5. Fejezet: A földgáz és a szén szerepe a petrolkémiában
5.3. Az energia megtakarításának lehetıségei – alternatív energia-források
A fajlagos energiafelhasználások csökkentésének mértéke, vagyis az energiával való takarékoskodás ma már nemcsak az ipari üzemek egyik fı gazdasági mutatója, hanem az egyes emberek és családok számára is kiemelt fontosságú. Manapság gyakran halljuk a
„fenntartható fejlıdés” kifejezést, ami kivételesen nemcsak a média által is preferált jól hangzó szlogen, hanem tudományos érvekkel és tényekkel is alátámasztható. A fenntartható fejlıdés követelményei az alábbiakban foglalhatók össze:
- a megújuló természeti erıforrások felhasználásának mértéke kisebb vagy megegyezı legyen a természetes vagy irányított regenerálódó (megújuló) képességük mértékével;
- a kimerülı erıforrások ésszerő felhasználási üteme ne haladja meg a megújulókkal való helyettesíthetıségének lehetıségét, [ezt a mindenkori technológiai haladás határozza meg];
- a hulladékok keletkezésének mértéke/üteme kisebb vagy megegyezı legyen a környezetszennyezés befogadó képességének mértékével, amit a mindenkori környezet asszimilációs kapacitása határoz meg
Ha alaposan belegondolunk, ma még egyik feltételnek sem tudunk megfelelni a felsoroltak közül. Ugyanis a természeti erıforrásokat sokkal nagyobb ütemben használjuk fel, mint ahogy azok saját maguk képesek megújulni, és nem vagyunk képesek azokat a kívánt ütemben megújuló forrásokkal helyettesíteni sem. A környezet asszimilációs kapacitása pedig nagyon sok régióban már sokkal kisebb, mint a környezetszennyezés mértéke.
A környezeti megfelelés szempontból általános érvényő számszerősítés nélkül az alábbi kritérium listát kell folyamatosan szem elıtt tartani:
(a) a technológiai folyamatból emisszió[1] révén ne kerüljön ki olyan por, füst, köd vagy véggáz szennyezés (v. gáznemő gyártási melléktermékek), amely által létrejött imisszió[2]
káros a bioszférára, (b) a tüzelıberendezések minél jobban közelítsék meg a tökéletes elégést, a kibocsátott égéstermékek ne tartalmazzanak kormot, pernyét, és csak minimális SO2 és NOx –t, és ne bocsássanak ki olyan szennyvizeket vagy folyékony melléktermékeket, hulladék anyagokat, melyek biológiai úton nem bonthatóak le, (c) az eljárások szilárd melléktermékei (salak, meddı, kızet, termelésközi hulladék, stb.) lehetıség szerint teljes körően tovább feldolgozásra, hasznosításra kerüljenek. [1] emisszió: Környezetvédelemben az idıegység alatt történı szennyezı anyag kibocsátást emissziónak nevezzük [tömeg/idıegység] [2] imisszió: Az ökoszisztémába bejutó emissziók hatására kialakult szennyezıanyag koncentrációt imissziónak nevezzük. [g/m3; ppm; ppb]. Az imisszió nem számítható az emissziók mechanikus összegével.
Gyakran halljuk az „energiagazdálkodás” kifejezést is, általában az energia-takarékosság fogalmával. Mit jelent az energiagazdálkodás a valóságban?
• Az energiaszükségletek és rendelkezésre álló energia fajták felmérését
• A termelés és a szükségletek összehangolását
• A leggazdaságosabb energiaátalakítási módszerek meghatározását
• A környezeti hatás csökkentését
Amikor az energia-takarékosságról beszélünk, ezek a meghatározások kiegészülnek azzal, hogy az adott folyamathoz, vagy cél eléréséhez szükséges energia-fogyasztást igyekszünk a minimálisra csökkenteni, vagy olyan energiaforrást alkalmazunk, amelybıl kisebb mennyiség is elég az adott cél eléréséhez.
A nukleáris energiát a forrás fajtája miatt a nem-megújuló energiaforrások közé soroljuk, de ebben a fejezetben teszünk említést róla több ok miatt is:
1.) a nukleáris energia a leghatékonyabb energiaforrás
Egy uránatom elhasadásakor kb. 200 MeV energia szabadul föl. 100 g 235U elhasadása 8,21 .1012J =1785 tonna TNT energiájának megfelelı energiát képvisel. A hasadási reaktorok zömében jelenleg a 235U az alkalmazott hasadóanyag. Egy lehetséges hasadási reakció:
1n + 235U --> 92Kr + 141Ba + 3 1n + energia A 24. ábrán a nukleáris energia elıállításának elvi vázlata látható.
24. ábra: A nukleáris energia elıállításának elvi vázlata
A Földön valamivel több mint 3 millió tonna uránium készletet tartanak nyilván, melynek 28%-a Ausztráliában van. Ennek mintegy felével rendelkezik Kazakisztán és Kanada.
2.) A nukleáris energia felhasználása nemcsak gazdasági, hanem politikai kérdéssé is vált. Bár ez több szempontból sem szerencsés, el kell fogadni, hogy a közvélemény sok helyen ellenzi az atomenergia felhasználását. Tudni kell azonban, hogy a nukleáris erımővek biztonsága nem elsısorban magától a nukleáris energiától, hanem az alkalmazott biztonsági rendszerektıl függ. Tény, hogy ezek drágák, és megnövelik a beruházások költségeit, de ezekkel a nukleáris erımővek biztonsága ugyanolyan szintre emelhetı, mint pl. egy olajfinomítóé, vagy egy gáztüzeléső erımőjé.
3.) A nukleáris hulladékok kezelése és tárolása igen komoly technológiai problémákat vet fel.
Ma már léteznek un. zárt ciklusú erımővek, ahol a használt főtıanyagot is újra feldolgozzák, de a végsı hulladékot ezeknél is tárolni kell. A tárolás mélyen a föld alatt, speciális tartályokban történik.
A nukleáris energiával kapcsolatos értékeléseknél nem lehet mellékes szempont az sem, hogy fajlagosan az így elıállított energia a legolcsóbb. Magyarországon pl. a paksi atomerımő által szolgáltatott energia ára minegy fele a budapesti gázerımőének és ötöde a bakonyi szénerımőének (fajlagosan, Ft/kWh-ban számolva).
A megújuló energiaforrásokat az alábbiak szerint csoportosíthatjuk:
1. Eltüzelhetı megújulók és hulladékok (CRW).
- Szilárd biomasszák és állati termékek. Ilyen a fa, fahulladék, rost-hulladék, állati hulladékok és más szilárd biomasszák. A biomasszából készült faszén is ide tartozik.
- A biomasszából keletkezı folyékony és gáznemő energiahordozó anyagok. Ide tartozik a biogáz.
- Háztartási hulladékok. Lakossági és kórházi hulladékok.
- Ipari hulladékok. Szilárd és folyékony hulladékok, pl. autógumik.
2. Vízenergia
A víz potenciális és kinetikus energiáját elektromos energiává alakítják a vízi erımővekben.
3. Geotermikus energia
A föld hıjét gız és/vagy melegvíz formájában hasznosítják közvetlen főtésre, vagy elektromos energia elıállítására.
4. Napenergia
A napenergiát forró víz elıállítására vagy elektromos energia elıállítására alkalmazzák.
5. Szélenergia
A szél kinetikus energiáját szélmotorokban elektromos energiává alakítják.
6. Árapály, hullám, óceán energia
Mechanikai energiát elektromos energiává alakítanak.
A következı, 25. ábra a világ összes primer energia fogyasztását ábrázolja a múltban és a jelenben, a jövıre szóló becslésekkel együtt. Az ábrán jól látható, hogy bár mennyiségileg növekedett a megújuló energiaforrások felhasználása, arányuk a nem-megújulókhoz képest szinte ugyanaz maradt, és a közeljövıben sem várható az arány növekedése. Pedig ez utóbbi jelentené a fordulópontot a világ energia-szerkezetének átalakulásában. Vannak viszont olyan térségek/országok, (pl. Németország), ahol a megújuló energiák felhasználásának aránya az átlagosnál jóval nagyobb ütemben növekszik. Különösen a biomassza, a nap és a szél energiájának felhasználási üteme emelkedett. Bizonyos szakértıi vélemények szerint a fosszilis energiaforrások kimerülési ütemének növekedése fogja meghozni a változást; más szakértık szerint a kimerülés növekedésének jóslása nem több piaci manipulációknál. Sajnos az átlagember nem igen jut hozzá megbízható és hiteles információkhoz a Föld fosszilis energia-készletével kapcsolatban.
A társadalmi szokások megváltozása is feltétlenül szükséges egyrészt az energiatakarékosság, másrészt az alternatív energiaforrások használatának elterjedéséhez.
A legtöbb energetikai szakember a napenergia nagyobb mértékő elterjedésében bízik. A napból jövı sugárzási energia (1372 W/m2) átjut az atmoszférán és a felszínt átlagosan 345
W/m2 (Magyarországon ~170 W/m2) energiával melegíti. A levegı, a felhık, a pára csökkentik a felszínre jutó energiát.
25. ábra: A világ összes primer energia fogyasztása
A szélenergia alapvetıen az atmoszféra hımérsékleti egyenetlenségeibıl származik. A kinyerhetı energia a szélsebesség köbével arányos. A következı, 26. ábrán egy szélerımő vázlatos rajza látható.
26. ábra: A szél energiája
A szél energiája felhasználásának üteme az elmúlt egy-két évtizedben exponenciálisan növekedett. Magyarország nyugati és észak-nyugati részén is tucat-számra találhatók.
Természetesen ott terjed el a használatuk, ahol az idıjárási viszonyok ennek kedveznek. A
beruházási költségek ma még igen magasak (egy ilyen „óriás-propeller” kb. másfél milliárd forintba kerül), de elterjedésükkel ezek a költségek jelentısen csökkenni fognak.
A biomassza direkt tüzelése, más tüzelıanyaggal együtt történı tüzelése és elgázosítása a biomassza-energiatermelés alapja. Etanol készíthetı gabonából, vagy szójából, metanol pedig cellulózból állítható elı. A folyékony tüzelıanyagok nagy energiasőrőségük révén a szállító jármővek hajtóanyagai. Tudatosan erre a célra termeszthetik (pl. nyárfák) vagy éghetı hulladékot alkalmaznak. A biomassza részben kiválthatja a fosszilis energiahordozókat, bár nem túl hatékony energiaforrás. A bioenergia felhasználása elsısorban az üzemanyagok területén növekedett.
Az óceánok és más felszíni vizek vize a nap sugárzásának hatására részben elpárolognak, majd csapadékként visszahullnak a föld felszínére és részben megnövekedett potenciális energiára tesznek szert. A felszíni vizek ezen potenciális energiáját régóta használják munkavégzésre és elektromos energia elıállítására. A vízerımővek jelentıs része az 1930-as években épült, de azóta többet megszüntettek. Megépítés után alacsony költségek mellet termelik az elektromos energiát. A világ legnagyobb vízerımővei (Bratszk, Krasznojarszk, Quebeq) 5-6 GW nagyságrendőek.
Az elsı geotermikus erımő Olaszországban épült 1903-ban. A kaliforniai The Geysers gejzírei gızt és melegvizet szolgáltatnak, az erımő teljesítménye 824 MWe. A “Hot, dry rock” (HDR) (forrósziklás) típusú geotermikus erımővek a sziklákba préselt vízbıl keletkezett gızt hasznosítják. Kisebb hımérsékletek esetén egy légkondicionáló hıt von ki a talajból télen és ad le a talajnak nyáron. A világon 2000-ben, 21 országban 8500 MW erımővi kapacitás mellett 71 TWe villamos energiát állítottak elı geotermikus erımővekben és 60 millió ember érintett a geotermikus energiatermeléssel és közvetlen hasznosítással kapcsolatban. A különbözı energiák termelésének fajlagos költségei (ECU/MWh) a következıképpen alakulnak:
Geotermikus energia 5-20; Biomassza energia 48-60; Napenergia 48-360; Tüzelıolaj 14; Földgáz 9.
Ha ehhez hozzávesszük, hogy egy napenergiával mőködı erımő fajlagos beruházási költsége mintegy 40-szerese egy gáztüzeléső erımőnek, akkor jól látható, hogy pénzügyi szempontból miért tőnnek kevésbé vonzónak az alternatív/megújuló energiaforrások. Vagyis mind technológiai, mind törvényi-szabályozási szempontból igen sok még a tennivaló a megújuló energiaforrások végleges térhódításáig.