Liczba samochodów jeżdżących po drogach mogłaby i powinna być znacznie mniejsza, jednak zapotrzebowanie nie spadnie do zera i jakoś trzeba pojazdy zasilać. Dwa główne nurty to prąd z odnawialnych źródeł energii (być może z wodorem jako jej magazynem) i biopaliwa.
Policzmy, jaką szerokość musiałby mieć ciągnący się wzdłuż drogi pas paneli fotowoltaicznych lub upraw energetycznych, żeby mógł dostarczyć energii pojazdom jadącym po jednopasmowej drodze, dla ustalenia uwagi w odległości 100 metrów od siebie. Przeliczymy to też na powierzchnię paneli i upraw energetycznych potrzebnych dla jednego samochodu, przejeżdżającego w ciągu roku dystans 16 000 km.
Samochody na prąd zasilane ogniwami PV
Samochód elektryczny zużywa w granicach 10-20 kWh/100 km – dla większych samochodów, takich jak Tesla S lub Nissan Leafjest to około 17 kWh/100 km. Na odcinku 100 metrów mamy więc godzinne zużycie prądu 15 kWh, a roczne 130 000 kWh.
1 m2 porządnych paneli PV nachylonych w kierunku południowym wytwarza rocznie 170 kWh. Aby dostarczyć 130 000 kWh będziemy więc potrzebować 130 000/170 = 770 m2 paneli PV (można przyjąć, że z instalacji PV o mocy nominalnej 1 kW w Polskich warunkach uzyskamy 1000 kWh prądu rocznie, nasza instalacja będzie miała moc 130 kW). Gdyby zbudować je wzdłuż drogi o długości 100 metrów, pas paneli PV miałby szerokość 7,7 m. Biorąc pod uwagę ich nachylenie pod kątem 45°, zajmowałyby pas gruntu o szerokości ok. 5,5 m. Gdyby doliczyć dobudowanie paneli służących dostarczeniu energii na produkcję paneli (przyjmijmy EROEI rzędu 7), zajęty przez panele PV pas gruntu będzie miał szerokość mniej więcej 6,5 m.
Samochody napędzane biopaliwami
Samochód osobowy na etanol zużyje ok. 10 litrów paliwa/100 km (ze względu na niższą gęstość energetyczną etanolu odpowiada to około 6,5 l ropy na 100 km). Przyjmując podobnie jak w przypadku elektryka, że prędkość samochodu wynosi 100 km/h, stwierdzimy, że auto zużyje w ciągu godziny 10 litrów paliwa.
Z jednego hektara (kwadratu 100×100 metrów) kukurydzy można w Polskim klimacie wyprodukować rocznie około 2400 litrów etanolu (jest to wartość, którą można osiągnąć w dobrych warunkach na glebach wysokiej jakości). Wystarczy to na 2400/10=240 godzin jazdy samochodem. Ponieważ w roku (nieprzestępnym) jest 8760 godzin, potrzebować będziemy około36,5 ha, co oznacza konieczność obsiania uprawami energetycznymi ciągnącego się wzdłuż drogi pasa gruntu o szerokości 3,6km. Biorąc pod uwagę, że EROEI procesu produkcji etanolu w klimacie umiarkowanym jest szacowane na 1,3, oznaczałoby to, że potrzebować będziemy pasa o szerokości mniej więcej 13 kilometrów. Biorąc pod uwagę, że w tak szerokim pasie będziemy mieć lasy, miejscowości, różną infrastrukturę i in., więc na potrzeby upraw dla naszej drogi będziemy mogli wykorzystać średnio30% terenu, oznaczać to będzie ciągnący się wzdłuż drogi pas upraw o szerokości 40 kilometrów. Na potrzeby jednego pasa ruchu!
Autostrada
A teraz wyobraźmy sobie drogę z trzema pasami w obie strony. Oznacza to konieczność zapełnienia pasa Polski o szerokości 240 km w połowie uprawami energetycznymi na potrzeby tylko tej jednej drogi. W przypadku prowadzącej z południa na północ autostrady A1 dla okolicy Łodzi oznaczałoby to, że pas upraw ciągnąłby się od Wrocławia na zachodzie do Kielc na wschodzie – dla wyprodukowania biopaliw dla tej jednej drogi.
Rysunek 1. Taki pas trzeba by obsiać kukurydzą na etanol, przy założeniu, że 30% obszaru zajmowałyby uprawy energetyczne służące dostarczeniu paliwa dla trójpasmowej drogi w dwie strony, po której co 100 metrów jechałby samochód spalający 10 litrów etanolu (co odpowiada energii 6,5 l benzyny) na 100 km. Zmiany procentowego wykorzystania terenu oraz założenia odnośnie EROEI i zużycia paliwa mogą zmienić szerokość paska.
Niuanse
Fotowoltaika wygląda dużo realniej. Biopaliwa już niekoniecznie. Jednak warto odnotować kilka niuansów.
Jaki byłby koszt paneli fotowoltaicznych dla zasilania sześciu pasów ruchu, przyjmująckoszt 1 kW mocy dużej instalacji PV na poziomie około 3500 zł? Oszacowaliśmy, że dla jednego pasa ruchu na długości 100 metrów potrzebowalibyśmy paneli o mocy 130 kW, czyli na długości kilometra potrzebowalibyśmy paneli o mocy 1300 kW. Kosztowałoby to 4,5 mln zł, a dla sześciu pasów 27 mln zł. To kwota porównywalna ze średnim kosztem budowy 1 km autostrady, wynoszącym w Polsce ok. 40 mln zł.
Biopaliwa mają z kolei te zalety, że na początku nie wymagają aż tak dużych inwestycji. Biopaliwa same w sobie są też magazynem energii, a dla pracujących okresowo paneli PV konieczne jest magazynowanie energii (na szczęście same akumulatory pojazdów, czy to elektryczne czy wodorowe, są magazynami energii, bilansującymi produkcję prądu ze zużyciem). Duże znaczenie w oszacowaniu ogromnego obszaru pod uprawy biopaliw ma też niskie EROEI – sam proces produkcji etanolu może być zasilany w inny sposób niż za pomocą ciepła spalanej kukurydzy (ale wtedy skądś ta zewnętrzna energia musi pochodzić i trzeba ją uwzględnić).
Pojedyncze auto
A ile paneli PV i upraw energetycznych trzeba by na dostarczenie energii dla samochodu przejeżdżającego rocznie 16 000 km?
Auto elektryczne zużyje 160*17=2720 kWh, na co trzeba paneli o mocy 2,7 kW, zajmujących około 12 m2, czyli prostokąt 3×4 metry (uwzględniając EROEI 14 m2, czyli 3,5x4m).
Auto na etanol zużyje 160*10=1600 litrów, na co trzeba upraw o powierzchni 2/3 ha, czyli prostokąt 100×66 metrów (uwzględniając EROEI 2,4 ha).
Podsumowanie
Na strumień samochodów osobowych jadących jeden za drugim można sobie było pozwolić w świecie tanich i łatwo dostępnych paliw kopalnych. Tak dla przypomnienia wygląda obecnie codzienne światowe zużycie ropy.
Rysunek 2. Gdyby zużywaną w ciągu jednego dnia na świecie ropę wlać do beczki, miałaby ona ćwierć kilometra średnicy i była wyższa od wieży Eiffela.
W świecie odnawialnych źródeł energii utrzymanie obecnego poziomu ruchu samochodowego jest (w każdym razie bez bardzo znaczącego dopracowania technologii i ich kosztu) kosztowne, a w przypadku biopaliw wręcz niemożliwe do zrealizowania. Teraz, wraz z końcem świata paliw kopalnych, trzeba zbudować taki system transportu, który będzie efektywniejszy i nie tak energożerny. Jaki? To bardzo szeroki temat, jeśli ktoś jeszcze nie czytał książki „Rewolucja energetyczna. Ale po co?”, odsyłam tamże 🙂
