Zrównoważony rozwój uwzględniający poszanowanie środowiska wymaga odpowiedzialnego podejścia do budowy optymalnego miksu energetycznego. Naturalnym jego elementem są obecnie odnawialne źródła energii, których procentowy udział w generacji energii systematycznie wzrasta.

W związku z tym dochodzi do sytuacji, w której koniecznością staje się szersze niż dotychczas spojrzenie na energetykę odnawialną i jej wpływ na środowisko. Już w tym miejscu należy jednak zaznaczyć, że z punktu widzenia ograniczania emisji produktów spalania do środowiska naturalnego na etapie pracy instalacji (generowania energii), odnawialne źródła energii są rozwiązaniem pożądanym. Nie mamy bowiem w tych procesach do czynienia z negatywnym wpływem na środowisko w rozumieniu tożsamym z energetyką konwencjonalną, co nie oznacza jednocześnie, że takiego wpływu w ogóle nie ma.

Czy tak samo jest jednak, gdy przeanalizujemy poszczególne technologie w szerszym aspekcie, przez który należy rozumieć wpływ na środowisko od etapu produkcji poszczególnych urządzeń, przez ich pracę, aż po utylizację? Odpowiedzią na tak postawione pytanie może być wykonanie środowiskowej oceny cyklu życia (ang. environmental live cycle assesment).

Środowiskowa ocena cyklu życia

Środowiskowa ocena cyklu życia jest znormalizowaną metodą pozwalającą na analizę zagrożeń związanych z produktem/procesem w całym okresie jego życia. W omawianym przypadku mowa oczywiście o procesie generowania energii elektrycznej, cieplnej czy też chłodu.

Czy jest to metoda wykorzystywana powszechnie? Niestety nie, choć jej zadaniem jest udoskonalenie procesów energetycznych i zminimalizowanie wpływu na środowisko, często postrzegana jest jako metoda skupiona na poszukiwaniu niedoskonałości, a może wręcz dyskredytująca analizowaną technologię czy produkt. Jest to podejście nie tylko błędne, ale wręcz krótkowzroczne. Jeżeli bowiem mamy jako społeczeństwo dążyć do rozwoju nowoczesnej gospodarki, z uwzględnieniem jej wpływu na środowisko w sposób kompleksowy, konieczne jest wyjście poza dość wąskie ramy oceny efektu ekologicznego opartego na emisji produktów spalania do atmosfery. Uwaga powinna zostać skierowana na zubożenie zasobów środowiska naturalnego, zużycie wody oraz emisję do wody, emisję światła i hałasu, wpływ sposobu zagospodarowania terenu na życie społeczności lokalnych, wpływ na bioróżnorodność czy w końcu odprowadzenia ciepła odpadowego (Bayer et al., 2013).

Nie da się ukryć, że skala przedsięwzięcia, jakim jest wykonanie oceny cyklu życia, wymaga dużej interdyscyplinarności i z pewnością nie jest kwestią łatwą. Być może jest to jeden z powodów jej bardzo rzadkiego wykorzystywania do analizy procesów w energetyce przemysłowej i zawodowej. Co do zasad i struktury LCA, zostały one określone w normie PN-EN ISO 14040 „Zarządzanie środowiskowe. Ocena cyklu życia. Zasady i struktura”, natomiast wymagania i wytyczne do przeprowadzanie LCA zawiera norma PN-EN ISO 14044 „Zarządzanie środowiskowe. Ocena cyklu życia. Wymagania i wytyczne”. Dzięki znormalizowaniu metody możliwa jest właściwa ocena wszystkich aspektów środowiskowych na etapie wydobywania i przetwarzania surowców mineralnych, wytwarzania, dystrybucji, eksploatacji, recyklingu i ostatecznego unieszkodliwienia odpadów (Rebitzer et al., 2004; Grzesik, 2006; Kaczmarczyk, 2019).

Proces oceny cyklu życia podzielić można na kilka etapów, które jako całość składają się na realizację podstawowego zadania tej metody, jakim jest udokumentowanie wpływu procesu energetycznego na środowisko na każdym etapie jego życia. Pierwszym zadaniem jest określenie celu, zakresu badań oraz poziomu szczegółowości. Dla przykładu, może być to określenie wpływu na środowisko naturalne generacji 1 MWh energii elektrycznej czy 1 TJ energii cieplnej. Następnym etapem jest określenie tzw. zbioru wejść (np. zużyte surowce, energia) oraz wyjść (np. emisja do środowiska, odpady). Kolejnym etapem jest przypisanie poszczególnym pozycjom wzięty pod uwagę w danych wejściowych i wyjściowych odpowiednich kategorii wpływu na środowisko naturalne. Ostatnim etapem jest interpretacja uzyskanych wyników.

Do powszechnie stosowanych kategorii wpływu należą: zmiana klimatu, niszczenie ozonu stratosferycznego, tworzenie fotoutleniaczy, zakwaszenie, eutrofizacja, toksyczność dla ludzi oraz ekotoksyczność. Bardziej szczegółowo kategorie wpływu podzielić można na globalne, regionalne i lokalne. Do pierwszej z grup zaliczane są: globalne ocieplenie, niszczenie ozonu stratosferycznego oraz zubożenie zasobów naturalnych (wydobywanie paliw kopalnych). Do kategorii regionalnych zaliczane są: fotochemiczne tworzenie utleniaczy, zakwaszanie, ekotoksyczność, toksyczność dla ludzi i zużycie zasobów. Trzecią grupę – lokalną – stanowią: fotochemiczne tworzenie się utleniaczy, zakwaszanie, skutki oddawania ciepła odpadowego, ekotoksyczność, toksyczność dla ludzi, zapach, hałas, zużycie zasobów, a także użytkowanie gruntów.

Mimo znormalizowania metody LCA przez obowiązujące normy, istotne jest obliczenie wskaźników dla poszczególnych kategorii wpływu. W tym celu stosowane są różne metody, z których w kontekście zastosowania do energetyki odnawialnej wymienić należy: Eco-indicator, CML, ILCD, Monte Carlo oraz ReCiPE. Każda z wymienionych metod stanowi próbę odpowiedzi na dwa zasadnicze problemy, z jakim należy się zmierzyć w trakcie wykonywania LCA. Pierwszym z nich jest trudność interpretacji uzyskanych wyników w ujęciu całościowym. Już wyniki odnoszące się do poszczególnych kategorii wpływu pozostawiają wątpliwości, tym bardziej więc ich sumaryczna ocena pozostaje niejednoznaczna.

Druga kwestia odnosi się do staranności gromadzenia wszystkich niezbędnych danych środowiskowych w cyklu życia produktu, co jest procesem złożonym i czasochłonnym. Zasadniczo, kwestie wykorzystywanych baz danych oraz określenie kategorii wpływu powiązane jest z konkretną zastosowaną metodyką. Nie stanowi to jednak reguły. Do najpopularniejszych baz danych należą: Ecoinvent, Probas, Agri-BALYSE, Blue Mountain, JRC’s European Reference Life Cycle Data System (ELCD), NREL’s U.S. Life-Cycle Inventory Database (USLCI), EXIOBASE and CML’s database of impact assessment factors (CML-IA). Spośród wymienionych, zdecydowanie najczęściej w energetyce odnawialnej wykorzystywana jest baza Ecoinvent, uznawana powszechnie za najbardziej rozbudowaną i kompletną bazę danych dla wykonania środowiskowej oceny cyklu życia.

Należy jednocześnie zwrócić uwagę na rozwój badań nad LCA w Europie i European Reference Life Cycle Data System (ELCD), która w niedalekiej przyszłości może stanowić równie popularne rozwiązanie jak Ecoinvent.

Dlaczego warto wykonywać LCA?

Odpowiedzialne myślenie o przyszłości energetycznej świata wymaga szerszego spojrzenia na degradację środowiska naturalnego. Albert Einstien powiedział kiedyś, że „szaleństwem jest robić to samo i oczekiwać różnych rezultatów”. Jeżeli istnieje znormalizowana metoda kompleksowo oceniająca wpływ procesów energetycznych, w tym opartych na odnawialnych źródłach energii, na środowisko naturalne, to należy z niej skorzystać.

Mimo że zostało to już wspomniane, należy ponownie podkreślić, że środowiskowa ocena cyklu życia ma na celu przede wszystkim udoskonalenie procesów, wskazanie słabych stron i potencjału, który jest możliwy do uwolnienia, a który wcześniej nie był dostrzegany.

Zrównoważony rozwój uwzględniający poszanowanie środowiska wymaga odpowiedzialnego podejścia do budowy optymalnego miksu energetycznego. Naturalnym jego elementem są obecnie odnawialne źródła energii, których procentowy udział w generacji energii systematycznie wzrasta. W związku z tym dochodzi do sytuacji, w której koniecznością staje się szersze niż dotychczas spojrzenie na energetykę odnawialną i jej wpływ na środowisko. Już w tym miejscu należy jednak zaznaczyć, że z punktu widzenia ograniczania emisji produktów spalania do środowiska naturalnego na etapie pracy instalacji (generowania energii), odnawialne źródła energii są rozwiązaniem pożądanym. Nie mamy bowiem w tych procesach do czynienia z negatywnym wpływem na środowisko w rozumieniu tożsamym z energetyką konwencjonalną, co nie oznacza jednocześnie, że takiego wpływu w ogóle nie ma. Czy tak samo jest jednak, gdy przeanalizujemy poszczególne technologie w szerszym aspekcie, przez który należy rozumieć wpływ na środowisko od etapu produkcji poszczególnych urządzeń, przez ich pracę, aż po utylizację? Odpowiedzią na tak postawione pytanie może być wykonanie środowiskowej oceny cyklu życia (ang. environmental live cycle assesment).

Środowiskowa ocena cyklu życia

Środowiskowa ocena cyklu życia jest znormalizowaną metodą pozwalającą na analizę zagrożeń związanych z produktem/procesem w całym okresie jego życia. W omawianym przypadku mowa oczywiście o procesie generowania energii elektrycznej, cieplnej czy też chłodu. Czy jest to metoda wykorzystywana powszechnie? Niestety nie, choć jej zadaniem jest udoskonalenie procesów energetycznych i zminimalizowanie wpływu na środowisko, często postrzegana jest jako metoda skupiona na poszukiwaniu niedoskonałości, a może wręcz dyskredytująca analizowaną technologię czy produkt. Jest to podejście nie tylko błędne, ale wręcz krótkowzroczne. Jeżeli bowiem mamy jako społeczeństwo dążyć do rozwoju nowoczesnej gospodarki, z uwzględnieniem jej wpływu na środowisko w sposób kompleksowy, konieczne jest wyjście poza dość wąskie ramy oceny efektu ekologicznego opartego na emisji produktów spalania do atmosfery. Uwaga powinna zostać skierowana na zubożenie zasobów środowiska naturalnego, zużycie wody oraz emisję do wody, emisję światła i hałasu, wpływ sposobu zagospodarowania terenu na życie społeczności lokalnych, wpływ na bioróżnorodność czy w końcu odprowadzenia ciepła odpadowego (Bayer et al., 2013). Nie da się ukryć, że skala przedsięwzięcia, jakim jest wykonanie oceny cyklu życia, wymaga dużej interdyscyplinarności i z pewnością nie jest kwestią łatwą. Być może jest to jeden z powodów jej bardzo rzadkiego wykorzystywania do analizy procesów w energetyce przemysłowej i zawodowej. Co do zasad i struktury LCA, zostały one określone w normie PN-EN ISO 14040 „Zarządzanie środowiskowe. Ocena cyklu życia. Zasady i struktura”, natomiast wymagania i wytyczne do przeprowadzanie LCA zawiera norma PN-EN ISO 14044 „Zarządzanie środowiskowe. Ocena cyklu życia. Wymagania i wytyczne”. Dzięki znormalizowaniu metody możliwa jest właściwa ocena wszystkich aspektów środowiskowych na etapie wydobywania i przetwarzania surowców mineralnych, wytwarzania, dystrybucji, eksploatacji, recyklingu i ostatecznego unieszkodliwienia odpadów (Rebitzer et al., 2004; Grzesik, 2006; Kaczmarczyk, 2019). Proces oceny cyklu życia podzielić można na kilka etapów, które jako całość składają się na realizację podstawowego zadania tej metody, jakim jest udokumentowanie wpływu procesu energetycznego na środowisko na każdym etapie jego życia. Pierwszym zadaniem jest określenie celu, zakresu badań oraz poziomu szczegółowości. Dla przykładu, może być to określenie wpływu na środowisko naturalne generacji 1 MWh energii elektrycznej czy 1 TJ energii cieplnej. Następnym etapem jest określenie tzw. zbioru wejść (np. zużyte surowce, energia) oraz wyjść (np. emisja do środowiska, odpady). Kolejnym etapem jest przypisanie poszczególnym pozycjom wzięty pod uwagę w danych wejściowych i wyjściowych odpowiednich kategorii wpływu na środowisko naturalne. Ostatnim etapem jest interpretacja uzyskanych wyników. Do powszechnie stosowanych kategorii wpływu należą: zmiana klimatu, niszczenie ozonu stratosferycznego, tworzenie fotoutleniaczy, zakwaszenie, eutrofizacja, toksyczność dla ludzi oraz ekotoksyczność. Bardziej szczegółowo kategorie wpływu podzielić można na globalne, regionalne i lokalne. Do pierwszej z grup zaliczane są: globalne ocieplenie, niszczenie ozonu stratosferycznego oraz zubożenie zasobów naturalnych (wydobywanie paliw kopalnych). Do kategorii regionalnych zaliczane są: fotochemiczne tworzenie utleniaczy, zakwaszanie, ekotoksyczność, toksyczność dla ludzi i zużycie zasobów. Trzecią grupę – lokalną – stanowią: fotochemiczne tworzenie się utleniaczy, zakwaszanie, skutki oddawania ciepła odpadowego, ekotoksyczność, toksyczność dla ludzi, zapach, hałas, zużycie zasobów, a także użytkowanie gruntów. Mimo znormalizowania metody LCA przez obowiązujące normy, istotne jest obliczenie wskaźników dla poszczególnych kategorii wpływu. W tym celu stosowane są różne metody, z których w kontekście zastosowania do energetyki odnawialnej wymienić należy: Eco-indicator, CML, ILCD, Monte Carlo oraz ReCiPE. Każda z wymienionych metod stanowi próbę odpowiedzi na dwa zasadnicze problemy, z jakim należy się zmierzyć w trakcie wykonywania LCA. Pierwszym z nich jest trudność interpretacji uzyskanych wyników w ujęciu całościowym. Już wyniki odnoszące się do poszczególnych kategorii wpływu pozostawiają wątpliwości, tym bardziej więc ich sumaryczna ocena pozostaje niejednoznaczna. Druga kwestia odnosi się do staranności gromadzenia wszystkich niezbędnych danych środowiskowych w cyklu życia produktu, co jest procesem złożonym i czasochłonnym. Zasadniczo, kwestie wykorzystywanych baz danych oraz określenie kategorii wpływu powiązane jest z konkretną zastosowaną metodyką. Nie stanowi to jednak reguły. Do najpopularniejszych baz danych należą: Ecoinvent, Probas, Agri-BALYSE, Blue Mountain, JRC’s European Reference Life Cycle Data System (ELCD), NREL’s U.S. Life-Cycle Inventory Database (USLCI), EXIOBASE and CML’s database of impact assessment factors (CML-IA). Spośród wymienionych, zdecydowanie najczęściej w energetyce odnawialnej wykorzystywana jest baza Ecoinvent, uznawana powszechnie za najbardziej rozbudowaną i kompletną bazę danych dla wykonania środowiskowej oceny cyklu życia. Należy jednocześnie zwrócić uwagę na rozwój badań nad LCA w Europie i European Reference Life Cycle Data System (ELCD), która w niedalekiej przyszłości może stanowić równie popularne rozwiązanie jak Ecoinvent.

Dlaczego warto wykonywać LCA?

Odpowiedzialne myślenie o przyszłości energetycznej świata wymaga szerszego spojrzenia na degradację środowiska naturalnego. Albert Einstien powiedział kiedyś, że „szaleństwem jest robić to samo i oczekiwać różnych rezultatów”. Jeżeli istnieje znormalizowana metoda kompleksowo oceniająca wpływ procesów energetycznych, w tym opartych na odnawialnych źródłach energii, na środowisko naturalne, to należy z niej skorzystać. Mimo że zostało to już wspomniane, należy ponownie podkreślić, że środowiskowa ocena cyklu życia ma na celu przede wszystkim udoskonalenie procesów, wskazanie słabych stron i potencjału, który jest możliwy do uwolnienia, a który wcześniej nie był dostrzegany.