Как сделать отопление чистым. Дрова и уголь постепенно уйдут в прошлое?

Дрова и уголь постепенно уйдут в прошлое?

Скептики часто сомневаются в том, возможна ли полноценная энергосистема на основе возобновляемых источников энергии в странах умеренного пояса — в первую очередь из-за относительно больших потребностей в отоплении в холодное время года. Разбираемся, как к этому подойти с умом и какие «зеленые» альтернативы есть традиционным технологиям в отоплении.

Почему это важно

Почти четверть всей энергии, которую потребляет мир, уходит на обогрев помещений и нагревание воды для зданий. Большая часть энергии для отопления производится за счет сжигания ископаемого топлива, что вносит значительный вклад в выбросы парниковых газов, которые вызывают климатический кризис.

Вместе с этим глобальные выбросы CO2 от отопления и нагрева воды в зданиях пока только растут. В 2021 году они достигли рекордно высоких 2,5 миллиарда тонн. Для сравнения: глобальные выбросы парниковых газов от промышленных процессов — около трех миллиардов тонн CO2 в год. Такие высокие эмиссии связаны в том числе с тем, что доля возобновляемых источников энергии в отоплении зданий в мире растет медленно и пока составляет около 11 процентов.

Однако ситуация может кардинально измениться в ближайшие годы и десятилетия благодаря глобальному энергопереходу, снижению стоимости и дальнейшему развитию «зеленых» технологий, особенно если у них будет государственная поддержка.

Как выглядит система отопления

Система отопления может быть центральной, когда несколько зданий отапливаются от одного источника, и индивидуальной, когда индивидуальные или общедомовые котлы обогревают одно здание. И в том, и в другом случае, как правило, сжигается ископаемое топливо и нагревается вода, которая направляется по трубам.

Работу центрального отопления обеспечивают ТЭЦ и котельные. Но в отличие от котельных ТЭЦ работают в режиме когенерации — вырабатывают одновременно тепло и электроэнергию. Минус централизованных систем отопления — возможные энергопотери, которые происходят из-за износа теплосетей в процессе передачи энергии.

Что предлагает Гринпис

Согласно расчетам «Центра энергоэффективности — XXI век», повышение энергоэффективности и развитие ВИЭ в секторе теплоснабжения зданий в некоторых случаях может снизить выбросы парниковых газов на 50 процентов.

Чтобы прийти к экологичной системе теплоснабжения, нужно действовать в определенной последовательности. В частности, следует рационально потреблять энергию. Необходимо начать с максимального ее сбережения: не должно быть ситуации, когда много тепла теряется на теплотрассах или из-за плохой теплоизоляции зданий, а у жителей нет возможности регулировать температуру в доме в теплый день. И прежде чем получать энергию для отопления от «зеленых» источников, необходимо пересмотреть всю систему, чтобы она не была расточительной.

Чтобы рационально потреблять энергию, нужно повысить энергоэффективность существующих зданий: реконструкция старых зданий может дать снижение энергопотреб­ления до 80 процентов за счет улучшенной системы вентиляции и теплоизоляции. Например, можно утеплить стены и швы между панелями здания, установить многокамерные стеклопакеты.

С этой же целью нужно повсеместно внед­рить терморегуляторы и квартирные счетчики тепла, что позволит регулировать подачу отопления и оплачивать только потреб­ленную тепловую энергию.

Чтобы наладить рациональное потреб­ление энергии, необходимо стремиться к строительству только пассивных домов. Это здания с грамотно выстроенной системой сохранения тепла, которая позволяет не потреблять тепловую энергию для обогрева или потреблять ее крайне мало. Чтобы сохранить тепло в пассивных домах, используют такие меры, как теплоизоляция, рекуперация тепла, пассивное использование солнечного тепла, поступающего через окна, и внутренних источников тепла (например, бытовых приборов или горячего водоснабжения). При этом сделать дом пассивным можно не только с нуля, но и реконструировать уже существующее здание. Энергоэффективные дома можно строить в разных климатических зонах.

К примеру, в столице Австрии Вене жилое здание второй половины XIX века было реконструировано до стандарта пассивного дома. Так удалось снизить энергопотребление на отопление в 15,5 раза.

Децентрализация также помогает снизить потери на теплотрассах: котельные «у дома» могут обеспечивать теплом, а иногда и электроэнергией и отдельные дома, и комплексы многоквартирных зданий без потерь тепловой энергии при транспортировке.

Далее, решив проблему нерационального использования энергии, мы переходим к более современным «зеленым» технологиям получения тепла. Сделать это можно, например, с помощью тепловых насосов. Они охлаждают внешний источник и направляют поглощенное тепло внутрь здания. Источниками тепловой энергии могут быть холодный воздух, грунт, сточные и морские воды и накопители тепловой энергии на основе воды или песка.

Обычный кондиционер с функцией обогрева — это тоже тепловой насос. Такие кондиционеры могут работать на обогрев при температуре -8° C, реже до -15° C и годятся в дополнение к какой-то основной системе. Для полноценного отопления нужны специально сконструированные тепловые насосы, например, грунтовые, или по-другому геотермальные. Это одна из распространенных технологий, с помощью которой тепло извлекается из грунта посредством установленных в земле труб.

Основное преимущество тепловых насосов перед отоплением с помощью ископаемого газа и угля в том, что они работают на электроэнергии, которую можно получать от ВИЭ. При этом в некоторых случаях тепловые насосы могут работать даже в холодном климате и выдерживают температуру до -24,5° C. Уже сегодня тепловые насосы покрывают около семи процентов мировой потребности в отоплении жилых домов.

В Евросоюзе более 20 процентов всех отопительных приборов, проданных в 2021 году, составили тепловые насосы. В Норвегии 60 процентов зданий оснащены тепловыми насосами, а в Швеции и Финляндии — более 40 процентов, что опровергает утверждение о том, что тепловые насосы не подходят для холодного климата.

Следующая «зеленая» технология — солнечные коллекторы. Это устройства для сбора тепловой энергии, поступающей от солнца. Они, как тепловые насосы, могут нагревать воздух и воду, чтобы стать дополнительным источником энергии для получения горячей воды и обогрева дома. Обычно их используют вместе с электрическими устройствами для нагрева воды.

Следующая по приоритетности использования технология — это «зеленый» водород. Водород практически не встречается на земле в чистом виде и поэтому извлекается из других соединений. Водород можно использовать как энергоноситель, при его сжигании образуется только вода. Наиболее экологичный, так называемый «зеленый» водород, получают с помощью электролиза воды за счет электроэнергии, поступающей от возобновляемых источников.

Использовать только «зеленый» водород для обогрева дома не очень эффективно. Для этого потребуется выработать примерно в пять раз больше энергии ВИЭ, чем для обогрева того же дома с помощью эффективного теплового насоса, напрямую соединенного с ВИЭ. Но «зеленый» водород может быть дополнительным источником тепла в отоплении энергоэффективного дома: гибридные тепловые насосы могут использовать «зеленый» водород в качестве резерва во время длительных холодов, когда электроэнергии ВИЭ недостаточно.

Для отопления может также использоваться биомасса. Как правило, это дрова, отходы лесного и сельского хозяйства и пищевой промышленности. Самые распространенные способы — печное отопление на дровах, котлы на древесных отходах. Но современная энергетика предлагает энергоэффективные котлы для более эффективного использования биомассы в случае использования технологий прямого сжигания.

Формально биоэнергетика относится к ВИЭ, однако Гринпис считает, что ее использование должно быть ограничено, поскольку при специальном выращивании биомассы для производства энергии нерационально используются природные ресурсы. Приоритетным способом обращения с пищевыми отходами, по мнению Гринпис, должно быть прежде всего их предотвращение, а те отходы, которые все-таки образуются, необходимо компостировать или использовать для выработки биогаза, который выделяется при разложении органики в процессе ее метанового брожения.

Биогаз можно использовать напрямую для выработки тепловой и электрической энергии, в качестве альтернативы ископаемому топливу, если другие «зеленые» технологии недоступны.

Что не стоит использовать для отопления

Иногда некоторые решения представляют как экологичные, хотя они к таковым не относятся. Ископаемый газ. Какое-то время ископаемый газ еще будет выполнять функцию отопления в зданиях в мире. Однако в тех ситуациях, когда более «зеленые» подходы и технологии технически и экономически уже доступны, их следует предпочесть отоплению на основе сжигания ископаемого газа. Дело в том, что основную часть ископаемого газа составляет метан (до 98 процентов), при сжигании которого в атмосферу попадает углекислый газ — первый по значимости парниковый газ, приводящий к климатическому кризису. Кроме того, во время добычи и транспортировки газа неизбежно происходят утечки, и тогда в атмосферу поступает сам метан. А парниковый эффект метана от сжигания ископаемого топлива превосходит углекислый газ в 82,5 раза на 20 летнем отрезке времени и в 30 раз — на 100 летнем отрезке. Поэтому ископаемый газ не может быть устойчивым долгосрочным решением проблемы климатического кризиса.

RDF-топливо

RDF, или Refuse-derived fuel (переводится как «топливо, полученное из отходов») получают из фракций, которые остаются после сортировки отходов на заводе: пластика, загрязненной бумаги, дерева, ткани, резины и других материалов. RDF могут использовать в качестве топлива на заводах, ТЭЦ или в районных котельных, чтобы обогревать дома. Сжигание RDF-топлива противоречит принципам экономики замкнутого цикла и опасно для здоровья и окружающей среды. При его горении выделяются тяжелые металлы — ртуть, свинец и кадмий, а также токсичные диоксины.

Что уже делают другие страны

В разных странах мира уже есть примеры того, как развиваются «зеленые» технологии отопления, в том числе и с государственной поддержкой.

В Великобритании домовладельцам предлагают субсидии на установку оборудования для получения тепла за счет ВИЭ и планируют ограничить продажи котлов, работающих на ископаемом топливе, после 2035 года. В Канаде предоставляют гранты на ремонт домов, установку солнечных панелей и замену систем отопления.

Обновленное в 2021 году регулирование в области строительства в Китае нацелено на развитие использования солнечной и геотермальной энергии в зданиях. В Германии системы отопления в новых зданиях должны использовать не менее 65 процентов ВИЭ.

Национальная стратегия Чили по отоплению и охлаждению направлена на замену сжигания ископаемого топлива и неустойчивого использования биомассы электрификацией.

В 2022 году 54 города и округа в Калифорнии приняли решение отказаться от использования ископаемого газа в зданиях, а штат Нью-Йорк в США, Квебек и Ванкувер в Канаде ввели аналогичные меры еще в 2021 году.

Европейская комиссия предлагает, чтобы с 2027 года все новые общественные здания, а с 2030 — вообще все новые здания имели нулевой уровень выбросов.

Страны, где установили больше всего солнечных коллекторов в 2021 году: Китай, Индия, Турция, Бразилия, США, Германия.

Солнечные коллекторы работают и в Антарктике (самом холодном месте на Земле). Система, расположенная на одном из зданий исследовательской станции Ротера Британской антарктической службы, обеспечивает почти 34 процента горячего водоснабжения здания.

Подготовила Мира АЗИМОВА