štirikrat do vrha, je to po energiji enako letno pridobljeni energiji iz slovenske polovice jedrske elektrarne.

Da pa bomo ta tehnični potencial lahko začeli koristiti, morajo avtomobili postati del energetskega sistema. Do določene mere bodo pomagala sintetična goriva, narejena iz vodika in proizvedena iz presežkov sonca, ki jih bomo uporabljali v klasičnih motorjih. Del sestavljanke rešitev pa bodo električna vozila. Trende razume in udejanja ELES preko svojega koncepta E8, v katerem iščejo rešitve za povezavo mobilnosti in elektro omrežja tudi v smeri dvosmernega polnjenja. V praksi bo to pomenilo, da avto napolnimo na primer v službi ali doma čez dan iz sončnih panelov, nato pa iz službe elektriko pripeljemo z avtom domov za napajanje hiše čez noč.

Kitajski proizvajalci v Nemčiji že začenjajo izvajati napajanje hiš iz avtomobilov, na Kitajskem pa poteka test s preko tisoč vozili za prikaz koristi hranjenja elektrike v avtih in uporabe, ko je ugodno za omrežje. Trenutno je tako, da je za primerljivo ceno domače baterije velikosti recimo 40 kWh bolje kupiti električni avto, ki omogoča prevažanje elektrike naokoli.

Po Evropi in tudi drugod imajo tako že desetletja številne sončne daljinske sisteme s hrambo toplote, ki jo dobijo iz sonca poleti in porabijo pozimi v tleh ali večjih vodnih hranilnikih. Samo na Danskem jih je več kot sto.

Postaje za avtomatsko hitro zamenjavo avtomobilske baterije (postopek traja tri minute in pol), ki obenem lahko hranijo elektriko za izravnave v omrežju in gladko polnijo baterije, so na Kitajskem že v uporabi v količinah (več kot 3000 uporabnikov), ki bi že lahko pokrile Slovenijo.

Vodik kot nosilec energije postaja v energetskem sistemu vse pomembnejši, a se sooča z visokimi cenami. Vendar so skrbi odveč: ta problem bo rešila dolgoročna stabilna podpora, kot smo to videli pri sončnih elektrarnah. Vodik je namreč uporaben za povezovanje sektorjev; nastaja pri proizvodnji energije preko elektrolizerjev, ki ga proizvajajo, ko je elektrika poceni oziroma ko si za odjem elektrike celo plačan. Gre za tako imenovane negativne cene elektrike. V Sloveniji smo imeli na trenutnem trgu lani okoli sto, letos v prvih šestih mesecih pa okoli dvesto ur negativnih cen. Vodik se lahko koristi v vozilih z notranjim zgorevanjem direktno, preko pretvorbe v goriva ter seveda za proizvodnjo elektrike v gorivnih celicah. Hranjenje od poletja do zime je enostavno – v jeklenkah, res pa je, da jih je treba imeti veliko. Podobno kot že delujejo velika skladišča zemeljskega plina pod zemljo, se bodo zdaj po vsem svetu razširila že testirana podzemna skladišča vodika, saj imajo danes z njimi proizvajalci in lastniki že več kot desetletne izkušnje.

V spremenjenih razmerah največji izziv za elektrifikacijo predstavljata visokotemperaturna in kemična industrija. In prav na tem področju se bo vodik še posebej izkazal. Čeprav so cene vodika trenutno še visoke, že padajo zaradi premišljenih podpor, ki jih uvajajo države – veliko so se namreč naučile iz spodbujanja fotovoltaike. V letu 2007 smo imeli na projektu upravičen strošek subvencije Evrope 5000 €/kW vršne moči, danes pa je kljub inflaciji ta cena že pod 1000 €/kW. Sončne elektrarne so v razmahu, ker so tudi finančno smotrna naložba z visoko donosnostjo. Po zgledu podporne sheme za obnovljive vire, ki se v Sloveniji zaključuje, danes potrebujemo dolgoročno podporo za vodik. Le tako bomo tudi pri nas zgradili potrebne fizične in mentalne kapacitete za uvajanje vodika, potrebujemo pa čimprejšnjo izvedbo demo projektov. Med prvimi bo seveda mobilnost, a v Sloveniji že imamo proizvajalca avtobusov, ki pripravlja vodikove avtobuse. Država bi mu lahko zlahka stala ob strani.

Glede stacionarnih aplikacij in pretvorbe turbin na zemeljski plin na vodik so že znane številne izvedbe. Samo veliki ameriški General Electric ima po svetu več kot 120 turbin na vodik (ki imajo že več kot osem milijonov ur obratovanja), Mitsubishi jih ima 29, prav tako Siemens, ki ima proizvodnjo v Evropi. Veliko jih deluje v kombinaciji z rafinerijami, a rešitve so na voljo.

Rešitve, ki lahko pomagajo udejanjati prehod od mineralnih virov k obnovljivim, so že zrele in jih v naši okolici že uvajajo, so pa tudi demokratične in v lasti veliko ljudi. Prav zaradi navedenega ne smemo dovoliti, da nam spet prodajo odhajajočo jedrsko tehnologijo, saj nam lahko fizično in finančno ugonobi državo, poleg tega pa v vseh fazah predstavlja katastrofalno tveganje. Prehod na bolj demokratične, lokalno razpoložljive vire v lasti ljudi bo seveda težak. A v resnici nimamo izbire.