พลังงานทดแทน… การใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ

ประการแรก เรายังไม่มีเทคโนโลยีที่ดีพอในการพัฒนาแหล่งพลังงานใหม่ๆ ที่อยู่ใต้ดิน/น้ำที่ลึกเกินไป หรืออยู่ไกลแหล่งบริโภคมากเกินไป หรือที่อยู่กระจัดกระจายเกินไป และถึงแม้ว่าอาจพัฒนาขึ้นมาใช้ได้ แต่ก็มีต้นทุนที่สูงเกินไป

ประการที่สอง การใช้พลังงานเหล่านี้อาจมีผลเสียต่อสิ่งแวดล้อมของโลกมากเกินไป

ประเด็นสำคัญจึงเป็นความท้าทายที่ว่า เราจะเปลี่ยนแบบแผนการใช้น้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ และถ่านหินในปัจจุบัน ไปเป็นการใช้เชื้อเพลิงชนิดอื่นๆ มากขึ้น เพื่อไม่ให้มีผลกระทบต่อเศรษฐกิจ สังคม และสิ่งแวดล้อม และเป็นอุปสรรคต่อการพัฒนาอย่างยั่งยืน การเปลี่ยนแปลงนี้มี 4 ทางเลือก

1.การเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน

การใช้พลังงานที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้ความเข้มข้นในการใช้พลังงาน (energy intensity) ในประเทศอุตสาหกรรมลดลงในช่วง 3 ทศวรรษที่ผ่านมา

สำหรับประเทศกำลังพัฒนา ศักยภาพในการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานยังมีอยู่มาก ทั้งในกรณีที่ยังใช้อุปกรณ์เครื่องจักรที่มีอยู่เดิม และในกรณีของการก้าวกระโดดไปใช้อุปกรณ์เครื่องจักร กระบวนการผลิต ยานยนต์ และระบบขนส่งที่มีประสิทธิภาพสูง โดยสามารถลดความเข้มข้นในการใช้พลังงานลงได้ถึงปีละ 2.5% แต่เป็นเรื่องยากที่จะทำให้ศักยภาพนี้กลายเป็นจริง เพราะมักเกี่ยวข้องกับผู้เล่นหลายฝ่าย และนักการเมืองส่วนใหญ่ไม่สนใจ/เต็มใจที่จะผลักดันมาตรการจำกัดการใช้พลังงานเนื่องจากเกรงว่าจะไม่ได้รับคะแนนนิยมทางการเมือง

การประหยัดพลังงานในภาคขนส่งจะมีความสำคัญมากขึ้นในประเทศกำลังพัฒนา เพราะความต้องการใช้รถยนต์จะขยายตัวอย่างรวดเร็วในประเทศเหล่านี้ เทคโนโลยีที่สามารถทำให้รถยนต์ใช้เชื้อเพลิงได้ประหยัดมากขึ้นมีทั้งการปรับปรุงประสิทธิภาพของการสันดาปภายในเครื่องยนต์ และการใช้ตัวถังที่ทำด้วยวัสดุที่เบาขึ้นแต่คงทนแข็งแรง การขนส่งในอนาคตจะใช้ไฟฟ้าเป็นเชื้อเพลิงมากขึ้น ทั้งในรูปของแบตเตอรี่ เซลล์เชื้อเพลิง (fuel cell) และระบบลูกผสม (hybrid) รัฐบาลสหรัฐมีแผนที่จะใช้ hydrogen ในรถยนต์ซึ่งจะทำให้ไม่มีการปล่อยก๊าซเรือนกระจกออกมาเลย

ในอาคารและโรงงาน เทคโนโลยีที่สามารถเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานมีหลากหลายรูปแบบ ทั้งที่เกี่ยวกับแสงสว่าง (เช่น หลอดไฟตะเกียบ บัลลาสต์อิเล็กทรอนิกส์ ระบบการควบคุมการเปิด-ปิดไฟแบบอัตโนมัติ) เครื่องปรับอากาศ (เช่น heat exchanger สารทำความเย็นประสิทธิภาพสูง และ centrifugal compressor) การหุงต้มด้วยเตาถ่านเตาก๊าซที่มีประสิทธิภาพสูง และการใช้มอเตอร์แบบ variable speed drives

2.พลังงานหมุนเวียน (renewable energy)

พลังงานหมุนเวียนครอบคลุมชีวมวล (biomass คือวัสดุจากพืช สัตว์ รวมทั้งขยะ) พลังน้ำ พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานลม ความร้อนใต้พิภพ และพลังงานจากคลื่น พลังงานหมุนเวียนมีข้อได้เปรียบหลายประการ คือ เป็นพลังงานที่สะอาด ทำให้ประเทศสามารถลดการพึ่งพาพลังงานจากต่างประเทศ ส่งเสริมการเกษตร สร้างงานและรายได้ในชนบท และสามารถใช้ได้ในชนบทที่อยู่ห่างไกล ในปัจจุบันโลกใช้พลังงานหมุนเวียนในปริมาณคิดเป็น 14% ของการใช้พลังงานขั้นต้นทั้งหมด โดยส่วนใหญ่อยู่ในรูปของการใช้ฟืน ถ่าน ในครัวเรือนชนบทของประเทศกำลังพัฒนา ส่วนที่เหลือประมาณ 2% เป็นพลังงานหมุนเวียนแบบใหม่ เช่น พลังน้ำขนาดเล็ก และไฟฟ้าจากพลังงานลมและแสงอาทิตย์

ผลิตพลังงานขั้นสุดท้ายที่ได้จากพลังงานหมุนเวียนแบ่งได้เป็น 2 กลุ่ม คือ ไฟฟ้า และน้ำมันชีวมวล (biofuel) พลังงานหมุนเวียนส่วนใหญ่สามารถใช้ในการผลิตไฟฟ้า ส่วนน้ำมันชีวมวลมักจะ ผลิตจากพืช กล่าวคือ ethanol ที่ผลิตจากอ้อย ข้าวโพด และมันสัมปะหลัง ส่วน biodiesel ผลิตได้จากพืชประเภทน้ำมัน เช่น ปาล์มน้ำมัน มะพร้าว ถั่วเหลือง สบู่ดำ รวมทั้งน้ำมันพืชใช้แล้ว ในอนาคต คาดกันว่าน้ำมันชีวมวลจะผลิตจากวัตถุดิบที่หลากหลายมากขึ้น เช่น biodiesel จากสาหร่ายเซลล์เดียว และ ethanol จากข้าวฟ่างหวาน เศษหญ้า และเศษไม้

ข้อจำกัดสำคัญของพลังงานหมุนเวียนคือ ต้นทุนการผลิตที่ยังสูงอยู่ เทคโนโลยีที่ยังต้องการพัฒนา และวัตถุดิบที่มีปริมาณจำกัด ในกรณีที่ใช้พืชอาหารเป็นวัตถุดิบ การเพิ่มปริมาณพลังงานชีวมวลกลับเป็นผลเสียทำให้การปลูกพืชเพื่อใช้เป็นอาหารลดลงไปและอาหารอาจมีราคาแพงขึ้นด้วย อย่างไรก็ตาม ต้นทุนการผลิตพลังงานหมุนเวียนได้ลดลงมากในช่วง 3 ทศวรรษที่ผ่านมา

เทคโนโลยีเกี่ยวกับพลังงานหมุนเวียนในปัจจุบันยังอยู่ในขนาด (scale) ที่เล็ก ดังนั้น เมื่อมีการผลิตเพิ่มขึ้นและขนาดการผลิตใหญ่ขึ้น จึงมีโอกาสที่ต้นทุนต่อหน่วยจะลดต่ำลงได้จากการประหยัดจากขนาด (economies of scale) ผลจากการเรียนรู้ (learning effects) รวมทั้งการปรับปรุงเทคโนโลยี ข้อมูลในอดีตชี้ว่า การเพิ่มปริมาณการผลิตอีก 1 เท่าตัว ทำให้ต้นทุนต่อหน่วยลดลง 10%-20% ในกรณีของการผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์และพลังงานลม และการผลิต ethanol

3.เทคโนโลยีพลังงานฟอสซิล

เป้าหมายสูงสุดของการพัฒนาเทคโนโลยีพลังงานฟอสซิลคือ การใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล โดยปล่อยมลพิษทางอากาศและก๊าซเรือนกระจกออกมาให้น้อยที่สุด

ในโรงไฟฟ้า มีการพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อทำให้การผลิตไฟฟ้ามีประสิทธิภาพด้านพลังงานมากขึ้นและมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยลง ตัวอย่างเช่น โรงไฟฟ้าประเภท combined cycle ใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิง co-generation ซึ่งผลิตไฟฟ้าและไอน้ำพร้อมกัน reciproca ting engines และเซลล์เชื้อเพลิง

เทคโนโลยีเกี่ยวกับ coal gasification ทำให้สามารถผลิตก๊าซสังเคราะห์ (syngas) เพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิงในโรงไฟฟ้าประเภท integrated gasifier combined cycle ซึ่งมีประสิทธิภาพสูง นอกจากนั้นยังสามารถพัฒนาเทคนิคในการผลิตน้ำมันเหลวได้จากถ่านหินและแหล่งก๊าซธรรมชาติที่ตั้งอยู่ห่างจากแหล่งบริโภค

การรวบรวมและกักเก็บคาร์บอน (carbon capture and storage หรือ CCS) เป็นเทคโนโลยีอีกประเภทหนึ่งซึ่งสามารถทำให้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ปล่อยออกมาจากกระบวนการผลิตไม่หลุดลอยขึ้นไปอยู่ในชั้นบรรยากาศของโลก วิธีการคือการรวบรวมและกักเก็บก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ไว้ใต้ดิน/น้ำ เช่น ในแหล่งน้ำมัน/ก๊าซธรรมชาติที่สูบออกมาหมดแล้ว หรืออาจนำก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ไปใช้ในกระบวนการอุตสาหกรรม CCS ยังมีต้นทุนที่สูงอยู่และต้องใช้พลังงานจำนวนมากเพื่อขนส่งก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ในปัจจุบัน CCS มีความเป็นไปได้ทางเทคนิคแต่ยังไม่มีการพัฒนาใช้ในขนาด (scale) ที่ใหญ่ การใช้ CCS ในโรงไฟฟ้าจะทำให้ประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าลดลง เพราะต้องใช้เชื้อเพลิงมากขึ้นอีก 15%-40% และจะต้องจัดหาที่กักเก็บที่มีขนาดใหญ่มากอีกด้วย คาดกันว่าเทคโนโลยีนี้จะยังไม่มีการใช้งานก่อนปี 2020 แต่ในระยะยาวคาดว่า CCS จะมีบทบาทสำคัญในการลดปริมาณการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ขึ้นไปในบรรยากาศโลก และในการบรรเทาปัญหาภาวะโลกร้อน

4.พลังงานนิวเคลียร์

World Nuclear Association รายงานว่า ในศตวรรษที่ 21 นี้ พลังงานนิวเคลียร์สามารถแข่งขันกับพลังงานฟอสซิลได้มากขึ้น เพราะต้นทุนเกี่ยวกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ได้ลดลง ทั้งที่เป็นต้นทุนการก่อสร้าง ต้นทุนทางการเงิน ต้นทุนในการดำเนินงาน และต้นทุนที่เกี่ยวกับการจัดการกับวัสดุที่มีกัมมันตภาพรังสี ถึงแม้ว่าโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะมีต้นทุนการก่อสร้างที่สูงกว่าโรงไฟฟ้าประเภทอื่น แต่ก็มีค่าใช้จ่าย ในการดำเนินงานที่ต่ำกว่า World Nuclear Association สรุปว่า ต้นทุนต่อหน่วยพลังงานไฟฟ้าของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ยัง ต่ำกว่าของโรงไฟฟ้าที่ใช้ถ่านหินและ ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิตไฟฟ้าแบบ base load