Povrat energije na uloženu energiju (EROEI) je omjer energije koji je dobijen iz pojedinog izvora energije naspram količine energije koja je utrošena da se taj izvor energije proizvede.

Kada EROEI za pojedini izvor postane jednak ili padne na manje od jedan, taj izvor energije postane "energetski bunar", te se više ne može koristiti kao izvor energije. Sam fizikalni način mjerenja EROEI unutar jednog procesa je nedvosmislen, ali problem je što ni dan danas ne postoji standard aktivnosti kojima bi se za svaki izvor energije na isti način mjerio EROEI. Dodatni je problem da ulazni izvor energije može biti u potpunosti drugačiji od izlaznog oblika pa onda EROEI nije uopće relevantan.

Ipak, glavna problematika EROEI je dubina ulaska u sustav nabave alata koji su potrebni za proizvodnju energije. Na primjer, ako se za izgradnju nuklearne elektrane koristi čelik, da li se uložena energija za proizvodnju čelika uzima u obzir, i da li se onda i uložena energija za izgradnju tvornice čelika uzima u obzir? Na taj način možemo doći do začaranog kruga pošto uvijek ima još jedan proces više. Ipak tu postoji nekakav koncenzus prema kojem se idemo samo u prvi nivo nabave tako da se uzima u obzir energija za proizvodnju čelika ali ne i za tvornicu čelika. EROEI također u obzir ne uzima faktor vremena što neki smatraju nedostatkom.

Profesor Charles Hall, ekolog iz SUNY sveučilišta okolišne znanosti i šumarstva je razvio EROEI kako sa ciljem da dobije općenitu mjeru za usporedbu različitih goriva. Njihova studija na tu temu je objavljena pri kraju 2012. godine.

Slika 1: EROEI za pojedine izvore energije

Inforgrafika gore pokazuje da najbolji EROEI inaju hidroelektrane, a prate ju vjetroelektrane i termoelektrane na ugljen, dok plin, solar i nuklearna energija imaju dosta slabiji rezultat.

Razlog zašto hidroelektrane i vjetroelektrane imaju tako dobar rezultat leži u tome da je kod njih potrebno relativno malo energije za izgradnju brana odnosno vjetroagregata - barem kada to usporedimo sa izgradnjom nuklearne elektrane. Što se tiče ugljena on je pak relativno jednostavan za eksploataciju u energetskom smislu te je stoga i vrlo konkurentan vjetroelektranama. S druge strane procesi za izgradnju i upravljanje nuklearnom energijom - rudarenje, obogaćivanje urana i odlaganje potrošenog urana - su energetski vrlo intenzivne. Zbog toga što se tiče EROEI. Slična stvar je i sa solarnim panelima koji su energetski intenzivni za proizvodnju, ali se prema autoru Mason Inmanu njen EROEI povećava. Prema jednom novijem izvještaju iz 2014. godine ta brojka je možda i dosta veća za solarne footnaponske module koji koriste polikristalne module.

Stariji konzultant Deepak Kumar iz tvrtke Apricum je za svoj proračun uzeo kombinaciju 5 standardnh fotonaponskih modula koji daju ukupu snagu od 1 kW. Za proizvodnju 1 kW footnaponskih modula potrebno je otprilike 6 kg polisilicija, a za njihovu proizvodnju korištenjem današnjih dominatnih tehnologija treba otprilike 480 kWh električne energije. U slijedećem koraku se polisilicij pretvara u silicijske pločice za što je potrebno još 255 kWh električne energije. Nakon toga se od njih rade ćelije što troši još 150 kWh električne energije. U zadnjem koraku proizvodnje modula, ćelije se "pakiraju" u plastičnu foliju, a potom je dodan stakleni pokrov koji ima aluminijski okvir. Za sve to potrebno je otprilike 300 kWh električne energije. Kada se to sve uzme u obzir dobijemo oko 1.155 kWh potrebnih za proivzodnju 1 kW standardnog fotoanponskog modula. Naravno u obzir treba uzeti i ostatak fotonaponskog sustava za koji se procjenjuje da uzima 400 kWh čime je ukupna cifra 1.555 kWh električne energije. S obzirom na taj iznos možemo vidjeti da je za energetsku otplatu takvog sustava potrebno par godina za slučaj Njemačke gdje je proizvodnja 900-1.000 kWh godišnje, do manje od godinu dana ukoliko se radi o Kaliforniji gdje je godišnja proizvodnja 1.700-1.800 kWh. On procjenjuje da bi se ta brojka do 2020. mogla smanjiti za dodatnih 30-40% te bi ukupno za proivzodnju 1 kW trebalo manje od 1.100 kWh električne energije. Prema ovim podacima je EROEI fotonaponskog sustava puno bolji nego što je procijenjeno ranije, te je negdje u rangu vjetroelektrana i termoelektrana na ugljen.

Inače prema jednom drugom izvještaju kojeg je napravio Harvey 2010. pod nazivom Energija bez ugljičnog-dioksida je došao do otprilike jednakog omjera za vjetroelektrane (20:1), ali i do boljih rezultata za solarni fotonapon (10-25:1) i CSP (8-40:1) nego u studiji od Halla. Ove razlike kod solara su zbog toga što se radi o novim tehnologijama, koji rade na poptuno različitim lokacijama tako da su procjene vrlo neizvjesne. Naravno EROEI za obnovljive izvore energije dodatno ovisi o lokaciji gdje se ta tehnologija koristi (količina sunca, vjetra...). U svakom slučaju kod OIE EROEI postaje sve bolji, dok je prema Harveyu on u opadanju za fosilna goriva. Prema njemu je ugljen već sada lošiji od OIE i EROEI mu je 5-7:1, a plin je na 2.2:1 a nuklearne elektrane na vrlo slabih 2:1. Biomasa je prema tom izvještaju u rangu ugljena sa omjeorm 3-5:1, ovisno u udaljenostima koju sirovina mora preži. Otpadna biomasa pak ima puno bolji omjer koji se procjenjuje na 27:1.

Komplikacije kod proračuna

Kod Hallovog izvještaja se dugo odlučivalo o tome što sve uključiti u proračune. Naprimjer kod vjetroelektrane, hidroelektrane i termoelektrane na ugljen gdje je EROEI velik moraju se u obzir uzeti druge stvari pa tako kod vjetroelektrana postoji problem varijabilnosti i regulatornog okvira koji mogu utjecati na sam EROEI jer oni zbog toga postaju skupljli. S druge strane za termoelektrane na ugljen i druga fosilna goriva proračuni ne uzimaju u obzir okolišne troškove koji su povezani sa emisijama stakleničkih plinova.

Što se tiče mjerenja EROEI, postoji vrlo velik broj literature koji na potpuno različite načine mjeri njen iznos, ali su se na kraju izbarale mjere koje su najkonzistentnije međusono kao osnova proračuna.

Za pojedine izvore električne energije su korištene vrijednosti za samu električnu energiju koju proizvode pojedini izvori, nego EROEI samog sirovog goriva koji se može iskoristiti za proizvodnju električne energije. U slučaju ugljena je EROEI za sirovo gorivo otprilike tri puta veći nego za električnu energiju iz ugljena (zbog tipične efikasnosti termoelektrane na ugljen od 33%).

- Hidroelektrane: EROEI vrlo varira za njih od otprilike 40 do 250 ovisno o izvoru

- Vjetroelektrane: za njih je proračun rađen uz pomoć 50 i više studija uključujući 119 različitih vjetroelektrana

- Ugljen: u većini studija se radi EROEI za samu sirovu rudu a ne za električnu energiju. Zato su se morali ubaciti gubici rada termoelektrana.

- Solarni fotonapon: postoji velika razlika u procjenama za EROEI za tu tehnologiju zbog brzog napretka iste. EROEI se stoga procjenjuje na više od 6, koliko je navedeno u studiji.

- Prirodni plin: EROEI za prirodni plin je bio prilično težak za procjenu zbog toga što se uglavnom izvještava zajedno sa naftom. Stoga je za studiju korištena lternativna mjera "omjer energetske intenzivnosti" koja je slična EROEI-ju i koja je dala brojku od 7 otprilike.

- Nuklearna energija: kao i za hidroelektrane, EROEI za nuklearnu energiu prilično varira i to od iznosa ispod 1 (pri čemu je ona energetski bunar) do otprilke 40-60 kada se koristi centrifuga za obogaćivanje urana.

Uzimanjem EROEI u obzir investitor na najefikasniji način postiže održivi razvoj ekonomije, i iako nije jedini faktor koji treba uzeti u obzir kada se biraju najbolja goriva, on nam ukazuje na činjenicu da moramo trošiti sve više energije da bi pokrili potražnju, te da moramo trošiti sve više novaca da smanjimo emisije. To bi mogao biti sve veći problem u budućnosti.

Izvori: www,apricum-group.com, www.carbonbrief.org