W praktyce zastąpienie paliw kopalnych odnawialnymi źródłami energii nie jest proste. Stosowanie paliw kopalnych związane jest z pewnymi zaletami [1]: względnie niewielka cena, duża gęstość mocy skumulowanej w jednostce masy lub objętości, dostępność, dyspozycyjność, opanowana technologia. Z kolei odnawialne źródła energii pomimo znacznie mniejszego oddziaływania na środowisko charakteryzują się pewnymi słabościami, które decydują o tym, że nie zdominowały rynków światowych. Są to: cena, bezpieczeństwo energetyczne, niezawodność i stabilność dostaw energii, zdolność do odpowiedzi na zmiany zapotrzebowania na energię elektryczną. Ponadto energia odnawialna wbrew częstej opinii nie jest całkowicie wolna od emisji i pozostałych oddziaływań na środowisko, jak również powoduje pośrednio zubożenie zasobów, co ujawnia analiza cyklu życia (LCA). Dodatkowo każde z odnawialnych źródeł energii powoduje nietypowe i trudne do oceny oddziaływanie na środowisko. W artykule dokonano przeglądu literatury dotyczącej metodyki i rezultatów analizy cyklu życia odnawialnych źródeł energii.

2. LCA odnawialnych źródeł energii

Ze względu na to, że w przypadku OZE większość oddziaływań na środowisko następuje poza fazą eksploatacji, LCA jest z pewnością odpowiednim narzędziem do szacowania wpływu OZE. Problemy praktyczne [2] związane z LCA odnawialnych źródeł energii to m.in.:

• dostępność aktualnych danych dobrej jakości dotyczących OZE
• szybki rozwój technologiczny OZE
• różne zastosowania, np. w połączeniu z systemem magazynowania lub jako element zintegrowany z budynkiem, mający dodatkową funkcję zadaszenia, świetlika
• silna zależność od warunków lokalnych (naświetlenie, prędkość wiatru itp.) i od sposobu instalacji

Istotne parametry proceduralne to m.in. zawartość energii w materiałach, zakres i szerokość analizy, metodologia i głębokość analizy oraz inne: specyfika kraju produkcji i użytkowania, stopień recyklingu materiałów, ponowne użycie części wyeksploatowanego urządzenia po ich odnowieniu, wybór materiałów wykorzystanych do budowy urządzenia lub instalacji.
W przypadku odnawialnych źródeł energii głównym źródłem zanieczyszczeń jest etap konstruowania instalacji. W związku z tym może zaistnieć problem z normalizacją emisji względem całej energii produkowanej w cyklu życia (kg/kWh), a rezultaty mocno zależą od założonej długości życia i sprawności urządzenia.

Wszystkie te elementy sprawiają, że analizy cyklu życia dają bardzo rozbieżne wyniki. Zdarza się nawet, że różnice rezultatów pomiędzy różnymi technologiami odnawialnymi są mniejsze niż rozbieżności wyników w ramach różnych sposobów analizy pojedynczej technologii. Rozbieżności metodologiczne różnych OZE należy wyeliminować w celu umożliwienia porównywania efektów związanych z procesami poprzedzającymi i następczymi różnych systemów [3]. Zaleca się stosowanie techniki hybrydowej w celu uzyskania kompletności systemu w przypadku napotkania problemu wyboru granic systemu produkcyjnego. Istotne może być także uwzględnienie magazynowania energii [4]. Zwiększa ono zużycie energii i emisję, ale umożliwia porównanie technologii z węglem i energią jądrową - w innym wypadku porównanie ze względu na różnicę obciążenia i dostępności jest niepełne.

Jednostką funkcjonalną dla LCA odnawialnych źródeł energii jest najczęściej kWh produkowanej energii dostarczonej do sieci lub kWh zgłaszanego zapotrzebowania.

2.1 Turbiny wiatrowe

Turbina wiatrowa przetwarza energię kinetyczną wiatru pochodzącą z energii słonecznej na energię mechaniczną (pracę obrotową wirnika), która z kolei jest przekazywana przez wał i przekładnię do generatora i przekształcana w energię elektryczną. Rezultaty LCA turbin wiatrowych różnią się nawet o rząd wielkości. Na podstawie przeprowadzonego w [3] przeglądu literatury dotyczącej LCA turbin wiatrowych, jak również [5] stwierdzono, że częstą przyczyną rozbieżności wyników różnych analiz pojedynczej technologii są różne cechy turbiny i założenia metodologiczne LCA. Wpływ na wyniki mają m.in.:

• czas życia i moc turbiny,
• wysokość i konstrukcja wieży - istnieje zależność, że im wyższa wieża tym większa prędkość wiatru,
• rodzaj turbiny i zastosowane materiały,
• sprawność wytwarzania energii, straty, np. wewnętrzne sieci farm wiatrowych, transformatory,
• lokalizacja i rodzaj podłoża, które ma wpływ na ilość materiałów konstrukcyjnych - np. podłoże piaszczyste wymaga więcej materiałów, warunki hydrogeologiczne wpływają na wysokość wieży,
• warunki naturalne - siła i kierunek wiatru mają wpływ na czas pracy,
• zmienność zapotrzebowania energii w lokalnej sieci oraz współczynnik obciążenia,
• rok instalacji turbiny,
• metodologia i zakres analizy,
• różnice założeń dotyczących kraju wytwarzania materiałów i samej instalacji - w różnych krajach w różny sposób otrzymuje się stal, różny jest skład stali i miksy energii zużywanej w procesach, różne są uzyskiwane wartości stopnia recyklingu.

Wszystkie wymienione elementy mają wpływ na koszt instalacji, ilość i rodzaj zużytych materiałów, a tym samym wpływ na środowisko naturalne, funkcjonalność turbiny i jej estetykę. Podobnie w [6] wymieniono następujące punkty krytyczne analizy:

• etap budowy - trudność oszacowania ilości zużytych materiałów,
• etap końca życia - zagadnienia związane z recyklingiem turbiny, m.in. łopat

Dobrym sposobem na obniżenie kosztów wytwarzania, jak również oddziaływania na środowisko jest odnowienie i ponowna instalacja części turbiny, np. łopat wirnika, piasty, siłownika i in. Rozwiązanie to zostało zastosowane w duńskich parkach wiatrowych. Zabieg ten pozwala wydłużyć czas życia, np. z 25 do 50 lat, a ponowna instalacja wymaga jedynie 20 % energii, jaka byłaby potrzebna do budowy. Recykling turbiny (stali, miedzi, aluminium) ma duży wpływ na rezultaty, z kolei recykling łopat jest kłopotliwy, ponieważ odzyskane tworzywo ma gorszą jakość, może służyć jedynie jako wypełniacz. Również recykling termiczny łopat (spalanie) nie jest dobrym rozwiązaniem, ponieważ jako produkty spalania polichlorku winylu powstają toksyczne związki.
W [6] przeprowadzono analizę cyklu życia energii elektrycznej produkowanej przez turbiny wiatrowe. Wzięto pod uwagę etapy budowy, eksploatacji i końca życia instalacji. Schemat cyklu życia turbiny wiatrowej przedstawiono na rys. 1.

W wyniku przeprowadzonej analizy stwierdzono, że w przypadku turbin wiatrowych największy wpływ na środowisko wywiera etap budowy wieży (60-90 % emisji). Wielkość oddziaływania etapu budowy fundamentów zależy od podłoża. Procesy transportu również są dość ważne z uwagi na ciężar wieży i pozostałych elementów.

Nietypowe aspekty środowiskowe energetyki wiatrowej są następujące:

• zagospodarowanie terenu i wykorzystanie gruntów,
• efekty wizualne i wpływ na krajobraz,
• hałas,
• wpływ na ptaki i zwierzęta morskie,
• niszczenie naturalnych siedlisk,
• wibracje,
• powstawanie aerozoli,
• problemy z widocznością,
• odbijanie fal i cząstek,
• zakłócanie komunikacji elektromagnetycznej,
• podwodny hałas i wibracje,
• wypadki.

Wszystkie te oddziaływania są związane z etapem wytwarzania energii i mogą być rozważane jako koszty zewnętrzne - przykładowo, w LCA farmy wiatrowej [7] obliczono koszty zewnętrzne związane z hałasem, widocznością i wypadkami, w tym ptaków.
2.2 Ogniwa fotowoltaiczne

W ogniwach słonecznych wykorzystuje się zjawisko fotowoltaiczne, a energia promieniowania słonecznego jest zamieniana w energię elektryczną. Ogniwo jest zbudowane z materiału półprzewodnikowego, najczęściej krzemu. W wyniku pracy ogniwa otrzymuje się prąd o niskim napięciu (około 0,5 V), ale dużym natężeniu zależnym od natężenia promieniowania słonecznego (ok. 3 A). Ogniwa są zazwyczaj charakteryzowane przez maksymalną moc osiąganą przy najkorzystniejszych warunkach instalacji i nasłonecznienia (peak power, wyrażana w W_p). Sprawność ogniw waha się w granicach 5-15 % zależnie od zastosowanego materiału. Wielkość energii wytwarzanej przez ogniwo ulega zmianom dobowym i sezonowym. W rezultacie to, czy wyniki LCA będą wiernie oddawały rzeczywiste oddziaływanie ogniwa na środowisko w cyklu życia, będzie zależne od trafności założeń analizy w porównaniu z faktycznymi warunkami ich pracy. Rzeczywiste osiągi zależą od wielu czynników, w tym:

• lokalizacji - natężenie promieniowania słonecznego zmniejsza się od równika ku biegunom;
• temperatury - charakterystyka półprzewodnika zależy od temperatury;
• montażu - istotny jest kąt nachylenia instalacji, pozycja i orientacja ogniwa, obecność elementów które mogą zasłaniać ogniwo i utrudniać dostęp światła
• zastosowania ogniwa, stopnia wykorzystania, gdyż ogniwa nie pozwalają na magazynowanie energii w chwilach zmniejszonego zapotrzebowania

Podstawowe etapy cyklu życia ogniw fotowoltaicznych to: wytwarzanie modułów, BOS, etap instalacji i eksploatacji oraz koniec życia ogniw (rys. 2).
Najważniejszym etapem cyklu życia jest produkcja modułu, w tym przede wszystkim produkcja krzemu. Założenia i metodologia zastosowane dla procesu produkcji krzemu mają kluczowy wpływ na rezultaty analizy i mogą być przyczyną znacznych rozbieżności wyników. Wynika to z tego, że duża część krzemu stosowanego w ogniwach pochodzi z bardzo energochłonnego procesu produkcji wysokiej czystości krzemu do mikrochipów (proces Siemens) i z procesu krystalizacji krzemu Czochralskiego. Krzem stosowany do ogniw fotowoltaicznych jest w tych procesach odpadem (rys. 3).

W związku z tym w analizie można zastosować dwa sposoby alokacji zanieczyszczeń z procesu pomiędzy krzemem wysokiej czystości do elektroniki i krzemem niższej czystości wykorzystywanym w fotowoltaice:

• alokacja zgodna z masą produktu
• alokacja zgodna z wartością produktu.

Decyzja o sposobie alokacji jest istotna - w przypadku alokacji masowej wartość CED wynosi 9 500 MJ/m² modułu, dla alokacji finansowej, ze względu na to, że złom ma prawie czterokrotnie mniejszą wartość, CED = 2 000 - 3 000 MJ/m² modułu.
Problem alokacji dla etapu produkcji krzemu jest opisany również w artykule [8], którego celem było porównanie elektrowni wiatrowych i słonecznych.

W celu obniżenia kosztów procesu konwencjonalnego otrzymywania krzemu opracowano nową technologię otrzymywania krzemu dla ogniw słonecznych w sposób niezależny od produkcji półprzewodników. Proces opracowało pod koniec ubiegłego wieku stowarzyszenie Solar Grade Silicone Research Assocn. (SOG w Tokio) przy współpracy z New Energy Industrial Technology Development Organization, a próby pilotowe zakończono w 2000 roku [9]. Obecnie w świecie prowadzone są przez różne organizacje prace dążące do udoskonalenia analogicznych procesów. Krzem o czystości "solar grade" będący produktem procesu stowarzyszenia SOG okazał się mniej energochłonny niż krzem czysty do zastosowań elektronicznych otrzymywany w wyniku procesu Siemensa. W związku z tym, wyniki LCA dla ogniw fotowoltaicznych w literaturze bardzo się różnią w rezultacie przyjmowania różnych wartości zapotrzebowania na energię w procesie produkcji krzemu: zapotrzebowanie rzędu 6 000 - 13 900 MJ/m² dla krzemu monokrystalicznego oraz 4 200 - 11 600 MJ/m² dla krzemu polikrystalicznego [2].

Kolejnym źródłem rozbieżności na etapie produkcji ogniw jest recykling chlorosilanów powstających w trakcie procesów oczyszczania. Istotne są również recykling aluminium i metali żelaznych oraz recykling całego modułu.

Obserwuje się nieustanny i szybki rozwój technologii w dziedzinie fotowoltaiki, tj. zwiększenie sprawności modułu, zmniejszenie masowego zużycia krzemu w ogniwach, zwiększenie efektywności cięcia, recykling wewnętrzny odpadów krzemowych, nowe technologie oczyszczania krzemu. Ze względu na to bardzo ważne dla analizy jest stosowanie aktualnych danych, a takie są trudne do uzyskania, szczególnie dla etapu końca życia oraz procesów recyklingu.

Analiza cyklu życia ogniw fotowoltaicznych [10] wykazała, że oddziaływanie na środowisko, w tym emisja gazów cieplarnianych oraz ilość energii zużywanej w cyklu życia są uzależnione od sposobu montażu ogniwa. Stwierdzono, że ogniwa zintegrowane z budynkiem poprzez np. montaż na dachach lub fasadach budynków wypadają korzystniej niż wolnostojące ze względu na to, że wymagają mniejszej ilości materiałów do ich instalacji oraz nie powodują wykorzystania terenu. Z tego samego powodu wśród ogniw zintegrowanych z budynkiem korzystniejsze są instalacje wbudowane, które nie wymagają odrębnych ram oraz półprzejrzyste, spełniające rolę świetlików. Pozostałe parametry, które mają wpływ na rezultaty LCA dla ogniw fotowoltaicznych to:

• założona sprawność, zależna od wymienionych wyżej czynników,
• rodzaj krzemu (złom EG-Si czy SoG-Si),
• zastosowana technologia produkcji krzemu,
• grubość warstwy krzemu,
• typ instalacji - wolnostojąca czy zintegrowana z budynkiem, panel lub laminat, rodzaj materiału zastosowanego do ramy
• współwytwarzanie ciepła (Heat Recovery Unit)

Wyniki zależą także od stosowanego do produkcji ogniwa i innych elementów miksu energetycznego, długości życia i efektywności modułu, efektywności cięcia wafli krzemowych.
Często nieuwzględniane w analizach aspekty związane z zagadnieniem to:

• wykorzystanie gruntów
• efekty wizualne.

Efekty te mają mniejsze znaczenie w przypadku montażu na istniejących konstrukcjach (np. dachach), ale dla instalacji wolnostojących mogą mieć duże znaczenie.
Jednostką funkcjonalną, zamiast kW wyprodukowanej energii, może być m² modułu. W literaturze zwraca się także uwagę na aspekty związane z systemem magazynowania energii zintegrowanym z ogniwem.

W przypadku ogniw fotowoltaicznych najważniejsze oddziaływania środowiskowe są związane ze zubożeniem zasobów. Recykling ogniw nie jest możliwy [11]. Istnieją próby opracowania opłacalnych ekonomicznie procesów odzyskiwania krzemu, wymienia się np. kilka możliwości zastosowania proszku krzemowego ze zużytych ogniw fotowoltaicznych: jako surowca do produkcji nowych ogniw, jako dodatku stali stopowych i do produkcji ceramiki [12].

2.3 Biomasa

Energia biomasy jest energią słoneczną związaną dzięki procesom fotosyntezy. Z reguły wymienia się cztery metody wykorzystania biomasy:

• bezpośrednie współspalanie
• spalanie w cyrkulującym złożu fluidalnym
• zgazowanie w cyrkulującym złożu fluidalnym
• współspalanie gazu ze zgazowania biomasy

Wykorzystywane rodzaje biomasy to m.in. drewno odpadowe, pozostałości z lasu i rolnictwa, ścinki i gałęzie, mięso i mączka kostna, osady ściekowe, nawóz ptasi.
Podstawowe korzyści wykorzystania biomasy to zmniejszenie emisji dwutlenku węgla i zmniejszenie wykorzystania energii paliw nieodnawialnych. Mniejsza emisja CO₂ wynika z tego, że w czasie spalania lub zgazowania biomasy masa wyemitowanego dwutlenku węgla jest taka sama, jak zaabsorbowana w etapie wzrostu. W etapie wzrostu emisja ma znak ujemny (absorpcja), a więc w zamkniętym cyklu nie ma wkładu netto CO₂ pochodzącego z wykorzystania biomasy. W literaturze wymienia się także inne zalety stosowania biomasy:

• tani surowiec - biomasa na ogół jest tańsza niż węgiel,
• niski koszt inwestycji,
• mniejsza ilość zanieczyszczeń (siarki i rtęci) niż paliwa kopalne,
• korzystny wpływ na sektor rolnictwa.

Skład paliwa i udział procentowy biomasy w nim jest istotny, ponieważ biomasa obniża takie parametry jak sprawność instalacji i wartość opałowa paliwa. Uprawy ukierunkowane na wytwarzanie roślin energetycznych mogą mieć także negatywny wpływ na bioróżnorodność, powodują erozję gleby, jak również duże wykorzystanie gruntów oraz wody. Pozostały negatywny wpływ na środowisko spowodowany jest przede wszystkim stosowaniem nawozów, pestycydów oraz transportem.
Jedna z najdokładniejszych analiz cyklu życia energii elektrycznej produkowanej w wyniku zgazowania biomasy (Biomass Gasification Combined Cycle) z roku 1997 [13] objęła granicami następujące etapy:

• pozyskanie surowców (m.in. do budowy oraz do produkcji paliw transportowych)
• budowa plantacji,
• budowa instalacji i wyposażenia transportowego,
• recykling i składowanie materiałów budowlanych, rozbiórkowych i innych odpadów
• produkcja środków transportowych, nawozów, pestycydów,
• sadzenie, nawożenie, stosowanie pestycydów,
• przygotowanie biomasy i jej zbiór,
• transport do farmy,
• transport do instalacji,
• magazynowanie w elektrowni

Inwentaryzacja emisji i zużycia energii została przeprowadzona przy pomocy metody PCA oraz IOA na podstawie danych z bazy EIOLCA (przeprowadzono szacowanie danych fizycznych na podstawie danych monetarnych uśrednionych dla całego sektora). Metodą IOA szacowano oddziaływanie związane z np. rekultywacją terenu i rozbiórką instalacji.
Analiza produkcji energii elektrycznej w wyniku współspalania pyłu węglowego i wierzby [14] wykazała, że dzięki zastosowaniu 10 % biomasy potencjał cieplarniany GWP spada o 7-10 % w stosunku do spalania węgla, emisja SO₂ jest mniejsza o 9,5 %, może nastąpić znacząca redukcja tlenków azotu (zależy od kilku czynników). Analizę przeprowadzono dla dwóch scenariuszy współspalania, w obydwu założono udział biomasy 10 %: w pierwszym 5 % wierzby, 5 % odpadów drewna, a w drugim 10 % wierzby. W analizie założono, że biomasa może pochodzić z produktów odpadowych z rolnictwa lub lasu albo z przeznaczonych specjalnie na ten cel upraw.

Granice systemu przedstawione na rys. 4 uwzględniały następujące etapy: produkcja biomasy z wierzby, wydobycie i przetwarzanie węgla, transport węgla i biomasy, wytwarzanie wyposażenia uzupełniającego (modernizacja) dla celów współspalania i uniknięte działania związane z zagospodarowaniem pozostałości drzewnych na wysypisku. Założono, że modernizacja instalacji do spalania węgla wymagana w celu współspalania biomasy obejmuje: młyny młotowe, silos do przechowywania, przenośnik kubełkowy pionowy, lej paliwa, płyty betonowe. Dla scenariusza bazowego (bez biomasy) instalacja nie ma modernizacji.

W wyniku analizy stwierdzono że:

• biomasa zawiera mniej siarki więc w wyniku jej współspalania powstaje mniej SO₂,
• zmiana w emisjach związana jest ze składem biomasy, a redukcja emisji NO_x zależy również od konfiguracji i działania kotła,
• dzięki współspalaniu biomasy następuje znacząca redukcja emisji rtęci (8,4 %),
• następuje redukcja zużycia paliw nieodnawialnych.

Stwierdzono ponadto, że straty w czasie transportu odgrywają istotną rolę w konsumpcji energii. Redukcja emisji w wyniku stosowania biomasy jest porównywalna do innych odnawialnych źródeł energii, ale jej zaletą jest to, że w przeciwieństwie do nich zapewnia ciągłą, a nie okresową pracę.
Inne aspekty istotne dla wyników, a obciążone dużą niepewnością to: wielkość zbiorów, ilość paliw zużywanych na polach, ilość emitowanych tlenków azotu (emisja termiczna), ilość stosowanych nawozów, pestycydów itp. Dane te wymagają analizy wrażliwości. Szczegółem często nieuwzględnianym w analizie, a mającym znaczenie dla wymaganej ilości nawozów oraz dla ilości pochłanianego dwutlenku węgla, jest poprzednie przeznaczenie terenu. Zużycie wody w cyklu życia zależy od założenia dotyczącego jej pochodzenia - jest ono znacznie mniejsze, jeśli w analizie założono, że wystarczająca do uprawy ilość wody pochodzi z opadów atmosferycznych i niepotrzebne jest dodatkowe nawadnianie, a zużycie wody następuje jedynie w samej instalacji i w pozostałych procesach uwzględnionych w cyklu życia.

Analiza wykorzystania biomasy dla celów produkcji energii elektrycznej w projekcie ECLIPSE [15] obejmowała następujące etapy cyklu życia:

• Wstępne przygotowanie paliw,
• Produkcja niezbędnych substancji chemicznych do przygotowania paliw i produkcji biomasy i innych paliw,
• Produkcja materiałów budowlanych do budowy elektrowni,
• Przygotowanie substancji chemicznych niezbędnych dla działania elektrowni,
• Koniec życia - zagospodarowanie materiałów odpadowych, recykling

Etap produkcji paliw obejmował węgiel i biomasę. W przypadku węgla wzięto pod uwagę wydobycie, przygotowanie, przetwarzanie, składowanie, transport, natomiast w przypadku biomasy:

• dla drewna rozbiórkowego, gałęzi i ścinek, nawozu ptasiego - zbiórkę i transport
• dla mięsa i mączki kostnej - produkcję i transport
• dla osadów ściekowych - suszenie i transport

Dane dotyczące sprawności instalacji oraz założenie dotyczące źródła biomasy i jej wstępnego przygotowania, takie jak ilość energii elektrycznej zużywanej do rozdrabniania, mają duży wpływ na wyniki. Założono, że wszystkie paliwa oprócz mączki kostnej są poddawane procesom rozdrabniania, a gałęzie, ścinki i nawóz ptasi muszą być dodatkowo suszone.
W etapie działania i utrzymania elektrowni uwzględniono pozyskanie i transport niezbędnych substancji zależnych od rodzaju technologii, w tym wapienia, materiału złoża, np. SiO₂, wody, amoniaku, azotu, NaOH oraz wymianę części i ich transport. W projekcie analizowano cztery technologie wykorzystania biomasy opisane w tabeli 1.

Inną technologią wykorzystującą energię biomasy jest skojarzone wytwarzanie ciepła i energii elektrycznej CHP z biomasy [16]. Może się ono odbywać na dwa sposoby - w wyniku spalania z cyklem pary lub zgazowania. W analizie cyklu życia systemu CHP występują następujące fazy:

• Produkcja paliwa - dominujące oddziaływania w wyniku tej fazy to emisja dwutlenku węgla i niemetanowych lotnych związków organicznych (NMLZO),
• Budowa (powoduje głównie zużycie rud metali i węgla kamiennego)
• Działanie instalacji - powoduje przede wszystkim emisję CO₂ biogeniczną, emisję tlenków azotu, pyłów, tlenków siarki
• Rozbiórka - ma niewielki wpływ na środowisko.

Bardzo istotna dla wyników analizy jest całkowita sprawność instalacji. Sprawność rzeczywista w systemach CHP jest niższa niż teoretyczna ze względu na sezonowe zmiany zapotrzebowania na ciepło. W przypadku skojarzonego wytwarzania ciepła i elektryczności należy dokonać wyboru metody alokacji. W ramach projektu ECLIPSE zalecana jest alokacja zgodna z egzergią, która w najlepszy sposób oddaje użyteczność, ale jej stosowanie sprawia, że wyniki są wrażliwe na przyjętą temperaturę otoczenia.

2.4 Energia wodna

Energia wodna jest oceniana w bardzo różny sposób - dla jednych jest najbardziej pro-ekologicznym sposobem uzyskiwania energii, dla innych - jednym z najbardziej szkodliwych odnawialnych źródeł energii.

Analiza cyklu życia elektrowni wodnych [4, 17] powinna brać pod uwagę następujące cechy:

• rodzaj instalacji - przepływowe lub zbiornikowe
• skala instalacji - duży zbiornik wymaga większej ilości materiałów budowlanych, większego obszaru, tam, wałów
• rodzaj materiału do budowy - skała, beton, cement

Powinno się uwzględnić następujące czynniki:

• zużycie ziemi,
• straty w wyniku parowania, przecieków,
• sedymentację,
• emisję gazów cieplarnianych z gnijącej roślinności po zalaniu,
• warunki temperaturowe - w ciepłym klimacie, np. tropikalnym, powstaje większa ilość gazów cieplarnianych,
• lokalizację - jeśli na zalanym obszarze był las, większa będzie ilość gnijącej roślinności; większe wykorzystanie gruntów rolnych w przypadku zalewania ziem uprawnych; lokalizacja decyduje również o wpływie na ekosystem, siedliska itp.,
• zmiany geologiczne.

3. Magazynowanie energiiodnawialnej
Odnawialne źródła energii często są łączone z systemami magazynowania energii dla optymalizacji ich wykorzystania dzięki możliwości dostosowania podaży energii do zmiennego zapotrzebowania.

W granicach systemu powinna wtedy zostać uwzględniona konstrukcja urządzenia do magazynowania energii i niezbędnego wyposażenia do transmisji energii, jak również etapy eksploatacji i utrzymania (O&M) oraz demontażu systemu. Ocena instalacji magazynowania energii może być wykonywana oddzielnie lub obejmować etap wytwarzania energii elektrycznej. Wskaźnikiem efektywności magazynowania energii jest ER oraz ER_net [18]. Innym rozwiązaniem jest analiza sprzężonych systemów - na przykład ze względu na zmienność wytwarzania energii przez turbiny wiatrowe uważa się czasami, że dla celów porównań z innymi systemami energetycznymi należałoby rozważać system sprzężony, np. turbina wiatrowa i gazowa.

4. Dynamiczne LCA - jako metoda przyszłości

Ze względu na szybki postęp technologiczny odnawialnych źródeł energii, zaleca się stosowanie dynamicznej analizy cyklu życia. Dynamiczne podejście w LCA polega na uwzględnieniu redukcji wpływu środowiskowego dzięki zwiększeniu sprawności, długości życia, zaawansowaniu procesów produkcyjnych, ulepszeniu procesów produkcji ciepła, energii i transportu wykorzystywanych do procesu produkcyjnego.

Przykładowa analiza taka została przeprowadzona dla następujących rodzajów energii: fotowoltaika, geotermia, energia wodoru, biomasa, wiatr, słoneczna termalna [19] i uwzględniała przewidywane zmiany, które nastąpią w przyszłości do roku 2030, np.:

• zmianę miksu paliw używanych do produkcji energii elektrycznej - założono, że w przyszłości struktura wytwarzania energii będzie zgodna ze scenariuszem zrównoważonego rozwoju do roku 2050 opracowanym przez EPA, a więc znaczna ilość energii będzie pochodziła z OZE, scenariusz ten zakłada zmniejszenie emisji CO₂ o 80 % do roku 2050,
• redukcję zapotrzebowania energii w procesie elektrolizy o 7 %,
• recykling aluminium w 2030 roku na poziomie 90 % w porównaniu do 2010 roku na poziomie 85 % oraz recykling stali w 2030 roku - 75 % (obecny - 43 %),
• zmiany w procesach technologicznych - uzyskano je przez ekstrapolację danych zawartych w dokumentach BAT.

LCA przeprowadzone w taki sposób nie jest przewidywaniem wpływu, ale szacowaniem wielkości redukcji oddziaływania w upływie czasu.
Dynamiczne LCA zostało uwzględnione także w ramach projektu NEEDS [20] (New Energy Externalities Developments for Sustainability) realizowanego w ramach 6. Programu Ramowego UE.

5. Podsumowanie

Analiza cyklu życia pokazuje, że technologie OZE nie są wolne od oddziaływania na środowisko. Jej wyniki charakteryzują się bardzo dużą rozbieżnością, co jest spowodowane silnym wpływem wielu specyficznych parametrów konkretnej instalacji, jak również założeń i stosowanej metodologii analizy. Czynniki mające wpływ na rezultaty LCA odnawialnych źródeł energii to między innymi: uwarunkowania klimatyczne, położenie geograficzne, uwarunkowania lokalne instalacji (np. nasłonecznienia), sytuacja topograficzna, dostępność i źródło materiałów, technologia produkcji, typ urządzenia, zastosowane materiały, stopień recyklingu, lokalna infrastruktura, droga transportu, miks energetyczny, granice systemu.

Do obszarów problemowych przy analizach LCA odnawialnych źródeł energii należy zaliczyć m.in. problemy z oszacowaniem ilości materiałów zużytych do konstrukcji urządzeń i instalacji, wybór sposobu alokacji wielkości zużycia energii i emitowanych zanieczyszczeń w analizowanych procesach, założenie sprawności instalacji na poziomie zbliżonym do rzeczywistego jej wykorzystania. W związku z tym wskazane wydaje się uwzględnienie tych elementów w analizie wrażliwości.

Analiza porównawcza różnych technologii wytwarzania energii elektrycznej wymaga ujednolicenia metodyki LCA, przede wszystkim odnośnie stosowania jednakowych granic systemów obejmujących wszystkie etapy życia istotnie oddziałujące na środowisko. Mimo takiego podejścia należy pamiętać, że wyniki LCA zawsze odnoszą się do konkretnego analizowanego przypadku, a ich uogólnianie powinno być zawsze przeprowadzane z dużą dozą ostrożności. Jest to szczególnie istotne w przypadku OZE - z powodu wpływu na wyniki tak wielu czynników nie jest możliwa jednoznaczna ocena i uszeregowanie technologii uzyskiwania energii ze źródeł odnawialnych.

W przypadku OZE, ze względu na szybki postęp technologiczny i istotny wpływ różnych parametrów na wyniki, bardzo owocne może być stosowanie dynamicznego LCA, które uwzględnia zmiany technologiczne przewidywane w przyszłości, m.in. zastąpienie obecnego miksu energetycznego opartego o energię z paliw kopalnych miksem opartym w znacznym stopniu o energię odnawialną oraz udoskonalenie ważnych procesów wytwórczych, np. stali i betonu. Zabieg taki jest szczególnie cenny dla analiz długoterminowych wykorzystywanych w procesie decyzyjnym. Prace tego typu będą należały do coraz częstszych w przyszłości.

Wykaz stosowanych oznaczeń

BOS - Balance of System - elementy systemu fotowoltaicznego bez modułów
CED - Cumulative Energy Demand - całkowite zapotrzebowanie na energię
EIOLCA - Economic Input Output Life Cycle Analysis - Analiza cyklu życia oparta o tablice przepływów międzygałęziowych
ER - energy ratio, iloraz energii wchodzącej i wychodzącej
ERnet - net energy ratio, wartość ER pomniejszona o straty powstałe w wyniku przesyłu, konwersji i magazynowania energii
IOA - Input Output Analysis, analiza na podstawie tablic przepływów międzygałęziowych
OZE - Odnawialne Źródła Energii
PCA - Process Chain Analysis, analiza oparta o łańcuch procesów technologicznych
SoG-Si - Solar Grade Silicon, krzem produkowany dla potrzeb ogniw fotowoltaicznych