Введение

Сумма всей энергии, необходимой для производства любых товаров или услуг. Энергия, воплощенная в продукте, – это сумма всей энергии, затраченной на производство любых товаров или услуг, рассматриваемая как энергия, заключенная или "воплощенная" в самом продукте. Эта концепция может быть полезна для оценки эффективности энергопроизводящих или энергосберегающих устройств, определения "реальной" стоимости замены здания, а также для определения того, способствует ли продукт глобальному потеплению или смягчает его последствия, поскольку энергозатраты обычно связаны с выбросами парниковых газов. Основная цель измерения этого показателя – сравнить количество энергии, произведенной или сэкономленной данным продуктом, с количеством энергии, потребленной при его производстве. Энергия, воплощенная в продукте, – это метод учета, направленный на определение общей суммы энергии, необходимой на протяжении всего жизненного цикла продукта. Определение границ этого жизненного цикла включает оценку значимости и объема энергозатрат на добычу сырья, транспортировку, производство, сборку, установку, демонтаж, разборку и/или разложение, а также использование человеческих и вторичных ресурсов.

История

История создания системы учёта, регистрирующей потоки энергии в окружающей среде, восходит к истокам самой бухгалтерии. Как самостоятельный метод, она часто связывается с теорией "субстанции" ценности, разработанной физиократами, а позднее – с сельскохозяйственной энергетикой Сергея Подолинского, русского врача, и экологической энергетикой Владимира Станчинского. Основные современные методы учёта накопленной энергии выросли из модели "затраты-выпуск" Василия Леонтьева и называются анализом накопленной энергии "затраты-выпуск". Модель "затраты-выпуск" Леонтьева, в свою очередь, являлась адаптацией неоклассической теории общего равновесия, применённой к "эмпирическому исследованию количественной взаимозависимости между взаимосвязанными экономическими процессами". По словам Тенненбаума, метод "затраты-выпуск" Леонтьева был адаптирован Хэнноном для анализа накопленной энергии с целью описания энергетических потоков в экосистемах. Адаптация Хэннона представляла собой таблицу общих прямых и косвенных потребностей в энергии (энергоёмкости) для каждого продукта, производимого системой. Общее количество энергии, прямой и косвенной, затраченной на весь объём производства, называется накопленной энергией.

Методологии

Анализ накопленной энергии рассматривает, какая энергия затрачивается на поддержку потребителя, и поэтому вся деградация энергии относится к конечному спросу потребителя. Различные методологии используют разные масштабы данных для расчета накопленной энергии в продуктах и услугах, созданных природой и человеческой цивилизацией. Международного согласия относительно уместности масштабов данных и методологий пока не достигнуто. Эта сложность может приводить к широкому диапазону значений накопленной энергии для любого конкретного материала. В отсутствие всеобъемлющей глобальной общедоступной динамической базы данных по накопленной энергии, расчеты накопленной энергии могут не учитывать важные данные, например, о строительстве и содержании сельских дорог и автомагистралей, необходимых для транспортировки продукта, маркетинге, рекламе, услугах общественного питания, услугах, не связанных с человеческим трудом, и тому подобном. Такие упущения могут быть источником значительных методологических ошибок при оценке накопленной энергии. Без оценки и декларирования погрешности накопленной энергии сложно откалибровать индекс устойчивости и, следовательно, определить ценность любого материала, процесса или услуги для экологических и экономических процессов.

Стандарты

SBTool, британский кодекс устойчивого домостроения, был, а USA LEED по-прежнему является методом, в котором учитывается воплощенная энергия продукта или материала, наряду с другими факторами, для оценки воздействия здания на окружающую среду. Воплощенная энергия – это концепция, по которой ученые до сих пор не пришли к единым универсальным значениям, поскольку необходимо учитывать множество переменных, однако большинство согласны с тем, что продукты можно сравнивать между собой, чтобы определить, в каком из них воплощенной энергии больше, а в каком – меньше. Сравнительные списки (например, Инвентаризация воплощенной энергии и углерода материалов Университета Бата) содержат средние абсолютные значения и объясняют факторы, учтенные при их составлении. Типичные единицы измерения воплощенной энергии – МДж/кг (мегаджоули энергии, необходимые для производства килограмма продукта) и т (тонны углекислого газа, образующиеся в результате энергии, необходимой для производства килограмма продукта). Преобразование МДж в т не является простым, поскольку различные виды энергии (нефть, ветер, солнечная, атомная и т. д.) выделяют разное количество углекислого газа, поэтому фактический объем выбросов углекислого газа при производстве продукта зависит от типа энергии, используемой в производственном процессе. Например, правительство Австралии приводит среднее глобальное значение 0,098 т = 1 ГДж. Это эквивалентно 1 МДж = 0,098 кг = 98 г или 1 кг = 10,204 МДж.

Соответствующие методологии

В 2000-х годах засушливые условия в Австралии вызвали интерес к применению методов анализа затраченной энергии к водным ресурсам. Это привело к использованию понятия "заключенная вода" (или "скрытая вода").

Данные

Существует ряд баз данных для количественной оценки воплощенной энергии товаров и услуг, включая материалы и продукцию. Они основаны на различных источниках данных, с различиями в географической и временной применимости, а также в полноте границ системы. Одной из таких баз данных является база данных экологических показателей в строительстве (EPiC), разработанная в Университете Мельбурна, которая содержит данные о воплощенной энергии для более чем 250 строительных материалов. Эта база данных также включает показатели по использованию воды и выбросам парниковых газов. Основная причина расхождений в данных о воплощенной энергии между базами данных заключается в источнике данных и методологии, используемой при их составлении. Данные, полученные «снизу вверх» («process data»), обычно поступают от производителей и поставщиков продукции. Хотя эти данные, как правило, более надежны и специфичны для конкретных продуктов, методология сбора данных о процессе часто приводит к исключению значительной части воплощенной энергии продукта, главным образом из-за трудоемкости, стоимости и сложности сбора данных. Данные расширенного анализа «вход-выход» (EEIO), основанные на национальной статистике, могут быть использованы для восполнения этих пробелов. Хотя анализ продуктов с использованием EEIO может быть полезен сам по себе для предварительной оценки воплощенной энергии, он, как правило, гораздо менее надежен, чем данные о процессе, и редко применим к конкретному продукту или материалу. Поэтому были разработаны гибридные методы количественной оценки воплощенной энергии, использующие доступные данные о процессе и восполняющие пробелы данными EEIO. Базы данных, использующие этот гибридный подход, такие как база данных EPiC Университета Мельбурна,

Жан-Марк Янковичи выступает за проведение анализа углеродного следа любого проекта транспортной инфраструктуры до начала его строительства.

Производство

По данным Volkswagen, содержание накопленной энергии в автомобиле Golf A3 с бензиновым двигателем составляет 18 000 кВтч (то есть 12% от 545 ГДж, как указано в отчете). Golf A4 (оснащенный турбированным двигателем с непосредственным впрыском) имеет накопленную энергию в 22 000 кВтч (то есть 15% от 545 ГДж, как указано в отчете). У легкового автомобиля содержание накопленной энергии составляет 20 800 кВтч, в то время как у электромобиля – 34 700 кВтч. Электромобиль имеет более высокую накопленную энергию, чем автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, из-за аккумулятора и электроники. По данным Science & Vie, накопленная энергия в аккумуляторах настолько велика, что гибридные автомобили представляют собой наиболее подходящее решение, поскольку их аккумуляторы меньше, чем у полностью электрических автомобилей.

Топливо

Что касается самой энергии, то коэффициент энергетической отдачи (EROEI) топлива может быть оценен в 8, что означает, что к некоторому количеству полезной энергии, полученной от топлива, следует добавить 1/7 этого количества в виде затраченной энергии на его производство. Иными словами, потребление топлива следует увеличить на 14,3% с учетом EROEI этого топлива. По мнению некоторых авторов, для производства 6 литров бензина требуется 42 кВтч затраченной энергии (что эквивалентно примерно 4,2 литрам дизельного топлива по энергетической ценности).

Строительство дорог

Мы должны работать с данными, которые ещё сложнее получить. В случае строительства дорог, воплощённая энергия составит 1/18 от расхода топлива (то есть 6%).

Другие доступные данные

Трелоар и др. оценили энергию, воплощенную в среднем автомобиле в Австралии, в 0,27 тераджоуля (то есть 75 000 кВтч) как один из компонентов в комплексном анализе энергозатрат на автомобильный транспорт.

В зданиях

Хотя основное внимание при повышении энергоэффективности зданий уделялось их эксплуатационным выбросам, по оценкам, около 30% всей энергии, потребляемой за время существования здания, приходится на скрытую (воплощенную) энергию (этот процент варьируется в зависимости от таких факторов, как возраст здания, климат и используемые материалы). Ранее этот процент был значительно ниже, но поскольку все больше усилий направлено на снижение эксплуатационных выбросов (например, за счет повышения эффективности систем отопления и охлаждения), вклад скрытой энергии становится все более значимым. Примеры скрытой энергии включают: энергию, затраченную на добычу сырья, переработку материалов, сборку компонентов, транспортировку между этапами, строительство, техническое обслуживание и ремонт, демонтаж и утилизацию. В связи с этим важно использовать комплексный подход к учету выбросов углерода на протяжении всего жизненного цикла здания при анализе его углеродного следа. Исследования также показали необходимость учитывать не только сам объект, но и энергию, связанную с мобильностью людей и скрытую энергию, необходимую для создания инфраструктуры, чтобы избежать перекладывания энергетических потребностей между различными уровнями застроенной среды.

EROEI

EROEI (Энергия, возвращаемая на вложенную энергию) является основой для оценки скрытой энергии, связанной с производством энергии. Конечную энергию необходимо умножить на коэффициент, чтобы получить скрытую энергию. При EROEI, равном восьми, например, одна седьмая конечной энергии приходится на долю скрытой энергии. Более того, для точного определения общей скрытой энергии необходимо учитывать также энергию, затраченную на строительство и обслуживание электростанций. В этой области особенно важны количественные данные.

Электричество

В статистическом обзоре мировой энергетики BP за июнь 2018 года тонны нефтяного эквивалента (toe) преобразуются в кВт⋅ч "на основе тепловой эквивалентности, при условии 38% эффективности преобразования на современной тепловой электростанции". Во Франции, по соглашению, отношение между первичной и конечной энергией в электроэнергетике составляет 2,58, что соответствует эффективности 38,8%. В Германии, напротив, из-за быстрого развития возобновляемых источников энергии, это отношение составляет всего 1,8, что соответствует эффективности 55,5%. Согласно EcoPassenger, общая эффективность электроэнергетики составит 34% в Великобритании, 36% в Германии и 29% во Франции.

Обработка данных

Согласно ассоциации négaWatt, воплощенная энергия, связанная с цифровыми услугами, составила 3,5 ТВтч/год для сетей и 10,0 ТВтч/год для центров обработки данных (половина – на сами серверы, то есть 5 ТВтч/год, а другая половина – на здания, в которых они размещены, то есть 5 ТВтч/год). Эти данные актуальны для Франции в 2015 году. Организация настроена оптимистично в отношении динамики энергопотребления в цифровой сфере, отмечая достигнутый технический прогресс. Проект Shift, возглавляемый Жаном Марком Жанковичи, опровергает оптимистичный взгляд ассоциации négaWatt, указывая на то, что цифровой углеродный след растет на 9% в год.