9 faulů v zápase fotovoltaika vs. jádro

9 faulů v zápase fotovoltaika vs. jádro

18. července 2018

Ve světě internetu lze najít řadu textů, které vyzdvihují obnovitelné zdroje, nebo naopak jadernou energetiku. Problém může nastat, pokud se texty opírají o argumenty s pochybnou kvalitou. Nabízíme vám reakci na často citovaná slova o škodlivosti solární energetiky, které do veřejného prostoru před lety poslal Jeff Terry, profesor jaderné fyziky, který se zabývá výzkumem v oblasti energetiky na Illinois Institute of Technology. Argumenty proti názorům amerického profesora nabízí čeští akademici, kteří působí v Laboratoři diagnostiky fotovoltaických systémů (LDFS) při FEL ČVUT v Praze.

Informační pozadí

Na amerických webech se začal článek šířit již loňské léto, dostal se také do některých českých médií - nepřekvapivě například na stránkách Atom Info. Letos v červnu jej znovu oživil web Hospodářských novin. Za vydáním původní zprávy stojí organizace Environmental Progress, která působí v USA jako advokát jaderné energetiky. Vede například kampaň na podporu jádra v Illinois, New Yorku, ale také Jižní Koreji.

Oponentura z ČVUT

Český tým akademiků složený z prof. Ing. Vítězslava Bendy, CSc. (odborný grant LDFS), Ing. Ladislavy Černé, Ph.D. (vedoucí LDFS), a Ing. Pavla Hrziny, Ph.D. (manažer kvality a metrolog LDFS), sestavil následující postřehy v článku publikovaném na ihned.cz.

Faul 1.: Solární panely produkují 300krát více toxického odpadu na jednotku vyrobené elektřiny. V solárních panelech se používají těžké kovy včetně olova, chromu a kadmia, které mohou poškodit životní prostředí. Naproti tomu rizika jaderného odpadu jsou dobře známa, a lze je tedy řešit.

Reakce: Jaderná elektrárna je evidentně posuzována pouze z hlediska nakládání s jaderným odpadem, tedy odpadem vznikajícím během provozu elektrárny. Chybí například uvedení dopadů těžby uranu a jeho zpracování, ale především také nutnost likvidace jaderné elektrárny samotné. U solární elektrárny je z principu funkce tento odpad nulový, nakládání s dosloužilými solárními panely je zvládnutý proces recyklace těchto panelů.

Přeprava jaderného odpadu, Francie, foto IAEA.Přeprava jaderného odpadu, Francie, foto IAEA.

Faul 2.: Problém s odpady ze solárních zařízení spočívá v tom, že se s nimi nenakládá obdobně jako například s jaderným odpadem. (...) Existují dva typy odpadů ze slunečních kolektorů. Jednak je to odpad, který vzniká při jejich výrobě, jednak odpad, který zůstává po skončení životnosti solárního panelu. V obou případech jsou to nebezpečné materiály.

Reakce: V článku není uváděný rozdíl mezi toxickým a jaderným odpadem. Z hlediska nakládání s odpady je zde zásadní rozdíl, a to nejen legislativní, nemluvě o tom, že existuje o mnoho širší základna zařízení pro likvidaci odpadu toxického než jaderného. Dalším sporným bodem je tvrzení o tom, že jsou v modulech nebezpečné materiály. Z hlediska toxicity při výrobě se mnoho toxických látek již dlouho nepoužívá (např. amorfní germanium). Toxický odpad v modulech samotných již také není problém. Dnes instalované moduly z krystalického křemíku (představují 94 % současných instalací) obsahují prakticky jen olovo ve formě pájky.

Toto není nic nového, s čím by se přepracovatelský průmysl dříve nesetkal, protože stejná pájka se používala ve veškeré elektronice (tedy i elektronických zařízeních použitých v jaderných elektrárnách). Dalším potenciálně problematickým materiálem je velmi tenká vrstva teflonu. Skutečně nebezpečným materiálem tak může být pouze kadmium, které se však nachází v tenkovrstvých modulech na bázi CdTe (představují méně než 4 % celkové produkce), jejichž zpětný odběr a přepracování řeší přímo výrobce daných modulů (americká firma First Solar má tento program již od roku 2003). Kadmium obsahují v malém množství také některé moduly na bázi CIGS, ale jejich množství je zanedbatelné a v dnešní době již tento problém odpadá (výrobci přecházejí na jinou technologii, která je již bez kadmia).

Faul 3.: J. Terry dále uvedl, že odpad ze solárních panelů se brzy stane mnohem větším problémem než jaderný odpad, protože energetické sítě potřebují mnohem víc solárních panelů, mají-li generovat stejné množství elektřiny jako jaderný reaktor. Také další odborníci se obávají budoucnosti, protože vědci a inženýři mají podstatně víc zkušeností s radioaktivním odpadem z jaderných reaktorů než se solárními odpady.

Reakce: V současné době neexistuje žádná velká jaderná elektrárna, která by byla rozebrána, a místo bylo uvedeno do stavu „zelené louky“. Existuje více zařízení likvidovaných formou „zalití do betonu“. Jmenujme Jaslovské Bohunice (SK), Černobyl (UKR), Fukušima (JAP). Není také zcela vyřešen problém s vyhořelým jaderným odpadem. Většina států volí budoucí řešení v podobě hlubinného úložiště. Část států (například Francie) využívá metodu přepracování vyhořelého jaderného paliva (typ MOX), ovšem také v tomto případě se počítá s trvalým uložením použitého přepracovaného paliva.

Oproti tomu je problém likvidace a recyklace fotovoltaických modulů již v současnosti prakticky vyřešen. Pro sklo platí, že recyklací lze získat až 95 % skleněného materiálu s čistotou 99,99 %. Pro hliník tato hodnota dosahuje téměř 100 % a opětovné využití hliníku uspoří až 70 % energie nutné pro výrobu nového hliníku z čerstvé suroviny.

Odpad z jaderné elektrárny Dukovany, autor: Wikipedia.Odpad z jaderné elektrárny Dukovany, autor: Wikipedia.

Faul 4.: V současné době vykazuje USA asi 1,4 milionu instalací solární energie, z nichž mnohé se blíží ke konci své 25leté životnosti.

Reakce: Před 25 lety byl instalován jen nepatrný zlomek fotovoltaických systémů v porovnání se systémy instalovanými v současnosti. V roce 2007 byly ve světě instalovány fotovoltaické systémy o celkovém nominálním výkonu 2,5 GWp, v roce 2017 byly instalovány fotovoltaické systémy o výkonu téměř 100 GWP.  Ukazuje se, že životnost systémů je mírně vyšší, než jejich předpokládaná doba použití. Starší moduly z krystalického křemíku jsou navíc cenným zdrojem stříbra, mědi, hliníku a díky tomu je jejich recyklace rentabilní.

Faul 5.: Jeff Terry uvedl, že se při výrobě solárních panelů používají nebezpečné materiály, jako je například kyselina sírová a toxický plyn. Recyklace těchto materiálů je velmi obtížná a panely mají relativně krátkou provozní životnost.

Reakce: Jaderná elektrárna se skládá nejen z jaderného paliva, při jehož těžbě se často používá velké množství kyseliny sírové a dalších chemikálií, a rovněž v pomocných provozech využívá množství chemických látek, počínaje úpravou vody do chladícího okruhu přes plynové chlazení turboalternátorů a konče kyselinou boritou pro ochranu při havárii reaktoru. Oproti tomu při výrobě křemíkových článků se kyselina sírová prakticky nepoužívá, používá se ovšem chlorovodík v uzavřených cyklech.

Faul 6.: Solární panely nelze snadno uložit na skládce, protože by mohly místo kontaminovat. A rozmontovat panely tak, aby se hodily k recyklaci, je extrémně náročný a nerentabilní proces.

Reakce: Rentabilnost likvidačního procesu je prokázána mnoha studiemi, včetně studie ČVUT-SA, která je dostupná v ČJ. Tato odborná studie ČVUT potvrdila, že celkový výnos z prodeje surovin získaných recyklací fotovoltaických panelů v České republice by se pohyboval ve výši 1,7 miliardy korun. Likvidace panelů si tedy vydělá sama na sebe.

Faul 7.: Solární panely je nesmírně obtížné likvidovat nebo recyklovat. Japonsko se o to již pokouší, protože se jedná o závažný problém. Odhaduje se, že by se množství tzv. solárního odpadu mohlo do roku 2040 zvyšovat o 800 000 tun ročně. Kromě toho většina vlád, které silně podporují solární energii, nevyžaduje od výrobců, aby shromažďovali a likvidovali solární odpady.

Reakce: Většina modulů provozovaných v civilizovaných zemích (zejména v Evropě) je už od okamžiku výroby nebo montáže součástí kolektivního sběru – PV CYCLE. Převážnou složkou je sklo, dále pak hliník, plasty a křemík. (Problematické moduly z CdTe, jak již bylo řečeno výše, jsou řešeny přímo samotnými výrobci těchto modulů). Například v Česku řeší problematiku solárních panelů odpadový zákon a z něj vyplývající vyhlášky.

Faul 8.: „Většina jaderného odpadu není skutečný odpad, protože může být přepracován do reaktorového paliva,“ řekl Jeff Terry. „SA skutečně prokázaly, že to jde. Nikdy se sice nepodaří získat opět 100 % uranu nebo plutonia, ale získané množství přesto není zanedbatelné. Navíc se produkty štěpení dají využít například v radiofarmakách.“

Reakce: Přepracování jaderného paliva je doprovázeno protesty ekologických organizací při přepravě, jen malé množství států má v současné době k dispozici trvalé úložiště radioaktivních odpadů. Většina odpadu končí v meziskladech s odkazem na budoucí možnou likvidaci. Likvidace fotovoltaického modulu je oproti tomu běžnou záležitostí s minimálním dopadem na životní prostředí.

Problém přepracování vyhořelého jaderného paliva je také spojen se vznikem většího množství nízko a středněaktivních odpadů, které je třeba také uložit mimo možný negativní vliv na životní prostředí. Vzhledem k technické náročnosti a ekonomické nevýhodnosti (výroba paliva z čerstvého uranu je podstatně levnější) není přepracování paliva příliš rozšířeno. Přepracovací závody provozují Francie, Velká Británie, Japonsko, Rusko a Čína. Přepracování je z hlediska bezpečnosti velmi komplikovaný proces. Články s vyhořelým palivem musí být nejdříve rozřezány. Vzhledem k vysoké radiaci lze s odpadem manipulovat pouze na dálku, problémy způsobuje snadné rozprašování materiálu.

Během složité chemické procedury (například za využití kyseliny dusičné), která má za cíl oddělit jednotlivé složky, vznikají velké objemy radioaktivních odpadů, často v kapalném skupenství. Jejich izolace v kontejnerech je náročnější než u nedotčených palivových proutků. Kontaminace životního prostředí je při přepracování řádově vyšší než u prostého uložení vyhořelého paliva v meziskladech. Tuto skutečnost potvrzují zkušenosti z významných závodů na přepracování paliva (britský Sellafield, francouzský La Hague či ruský Majak na Urale).

Faul 9: V současné době vykazuje USA asi 1,4 milionu instalací solární energie, z nichž mnohé se blíží ke konci své 25leté životnosti. I když je pravda, že nejmodernější solární panely mají menší nežádoucí vliv na životní prostředí než starší modely, zdá se, že solární panely jako ekologický zdroj energie paradoxně zvyšují emise oxidu uhličitého (CO2). Toto zjištění vyplývá z výpočtu, kolik energie bylo zapotřebí na jejich výrobu a instalaci.

Reakce: Při výrobě 1 kg křemíku se vyprodukuje přibližně stejné množství CO2 jako při výrobě 1 kg cementu, další zpracování křemíku na FV článek potřebuje ještě další množství CO2, nicméně se stále jedná v součtu o řádově menší množství CO2, než je potřebné pro statisíce tun betonu. Z toho vyplývá, že při výstavbě jaderné elektrárny s betonovými chladicími věžemi se může vygenerovat více CO2 než při výrobě křemíku pro fotovoltaickou elektrárnu stejného výkonu.
Zmíněná studie ohledně množství energie na výrobu modulů se netýkala dnešních modulů, ale energie, která byla spotřebována na výrobu VŠECH dosud vyrobených modulů. Energetická náročnost dnes vyráběných modulů je diametrálně odlišná, což vyplývá už jen z jejich dnešní ceny a doba energetické návratnosti v podmínkách České republiky je v současné době zhruba 1,5 roku.

Závěrečné slovo

Autoři plně podporují sdílení tohoto článku, zrovna tak uvítají další argumenty provozovatelů jaderných elektráren. Bohužel energetika není černo-bílá a je jasné, že v budoucnu bude nutno provozovat všechny zdroje v režimu trvalé udržitelnosti, a to bez rozdílu typu těchto zdrojů. Hezkou ukázkou je například v odpovědích zmíněná snaha o snižování technologické a energetické náročnosti výroby FV modulů, stejně jako hledání nových materiálů a postupů výroby pro budoucí energetické zdroje.