Větrník nebo uhelná elektrárna: Který zdroj po sobě zanechá méně odpadu a který potřebuje méně zastavěné plochy?

Když se mluví o ekologické stopě energetiky, pozornost často přitahují vyřazené lopatky větrných turbín. Kritici upozorňují na jejich složitou recyklaci a vytvářejí dojem, že větrná energetika představuje budoucí odpadovou katastrofu. Mnohem méně se však hovoří o tom, kolik odpadu vzniká během celého životního cyklu uhelných elektráren. Pokud porovnáme oba zdroje při stejném výkonu a zohledníme veškeré odpady od výstavby až po vyřazení z provozu, včetně emisí vypouštěných do ovzduší, vychází obraz překvapivě jinak.

Při srovnávání větrné a uhelné elektrárny je nutné opustit zjednodušené pohledy zaměřené na jedinou součást zařízení a sledovat celý životní cyklus. Teprve tehdy lze posoudit, který zdroj skutečně vytváří více odpadu a jaké druhy odpadů po sobě zanechává.

Pro názorné srovnání uvažujme moderní uhelnou elektrárnu o výkonu 1 000 MW. Takový zdroj při vysokém využití výkonu dokáže během roku vyrobit přibližně 7 až 8 TWh elektřiny. Aby stejné množství elektřiny vyrobily větrné elektrárny ve středoevropských podmínkách, kde se využití instalovaného výkonu obvykle pohybuje kolem 30 až 35 procent, bylo by potřeba instalovat přibližně 2 300 až 2 700 MW větrného výkonu. To odpovídá zhruba 300 až 450 moderním větrným turbínám o výkonu 6 až 8 MW.

Větrná elektrárna produkuje většinu svého materiálového odpadu na začátku a na konci existence. Během výstavby vznikají odpady spojené s výrobou betonu, oceli, mědi a kompozitních materiálů. V průběhu provozu jsou objemy odpadu relativně malé a souvisejí především s výměnou maziv, elektroniky nebo některých mechanických částí. Po ukončení životnosti lze značnou část konstrukce recyklovat. Ocelová věž, armatury, měděné kabely i řada kovových součástí dosahují velmi vysoké míry materiálového využití.

Moderní větrná turbína o výkonu 6 MW obsahuje přibližně 700 až 1 000 tun betonu v základech, 250 až 400 tun oceli, několik tun mědi a zhruba 40 až 70 tun kompozitních materiálů v lopatkách. Více než 85 procent celkové hmotnosti elektrárny lze běžnými postupy recyklovat. Problematickou část představují především kompozity, které však tvoří jen několik procent celkové hmotnosti zařízení.

Největší pozornost poutají lopatky rotoru vyráběné z kompozitů na bázi skelných nebo uhlíkových vláken. Tyto materiály byly dlouhou dobu problematické z hlediska recyklace, protože jejich pevnost vychází z kombinace vláken a polymerních pryskyřic. Situace se však rychle mění. Řada průmyslových podniků vyvinula technologie umožňující rozklad kompozitů a opětovné využití jednotlivých složek. Významnou roli hraje také energetické a materiálové využití v cementářském průmyslu, kde kompozity nahrazují část paliva i surovin.

Společnost Veolia v posledních letech realizovala projekty zaměřené na zpracování vyřazených lopatek a průmyslové využití získaných materiálů. Také společnost Siemens Gamesa představila typy lopatek navržené s ohledem na budoucí recyklaci, které umožňují jednodušší oddělení jednotlivých složek kompozitu po skončení provozu. To, co bylo ještě před několika lety považováno za významnou slabinu větrné energetiky, se postupně mění v technický problém s reálně dostupnými řešeními.

Uhelná elektrárna vytváří odpad zcela odlišným způsobem. Nejde pouze o výstavbu a následnou likvidaci zařízení. Hlavní objem odpadu vzniká po celou dobu provozu. Spalování uhlí produkuje obrovská množství popílku, strusky, produktů odsíření a dalších zbytků. Část těchto materiálů nachází využití ve stavebnictví, avšak významný podíl je stále ukládán na odkalištích nebo skládkách. Každá vyrobená megawatthodina tak přináší novou dávku odpadu, která se během desetiletí provozu neustále hromadí.

Elektrárna o výkonu 1 000 MW spálí za rok přibližně 2,5 až 4 miliony tun uhlí podle jeho kvality a účinnosti zařízení. Výsledkem jsou statisíce tun pevných odpadů ročně. Popílek, struska a produkty odsíření mohou v součtu dosahovat 300 až 800 tisíc tun za rok provozu. Za čtyřicet let životnosti se tak jedná o desítky milionů tun materiálu, který je nutné dále využít nebo bezpečně uložit.

Při stejném výkonu je navíc třeba uvažovat, že uhelná elektrárna během své existence spálí miliony tun paliva. Těžba, úprava, doprava a samotné spalování vytvářejí rozsáhlé materiálové toky, jejichž výsledkem jsou miliony tun pevných zbytků. Tyto odpady nezahrnují pouze viditelný popel. Patří sem také materiály zachycené v systémech čištění spalin a odpady vznikající při údržbě technologických celků.

Pokud mezi odpady zahrneme i znečišťující látky vypouštěné do ovzduší, rozdíl mezi oběma zdroji se ještě výrazně zvětší. Uhelná elektrárna o výkonu 1 000 MW vypustí během roku přibližně 6 až 8 milionů tun oxidu uhličitého. Za čtyřicet let provozu tak vznikne 240 až 320 milionů tun „plynného odpadu“. Vedle toho jde o tisíce tun oxidů dusíku, oxidů síry, jemných prachových částic a stopových množství těžkých kovů. Moderní filtry tyto emise významně snižují, nikoliv však zcela odstraňují.

Větrné elektrárny během provozu žádné spaliny nevytvářejí. Emise vznikají pouze nepřímo při výrobě materiálů, dopravě a výstavbě. V přepočtu na vyrobenou elektřinu se celkové emise během životního cyklu pohybují přibližně mezi 8 a 15 gramy CO₂ na kilowatthodinu. U uhlí jde zpravidla o 800 až 1 100 gramů CO₂ na kilowatthodinu. Rozdíl tedy dosahuje přibližně dvou řádů.

Dalším aspektem je charakter odpadu. Vyřazená lopatka větrné turbíny představuje objemný, avšak chemicky relativně stabilní materiál. Naproti tomu popílky a další produkty spalování mohou obsahovat stopová množství těžkých kovů a vyžadují dlouhodobou kontrolu při ukládání. V některých případech mohou představovat environmentální riziko po mnoho desetiletí.

Často se diskutuje také prostorová náročnost obou zdrojů. Na první pohled se zdá, že větrné elektrárny vyžadují výrazně větší území. Skutečnost je však složitější. Samotný areál uhelné elektrárny o výkonu 1 000 MW obvykle zabírá několik čtverečních kilometrů. Pokud však započítáme povrchové doly, výsypky, odkaliště, skládky popílku, dopravní infrastrukturu a další související plochy, rozloha spojená s provozem zdroje může dosahovat desítek až stovek kilometrů čtverečních. Na tento faktor se často zapomíná.

Větrný park schopný dlouhodobě vyrobit stejné množství elektřiny by vyžadoval přibližně 300 až 450 turbín rozmístěných na ploše zhruba 200 až 500 kilometrů čtverečních. Tato plocha však není zastavěna. Samotné základy, přístupové komunikace a technické zázemí obvykle trvale zabírají méně než dvě procenta území. Zbytek může nadále sloužit zemědělství, pastvě nebo lesnímu hospodaření.

Pokud bychom porovnali celkové množství odpadu vznikajícího během životnosti elektráren o stejném výkonu, rozdíl je výrazný. Větrná elektrárna vyprodukuje většinu odpadu jednorázově při výstavbě a následně při vyřazení zařízení. Uhelná elektrárna vytváří odpad nepřetržitě po celou dobu provozu. Součet popílků, strusek a dalších pevných zbytků zpravidla několikanásobně převyšuje hmotnost všech materiálů, které je třeba řešit po ukončení životnosti větrné elektrárny.

Jestliže zahrneme také emise do ovzduší, stává se rozdíl ještě propastnějším. Zatímco na konci životnosti několika stovek větrných turbín zůstávají především recyklovatelné kovy, beton a omezené množství kompozitů, uhelná elektrárna za stejnou dobu vyprodukuje desítky milionů tun pevných odpadů a stovky milionů tun emisí.

Veřejné informace o lopatkách větrných turbín je proto často vedena bez širšího kontextu. Ano, kompozitní materiály představují technologickou výzvu a jejich recyklace není tak jednoduchá jako u oceli nebo hliníku. Současně však jde o relativně malou část celkového materiálového toku větrné elektrárny a existují technologie, které umožňují jejich stále efektivnější zpracování. Naproti tomu uhelná energetika produkuje obrovské objemy odpadu každý den svého provozu a bez existence rozsáhlé infrastruktury pro jejich ukládání by nemohla fungovat.

Pro korektní srovnání je třeba dodat, že značná část odpadů vznikajících při spalování uhlí nekončí automaticky na skládkách. Popílky, energetická struska i energosádrovec vznikající při odsíření spalin představují cenné druhotné suroviny. Popílky se využívají při výrobě betonu, cementu a stavebních směsí, struska nachází uplatnění ve stavebnictví a při rekultivacích a energosádrovec je významnou surovinou pro výrobu sádrokartonových desek a dalších stavebních materiálů. V některých elektrárnách se daří využít převážnou část těchto vedlejších produktů.

Při celkovém hodnocení obou technologií však nelze zůstat pouze u problematiky odpadů. Významnou roli hraje také vliv na krajinný ráz, který je do značné míry otázkou individuálního vnímání. Zatímco někteří lidé považují větrné elektrárny za rušivý prvek viditelný na velké vzdálenosti, jiní vnímají jako větší zásah povrchové doly, výsypky, komíny a rozsáhlé průmyslové areály spojené s těžbou a spalováním uhlí. Odlišné jsou rovněž provozní vlastnosti obou zdrojů. Uhelné elektrárny dokážou vyrábět elektřinu nepřetržitě bez ohledu na aktuální počasí a představují řiditelný zdroj výkonu.

Větrné elektrárny jsou naopak závislé na meteorologických podmínkách a jejich výroba kolísá, což klade vyšší nároky na akumulaci energie, flexibilní zdroje a přenosovou soustavu. Z pohledu klimatických změn a dekarbonizace je však rozdíl jednoznačný. Větrná energetika patří mezi zdroje s nejnižšími emisemi skleníkových plynů během celého životního cyklu a její rozvoj je považován za jeden z klíčových nástrojů snižování emisí. Uhelné elektrárny naopak zůstávají jedním z největších průmyslových zdrojů oxidu uhličitého a jejich postupné nahrazování nízkoemisními technologiemi je základním pilířem dekarbonizačních strategií většiny vyspělých ekonomik.

Při hodnocení pouze z pohledu vzniku odpadů během celého životního cyklu vychází větrná energetika jednoznačně příznivěji. Problém vyřazených lopatek je reálný, avšak řešitelný a postupně se daří nacházet průmyslově využitelná řešení. Odpady ze spalování uhlí naopak vznikají nepřetržitě, v mnohem větších objemech a představují dlouhodobou součást provozu každé uhelné elektrárny. Z hlediska celkového množství vzniklého odpadu, emisí vypouštěných do ovzduší i perspektivy budoucího využití vyřazených materiálů tak větrné elektrárny zanechávají nesrovnatelně menší materiálovou stopu než jejich uhelní konkurenti.