Кои са най-добрите технологии за чисто и ефективно отопление на домовете ни?

Котлите, които изгарят изкопаеми горива, за да отопляват домовете, бълват газове, които също затоплят планетата. Няколко технологии за чисто отопление на домовете вече съществуват, но много от тях идват с компромиси, свързани с тяхната употреба или високи цени, а това задържа тяхното внедряване. Как работят технологии като термопомпи, централно отопление, слънчева топлинна енергия, биомаса, биометан и водород - и как се сравняват? Ето няколко примера от експертите.

Строителният сектор е една от най-замърсяващите части на икономиката. През 2019 г. сградите по целия свят са отговорни за една пета от парниковите газове, затоплящи планетата – повечето от които идват от електричеството и топлината, използвани за тяхното захранване. Но докато електричеството, използвано за работата им, бързо става все по-екологосъобразно, то при топлината енергия не е така. В ЕС, където домакинствата харчат три четвърти от енергията си за затопляне на стаи и вода, повечето топлина се произвежда директно чрез изгаряне на изкопаеми горива — газ (39%), нефт (15%) и въглища (4%).

Но технологиите за чисто отопление вече са тук. Учените са разработили стратегии за намаляване на търсенето на енергия и в същото време снабдяване на сгради с топлина по начини, които освобождават по-малко емисии на парникови газове. Ето и няколко сравнения на различните технологични решения, предоставени от анализаторите на Clean Energy Wire.

Ефективен дизайн, достатъчно за отопление на жилище

Най-добрият начин да отоплявате дома си чисто и екологично е като ограничите отоплението в жилището. За постигане на това се използва енергийната ефективност, при която се потребява по-малко енергия за получаване на същия резултат. И самодостатъчност, която се справя с първопричините за търсенето на енергия.

Една сграда ще задържа топлината по-дълго, ако стените й са по-дебели и с изолация, а прозорците са с двоен или дори троен стъклопакет. По подобен начин инсталирането на интелигентни термостати и поставянето на адаптивни щори на прозорците позволява на сградата да реагира бързо на промените в температурата. Резултатът и в двата случая е, че трябва да се генерира по-малко топлина.

„Колкото по-добри са енергийните характеристики на вашия сграден фонд, толкова по-малко трябва да регулирате температурата“, каза Аделин Роше, експерт по декарбонизация на сгради в климатичния мозъчен тръст E3G.

Но в последния си преглед на научните изследвания Междуправителственият панел по изменение на климата (IPCC) установи, че историческите печалби в ефективността досега са били компенсирани от увеличаване на жизненото пространство. Тъй като технологиите за поддържане на топлината в сградите са станали по-добри, размерът на домовете също е нараснал.

IPCC посочи допълнителни мерки, които намаляват двигателите на търсенето на енергия. Изграждането на многофамилни къщи вместо еднофамилни например или живеенето в по-малки къщи би означавало по-малко пространство, което трябва да се отоплява и да е комфортно за живеене. „На глобално ниво до 17 процента от потенциала за смекчаване може да бъде уловен до 2050 г. чрез интервенции за осигуряване на самодостатъчност“, се казва в доклада.

Някои по-малки промени изискват прости адаптации в поведението и мисленето. След като Русия нахлу в Украйна и вдигна цените на бензина, италианският физик, носител на Нобелова награда Джорджо Паризи, скандализира готвачите и учените, като показа на своите последователи във Facebook, че могат да изключат котлона, когато готвят паста, като поставят капак на тигана малко след като водата заври.

По-малко противоречивите мерки включват носенето на допълнителен пуловер или чехли на закрито, вместо увеличаване на градусите на термостата.

Експертите като цяло са съгласни, че по-голямата част от оставащото търсене на отопление ще бъде задоволено чрез преминаване от изкопаеми горива към електричество и свързване на повече сгради към системи за централно отопление, които от своя страна ще трябва да станат по-чисти. Повечето от моделирането, което е направено, предполага второстепенна роля за други технологии, каза Ян Розенов, директор на мозъчния тръст за чиста енергия Regulatory Assistance Project. „Бих казал, че от страна на предлагането това са термопомпи, централно отопление и слънчева топлинна енергия в този ред – и след това всичко останало.“

Термопомпи

Намаляването на търсенето на топлина не е достатъчно. Най-обещаващият начин за щадящи климата и топли домове според експертите е използването на термопомпи.

Термопомпите са устройства, които вземат топлина отвън и я вкарват. Те изглеждат и работят като климатици. Някои черпят топлина от земята, докато други я вземат директно от въздуха. Тази околна топлина се прехвърля към хладилен агент, химикал като тези, използвани в хладилниците, който след това загрява вода или въздух в тръбопроводи, преминаващи в сградата.

Тъй като устройството само по себе си не генерира топлина — за разлика от газовия котел или електрическия нагревател — то е много по-ефективно. Енергията, която отделя под формата на топлина, е многократно по-голяма от тази на електричеството, използвано за работата му.

Термопомпите са много подходящи за еднофамилни къщи. Но в апартаменти, особено малки, те са по-трудни за инсталиране.

„По-предизвикателно е в жилищните сгради, но има много решения“, каза Йозефиен Ванбеселаере, ръководител по въпросите на ЕС в лобистката група European Heat Pump Association (EHPA). По-големият проблем, каза тя, е, че някои държави имат строителни кодекси, които регулират разстоянието на термопомпата до съседните имоти, или правила, които изискват всички апартаменти в сградата да се съгласят с ремонтни дейности. „Бих казала, че са повече тези видове бариери, отколкото действителните технически бариери“, обясни Ванбеселаере.

Все пак най-големият проблем е първоначалната цена. Инсталирането на термопомпа в съществуваща сграда струва няколко хиляди — или дори десетки хиляди — евро. Въпреки че самите устройства могат да бъдат произведени евтино на производствени линии, цената на изваждането на бойлер и замяната му с термопомпа е висока. Това е така, защото разчита на специализиран труд и индивидуални решения за всяка отделна сграда.

Поради тяхната висока енергийна ефективност, разходите за експлоатация на термопомпа обаче обикновено са много по-ниски от тези на котел с изкопаеми горива — дори преди да се вземат предвид разходите за околната среда и човешкото здраве.

Централна топлофикация

За сгради, където пространството е ограничено, особено в гъсто населени градове, централното отопление може да бъде ефективно решение за отопление на жилищата. Тези мрежи разпределят топлина за сгради и индустрия от централен източник вместо отопление на място. Вместо да премахва котли в много индивидуални домове и да ги заменя с термопомпи на висока цена, един град може просто да свърже сградите към топлофикационна мрежа.

Днес повечето топлофикационни мрежи изгарят изкопаеми горива - понякога в електроцентрала, която произвежда и електричество. Но чрез използване на по-чисти източници на топлина централното отопление може да бъде нисковъглероден начин за отопление на домовете. Вулканичната Исландия отоплява домовете в своята топлофикационна мрежа почти изцяло с топла вода, прекарана дълбоко под земята. В световен мащаб най-големият възобновяем източник на топлина в мрежите идва от изгарянето на биомаса.

Друг вариант е да се използва нежелана топлина, генерирана от промишлени процеси или изгаряне на отпадъци. Дания, една от страните с най-утвърдената мрежа за централно отопление, построи първата си централа за комбинирано производство на топлинна и електрическа енергия през 1903 г. Тя изгаряше боклук, за да генерира електричество и да отоплява местна болница. След петролната криза през 1973 г. страната инвестира сериозно в мрежата и близо две трети от домовете са свързани днес към топлопреносни мрежи.

Целта на столицата Копенхаген за климатична неутралност до 2025 г. – която сега изглежда вероятно ще бъде пропусната – и зависи от оборудването на голяма пещ за изгаряне на отпадъци с технология за улавяне на въглеродния диоксид от изгарянето на боклук. Такъв модел може да бъде от решаващо значение за подпомагане на други градове да се справят с нуждите си от отпадъци и отопление, въпреки че на местно ниво прави въздуха по-мръсен.

Слънчеви топлинни системи

Друга възможност е сградите да се отопляват със слънце чрез слънчева топлинна технология. За разлика от слънчевите фотоволтаични системи, при които панелите превръщат слънчевата светлина в електричество, слънчевите топлинни системи абсорбират слънчевата светлина, за да затоплят вода, която след това се използва в сградата.

През 2020 г. 250 милиона жилища са използвали слънчеви топлинни технологии за отопление на вода, според Международната агенция по енергетика. В своя сценарий за нетни нулеви емисии МАЕ очаква 400 милиона да са необходими до края на десетилетието. Тъй като някои по-стари системи ще трябва да бъдат пенсионирани, агенцията очаква 290 милиона нови соларни топлинни системи да бъдат инсталирани през това десетилетие.

Слънчевите топлинни технологии могат евтино да затоплят големи части от потреблението за отопление на вода при ниски капиталови разходи, дори в студен климат, според IEA, и могат да бъдат интегрирани във всички видове отоплителни системи. Докато някои сгради могат да се отопляват изцяло по този начин, слънчевите топлинни технологии изискват големи системи за съхранение на вода, което ги прави по-малко практични като единствен източник на топлина.

Това е допълнителен източник на топлоенергия, каза Розноу. „Това не е самостоятелна система, освен ако нямате тези наистина големи устройства за съхранение на място.“

Биомасата

Най-популярната възобновяема форма на отопление в Европа е и една от най-малко устойчивите: изгарянето на биомаса.

Чрез директно отопление на домовете с котли на дървесни пелети — или индиректно чрез топлофикационни централи, работещи с гориво от биомаса — сградите могат да се поддържат топли, без да изразходват ограничени ресурси на теория. Горенето на дърва директно също може да се счита за въглеродно неутрално, ако бъдат засадени отново, тъй като CO2, освободен по време на горенето, ще бъде засмукан обратно при фотосинтезата.

Но на практика въглеродът в атмосферата загрява планетата, докато е там горе, и са необходими десетилетия, за да израсне отново изсечената гора. Нещо повече, земята, върху която се отглеждат дърветата, не може да се използва за нищо друго и е дефицитна.

В ЕС най-голямото увеличение на възобновяемите енергийни източници за отопление се наблюдава в страни, където биомасата е ключов източник на топлина. Тази цифра е частично изкривена, тъй като се измерва с общото количество генерирана топлина, а не с полезния си дял. Това прави една ефективна термопомпа да изглежда по-малко желана от един неефективен котел, според анализ от Regulatory Assistance Project, който дава стимул на страните да преследват цели за възобновяема енергия чрез изгаряне на биомаса вместо електрифициране.

Анализ от 2017 г. на Световния институт за ресурси, екологична организация с нестопанска цел, критикува слабите критерии за устойчивост на ЕС за биомаса. „Ако ЕС не ограничи биомасата до истински щадящи CO2 суровини, други страни вероятно ще приемат подобни хлабави разпоредби, които позволяват дърветата да се използват като възобновяеми енергийни източници - със значителни отрицателни последици за горите и климата.“

В сценария за декарбонизация на МАЕ изгарянето на биомаса осигурява 10% от използваната топлина в световен мащаб през 2030 г. и 20% през 2050 г.

Биометан

Друг начин за използване на органична източници на енергия за отопление на домове е превръщането им в газ.

Когато бактериите усвояват растителна материя без въздух - например на депо за отпадъци - те отделят метан. Газът е основният компонент на изкопаемия газ, известен също като природен газ, и има мощен ефект върху климата. Метанът загрява планетата 80 пъти повече от CO2 за период от 20 години, въпреки че не се задържа толкова дълго в атмосферата.

Чрез пречистване на метана, произведен по този начин - отстраняване на CO2 и други замърсители - учените могат да произведат биометан, гориво, почти неразличимо от природния газ. Изходните суровини обикновено са нежелани странични продукти от други ключови процеси: растителни остатъци, животински тор, органична част от битовите отпадъци и утайки от отпадъчни води. В някои страни като Германия обаче културите се отглеждат специално за енергия - което поражда опасения, че земята може да бъде използвана и по-добре.

Но за отопление на домовете, според експерти, количеството биометан, налично от устойчиви източници, едва ли ще достигне много. Газовата промишленост се стреми да използва наличното като по-чисто гориво за отопление на домове, без да демонтира котли и тръби вътре в домовете. Но екологичните групи се опасяват, че това ще забави преходът към по-чиста инфраструктура.

Водородът

Още по-противоречив газ е водородът, който може да замени мръсните горива в няколко замърсяващи индустрии, от производството на стомана до корабоплаването, защото има чист процес на изгаряне и може да се произвежда без отделяне на парникови газове. Това се случва чрез процес, наречен електролиза, при който електричеството от възобновяеми източници се използва за разделяне на водните молекули на водородни и кислородни атоми. Използването на този така наречен зелен водород не освобождава CO2.

Но почти целият водород, произведен днес, е известен като сив водород - произведен от изкопаем газ и пара в процес, който отделя CO2. Има и син водород, произведен от същия процес, но с енергоемки стъпки за улавяне на освободения въглерод. Досега газовата промишленост е толкова пропусклива, а технологията за улавяне на въглероден диоксид е толкова слабо развита, че изгарянето на син водород може да бъде по-замърсяващо от директното изгаряне на изкопаем газ.

Изгарянето на зелен водород за отопление на сгради би било начин за декарбонизиране на строителния сектор. Но зеленият водород е в недостиг и експертите са достатъчно скептични дали ще има достатъчно количества, за да задоволи индустриите, които се нуждаят повече от него, като производството на стомана например. После ще е ясно доколко може да се използва в жилищния сектор.

Те се опасяват, че залагането на зелен водород за отопление на сгради ще доведе до използването на по-замърсяващи форми на водород като гориво или вместо това само малки количества зелен водород ще бъдат смесени с изкопаем газ. Ето защо еколози и потребителски групи предупредиха, че „готовите за водород“ отоплителни котли са „фалшиво“ решение.

Съществуват и присъщи неефективности при създаването на водород от възобновяема енергия за изгарянето му. Въпреки че зеленият водород има смисъл в индустрии без осъществима алтернатива, като производството на стомана, това би довело до големи количества загуба на енергия в строителния сектор.

Необходима е 4 до 5 пъти повече чиста енергия за отопление на дом със зелен водород, отколкото за работа на термопомпа, каза Кевин Кирхер, машинен инженер в университета Пърдю в САЩ, който специализира в сгради. „Защо просто не изградим пет пъти повече [слънчеви панели и вятърни турбини] и не ги използваме, за да произвеждаме водород за отопление? Защото мащабът, който трябва да изградим, вече е огромен“. „Не бива да правим тази задача по-трудна, отколкото вече е“, категоричен е той. Самият водород е и изключително лесно запалим газ, който може да предизвика огромни поражения при неправилна употреба. Това създава редица технически проблеми, а изискванията за поддържане на водородна система са огромни.