KURZUS: Környezetvédelem

MODUL: VIII. modul: Környezetvédelmi energetika

23. lecke: Megújuló energiahordozók

Cél: A lecke célja, hogy a hallgató részletesebb betekintést nyerjen megújuló energiaforrásaink jövőbeli lehetőségeibe, környezeti hatásaiba. Ráébredjen arra, hogy az energiatakarékosságnál többet ér az energiahatékonyság, és ennél is többet ér energiafogyasztásunk csökkentése.

Követelmények: Ön akkor sajátította el megfelelően a tananyagot, ha képes

  • felsorolni a napenergia hasznosításának passzív és aktív lehetőségeit,
  • felsorolni a szélenergia hasznosítására használt múltbeli és jelenkori berendezéseket,
  • megnevezni az EU azon tagállamát, amelyikben a szélenergia a legnagyobb arányban részesedik a villamosenergia-termelésből,
  • felsorolni a szélenergia hasznosításának előnyeit és hátrányait,
  • megfogalmazni az offshore és az onshore szélerőművek közti különbséget,
  • saját szavaival megfogalmazni a vízerőművek működési elvét,
  • felsorolni a vízerőművek kedvezőtlen környezeti hatásait,
  • felsorolni a geotermikus energia hasznosítási lehetőségeit,
  • felsorolni a geotermikus energia használatának előnyeit és a hasznosítás korlátozó tényezőit,
  • saját szavaival elmagyarázni a hőszivattyúk működési elvét,
  • felsorolni és csoportosítani a biomassza, mint energiahordozó fajtáit,
  • megnevezni a biomassza energetikai célú felhasználásának 3 fő módszerét,
  • saját szavaival megfogalmazni a biomassza erőművek ellen szóló érveket,
  • saját szavaival bemutatni az energiaültetvényeket,
  • felsorolni a biomassza alapú energiatermelés előnyeit,
  • felsorolni a biogáz lehetséges alapanyagait,
  • felsorolni a biogáz termelésének és hasznosításának környezeti előnyeit,
  • megnevezni a bio-üzemanyagok két nagy csoportját,
  • saját szavaival bemutatni a jövőbeli energiatermelés és -felhasználás útjait és azok problematikáját.

Időszükséglet: A tananyag elsajátításához körülbelül 80 percre lesz szüksége.

Kulcsfogalmak:

  • passzív napenergia hasznosítás
  • aktív napenergia hasznosítás
  • fotoelektromos napenergia hasznosítás
  • offshore szélerőművek
  • onshore szélerőművek
  • vízerőmű
  • geotermikus gradiens
  • hőszivattyú
  • energiaültetvény
1. A megújuló energiaforrások részesedése az energiatermelésben
  • Olvassa le a 2. lecke 12. és 13. ábrájáról, hogy hány százalékát adják a megújuló energiaforrások a világ és az EU energiatermelésének!
  • Figyelje meg az 1. ábrán az EU megújuló energiatermelésének változását típusok szerint!
Megújuló energiatermelés az EU-ban 1990-2015
1. ábra
  • A 2. ábra alapján gyűjtse ki azokat az országokat, amelyek energiaszükségletük több mint felét megújuló energiaforrásokból fedezik!
  • Hasonlítsa össze az EU 2020-as célkitűzését az egyes országok 2014-es állapotával!
  • Hasonlítsa össze Magyarországot a környező országokkal és az EU 20%-os vállalásával!

Az Európa 2020 stratégiában kiemelt célként szerepel, hogy 2020-ra az EU energiaigényének 20%-át megújuló energiákból fedezze. Magyarország válalása 14,65%. Magyarország energiafelhasználásának jelentős részét importból elégíti ki, aminek eredete szintén befolyásolja a megújuló energiák arányát.

Megújuló energiaforrások részesedése az EU egyes országainak teljes energiafogyasztásából. Magyarország 2014-ben (és 2015-ben is) 9,5%-ot ért el. (eurostat)
2. ábra
1. Napenergia

Gyűjtse ki és jegyezze meg a napenergia passzív és aktív hasznosítási módjait!

A Napból származó energia természetesen megújul, de amint azt a 21. leckéjében kifejtettük, a napsugárzás lényegileg különbözik a többi megújuló energiaforrástól: egyrészt az elsődleges energiaforrások közé tartozik, másrészt felhasználása a mai ismereteink szerint nem jár a bioszféra egyensúlyának megbontásával.

A Napból egy év alatt érkező sugárzás több mint 10 000-szeresen haladja meg a világ jelenlegi energiafelhasználását. Az eredeti, a Napból érkező sugárzásnak csak 47,4%-a éri el a földfelszínt. Ez az energiamennyiség is igen jelentős, hiszen ha ennek 0,0005%-át technikailag hasznosítani tudnánk, akkor megoldódnának energiaellátási gondjaink. Jelenleg a napenergia energetikai hasznosítása a világban mintegy 1,11(106 MWh-ra tehető. Magyarország területére a Napból évente beérkező energia 1,16(1011 MWh, ami Magyarország éves villamos energia felhasználásának 2900-szorosa.

A napsugárzást hőként felfogva vagy elektromos áram termelésére használhatjuk. A napenergia hasznosítása passzív és aktív eszközökkel oldható meg. A passzív napenergia hasznosítás (építészeti eszközökkel megvalósított) formái:

  • települési szinten a klímatervezés módszerével, az épületek megfelelő tájolásával, az utcák nyomvonalvezetésével, zöldövezeti leárnyékolásokkal stb.,
  • építményi szinten a tájolás, tömbképzés, épületek szerkezetének megfelelő megválasztásával, az épületek hőforgalom szabályozásának, a természetes világítás helyes tervezésének megvalósításával.

A kertészetek más módon nem fűtött fóliasátrai, üvegházai szintén a napenergia passzív felhasználásának példái.

Az aktív napenergia hasznosítás során aktív hasznosító eszközökkel alakítjuk át a Nap energiáját végenergiává. Az aktív napenergia hasznosításnak két alapvető fajtája terjedt el: szolár-termikus és fotovillamos hasznosítás. A szolár-termikus rendszerekkel az év nagy részében biztosítani lehet a használati melegvízellátást, ki lehet váltani a hagyományos fűtési rendszer egy részét, és a mezőgazdaságban például napenergiás terményszárításra is használhatóak. A napenergiával történő vízmelegítésnek sok módszere van az egyszerű feketére festett hordóktól, műanyag csőkötegektől kezdve a napkollektorokig. A napkollektoros rendszerekben a Nap energiáját egy berendezésben (a napkollektorban) közvetítő közeg segítségével hőenergiává alakítjuk át, amelyet épületgépészeti eszközökkel hasznosítunk vízmelegítésre, fűtésre (3. ábra). Fűtés esetén a rendszer legnagyobb problémája az, hogy a rendelkezésre álló napenergia télen jóval kisebb, mint nyáron, a hőigény viszont fordítva alakul.

Tanulmányozza a 3. ábrát a napkollektoros rendszer működésének megértéséhez!

Napkollektoros rendszer
3. ábra

A fotoelektromos napenergia hasznosítás során a Nap energiáját közvetlenül elektromos energiává alakítjuk át a berendezésben (a napelemben), amelyet elektrotechnikai eszközökkel hasznosíthatunk. Ezek az ún. napelemes rendszerek. A napfényt közvetlenül elektromos árammá alakító berendezéseket fotoelektromos (PV) celláknak nevezzük. A napelemek teljesítménye a mikrowatt, tizedmikrowatt teljesítménytől (pl. zsebszámológépek napelemei) több megawatt teljesítményig (erőműtelepek) terjed. Hasznosításuk korlátját elsősorban az alacsony hatásfok jelenti: a sorozatban gyártott napelemek hatásfoka csak 15% körül mozog. 15%-os hatásfok mellett a világ jelenlegi energiafogyasztását teljes mértékben napelemekkel biztosítva 350 000 km2 (megközelítőleg négy Magyarországnyi vagy egy Németországnyi) területet kellene erre felhasználni. Ha a teljesítményt 50%-ra sikerülne emelni, akkor a területigény 105 000 km2-re (valamivel több, mint egy Magyarország) csökken. (Összehasonlításképp: a Föld összes városa jelenleg körülbelül 546 000 km2-nyi területet foglal el.)

Az Egyenlítőhöz közeledve, sivatagokban a mérsékelt övi lehetőségeknél több energia aknázható ki.

A hagyományos fotoelektromos rendszereknél hatékonyabbak a koncentrált naperőművek, amelyek görbe tükrök segítségével egy középső egységbe fókuszálják a Nap energiáját.

2.1. Szélenergia

Gyűjtse ki a szélenergia felhasználás történetéből a történeti hasznosítás fő típusait!

A szélenergia eredendő forrása a Nap. A napsugárzás a felszín különböző területeit eltérő mértékben melegíti fel. A hőmérsékletkülönbség nyomáskülönbséghez vezet, amit a levegő áramlása igyekszik kiegyenlíteni. Szélenergiát a levegő mozgási energiájából nyerhetünk.

A szélenergia hasznosítással foglalkozó tanulmányok megerősítik azt a tényt, hogy a világ szélenergia tartalékai rendkívüliek, és majdnem minden régióban és országban rendelkezésre állnak. A technikailag hasznosítható éves szélenergiát 53 000 TWh-ra becsülik. Ez kétszeresen meghaladja a világ 2020-ra prognosztizált közel 26 000 TWh villamos energia igényét.

A szélenergiát az emberiség ősidőktől fogva hasznosítja. Először ötezer évvel ezelőtt az egyiptomiak hasznosították tudatosan, amikor vitorlás hajóikkal a Níluson közlekedtek. Az első szélmalomról szóló beszámoló Babilóniából származik. Nyugat-Európában a 12. században jelentek meg a gabonaőrlő szélmalmok. Néhány évszázaddal később a szélmalmokat alkalmassá tették vízszivattyúzásra is. Az iparosodás koráig a szélmalmok más feladatokat is elláttak, mint pl. a fűrészelés, öntözés, fűszer-, kakaó-, dohány-feldolgozás. A gőzgépek elterjedésével azonban fokozatosan elvesztették e szerepüket. Bár az első nagyméretű, villamos energiát előállító szélturbinát 1888-ban építették, és azt követően számtalan nagy teljesítmény szélerőmű épült szerte a világon, mégis, csak a 20. század második felében, az olajár ingadozásának függvényében folytatódtak újra a jelentős kutatások és fejlesztések a szélenergia-hasznosítás területén. A modern szélenergia-hasznosítás fejlődése néhány évtizedre tekint vissza: 1980-ban adták át Dániában az első piacképes létesítményt. A fejlődés azóta töretlen, de az országok közt jelentős különbségek vannak (4. ábra, 5. ábra).

  • Tanulmányozza a 4. ábrát, és keresse meg rajta hazánkat!
  • Nevezze meg azokat az országokat, ahol a szélenergia részaránya meghaladja a 10%-ot!
  • Jegyezze meg a legnagyobb részaránnyal rendelkező országot!
  • Tanulmányozza az 5. ábrát, és jegyezze meg a szélenergiából származó áramtermelés trendjét!
A szélenergia részaránya az összes energiafelhasználásból az EU tagállamaiban (2011)
4. ábra
Szélenergiából származó áramtermelés a legnagyobb beépített kapacitással rendelkező országokban
5. ábra

Ma a szélenergia hasznosításának alapvetően két irányzata különböztethető meg. A lokális felhasználásnál elsősorban a sűrűlapátozású ún. lassújárású szélerőgépeket (szélmotorok) alkalmazzák, amelyek kis teljesítménnyel rendelkeznek, vizet szivattyúznak, tavakat szellőztetnek. Az ilyen kisteljesítményű gépek 1-2 kW teljesítménnyel villamos energia előállítására is felhasználhatók az elektromos hálózattól távolabb eső területeken.

A szélenergia-hasznosítás fő irányzatát napjainkban a hálózatra csatlakozó nagyteljesítményű szélerőművek jelentik. A nagy teljesítményű szélerőművek telepítése elsősorban a tengerparti sekélyebb vizeknél várható, ahol a környezeti hatások kevésbé jelentkeznek, és a víz felett gyakran erősen és folyamatosan fúj a szél, mivel nem ütközik akadályokba.

Jegyezze meg a szélenergia alkalmazásának előnyeit! Jegyezze meg az offshore és az onshore szélerőművek közti különbséget!

A szélenergia előnyeit az alábbiakban lehet összefoglalni:

  • Nincs üzemanyag szükséglete, a szélenergia ingyen rendelkezésre áll, és kimeríthetetlen.
  • A szélenergiára alapozott villamos energiatermelés "tiszta technológia". Nincs üvegházhatású gáz kibocsátás.
  • A szélenergia hasznosítással elkerülhető a villamos energia árak fosszilis energiaárakat követő áringadozása.
  • A szélenergia hasznosítás a legújabb kutatási eredmények szerint kontinentális feltételek mellett is gazdaságos lehet.
  • A szélerőművek gyorsan kivitelezhetőek. (A világ eddigi legnagyobb, a Temze torkolatában épült, 175 szélturbinából álló offshore szélparkja (1. kép) kevesebb, mint egy év alatt készült el. Összteljesítménye 630 megawatt: ezzel félmillió angol háztartás áramigényét képes biztosítani, és évente 900.000 tonnával képes csökkenteni a világ széndioxid-kibocsátását.)
  • A szélerőművek működése nem akadályozza, hogy a felállítás helyén továbbra is mezőgazdasági tevékenységet folytassanak.
  • A legújabb kutatási eredmények szerint a szélerőművek működésének nincs a környezetre jelentősen káros hatása.
  • A teljes életciklus analízis alapján az "offshore" (tengerre telepített) szélerőműveknél a szélerőmű teljes életciklusában felhasznált villamos energia a szélerőmű kilenc havi villamos energia termelésével, míg "onshore" (szárazföldi telepítésű) szélerőműveknél 8 havi villamosenergia-termeléssel fedezhető.
Offshore szélpark, Temze-torkolat, Nagy-Britannia
1. kép

Jegyezze meg a szélenergia alkalmazásának hátrányait!

A szélenergiának azonban vannak hátrányai is:

  • Egyenetlen: a leadott teljesítmény sem időben, sem mennyiségben nem megbízható, hiszen a szél elég kevés helyen fúj egyenletesen az év és a nap minden szakában.
  • A szélpotenciál területi eloszlása is elég egyenetlen (6. ábra).
  • A szélerőműveket nem lehet egymásra halmozni korlátozás nélkül azokon a helyeken sem, ahol állandó, erős szelek fújnak, mert egymás elől fognák el a szelet.
  • Ami energiát így megtermelünk, azt valójában a szelekből vesszük el, csökkentjük tehát a légmozgást az adott területen. Ez a városok átszellőzését gátolhatja, súlyosbítva a légszennyezés problémáit.
  • A szélerőművek zavarnak egyes költöző madár-fajokat is, ezért azok vonulási útvonalában nem telepíthetőek (2. kép).

Tanulmányozza a 6. ábrát, és gyűjtse ki Európa azon helyeit, ahol különösen nagy a szél sebessége! Hasonlítsa ezt össze a 4. ábra adataival!

A szélpotenciál eloszlása Európában
6. ábra
Szélerőművek és madarak
2. kép

Magyarország nem tartozik a szélenergia-hasznosítás szempontjából kedvező adottságú országok közé. Ennek ellenére beigazolódott, hogy van kinyerhető szélenergia kincsünk, a gazdaságos kihasználás viszont erősen helyfüggő.

2.2. Vízenergia

Jegyezze meg a vízerőművek működésének alapját!

A megújuló energiák közül a vízenergiát hagyományos energiaforrásnak lehet tekinteni. Kedvező hidrológiai adottságokkal rendelkező országokban a hő- és atomerőművek mellett a vízerőművek régóta jelentős mértékben vesznek részt a villamosenergia-termelésben. A vízerőművek azok az energia-átalakító létesítmények, melyek a vízfolyás vagy magasabban fekvő medence vagy a tenger vizének a mechanikai energiakészletét alakítják át villamos energiává (3. kép). Az utóbbi évek statisztikai adatai szerint a vízerőművek adják a világ villamosenergia-termelésének 18-19%-át.

Chirkeyskaya vízerőmű Dagesztánban (Észak-Kaukázus)
3. kép

A Föld műszakilag hasznosítható vízenergia készletét az elméleti készlet negyedére-harmadára, 10-19000 TWh/év villamos energiára becsülik. A ma üzemben lévő vízerőművek évi villamosenergia-termelése kismértékben meghaladja a 2000 TWh/év értéket, ami a műszakilag hasznosítható készletnek 11-20%-át, az elméleti készletnek mintegy 4-5%-át teszi ki. A kihasználás igen eltérő képet mutat földrészenként. Európában már meghaladja a 40%-ot, míg Afrikában még a 2%-ot sem éri el. Magyarország műszakilag hasznosítható vízerőpotenciálja kb. 1000 MW.

Jegyezze meg a vízerőművek környezeti problémáit! Segítségül tanulmányozza a 3. képet is!

A vízerőművek környezeti problémáit az alábbiakban lehet összefoglalni.

  • A gátak mögötti tó
    • megemeli a talajvízszintet,
    • gyorsan feltöltődik,
    • alatta a folyók kevesebb hordalékot szállítanak, ami a deltatorkolatok pusztulását okozza.
  • Értékes területek kerülnek víz alá, emberek áttelepítése válhat szükségessé.
  • A folyók ökológiai értéke csökken.
  • Mindehhez járulnak az építés magas költségei.

A 4. kép és 7. ábra segítségével értelmezze a hullámmozgásra alapozott energiatermelést!

A tenger hullámmozgásának, mint energianyerési módnak a kihasználása egyelőre még a fejlődés elején tart, de nagy lehetőségeket látnak benne (4. kép, 7. ábra). Többféle fizikai elvű rendszert helyeztek már üzembe, de a legnagyobb farmok is csak néhány 10 MW-osak. A hullámmozgásra alapozott energiatermelésnek a szélerőművekhez hasonló a hátránya: kifogja az erőt a hullámokból. Miközben a hullámzásra szükség van, mert a hullámzás tisztítja a vizet, nem hagyja a sekélyebb helyeken megposhadni, valamint a parti hullámverés számos állat számára értékes táplálékokat mos ki a partra. Az olyan helyeken azonban, ahol egyébként is csökkenteni szeretnék a hullámverés káros hatásait (pl. kikötők), ott a passzív hullámtörőknek jó alternatívája lehet.

Pelamis hullámenergia-hasznosító
4. kép
Hullám-energia kinyerő rendszer vázlata
7. ábra

Az árapály erőművek a Hold gravitációs hatása okozta ár-apály jelenséget használják ki. Az ár-apály, mint energiaforrás egyelőre inkább tudományos-technikai érdekesség, mint reális alternatíva a tüzelőanyag-megtakarításért folyó harcban, mivel a világon olyan hely, ahol a tengervíz szintjének változása akár 10 m is lehet, alig egy tucat található (Kanada, Franciaország, Anglia egyes partszakaszai).

2.3. Geotermikus energia

Gyűjtse ki és jegyezze meg a geotermikus energia hasznosítási lehetőségeit és a hasznosítás korlátozó tényezőit!

A kőzetek radioaktív bomlásából származó hő a Föld belsejében keletkezik, és onnét folyamatosan áramlik a felszín felé. A geotermikus gradiens földi átlagban mintegy 25 °C/km (azaz a Föld közepe felé 1 km-enként 25 °C-t emelkedik a hőmérséklet), kontinensünkön 30 °C/km. Magyarországon átlagban 50 °C/km, egyes helyeken még nagyobb. A geotermikus energia kinyerése ott jelentős és gazdaságos, ahol kedvezőek a földtani adottságok, magas a geotermikus gradiens (kis mélységben magas a hőmérséklet) és jó vízadó kőzetek találhatóak. Világviszonylatban a geotermikus energia hasznosítása csak kevés területen gazdaságos. A teljes kinyerhető energia nem túl sok, a teljes szélpotenciálnak kevesebb, mint 1%-a.

A meleg vagy forró vizet termelő hőforrások a legrégebben ismert geotermikus energiaforrások, és gyógyászati hasznosításuk nagy múltra tekint vissza. Villamosenergia-termelésre használható hőforrás, ahol gőz formában tör elő a hőenergia, csak kevés van a világon (Izland, USA, Új-Zéland, Olaszország, Oroszország és Japán). A geotermikus energia hasznosításának fő területe nem is a villamos energia, hanem inkább a fűtés, a hőenergiának mezőgazdaságban és balneológiában (gyógy- és termálfürdők és kapcsolódó intézmények) való hasznosítása. Ez utóbbinak főleg hazai vonatkozásban van jelentősége.

A hőpazarlás elkerülésére a termálvizek komplex hasznosítása szükséges: a még nem teljesen lehűlt vizeket is használni kellene. Például a fűtőradiátorokban lehűlt vizet használati meleg víz előállítására, majd az így lehűlt vizet padlófűtésre, strandfűtésre fel lehet használni.

Jegyezze meg a geotermikus energia felhasználásának előnyeit!

A geotermikus energia környezetvédelmi előnyei a fosszilis energiahordozókkal szemben:

  • Az országos energiamérleg szempontjából jelenleg még nem bír nagyobb jelentőséggel, de arra alkalmas, hogy helyi viszonylatban egy adott fogyasztó igényét akár 100%-ban is kielégítse.
  • Sokoldalú lehetőséget nyújt a komplex hasznosításra, és egyben a környezetbarát technológiák megvalósítására.
  • A geotermikus rendszerek CO2 kibocsátása elhanyagolható a hagyományos fosszilis tüzelőanyagú erőművek által okozott kibocsátáshoz képest.
  • Az olaj, gáz és nukleáris fűtőanyagokhoz viszonyítva a geotermikus energia használata nem tartalmaz semmilyen szállítási kockázatot.
  • A termálvíz üzemű erőmű nem zavarja a természetes tájképet, így a természetbe történő beavatkozás a lehető legkisebb mértékű.
  • Az alacsonyabb hőmérsékletű termálvizek hasznosításánál - mint hőforrás - tág tere nyílik a hőszivattyúk alkalmazásának.

A 8. ábra segítségével értelmezze a hőszivattyú működési elvét!

A hőszivattyúkat fűtésre, hűtésre és használati melegvíz előállítására lehet használni. A hőszivattyú a működtetésére felhasznált energiát nem közvetlenül hővé alakítja, hanem a külső energia segítségével a hőt az alacsonyabb hőfokszintről egy magasabb hőfokszintre emeli, legtöbbször a föld, a levegő és a víz által eltárolt napenergiát hasznosítva (8. ábra).

A hőszivattyú működési elve
8. ábra
3. Biomassza

Az 1. táblázat alapján jegyezze meg a különféle biomassza típusokat és azok csoportosítását!

A napsugárzás fotoszintézis útján jelentős mennyiségű biomasszát hoz létre. A biomasszatermelés elsődleges célja az élet fenntartása, de meghatározott része energetikai célokra is hasznosítható.

Az 1. táblázat sorolja fel a biomasszák változatait különféle szempontok szerinti csoportosításban.

A biomassza csoportosítása
keletkezési szint
szerint
átalakított
energiahordozó fajtái
végtermék
szerint
tárolhatósága
szerint
elsődleges (mező- és erdőgazdasági hulladék, energia célnövény termesztés)
másodlagos (állattenyésztés melléktermékei)
harmadlagos (élelmiszeripar melléktermékei, emberi hulladék)
MO - mobil berendezések üzemanyaga (repceolaj, alkohol)
EL - elektr. energia termelő aggregát üzemanyaga (biogáz, fagáz, gőz)
HE - hőenergia ellátó berendezések üzemanyaga (szalma, fahulladék)
alkohol
biodízel
biogáz
depóniagáz
fagáz
biobrikett,
tüzipellet
tüzelőanyag
jól tárolható (tűzifa, biobrikett, biodízel, alkohol)
közepesen tárolható (szárított biomasszák, bálázott szalma)
nehezen tárolható (biogáz, nedves biomassza, állati trágyák)

1. táblázat

Tanulmányozza a 9. ábrát, és jegyezze meg a biomassza energetikai célú felhasználásának 3 fő módját! Keressen példát környezetében az egyes felhasználási módszerekre!

A biomasszából történő energiatermelés során azt hőenergiaként, villamos-energiaként vagy gépjárművek üzemanyagaként hasznosítatjuk. A lehetőségeket a 9. ábra foglalja össze.

Az energiatermelés lehetőségei biomasszából
9. ábra

Hazánkban jelenleg a (műszakilag) rendelkezésre álló biomassza potenciál kb. tizedrészét hasznosítjuk.

Gyűjtse ki a biomassza erőművek ellen szóló érveket!

A biomassza erőművek alapanyagát a hagyományos források mellett energiaültetvényekkel lehet megtermelni. Az energiaültetvényeken nagy tősűrűséggel ültetnek olyan növényeket, melyekből elégetésük során annyi energia szabadul fel, mint a ligninből annak elégetése során. Gyorsan növő, nagy hozamú növényeket termelnek, mint például egyes nyár, fűz, akác és kínai nád fajok. Nyugat-európai és magyar tapasztalatok alapján 15-25 tonna/ha termelhető ezekből a növényfajokból. Ez évente hektáronként 200-350 GJ energiát jelent. A problémát viszont az jelenti, hogy az energiaültetvények az élelmiszertermeléstől vehetik el a helyet, valamint az ilyen célú növekvő földhasználat a termőföld és az élelmiszer árának növekedését okozza. Ezek kiküszöbölésére a mezőgazdasági termelésből egyébként is kivonásra kerülő területeken kellene csak energiaerdőket létesíteni.

A biomassza-tüzelésű erőművek egyik jelentős problémája a felhasznált tüzelőanyag jelentős térfogata. A mező- és erdőgazdasági maradványok energiasűrűsége jóval kisebb, mint a kőszéné és a kőolajé: sokkal nagyobb tömegben és térfogatban tartalmaznak ugyanakkora energiát, mint azok. Ezért a begyűjtésen kívül a szállítás és a tárolás is további jelentős költségtényező. A biomassza tüzelési célú felhasználását ezért elsősorban ott célszerű szorgalmazni, ahol az új típusú tüzelőberendezés (fűtőerőmű, fűtőmű) beruházója egyúttal a bioenergia-forrás tulajdonosa is, tehát ott, ahol a biomassza keletkezik, és a közelben 30-50 km-es körzeten belül el is tüzelhető. Magyarországon a biomassza (dendromassza) erőművi felhasználásában az utóbbi években jelentős előrelépés volt. Négy hőerőműben tértek át biomassza tüzelésre.

Jegyezze meg a biomassza alapú energiatermelés környezeti előnyeit!

A biomassza alapú energiatermelés környezetvédelmi előnyei a hagyományos erőművi energiatermeléssel szemben:

  • Ha tudatos emberi tervezés van mögötte, akkor megújuló energiaforrás.
  • Szén-dioxid kibocsátása a zárt ciklus miatt a környezetre nem káros.
  • Ha a tüzelőanyag melléktermék, akkor "gyártása" nem igényel külön beruházást.
  • Szállítása kevésbé költséges és környezetszennyező.
  • Fűtőértéke (13-16 MJ/kg) megközelíti a barnaszenekét, és meddőt nem tartalmaz.
  • Hamutartalma 2-8%, amely közvetlenül felhasználható talajjavításra.
  • A biomassza égetésekor sokkal kevesebb kéntartalmú gáz keletkezik, mint a szén égetésekor, így csökkenthető a savas esők mennyisége.
  • Homogén formában (brikett, pellett, faapríték) komfortossága azonos a szénnel, de annál sokkal környezetbarátabb, mert pora nem szennyező, kéntartalma alacsony, és nem tartalmaz egyéb környezetszennyező anyagot sem.
3.1. Biogáz

Jegyezze meg a biogáz előállításának lehetséges alapanyagait! Keressen példát környezetében ezek hasznosítására!

A biogáz az egyik előállításának sokféle alapanyaga van:

  • mezőgazdaságból származó másodlagos biomassza (elsősorban állati eredetű szerves trágya),
  • mezőgazdasági melléktermékek,
  • élelmiszeripari melléktermékek,
  • biomassza céljára termelt növények,
  • kommunális hulladék szerves része,
  • települési szennyvíziszap.

Ezek célirányos feldolgozása során gáz halmazállapotú energiahordozók is előállíthatók, melyek közül a biogáz a legértékesebb. A biogáztermelési technológiák elsősorban mezőgazdasági üzemekben, farmgazdaságokban alkalmazhatók.

Jegyezze meg a biogáz termelésének és hasznosításának környezeti előnyeit!

A biogáz-termelés és -hasznosítás környezetvédelmi és energetikai vonatkozásai a következők:

  • szerves hulladékok ártalmatlanítása,
  • hulladéklerakók tehermentesítése,
  • káros emissziók csökkentési lehetősége, környezetszennyezés csökkentése,
  • energiatermelés hulladékokból,
  • decentralizált energiatermelés, kapcsolt hő- és villamosenergia-termelés,
  • integrált hulladékgazdálkodás, anyag és energia körfolyamatok helyi, kistérségi zárása,
  • gazdasági, pénzügyi előnyök.
3.2. Bioüzemanyagok

Jegyezze meg a bioüzemanyagok két nagy csoportját! Tanulmányozza a 10. ábrát!

Az 1973. évi kőolajválság döbbentette rá először a fejlett ipari országokat a fosszilis energiától és hajtóanyagoktól való függés komoly veszélyeire. Azóta a globális felmelegedés és a környezetszennyezés mérséklésére irányuló felerősödött törekvések is előtérbe helyezték a megújítható, biológiai eredetű, alternatív üzemanyagforrásokat. Két nagy csoportjuk van: a biodízel és a bioalkohol (lásd 9. ábra). A 10. ábra a világ bioüzemanyag termelését, annak kontinensenkénti és fajtánkénti megoszlását mutatja.

A világ bioüzemanyag termelése (BP, 2014) és megoszlása kontinensenként és fajtánként
10. ábra
4. Az energiatermelés és -felhasználás jövőbeli útjai

Gyűjtse ki és értelmezze az energiatermelés és -felhasználás jövőbeli lehetséges alternatíváit és problematikáját! Az 1. lecke 2. táblázata alapján hasonlítsa össze a megújuló energiaforrások EROI értékét a fosszilis energiaforrásokéval!

A 21. század elején egyrészt keressük és egyre elterjedtebben alkalmazni kezdjük a megújuló energiaforrásokat, másrészt a sokak szerint - valószínűleg tévesen gondolt - mindent megoldó fúziós energiatermelés gyakorlati megvalósítására várakozunk.

A magfúzió során két kisebb atommag egy nagyobbá egyesül. A technikai részletek kidolgozásán már évtizedek óta dolgoznak a világ számos országában, de ahhoz, hogy ezen a módon nagyobb mennyiségű energiát tudjunk termelni, még számos kérdést kell megválaszolni, számos eljárást kell kidolgozni. A fúziós erőmű a jövő technológiája lehet. Ha megvalósulása esetén korlátlan mennyiségű, olcsó energia áll majd rendelkezésre, akkor alkalmazása sok jelenlegi problémát megoldhat. Viszont újabbakat generál: elgondolkodtató, hogy mennyiben fog ez további pazarlással és környezetrombolással járni, hisz a költségek nem állnak majd útjába a környezet drasztikus átalakításának!

A megújuló energiaforrások lokális szinten megoldhatják kisebb közösségek energiaellátási gondjait. Mivel azonban a megújuló energiaforrások kinyerése esetleges (nap, szél), vagy helyhez kötött (geotermikus, víz), így az egyik legnagyobb energiafogyasztó, a közlekedés problémáit csak részlegesen képesek kezelni: egy gépjármű üzemeltetésében közvetlenül kevés szerepet tudnak játszani.

Két alternatíva látszik: a biodízel és a hidrogén alapú meghajtás. A biodízel alkalmazásának legnagyobb problémája, hogy ha ezzel akarnánk üzemeltetni a közlekedési eszközeinket, akkor hol fogunk élelmiszert termelni? Döntenünk kell, hogy közlekedünk vagy eszünk. A hidrogén alapú meghajtás pedig nem energiatermelési, hanem inkább energiatárolási mód. Azaz a hidrogént előbb energiafelhasználás segítségével elő kell állítani valahol (itt a megújulók szerepe természetesen előtérbe kerülhet), hogy aztán az autókba töltve azokat üzemeltethesse. Az elterjedés feltétele a hatékonyság és gazdaságosság.

A 11. ábra előrejelzése egy lehetséges jövőképet mutat, arra az esetre, ha nem sikerül új alternatív energiaforrást bevezetni a világban, és feltételezve, hogy a Föld népességének növekedése 2050-re megáll, a népességszám attól kezdve stagnál. E forgatókönyv szerint 2050 körül jelentős válság veszi kezdetét. Ez a jövőkép csak egy a sok előttünk álló lehetőségből, de sajnos ennél rosszabb előrejelzések is léteznek.

Várható energiaforrás megoszlás és hiány a 21. század folyamán
11. ábra

Az energiahiány megelőzésének egyik módja az energiatakarékosság, azaz ha valami nem kell, azt ne használjuk. Ez nagyon hasznos, de nem elégséges, mert számos esetben nehezen kivitelezhető, és erősen függ a résztvevők egyéni hozzáállásától. Többet ér az energiahatékonyság: azaz amikor egységnyi termék előállítása és működtetése a lehető legkevesebb energiát fogyasztó módon valósítható meg (lásd például a ledes izzók). Ekkor már nem csak a felhasználótól függ az elfogyasztott energia mennyisége, hanem kevesebbet fogyaszt mindenki. Azonban hiába alacsonyabb egy televízió fogyasztása, ha a világon használt televíziók összes mennyisége mindeközben nő. Ugyanígy, a gépjárművek egyre nagyobb számát és a megtett távolságok növekedését nem tudják ellensúlyozni az egyedileg, fajlagosan egyre kevesebbet fogyasztó gépjárművek. Tudatosan törekednünk kell fogyasztásunk visszaszorítására. Kevesebb energia fogyasztása esetén kicsit kitolható a rendelkezésre álló energiaforrások kimerülése, és időt nyerhetünk a környezetkímélőbb új, illetve továbbfejlesztett technológiák megalkotására.

Önellenőrző kérdések

1. Melyek a napenergia hasznosításának passzív és aktív eszközei?

2. Soroljon fel a szélenergia hasznosításával működő berendezéseket ill. alkalmazásokat a múltból és a jelenből!

3. Válassza ki, hogy melyik az az EU tagállam, amelyikben a szélenergia a legnagyobb arányban részesedik az ország villamosenergia-termeléséből!
Dánia
Németország
Egyesült Királyság

4. Sorolja fel a szélenergia hasznosításának előnyeit!

5. Sorolja fel a szélenergia hasznosításának hátrányait!

6. Egészítse ki a mondatot!

Az szélerőműveket a tengerre telepítik. Ezek esetében a szélerőmű teljes életciklusában felhasznált villamos energia a szélerőmű havi villamos energia termelésével egyenlő. A szárazföldre telepített szélerőműveknél ez hónap.

7. Sorolja fel a vízerőművek kedvezőtlen környezeti hatásait!

8. Melyek a geotermikus energia hasznosítási lehetőségei?

9. Sorolja fel a geotermikus energia használatának előnyeit!

10. Sorolja fel a geotermikus energia hasznosításának korlátozó tényezőit!

11. Párosítsa a különböző biomassza típusokat azok felhasználási módjával!

12. Sorolja fel a biomassza energetikai célú felhasználásának 3 fő módszerét!

13. Soroljon fel érveket a biomassza erőművek ellen!

14. Sorolja fel a biomassza alapú energiatermelés előnyeit!

15. Sorolja fel a biogáz előállításának lehetséges alapanyagait!

16. Sorolja fel a biogáz termelésének és hasznosításának környezeti előnyeit!

17. Nevezze meg a bio-üzemanyagok két nagy csoportját!

18. Egészítse ki a mondatot!

A megújuló energiaforrások szinten megoldhatják kisebb közösségek energiaellátási gondjait.