Як опалювати без вугілля, мазуту й газу

Системи опалення, що базуються на спаленні викопних енергоносіїв, передовсім вугілля, нафти і природного газу або продуктів їхньої переробки, спричиняють приблизно чверть антропогенних глобальних викидів парникових газів. Однак уже зараз такий стан справ можливо виправити, переконаний засновник розташованого в Дармштадті Інституту енергоефективного будинку Вольфґанґ Файст (Wolfgang Feist).

"Цілком реально забезпечувати будівлі кліматично нейтральною енергією, а досягти цього у всьому світі можна за допомогою відновлюваних джерел енергії", - переконаний Файст. За його словами, потрібно, перш за все, модернізувати й теплоізолювати будівлі, щоб тепло не витрачалося марно. "За умови доброї теплоізоляції і сучасних вентиляційних систем у новобудовах досягається енергоекономія на рівні від 80 до 90 відсотків порівняно зі звичайними будівлями, а в старих спорудах за рахунок енергозберігаючої реконструкції - від 75 до 80 відсотків", - пояснив Файст в інтерв'ю DW.

Потім решту потреб у теплі можна покрити за рахунок застосування різних відновлюваних джерел енергії. А підходи можуть варіюватися залежно від регіону, каже Файст - професор будівельної фізики, який здобув репутацію піонера енергоефективного будівництва. "Тут важливими джерелами тепла, на міг погляд, могли б стати централізоване теплопостачання з використанням відновлюваних джерел енергії, а також опалення за допомогою тепла, взятого з довкілля, і теплових помп", - запевняє експерт.

В окремих випадках потребу в теплі деяких будинків можна було б покривати за допомогою спалення дров або пелетів, тобто деревних гранул. Утім, Файст застеріг від того, щоб робити ставку виключно на дрова й пелети як енергоносії для цілковитого покриття потреб у теплі міст і промисловості. На його думку, такий підхід - "нераціональний", адже він не пропонує сталого рішення з огляду на велетенську потребу в біомасі.

Франкфурт-на-Майні стане кліматично нейтральним до 2050 року

Щоб досягти поставленої мети, а саме до 2050 року стати нейтральним щодо шкідливих у кліматичному плані викидів - місто Франкфурт-на-Майні робить ставку на різноманітні технології. Принаймні в цьому запевняє Пауль Фай (Paul Fay), який представляє міський департамент з питань енергопостачання. Він координує масштабні заходи з переоснащення, заснованого на розробленому містом спільно з науковцями генеральному плані. Цей комплекс заходів містить і такі пункти, як енергоефективні пасивні будинки та енергореконструкція старих будівель у місті.

Частину необхідної теплової енергії планується виробляти за рахунок розташованих на дахах будівель сонячних панелей, а решта тепла надходитиме в квартири містян мережею централізованого теплопостачання. Планується, що задіяні для цього котельні або ТЕЦ постачатимуть тепло, утворене під час спалювання відходів та сміття, а також деревини. Не виключено, що місцями тепломережі живитимуться від тепла, що виникатиме як побічний продукт від експлуатації дата-центрів. Крім того, за допомогою теплових помп можна використовувати тепло від землі.

Принцип роботи теплонасосів

Власне, теплова помпа або тепловий насос має той самий принцип роботи, що й холодильник. У закритій багатоступеневій системі в компресорі виробляється тепло, а у випаровувачі - холод.

Під час цього процесу рідкий теплоносій всотує тепло з навколишнього середовища для обігріву будівель або води. Тепловий насос забирає таким чином енергію з землі, ґрунтових вод або повітря.

Для експлуатації теплонасоса потрібна електроенергія, а його виробіток залежить переважно від джерела тепла.

"Ми досліджували 60 систем теплових насосів у старих будівлях у Німеччині", - розповідає дослідник Марек Міара (Marek Miara) з Фраунгоферского інституту сонячних енергетичних систем (ISE) у Фрайбурзі. Результат: "У старих будівлях теплонасоси, де джерелом тепла є повітря, виробляють у середньому близько трьох кіловат-годин тепла від однієї спожитої кіловат-години електроенергії. А теплонасоси, де джерелом тепла є ґрунтові води або ґрунт, генерують у середньому в 3,9 разу більше тепла", - пояснив Міара DW. А системи в нових будівлях ще більш ефективні, додав він.

Ключова технологія з великим потенціалом

Теплонасоси розглядають як центральну складову в планах досягнення кліматично нейтрального енерго- і теплопостачання. Нині скрізь у світі теплонасоси дедалі частіше замінюють традиційні системи опалення на викопному паливі. "У всьому світі спостерігається вкрай позитивна тенденція. На наших очах розпочинається золотий вік теплонасосів, вони вийшли на масовий ринок", - запевняє Томас Новак (Thomas Nowak) з лобістської організації Європейської асоціації теплових насосів (EHPA).

Згідно зі звітом EHPA, лише 2018 року в світі було продано 18 мільйонів теплонасосів, з яких 1,3 мільйона - в Європі. Обсяги глобальних продажів щорічно зростають на десять відсотків.

З теплонасосом менше викидів CO2

Досі в Європі теплонасоси набули найбільшого поширення й популярності насамперед у скандинавських країнах. Вже тепер головними джерелами електроенергії в цих країнах стали вітер та вода, що не шкодить клімату. За розрахунками ISE, опалювальні системи на теплонасосах у Швеції викидають в атмосферу приблизно на 90 відсотків менше CO2, ніж опалювальні системи на природному газі.

Нині в ЄС і в багатьох інших країнах світу значна частина електроенергії ще й досі генерується на ТЕС, де спалюють вугілля, мазут і газ. Однак, за розрахунками дослідників з ISE, і в цих країнах теплонасоси так само більше сприяли б справі захисту клімату, ніж опалення на природному газі. У середньому в разі широкого застосування теплосмоків у країнах ЄС показник економії CO2 у порівнянні з опаленням на природному газі становив би близько 60 відсотків, а в Німеччині - близько 30 відсотків.

Якщо за рахунок розширення використання енергії вітру і сонця, як це відбувається в даний час в Німеччині, електроенергія і далі ставатиме екологічно чистішою, то тоді показник економії CO2 від теплонасосів у опалювальних системах і далі зростатиме.

А коли струм у енергомережі походитиме 100-відсотково з відновлюваних джерел, то опалювати теплонасосами стане взагалі кліматично нейтрально.

Для змін потрібна політична воля

Експерти в галузі енергетики та будівництва погоджуються, що перехід на кліматично нейтральну технологію опалення у всіх будівлях і в промисловості скрізь у світі - цілком реальна мета. "Утім, тут ще потрібна практика, адже як монтажникам і архітекторам, так і власникам будівель нерідко бракує знань про те, як все це можна оптимізувати та скільки енергії і коштів можна заощадити", - визнає Андреас Нордгофф (Andreas Nordhoff) в інтерв'ю DW. Він - консультант з питань технології пасивних будинків, проводить тренінги для архітекторів і монтажників із компаній-підрядників.

Водночас для екологічно чистого теплопостачання важливим фактором є політична воля. "Що нам зараз потрібно, то це заборона на встановлення нових систем опалення на мазуті. Вони особливо шкідливі для клімату, тож виробництво і монтаж нових таких систем потрібно заборонити", - вимагає Ніколас Бессер (Nicolas Besser), керівник проєкту "Енергетика і захист клімату" Німецького товариства допомоги довкіллю (DUH). "Порівняно з системами опалення на мазуті, системи опалення на природному газі дещо кращі для клімату, але під час спалення газу так само виділяються шкідливі для клімату викиди. Тож нам потрібна заборона на установку з 2025 року ще й газових систем опалення", - додав він.

Задля досягнення кліматичних цілей DUH закликає до негайної реалізації програми з підвищення кліматичного балансу будівель. Виділені в рамках цієї програми кошти потрібно буде витратити на глибоку реконструкцію будівель, розширення централізованих муніципальних теплових мереж та прискорення поетапної відмови від опалення мазутом та газом.