05. 10. 2022
|
emovio.cz logo

Elektrárny mohou v budoucnosti polykat půdu rychleji než rostoucí města

Fotovoltaická elektrárna společnosti Activ Solar na Ukrajině (foto Activ Solar/ Flickr/ CC BY 2.0)
Fotovoltaická elektrárna společnosti Activ Solar na Ukrajině (foto Activ Solar/ Flickr/ CC BY 2.0)

Nová vědecká práce na základě skutečných reálných údajů o dnešních elektrárnách spočítala, kolik půdy může být zapotřebí pro výrobu elektřiny v budoucnosti. Této otázce zjevně budeme muset věnovat více pozornosti než dosud.

Výroba energie vyžaduje půdu, to je asi každému jasné. Ale zároveň to málokdo vnímá jako problém. Vždyť v současnosti na celý energetický sektor připadá pouze zhruba 0,4 % volné půdy na celém světě. V porovnání se zemědělstvím, městy a dalšími způsoby, kterými člověka plochu Země využívá, jde o číslo téměř zanedbatelné. A to ještě většinu z této plochy pokrývají vodní elektrárny, které mají různá druhotná využití.

Situace se ovšem bude měnit. V novém článku publikovaném v časopise PLoS ONE tým autorů zkusil velmi podrobně zjistit a popsat, jakou plochu mohou potřebovat různé zdroje energie v blízké budoucnosti a dospěl k zajímavým, a ne úplně potěšujícím závěrům. Situace není tragická, není ovšem ani úplně jednoduchá a využívání půdy pro výrobu energie může být v některých zemích a oblastech poměrně ožehavá otázka.

My samozřejmě přesně nevíme, jaké jsou možné další vývoje kýžené „bezuhlíkové“ energetiky, podle řady odhadů se ovšem plocha půdy potřebná pro výrobu elektřiny rozšíří o 30-80 milionů hektarů. A toto číslo vzroste na 80-800 milionů hektarů, pokud se započítají rozestupy kolem zařízení – například plocha mezi jednotlivými větrnými turbínami.

Jde o řádově stejnou plochu, jako si vyžádá předpokládaný růst světových měst (ta budou potřebovat dalších 60-241 milionů hektarů, odhaduje studie Angel a kol. z roku 2011). A je to srovnatelné s nárůstem plochy orné půdy, kterou si mohou vyžádat zvyšující se nároky lidské populace na výživu s tím, jak bohatnoucí obyvatelé bývalých rozvojových zemí do svého jídelníčku zařazují více masa a dalších na výrobu náročných potravin, (160-320 milionů hektarů podle různých studií).

Jak to spočítali

Pojďme se ovšem chvíli věnovat tomu, jak autoři ke svým výsledků dospěli. Předmětem studie byla intenzita využití půdy pro energetiku, definovaná jako plocha na jednotku výroby energie, přesněji řečeno počet hektarů na terawatthodinu výroby elektřiny v daném roce.

Intenzitu využití půdy nevypočítali na základě modelových nebo teoretických hodnot pro plochu a výrobu elektřiny, ani na základě pouhého zkoumání malého počtu zařízení a extrapolace, ale na základě skutečných údajů o velkém počtu energetických zařízení. Celkem měli k dispozici 1 400 různých údajů zahrnujících různé výrobny devíti různých typů elektráren: uhelných, na zemní plyn, jaderných, větrných, fotovoltaických, fotovoltaických systémů koncentrované sluneční energie, geotermálních, vodních a také výroben z biomasy. Údaje pocházely ze různých zemí, včetně velké části USA (konkrétně 45 z 50 států USA).

V případě některých zdrojů autoři shromáždili údaje z publikovaných studií a u některých pracovali s výsledky vlastních měření na základě fotografií z Google Earth a dalších veřejně přístupných údajů o výrobě elektřiny. Do měření přitom zahrnuli jak plochu potřebnou pro samotné elektrárny (přímé využití půdy), tak plochu potřebnou pro předcházející výrobu paliv (nepřímé využití půdy).

U zemního a větrného plynu také rozlišují autoři mezi tím, co nazývají „stopou“ a „celkovou plochou“. Plocha (v originále „footprint“) označuje pouze plochu přímo pokrytou daným energetickým zdrojem, tedy plochu, kterou zabírá třeba jedna větrná turbína, zatímco celková plocha (v originále „spacing“) zahrnuje veškerou plochu celé elektrárny: tedy například včetně plochy mezi jednotlivými turbínami, abychom se drželi stejného příkladu.

Podle výsledků studie se intenzita využití půdy u různých zdrojů elektřiny se liší o čtyři řády – to je 10 000krát. Nejnižší medián intenzity využití půdy má jaderná energetika – 7,1 ha/TWh/rok, nejvyšší biomasa – 58 000 ha/TWh/rok. (Pro připomenutí: hektar je 10 tisíc m2; takže 100 hektarů je 1 km2.)

Intenzita využití půdy u různých zdrojů elektřiny. Všimněte si, že osa y je v logaritmickém měřítku, takže skutečné rozdíly jsou mnohem větší, než se zdá. (foto Lovering a kol.)
Intenzita využití půdy u různých zdrojů elektřiny. Všimněte si, že osa y je v logaritmickém měřítku, takže skutečné rozdíly jsou mnohem větší, než se zdá. (foto Lovering a kol.)

Ostatní obnovitelné zdroje elektřiny, stejně jako zdroje na fosilní paliva, se nacházejí v rozmezí mezi jádrem a biomasou. Například mediánová stopa větrných elektráren je 130 ha/TWh/rok; při započtení celé plochy větrných farem je to 12 000 ha/TWh/rok. V případě fotovoltaické elektrárny na běžné půdě se hodnota pohybuje zhruba 2 000 ha/TWh/rok (v jejím případě se její „stopa“ velmi blíží celkové ploše elektrárny, samozřejmě). Hodnoty pro fosilní paliva jsou o něco nižší, ale ne o mnoho: „stopa“ zemního plynu je kolem 410 ha/TWh/rok, celková plocha nutná k zajištění produkce je pak kolem 1 900 ha/TWh/rok.

Dva zdroje s obzvláště nízkou stopou jsou střešní solární elektrárny, u nichž počítáme se stopou blízkou nule (plocha potřebná k výrobě materiálů je zanedbatelná), a zbytková biomasa s intenzitou využití půdy 130 ha/TWh/rok. Celkový potenciál těchto dvou zdrojů je však značně omezen z technického i ekonomického hlediska.

Autoři také porovnávali nároky jednotlivých zdrojů na půdu s jejich emisemi skleníkových plynů. Za ideální považovali samozřejmě zdroje elektřiny, které si v obou ukazatelích vedou dobře a mají nízké hodnoty.

V obou ukazatelích si dobře vede jaderná energie, a také větrné elektrárny (pokud se tedy počítá pouze „stopa“) a také střešní („integrovaná“) solární zdroje. Vodní elektrárny, koncentrovaná solární elektrárny, fotovoltaické systémy přímo na půdě mají relativně nízkou uhlíkovou stopu, ale vyšší intenzitu využití půdy. V této skupině jsou i větrné elektrárny, pokud počítáme celkovou plochu větrných parků, nikoliv pouze plochu osázenou turbínami.

Fosilní paliva mají intenzitu využití půdy srovnatelnou (řádově) s vodními elektrárnami, koncentrovanými solárními elektrárnami a pozemními fotovoltaickými elektrárnami. Mají ovšem samozřejmě vysoké emise uhlíku, což v budoucnosti bude nejspíše jejich možné nasazení do značné míry omezovat.

V případě větrných elektráren je klíčovou otázkou, zda je důležitější „stopa“ nebo celková plocha. Velmi záleží na tom, jaké jsou lokální podmínky. Někde prostě nemusí být k dispozici dostatek místa pro stavbu nových „větrníků“, takže je rozhodující právě „celková plocha“ – to je třeba případ České republiky, kde je řada stavebních omezení a nedostatek vhodných lokalit s dostatečně silným větrem. Pozemky mezi větrnými turbínami se však v některých případech mohou využívat k jiným účelům (pro zemědělskou výrobu například), a v takovém případě může být relevantním ukazatelem „stopa“, tedy pouze plocha nutná pro samotné turbíny.

Informace nám může pomoci udělat si lepší představu o tom, jaké důsledky bude mít přechod k „nové energetice“, která se v mnoha ohledech bude nejspíše lišit od té současné. A to jak v důsledku vývoje samotných technologií, tak nejspíše i dalšího zavádění různých opatření na snížení uhlíkové stopy a obecně politickém vývoji (třeba na tom, jak se bude vyvíjet vliv veřejnosti k jaderné energetice).

Budoucnost je samozřejmě neznámá, ale autoři své odhady porovnali s řadou různých vizí budoucí podoby energetiky. Vybrali celkem deset různých scénářů budoucího vývoje, od scénáře Mezinárodní agentury pro energii, který počítá se zachováním stávajícího stavu, až po ambiciózní cesty dekarbonizace od Greenpeace, Světového fondu na ochranu přírody, Marka Jacobsena a Marka Delucciho a dalších.

Celkové požadavky na zábor půdy pro energetické účely vypočítali poměrně jednoduše: znásobili vlastní odhadnuté hodnoty intenzity množstvím elektřiny, které v daném scénáři má pocházet z daného zdroje.

Prakticky všechny scénáře počítají s minimálně zdvojnásobením celkové rozlohy půdy určené na výrobu energie proti dnešnímu stavu. Zdaleka největší hlad po půdě je patrný u scénáře Jacobsona a Delucciho – což není nijak překvapivé, protože ten počítá s nasycením světové poptávky po energii výhradně z obnovitelných zdrojů, tedy zdrojů, které potřebují nejvíce půdy. Na to by bylo podle výsledků nové studie zapotřebí do roku 2030 řádově 500-900 milionů hektarů, tedy zhruba 5 až 9 milionů čtverečních kilometrů. Pro srovnání: Čína má rozlohu zhruba 9,6 milionu čtverečních kilometrů, Spojené státy 9,8.

Jaký přesně vliv by to mělo na Zemi a životní prostředí je těžké určit. Záviselo by totiž na řadě faktorů, například na tom, zda lze fotovoltaické elektrárny umístit na již narušenou půdu; nebo na tom, kolik by bylo možné postavit střešních solárních výroben. Nebo na tom, do jaké míry by bylo možné větrné parky skutečně kombinovat se zemědělstvím.

Zároveň ovšem nad tímto problémem není možné jen tak mávnout rukou. Již nyní se setkáváme s tím, že nová energetická zařízení konkurují jiným způsobům využití půdy. V současné době je na zemi umístěno dvakrát více solárních zařízení než na střechách, a tyto elektrárny jsou většinou postaveny tak, že neumožňují jiné využití půdy (není divu, postavit je jinak je výrazně dražší). V případě větrných elektráren je ve Spojených státech v současnosti pouze polovina umístěna na půdě, která je využívána zároveň i zemědělsky.

Jak využívat půdu pod elektrárnou

Fotovoltaika v posledních desetiletích prudce zlevnila, půda – především ve vyspělých zemí – naopak zdražuje. Dává tedy smysl najít řešení, které by mohlo vzácného statku efektivně využít nějakým vhodným doplňkem. V posledních letech se tak začíná hlasitěji mluvit o konceptu, který umožní z půdy, přesněji zemědělské půdy, získat více díky levné elektřině ze Slunce: agrofovolotaice. Nápady tedy spočívá v tom, že na stejném zemědělském pozemku vedle sebe koexistuje fotovoltaické zařízení a zemědělské plodiny, které se spolu dělí o sluneční světlo.

Metoda to není zcela nová, vymysleli ji již na počátku 80. let minulého století Adolf Goetzberger a Armin Zastrow, speciální název pro ni – „agrivoltaika“ – se však objevil až o 30 let později – v roce 2011. Metoda skýtá zemědělcům mnohé výhody. Vedle toho, že výrobou solární elektřiny zvýší profitabilitu své zemědělské půdy, díky stínicímu efektu panelů také mohou snížit spotřebu vody a v důsledku tak přispět i k regeneraci biotopů. Ve společenském kontextu může tento trend vést i ke zlepšení u nás poněkud pošramoceného obrazu solární energetiky.

Nutno však dodat, že zatím bylo provedeno poměrně málo výzkumů v reálných podmínkách, které by umožnily adekvátně vědecky posoudit vliv solárních panelů například na růst travin a obecně rostlin v bezprostředním okolí.

Solidní potenciál k využití půdy jak pro zemědělskou, tak i pro energetickou výrobu má podle Svazu moderní energetiky i Česká republika, i když na pilotní instalace se zatím stále čeká. Přední zemědělské svazy proto společně s Aliancí pro energetickou soběstačnost již apelovaly na novou vládu, aby odstranila právní bariéry a umožnila symbiózu společného využívání české zemědělské půdy a energetické soběstačnosti českých zemědělců.

„Primární úlohou zemědělců je vyrábět potraviny a agrivoltaika jim může pomoci tuto úlohu plnit v tom, že jim umožní zemědělské pozemky využít jak pro výrobu potravin, tak pro udržitelnou produkci elektrické energie. Současně agrivoltaika může přispět ke snížení závislosti zemědělských podnikatelů na volatilních tržních cenách elektrické energie. Agrivoltaiku vnímáme i jako jednu z cest, jak připravit naše členy na další aktuální výzvy, které přicházejí se změnou klimatu. Extrémní projevy počasí, jako jsou kroupy nebo jarní mrazíky, představují pro hospodáře v otevřené krajině existenční hrozbu, se kterou může agrivoltaika pomoci. Stát by proto neměl hospodářům v krajině bránit přijímat ochranná opatření, která se jinde ve světě ujala,“ řekl prezident Agrární komory ČR Jan Doležal.

Aktuální právní stav je však podle sdružení chaotický. Stát sice počítá s podporou i pro agrivoltaiku formou investičních dotací z Modernizačního fondu. Současně však nelze projekty agrivoltaiky realizovat kvůli chybějícímu vymezení v zákoně. Agrivoltaika je totiž z definice spjata se zemědělskou činností na zemědělském půdním fondu. Podle zákona musí zájemce nejdřív požádat o vynětí půdy ze zemědělského fondu, aby mohl provést instalaci, stejně jako v případě obyčejné pozemní fotovoltaiky. Reálně tak nemají zemědělci důvod o agrivoltaice uvažovat, neboť by přišli o svůj hlavní zdroj obživy.

„Aliance pro energetickou soběstačnost bývalou vládu opakovaně vyzývala, aby zákon opravila. Také české zemědělství je třeba připravit na dopady klimatické změny, a právě zkušenosti s agrivoltaikou ze zahraničí ukazují, že částečné zastínění chrání plodiny před letními horky nebo přívalovými dešti. Navíc nedává smysl, když stát sice nabízí dotační podporu pro vznik takových projektů, ale současně má zákony, které to neumožňují. Věříme, že nová vláda bude debatě o nastavení parametrů pro rozvoj agrivoltaiky otevřená,“ uvedl Martin Abel, analytik Aliance pro energetickou soběstačnost a koordinátor projektu Klub agrivoltaiky, který má za cíl umožnit sdílení zkušeností mezi zemědělci a experty na solární energetiku.

Podobné články

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.

Oblíbené články

Témata