ERoEI

ERoEI je zkratka pro anglický termín Energy Returned on Energy Invested (někdy se uvádí také EROI – Energy Return On Investment). Jedná se o bezrozměrnou veličinu, danou podílem energie získané z nějaké energeticky významné činnosti, technologie nebo látky, vůči energii do ní vložené, např. veškerá energie vložená do nalezení ropy a vyprodukování nafty, nebo růstu a sklizni surovin a následnému získání biopaliva.

Termín ERoEI se většinou vyskytuje tam, kde se hovoří o energetické výnosnosti paliv a zdrojů energie.

${\displaystyle ERoEI={\frac {\hbox{Energie získaná ze zdroje}}{\hbox{Energie potřebná na získání tohoto zdroje}}}}$^[1]

Vypovídající hodnota

Mezní hodnotou ukazatele je hodnota 1. Při této hodnotě ERoEI získáváme z dotyčného předmětu (technologie, paliva,…) tolik energie, kolik do něj vkládáme. Od zmiňovaného zpracování energie se předpokládá energetický zisk, který by (v uvažovaném časovém horizontu, po který bude trvat) pokryl investovaný čas, práci lidí v této činnosti angažovaných, případnou sanaci životního prostředí (např. refundaci lidí bydlících poblíž ložiska) a další, takže při ERoEI ≤ 1 (v některých případech i nad 1) nemá smysl daný energetický proces vůbec započít. Čím vyšší hodnota ukazatele, tím výhodnější je zdroj energie.

Mnohdy je pro hodnotu ERoEI zásadní, zdali je práce pro těžbu a zpracování zmechanizovaná, nebo pouze manuální, za primitivnějších podmínek. V prvním případě je energie vstupní vyšší o palivo do strojů, jejich údržbu apod. 

Do výpočtu je běžně zahrnuta pouze „tržní“ energie vynaložená člověkem a přírodní (primární) energetické zdroje nejsou uvažovány. Například u biopaliv není kalkulována energie slunce pohánějící fotosyntézu při růstu rostlin.^[2]

Hodnoty ERoEI pro různé zdroje energie

Zdroje energie	Rok	Země	ERoEI*	Zdroj
FOSILNÍ PALIVA
Ropa a zemní plyn - - - - -	2006 2007 2008 2010 2010	Globálně USA Norsko Kanada Čína	18 11 40 15 10	Gagnon, 2009[3] Guilford a kol. 2011[4] Grandell, 2011[5] Freise, 2011[6] Hu a kol, 2013[7]
Zemní plyn samostatně - - -	2005 2009 -	USA Kanada USA	67 20 18	Sell a kol, 2011[8] Freise, 2011 Yaritani a Matsushima, 2014[9]
Břidlicový plyn	-	USA	17	Yaritani a Matsushima, 2014
Uhlí (blíže nespecifikováno) - -	- 2010	- Čína	12-24 27	Raugei a kol., 2012[10] Hu a kol, 2013
Živičné břidlice	-	USA	1,1-1,8	Brandt, 2009[11]
JADERNÁ ENERGIE
Jaderná energie	-	USA	59-70	WNA, 2020[12]
OBNOVITELNÉ ZDROJE
Vodní energie - průtoková - průtoková - Vlnová / přílivová	- - -	- Quebec -	> 100 205-267 15	Cleveland a kol., 1984[13] Gagnon a kol., 2002 Gupta a Hall, 2011[14]
Větrné elektrárny - 2,3 MW,  E-82 - E-82	- -	Německo -	51 30-50	Torsten, 2011[15] Zimmermann, 2012[16]
Geotermální energie - Hydrotermální - Horké kamení	- -	- -	2-13 2-39	Gupta a Hall, 2011 Gupta a Hall, 2011
Solární energie - Fotovoltaika - Fotovoltaika - Fotovoltaika	- -	- jižní Evropa severní Evropa jižní Evropa	6-12 5,9-11,8 10 15-25	Kubiszewski, 2009[17] Raugei a kol., 2012 Fraunhofer ISE, 2018[18] Fraunhofer ISE, 2018
Biomasa - Bionafta - Ethanol z cukrové třtiny - Ethanol z kukuřice	- - -	USA - USA	1,3 0,8-10 0,8-1,6	Pimentel a Patzek, 2005[19] Goldemberg, 2007[20] Patzek, 2004[21]; Farrel a kol., 2007[22]

* Hodnoty ERoEI nemusejí být vždy počítány dle stejné metodologie! Viz níže.

Vývoj ERoEI v čase

Hodnota ERoEI pro objevení ropy a zemního plynu byla v USA historicky až 1000:1 v roce 1919, ale v průběhu let klesala až na hodnotu 5:1 v roce 2010, pro produkci to bylo z hodnoty 25:1 v roce 1970 až na 10:1 v roce 2007.

Pro uhlí v USA se hodnota vyvíjela kaskádovitě z hodnoty cca 80:1 v raných fázích těžby na hodnotu 30:1 v 50. letech 20. století, přičemž následně znovu stoupla na původní hodnotu v 90 letech. Od té doby pomalu klesá.^[23]

(Ne)porovnatelnost hodnot ukazatele

Pro ukazatel není odsouhlasený standard, jaké všechny energetické aktivity spojené se zdrojem by do měření a výpočtu měly být zahrnuty. Právě kvůli rozcházejícím se hodnotám ukazatele pro stejné zdroje energie v různých vědeckých studiích byla odhalena nutnost stanovení přísnějších hranic uvažovaného energetického dosahu ve jmenovateli zlomku pro jednotlivé výpočty, aby bylo možno indexy porovnávat. Proto se pro ukazatel vyvinuly odvozené, zpřesněné výpočty:^[24]

1. Pouze přímé vstupy a výstupy energie
2. Energetické a neenergetické nepřímé vstupy
3. Externality produkčního procesu

Sami autoři ukazatele ERoEI na základě vědecké diskuse přišli s několika zpřesněnými indexy, které se liší „místem“, pro které se ERoEI energetického zdroje počítá.^[23] Tento koncept se velice podobá prvně uvedenému:

• ERoEI_st   – standardní výpočet, energie spotřebovaná po místo, kde palivo (zdroj energie) opouští zařízení produkce. Vstupující energie je pouze ta na nalezení a vytěžení zdroje. Někdy označováno také jako ERoEI_mm z anglického „mine-mouth“, v překladu „ústí dolu“.
• ERoEI_pou – energie spotřebovaná po místo užití, v překladu „point-of-use“. Zde se uvažuje i energie potřebná na dopravení do místa spotřeby.
• ERoEI_ext – rozšířený index od slova „extended“. Zde se uvažuje krom výše uvedených také energie spotřebovaná na specifický způsob „užití“ hodnoceného zdroje, tedy např. na stavbu a údržbu silnic a dálnic u klasických pohonných hmot.

Vztah k čistému energetickému zisku

Veličina energetický zisk (též čistý energetický zisk) měří to samé co ERoEI. Vztah mezi nimi je následující:

Čistý energetický zisk / Energie spotřebovaná = ERoEI - 1

Kritika ERoEI

Měření ERoEI nemusí být vždy jednoznačné, ale neexistují standardy na to, které činnosti by měly být zahrnuty do měření ERoEI u ekonomického procesu. Při měření ERoEI se nemusí jednat pouze o palivo, ale může jít o poměrně komplexní a sofistifikovaný technologický proces s desítkami vstupů a výstupů. Navíc forma energie na výstupu může být zcela jiného druhu než na vstupu a taktéž není zcela jasné, do jakých detailů při výpočtu zacházet.

V případě biopaliv závisí ERoEI kromě počasí rovněž na intenzitě hnojení a na podílu ruční práce^[25]. Kritická je zejména otázka rozpočítání energetických vstupů mezi jednotlivé výstupní produkty. Například vedlejšími produkty při výrobě etanolu z obilí jsou sláma, kterou lze rovněž použít k výrobě energie, výpalky, které lze použít jako krmivo, teplo z chlazení destilačního zařízení... Doprava na relativně krátké vzdálenosti může EROEI biomasy výrazně snížit^[26][27]. Podobně v případě větrné energie závisí ERoEI na větrnosti lokality, velikosti rotoru, výšce stožáru, u jaderné energie na typu reaktoru, obohacení vstupního paliva, stupni vyhoření paliva, v případě fotovoltaiky na typu a účinnosti panelů, typu měničů, úrovni slunečního záření, sklonu a orientaci.

Dále je třeba si uvědomit, že jediné, co ERoEI sleduje, jsou toky energie v životním cyklu zdroje. Faktory jako emise skleníkových plynů, tepla, látek poškozujících ozonovou vrstvu, prachu, spotřeba vody a další dopady na životní prostředí nejsou zahrnuty. Tyto parametry zahrnují komplexnější studie LCA například podle metodiky CML nebo ReCiPe. Stejně tak v hodnotě ERoEI nejsou zahrnuta rizika výroby jednotky energie pro pracovníky a veřejnost, riziko havárie v důsledku chyby obsluhy, riziko mezinárodních konfliktů o zdroje, vliv na lokální zaměstnanost, ceny zemědělské půdy a nemovitostí nebo závislost na dovozu energetických zdrojů. Výběr paliva nebo technologie by se proto neměl řídit pouze podle hodnoty ERoEI.

Odkazy

Reference

1. MURPHY, David J.; HALL, Charles A. S. Year in review—EROI or energy return on (energy) invested. Annals of the New York Academy of Sciences. 2010-01-01, roč. 1185, čís. 1, s. 102–118. Dostupné online [cit. 2016-02-14]. ISSN 1749-6632. DOI 10.1111/j.1749-6632.2009.05282.x. (anglicky) 
2. BRAND A KOL. Measuring EROI (energy return on investment) on a national level: two proposed approaches [online]. Leeds, UK: European Society for Ecological Economics, 2015 [cit. 2016-02-13]. Dostupné online. 
3. GAGNON, Nathan; HALL, Charles A. S.; BRINKER, Lysle. A Preliminary Investigation of Energy Return on Energy Investment for Global Oil and Gas Production. Energies. 2009-07-13, roč. 2, čís. 3, s. 490–503. Dostupné online [cit. 2016-02-14]. DOI 10.3390/en20300490. (anglicky) 
4. GUILFORD, Megan C.; HALL, Charles A. S.; O’CONNOR, Peter. A New Long Term Assessment of Energy Return on Investment (EROI) for U.S. Oil and Gas Discovery and Production. Sustainability. 2011-10-14, roč. 3, čís. 10, s. 1866–1887. Dostupné online [cit. 2016-02-14]. DOI 10.3390/su3101866. (anglicky) 
5. GRANDELL, Leena; HALL, Charles A. S.; HÖÖK, Mikael. Energy Return on Investment for Norwegian Oil and Gas from 1991 to 2008. Sustainability. 2011-10-26, roč. 3, čís. 11, s. 2050–2070. Dostupné online [cit. 2016-02-14]. DOI 10.3390/su3112050. (anglicky) 
6. FREISE, Jon. The EROI of Conventional Canadian Natural Gas Production. Sustainability. 2011-11-03, roč. 3, čís. 11, s. 2080–2104. Dostupné online [cit. 2016-02-14]. DOI 10.3390/su3112080. (anglicky) 
7. HU, Yan; HALL, Charles A. S.; WANG, Jianliang. Energy Return on Investment (EROI) of China's conventional fossil fuels: Historical and future trends. Energy. 2013-06-01, roč. 54, s. 352–364. Dostupné online [cit. 2016-02-14]. DOI 10.1016/j.energy.2013.01.067. 
8. SELL, Bryan; MURPHY, David; HALL, Charles A. S. Energy Return on Energy Invested for Tight Gas Wells in the Appalachian Basin, United States of America. Sustainability. 2011-10-20, roč. 3, čís. 10, s. 1986–2008. Dostupné online [cit. 2016-02-14]. DOI 10.3390/su3101986. (anglicky) 
9. YARITANI, Hiroaki; MATSUSHIMA, Jun. Analysis of the Energy Balance of Shale Gas Development. Energies. 2014-04-08, roč. 7, čís. 4, s. 2207–2227. Dostupné online [cit. 2016-02-14]. DOI 10.3390/en7042207. (anglicky) 
10. RAUGEI, Marco; FULLANA-I-PALMER, Pere; FTHENAKIS, Vasilis. The energy return on energy investment (EROI) of photovoltaics: Methodology and comparisons with fossil fuel life cycles. Energy Policy. 2012-06-01, roč. 45, s. 576–582. Dostupné online [cit. 2016-02-14]. DOI 10.1016/j.enpol.2012.03.008. 
11. BRANDT, Adam R. Converting Oil Shale to Liquid Fuels with the Alberta Taciuk Processor: Energy Inputs and Greenhouse Gas Emissions. Energy & Fuels. 2009-08-25, roč. 23, čís. 12, s. 6253–6258. Dostupné online [cit. 2016-02-14]. DOI 10.1021/ef900678d. (EN) 
12. Energy Return on Investment - World Nuclear Association. www.world-nuclear.org [online]. [cit. 2023-07-30]. Dostupné online. 
13. CLEVELAND, Cutler J. Net energy from the extraction of oil and gas in the United States. Energy. 2005-04-01, roč. 30, čís. 5, s. 769–782. Dostupné online [cit. 2016-02-14]. DOI 10.1016/j.energy.2004.05.023. 
14. GUPTA, Ajay K.; HALL, Charles A. S. A Review of the Past and Current State of EROI Data. Sustainability. 2011-10-10, roč. 3, čís. 10, s. 1796–1809. Dostupné online [cit. 2016-02-14]. DOI 10.3390/su3101796. (anglicky) 
15. TORSTEN, Thomas. Mehr Windkraft an Land rückt Ökologie ins Blickfeld [online]. [cit. 2016-02-12]. Dostupné online. 
16. ZIMMERMANN, Till. Parameterized tool for site specific LCAs of wind energy converters. The International Journal of Life Cycle Assessment. 2012-07-06, roč. 18, čís. 1, s. 49–60. Dostupné online [cit. 2016-02-14]. ISSN 0948-3349. DOI 10.1007/s11367-012-0467-y. (anglicky) 
17. KUBISZEWSKI, Ida; CLEVELAND, Cutler J.; ENDRES, Peter K. Meta-analysis of net energy return for wind power systems. Renewable Energy. 2010-01-01, roč. 35, čís. 1, s. 218–225. Dostupné online [cit. 2016-02-14]. DOI 10.1016/j.renene.2009.01.012. 
18. https://www.ise.fraunhofer.de/content/dam/ise/de/documents/publications/studies/Photovoltaics-Report.pdf
19. PIMENTEL, David; PATZEK, Tad W. Ethanol Production Using Corn, Switchgrass, and Wood; Biodiesel Production Using Soybean and Sunflower. Natural Resources Research. 2005-03-01, roč. 14, čís. 1, s. 65–76. Dostupné online [cit. 2016-02-14]. ISSN 1520-7439. DOI 10.1007/s11053-005-4679-8. (anglicky) 
20. GOLDEMBERG, José. Ethanol for a Sustainable Energy Future. Science. 2007-02-09, roč. 315, čís. 5813, s. 808–810. PMID 17289989. Dostupné online [cit. 2016-02-14]. ISSN 0036-8075. DOI 10.1126/science.1137013. PMID 17289989. (anglicky) 
21. PATZEK, Tad W. Thermodynamics of the Corn-Ethanol Biofuel Cycle. Critical Reviews in Plant Sciences. 2004-11-01, roč. 23, čís. 6, s. 519–567. Dostupné online [cit. 2016-02-14]. ISSN 0735-2689. DOI 10.1080/07352680490886905. 
22. FARRELL, Alexander E.; PLEVIN, Richard J.; TURNER, Brian T. Ethanol Can Contribute to Energy and Environmental Goals. Science. 2006-01-27, roč. 311, čís. 5760, s. 506–508. PMID 16439656. Dostupné online [cit. 2016-02-14]. ISSN 0036-8075. DOI 10.1126/science.1121416. PMID 16439656. (anglicky) 
23. HALL, Charles A. S.; LAMBERT, Jessica G.; BALOGH, Stephen B. EROI of different fuels and the implications for society. Energy Policy. 2014-01-01, roč. 64, s. 141–152. Dostupné online [cit. 2016-02-14]. DOI 10.1016/j.enpol.2013.05.049. 
24. MULDER, HAGENS,, Kenneth, Nathan John. Energy Return on Investment: Toward a Consistent Framework. Royal Swedish Academy of Sciences. Roč. 2008, čís. Vol. 37, Issue 2,, s. 74–79. Dostupné online. ^{[nedostupný zdroj]}
25. PIMENTEL, David; PIMENTEL, Marcia; KARPENSTEIN-MACHAN, Marianne. Energy Use in Agriculture: an Overview. Dostupné: http://www.ker.co.nz/pdf/pimentel_report_04-1.pdf Archivováno 15. 10. 2008 na Wayback Machine.
26. Hongwei WU, Qiang FU, Rick GILES, John BARTLE. Energy Balance of Mallee Biomass Production in Western Australia. In: Bioenergy Australia 2005 –“Biomass for Energy, the Environment and Society”. Rydges, Melbourne 12 – 14 December 2005: Full paper, Peer Reviewed.
27. Fei PAN; Han-Sup HAN; Leonard R. JOHNSON; William J. ELLIOT. Net energy output from harvesting small-diameter trees using a mechanized system. In: Forest Products Journal, vol. 58, No. 1 and 2/2008.

Audiovizuální dokumenty

• krátké vysvětlující video v angličtině - [1]