tartalom Tamaga Ferenc, Farkas István: A kőszénbányászat helyzete és lehetőségei Magyarországon 6

Átírás

1 ENERGETIKA M A G Y A R XXI. évfolyam, 4. szám 214. augusztus Alapította a Magyar Energetikai Társaság Együttműködő szervezetek: Magyar Atomfórum Egyesület, Magyar Kapcsolt Energia Társaság, Magyar Napenergia Társaság, Magyar Távhőszolgáltatók Szakmai Szövetsége Főszerkesztő: dr. Veresegyházi Mária Mobil: szerkeszto@e-met.hu Szerkesztőbizottság: dr. Büki Gergely, dr. Czibolya László, Civin Vilmos, dr. Emhő László, dr. Farkas István, dr. Garbai László, dr. Gács Iván, Újhelyi Géza, Zarándy Pál Szerkesztőség: Kiadó: Mérnök Média Kft Budapest, Róbert Károly krt. 9. Telefon: Fax: Laptulajdonos: Magyar Energetikai Társaság 194 Budapest, Ferenc krt. 23. II. em. 2. Telefon/fax: Tervezőszerkesztő: Büki Bt. Borítóterv: Metzker Gábor Nyomda: Prospektus Kft. Felelős vezető: Szentendrei Zoltán ügyvezető igazgató ISSN: tartalom Gács Iván: Szén-dioxid: 4 ppm 2 Tamaga Ferenc, Farkas István: A kőszénbányászat helyzete és lehetőségei Magyarországon 6 Szergényi István : Az energiahatékonyság javítása legyen prioritás! 11 Szemler Zoltán: Hibatípusok a napelemes rendszereknél 14 Molnár József, Mucsi Gábor: A széntüzelés szilárd melléktermékei és azok hasznosítási lehetőségei 18 Hírek 22 Dr. Ladányi Gábor, Dr. Virág Zoltán: Hatékonyságjavító fejlesztések a Mátrai Erőmű Zrt. bányáiban 24 Balikó Sándor: Az energiagazdálkodás néhány kérdése 27 Horn János: A természeti erőforrásokról, kiemelten a meg nem újulókról 32 Nagy Gábor, Woperáné dr. Serédi Ágnes: Élelmiszerhulladékok energetikai hasznosítása 36 Komoly eredmény bejelentésével indíthatjuk az őszt: a Magyar Energetika szaklap mostantól teljesíti a lektorált lap státusz szigorú feltételeit. Ez egyrészt az eddigi magas színvonal még feljebb tolását jelenti, másrészt pedig, hogy szerzői magasabb pontértékben publikálnak. Felhívjuk tehát a kollégák figyelmét (különösen az egyetemi, a tudományos életben munkálkodókét), hogy szívesen várjuk cikkeiket. Plusz előny még, hogy a Magyar Energetika honlapján ( szintén teljes terjedelmükben megjelenő cikkek online hozzáférhetők az egész világ számára, éppen ezért is biztatjuk szerzőinket az angol változatok megírására is. Szilágyi Zsombor: A megújuló energiahordozók használatának nemzeti programja 4 Trócsányi Zoltán: Pillanatkép a száz esztendős részecskefizikáról 44 LEKTORÁLT LAP MAGYAR ENERGETIKA 214/4 1

2 KÖRNYEZETÜNK E-NERGIA.HU Gács Iván Szén-dioxid: 4 ppm A Föld légkörének szén-dioxid-koncentrációja átlépte a 4 ppm-es határt. Nem egy látványos esemény, olyan, mint egy schengeni belső határ átlépése: észre sem vesszük azonnal, lépdelhetünk ide-oda, de mégiscsak egy új területre jutottunk. Ennek kapcsán érdemes áttekinteni, hogy milyen folyamatok révén jutottunk el idáig. A karbon a természetben A Föld légkörének tömege 5, tonna. A szén-dioxid sűrűsége kb. 44/29 1,5-szer nagyobb a levegő átlagos sűrűségénél, ami azt jelenti, hogy a 4 ppm (milliomod térfogatrész) kb. 67 milliomod tömegaránynak felel meg. Ebből számolva a légkörben jelenleg 3, tonna szén-dioxid van. Ennek karbontartalma a 12/44-ed része, azaz 873 Gt. Az iparosodás kezdete előtti, lényegében a XIX. század elejéig terjedő időszak feltételezett 275 ppm koncentrációjához pedig kereken 6 Gt karbon-tartalmú 2, tonna szén-dioxid tartozik. Ehhez képest a legtöbb népszerűsítő forrás (pl. IPCC 21, Wikipédia) általában 72 Gt légköri karbontartalmat ad meg, ami kb. a 7-es évek közepének 33 ppm koncentrációjának felel meg. A további formákban tárolt karbonmennyiségek Gt-ban hozzávetőlegesen a következők: tengerek, óceánok: 38 4, ebből szerves 1, szilárd kéreg: >75, ebből tüzelőanyagok: 413, ezen belül szén 351, olaj 23, földgáz 14, egyéb (pl. tőzeg) 25, szárazföldi bioszféra: kb. 2, ebből élő 6-1, elhalt 12. Az, hogy a ppm koncentráció lényegében a Würm (a legutóbbi) jégkorszak vége óta, azaz kb. 1 éve állandó értéken maradt az iparosodás kezdetéig, arra mutat, hogy a szén-dioxid légkörbe kerülési folyamatai és a kikerülési folyamatok e hosszú időszakban egyensúlyban voltak. A különböző források a karbonforgalmat különböző értékekben adják meg, de nagyjából 12 Gt/a érték körüli lehet a fotoszintézissel megkötött karbon mennyisége a szárazföldi növényzetben, és ugyanennyi a légzéssel és rothadással a légkörbe visszakerülő mennyiség. A tenger és a légkör karboncseréje mindkét irányban kb. 9 Gt/a. A szárazföldi élővilágban és a 1. ábra. Karbon-ciklus Bioszféra 2 Óceánok (9) Gt C Gt C/év tengerekben tárolt karbon közötti forgalom ezekhez az értékekhez képest elhanyagolható. A karbonciklus vázlatát az IPCC 21 alapján az 1. ábra mutatja. Az emberi tevékenység hatása A légköri szén-dioxid-koncentráció növekedése egyértelműen az emberi tevékenység hatására következett be. Az emberiség a termelés fokozásával olyan folyamatokat indított el, amelyek mindkét irányban beavatkoztak az évezredek alatt kialakult egyensúlyi folyamatokba. A beavatkozás egyik eleme az, hogy a növekvő ipari termelés a fosszilis tüzelőanyagok fokozódó felhasználását igényelte. Ez közvetlen csatornát nyitott a szilárd kéregben tárolt karbon egy része a tüzelőanyagok karbonja számára a légkörbe kerülésre. A másik beavatkozás az emberiség létszámának növekedésével párhuzamosan növekvő élelmiszer- és területigény kielégítése érdekében végzett erdőirtásoknak a nyelőket a fotoszintézis-kapacitást csökkentő hatása. Ezen belül is kiemelkedő jelentősége van a trópusi esőerdőknek, mert ezek nem csak a tárolt karbontömeg tekintetében dominánsak a szárazföldi élővilágon belül, hanem fotoszintézis-tevékenységük is sokkal intenzívebb, mint a mérsékelt égövi és boreális növényzetnek. Ugyanakkor az emberiség erdőirtása is nagyobb mértékben érintette és érinti, mint más területek erdőségeit. Nyilvánvaló, hogy a karbon-kibocsátás növekedése és a karbonnyelők csökkenése a légkörben tartózkodó karbonmennyiség növekedését eredményezte. Mielőtt e folyamatok mennyiségi viszonyait áttekintenénk, nézzük meg a légköri karbonmennyiség változásának mért adatait. A légköri karbonkoncentráció változása A pontos légköri háttérkoncentráció-mérésekhez olyan mérőállomásokat kellett létrehozni, amelyek távol esnek a nagy kibocsátású helyektől, elsősorban Észak-Amerikától, Európától és Távol-Kelet ipari zónáitól. Kézenfekvő volt elsőként a Hawaii-szigetek kiválasztása. Az első és legrégebben működő ilyen állomást az USA NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) keretében a szigetcsoportnak nevét adó Hawaii sziget Mauna Loa nevű tűzhányójának északi oldalában, 3397 m magasságban hozták létre (2. ábra). A Mauna Loa Observatory (MLO) 1958 óta folyamatosan szolgáltatja a szén-dioxid és más légköri nyomgázok koncentrációadatait. Azóta egy sor további állomást hoztak létre, amelyek közül a legjelentősebbek a Barrow (Alaszka északi partján), a Tutuila (Amerikai Samoa) és a Déli Sark állomás. A teljes hálózat 45 országban és óceáni hajókon összesen 14 állomást foglal magába. A hálózat tagja a magyarországi háttérszenynyezettség-mérő állomás (Hegyhátsál, Vas megye) is, ahol már ben is mértek 4 ppm-et meghaladó értékeket. Ennek oka, hogy nincs olyan távol a nagy kibocsátású területektől, mint a kiemelt állomások. A Mauna Loa Obszervatóriumban mért szén-dioxid koncentrációértékeket a 3. ábra mutatja be. A 214 júniusában publikált diagram utolsó adata a május havi átlag, amely 41,85 ppm volt. Az ábra jól mutatja a folyamatos növekedést és az éves periodicitású ingadozyást is. Az éven belüli változást 2 MAGYAR ENERGETIKA 214/4

3 E-NERGIA.HU KÖRNYEZETÜNK GEOTERMIA 45 recent monthly mean CO2 at Mauna LOA parts per million ábra. Mauna Loa Obszervatórium 4. ábra. Az MLO havi mért és szezonálisan kiigazított koncentráció adatai 21-től az ábra bal felső sarkában levő betét mutatja. Ebből látszik, hogy a legmagasabb havi átlagértékeket májusban, a legalacsonyabbakat szeptemberben vagy októberben mérik. A nagy diagramban a kék vonal a havi mért értékek szezonális ingadozásokkal korrigált értékeit mutatja. Ez az érték 214 májusára 398,64 ppm. Az utolsó évek adatait kinagyítva mutatja a 4. ábra. Ebben látszik, hogy a 213. májusi átlag már nagyon megközelítette a 4 ppm-et, de még nem érte el azt. Az adatok alapján megállapítható, hogy a 4 ppm határ átlépése márciusról áprilisra következett be. A havi átlagos koncentrációk e 2 hónapra 399,65, illetve 41,3 ppm voltak. A napi átlagokat nézve az is mondható, hogy a túllépés 214. március 3-án történt meg. A napi átlagos koncentrációk március végén: március 28.: 399,47 ppm, március 29.: 399,97 ppm, március 3.: 4,13 ppm, március 31.: 4,48 ppm. Nem ilyen tiszta a kép, ha az adatok mélyére nézünk. Az 5. ábra heti bontásban mutatja az utolsó 2 évben mért adatok alapján számított heti átlagos szén-dioxid-koncentráció értékeit 214 június közepéig. Az első, ami ebben az ábrában szemet szúr, az, hogy a 4 ppm-et már 213 májusának utolsó hetében elérték. Pontosabban az MLO honlapja ezt az értéket 4,1 ppm-nek adja meg, de a koncentrációértékek bizonytalansági sávját ±,12 ppm-re becsülik. Vagyis valószínűsíthető, hogy a heti átlag a 4-at elérte ugyan, de nem állítható bizonyosan. Mindemellett az azért valószínű, hogy a 7 nap között volt olyan, amelyen a napi átlag már túllépett a kerek 4-as értéken. A másik feltűnő dolog, hogy a változás nem monoton. Az előzőekben célirányosan kiválasztott március végi adatok szép, monoton trendje mellett látható, hogy azt megelőzően a heti átlagos koncentráció már március közepén átlépte a 4-at (4,55 ppm), majd egy kissé visszaesett. Még bizonytalanabb a kép, ha a napi átlagos koncentrációkat nézzük (6. ábra), ebben már még rapszodikusabb ingadozások láthatók. Továbbá az is látszik, hogy a vége felé (az utolsó adat június 19.) már elkezdődik a nyár eleji csökkenés. Nem nagy merészség megjósolni, hogy július-augusztusra ismét 4 alá fog kerülni a koncentráció, majd 215. elején lépi át ismét a 4-as határt. Tartósan csak kb. 217-től várható 4 fölötti érték. Az ábrák alapján figyelembe véve az elmúlt évek kb. 2 ppm/év növekedési ütemét azt is biztosan meglehet jósolni, hogy egy éven belül a szezonálisan kiigazított érték is meg fogja haladni a 4 ppm-et. Mindezen adatok csak az MLO mért értékeire vonatkoztak. Milyen a koncentráció más mérőállomásokon? Az összehasonlításhoz az Egyesült Államok által üzemeltetett Barrow (BRW), Tutuila, Amerikai Szamoa (SMO) és Déli Sark (SPO) állomásokat választottuk. Az USA legészakibb pontján elhelyezett Barrow (Alaszka) állomás az északi szélesség 71,32 -nál jóval az Északi Sarkkörön belül, az Északi Jeges-tenger partján fekszik, és 1973 óta működik. A mostoha körülmények ellenére eddig mindössze néhány hónapnyi működési kiesése volt. A Tutuila állomás Amerikai Szamoán a trópusi övezetben helyezkedik el (déli széles- 3. ábra. Az MLO havi mért és szezonálisan kiigazított koncentráció adatai 5. ábra. Az MLO-ban mért heti átlagos koncentrációk adatai 212 közepétől PARTS PER MILLION Atmospheric CO 2 at Mauna Loa Observatory Annual Cycle Jan Apr Jul Oct Jan YEAR June 214 CO2 (ppm) Jul12 Oct12 Jan13 Apr13 Jul13 Oct13 Jan14 Apr14 MAGYAR ENERGETIKA 214/4 3

4 KÖRNYEZETÜNK E-NERGIA.HU ppm 8 6 MLO BRW SPO SMO 4 4 CO2 (ppm) Jul 12 Oct 12 Jan 13 Apr 13 Jul 13 Oct 13 Jan 14 Apr ábra. Az MLO-ban mért napi átlagos koncentrációk adatai 212 közepétől ábra. A négy nagy állomás havi méréseinek eltérése a kiegyenlített MLO-adatoktól ség 14,25 ) a Csendes Óceánon, közel az óceánparthoz januárja óta mintegy 1-15 hónapnyi kieséstől eltekintve folyamatosan működik. Az antarktiszi Déli Sark állomás a földrajzi pólus közvetlen közelében, attól mintegy 2 km távolságban (déli szélesség 89,98 ) fekszik, 284 m tengerszint feletti magasságban végén kezdte meg a méréseket, 1978 végén és 1979-ben volt egy 13 hónapos üzemszünete, és azóta egészen apró kiesésekkel folyamatosan szolgáltatja az adatokat. Ezek a mérőállomások a szén-dioxidon kívül a különböző freonok, halonok, szénhidrogének, aeroszolok, ózon és más légköri nyomgázok koncentrációit is követik, és természetesen meteorológiai megfigyeléseket is végeznek. A 7. ábra e kiemelt mérőállomásokon mért havi átlagos CO2-koncentráció értékeinek eltérését mutatja be az MLO szezonálisan kiigazított értékeitől a es években. Az ábrából az alábbi következtetések vonhatók le: A Mauna Loa-i mérések kb. ±3 ppm évszak szerinti ingadozást mutatnak. A Barrow-állomás méréseinél az éven belüli ingadozás egy közel 2 ppm szélességű sávot foglal el. A magas értékek az év első 4-5 hónapjában tartósan 5-8 ppm-mel a középérték felett vannak, míg a mélypont általában augusztusban, de rövid ideig 1-12 ppm-mel alacsonyabb az összehasonlító értéknél. A Barrow-állomáson hosszú ideig fennálló magas koncentráció következtében az évi átlagos értékek 1-1,5 ppm-mel magasabbak az MLO értékeinél. A trópusokon (SMO) nincs jellegzetes évszakos ingadozás. Ez azzal magyarázható, hogy a trópusokon a növényi vegetáció évszakoktól független életet él. Az Antarktiszon felfedezhető egy bizonytalan és csekély (±1 ppm) ellenfázisban jelentkező hullámzás. Ez feltehetően a déli félteke mérsékelt égövi növényzete lényegesen kisebb tömegének és fordított életritmusának tudható be. Ez utóbbi két helyen a középértékek átlag 2, illetve 3,5 ppm-mel alacsonyabbak az északi mérsékelt égövi értékeknél. Ennek oka, hogy a széndioxid-kibocsátás zöme az északi mérsékelt égövben következik be, az elkeveredés időigénye pedig nagy. A kibocsátások és nyelők változása A koncentráció növekedésének száraz tényei után nézzük meg, mi lehet ennek a növekedésnek a motorja. Mint láthattuk, = 273 Gt többlet karbon hozta létre a 125 ppm koncentrációnövekedést, vagyis 1 ppm növekedés kb. 2,2 Gt többletet jelent a légkörben. A jelenlegi évi kb. 2 ppm koncentrációnövekedésből az is következik, hogy ezek szerint a légköri karbontömeg évi 4-4,5 Gt-val nő. Az elterjedt nézet szerint ez a fosszilis tüzelőanyagok égetéséből eredő kibocsátás következménye. Mennyi is ez az emberi tevékenységből származó többlet kibocsátás? Ez elsősorban attól függ, honnan vesszük az adatokat. A különböző források között akár 1-15% eltérést is találunk. A továbbiakban az amerikai Environmental Protection Agency (US EPA) adatait használjuk. Utolsó, 29-es adatuk 8,738 milliárd tc/év, ami közel,4%-kal alacsonyabb a rekordot jelentő előző évinél, ami a gazdasági válság hatásának tudható be. (Vigyázat! Gyakran találunk 3 Gt/a feletti adatokat is, ám azok nem karbon-, hanem CO 2 -tömeget jelentenek. A kettő aránya jó közelítéssel 44/12.) A XX. sz. elejétől kezdődően rendelkezésre álló adatokat a 8. ábra mutatja. Az ábrázolt 11 év kumulált antropogén kibocsátása (a diagramon bemutatott görbe alatti terület) 343 Gt, vagyis mintegy 3%-kal több, mint a légköri növekmény. Hova lett a különbözet? A légköri szén-dioxid két fő nyelője a szárazföldi növényvilág fotoszintézise és a tengervízben való oldódás. A légköri koncentráció növekedésével mindkét anyagáramnak nőnie kell. A légköri koncentráció növekedésének a Henry-Dalton törvény értelmében meg kell növelnie a tengervízben oldott szén-dioxid mennyiségét. Ez ha az arányosság valóban fennállna nagyságrendekkel nagyobb megkötést jelentene, mint a kibocsátás. Az arányosság azonban nem áll fenn. Ennek oka nem abban keresendő, hogy a törvény nem érvényesül, hanem abban, hogy az egyensúlyi állapotot ír le. Márpedig egyensúly a légkörrel ilyen időléptékben csaka tengervíz vékony legfelső rétegében áll elő. A jégkorszakok és interglaciálisok váltási időszakainak vizsgálata azt mu- 8. ábra. A világ összes szén-dioxid-kibocsátása, Mt C/év MAGYAR ENERGETIKA 214/4

5 E-NERGIA.HU KÖRNYEZETÜNK GEOTERMIA nem trópusi részein található növekmény. Ez azt jelenti, hogy kb. 36 Gt trópusi erdő eltűnt, és született kb. feleennyi a fotoszintézis szempontjából kevésbé értékes mérsékelt égövi erdő. A becslések szerint a trópusi esőerdők területe jelenleg évi 3-35 ezer km 2 -rel fogy. Ha ez az ütem nem csökken, a jelenlegi kb. 18 millió km 2 -nyi esőerdő 6 éven belül elfogy. 9. ábra. Az esőerdők területének csökkenése tatja, hogy a hőmérsékletváltozásokat csak 1-15 ezer év késéssel követi a légköri szén-dioxid-koncentráció átállása az új (megközelítőleg egyensúlyi) értékre. Feltételezhető, hogy a koncentrációváltozás hatása is csak többezer éves időállandóval tud érvényesülni. Ez azt jelenti, hogy kell lennie többlet megkötésnek, de nagyságrendekkel kisebb, mint amennyi a fent említett törvény szerinti arányosságból következne. Növénykísérletek szerint a szén-dioxid-koncentráció növelése növeli a növényprodukciót. Azonos fotoszintetizáló felület és azonos fényviszonyok között a megkötött karbon közel arányos a koncentrációval (legalábbis addig, amíg az nem ér el extrém nagy értéket). Ennek megfelelően a 12 Gt/a növények általi megkötés növekményének a bekövetkezett 45% koncentrációnövekmény hatására jóval meg kellene haladnia az emberi tevékenységből származó kibocsátást. Ez a rendelkezésre álló adatok alapján nyilván nem történik meg. Mivel a fényviszonyok jelentős változásáról aligha beszélhetünk, nyilván a fotoszintézisben résztvevő növénytömeggel van a baj. A világ fotoszintézis-kapacitásának legalább háromnegyede a trópusi esőerdőkben található. Ugyanakkor ez az erdőtípus szenvedte el a legnagyobb területveszteséget. A területcsökkenést a 9. ábra mutatja be az ausztriai St. Ruprecht ob Murau famúzeumának képe alapján. A képen a zöld szín jelzi a 25 körüli esőerdő területet, amely az adataik szerint kb. 18 millió km 2 -t borított, vagyis a szárazföld területének 12%-át. A sötét terület jelzi, hogy 194 óta mennyivel csökkent az esőerdő-terület. Ez az 194-es eredeti terület kb. 4%-a. Ne felejtsük el, hogy már 194-re is kiirtották a természetes esőerdők jelentékeny részét, így nem lehet túlzás azt állítani, hogy mára trópusi erdők legalább fele eltűnt. Mennyi karbon kerülhetett a légkörbe az esőerdők fogyása következtében? Erre egy NASA által koordinált, széleskörű összefogással végzett felmérés eredménye ad támpontot. A 211-ben publikált felmérés szerint az esőerdőkben tárolt karbon tömege 247 milliárd tonnát tesz ki. Figyelembe véve a csökkenésre vonatkozó adatokat, feltételezhető, hogy az érintetlen esőerdőkben közel 5 Gt karbon volt, vagyis a csökkenés mértéke 25 Gtra becsülhető, ami összehasonlítható nagyságú a 343 Gt antropogén többletkibocsátással. Ennél kevesebbre, kb. 1,5 millió km 2 -re becsüli a FAO 212-es kiadványa az esőerdők területcsökkenését, és 8 millió km 2 -re a mérsékelt égövi erdőkét. Ez utóbbinak a fele 17 előtt következett be. A FAO 21-es kiadványa az erdőkben tárolt karbontömeget kereken 6 Gt-ra becsüli, beleértve az erdőtalajok szerves anyagainak karbonját is. Ez az érték 199-ben még 622 Gt volt, vagyis 2 év alatt 3,5% veszteséget becsülnek. Az összes adaton belül azonban jelentősek az eltérések. Afrikában 1,7 Gt, Dél-Amerikában 17 Gt, Délkelet-Ázsiában 8,7 Gt a csökkenés, és ezt csak részlegesen kompenzálja az európai, észak-amerikai és az Ázsia Összefoglalás, következtetések Átléptünk egy nem túl látványos, de sokak által annak minősített határt. Ennek már csak azért sem kell túlzott jelentőséget tulajdonítanunk, mert ha például ppm helyett g/m 3 -ben jegyeznénk a szén-dioxid-koncentrációt (aminek persze nem sok értelme lenne), akkor most,792 g/m 3 -nél tartanánk, amely ugyebár nem kerek érték. Mégis megpróbáltam kihasználni az alkalmat arra, hogy néhány dolgot összefoglaljak arról, amit a témában tudunk, és arról, amiről ismereteink aligha nevezhetők kellőképpen pontosnak. Mint bemutattam, a légköri szén-dioxid-koncentrációt a Föld sok pontján mérik igen nagy pontossággal. A bizonytalansági sáv a legjobb méréseknél mindössze,3 ezrelék. A koncentráció jelentős tér- és időbeli ingadozást mutat, ezért korrekt módon legfeljebb azt mondhatjuk, hogy a légkör CO 2 - koncentrációja a Mauna Loa-i Obszervatóriumnál 214 március 3-án (is!) átlépte a 4-ppm-es határt. Nem először és nem utoljára. És máshol ezt máskor teszi (tette) meg. Amit ennél sokkal kevésbé biztosan tudunk: miből adódik a szén-dioxid koncentrációjának növekedése? Látszólag egyszerű a válasz: az emberi tevékenységből származó többletkibocsátásból és a nyelők emberi tevékenységből származó csökkenéséből. Mindazonáltal nem tudjuk megnyugtató módon megmondani, hogy a fenti két ok közül melyik milyen arányban felelős a növekedésért. Pedig ennek a válasznak azért lenne nagy a jelentősége, hogy megalapozott döntéseket lehessen hozni a további romlások megakadályozásának mikéntjéről. Már a kibocsátásoknál is jelentős a bizonytalanság. A különböző országokból és technológiákból származó adatok összegzése is csak kb. 1%- os bizonytalansággal lehetséges. Ez a különböző szervezetek által gyűjtött adatok összehasonlításából jól kitűnik. A legnagyobb a bizonytalanság az élő biomasszában tárolt karbontömeg megváltozásával kapcsolatban. Ezen belül is a szén-dioxid legfontosabb nyelőjének, a trópusi esőerdők élő tömegének és fogyásának meghatározása a legbizonytalanabb. Az erre vonatkozó adatok bizonytalansága 2-5%-ra becsülhető. Az iparosodás kezdetei óta a fotoszintézisben döntő szerepet játszó trópusi esőerdők tömegének csökkenése csak mintegy 2-4%-kal marad el az antropogén szén-dioxid-kibocsátási többlettől. Ezt csak részben egyenlíti ki a mérsékelt égövi erdők utóbbi évtizedekben tapasztalható terjeszkedése. Források EPA: Global Greenhouse Gas Emissions Data, global.1751_29.ems Facts about the rainforest, FAO: State of the World s Forests. Rome, 212 FAO: Global Forest Resources Assessment 21. Rome, 21 IEA: CO2 Emissions from Fuel Combustion. IEA Statistics. Paris, 211. IEA: Key Word Energy Statistics kötetek. IEA, Paris. IPCC: Climate Change 21 The Scientific Basis. Cambridge University Press, 21. New NASA map reveals tropical forest carbon, storagehttp:// com/releases/211/5/ htm World Energy Consumption Since 182, in Chartshttp://ourfiniteworld. com/212/3/12/world-energy-consumption-since-182-in-charts/ MAGYAR ENERGETIKA 214/4 5

6 FOSSZILIS E-NERGIA.HU Tamaga Ferenc, Farkas István A kőszénbányászat helyzete és lehetőségei Magyarországon A kőszenet a világban ipari méretekben kb. 4 éve hasznosítják. Magyarországi hasznosítása a XVIII. századig nyúlik vissza. Az első jelentős kőszénbányát 1759-ben Brennbergbányán nyitották, majd a pécsi bányában 1785-től kezdődött meg a kitermelés. A kőszén növényi (eredetű) és ásványi eredetű komponensekből áll, pórusaiban vizet és gázokat tartalmaz. A növényi eredetű alkotók az éghető anyagok, az ásványi eredetűek a hamuképzők. Az üledékrétegekkel befedett elhalt növényi részek víz- és gáztartalma az idő múlásával csökken, ezzel párhuzamosan széntartalma pedig nő. A szenesedés folyamán a következő kőszéntípusok alakulnak ki: tőzeg (6% széntartalom, fűtőérték: 4-8 KJ/kg); lignit (6-65% széntartalom; fűtőérték: 6-12 KJ/kg); barnakőszén (65-8% széntartalom; fűtőérték: KJ/kg); feketekőszén (8-9% széntartalom; fűtőérték: KJ/kg); antracit (9% feletti széntartalom; fűtőérték: KJ/kg); Nem tartozik ugyan a kőszén fogalomkörébe, de említésre érdemes a közel 1% karbontartalmú két ásvány, a grafit és a gyémánt. A kőszén szerepe a világban A világ jelenlegi éves feketekőszén-termelése 58 Mt, ennek 82%-át az öt legnagyobb termelő adja (Kína 47, USA 17 India 8, Ausztrália 6, Indonézia 4%). Az EU részesedése kb. 2,5% amihez kb. 3,6%-nak megfelelő import társul. A világ kőszéntermelése az elmúlt 2 évben 6%-kal nőtt. A következő 2 évben a kőszéntermelés terén további 6% növekedés várható, melynek döntő hányada a fejlődő országok termelésének eredménye lesz. A barnakőszén- és lignittermelés 95 Mt, ebből Németországban 18 Mt-át termelnek. A kőszén jelenleg a világ primer energiatermelésének 26,5%-át adja. Az EU 27-ek teljes primer energiatermeléséből a kőszén részesedése 22%. A kőszén részaránya a világ villamosenergia-termelésben 41,5%, a világ vezető ipari hatalmának (USA) villamos energiaszerkezetében a kőszén aránya 47%, a hazai energiamixben jelenleg 14%, (1. ábra), míg az EU villamosenergia-termelésében 33%. A kőszénkészletek politikailag stabil térségekben találhatók, így rendelkezésre állnak az USA-ban és Európában is. A kőszén ára éppen ezért kevésbé van kitéve a hosszú távú ingadozásoknak, s az árnövekedés dinamikája is jelentősen kisebb, mint a szénhidrogének esetében. Az ismert szénhidrogén-előfordulások 77%-a a világban állami monopólium, további magas hányada pedig nemzetközi monopóliumok kezében van. Az EU nyersanyag-politikájának a mindenkori szabad hozzáférésről szóló eszméje éppen ezért, különösen hosszú távon, nem valósulhat meg, mivel az energiahordozók importja már most 6%-os arányt képvisel az EU összes felhasználásán belül, és ez az arány várhatóan növekszik. A Magyarországi kőszéntelepek geológiája Legrégebbi előfordulásként ópaleozoikumi korú metaantracitos, grafitos nyomok ismertek a Szendrő hegységben. Felsőkarbon-korú kb. 23 millió éves feketekőszén-indikációk a dél-baranyai térségben és a Tokajihegység északi részében ismertek. Perm- és triászkorú kőszénnyomokat a Mecsekben találtak. A jura (alsó liász) korban több száz méter vastag kőszéntelepet is magába foglaló rétegcsoport fejlődött ki, 19 millió évvel ezelőtt a Mecsek hegységben. A felső-kréta (szenon) korból (8 millió év) a Dél-Bakonyban, Ajka környékén találtak jelentős előfordulást. Alsó- és középső eocén kőszéntelepek (7 millió év) a Dunántúli-középhegység területére koncentrálódnak (Dudar, Balinka, Oroszlány, Tatabánya, Dorog, Nagyegyháza, Mány, Héreg-Tarján, Lencse-hegy). Felsőeocén barnakőszén-előfordulások Észak-Magyarországon találhatók. 1. ábra. A kőszén részaránya a villamosenergia-termelésben (Kovács F. 212) 2. ábra. Magyarországi kőszén-előfordulások (Radócz Gy., MÁFI Évi Jelentés 1983.) Szén Földgáz Atomenergia egyéb 1% 9% 8% 7% 6% 5% % 3% 2% % % 14 Világ (1%=2*1 12 kwh/év) Magyarország (1%=14 PJ/év) USA (1%=3,7*1 12 kwh/év) 6 MAGYAR ENERGETIKA 214/4

7 E-NERGIA.HU GEOTERMIA FOSSZILIS Bányaterület Földtani vagyon Kitermelhető vagyon* Fűtő-érték Hamu- tart. Kéntart. A+B C1 C2 Össz. Mt Mt Mt Mt Mt kj/kg % % Mecseki feketekőszén-medence 1596,7 13,9 12,7 1869,7 1986, ,81 2,3 Dorog-Pilisi barnakőszén-medence 426,1 38,3 61,6 155, 254, ,47 3,39 Tatabánya-Nagyegyháza-Mányi barnakőszénmedence 427, 61,8 183,5 82, 327, ,83 4,22 Oroszlányi barnakőszén-medence 152,3 37,9 7,1 24,2 132, ,79 3,21 Bakonyi barnakőszénmedencék Bakonyi eocén kőszénmedence 176,8 18,7 56,6 37,4 112, Bakonyi kréta kőszénmedence 365,6 47,6 77,9 143,8 269, Várpalotai miocén kőszén-medence 294, 45,4 19,3 128,4 193,1 962 Összesen 836,4 111,7 153,8 39,6 575, ,73 2,25 Nógrádi barnakőszén-medence 21,6 24,1 62, 85,5 171, ,69 1,5 Borsodi és Ózd-vidéki barnakőszén-medence 1147,2 164,8 36,3 259,3 784, ,32 2,47 Mátra-Bükkalja és nyugat-magyarországi lignit 5782,2 128,4 96,4 227,9 4376, ,86 1,65 Magyarország összesen ** 1 578,5 166,9 1954,4 4993,2 868, ,31 2,5 * A kitermelhető vagyon a hígulást is tartalmazza ** A vagyon adatok összesítések, a természeti paraméterek a földtani vagyonnal súlyozott átlagértékek 1. táblázat. Magyarország megkutatott kőszénvagyona Földtani vagyon (Mt) Feketekőszén 298,3 Barnakőszén 1289,4 Lignit 134,9 2. táblázat. Magyarország reménybeli (D kat.) kőszénvagyona Az oligocén kor idejéből csak Szápár környékén találtak művelhető telepet. A középső miocén korba sorolhatók (4 millió év) a borsodi és nógrádi barnakőszéntelepek. A Dunántúlon jelentősebb előfordulások ebből a korból a Várpalotai-medencében és Brennbergbánya környékén találhatók. A felső-pannon időszak alatt keletkeztek jelentős lignit-előfordulásaink, 1 millió évvel ezelőtt. Ezek az előfordulások a pannóniai üledékgyűjtő peremvidékein helyezkednek el a Cserhát-Mátra-Bükk előterében és a nyugat-magyarországi Torony körzetében. Ez utóbbi lignit-előfordulás átnyúlik Ausztria területére is. A magyarországi kőszén-előfordulások térképe a 2. ábrán látható. Magyarország kőszénvagyona Magyarország kőszénvagyonát a 1. táblázat tartalmazza. A táblázat jobb érthetőségéhez a következő fogalmakat kell definiálnunk: földtani vagyon: az ásványi nyersanyag kutatásokkal igazolt teljes mennyisége; kitermelhető vagyon: a földtani vagyonnak a választott kitermelési technológia függvényében kialakított pillérek vagyonával csökkentett és a hígulással növelt mennyisége; ismertség (9%-os konfidencia szinten): Az A kategóriájú vagyon, kutatólétesítményekkel teljesen körülhatárolt és minden szempontból megvizsgált ásványvagyon, bizonytalansága ±1%. A B kategóriájú vagyon is kutatólétesítményekkel lehatárolt, a különféle paraméterek meghatározása azonban nem olyan részletes, mint az A kategóriánál, bizonytalansága ±2%. A C1 kategóriájú vagyon ritka hálózatú kutatólétesítmények által szolgáltatott, vagy extrapolált ismeretanyagon alapul, megbízhatósági mértéke ±3%. A C2 kategóriájú vagyon ritka hálózatú, nem egyszer egyedi feltárásokra, kutatólétesítményekre támaszkodik, megbízhatósági mértéke ±5%. A D jelű (reménybeli) vagyon földtani törvényszerűségek alapján feltételezett, becsült vagyon. A Magyar Bányászati és Földtani Hivatal és jogelődjei (Központi Földtani Hivatal, Magyar Geológiai Szolgálat) 1955-től évente összesíti az ország ásványvagyonát. Az 1. és 2. táblázat az Országos Ásványvagyon Nyilvántartásból kiemelt adatokat tartalmaz. A táblázatokból sok következtetés levonható. Az ország jelentős megkutatott feketekőszén-készlettel rendelkezik, amelynek azonban csak kevesebb, mint 1%-a van bányanyitáshoz kellő részletességgel megkutatva. Fűtőértéke természetesen magasabb a többi kőszeneinknél, azonban e kőszéntípusnak a legnagyobb a hamutartalma, és jelentős kéntartalommal is rendelkezik. A mecseki feketekőszén több száz helyeként ezer méter mélységben helyezkedik el, meredek dőlésű, tektonikával erősen szabdalt telepekben. A mecseki feketekőszén nagy mennyiségű kőszénhez kötött metánt is tartalmaz, amely egyrészről a kitermelést a sújtólég veszély miatt nehezíti, másrészről azonban hasznosítható szénhidrogéngázként is tekinthető, bár az eddigi, hazai és külföldi cégek által végzett, felszínről történő kitermelési kísérletek sikertelenek voltak. A legnagyobb barnakőszénvagyonnal a borsodi és ózdi, valamint a bakonyi barnakőszén-medencék rendelkeznek, s itt van a legtöbb bányanyitásra megkutatott készlet is. Ezeknek a barnaszeneknek a minősége azonban sokkal rosszabb, mint például a Tatabánya-Nagyegyháza-Mányi barnakőszén-medence kőszeneié, amelyek megközelítik a feketeszeneink minőségét. Barnaszeneink jelentős kéntartalommal is rendelkeznek, és döntő részük csak mélyszinti bányászati módszerekkel termelhető ki. Az ismert és bányanyitáshoz kutatott lignitvagyonunk évtizedekre fedezi a Mátrai Erőmű nyersanyagigényét, sőt egy újabb erőmű építéséhez is bőven elegendő lenne. A gyenge fűtőértékű lignitnek a többi kőszenünknél lényegesen kisebb kéntartalma kedvező ugyan, de a szigorú környezetvédelmi előírások miatt a Mátrai Erőműnek így is kéntelenítő berendezést kell alkalmaznia. A földtudománnyal foglalkozó szakemberek tudományos módszerekkel prognózisokat készítenek minden nyersanyag vonatkozásában azokra a területekre, ahol az adott nyersanyag kutatása még nem történt meg. A prognózisokban geológiai analógiák és feltételezések alapján becsülik MAGYAR ENERGETIKA 214/4 7

8 FOSSZILIS E-NERGIA.HU az ásványvagyon meglétét, amit kutatásokkal kell majd igazolni. A 2. táblázat adatai azt mutatják, hogy az ország területe jól megkutatott kőszén vonatkozásában, mivel a prognosztizált vagyon az ismert vagyon csupán negyedét teszi ki. A megkutatott, bányászat által nem érintett kőszénvagyon a nemzeti energiavagyon számottevő, mintegy 65 PJ-nyi primerenergia-készletét adja (az éves hazai energiafelhasználás mintegy 11 PJ), az azt dokumentáló kutatási anyagok (mélyfúrási, geofizikai adatok, földtani kutatási zárójelentések) pedig figyelemreméltó nemzeti kincset képviselnek, ami a nemzetgazdaság számára komoly tartalék, az érintett szakma és a döntéshozók számára pedig egyszerre teremt lehetőséget, s támaszt komoly elvárást. Kőszéntermelés A 3. ábrán a magyarországi kőszéntermelés alakulását mutatjuk be től. A kőszéntermelés a csúcsát 1964-ben érte el, amikor meghaladta a 3 Mt-t. Innentől kedve, kisebb ingadozásoktól eltekintve, a termelés folyamatosan csökkent. A 8-az évektől megkezdődött a kőszénbányászat leépítése, a kőszénbányák bezárása. Az ágazati gondok kezelésére létrehozták a Szénbányászati Szerkezetátalakítási Központot (SZÉSZEK), amely irányította a felszámolásokat, majd az iparági rekonstrukció következő állomásaként a további működés érdekében 1993-tól megkezdték a szénbányák és az erőművek integrációját. A működőképes és megfelelő kőszénvagyonnal rendelkező bányaüzemeket a velük közvetlen kapcsolatban álló erőművekhez integrálták. Az integráció keretében például a Pécs-környéki bányákat a komlói Zobákaknával együtt szervezetileg a Pécsi Erőműhöz csatolták. Veszprém megyében a Bakonyi Erőmű Zrt.-be integrálták az ajkai, majd később a balinkai bányaüzemet, illetve Komárom-Esztergom megyében a Vértesi Erőmű Zrt.-hez került a Márkus-hegyi bánya, a XX. akna és a mányi bányaüzem is. A Tiszai Erőmű Zrt.-hez került a Miskolc melletti Lyukóbánya, ahonnan a kőszenet a Borsodi és a Tiszapalkonyai Hőerőműhöz szállították. Az integrációból kimaradt mélyművelésű szénbányákat pedig a SZÉSZEK irányításával a kilencvenes évek végéig folyamatosan bezárták. Így például bezárták a Tatabánya-Nagyegyháza-Mányi barnakőszén-medence bányáit is, amelyek a feketeszenet megközelítő fűtőértékű, kis hamutartalmú szenet tudtak volna kitermelni. A 9-es évek végére több integrációban működő bánya bezárt, mivel az erőmű átállt más fűtőanyagra (gáz, biomassza). A feketekőszénbányászat a Mecsekben 24-ben megszűnt. A barnakőszén-bányászat 3. ábra. Magyarország kőszéntermelése szinte kizárólag a Márkus-hegyi bányára korlátozódott, amelynek bezárása EU-támogatással a közeljövőben megkezdődik. A lignitbányászat szinten maradását a Mátrai Erőmű hosszú távon biztosítja. A hazai kőszénvagyon nemzetgazdaság számára történő igénybevételének lehetősége A fentiekben bemutatott kőszénvagyon a nemzeti vagyon részét képezi. Igen nagy értéke van, de ez a jelentős kőszénvagyon természeti előfordulási helyén (in situ) értelmezhető ebben a formában. Ezen kőszénvagyon igénybevételnek gazdasági, piaci és környezetvédelmi kritériumai vannak. Az a tény, hogy Magyarország rendelkezik ezzel az ásványvagyon-potenciállal, nem jelenti azt, hogy a mai gazdasági és környezetvédelmi követelmények mellett a teljes mennyiségét ki lehetne aknázni, és a nemzetgazdaság számára hasznosíthatóvá tenni. Ezért szükséges vizsgálni e kőszénvagyon igénybevételének minden feltételét és hatását, különösen a gazdaságosságát. Ennek során az alábbiakban felsoroljuk azon jellemzőket, amelyek befolyásolják a kőszén gazdaságos kitermelését, némely esetben kitérve a különböző szénmedencék összehasonlító vizsgálatára is. Kőszeneink fűtőértékét elsősorban befolyásoló tényező az elszenesedésük foka, amely a szenesedésre rendelkezésre álló idő és körülmények függvénye. Így az idősebb, illetve az erőteljesebb hőhatást ért kőszeneink nagyobb fűtőértékűek. A kőszénmedencék összehasonlítását a 4. ábrán szereplő grafikonnal szemléltetjük. A magyarországi szénmedencékben található kőszenek kéntartalma viszonylag magas (l. 1. táblázat). A Nógrádi-medence barnakőszenei (1,5% átlagos kéntartalom) és a lignit (1,65% átlagos kéntartalom) bírnak alacsony kéntartalommal. A Tatabánya Nagyegyháza Mányi, az oroszlányi és a Dorog Pilis barnakőszén-medence ásványvagyona viszonylag magas, 3-4% közötti kénmennyiséget tartalmaz. A hamutartalom vonatkozásában a lignit és a Tatabánya-Nagyegyháza- Mányi barnakőszén-medence kőszenei viszonylag alacsony (18-19%), a mecseki feketekőszén-medence, a nógrádi kőszénmedence és a Dorog-Pilis barnakőszén-medence kőszenei magas, 3% feletti hamutartalommal jellemezhetők (l. 1. táblázat). A telepből kitermelt kőszén állaga nagyrészt függ a jövesztési technológiától, de minden alkalmazott technológia esetben a darabos kőszén mellett nagy mennyiségű szénpor keletkezik. Fokozottan jelentkezik ez a hazai, erősen tektonizált teleptani viszonyokkal bíró kőszénvagyon esetében. A teleptani viszonyok és a képződési körülmények miatt a magyarországi kőszéntelepek nem egyöntetű vastagsággal jellemezhetők, hanem gyakran közételepült meddő csíkok, rétegek szabdalják a nyersanyagtelepet. E miatt sok esetben válogatásra, illetve mosásra van szükség Széntermelés (Mt) ábra. Magyarországi kőszénmedencék kitermelhető kőszénvagyonának átlagos fűtőértéke ((MFGI 212.) *A Mecseki medencénél feltüntetett érték a hígulással rontott ún. kitermelő készletekre vonatkozik Feketeszén termelés Barnaszén termelés Lignit termelés kj/kg Mecsek Dorog-Pilis Tatabánya Oroszlány Bakonyi eocén Bakonyi kréta Várpalotai miocén Nógrádi-medence Borsodi-medence Lignitterületek 8 MAGYAR ENERGETIKA 214/4

9 E-NERGIA.HU GEOTERMIA FOSSZILIS 2 4 m Mecsek Dorog-Pilis Tatabánya Oroszlány Bakonyi eocén Bakonyi kréta Várpalotai miocén Nógrádi-medence Borsodi-medence Lignitterületek m 3 /p Mecsek 21 Dorog-Pilis 29.6 Tatabánya.4 Oroszlány 7.5 Bakonyi eocén 11.1 Bakonyi kréta 5.5 Várpalotai miocén Nógrádi-medence 3.5 Borsodi-medence 22.3 Lignitterületek 5. ábra. Magyarországi kőszénmedencék kitermelhető kőszénvagyonának települési mélysége (MFGI 212.) 6. ábra. Magyarországi kőszénmedencék kitermelhető kőszénvagyonának átlagos b. vízemelése (MFGI 212.) Fentiek alapján elmondató, hogy a hazai kőszenek minősége elmarad az import kőszenek minőségétől. A beruházási és kitermelési költségek egyértelműen függenek a nyersanyag teleptani helyzetétől, ugyanis a kőszén települési mélysége határozza meg a külfejtéses bányászati lehetőséget, és ennek megfelelően lehet meghatározni a beruházási tevékenységet. Ugyancsak a nyersanyag telepvastagsága és megosztottsága alapján lehet meghatározni a kitermelési technológiát és a hozzá szükséges beruházást. A teleptani viszonyokon felül komoly költségekkel jár a nyersanyag földtani környezetének a kitermeléssel összefüggő veszélyek, mint például a kőzetnyomás, a tektonizáltság, a réteg- és karsztvizekkel való kapcsolat kezelése, és nem utolsó sorban a termelés során felszabaduló veszélyes gázok (CH 4, CO 2 ) megjelenése. Az 5-6. grafikonnal szemléltetjük a magyarországi szénmedencék nyersanyagának települési mélységének, valamint a bányavízveszély területenkénti különbözőségét. Az előkészítési költségekről az előzőkben tettünk említést a nyersanyag minősége kapcsán. Többletköltséggel jár, ha az adott nyersanyagot kénteleníteni kell, illetve mosni és válogatni. Itt lehet megemlíteni még a brikettálás, valamint a feketeszén kokszolhatóságának lehetőségét és költségeit. Az egyéb költségekhez soroljuk azokat, amelyek például a nyersanyagot tartalmazó terület természetvédelmi lefedettségével járnak. Ugyancsak ide soroljuk a kőszénvagyon alternatív hasznosításának és kitermelésének különleges költségeit, valamint a CO 2 -kvótával kapcsolatos költségeket. A magyarországi szénmedencék nyersanyagának természetvédelmi lefedettségét a 7. ábra mutatja. A kőszénvagyon-potenciál nemzetgazdasági lehetőségei A szénbányászat 197-es években megindult hanyatlásakor a szénhidrogénárak alacsonyak voltak (olajár 15 USD/hordó). Jelenleg ezzel szemben 1 m 3 földgáz (34 GJ) ára 46 USD, az olajár pedig meghaladja a hordónkénti 1 USD-t. Az éves kőszéntermelés tehát a lignit- és barnakőszén-termelés ésszerű bővítésével és a feketekőszén-termelés újraindításával ismét növelhető, s a hazai kőszénvagyon e bővítéshez elegendő tartalékot biztosít. A 3. táblázat a medencénként meghatározott elérhető éves kapacitások figyelembevételével mutatja be a hazai szénbányászat bővítési lehetőségeit, tekintettel a jelenlegi éves termelési adatokra és az MTA ajánlásaira. Az 196-as évek termelési volumenének felével (~15 Mt), illetve 2/3- ával (~2 Mt) számolva a hazai szénbányászatból jelenleg származó primer energia mennyisége gyakorlatilag megduplázható (133, illetve 179 PJ). E primerenergia-mennyiség a környezetvédelmi gyakorlatnak megfelelő, minimum 41%-os erőműhatásfokkal számolva 55, illetve 73 PJ hasznos energia előállítását biztosíthatja, ami a hazai villamosenergia-termelés 39, illetve 52%-ával egyenértékű. Ezek a számok hasonlók, mint a kőszén részaránya % Mecsek 25 Dorog-Pilis 47.8 Tatabánya 55.8 Oroszlány 47.5 Bakonyi eocén Bakonyi kréta Várpalotai miocén Nógrádi-medence Borsodi-medence Lignitterületek 7. ábra. Magyarországi kőszénmedencék átlagos természetvédelmi lefedettsége (MFGI 212.) a világ villamosenergia-termelésében (41%). (Az Amerikai Egyesült Államok értéke 47% a több évtizedes előrevetíthető trend alapján várható világátlag 43%.) A magyar gazdaság importfüggősége az energiahordozók és vegyipari nyersanyagok terén magas. A szénbányászat lehetőségeiben rejlő PJ hasznos energia mennyisége megfelel mintegy 3-4 milliárd m 3 földgáz behozatalának (55% gázos erőműhatásfok esetén). Ennek értéke mintegy 1,5-2 milliárd USD, ami a hazai GDP 1,2-1,6%-a. Tekintve, hogy ennek 55-41%-át ma is előállítja a hazai szénbányászat, hozzávetőlegesen,5-,9% lenne a GDP tényleges bővülése. Ezt az értéktöbbletet több ezer új munkahely teremtené meg, aminek 3%-a az adóbevételt növelné. Mindennek feltétele a meglévő termelő és feldolgozó infrastruktúra összehangolt fejlesztése, illetve a hiányzó elemek ismételt létrehozása. Mindezek figyelembevétele mellett a hazai kőszénvagyon fenntartható kitermelésének tervezésénél a legfontosabb szempont a kőszéntermelés versenyképességének a vizsgálata. Tisztázni kell azt a fontos kérdést, hogy lehet-e hazai mélyműveléses bányákból kitermelt kőszénből gazdaságosan villamos energiát, hőszolgáltatást vagy bármilyen más piacképes terméket táblázat. A hazai szénbányászat éves kapacitása és a bővítés lehetséges keretei Jelenleg Alsó határ Felső határ Mt PJ Mt PJ Mt PJ Külfejtés 8,3 61,9 12,4 85,4 12,4 85,4 Ebből lignit 8,2 61,1 12,2 83,8 12,2 83,8 Mélyművelés,81 11,5 3,1 47,6 7,6 93,6 Ebből Mecsek,, 2, 33, 2,4 4, Összesen 9,1 73,4 15,5 133, 2, 179, MAGYAR ENERGETIKA 214/4 9

10 FOSSZILIS E-NERGIA.HU előállítani. A vizsgálatot komplex módon kell elvégezni, mert a kitermelt hazai kőszén a lakossági szén kivételével önmagában nem tekinthető közvetlenül piaci terméknek. A széntermelés gazdaságosságát nem elegendő a kőszéntermelés fajlagos költsége alapján megítélni, hanem a kőszén felhasználásával (elégetésével) előállított piaci termék (pl. egy erőműben kőszénből előállított és kibocsátott villamos energia) versenyképessége alapján lehet dönteni egy bánya megnyitásáról. A döntéseknél nem hagyhatók figyelmen kívül azok a környezeti és természeti követelmények sem, amelyek korlátokat jelenthetnek a bányászat számára, de fontos, hogy figyelembe vegyük azokat a társadalmi hatásokat is, amelyek egy-egy kőszénmedencében a bányanyitások során jelentkezhetnek. A hazai barna- és feketekőszén-vagyonunk az átlagosnál rosszabb geológiai (és ezen belül vízföldtani) környezetben található, és a minőségi paraméterei sem a legjobbak. Ezért csak nagykapacitású, korszerűen gépesített technológia alkalmazásával, egy bányából jelentős mennyiségű kőszén kitermelése esetén van esély arra, hogy egy mélyműveléses kőszénbánya a jövőben gazdaságosan működtethető legyen. Az eredményesség másik feltétele, hogy az így kitermelt kőszén felhasználására épüljön meg egy olyan korszerű erőművi/vegyipari technológiát alkalmazó üzem (pl. tisztaszén-technológiával), amely teljesíti az előírt környezetvédelmi előírásokat. Egy mélyművelésű szénbánya megnyitása ezért elképzelhetetlen a nyersanyagot befogadni képes, új, korszerű erőmű(vek) vagy más ipari üzem(ek) létesítése nélkül. Egyedi esetekben állami támogatások felhasználásával, szociál- és gazdaságpolitikai, energiastratégiai okok miatt lehet a gazdaságosságtól részben függetleníteni egy-egy kitermelőhely megnyitását és üzemeltetését, de az ilyen vállalkozások hosszabb távon csak állami támogatásokkal tarthatók fenn. Az ilyen jellegű bányanyitások kérdéséről politikai, gazdaság- és társadalompolitikai összefüggésben kell dönteni. Nemzeti Energiastratégia A parlament 211-ben elfogadta a Nemzeti Energiastratégiát, amely 23-ig vázolja fel az ország terveit az egyes energetikai ágazatokban. Az Energiastratégia fókuszában az energiatakarékosság, a hazai ellátásbiztonság szavatolása, a gazdaság versenyképességének fenntartható fokozása áll. Az Energiastratégia egyik fontos célja a CO 2 -intenzitás csökkentése, a forgatókönyvek függvényében 37 gramm CO 2 /kwh szintről 2 gramm CO 2 /kwh alá 23-ig. Ez a cél csak úgy érhető el, ha a hagyományos szénerőművek megszűnnek, vagy technológiájuk átalakításával lecsökkentik a fajlagos CO 2 -kibocsátásukat. A jelenleg ~14%-ot kitevő kőszénrészesedés az energiamixben 22- ra várhatóan 5%-ra fog csökkenni. A különböző tervezett energiamix-változatok közül egy számol kőszénből történő villamosenergia-termeléssel, de az is csak szinten tartással. Ásványvagyon-hasznosítás és készletgazdálkodási Cselekvési Terv Az Energiastratégia előírja különböző területeken cselekvési tervek készítését a konkrét intézkedések meghatározására. Ennek megfelelően a Magyar Bányászati és Földtani Hivatal és a Magyar Földtani és Geofizikai Intézet irányításával, több szakmai és társadalmi szervezet véleményének kikérésével Ásványvagyon-hasznosítás és készletgazdálkodási Cselekvési Tervet készült, amely a közeljövőben elfogadásra kerülhet. A cselekvési terv általános célja, hogy a bányászat gazdasági és társadalmi pozícióját javítsa a jelenlegi és várható műszaki, környezetvédelmi és gazdasági tendenciákra tekintettel. A cselekvési tervben kifejezésre jut, hogy az állami tulajdonban lévő ásványkincsekkel történő ésszerű és fenntartható gazdálkodás mind az állam, mind pedig a gazdaság és társadalom közös érdeke. A cselekvési terv a helyzetkép feltárása alapján határozza meg az egyes, energetikai szempontból számításba veendő ásványi nyersanyagféleségek hazai potenciálját és nemzetgazdasági jelentőségét. A cselekvési terv a Nemzeti Energiastratégiára alapozva, azt továbbgondolva kedvező jövőképet vázol fel a kőszénfelhasználás tekintetében, mivel a kőszén felhasználását szinten tartani, sőt növelni javasolja a villamosenergia-termelésben a tisztaszén- és CCS (Carbon Capture and Storage, vagyis a szén-dioxid leválasztása és föld alatti elhelyezése) technológiák alkalmazásával. Összefoglalás A hazai mélyművelésű szénbányászat szinte teljesen megszűnt, ma már csak egy bányánk működik (Márkus-hegy), amelynek a bezárása EU-támogatással rövidesen megkezdődik. A kedvező geológiai viszonyok között lévő lignitvagyon kiaknázása rövid és hosszú távon jelentős részt képviselhet a hazai energiatermelésben. Ma már világosan látszik, hogy az 199-es években a mélyművelésű szénbányák bezárásáról meghozott döntések átgondolatlanok voltak, és rövid távú érdekek mentén történtek. A bányák ilyen módon történt bezárásával nem csak a kőszénvagyonhoz való hozzáférés szűnt meg, de felszámoltuk azt a speciális földalatti infrastruktúrát is, amelynek az újra kiépítése csak jelentős beruházással pótolható. A bányászati szaktudás nem termelődött újra, a szakiskolák bezártak. Azok az erőművek, amelyek fejlesztések révén alkalmasak lettek volna a hazai barna- és feketekőszén eltüzelésére, áttértek más tüzelőanyagra, vagy véglegesen leálltak. Az előzőkben bizonyítottuk, hogy az ország rendelkezik megfelelő mennyiségű, megkutatott fekete- és barnakőszénnel, valamint lignittel, így a bányák nyitásának ez nem lehet akadálya. A világon a kőszéntüzelésű erőművek esetében az elmúlt 3-4 évben jelentős hatásfok-növelés következett be, melynek eredményeként a korszerű erőművek fajlagos CO 2 -kibocsátása drasztikusan csökkent, azaz önmagában a hatásfoknövelés is tartalmaz kibocsátás-csökkentési potenciált. A felszíni és felszín alatti tisztaszén-technológiák világszinten fejlesztések alatt állnak, ezek azonban csak a későbbiekben válhatnak majd kiforrottá, de a kőszénfelhasználás költségeit várhatóan megnövelik. A felkészülést mintaprojekteken keresztül kell elkezdeni, amelyek integrálhatják az energia- és vegyipari, valamint a környezetvédelmi és hulladékgazdálkodási feladatokat, illeszkedve a lokális erőforrásokhoz és igényekhez. A kőszenek biomasszával történő együttes felhasználása a megújuló energia részarányra, az Európai Unió irányában vállalt kötelezettségünk teljesítésére hat. A hagyományos mélyműveléses barna- és feketekőszén-bányászatunk fejlesztését ezekkel a felhasználási lehetőségekkel együtt komplexen kell megterveznünk, és megfeleltetnünk a gazdaságosság követelményrendszerének. Felhasznált irodalom: [1] Dr. Vitális Sándor: A kőszén fogalma, keletkezése, felkutatása és hazai előfordulásai, kézirat 1948, MBFH Adattár [2] Dr. Fülöp József: Magyarország Kőszénvagyona, Központi Földtani Hivatal [3] Radócz Gy.: Magyarország kőszén előfordulásai, MÁFI Évi Jelentés [4] Magyarország Ásványi Nyersanyagvagyona éves jelentései 1955-től 212-ig [5] MFGI (Püspöki Zoltán Kercsmár Zsolt): R-1, A kőszénvagyon minősítése és az ásványvagyon újraértékelése a készletgazdálkodási és hasznosítási cselekvési tervhez, Budapest, 212. [6] Nemzeti Energia Stratégia [7] Ásványvagyon-hasznosítás és készletgazdálkodási Cselekvési Terv 1 MAGYAR ENERGETIKA 214/4

11 E-NERGIA.HU SZAKMAPOLITIKA GEOTERMIA Szergényi István Az energiahatékonyság javítása legyen prioritás! A magunk mögött hagyott évtizedek energiapazarló voltát az eddigi eredmények ellenére sem sikerült még felszámolni, bőven van tehát tennivalónk. Az energiahatékonyság (inverze az energiaigényesség) tudatos javítását a gazdaságpolitika fókuszába kell helyezni! Általa befolyásolhatjuk legjobban az energiafelhasználás alakulását. 1 Ezzel kapcsolatban néhány területen konkrét teendőket említünk. Bizonyos számszerűségek bemutatása csupán nyomatékul szolgál kívánatos teendőink irányának vázolásához. Az energiaigényesség értelmezésének kettősége Az Energia Világ Tanács 27. évi 2. Kongresszusa megállapította, hogy egy ország energiaigényesség-javítása annál gyorsabb lehet, minél nagyobb ott a növekedés üteme. A számszerűség megítélésben bizonyos kettősség áll fenn. Az egyik felfogás szerint azt mint a felhasznált energia fizikai mennyiségének és a hozzáadott értéknek a hányadosát a hivatalos árfolyamokon számolt GDP-re, a másik szerint pedig egy bizonyos vásárlóerőt reprezentáló termékkosár GDP-jére (PPP) 2 vetítik. Bár ez utóbbit azaz a vásárlóerő-paritás szerint számított GDP-t mindenekelőtt nemzetközi életszínvonal-összehasonlításokra használják, gyakran találkozni lehet vele energiahatékonysági összevetésekben is. Tudni kell róla, hogy a PPP alkalmazása olyan közgazdasági módszer egy alternatív árfolyam kiszámítására két valuta között, amelyik azt méri, hogy mennyi egy úgynevezett fogyasztói kosarat alkotó terméket és szolgáltatást lehet vásárolni valamely valutában egy másikhoz képest. Vele kapcsolatban az a probléma, hogy elvileg országonként azonos termékkosarak árait kellene összehasonlítani, ami azonban a gyakorlatban ritkán teljesíthető. Ismeretes olyan vélemény is, amely szerint a vásárlóerő-paritás egyenesen egy mágia, nem más, mint törekvés arra, hogy statisztikával látszólag megnyugtató módon el lehessen tüntetni a szegényebb országok közvéleménye előtt a saját gazdaságuk leszakadásának mértékét. A két módszer különbözőségéből adódó eltérés viszonylag csekély a fejletteknél, ahol nagy az egy főre jutó energiafelhasználás, viszont tetemes a kevésbé fejlettek esetében. Többen a PPP alapján, mások a hivatalos árfolyammal számolt energiaigényesség figyelembevételével számolt összehasonlítást helyezik előtérbe. Ezzel magyarázható az a kétféle megítélés, amelynek értelmében egyesek azt állítják, hogy a magyar energiahatékonyság gyakorlatilag megfelel a fejlett országokénak, mások viszont csupán a felére vagy még annyira sem értékelik azt. A hivatalos valutaárfolyamokon alapuló számítás annak ellenére, hogy azok ingadozásokon eshetnek át a gazdasági körülmények jelentősebb változása nélkül is jobban kifejezheti valamely ország teljes társadalmi termelésének és fogyasztásának együttes energiahatékonysági színvonalát, különösen a felzárkózni kívánók számára. Ezt a számítást ugyanis nem befolyásolja a PPP-eljáráshoz nélkülözhetetlen fogyasztói kosár óhatatlan önkényessége. Mivel a két módszer között objektív összehasonlítási lehetőség igazán nincs, egyikük eredménye sem tekinthető tökéletesnek. Minden esetben meg kell tehát adni, hogy a mutatók melyik módszerrel számolt GDP-re vonatkoznak. Az EU, a Nemzetközi Energia Ügynökség és több más szervezet általában ezt meg is teszik a tárgyilagosságra való törekvés érdekében. Mivel az országos energiaigényesség-csökkenés ütemében az energiatakarékosság és az ágazati energiahatékonyság javításában való előrehaladás sebessége együttesen leképeződik, érdemes megvizsgálni, hogy az milyen hatást gyakorol az energiafelhasználásra. A szóban forgó tényezők között a szerző által kidolgozott és az ENSZ által is elfogadott összefüggés a következő: r b = r a + r c + (r a* r c) /1, ahol: r a = a hozzáadott érték-, r b = az energiafelhasználás-, r c = az energiaigényesség-változás évi átlagos üteme. A képlet alapján nem csupán az energiafelhasználás növekedési üteme, hanem a konkrét energiafelhasználás is meghatározható a kiindulási év adatának százalékában. A segítségével példaként rajzolt 1. ábra szemlélteti, hogy konstans ra és csökkenő az rc esetén egyre 1. ábra. A jövőbeni energiaigények a bázisév százalékában évi 2,5%-ra, valamint különböző rc-ütemek függvényében. Az ábra alapján látható, hogy a GDP növekedési és az energiaigényesség csökkenési üteme abszolút értékének azonossága esetén (ezúttal: 2,5%/év) az energiafelhasználási görbe a 1% alatt fut. (Lásd ezzel kapcsolatban az 1. táblázatot is!) Ez annyit jelent, hogy az energiaigényesség a GDP-nél jobban befolyásolja az energiafelhasználás alakulását. 18% 17% 16% 15% 14% 13% 12% 11% 1% 9% 8% 1 rc-,5 rc-1, rc-1,5 rc-2, rc-2,5 rc-3, MAGYAR ENERGETIKA 214/4 11

12 SZAKMAPOLITIKA E-NERGIA.HU rc Energiafelhasználás a bázisév százalékában bázisév 5. év 1. év 15. év 2. év 25. év 3. év A B -, C -1, D -1, E -2, F -2, F/A,86,77,68,6,53,46 1. táblázat. A jövőbeni energiaigények a bázisév százalékában évi 2,5%-ra, valamint különböző r c-ütemek függvényében meredekebben nő az energiafelhaszálás. 3 Viszont amikor az energiaigényesség csökkenési üteme eléri vagy meghaladja a GDP-növekedését, már mérséklődik az energiafelhasználás. Az energiaigényesség-csökkentés ütemének számszerű előirányzása terjed. Az energiahatékonyság szempontjából Japán után a második helyen álló EU-nak a 15-ök számára már az 1995/96-ban megjelent Zöld, illetve Fehér könyvében PPP-alapon 22-ig évi 1,7%-os energiahatékonyság-javulást javasolt. (Ez fejlett országokról lévén szó az említettek értelmében közel esik a hivatalos bázison számoltéhoz, így alkalmazható a felzárkózókkal való összehasonlításokhoz.) Az Energy Outlook 23. pedig úgy becsli, hogy a világ átlagos energiaigényessége a 21. évi mintegy 1,6 toe/1 $-ról 23-ig 1 toe/1 $-ra csökken (21-es áron), ami 2,3%-os évi javulási ütemet jelent, ráadásul az utóbbi időpontra az országok között is jelentősen mérséklődnek a különbségek. Az energiaigényességi mutató javulási ütemének szelektívgyorsításával remélhetően el lehet érni, hogy az elmaradottabb országok előbbutóbb felzárkózzanak a jobb energiahatékonyságúakhoz. Az Európai Unióhoz való csatlakozásunkkor ebben is rosszul álló Magyarországon 1993 és 2 között a mutató értéke hivatalos árfolyamon számolt GDP alapján évente átlagosan kb. 3,6%-kal csökkent. Ez az ütem ugyanebben időszakban kétszeresen meghaladta a világátlagét. Legalább ezt megközelítő teljesítményt kellene nyújtanunk a jövőben is. Példaként említhető, hogy évi 2,5%-os átlagos GDP-növekedést és ugyanolyan ütemű energiahatékonyság-javulást feltételezve 1 év múlva csak kb. háromnegyed annyi energiára lehet szükségünk, 25 év múlva pedig mintegy feleannyira, mint stagnáló hatékonysággal. (F/A. Lásd az 1. táblázatot!) Példák az energiaigényesség-csökkentési lehetőségekre A közlekedésben/szállításban a motorok és a járművek fejlesztése mellett fontos a közlekedést tervező logisztika (a fuvarszervezés, az útvonaltervezés, az elosztó és a szállítási rendszerek kialakítása stb.). Ez, beleértve a műholdas követő- és irányítórendszert is, nagymértékben csökkentheti a szállításra felhasznált energia mennyiségét. Ilyen irányba hat az egyes közlekedési ágazatok (vízi, vasúti, illetve közúti szállítás) ésszerű feladatmegosztása, kihasználva a fajlagos energiaszükségletek különbözőségét (Michelberger). A villamosenergia-termelésében is van megtakarítási lehetőség. Kiemelendők a jó hatásfokú hő- és villamos energia együttes (kapcsolt) előállításának előnyei. Bővítésük nem csupán az energetikai hatékonyságot javítja, de vidékfejlesztési tényező is lehet. Amint az köztudomású, a kapcsolt energiatermelésnek a környék hőfelvevő képessége a korlátját képezi. Megfelelő, hőigényes ipartelepítéssel azonban azt növelni lehet. Példaként említjük, hogy a vidéki főleg hőenergiát igénylő élelmiszerfeldolgozó-ipar fejlesztésével egyszerre két cél is elérhető: a termelés bővítése, valamint az energiagazdálkodás ésszerűsítése. E területek összekapcsolása révén célszerűen klaszterek 5 keretében a kiemelkedő mezőgazdasági adottságából eredő komparatív előnyeit Magyarország egyre jobban kihasználhatná. Első gyakorlati lépésként kínálkozik a relokalizációs gazdaságfejlesztés kialakítása. A gazdasági prioritások közé célszerű sorolni a vidékfejlesztéssel összhangban a helyi élelmiszertermelést. Ennek megoldása lehet olyan helyi közösségek létrejöttének elősegítése klaszterek keretében, amelyek biztosítják a lokális gazdasági körforgást a termeléstől az értékesítésen keresztül a fogyasztásig. A globalizált világban a klaszterek révén a régióknak azért van esélyük jobban alkalmazkodni az állandó változásokhoz, mert résztvevői az egymáshoz való közelségük révén rugalmasabbak, mint a multik, vagy akár az iparági nagyok. A sikeres kooperációs hálózatok jellemzően klaszterek által lefedett térségekben jönnek létre, ahol megvalósul a lokális társadalom tagjai tudásának egymást megtermékenyítő hatása. Európában a klaszterek a kormányzatoktól és az Európai Strukturális Alapból igényelhetnek támogatást. Az USA-ban a munkavállalók több mint fele dolgozik klaszteralapú vállalatnál. A kogenerációnak nemcsak a termelői hőfelhasználásban, hanem a lakossági ellátásban is fontos szerepe van. Számítások szerint Európában a kogeneráció bővítésével és az épületszigeteléssel elérhető főleg földgázban realizálható megtakarítás évente több tízmillió 12 MAGYAR ENERGETIKA 214/4

13 E-NERGIA.HU SZAKMAPOLITIKA GEOTERMIA tonna olajegyenértéket is elérhet. Az épületek energiagazdálkodásában található az energiamegtakarítás egyik legnagyobb tartaléka. 6 A legjobb példa erre Dánia, ahol a villamos energia majdnem felét hővel kapcsoltan állítják elő. Ott a 8-as években még mindössze 15 kogenerációs erőmű létezett. Ezzel szemben ma már százával működnek a több mint 6%-ban távfűtéses háztartást, a közintézményeket és a helyi termelést hővel és villamos energiával ellátó decentralizáltan elhelyezett, kis teljesítményű kogenerációs egységek. A jól kiépített hálózatok azt is lehetővé teszik, hogy a távfűtő rendszerbe egyéb termelők is betáplálhatják a számukra fölösleges hőt. A távhő-infrastruktúra kialakításában nagy szerepet játszott az állam. A dán társaságok a fűtési rendszereiket exportálják is. Az épületek energiaellátásánál a megtakarítás másik eleme a szigetelés. Egy valóban országos szintű épületszigetelési, illetve az épületek megújuló energiákra való átállási programja államilag még erőteljesebben segítve nemcsak számottevő energiamegtakarítást eredményezne, hanem jelentős számú munkahelyet is teremtene. Ráadásul az energiaigények így elérhető mérséklése az ellátás biztonságát szintén fokozná. Komplex volta miatt ez a program a következő évek gazdaságpolitikájának egyik fontos eleme lehet. Az energiaigényesség javításához az egyik szakágazati lehetőség a vegyiparban kínálkozik a szelektívebb katalizátorok, a hideg-, a meleg- és a nyomásenergia ésszerű hasznosítása, a veszteségmentes szintézisek kidolgozása, oldószerként a víz minél gyakoribb felhasználása, a szobahőmérsékleten lejátszódó reakciók kifejlesztése, valamint a nanoszűréses elválasztás stb. révén. Országos viszonylatban az említett relokalizáció támogatásán kívül tudatos ágazati struktúrapolitikával a leginkább energiahatékony ágazatok fejlesztése révén a gazdaságpolitika rendelkezik a legnagyobb lehetőséggel. Amint az köztudott, nagy energiaigényességű ipari tevékenységek a kohászat, az építőanyagipar és a nehézvegyipar. A jobb energiahatékonyságúak közé sorolhatók a fínomvegyipar, a gépipar, a könnyűipar, az informatika és a turizmus. Az energiapolitikának pedig szerteágazó itt nem részletezett feladatai mellett a lakosság felvilágosításával, valamint megtakarítási programokkal is segítenie kell a hatékonyságjavulást! Az ugyanis a legbiztonságosabb energiaforrás, mert kizárólag tőlünk függ. Ráadásul ezen a területen komoly tartalékaink vannak! Jegyzetek 1. Az energiaigényesség (intenzitás) az egységnyi GDP megtermeléséhez szükséges energia. 2. PPP: Prices and Purchasing Power Parity. Valójában a PPP alkalmazása az itt érzékeltetettnél bonyolultabb. 3. Természetesen a fent közölt képlet alkalmas bármely más ütem figyelembe vételére is. 4. Ezek az előrejelzések függetlenek attól, hogy a számítás az említettek közül melyik módszerrel történik. 5. A klaszter egy gyűjtőfogalom, amely a gazdasági tevékenységek térbeli koncentrációjának eltérő megjelenési formáit foglalja öszsze. A gyakorlatban alulról szerveződő helyi gyártók, szállítók, kutatók, szolgáltatók együttműködése keretében dolgoznak. A regionális fejlesztés szemlélete napjainknak ahhoz a megfigyelhető realitásához igazodik, amely szerint az együttműködő stratégiák egyre sikeresebbek a globális gazdaságban is. 6. Uniós felmérések szerint az épületek energiaigénye egy-egy ország összes energiafelhasználásának a 4%-át teszi ki. Irodalom [1] Heat Supply in Danmark. How Denmark Paved Way To Energy Independence; postcarboncities.net/node/141 [2] doc/27_eeap_fr.pdf [3] [4] Huber, George-Avelino Corma. Synergies between Bio- and Oil Refineries for the Production of Fuels from Biomass. Online közreadás: 27. júl. 3. [5] Jóna György: Klaszterek az újkapitalizmusban Valóság, 1. [6] Jóna György: Társadalmi áramlatok és egyéni szerepek. Statisztikai Szemle, [7] Michelberger Pál: Közlekedés a XXI. században. Magyar Tudomány, 28/2. [8] Obláth Gábor: Mire jó a vásárlóerő-paritás. Világgazdaság. 25. ápr. 19.) [9] Sajtóközlemény a Világ Energia Tanácsának 2. üléséről &id=48469&ref=19684&p1=b [1]Szergényi I.: Economic growth as a function of changes in energy intensity and production restructuring. Acta technica. Acad. Sci. Hung. 11. (3) pp (1988.) [11]Szergényi I.: Le développement de la consommation d'energie en fonction du changement de la structure de production. Hozzaszólas a XIV. Energia Világkongresszuson. Montreal. (1989.) [12]Szergényi I.: Correlation between the annual average rate of changes in energy intensity and energy demands. Transmitted to UNITED NATIONS. Economic. Accepted: UNITED NATIONS Commission for Europe. Energy/R july MAGYAR ENERGETIKA 214/4 13

14 MEGÚJULÓK E-NERGIA.HU Szemler Zoltán Hibatípusok a napelemes rendszereknél Napelemes rendszereknél az üzemeltetési idő növekedésével arányosan jelentkeznek hibák a modulon és az inverteren. A hibatípusok azonosítása és azok hatásai nemcsak a gyártóknak fontos információ, hanem a befektetőknek, a napelem-üzemeltetőknek és a kutatóknak is. Jelen munkában a hibatípusok megvizsgálásához tizenegy hálózatra kapcsolt napelemes rendszer működésének és azok felügyelő rendszereinek hozam szerinti elemzésére került sor. A hagyományos napelemtechnológia sikere a hosszú élettartalmú modulok és egyéb napelemes rendszerelemek megbízhatóságán alapszik. Egy hiba előfordulhat a napelemes berendezés különböző részrendszereinél, mint modulnál, inverternél. Jelen munka különösen a napelem és az inverter hibatípusaival foglalkozik, mivel ezek hatásai hozamcsökkenéshez vezetnek. A leggyakrabban előforduló hibatípusok a napelemnél: árnyékolás/ szennyeződés, delamináció, meghibásodott bypass diódák és kapcsolók, nedvesség, üvegtörés, forró pont, öregedés és cellatörés. Ezeket különböző vizsgálati módszerekkel lehet megállapítani (DGS, 21). Az invertereknél a hibák keresése jóval bonyolultabb, mivel sok esetben szabad szemmel vagy mérőműszerrel nem kimutathatók óta a legtöbb napelem 25 év garanciával rendelkezik (Wohlgemuth, 23). Emellett bizonyos invertergyártók ma már szintén 25 év garanciával számolnak (Sass, 212). Fontos megemlíteni, hogy az elmúlt években egyre több kutatóközpont foglalkozik napelemes rendszerek elemeinek élettani vizsgálatával. Egy átfogó amerikai tanulmány szerint az átlagos éves öregedés,8% napelemes moduloknál (több mint 2 modulnál mért eredmény). Szintén ez a tanulmány fogalmazza meg a leggyakoribb hibatípusokat: modul-elszíneződés, hibás villamos csatlakozások, delamináció, törött cellák, korrózió, üvegtörés és rövidzárlat (Jordan és tsai, 212). A svájci székhelyű napelemlabor a Berni Főiskolán 1992 óta folyamatos méréseket végez invertereken. A meghibásodási érték,71-ről (1992),1-re (29) csökkent. Az átlagos inverter-életkor a néhány hónapról 95 hónapra növekedett. 29-ben, 73 inverternél nyolc év volt az átlagéletkor (Häberlin, Schärf, 21). Ausztriában, a speciális támogatási rendszer következtében sokfajta napelemes rendszer, különböző teljesítménnyel létezik, ezek legtöbbször felügyeleti rendszer nélkül készültek. A megtermelt hozam, amely az átvételi árat képezi, adatvédelem alatt áll, ezért nem nyilvános, ezért jelent kihívást az osztrák kutatók számára, hogy tíz évnél idősebb berendezések működési állapotáról információhoz jussanak. A cikk alapjául szolgáló diplomamunka kiírása ennek keretén belül történt az Austrian Institute of Technology napelemes részleg megbízásából. A következőkben a tizenegy napelemes rendszer vizsgálati eredményei, következtetései és az azokra épülő javaslatok kerülnek bemutatásra. Napelemes rendszerek kiválasztása Az ATB Becker céggel való kapcsolatfelvétel után 21 osztrák napelemes rendszer megvizsgálására nyílt lehetőség. Ezek nagy része Tirolban és Salzburgban található, ám a pénzügyi források hiánya miatt nem volt lehetőség a megvizsgálásukra. Továbbá három napelemes berendezésen történt vizsgálat, kettő a be nem üzemelt zwentendorfi atomerőmű területén és egy a bécsi Energybase irodaház homlokzatán található. Az 1. táblázat átfogó képet ad a megvizsgált napelemes rendszerek műszaki tulajdonságairól. Az elsőt 1998-ban, míg az utolsót 212-ben helyezték üzembe. A legkisebb berendezés 5 kwp, míg a legnagyobb 25 kwp teljesítményű. A berendezések kivitelezése különböző, a legtöbb rendszer a tetőre telepített. A berendezések különböző üzemeltetési idővel rendelkeznek, amelyek átlagos ideje hat év. 1. táblázat. Áttekintő táblázat a megvizsgált napelemes rendszerek műszaki paramétereiről Bécsi Természettudományi Múzeum I. Bécsi Műszaki Múzeum Mödlingi SOL4 Bécsi Természettudományi Múzeum II. Bécsi Kertésziskola Jägerhausgasse Zwenterdorfi atomerőmű I. Bécsi energybase Bécsi diákszálló Kandlgasse Bécsi Diákszálló Tigergasse Bécsi Diákszálló Gasgasse Zwenterdorfi atomerőmű II. telepítés éve névleges teljesítmény (kwp) 14,8 5,4 16,7 14, , , ,6 inverterek száma szerelés helye lapostető x x x x x x x magastető (>5 dőlés) x x x homlokzat x x x szabad terület x x x x 14 MAGYAR ENERGETIKA 214/4

15 E-NERGIA.HU MEGÚJULÓK GEOTERMIA Bécsi Természettudományi Múzeum I. Bécsi Műszaki Múzeum Mödlingi SOL4 Bécsi Természettudományi Múzeum II. Bécsi Kertésziskola Jägerhausgasse Zwentendorfi atomerőmű I. Bécsi Energybase Bécsi Diákszálló Tigergasse Bécsi Diákszálló Gasgasse Bécsi Diákszálló Kandlgasse Zwentendorfi atomerőmű II. hibatípus szennyeződés/ árnyék 37/52 33% 18.jan 5% 3/12 3% 3/9 33% 37/112 33% 21/688 2% 3/36 6% 4/87 5% 2/126 2% 1/74 1% 2/6 <1% degradáció 16/16,3% 22/22 1,3% 2/688 2,1% 3/3 1,6% 1.okt 1,6% delamináció 3/52 <5% 18.ápr <5% [1] 28/12 <5% korróziós cella 18.jan <5% üvegtörés 18.jan 5% hibás bypass dióda forró pont 4/688 <1% hozamcsökkenés cellatörés 1/688 <1% készülék per készülék per készülék per hozamcsökkenécsökkenécsökkenés hozam- hozam- összkészülék-szálék-szálék-szám összkészü- összkészü- hibás inventer 3/3 1% 1/1 1% 5/7 71% modul per összmodulszám hozamcsökkenés modul per összmodulszám hozamcsökkenés modul per összmodulszám hozamcsökkenés modul per összmodulszám hozamcsökkenés modul per összmodulszám hozamcsökkenés modul per összmodulszám hozamcsökkenés modul per összmodulszám hozamcsökkenés modul per összmodulszám hozamcsökkenés modul per összmodulszám hozamcsökkenés modul per összmodulszám hozamcsökkenés modul per összmodulszám 2/6 <1% 2. táblázat. Hibatípusok értékelése berendezések szerint ([1] A modul keretén található delamináció miatt alakult ki korrózió a cellán) Vizsgálati módszerek Azért, hogy a hibatípusokat pontosan megvizsgáljuk és meghatározzuk, különböző vizsgálati módszereket kell alkalmazni. Összesen nyolc módszer, kérdőív az üzemeltetőknek, szemrevételezés ellenőrző lista segítségével, teljesítménymérés, modul, valamint modulsor karakterisztikájának mérése, termográfia, elektrolumineszcencia- és hozamelemzés került felhasználásra. Ezen módszerek csak részlegesen voltak alkalmazhatók a tizenegy napelemes rendszernél. Ennek okai a szállítási, időjárási nehézségekre vezethetők vissza. Az 1. ábra a vizsgálatok számát berendezésenként mutatja. Vizsgálati eredmények és következtetések A 2. táblázat a megvizsgált napelemes rendszerek hibatípusait ismerteti. Minden egyes berendezésnél a meghibásodott modul a teljes modulszámhoz viszonyítva kerül bemutatásra. Ugyanez érvényes az inverterekre is. A színek (piros, sárga és zöld) a modul- és inverterhiba mértékét jelölik a hozamra vetítve, a legrosszabb esetben. A nagyon kritikus (piros szín) azt jelenti, hogy a modulok vagy inverterek azonnali cserére vagy javításra szorulnak. A kritikus (sárga szín) jelentése, hogy a csere vagy javítás középtávon szükséges. A kevésbé kritikus (zöld szín) pedig nem igényel azonnali javítást. Feltűnő a 2. táblázatban, hogy a legtöbb hibaforrás a Bécsi Műszaki Múzeum szabadon álló napelemes berendezésén található. Ennek okai a magas életkorra (14 év) és a rendszertelen karbantartásra vezethetők vissza. Szintén fontos tényező lehet a könnyű megközelíthetőség, ezért is került egy széleskörű vizsgálati módszer felhasználására. 1. ábra. A vizsgálati tevékenységek száma berendezésenként módszerek szemrevételezés kérd ív hozamelemzés teljesítmény mérés termográ a modulsor karakterisz ka elektrolumineszcencia modul karakterisz ka berendezés száma A leggyakoribb hibatípus a modulok árnyékolása/szennyezettsége. Az árnyékolási problémák, mint például erős szennyeződés a modulkeret és az alsó cella között nem elhanyagolhatók, mert hosszútávon a rendszertelen tisztítás modulonként 33%-os hozamcsökkenést is okozhat. Növények vagy villámhárító rendszerek (2. és 3. ábra) akár modulonként 6%-os hozamcsökkenéshez is vezethetnek. A modulok szennyeződése következtében akár 3%-os teljesítménycsökkenés is mérhető. Négy berendezésnél a modulok öregedése következtében éves 1,3%-tól 2,1%-ig terjedő hozamcsökkenés volt mérhető az áram-feszültség karakterisztika alapján. Az I. zwentendorfi atomerőmű moduljai közül többnél 2,1%- os éves teljesítménycsökkenés volt mérhető négy év üzemidő után. Ahogy az elektrolumineszcencia mutatta, a cellák törése lehet az egyik ok (6. ábra). Egy másik vizsgálati módszer segítségével a felügyeleti rendszerek mérési adatai hozam szerint összehasonlíthatók. Ezen adatokból a teljes berendezés öregedésére lehet következtetni. A tizenegy napelemes berendezésből nyolcnál hiányoztak a mérési adatok (modulhőmérséklet, modulonkénti besugárzásmérés), ezért a teljesítményviszony (performance ratio) értékelésre nem volt lehetőség. Összesen három berendezés mért adatait (Bécsi Kertésziskola Jägerhausgasse, Bécsi Energybase irodaház, I. zwentendorfi atomerőmű) lehetett a teljesítményviszony szerint kiértékelni, és azokat egymással összehasonlítani. A napelemes berendezéseknél a megvizsgált időszakban (211 és 212) nem volt jele hozameltérésnek. A vizsgálatok alapján arra lehet következtetni, hogy az új berendezéseknél minimális eltérés tapasztalható a hozamban és a teljesítményviszonyban. Három berendezésnél delaminált modulok láthatók szabad szemmel. A mödlingi SOL4 irodaháznál a legrosszabb esetben akár 28%-os hozamcsökkenés is várható, amely ezért kritikus értékelést kapott. Azért, hogy a további hozamcsökkenést elkerüljük, a modulokat rövid és középtávon meg kell vizsgálni, és ha szükséges, ki kell cserélni. A 4. ábra három 15 éves modul áram-feszültség karakterisztikáját mutatja. Erős delamináció következtében a sorozatszámú modul teljesítménye 27%-kal csökkent, amely egy éves 1,8%-os öregedésnek felel meg. Ez jóval magasabb, mint a szakirodalomban megtalálható,8%-os érték. A Bécsi Műszaki Múzeum egyik moduljának keretén a delamináció következménye látható, egy cellakorrózió (5. ábra). Ennek következtében a rendszer felét ki kellett kapcsolni, ami 5%-os hozamveszteséget eredményezett. Ez a hibatípus ezért nagyon kritikus besorolást kapott. A szabadon álló I. zwentendorfi atomerőmű napelemes rendszerénél a hőkamerás vizsgálat során forró pontok mérhetők. Ezek a forrópont-effek- MAGYAR ENERGETIKA 214/4 15

16 MEGÚJULÓK E-NERGIA.HU 2. ábra. Növények által okozott árnyék (Bécsi Diákszálló Kandlgasse) 5. ábra. Delamináció következtében elektrokorrózió alakult ki (Bécsi Műszaki Múzeum) 3. ábra. Villámhárító miatti árnyék (Zwentendorfi atomerőmű II.) tusok modulonként akár a teljesítményvesztés harmadát is okozhatják, de ha a hiba csak egyetlen modult érint, akkor elhanyagolható hatása van a teljes berendezés hozamára. Az elektroluminiszcencia-felvételen (6. ábra) megállapítható, hogy a törött cellák a forró pontok közelében helyezkednek el. Ezek közép- vagy hosszútávon magas hozamcsökkenéshez vezetnek. Az érintett modulok ezen kívül magas biztonsági rizikót (tűzveszélyt) is jelentenek, ezért kritikusak. A további hibák időben történő kiszűréséhez a modulok éves hőkamerás vizsgálata szükséges. Hibás, illetve folyton vezető bypass diódák kizárólag egy napelemes rendszernél, a II. zwentendorfi atomerőműnél mérhetők, hőkamera segítségével, ahol egy teljes modulsor túlmelegedett (7. ábra). Ha a folyton vezető bypass dióda az üzemelés közben tönkremenne, az az egész modulsort érintené. 4. ábra. Három ASE 3 DG FT típusú modul áram-feszültség karakterisztikája tisztítás után. Magyarázat: zöld görbe: egy modul egyik modulsora hat bypassdiódával kevés teljesítményt biztosít, piros és kék görbék rendben működnek (bécsi Műszaki Múzeum) Ezért szükséges a meghibásodott modulokat minél előbb kicserélni, és éves hőkamerás mérésekkel az esetleges új hibákat időben felismerni. Csigacsík csak az I. zwentendorfi atomerőmű berendezésénél volt látható, de ez a hiba ebben az esetben nem kritikus. Azt, hogy a cellák a gyártás, a szállítás vagy a telepítésnél külső nyomás hatására sérültek meg, a gyártó teljesítmény-adataival összehasonlítva lehetne megállapítani. A meghibásodott modulokat a kivitelező a gyári garancián belül köteles kicserélni. A legnagyobb negatív hatást a hozamra a hibás inverter hibatípus okozta. Három berendezésnél összesen kilencszer kellett invertert cserélni. A visszajelzések azt mutatták, hogy egy inverter átlagos életkora tíz év alatt van, ami megfelel a szakirodalomnak. A mödlingi SOL4 irodaháznál előfordult, hogy az inverterek meghibásodtak, de ezt az üzemeltető csak hónapokkal később észlelte. Ilyen esetben mérhető hozamcsökkenés jelentkezik. Azért, hogy a jövőbeli inverter-meghibásodás által keletkezett energiacsökkenést minimalizáljuk, a berendezéseket rendszeresen ellenőrizni kell. Jelen munka végső következtetése, hogy a napelemes berendezések kezelői/üzemeltetői túlságosan megbíznak a technológiában. A megrendelő megépítteti a berendezést, majd az üzemeltető nem törődik a gazdaságos működés biztosításával és a műszaki felügyelettel. Ezek alapján a következő javaslatok fogalmazhatók meg: napelemes rendszerek rendszeres karbantartása, amely magában foglalja a modulfelületek tisztítását és a berendezés elemeinek szemrevételes ellenőrzését, a változtatások és a hibák dokumentálása, havi hozamok folyamatos felügyelete, becsült értékekkel való összevetése, 6. ábra. Elektrolumineszcencia felvétel törött cellákról (pirossal jelölt) és szitanyomási hibákról (zölddel jelölt), I. Zwentendorfi atomerőmű Sorozatszám 3816 Sorozatszám 385 Sorozatszám STC pontok, adatlap Feszültség [V] MAGYAR ENERGETIKA 214/4

17 E-NERGIA.HU MEGÚJULÓK GEOTERMIA 7. ábra. Hőkép: balra: túlmelegedett modulsor és kapcsolódoboz, jobbra: fotó (Zwentendorfi atomerőmű II.) árnyékot adó tárgyak, növények eltávolítása, 3-4 évente a napelemes rendszer teljesítménymérése és beüzemeltetési protokollal való összehasonlítása, beleértve a hőkamerás vizsgálatokat is, automatikus felügyelő rendszer beépítése, amely mérések segítségével (hőmérséklet- és besugárzásmérés modulszintben) összehasonlítja az eredményeket a becslésekkel, és egyben a rendszer gazdasági hatékonyságát is mutatja. Összességében elmondható, hogy erősen ajánlott az említett javaslatok figyelembevétele, mert csak így működtethetők gazdaságosan és hatékonyan a napelemes rendszerek. Irodalom [1] Wohlgemuth J. H.: Long Term Photovoltaic Module Reliability, NREL/CD , 23, epp [2] Sass E.: Leitfaden Photovoltaik, Das große Betreiber-Handbuch, ISBN: , 212, p [3] Jordan D.C., Wohlgemuth J.H., Kurtz S.R.: Technology and Climate Trends in PV Module Degradation, Conference Paper, Presented at the 27th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition Frankfurt, Germany September 24 28, 212. [4] Häberlin H., Schärf P.: Langzeitverhalten von PV-Anlagen über mehr als 15 Jahre, 21. [5] DGS: Photovoltaische Anlagen, 4. Komplett überarbeitete Auflage, Landesverband Berlin Brandenburg e.v., ISBN , 21. VÍZ-, GÁZ-, FÛTÉSTECHNIKA MEGÚJULÓ ENERGIA Teljes körû megújuló energia megoldások a pályázati á lehetôség felkutatásától, táától a szakmai tanácsadáson át, a komplex rendszer beszerzéséig! MAGYAR ENERGETIKA 214/3 További információk a Merkapt Zrt. megújuló energia termékeirôl és megoldásairól: Kis István, kis.istvan@merkapt.hu 17

18 FOSSZILIS E-NERGIA.HU Molnár József, Mucsi Gábor A széntüzelés szilárd melléktermékei és azok hasznosítási lehetőségei Aki a tiszta szén fogalmát a szakirodalomban keresi, többféle értelmezéssel is találkozhat az elmúlt három évtizedből; hol az alacsony hamutartalmat, hol az éghető kéntartalom hiányát követelték meg. Az utóbbi időben az üvegházhatású gázok melyek közül eddig a szén-dioxid került előtérbe keletkezésének mérsékelt volta a kiemelt szempont. Az éghető kéntartalomból keletkező kén-dioxidnak a füstgázból való leválasztása gipsz keletkezésével jár. Ez, bár a reagens előállításához mészkőbányára és őrlőműre van szükség, az építőanyag-iparban hasznosítható anyag, miként a hamu is, melyből a tüzelés során jelentős menynyiség keletkezik. Ezeknek a széntüzelési melléktermékeknek néhány fontos jellemzőjét taglalja a tanulmány. A széntüzelés szilárd melléktermékei A BP felmérése (BP Statistical Review 213) szerint 212-ben a világ energiatermeléséből a szén 28%-kal részesedett, gazdaságos bányászatának és kedvező árának köszönhetően. A széntüzelésből egy 21-es felmérés (HEIDRICH et al. 213) eredményei szerint évente kb. 78 millió tonna szilárd melléktermék salak, pernye (ezeket együtt hamunak nevezik) és füstgáz-kéntelenítési gipsz keletkezik, melynek világszerte jelenleg mintegy 53%-át hasznosítják. A széntüzelés melléktermékei, ha nem hasznosítják azokat, hulladékok, ezért elhelyezésük jelentős, sőt jelenleg emelkedő költséggel, továbbá különféle műszaki, gazdasági és környezetvédelmi feladatokkal jár. Ezért, és mert egyes tulajdonságaik kedvezők, fontos az elsődleges nyersanyagok mellett ezeket is nyersanyagforrásoknak tekinteni, és észszerű hasznosítási lehetőségeiket felkutatni. A széntüzelés melléktermékeit elterjedten használják az építő- és az építőanyag-iparban. Hazánkban évente kb. 2 millió tonna széntüzelési melléktermék keletkezik (MUCSI 212). Ennek legnagyobb részét jelenleg hányókra rakják, ami jelentős feladatokat és költségeket ró az erőművekre. szabálytalan alakúak, rendszerint jelentős mennyiségű kristályos fázissal. Ezek többnyire másodlagos pernyék, amelyek építőipari alkalmazására kevesebb lehetőség van. A füstgázáramból leválasztott pernye gömbölyű (1. ábra), üveges, puccolános tulajdonságú, illetve puccolánosan aktív por. Főként szilícium-oxidot, alumínium-oxidot és kisebb mennyiségű vas-oxidot, kalcium-, magnézium- és mangán-oxidot tartalmaz. Ásványos fázisait tekintve elsősorban az üveges komponensek vannak túlsúlyban, de kristályos összetevői között a mullit, a kvarc, a magnetit és a hematit is megtalálható. Kémiai összetétele és a struktúrája elsősorban a tüzelőanyag kémiai és ásványos összetételétől, valamint a tüzeléstechnikai paraméterektől függ. A pernyét több évtizede használják építőanyagként, sőt a vulkáni hamut már a Római Birodalomban is alkalmazták, egyebek között utak és a római Pantheon építésénél. Ezt a hamu puccolános aktivitása tette és teszi lehetővé, melynek hatására a hamu a vízben Ca(OH) 2 jelenlétében oldhatatlan reakciótermékként köt meg. A hidraulikus kötőanyag szilárd, porszerű állapotból vízzel összekeverve képlékeny péppé válik, a kémiai reakciók hatására megköt, víz alatt is megszilárdul, vagy tovább szilárdul, illetve szilárdságát, stabilitását víz alatt is megtartja. Hidraulikus kötőanyag a cement, amely viszonylag gyorsan köt, lassan kötő és lassan szilárduló hidraulikus kötőanyagok vagy puccolános anyagok a szemcsézett (granulált) kohósalak, a pernye, a természetes puccolánok (pl. trasz). A puccolános anyagok kovasavtartalmú és/vagy alumínium-szilikát-tartalmú természetes kőzetek. Önmagukban vízzel keverve rendszerint nem kötőképesek, de finomra őrölve, szokásos környezeti hőmérsékleten, víz és mész jelenlétében az oldott kalcium-hidroxiddal reakcióba lépnek, és szilárd kalcium- 1. ábra. Pernyeszemcsék SEM felvétele Hőerőművi melléktermékek keletkezése, tulajdonságai A széntüzelésű hőerőművekben különböző szénültségi fokú és korú szeneket használnak világszerte. Elsősorban feketeszenet (86%), de barnaszenet és lignitet is (14%) (HEIDRICH et al. 213). Alapvetően három széntüzelési eljárást különböztetünk meg (WESCHE 25): 1. Nagyhőmérsékletű tüzelés, melyben a kazán tűztéri hőmérséklete C. A salak a folyamatban megolvad és vízbe kerül, ahol megszilárdul, főként üveges szemcsék formájában. Mindössze csekély mennyiségű pernye jut el az elektrofilterig. 2. Száraz tüzelés: ebben az esetben a tűztéri hőmérséklet C. A keletkező hamu tömegének mintegy 9%-a ultrafinom filterpernye. 3. A fluidágyas tüzelés során az ágy hőmérséklete nem éri el a 9 C-ot, olvadás nélkül zajlik le a folyamat. A keletkezett szemcsék 18 MAGYAR ENERGETIKA 214/4

19 E-NERGIA.HU GEOTERMIA FOSSZILIS hidroszilikátok, kalcium-aluminátok képződnek. A kialakuló hidrátok a cement kötésénél kialakuló hidrátokéhoz hasonlók (OPOCZKY 21). A leggyakoribb osztályozási mód a kémiai összetételük szerinti csoportosítás, amely szerint az egyik fajta a savanyú pernye (SiO 2 - tartalmuk 45-6%, CaO-tartalmuk 15%-nál alacsonyabb, ezen belül az 16 + aktív mésztartalom nem lehet több mint 1%), amelyet a nemzetközi irodalomban szoktak F-típusú pernyének is nevezni. A másik osztályba tartozik a bázikus (más néven C osztályú) pernye, melynek CaOtartalma 3-4% (aktív mésztartalom több lehet, mint 1%), SiO 2 - tartalma mindössze 2-25%. Ezek az elnevezések csak az anyag oxidos összetételére vonatkoznak, függetlenül azok kémhatásától. A pernyék kémiai összetétele elsősorban a szén meddőjét képező kőzetek összetételétől függ. További fontos alkotórész az Al 2 O 3 (15-3%) és az Fe 2 O 3 (7-15%). Mészfelvétel, mg/g Kötőanyagként történő hasznosítás esetében az üveges, amorf fázis a fontos, amely a puccolános reakcióhoz szükséges reakcióképes anyagokat hordozza, jelesül a kvarcot (SiO 2 ) és az alumínium-oxidot (Al 2 O 3 ), melyek mérvadók a reakciókban Fajlagos felület, cm 2 /g Hőerőművi melléktermékek hasznosítása Az elmúlt években a Műszaki Földtudományi Karon több kutatás-fejlesztési projektet valósítottunk meg a pernyehasznosítás témakörében, illetve jelenleg is folynak kutatómunkák a területen. Ezek közül két alapvető irányvonalat különböztetünk meg. Az egyik az önálló hidraulikus kötőanyag fejlesztése, amikor a szilárdság fokozása érdekében a pernyét mechanikailag és kémiailag aktiváljuk, klinker hozzáadása nélkül. A másik perspektivikus terület a geopolimer típusú kötőanyag, amit úgy állítunk elő, hogy a hamut nagy töménységű lúgban részben feloldjuk, a pasztát hőkezeljük, melynek eredménye szilícium-oxid és alumínium-oxid térhálós szerkezet lesz. E kísérletekből bemutatunk néhány eredményt. Hidraulikus kötőanyag A nyers pernye őrlésének mészfelvételre gyakorolt hatását golyósmalmi kísérletek során tanulmányoztuk. A laboratóriumi mérések során Tiszaújvárosból származó pernyét szakaszos üzemű laboratóriumi golyósmalomban őröltük. Vizsgáltuk az őrölt pernye szemcseméret-eloszlását, fajlagos felületét, az őrlés energiaszükségletét. A pernyeőrlemények mészfelvevő képességét titrálással határoztuk meg. A titrálást a CEMKUT Házi Szabványa (CK HSZ 476-2) szerint végeztük, mely a cementkiegészítő anyagok és a természetes puccolános anyagok minősítésére vonatkozó szabvány. Az őrlés időtartama mintánként 3, 6, 9, illetve 12 perc volt. A kiindulási nyers pernye szemnagyságának mediánja 12,6 μm, fajlagos felülete 653,1 cm 2 /g, maximális mészfelvétele 39,8 mg/g volt. Az egyes mintákból készült őrlemények szemnagyságainak mediánja sorra az őrlési idővel 25,5, 13,24, 1,7 és 8,2 μm, fajlagos felületük 3122,6, 462,4, 5664,7 és 743,3 cm 2 /g, maximális mészfelvételük 3 napos korban 6,1, 56,2, 18,7 és 142,8 mg/g volt. A 2. ábrán látható, hogy az őrlés, mint mechanikai aktiválás által elért nagyobb finomság következtében a pernye mészfelvétele jelentősen megnő. A puccolános reakció során keletkező kötések kialakulásához szükséges kritikus 5 mg/g-os szintet már a 3 perces őrléssel elérjük, azonban szembetűnő, hogy az egészen hosszú (9-12 perces) őrléssel a mészfelvétel közel megháromszorozódik a kritikus szinthez képest. Mindez arra utal, hogy a kötésben résztvevő, aktivált szilícium- és alumíniumoxid mennyisége az őrléssel jelentősen megnőtt. A mészfelvétel jelentős emelkedéséből arra következtethetünk, hogy az őrölt pernyéből készült kötőanyag felhasználásával az anyag szilárdsága is jelentősen nőhet. 2. ábra. Mészfelvétel 3 napos korban és pernye őrlési finomságának kapcsolata Geopolimer A geopolimerek viszonylag egyszerű, energiahatékony, környezetbarát előállításuknak és kiváló mechanikai tulajdonságaiknak köszönhetően alternatív alapanyagok lehetnek az építőipar számos területén. A geopolimer szintéziséhez nyersanyagul szolgálhat nagyszámú természetes és iparilag előállított aluminoszilikát alapanyag. Manapság egyre nagyobb mennyiségben alkalmaznak erőművi pernyét a geopolimer készítéséhez a könnyű hozzáférhetőségének, jó bedolgozhatóságának és az ebből készült végtermékek kedvező tulajdonságainak (pl. időálló, saválló, hő- és tűzálló) köszönhetően. További nyersanyag lehet a granulált kohósalak, az üveghulladék, a vörösiszap vagy az építési hulladék is. Különleges tulajdonságainak köszönhetően többek között az alábbi geopolimer végtermékeket állíthatjuk elő: falazó és szigetelő téglák, önthető út- és járdarétegek, vízzáró rétegek, járólapok, geopolimer cement, kompozit anyagok, tűz- és hőálló bevonatok, csövek és idomok, csempék, homlokzati díszek, finomkerámiai termékek. A kísérleteink első lépéseként eltávolítottuk az 5 mm-nél nagyobb méretű szennyezőket, majd golyósmalomban mechanikailag aktiváltuk a mintákat. Feladás előtt az őrölni kívánt anyagot 15 C-on szárítószekrényben kiszárítottuk. Négyféle őrlési idő mellett hajtottuk végre a kísérleteket: 1, 2 3 és 6 perc. A pernyeminták a tiszaújvárosi, a berentei és a pécsi erőművek pernyehányóiról származtak, a lúgos aktiválószer pedig (a Bayer eljárásból származó NaOH oldat) retúrlúg volt a MAL Zrt. ajkai üzeméből. A minták 5 g pernye és 291 g lúg földnedves keverékei voltak, melyeket formaleválasztó olajjal kikent, műanyagból készült hengeres öntőformákba helyeztünk, és vibrációval tömörítettük. Tömörítés után egy négyórás formában tartás következett. A négy óra letelte után a mintákat kivettük a formákból, és szobahőmérsékleten tizenhat óráig pihentettük, majd előre felmelegített, 15 C-os kemencében négy óráig tartva hőkezeltük a mintatesteket. Ezután szobahőmérsékleten tároltuk az így elkészült geopolimer próbatesteket a további vizsgálatokig. A tiszaújvárosi és a pécsi pernyékből készült geopolimerek testsűrűsége és a pernye 6 perces őrléssel elért őrlési finomsága között a mérések közel egyenes arányosságot mutattak ki, míg a berentei per- MAGYAR ENERGETIKA 214/4 19

20 FOSSZILIS E-NERGIA.HU Berente pernye (barnaszén 1) Tiszaújváros pernye (barnaszén 2) + + nyomószilárdsága (MPa) Fajlagos felület, cm 2 /g az alapanyag keverék gipsztartalma (-) 3. ábra. Pernyealapú geopolimerek testsűrűsége a pernye őrlési finomságának függvényében 5. ábra. A megszilárdult gipsz egytengelyű nyomószilárdsága a vizsgálathoz készített víz-gipsz massza tömegtörtben kifejezett gipsztartalmának függvényében (MOLNÁR 26) Geopolimer próbatest nyomószilárdásága, MPa Berente pernye (barnaszén 1) Tiszaújváros pernye (barnaszén 2) nyénél a kezdeti egyenes arányosságot fordított arányossági szakasz követi (3. ábra). A 4. ábra a pernye medián szemcseméretének és a geopolimer nyomószilárdságának kapcsolatát mutatja. A barnaszén-pernyék görbéinek kb. 2 μm-nél maximuma van. A pécsi feketekőszén-pernye esetében monoton csökkenő görbét tapasztaltunk, amely maximális szilárdsági értékét 15 μm medián szemcseméretnél érte el. Füstgáz-kéntelenítési gipsz Az éghető ként tartalmazó tüzelőanyagok elégetésekor keletkező kénoxidok nagy részét kitevő kén-dioxid a füstgázáramban, annak egyik komponenseként távozik a tűztérből. Ez a gáz a levegőben levő vízben oldódva kénessavat képez. Ezt a jelenséget mesterségesen előidézve vonják ki a hőerőművek füstgáz-kéntelenítő reaktoraiban a kén-dioxid-tartalom nagy részét úgy, hogy a gáz a vízpermet cseppjeinek felületén megkötődik, és egyúttal kénessavat képez. Ennek közömbösítésére mészkőőrleményt vagy oltott meszet, esetleg égetett mész reagenst adagolnak ábra. Pernyealapú geopolimerek nyomószilárdsága az őrlemény medián szemcseméretének függvényében a permet képzésére használt vízhez. A közömbösítési reakciók bruttó egyenletei a nevezett három különféle reagensre a következők: CaCO 3 + 2H 2 O + ½O 2 + SO 2 CaSO 4 2H 2O + CO 2, Ca(OH) 2 + H 2 O + ½O 2 + SO 2 CaSO 4 2H 2O, illetve CaO + 2H 2 O + ½O 2 + SO 2 CaSO 4 2H 2O. Mindhárom esetben gipsz keletkezik, melyet füstgáz-kéntelenítési gipsznek (angolul: flue gas desulfurization FGD-gypsum), illetve német elnevezése után REA-gipsznek is neveznek. Ez az anyag a gyakorlatban a kalcium-szulfát mellett kalcium-szulfitot is tartalmazhat. Ha az a cél, hogy a füstgáz kéntelenítése minél tökéletesebb legyen, a kalcium-ionokat tartalmazó reagens egy része nem használódik fel, így a végtermékben kalcium-karbonát is maradhat. Ha a füstgáz-kéntelenítő a pernyeleválasztó után következik a füstgázáramban, akkor a termék csak minimális menynyiségű pernyét tartalmaz, melytől a gipsz halványszürke lesz. A reakciók terméke finomszemcsés anyag, mely nedves zagyként gyűlik össze a reaktor alján. Víztartalma szárítószalagon csökkenthető, végül 1-2% nettó nedvességtartalommal hagyja el a kéntelenítőt. Építési kötőanyagként ebben a formájában nem használható, mert kristályvíztartalmának nagy részét felvette, és már megkötött gipsz lévén további víz felvételére nem képes, így szilárdulásra sem. A kristályvíz beépülésének folyamata a reaktorból való távozás után is folytatódhat, melynek eredményeként a szemcsék között kohézió alakulhat ki, és a szemcsehalmaz összeállhat. A füstgáz-kéntelenítési gipsz kalcinálással kötőképessé tehető. A kéntelenítés heterogén reakció, melynek sebessége nagyobb, ha a cseppek fajlagos felülete nagy, ezért a gyakorlatban alkalmazott mészkőőrlemény szemnagysága a 1 μm nagyságrendbe esik, maximálisan 9-1 μm, így a kalcinálással kötőképessé tett gipsz a Magyarországon alkalmazott minőségi követelmények szerint finomőrlésű anyag. Kötése a vízzel való keverés után 15-2 perccel kezdődik, ezért közepes vagy lassú kötésűnek tekinthető. Nyomószilárdsága jelentős, a mérések szerint mintegy 15-2 MPa (KOVÁCS et al. 23). A füstgáz kéntartalmának csökkentésére olyan eljárás is használatos, hogy a mészkőőrleményt a kazán tűzterébe juttatják be. Az így keletkezett gipszet a pernye teljes tömege szennyezi, továbbá a magas hőmérséklet általában nem kedvez a gipsz szilárdulási tulajdonságainak. 2 MAGYAR ENERGETIKA 214/4

21 E-NERGIA.HU GEOTERMIA FOSSZILIS.5.5 a keverék pernye tartalma, y (-) "száraz" keverék határvonala "hígfolyós" keverék határvonala y=1-1,1862x x+y=1 a keverék pernye tartalma, y (-) "száraz" keverék határvonala "hígfolyós" keverék határvonala y=1-1,1862x x+y= a keverék gipsz tartalma, x (-) 6. ábra. A megszilárdult gipsz-pernye kompozit testsűrűsége a vizsgálathoz készített víz-gipsz-pernye massza tömegtörtben kifejezett gipsz- és pernyetartalmának függvényében. A testsűrűség értékeit az izovonalak mutatják kg/m 3 -ben kifejezve (MOLNÁR 25, MOLNÁR 26) a keverék gipsz tartalma, x (-) 7. ábra. A megszilárdult gipsz-pernye kompozit egytengelyű nyomószilárdsága a vizsgálathoz készített víz-gipsz-pernye massza tömegtörtben kifejezett gipsz- és pernyetartalmának függvényében. A nyomószilárdság értékeit az izovonalak mutatják MPa-ban kifejezve (MOLNÁR 25, MOLNÁR 26). Kalcinált füstgáz-kéntelenítési gipszből megszilárdított anyag egytengelyű nyomószilárdságát mutatja az 5. ábra a vizsgálathoz készített vízgipsz massza tömegtörtben kifejezett gipsztartalmának függvényében (MOLNÁR 26). Az ábra szerint a mérési eredmények alapján végezhető szilárdságbecslés becsült szórása ugyan számottevő, mégis világosan megmutatja, hogy a massza gipsztartalmának növekedésével a szilárdság határozottan növekszik. Füstgáz-kéntelenítési gipszből és pernyéből készült kompozitok Füstgáz-kéntelenítési gipszből és pernyéből víz hozzáadásával tisztán hulladékanyagokból szemcsés kompozitok készíthetők. Megszilárdult gipsz-pernye kompozitok testsűrűségét és egytengelyű nyomószilárdságát kísérletekkel határoztuk meg (MOLNÁR 25, MOLNÁR 26). A testsűrűség és a szilárdság a 6. és 7. ábrákon látható a vizsgálathoz készített víz-gipsz-pernye massza tömegtörtben kifejezett gipsz- és pernyetartalmának függvényében. Az eredményeket izovonalas ábrázolás jeleníti meg egy trapézhoz hasonló tartományban. A két ferde egyenes a feldolgozáshoz túl száraz, illetve túlságosan hígfolyós masszák által meghatározott határvonalakat mutatják. Az y=1,1865 x egyenest a gipsz szilárdulásához sztöchiometriailag minimálisan szükséges kristályvíz-mennyiség határozza meg, az x+y=1 egyenes a vizet nem tartalmazó gipsz-pernye keverékeket mutatja. Köszönetnyilvánítás A tanulmány a TÁMOP A-11/1/KONV jelű projekt részeként, a Miskolci Egyetem stratégiai kutatási területén működő Fenntartható Természeti Erőforrás Gazdálkodás Kiválósági Központ tevékenységének részeként, az Új Széchenyi Terv keretében az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg. A kutatómunka a Miskolci Egyetem stratégiai kutatási területein működő Fenntartható Természeti Erőforrás Gazdálkodás Kiválósági Központ keretein belül folyt. A 7. ábra alapján megállapítható, hogy a kompozit szilárdsága nem csökken számottevően, ha az egyébként olcsóbb pernye adalékanyag tömegtörtje -ról,25-,3-ra növekszik, míg a drágább gipszé,63-ról mintegy,35-re csökken. Így kisebb anyagköltségű kompozit állítható elő gyakorlatilag változatlan minőségben. Irodalom BP Statistical Review of World Energy (June 213). Data compilation: Energy Academy and Centre for Economic Reform and Transformation, Heriot-Watt University, London Printing Pureprint Group Limited, UK ISO 141, FSC certified and CarbonNeutral GÁSPÁR Gy. (szerk.) (25): Másodlagos nyersanyagok az útépítésben. IHU Kht. ISBN HEIDRICH, C. FEUERBORN, J. J. WEIR, A. (213): Coal Combustion Products: A Global Perspective. 213 World of Coal Ash Conference. April in Lexington, Kentucky (USA) KOVÁCS, F. MOLNÁR, J. VALASKA, J. (23): Chemical and Mechanical Characteristics of Byproduct Gypsum Produced in a Hungarian Lignite-Fired Power Plant. In: Ghose, A. K. Bose, L. K. (editors): Mining in the 21st Century. Quo Vadis? Proceedings of the 19th World Mining Congress, 1-5 November, 23, New Delhi (India). Volume 2.pp Oxford and IBH Publisting Co.Pvt. Ltd. New Delhi ISBN MOLNÁR J. (26): Egy magyarországi széntüzelésű hőerőmű üzemelésének melléktermékeiből készült kompozit építőanyag. In: Bányászat és Geotechnika. A Miskolci Egyetem Közleménye, A sorozat, Bányászat, 68. kötet, p Miskolc, Egyetemi Kiadó, 26. MOLNÁR, J. (25): Composite construction materials made of the byproducts of generating electrical energy, produced in a Hungarian coal-fired power plant. In: Mining and Sustainable Development. Proceedings of the 2th World Mining Congress, Mining and Sustainable Development, Teheran (Iran), November, 25. Published by Geological Survey of Iran and National Geoscience Database of Iran, 25, pp MUCSI G. (212): Geopolimer Ipari Hulladékokból. ISD Dunaferr Műszaki Gazdasági Közlemények, L: (4) pp OPOCZKY L. (21): A pernyék szilikátkémiai tulajdonságai. A Föld napja alkalmából 21. április 2-án, a Miskolci Egyetemen rendezett Tiszta környezetünkért a szénerőmű-pernyék hasznosításával című szakmai-tudományos konferencián elhangzott előadás. Építőanyag 53. évf szám WESCHE, K. (25): Fly Ash in Concrete: Properties and Performance. Report of Technical Committee 67-FAB Use of Fly Ash in Building. RILEM (The International Union of Testing and Research Laboratories for Materials and Structures) E & FN SPON An Imprint of Chapman&Hall. ISBN MAGYAR ENERGETIKA 214/4 21

22 HÍREK E-NERGIA.HU Úton az egységes európai villamosenergia-piac felé A villamosenergia-piacok összekapcsolása egy olyan közös cél az Európai Unióban, amelynek haszonélvezője lehet minden egyes ország fogyasztója és piaci szereplője. Az Unió döntéshozói a legmagasabb fórumokon tűzték ki célul az egyes tagállamok másnapi és napon belüli kereskedésének összekapcsolását, az egységes európai villamosenergia-piac megvalósítását. A piacintegrációval érdemben növelhető az ellátásbiztonság, miközben a villamosenergia-kereskedés hatékonyabbá válik, és mérséklődik a volatilitás a piacokon. A villamosenergia-piacok összekapcsolása azon túlmenően tehát, hogy kötelezettség, nemzetközi és nemzeti érdeket is szolgál. A kontinentális Európa országainak átviteli rendszerirányítói (TSO-k), szervezett villamosenergia-piacai (áramtőzsdéi) így aktív erőfeszítéseket tesznek piacaik sikeres összekapcsolásának irányába, szorosan együttműködve a szabályozó hatóságokkal. Az integrációs törekvések regionális piac-összekapcsolások keretében fejlődtek az elmúlt években, amelynek hatására több régió is összekapcsolódott Európa-szerte a másnapi kereskedést tekintve. A kezdeményezések alapvetően az uniós direktívákat követik, megfelelve a technikai és piaci elvárásoknak. A piacok összekapcsolásával az explicit határkeresztező kapacitás-aukció helyébe implicit lép, azaz egy villamosenergia-kereskedőnek nem szükséges külön ügyletet kötnie az érintett határkeresztező kapacitásra és a lokális villamosenergia-mennyiségre, azt egy lépésben teheti meg. A fizikai gátak részbeni lebontásával megvalósul a villamos energia szabad áramlása, annak azonban továbbra is korlátja marad a határon elérhető átviteli kapacitás. A piac-összekapcsolás tulajdonképpen úgy szolgálja az árak volatilitásának csökkenését, és az uniós szinten piaconként is elvárt társadalmi jólét növelését, hogy hatékony kereskedési mechanizmussal az olcsóbb energiát a drágább régiók felé tereli. Az ATC alapú ár szerinti piac-összekapcsolás azonban csak köztes lépcsője ily módon az integrációnak. A fejlesztések abba az irányba haladnak, hogy az integráció úgymond áramlásalapú módszertanra álljon át mihamarabb. Másnapi piacának elindítása után magyar oldalról a MAVIR és a HUPX játszott lényeges szerepet a cseh-szlovák-magyar piac-öszszekapcsolás létrejöttében, és végül komoly előkészítő munka eredményeként összhangban az integrált európai energiapiac létrehozására irányuló európai uniós törekvésekkel a 212. szeptember 11-i kereskedési napon indult el az említett országok másnapi kereskedésű piacainak összekapcsolása. A cseh-szlovák-magyar piacok integrációja áralapú összekapcsolási mechanizmust alkalmazva valósult meg. Tehát itt lényegében a határkeresztező átviteli kapacitás és a villamos energia implicit allokációja történt meg (nincs szükség külön kapacitás-aukcióra). Fontos kiemelni, hogy a piac-összekapcsolás legfőbb célja a határkeresztező kapacitások optimális kihasználása és a nemzetközi kereskedelem egyszerűsítése. A folyamat számos előnnyel járt, hiszen növekedett az ellátásbiztonság, mérséklődött a különböző villamosenergia-piacok árainak ingadozása, valamint hatékonyabbá vált a kereskedés is. A piac-összekapcsolási törekvések következő lépéseként elkezdődött a CZ-SK-HU piac-összekapcsolás román piaci területre történő kiterjesztésének folyamata. A négy villamosenergia-tőzsde együttműködést folytat az uniós célmodellként is definiált regionális áralapú piac-összekapcsolási megoldás érdekében, miközben kompatibilitásra törekszik az északnyugat-európai régióval. A kapcsolódó nemzetközi munkacsoportokban már hónapok óta élénk munka folyik, hogy a lehető leghamarabb megvalósuljon a bővítés, amelynek tervezett éles indulása a 214. november 11-i kereskedési nap. Ezzel párhuzamosan tavasszal elindult a munka a középkelet-európai regionális piac-összekapcsolás megvalósítása érdekében, amely várhatóan már az áramlásalapú összekapcsolási mechanizmust alkalmazva válik majd részévé az összeurópai piacintegrációnak. Bertalan Zsolt, a HUPX Zrt. vezérigazgatója XXIV. Számítástechnika és Oktatás - SzámOkt 214 és XV. Energetika-Elektrotechnika - ENELKO 214 Multi-Konferencia A konferencia lehetőséget teremt az erdélyi és külföldi magyar szakembereknek tudományos eredményeik bemutatására, illetve az ismerkedésre, valamint a számítástechnika, elektrotechnika és energetika területén tevékenykedő szakemberek közötti szakmai kapcsolatteremtésre és tapasztalatcserére. Tematika: Villamos- és hőenergia környezetbarát termelése, szállítása és elosztása. Környezetbarát és takarékos energiaátalakítás. Informatika az energetikában. Takarékos energiafelhasználás. Irányítás-, méréstechnika, automatika és vezérléstechnika. Hálózatbarát áramirányítós hajtások. A konferencia szervezője: Az Erdélyi Magyar Műszaki Tudományos Társaság (EMT) Energetika-Elektrotechnika Szakosztálya, és a Pro Technica Alapítvány. Társszervező a Magyar Energetikai Társaság (MET). Előadás bejelentése: 214. szeptember 1. Előadás anyagának beküldése: 214. szeptember 1. Jelentkezési határidő: 214. szeptember 1. A konferencia honlapja: emt.ro/. A konferencia időpontja és helyszíne: 214. október 9-12., Tamási Áron Elméleti Líceum és MÜFT Oktatási Központ. Program: október 9. csütörtök: délután regisztráció, elszállásolás, október 1. péntek: egész napos kirándulás idegenvezető kíséretében a Homoródmente, Kőhalom és Segesvár útvonalon, október 11. szombat: plenáris előadások, szekcióelőadások, október 12. vasárnap: hazautazás. Kapcsolat: beata@emt.ro. 22 MAGYAR ENERGETIKA 214/4

23 E-NERGIA.HU GEOTERMIA HÍREK Dr. Potecz Béla ( ) A villamosenergia-rendszer gazdaságos irányításának szakértője és megvalósítója ban született, a Bánki Donát Gépipari Technikumból került a Budapesti Műegyetemre, ahol 1959-ben hőerőgépész-mérnöki oklevelet kapott. A hálózati kérdések mélyebb megértése érdekében 1972-ben erősáramú villamosmérnöki szakdiplomát is szerzett. 29-ben vette át a Műegyetemen aranydiplomáját. Pályafutását az Erőmű Trösztnél, az Országos Villamos Teherelosztóban kezdte, itt mérnök, osztályvezető, főosztályvezető-helyettes beosztásokban dolgozott 1987-ig. Ebben az időszakban alakult ki az egységes magyar villamosenergia-rendszer. Részt vett a felmerülő elméleti és gyakorlati problémák megoldásában. Ezt követően az Magyar Villamos Művek Tröszt (MVMT) Termelési Igazgatóságán főosztályvezető volt 1992-ig. Ekkor került vissza újból a teherelosztóba, az Országos Diszpécser Szolgálat vezetőjeként. Pályafutásának első évtizedeiben a központi irányítású villamosenergia-ellátás volt a jellemző. Ennek egyik alapvető kritériuma a legkisebb költség elvének érvényesítése, gyakorlati megvalósítása pedig az erőművek üzemmenetének ezen elv alapján történő meghatározása. Munkájában, majd doktori dolgozatában is ennek a problémának a megoldásával foglalkozott ben védte meg műszaki doktori disszertációját, amelyben a növekmény-arányos teherelosztás elvét alkalmazta a hazai erőművek napi üzemviteli menetrendjének meghatározásához. De nem csak elvileg foglalkozott a kérdéssel, hanem a módszert a gyakorlatba is átültette. Mai fogalmaink szerint munkatársaival olyan analóg számítógépet készítettek, amelynek elemei az egyes erőművek üzemállapotonkénti növekmény-költség függvényeit reprezentálták. Megszervezte a rendszeres az erőművi méréseket, és a megfelelő adatszolgáltatást is. Ez a rendszer évtizedekig működött. A digitális technika fejlődése tette lehetővé a módszer átültetését az egyre fejlettebb folyamatirányító számítógépes rendszerekre. Dr. Potecz Béla ebben a munkában vezető szerepet töltött be. Szakmai életpályája legnagyobb elismerésének tekintette, hogy Lévai András profeszszor az általa szerkesztett Hőerőművek II. összefoglaló mű és tankönyv vonatkozó fejezetének megírását őrá bízta. Részt vett a CENTREL együttműködés létrehozásában és a nyugat-európai UCPTE rendszerhez történő sikeres csatlakozás előkészítésében. Az OMFB felkérésére részt vett számos szakmai tanulmány készítésében. Előadásokat tartott a Mérnöktovábbképző Intézet tanfolyamain, valamint oktatott a Kandó Kálmán Műszaki Főiskolán. Szakmai folyóiratokban önálló, illetve társszerzőként 48 szakcikket publikált, részt vett több szakkönyv megírásában. Az MVM Közlemények kalorikus rovatvezetője, majd szerkesztőbizottsági tagja volt. Tagja volt az Energiagazdálkodási Tudományos Egyesületnek (ETE) és a Magyar Elektrotechnikai Egyesületnek (MEE) is és 1988 között az ETE Erőművi Szakosztály Együttműködő Energiarendszerek munkabizottság vezetője volt ben vonult nyugdíjba, de 26-ig az Országos Teherelosztóban tevékenykedett. Segítette a MAVIR versenypiaci felkészülési projektjét, hozzájárulva annak sikeres megvalósulásához. Munkája elismeréseként Kiváló Újító, miniszteri Kiváló Dolgozó, ETE Kiváló Aktíva kitüntetések, Segner János András-díj, és a Munka Érdemrend ezüst fokozatának birtokosa volt. Alkotó életének egyetlen munkahelye a villamosenergia-iparág volt. Hitt a mérnöki munkában, hivatásában, azt egész életében szenvedélyesen szolgálta. Szakmai meggyőződésében hajthatatlan volt, például végig következetesen érvelt a nagymarosi erőmű mellett. Munkájára és magánéletére is a hűség volt jellemző. Hűség a családjához, szeretteihez, a munkájához, a hivatásához, az iparághoz, ezáltal hűség a hazához július 7-én iparági munkatársai, tisztelői és szeretett családja kísérték utolsó útjára a Farkasréti temetőben. Összeállították: Dr. Járosi Márton, Kacsó András, Simig Péter Dr. Szergényi István ( ) Az ENSZ EGB Energiabizottságának volt elnöke, a BME tiszteletbeli tanára, folyóiratunkban gyakran publikáló kollégánk 214. június 21-én váratlan hirtelenséggel elhunyt. Családjának 1951-es kitelepítése folytán két évig segédmunkásként dolgozott, csak nehézségekkel tudott leérettségizni, majd felvételt nyerni a Veszprémi Vegyipari Egyetemre, ahol 1958-ban szerzett vegyészmérnöki oklevelet. Ipari állások után 1964-től 199-ig az Országos Tervhivatalban dolgozott, főtanácsosként energetikával (szén, olaj, gáz és villamos energia rövid-, középés hosszú távú tervezésével) foglalkozott ben a kémiai tudományok kandidátusa címet nyerte el ban és 1989-ben előadást tartott az Energia Világkonferencián Cannes-ban, illetve Montrealban ban Pasteur érdeméremmel tüntették ki óta a BME tiszteletbeli tanára. 199 és1994 között az Ipari és Kereskedelmi Minisztérium energiastratégiai főosztályvezetője volt. Az ENSZ EGB Energia Bizottságának 1991 és 1993 között elnökhelyettese, 1993 és 1995 között elnöke volt óta tagja társaságunknak ben PHD fokozatot nyert el a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetemen. A Magyar Mérnöki Kamara 212-ben a Tiszteletbeli Mérnöki Kamarai Tag címet adományozta neki. Több MTA Bizottságnak volt tagja. Kb. 12 tudományos közleménye jelent meg (5 nyelven). 4 könyv szerzője, túlnyomó részben az energetika, kisebb részben a petrolkémia területéről. Életének 81. évében is rendszeresen publikált folyóiratunkban, utolsó, posztumusz cikke e lapszámunkban jelent meg. Az energia és a civilizáció kapcsolatával foglalkozó, készülő könyve valószínűleg sajnos befejezetlen marad. Emlékét tisztelettel és szeretettel megőrizzük. MAGYAR ENERGETIKA 214/4 23

24 ERŐMŰVEK E-NERGIA.HU Ladányi Gábor, Virág Zoltán Hatékonyság javító fejlesztések a Mátrai Erőmű Zrt. bányáiban A Mátrai Erőmű Zrt. külfejtéses lignitbányáiban a lignitet fedő meddő anyag letakarítását marótárcsás kotrógépek végzik. A hasznos ásvány előfordulása nem teszi lehetővé, hogy a termelés csak egy bányában valósuljon meg. Az erőművet kiszolgáló két, egymástól kb. 6 km távolságra levő bánya Visonta és Bükkábrány települések közelében helyezkedik el. A lényeges távolság ellenére a lignitet takaró meddő legnagyobb része mindkét bányában homok, illetve homokos agyag, valamint sóder. a) A kotró felülvizsgálata geometriai, technológiai, erőtani és energetikai szempontból. b) Az optimális technológia megfogalmazása. c) Meríték- és bontófog-fejlesztés, a fenti két pontból származó információkra alapozva. d) Az új konstrukciók gyártási dokumentációinak elkészítése. e) Az esetleg szükséges módosítások megtétele az első üzemi tapasztalatok alapján. A hasonlóság ellenére lényeges különbséget is mutat a két meddőkőzet. Amíg Bükkábrányban a jövesztett anyag erős koptató hatása okozza a legnagyobb nehézséget, addig Visontán gyakoriak a kemény homokkő-beágyazódások. A legtöbb esetben ezek helye előre nem látható. Ha a kotró a homokkő-beágyazódások elérésekor a szokásos jövesztési paraméterekkel üzemel, csak úgy kerülhetők el a töréses meghibásodások, ha a jövesztő szerkezetek megfelelnek az ilyenkor fellépő fokozott szilárdsági követelményeknek. A tartósan fennálló jövesztéstechnikai problémák erős bontófog-kopás, a merítékek gyakori tönkremenetele, a letakarítás magas fajlagos energiaigénye egyben jelentős költségnövelő tényezők is. Előbbiek miatt a Mátra szakemberei felkérték a Miskolci Egyetem Geotechnikai Berendezések Tanszékének kollektíváját egy kutatásfejlesztési program összeállítására. A nyolc éven át zajló fejlesztés lépéseiről és az elért részeredményekről már több szakmai fórumon is volt módunk beszámolni. Jelen cikkünkben a fejlesztésnek csak a főbb lépéseit adjuk meg, majd a bányákban, üzem közben mutatkozó eredményeket mutatjuk be. Valamennyit a Mátra szakembereivel való szoros együttműködésben sikerült elérni. Fejlesztési lépések A cél olyan vizsgálati és tervezési módszer kidolgozása volt, amely biztosítja, hogy a kotrók addig használt jövesztő szerkezetének felülvizsgálata után kifejlesztett új elemek (meríték, bontófog) a korábbinál kedvezőbb tulajdonságokkal bírjanak. ezek közül a leglényegesebbek a következők. Az új jövesztő szerkezetekkel a korábbinál kisebb fajlagos energiaigény mellett történik a jövesztés, biztosított a hosszabb jövesztőszerszám-élettartam, a javasolt optimális technológia alkalmazása esetén úgy a marótárcsa-, mint a fordítómű-hajtás kisebb energiafelvétel mellett és túlterhelés nélkül üzemel, gyártásuk, felújításuk egyszerűbb, könnyebben megoldható a bontófogak cseréje. A cél eléréséhez, főként korábbi munkáink során szerzett tapasztalatainkra építve kialakítottunk egy fejlesztési lépéssort, melyet itt is alkalmaztunk, és az alábbiakban adunk meg: Cikkünk korlátozott terjedelme miatt itt csak az a) és c) pontok alatt említett feladatokat részletezzük. a) A kotró-felülvizsgálat lépései 1. A gépre és üzemmódjára jellemző műszaki, geometriai és technológiai alapadatok összegyűjtése. A marótárcsa- és merítékmozgatás kinematikai ábrájának elkészítése. A lengetési, forgácsolási, jövesztési alapadatok kiszámítása. 2. A jövesztett kőzetek forgácsolhatósági anyagjellemzőinek laboratóriumi meghatározása. Ennek eredményei egyben segítséget nyújtanak az elvárt technológiákhoz való optimalizálásban is. Forgácsolási méréseinket a bányákból származó és a természetes előfordulásokhoz hasonló méretű ún. nagy-mintákon végeztük el. A kísérletekhez különböző élgeometriájú késeket, ún. etalon késeket terveztünk. Közülük kettő a kopott jövesztő szerszámot modellezte. 3. A merítékek és bontófogak jellemző tönkremeneteli, elhasználódási formáinak összegyűjtése, azok elemezése. Az okok megkeresése. Ezt minden egyes kotrótípusra külön el kell végezni. A Mátra bányáiban üzemelő kotróknál az elemzések legfontosabb megállapításai és a belőlük levonható következtetések az alábbiak voltak: Szokásos kőzetkörnyezetben, homok, homokos agyagok és sóder jövesztésénél jellemző a bontófogak és vágóélek abrazív kopása. Az állapot javítható a koptató hatásnak jobban ellenálló anyag kiválasztásával. A bontófogak kopása gyakran aszimmetrikus, ez a technológiához nem illeszkedő bontófog-beállítási hibát jelez. Viszonylag gyors a bontófog-tartók elkopása, tehát a tartó és bontófog együttes konstrukciója nem védi a tartót a kopástól. Esetenként jelentős az oldalvágóélek kopása, ez egyértelműen bontófog-elhelyezési hibát jelent. Kemény beágyazódások (homokkövek) jövesztésénél nem ritka a bontófogak kitörése, bontófogtartó-leszakadások is előfordulnak. Berepednek a vágóélek, maradó deformációt szenved az egész merítéktest. Tehát az egész jövesztő szerkezet szilárdsága nem elégséges a fokozott követelmények kielégítéséhez. 4. A forgácsolási paraméterek megválasztásához minden géptípusnál több műszakra kiterjedő technológiai felülvizsgálatot végez- 24 MAGYAR ENERGETIKA 214/4

25 E-NERGIA.HU GEOTERMIA ERŐMŰVEK 1. ábra tünk, miközben behatároltuk az optimális jövesztési teljesítménytartományt. Ezen paraméterekhez illesztve fejlesztettük az új merítéket. c) A meríték- és bontófog-fejlesztés fő lépései 1. A régi merítékek térbeli, 3D-s modellje és a mozgatás kinematikai ábrája alapján a vágóélek és bontófogak geometriai felülvizsgálata. 2. Megrajzoljuk a régi merítékkel való jövesztéskor kialakuló forgácsképet, majd elvégezzük azok analízisét. Az előző két pontban elvégzett analízis segíti az új konstrukció kialakítását. A Visontán és Bükkábrányban működő kotrók merítékeivel kapcsolatos legfontosabb tapasztalatunk: a gémen aszimmetrikusan elhelyezett marótárcsával szimmetrikus, azonos feltételű forgácsolás a lengetés két irányában csak aszimmetrikus meríték-, illetve vágóélkonstrukcióval biztosítható. 3. Elvégezzük a régi meríték szilárdságtani felülvizsgálatát, végeselem módszer alkalmazásával (lásd az 1. ábrát). Ehhez a kőzetforgácsolási vizsgálatokból nyert ismeretek és a gépparaméterek segítségével meghatározzuk a merítéket érő névleges és dinamikus csúcsterheléseket. A vizsgálat eredményei alapján kijelöljük a konstrukció gyenge pontjait, melyek megerősítésre szorulnak. A fejlesztés eredményeinek összefoglalása 1. Az üzemelő bontófogaknál felmerülő hiányosságok kiküszöbölésére új bontófogakat terveztünk. A tervezés során messzemenőkig figyelembe vettük a laboratóriumban végzett kőzetforgácsolások eredményeit. Az öt géptípushoz két darab, azonos elven felépülő, de különböző méretű bontófogat terveztünk (1. és 2. sz. bontófogak). Az eredetileg alkalmazott bontófogak konstrukciója több kívánnivalót is hagyott maga után. Az ezekhez kapcsolódó változtatások és hatásuk közül csak a legfontosabbakat soroljuk fel: - A vágóél szélességét megnöveltük. - A bontófogat a vágóélre is felültettük. Ez nemcsak erőátviteli szempontból kedvezőbb, hanem a korábbinál pontosabb megoldást kínál a bontófogak beállítására is. - A bontófog gallérrésze védi a bontófogtartót a kopásoktól. - A felültetés miatt a bontófog nem ékelődik be a tartóba, könynyebb a cseréje. - A könnyebb cserélhetőség érdekében a bontófogak rögzítési megoldását átterveztük. Az 1. sz. bontófog konstrukciós rajza és modellképe a 2. ábrán látható. 2. A tervezés során gyakran kényszerültünk új vágóél-geometria kialakítására. A korábbi ívelt vágóélek helyett síklapokból felépülő vágóéleket terveztünk. Így öt, illetve hét síklapból álló aszimmetrikus vágóéleket kaptunk, a hat és nyolc bontófogas új konstrukciókhoz. 2. ábra Ezáltal jelentős mértékben javult a gyártási pontosság. Az elkészült merítékek kis tűréstartományon belül azonos méretűek, és így szerelésük könnyebb, egymás között cserélhetők. Az üzemeltetési tapasztalatok alátámasztották annak az elméletnek a helyességét, hogy a bontófogakat az optimális technológiai paraméterekhez meghatározott átlagos eredő sebességvektor irányába kell állítani. 3. A sokszögletű, aszimmetrikus vágóélhez sokszögletű merítékhátat tervezünk, figyelembe véve a töltés és ürítés feltételeit is. Az így felépülő hát bélelése tapadáscsökkentő betéttel a síklapok miatt könnyen elvégezhető. Példaként a 3. ábrán a VABE 13 jelű géphez tervezett meríték látható. 4. A vágóél megtámasztására a feltámaszkodási felület környezetét bebordáztuk. Ezáltal a fárasztó igénybevételeknek a korábbinál jobban ellenálló megoldást sikerült kialakítani. Szintén a fárasztó igénybevétel káros hatásainak csökkentésére új hátsó rögzítést választottunk. Ez először ékes, később csavaros megoldású lett. 3. ábra MAGYAR ENERGETIKA 214/4 25

26 ERŐMŰVEK E-NERGIA.HU Géptípus Üzemi jel Bányaüzem Meríték típus, bontófog SRs 12 MT4; MT5 Visonta Zárt, nyitott és lazító 1. sz. bontófog SRs (H) 41 MT1; MT11; MT12 Bükkábrány Zárt, nyitott 2. sz. bontófog SRs 14 MT6 Visonta Zárt, nyitott és lazító 1. sz. bontófog SRs 2 MT7 Visonta Zárt, nyitott 1. sz. bontófog VABE 13 MT9 Visonta Zárt, 1. sz. bontófog 1. táblázat 5. Az új konstrukciójú merítékek szilárdságtani felülvizsgálata, főként a dinamikus terhelések felvitele esetén, néhány helyen a tönkremenetelt okozó határfeszültséghez közeli értéket jelzett. Az anyagvastagság növelése súlytöbbletet, esetenként gyárthatósági nehézséget okozott volna. Ezért inkább az anyagminőség javításával igyekeztünk megoldani a problémát, és a kritikus helyekre (vágóél, rögzítőfülek, kitámasztó szoknya) nagy szilárdságú, finomszemcsés szerkezeti anyagokat választottunk. 6. Elfogadott megoldás, hogy nyitott merítékek esetén a hátat láncozással zárják le. Az általunk tervezett merítékeknél a lezáró elemeket gumiheveder-csíkokból alakítottuk ki. A tapasztalatok szerint ez többszörös élettartamot biztosít a láncozáshoz képest. 4. ábra A teljes fejlesztési, tervezési, beüzemelési időszak közel nyolc évet ölelt fel. Ez alatt a két bányaüzemben, öt különböző típusú marótárcsás géphez, tizenegy új merítéket és két új bontófogat terveztünk. Ezek felsorolását láthatjuk az 1. táblázatban. A várakozásnak megfelelően az elért eredmények közvetlen hatása két alapvető területen jelentkezett: a merítékek élettartamának növekedésében és a felhasznált bontófogak mennyiségének csökkenésében. A merítékek élettartamának növekedése csak az egyik pozitív hatás. A technológiához hangolt késbeállítás a jövesztés energiaigényét is csökkentette. Igaz ez úgy a marótárcsa-motor, mint a gémfordítást végző motor által felvett teljesítményre. Ismét csak átlagokat véve figyelembe elmondható, hogy a marótárcsa-motor áramfelvétele közel 3%-kal csökkent, míg a gém fordítását végző motoré ennél jobban, mintegy 4%-kal esett vissza. Az elmondottak megfigyelhetők a 4. és 5. ábrákon, melyek a marótárcsa-motor áramfelvételét mutatják egy háromórás termelési periódus idejére (a legalsó, piros színű görbe). A jövesztésre fordított energiafelhasználás csökkenése nem szorul kiegészítésre. A motorok alacsonyabb terhelési szintű üzemének azonban emellett más előnye is van, ami közvetve anyagi megtakarítással is jár. A felhasznált bontófogak mennyisége drasztikusan csökkent. A mennyiségi csökkenésnek csak egyik oka az új meríték, az új bontófog-alak és a technológiához illeszkedő bontófog-beállítás. Része van ebben annak az eljárásnak is, amelynek során a kopott fogak vágóélét kopásnak ellenálló anyaggal történő felhegesztéssel újítják fel. A felújítás költsége alatta marad egy új bontófog árának, de a költségek alakulását természetesen befolyásolja, így a költségek- Köszönetnyilvánítás A cikk által bemutatott munka részét képezi az új Magyarország fejlesztési terven belül futó TÁMOP B-1/2/KONV-21-1 jelű projektnek. A projekt létrejöttét támogatta az Európai Unió, együttműködésben az Európai Szociális Alappal. 5. ábra nél átlagban kisebb csökkenés jelentkezik, mint ami a darabszámok esetén tapasztalható. A témában több nemzetközi konferencián hangzott el előadás [2,3,4,5,6]. A kutatásokhoz kapcsolódva elkészült egy PhD értekezés is. Irodalom [1] Andras, I., Nan, M. S., Kovács, I.; Study on the random phenomena occuring in the process of lignite and overburden rock extraction with bucket wheel excavator. 4th Mining Equipment International Conference, sept. 27. Balatongyörök, Hungary [2] G. Ladányi, I. Sümegi: Cutting edge development for opencast bucketwheel excavator based on examination of winning process. = Mining Tecniques 23, International Conference, 23. szeptember , KRAKOW-KRYNICA, Proceeding of the conference, p. [3] G. Ladányi, I. Sümegi: Some issues of the technological design of bucketwheel excavators = Mining Tecniques 25, International Conference, 25. szeptember KRAKOW-KRYNICA, Proceeding of the conference, 47-56p. [4] G. Ladányi, I. Sümegi: Some issues of the technological design of bucketwheel excavators = Proceeding of University of Miskolc, Mining 26., Vol p. [5] G. Ladányi, I. Sümegi: Optimisation of buckets of bucket-wheel excavators based on operating experience = Mining Tecniques 27, International Conference, 27. szeptember KRAKOW-KRYNICA, Proc. of the confer p. [6] G. Ladányi, I. Sümegi, Z. Virág: Laboratory Rock Cutting Tests on Rock Samples from Visonta South Mine = International conference of Elektromechanics. Petrosani, Románia. Proceeding of the conference, Volume 1, p. 26 MAGYAR ENERGETIKA 214/4

27 E-NERGIA.HU GEOTERMIA ENERGIA dr. Balikó Sándor Az energiagazdálkodás néhány kérdése Minden tudományban, ha a tudomány tárgyát vizsgálni akarjuk, modelleket készítünk, hogy ki tudjuk emelni a (vizsgálat szempontjából) lényeges paramétereket, jelenségeket és folyamatokat. Az energiagazdálkodás olyan rendszerekkel foglalkozik, amelyek önmagukban önálló elszámolással rendelkeznek. Jellegéből adódóan a modell két alrendszerre osztható: a műszaki-technikai alrendszerre, amiben a rendszer fizikai valóságát és az abban megvalósuló fizikai, kémiai stb. folyamatokat vizsgáljuk, és a gazdasági alrendszerre, amiben mindezek gazdasági vetületét, költségeit, hasznát és megtérülését modellezzük (1. ábra). Az energiagazdálkodás célirányos tevékenység, amiben a célunk elérését különböző paraméterek befolyásolják. A célunkat a C célfüggvényben fogalmazunk meg, aminek rendszerint valamilyen szélső értékét, minimumát vagy maximumát szeretnénk elérni. A célfüggvényt befolyásoló tényezőket, mint paramétereket egy-egy vektorba csoportosíthatjuk: a p paraméterek adják meg a rendszer feladatát, a teljesítendő feladatokat (pl. fogyasztói igényt) és a betartandó korlátok nagy részét, az y paraméterek a fizikai és gazdasági környezetet (pl. környezeti hőmérséklet, devizaárfolyamok stb.) adják meg, az x paraméterek az ún. szabadon felvehető változók, azok a paraméterek, amelyeknek több értéke mellett is teljesíthető a rendszer feladata. Optimalizáláshoz ezeket a változókat kell úgy megváltoztatni, hogy a célfüggvényünk minimális vagy maximális értéket érjen el. Ha egy rendszerben nincs szabadon felvehető változó, nem lehet optimalizálni. A modellben a z és g paramétereknek nincs hatása a célfüggvényre, lényeges viszont az M érzékenységi mátrix, ami a célfüggvénynek a környezeti (y) változóktól való függését mutatja. Célfüggvény és a megtakarítások számítása Az energiagazdálkodás célja, hogy az adott feladatot mindig a lehető legkisebb energiával oldjuk meg. Mivel különböző energiahordozókat használunk, ezért minden energiahordozót primer energiára számítunk át. Ezzel egy E 1, E 2, E n különböző energiahordozójú energiaáramot felhasználó rendszer primerenergia-fogyasztásának célfüggvénye: C(x)=e 1 E 1 + e 2E e ne n = et E(X) min ahol az e értékek az egyes energiahordozók primerenergia-tartalmát jelentik, azaz egy olyan fajlagost, ami magában foglalja azt a többletenergiát is, ami az energiahordozónak a felhasználás helyére vitelét, a felhasználásra alkalmas állapotban biztosítja. Az energetikai értékeléseknél gyakran más-más súllyal vesszük figyelembe a fosszilis és hasadóanyagokat (G), és a megújuló energiákat (U). Ezen kívül felelős energetikusként energiahordozóként kezeljük a természetből kivett tiszta vizet (W) is. Ekkor a primerenergia-vektort egy háromelemű tömbként írhatjuk fel, amiből a célfüggvényt az elemek súlyozott összegével vesszük: E T =[G U W] ezzel C=a G G+a U U+a W W min Fejlesztéseknél célfüggvénynek a korábbi fogyasztásokhoz viszonyított megtakarítást tekintjük. Az éves fogyasztásokkal felírva: C bef E E max T e E n ahol ΔE bef a fejlesztés során felhasznált primer energia, n pedig a várható élettartam. A fejlesztés energiafogyasztásának a becslése nagyon bizonytalan, ezért a gyakorlatban a célfüggvény második tagját gyakran elhagyjuk, 1. ábra. Az energiagazdálkodási modell 2. ábra. Változások figyelembe vétele rendszerhatár elszámolási Önálló elszámolási egység y M villanyóra Szivattyú VIZSGÁLT RENDSZER x C p gázóra Kazán Módosítás MAGYAR ENERGETIKA 214/4 27

28 ENERGIA E-NERGIA.HU E villamos fogyasztók villamos fogyasztók Így a gázmotoros rendszer primerenergia-megtakarítása a kazánoshoz viszonyítva: ΔE pr =Q 1 +e vill E Q 2 Q 1 Q 2 3. ábra. A fogyasztói rendszer figyelembe vétele melegáram és beruházáscsökkentő hatását a beruházási költséggel, mint korlátozó tényezővel veszik figyelembe. t t min t pinch point kiegé- 4. ábra. A pinch point módszer elve GM Az energiagazdálkodási modell nem rugaszkodhat el a gazdasá- t hidegáram E Fűtés-hűtés összekapcsolása Ha egy technológiai rendszerben vannak olyan áramok, amelyeket le kell hűteni, és vannak olyanok, amelyeket melegíteni kell, felmerül annak a lehetősége, hogy a hűtendő melegáramokkal melegítsük fel a melegítendő hidegáramokat. A fűtés és hűtés összekapcsolásának vizsgálatára alkalmas a pinchpoint módszer [6]. Ennek lényege, hogy ugyanabban a t-q (hőmérséklet-hőmennyiség) koordinátarendszerben ábrázoljuk a hűtési és fűtési folyamatokat úgy, hogy a fűtési görbe a lehető legkisebb különbséggel (pinch point) megközelítse a hűtési görbét, de mindig alatta maradjon. A 4. ábra bal oldala egy hűtési, jobb oldala egy fűtési folyamatot ábrázol azonos léptékben, t-q diagramban. Ha a két ábrát összetoljuk úgy, hogy a melegáram görbéje a lehető legnagyobb mértékben a hidegáram görbéje felett maradjon, akkor találunk egy olyan tartományt, amelyben az elvonandó hő éppen megegyezik a közlendő hővel. A közös ΔQ szakasszal rendelkező tartományban a melegáramok alkalmasak a hidegáramok fűtésére. A ΔQ hőmegtakarítás a fűtésben és a hűtésben is jelentkezik. A módszer alkalmazható a veszteségáramok hasznosításának elemzésére is. Ha ugyanis egy technológiából a környezetnél magasabb hőmérsékletű áramok lépnek ki, kereshetünk hozzá (esetleg más technológiából) olyan hőáramokat, amelyeket melegíteni kell. Ha találunk ilyent, akkor csökkenthetjük a veszteséget, és fűtési energiát takaríthatunk meg. A t-q diagramban egyben a hasznosítás korlátait is könnyen megkereshetjük és ábrázolhatjuk. gi környezettől. Ezért a modellben a célfüggvény mellett a gazdasági paraméterek (költségek, megtérülés, minimális haszon stb.), illetve azoknak a szabadon felvehető változóktól függését minden esetben, mint korlátozó tényezőkét, figyelembe kell venni. A megtakarításoknál az E viszonyítási fogyasztást bázisnak nevezzük, amit (ha van ilyen) a korábbi fogyasztási adatokból statisztikai módszerekkel határozunk meg. A bázis a fogyasztások várható értéke akkor, ha nem hajtunk végre fejlesztést, és az üzemmódot sem változtatjuk. Veszteségek hasznosítása Tipikus veszteséghasznosítási technológia a gázmotoros kapcsolt hőés villamosenergia-termelés (5. ábra). A gázmotorból két hőforrást, a visszahűtendő hűtővíz és a füstgáz hőjét tudjuk hasznosítani. A hűtővíz hőmérséklete és visszahűtésének hőmérséklete adott, a füstgáznál csak a motorból kilépő hőmérséklet kötött, de rendszerint gazdasági okok, vagy a kéményben kialakuló kondenzáció korróziós hatása miatt a füstgáz véghőmérsékletét is korlátozzák. A célfüggvényben mindig a rendszerhatáron átáramló energiaáramokat kell figyelembe 5. ábra. Gázmotoros villamosenergia-termelés hőhasznosítással venni. Ezeket vásárolt energiahordozóknál az elszámolási mérőkön mérjük. Ha a rendszeren belül történik változás (fejlesztés), azt mindig az elszámolási mérőkön megjelenő fogyasztási adatokkal értékeljük (2. ábra). Változatokat csak akkor tudunk értékelni, ha az összehasonlításban ugyanazokat a fogyasztókat Földgáz vesszük figyelembe. A 3. ábra sé- máiban egy kazánüzemet váltunk ki egy gázmotorral. Mivel a gázmotoros rendszer egy GÁZMOTOR G 53,4% 46,6% villamos fogyasztói rendszert is ellát E energiával, a kazános rendszernél feltételeztük, hogy ugyanazt a fogyasztói rendszert ebben az esetben a villamos hálózatból kell ellátni. 28 MAGYAR ENERGETIKA 214/4

29 E-NERGIA.HU GEOTERMIA ENERGIA t TECHNOLÓGIA termék 6. ábra. Rekuperáció Az állapotváltozásokat a t-q diagramba felrajzolva jól láthatjuk, hogy a felmelegedett hűtővíz hőmérsékletének korlátja miatt nem tudunk tetszőleges fűtési előremenő hőmérsékletet előállítani még akkor sem, ha a füstgáz hőmérséklete 4 C körüli. Azt is leolvashatjuk, hogy a visszatérő fűtési víz hőmérsékletének csökkentésével növelhetjük az előremenő hőmérsékletet. Rekuperáció A hőhasznosítás egy elterjedt módszere a technológián belül alkalmazható rekuperáció. (6. ábra). Lényege, hogy a technológiából kilépő, környezetnél melegebb vagy hidegebb áramokkal a belépő áramokat melegítjük vagy hűtjük elő. A hőhasznosítás mértéke elsősorban a hőcserélő méretétől függ. A t-q diagramot felrajzolva beláthatjuk, hogy ha a technológiából kilépő közeg hőkapacitás-árama a kisebb, a hasznosítás mértékét a belépő hidegáram hőmérséklete korlátozza. Ellenkező esetben nincs fizikai korlát, de a hőcserélő megkívánt felülete a hasznosítás mértékének növelésével a végtelenhez tart. Ezért itt a korlátot a gazdaságosság, a megengedhető beruházási költség szabja meg. A megtakarítás, a hőhasznosítás nélküli sémához viszonyítva, a hőcserélő teljesítményével azonos: ΔQ=W 1 Φ(t ki t be ) ahol Φ a hőcserélő hatásossága, t be a belépő és t ki a technológiából kilépő közeg hőmérséklete, W 1 pedig a kisebb hőkapacitás-áram. A primerenergia-megtakarítás számításához figyelembe kell venni, hogy a hőtermelés hatásfoka gyakran a terheléstől függ, azaz az átalakítás hatásfoka nem biztos, hogy állandó marad. Így 7. ábra. Hűtőgép kondenzációs hőjének hasznosítása Q hh Ammónia Széndioxid Entalpia különbség, kj/kg Entalpia változás, kj/kg 12 Q E pr 1 1 Q 1 Q Q A rekuperációt alkalmazzák például a tej pasztőrözésénél, a légkezelők hővisszanyerőinél, vagy a földgáz előkészítésénél és a gázok cseppfolyósításánál is. A rekuperáció egyik speciális esete, ha a tüzelőberendezés füstgázának hőjét az égéslevegő vagy a tápvíz előmelegítésére használják. Ebben az esetben ugyanis nő a tüzelőberendezés hatásfoka, ezzel csökken a felhasznált tüzelőanyag, így a füstgáz mennyisége is. Ezt a csökkenést a számításoknál figyelembe kell venni. Rekuperációt nem csak hőben, de nyomási energiában is lehet alkalmazni. Tipikusan ilyen a Heller-Forgó-féle hűtőrendszer vízköre. Itt a hűtőtoronyból kilépő, atmoszférikusnál nagyobb nyomású, lehűlt hűtővíz egy rekuperációs turbinát hajt, ami rásegít a vákuum alatt lévő kondenzátorból szívó vízszivattyú munkájára. Különösen nagy ipari és kereskedelmi létesítményeknél merül fel fokozottan a hűtőrendszerek kondenzátorai által kidobott hő hasznosításának igénye. A hasznosításnak sokszor gátat szab az, hogy a kompresszorból kilépő gőz hamar elveszíti túlhevítési hőjét, a kondenzáció pedig alacsony hőmérsékletszinten megy végbe. Emiatt a kondenzátorból elvont hőnek csak nagyon kis részét tudjuk hasznosítani, vagy csak nagyon alacsony véghőmérsékletű melegítést tudunk megvalósítani. Már Magyarországon is üzemel olyan hűtőgép, amelyik a hagyományostól eltérően olyan körfolyamatot valósít meg, amelyikben a kompresszor utáni hőelvonás a munkaközeg szuperkritikus tartományában történik. Ekkor a gázhűtőben a lehűlés egyenletes, lehetővé válik ellenáramban a magasabb hőmérsékletszintű hőhasznosítás is. A 7. ábra egy hagyományos, ammónia közegű és egy szuperkritikus, szén-dioxid közegű körfolyamat kondenzátorának, illetve gázhűtőjének hőmérséklet-lefutási görbéjét és hőhasznosítási lehetőségeit mutatja. Veszteséghasznosítás hőszivattyúval A központi szellőztető és légfűtési rendszereknél ma már elterjedten alkalmazzák a hővisszanyerő hőcserélőket (l. rekuperáció). Nagy páratartalmú levegő elszívásánál azonban a kidobott levegő még jelentős kondenzációs hőt tartalmaz. Ezt a hőt hőszivattyúval hasznosítva akár ki is válthatjuk a légkezelő hagyományos fűtését (8. ábra). A primerenergia-megtakarítás a hagyományos, hővisszanyerővel ellátott rendszerhez képest: E pr W be 1 vill t be te k f ahol W be a befújt friss levegő hőkapacitásárama, t be a befújási és t e a hőhasznosítóban előmelegített levegő hőmérséklete, η k a hagyományos rendszer hőforrásának hatásfoka, e vill a villamos energia primerenergia-tartalma és ε f a hőszivattyú fűtési tényezője. A képletből látható, hogy megtakarítást csak akkor érünk el, ha a hőszivattyú fűtési tényezője elegendően nagy, amit viszont nagyrészt a hőszivattyú felső e MAGYAR ENERGETIKA 214/4 29

30 ENERGIA E-NERGIA.HU C Ha hőszivattyút is használunk, ugyanakkora fűtési igényhez lecsökken a termálvízigény: % 19 C BEFÚJÁS C ELSZÍVÁS ábra. Uszodai páraelszívás hőszivattyús hőhasznosítással SZABADBÓL SZABADBA w c t t t t kut ki1 1 ki1 ki2 1 1 f ahol t ki2 a termálvíz hőszivattyú utáni (viszszasajtolási) hőmérséklete és ε f a hőszivattyú fűtési tényezője. A megújuló energia mennyisége a termálvíz mennyiségével arányosan változik: u=wρct kut t termálvíz 8 C Ha a villamos hőszivattyú fosszilis primer energiát igényel, annak mennyisége a veszteségek elhanyagolásával: g e vill w t ki1 t f ki2 2 C Q Ha a célfüggvény a három energiahordozó súlyozott összege, akkor a megtakarítás: termálkút visszasajtoló kút ΔC= a G g+a U (u u)+a w (w w) max 9. ábra. A termálvíz hasznosításának fokozása hőszivattyúval [3] és alsó hőmérsékletkülönbsége szab meg. Nagyobb fűtési tényezőt érhetünk el, ha a légkezelő csak a frisslevegő ellátást biztosítja, azaz a befújt levegő hőmérséklete csak a belső tér hőmérsékletével egyezik és a transzmissziós hőveszteség pótlására szükséges hőt radiátoros vagy valamilyen felületi fűtéssel viszik be. Növelhető a megtakarítás a hőhasznosító hőcserélő méretének növelésével is, itt korlátot elsősorban a beruházási költség szabhat. Nagy szerepe van a hőszivattyúknak a geotermikus energia hasznosításában [1][2]. Itt egy olyan példát mutatunk be, ami megújuló és fosszilis energiák felhasználásának összekapcsolásával lehetőséget ad az optimális energiagazdálkodási rendszer kialakítására [3]. A 9. ábra egy termálvizes fűtést mutat hőszivattyús kiegészítő fűtéssel. Hőszivattyú nélkül a fűtés teljes egészében megújuló energiából történik. A fajlagos termálvízigény: 1 w c t kut t ki ahol ρ és c a termálvíz sűrűsége és fajhője, t kut a rendszerbe belépő kútfejhőmérséklet és t ku1 a kilépő termálvíz hőmérséklete, ami mindig magasabb, mint a fűtési visszatérő hőmérséklet. A felhasznált megújuló energia a termálvíz hőtartalma: u =w ρct kut 1) a) nagynyomású hálózat turbina G kisnyomású hálózat b) turbina Tervezéskor a t ki1 és t ki2 is szabadon felvehető változó, így lehetőségünk van az optimalizálásra. Az optimalizálás legfőbb korlátozó tényezője itt is a beruházási költség. A nyomásveszteség hasznosítása Nem csak a hőveszteségeket, bizonyos esetekben a nyomásveszteségeket is hasznosíthatjuk. A 1. ábra bal oldalán egy ipari gőzhálózatba beépített expanziós turbina elvi sémájának két változatát látjuk, a jobb oldalon pedig egy földgázhálózat nyomásenergiájának a hasznosítását. Számos ipari rendszerben a technológiához 16, 2, esetleg 4 bar nyomású gőzt használnak, a fűtési igények kielégítésére pedig az 1-3 bar nyomású rendszer szolgál. Általánosan elterjedt, hogy a kisnyomású hálózatot a nagynyomásúról fojtással táplálják. Ha a fojtás helyett expanziós turbinát 3 építünk be, primer energiát takaríthatunk meg. A megtakarítás nem a gőzkörfolyamatban jelentkezik, hiszen a turbina nagynyomású hálózat G kisnyomású hálózat Földgáz 1. ábra. Nyomásveszteség hasznosítása Expanziós turbina G 3 MAGYAR ENERGETIKA 214/4

31 E-NERGIA.HU GEOTERMIA ENERGIA G 2 E N2+E E G ATMOSZ- FÉRIKUS TÁROLÓ Q N+Q E Tároló nélküli esetben a primerenergia-fogyasztás: Q E G Q Q e N N1 E h 1 vill N1 1 p 1 E E ahol Q h a hőntartáshoz szükséges hő. A tárolós esetben elmarad a póttüzelés és a hőntartás, és belép az éjszakai villamosenergia-termelés: E villamos fogyasztók E p1 a) E p2 E N1 EN2+EE QN+QE QN+QE tároló E s villamos fogyasztók G 1+G p G 2 E s E b) G Q Q E E N E N1 N2 2 evill E EN2 1 E E ahol E s a tároló segédenergia-igénye. A primerenergia-megtakarítás a két fogyasztás különbsége. Feltételezve, hogy η 1 η p, ezzel: 1 G G G 1 2 E N Qh EE evill EE E N Es 1 E s 11. ábra. Hőtároló fűtőműben hajtásához szükséges többlethőt be kell vinni a rendszerbe, viszont e vill primerenergia-tartalmú villamos energiát váltunk ki, ami csökkenti a villamos hálózat terhelését. Ha η G a villamos átalakítás hatásfoka, levezethető a megtakarítás: h 1 G e vill G Q h1 h k ahol Q az eredeti hőigény, h 1 az expanzió kezdő paramétere, Δh a turbina valós hőesése, η k pedig a kazán hatásfoka. Ha a turbina előtt túlhevítést alkalmazunk, a túlhevítési hő a turbina munkában hasznosul, ezért a megtakarítás is nagyobb lesz. A földgáz expandáltatásánál a turbina előtti előmelegítésre biztonsági okokból van szükség, nehogy az alacsony véghőmérséklet miatt a földgázból hidrátok váljanak ki, amelyek eltömítik a rendszert. Ez az előmelegítés azonban itt is hasznosul a nagyobb teljesítményen keresztül. Energia-megtakarítás tárolással Önmagában a hőtárolás nem eredményez energia-megtakarítást, de vannak olyan esetek, amikor éppen ezzel tudunk primer energiát megtakarítani. A 11. ábra egy fűtőmű nyári üzemének a sémáját mutatja. Korábban ( a eset) az éjszakai alacsony hőfogyasztások miatt a turbinát nem tudták eléggé leszabályozni, ezért azt le kellett állítani, és a hőigényeket egy másik kazánról látták el. Emiatt az éjszakai villamosenergia-termelés elmaradt. A tároló beépítésével ( b eset) a turbina 24 órában üzemel, éjszaka tölti a tárolót. A tároló kisütése nappal történik. Az ábrán N indexszel a nappali, E indexszel az éjszakai állapotot jelöltük, az 1 index pedig a kiinduló (tároló nélküli), a 2 index a tárolós állapotra utal. A cikk a MET Ifjúsági Tagozat kerekasztal előadásán hangzott el. Az előadás szemelvényeket mutatott be a szerző Vállalati szintű energiagazdálkodás c. kéziratából, ami a BME Energiagazdálkodási és Energiamenedzsment szakmérnöki tanfolyamán az Energiagazdálkodás tantárgy kibővített anyagát foglalja össze. ahol ΔE N =E N1 E N2, a nappali villamosenergia-termelés csökkenése. A nappali villamosenergia-termelés csökkenése két ok miatt is bekövetkezik: egyrészt a tároló kétszeres hőfoklépcsője miatt magasabb hőmérsékleten kell kiadni a hőt, aminek hatására a turbina ellennyomása nő, villamos teljesítménye pedig csökken, másrészt azért, mert nappal a tároló kisütésre kerül, ezért nappal kevesebb hőt kell termelni, ami miatt a villamosenergia-termelés is csökken. Ha ez a csökkenés túl nagyra adódik, a tárolóval létrehozott megtakarítás akár az ellenkező előjelűvé is válhat. Jegyzetek 1. A mai gyakorlatban azzal az egyszerűsítéssel élünk, hogy e=1 értékkel vesszük figyelembe azokat az energiahordozókat, amelyeket a természetből kinyert, legfeljebb fizikai átalakítás, tisztítás után használunk fel (szén, kőolaj, földgáz stb.). Az átalakítással nyert energiahordozókra (villamos energia, gőz, forró víz stb.) az átalakítás hatásfokával számolunk: e=1/η. A természetből közvetlenül kinyert megújuló energiákra, ha nem igényelnek feldolgozást (naphő, földhő stb.), e=1. 2. Ugyanezt az eredményt veszi figyelembe más kiindulási alappal [1] is, de a megtakarítást teljes egészében a fűtési rendszerre vetíti, aminek következtében a fajlagos primerenergia-megtakarítás 1-nél kisebbre adódik. Ez megtévesztő lehet, hiszen ellentmond a definíciójának. 3. Turbina alatt itt általánosan expanziós gépet értünk, de felhívjuk a figyelmet a hazai gyártású ún. Tesla-turbinára, ami durva ipari körülmények között és telített, vízcseppeket tartalmazó gőzre is jobban felhasználható, mint a hagyományos lapátos turbinák. Irodalom [1] Büki G.: Energiarendszerek jellemzői és auditálása, Energetikai Szakkönyvek sorozat, Magyar Mérnöki Kamara, Bp., 213. [2] Ádám B. Büki G. Malyaleh T.: Geotermikus energia * Hőszivatytyúzás, Energetikai Szakkönyvek sorozat, Magyar Mérnöki Kamara, Bp., 213. [3] Büki G.: A termálvizes hőellátás hőszivattyús fokozása, Energiagazdálkodás, 211/1. [4] Balikó S.: Vállalati szintű energiaaudit, Energiagazdálkodás 213/4. sz. pp [5] Balikó S.: Primerenergia-megtakarítás tárolással, Alapismeretek sorozat, Energiagazdálkodás, 214/1. (megjelenés alatt) [6] Balikó S.: Veszteségfeltárás és hőhasznosítás, BME Mérnöktovábbképző Intézet jegyzete, Bp., MAGYAR ENERGETIKA 214/4 31

32 FOSSZILIS E-NERGIA.HU Horn János A természeti erőforrásokról, kiemelten a meg nem újulókról Sajnos ma is érvényes Georgius Agricola 153-ban megjelent könyvéből az a mondat, hogy A bányászatot egyetlen társadalom sem tekinti közömbösen, érdemeit felnagyítva dicsőítik, vagy érdemeit elhallgatva pocskondiázzák. Ez utóbbiban sajnos most a média is hibás, ugyanis a legtöbb esetben a közbeszéd felületes, elfogult, manipulált, és nincs érdemi szakszerű társadalmi vita. Jelen írás célja, hogy bemutassa a valóságot hitelesen, és bebizonyítsa, hogy hamis az az állítás, hogy hazánk ásványi nyersanyagokban szegény ország. Az importra utaltságunk elkerülhetetlenségének elfogadtatására keletkezhetett előbb az ásványvagyonban szegény ország vagyunk állítás, majd a környezetet szélsőségesen védő nézet uralma, ezt követően a fosszilis energiahordozók közül elsősorban a hazai szén globális veszélyességének propagandája. Ezen állítások mindegyike túlzó és demagóg. A beszámoló célja, hogy mindezeket megcáfolja, teszi ezt ellenőrizhető, hiteles forrásokra támaszkodva. Természeti erőforrás, mint kategória: az emberiség számára a természet szolgáltatta, vagy természettől vett, valamely céljának megvalósítására alkalmas vagy lehetőséget adó anyagi tényező. A gazdasági életben alapvető jelentőségük van az ásványi nyersanyagoknak (energiahordozóknak), a termőföldeknek, a vízzel való ellátottságnak. Tágabb értelemben a természeti erőforrásokhoz sorolják az atmoszféra, az éghajlat, a növény- és állatvilág, valamint a természeti környezet állapotát. 1 A részletes bemutatás előtt egy-két gondolat: rövidesen lejár az orosz-magyar földgázszerződés, és még nem tudható, hogy e téren milyen pozitív vagy negatív meglepetés érheti hazánkat, különös tekintettel az eddig már megismert orosz szerződésekre, a hazai energetikai természeti erőforrások rendelkezésre állnak, azonban kihasználtságuk minimális, kőszén- és lignitkészletünk hoszszú távon növelheti energiabiztonságunkat és lényegesen csökkentheti az energiafüggőségünket, megfelelő döntéssel például állami beavatkozással a külkereskedelmi forgalmunk sokkal kedvezőbb lehetne, mert jelenleg milliárdos nagyságrendű a gépek, szállítóeszközök, feldolgozott termékek, energiahordozók, nyersanyagok, élelmiszerek és italok, dohány termékforgalma (1. táblázat). 1. táblázat (Forrás: KSH) Év egyenleg ebből energetika 5555, ,7-139, ,6-1687, ,4-1781, ,5-1733,7 Mi a valóság? A hazai, iparilag kitermelhető készlet Magyarország iparilag kitermelhető készletének nominális értéke 211- ben 8932 milliárd forint. 2 A magyar államadóság 214. május 7-én 23 34,2 milliárd forint volt. Ez a két szám felveti, hogy az Alaptörvényben miért nem szerepel a természeti erőforrások között az ásványi nyersanyag? Ennek előzménye: Már az 1949.évi XX. törvény, az Alkotmány 6. -a kimondta, hogy Az egész nép vagyonaként az állam és a közületek tulajdona a föld méhének kincsei, az erdők, vizek, a természeti erőforrások. Az Alkotmány átdolgozása után a Ptk./1991/172. -ábán már az szerepel, hogy ha a törvény eltérően nem rendelkezik, kizárólag az állam tulajdonában vannak: a/ a föld méhének kincsei április 18-án az Országgyűlés által elfogadott Magyarország Alaptörvénye kimondja: Nemzeti hitvallás: Felelőséggel viseltetünk utódainkért, ezért anyagi, szellemi és természeti erőforrásaink gondos használatával védelmezzük az utánunk jövő nemzedékek életfeltételeit. Alapvetés P./cikk: A természeti erőforrások, különösen a termőföld, az erdők és a vízkészlet, a biológiai sokféleség, különösen a honos növény- és 2. táblázat. Hazánk szénhidrogén-vagyona és -termelése (millió tonna) Földtani Kitermelhető Termelés vagyon ( ) Kőolaj Konvencionális 217,4 22,54,7,7 Nem konvencionális 418,95 25, Földgáz Konvencionális 186,87 71,79 2,5 2,4 Nem konvencionális 4324, , Szén-dioxid-gáz 45,9 31,93,1,1 1 m 3 földgáz = 1 tonna 3. táblázat. Hazánk kőszén- és lignitvagyona (millió tonna) A feketekőszénnél a hígulás nagyobb, mint a veszteség, a bányászat során kitermelendő szén + meddő mennyisége meghaladhatja a nyilvántartott földtani vagyont. Földtani Kitermelhető Termelés vagyon ( ) Feketekőszén 1625, ,5,3 - Barnakőszén 3195, ,36,755,9 Lignit 5734, 433,17 8,8 8, MAGYAR ENERGETIKA 214/4

33 E-NERGIA.HU GEOTERMIA FOSSZILIS Földtani Kitermelhető Termelés vagyon ( ) Uránérc 26,77 26, Vasérc 43,15 43, Bauxit 124,1 79,86,278,255 Ólom-cinkérc 9,8 1, Rézérc 787,17 726, Nemesfémércek 36,59 36, Mangánérc 79,6 52,15,58,51 4. táblázat. Hazánk ércvagyona (millió tonna) Ásványbányászati nyersanyagok Cement- és mészipari nyersanyagok Építő- és díszítőkő-ipari nyersanyagok Földtani Kitermelhető Termelés vagyon ( ) ,25 129,54 3,1 2,6 2549,9 1411,42 2,2 2,4 4611,53 348,2 9,1 8,74 Homok és kavics 8411, ,46 23,37 22,8 Kerámiaipari nyersanyagok 187, ,51 1,8 1,39 Tőzeg, lápföld, lápi mész 181,95 123,25,1,58 Egyéb 16,47 13,68 -,19 5. táblázat. Nemfémes ásványi nyersanyag-vagyon (millió tonna) 29. évben 74-1% 21. évben 57,26-77,4% 211. évben 52,86-71,4% 212. évben 5,1-67,7% 6. táblázat. Magyarország összes ásványi-nyersanyag termelése (millió tonna) (Forrás: minden esetben Magyar Bányászati és Földtani Hivatal. A tényleges 213. évi adatok még nem állnak rendelkezésre.) állatfajok, valamint a kulturális értékek a nemzet közös örökségét képezik, amelynek védelme, fenntartása és a jövő nemzedékek számára való megőrzése az állam és mindenki kötelessége". A 214. március 15-től érvényben lévő Ptk., a 213. évi V. törvény 5:17. /2. pontja az alábbiakat tartalmazza: Az ingatlanon fennálló tulajdonjog a föld méhének kincseire és természeti erőforrásokra nem terjed ki. (2-6. táblázatok.) Szénhidrogének A 213-ban kiírt koncessziós szerződés eredménye, hogy 3 területre, 121,8 km 2 -re eredményes pályázatot fogadtak el június 17-én jelent meg az újabb koncessziós kiírás 6 területre, 4311 km 2 -en, aminek eredményeképpen a jövőben majd csökkenhet az import. Kiemelten fontos, hogy zöld utat kapjon a hazai nem konvencionális földgáz termelése, ami csakúgy, mint az USA-ban, megváltoztatja az ismert hazai földgázvagyont, és talán exportőrök is lehetünk. Mi gátolja most a környezetvédelemi engedély hiánya miatt a munkát: közismert a palák, különösen a mély fekvésű összletek rendkívül apró pórusmérete, amely megakadályozza a gázmolekulák áramlását. Az USA-ban az elmúlt tíz évben megvalósult gázforradalom annak köszönhető, hogy sikerült kifejleszteni egy olyan technológiát, amellyel a gáz kitermelhető a palarétegekből. Két kulcsfontosságú művelet vezetett eredményre: a hidraulikus rétegrepesztés, illetve a vízszintes behatolás a rétegekbe. Mindkettőt régóta ismerik az olajiparban, csupán a finomhangolást kell elvégezni. Kőszénbányászat Feketekőszén-bányászat A több mint 2 éves bányászati hagyományokkal rendelkező mecseki (liász) medencében a szénbányászat megszűnt, és jelentős mennyiségű szénvagyon maradt bent a bezárt bányákban. Ezen bányák újranyitása jelenleg nem valószínű. A mecseki medencében perspektivikus terület a Máza-dél előfordulás. Az előzetes fázisban több mint 2 millió tonna megkutatott készletet tartanak nyilván. A feketekőszénből 25-3% a kokszolható ezért is nevezik sokszor kokszolható szénnek, a mosás után fennmaradó mennyiség erőművi célra használható fel. Ez azt jelenti, hogy komplex módon kell a soron következő lépéseket megtenni. Barnakőszén-bányászat A barnakőszén-bányászat (hasonlóan a feketekőszén-bányászathoz) nemcsak szénbányászati, hanem foglalkoztatási kérdéseket is felvet. A korábbi barnakőszénbányák, amiket véleményem szerint hibás gazdasági döntések miatt bezártak, a borsodi, nógrádi, tatabányai, dorogi medencében nemcsak bányászati, hanem foglalkoztatási problémákat is orvosoltak (mert például a munkanélküliségi ráta 213-ban Nógrád megyében 15,3%, Borsod-Abaúj-Zemplén megyében 12,7% volt). Bányászati szempontból a borsodi medencében a tardonai területen, ahol a földtani vagyon 48,6 millió tonna, vagy Dubicsányban, ahol az ipari vagyon 5 millió tonna, lehetne újraindítani a szénbányászatot. Ígéretes, hogy Borsodban klasztert hoztak létre. A nógrádi medencében perspektivikus terület a mizserfai előfordulás. A dorogi medencében hasonlóan a borsodihoz klasztert alakítottak a szénbányászat megindítása, újraindítása érdekében. Természetesen bízom abban is, hogy a Vértesi Erőmű Zrt. márkushegyi bányájában még a következő évben is lesz termelés (a fejtésre előkészített ásványvagyon még akár kétéves működést is biztosíthat). Minden esetben vizsgálni kell a kitermelt mennyiség elhelyezését energetikai és lakossági területen. Sajnos a kőszénszénbányászat folyamatos leépülése miatt a foglalkoztatás is jelentősen lecsökkent, napjainkban az összes létszám nem éri el a 7 főt. Lignitbányászat A ma művelés alatt lévő két külfejtéses bányán (Visonta és Bükkábrány) kívül mind Észak-Magyarországon (Nagyút Kál és Füzesabony Nagyréde), mind Nyugat-Dunántúlon (Torony) több millió tonna ásványvagyon van, bár ez utóbbi terület véleményem szerint környezetvédelmi szempontból a közeljövőben nem jöhet szóba. A tanulmányok szerint egy 1 MW-os, lignitbázisra épülő villamos erőmű lignitigénye 5 évre 4 millió tonna (a jelenleg már ismert kitermelhető ásványvagyon ennek több mint tízszerese). Az elmúlt évtizedekben négyszer hiúsult meg egy új erőmű építése, az utolsó án, amikor az RWE (tulajdonhányada 72,6%) és az MVM Zrt., mint tulajdonosok bejelentették, hogy a 3 milliárdos költséggel járó beruházást nem indítják el, mert mérlegelték a gazdasági és környezetvédelmi szempontokat. 3 A foglalkoztatás a két működő, azaz az összes külfejtéses bányában jelenleg 18 fő. MAGYAR ENERGETIKA 214/4 33

34 FOSSZILIS E-NERGIA.HU Ércbányászat Recsk Az 1967-ben megkezdett intenzív mélyfúrásos kutatások nagy tömegű rézérc-előfordulást mutattak ki, amit jelentős cinkérc-mennyiség kísér további alkotókkal (például arany) ban a kutatást a költségvetési pénzek (melyeket a Központi Földtani Hivatal biztosította az állami földtani kutatási keretből) elvonása miatt leállították, és a bányatérségeket vízzel árasztották el. Sajnos a korábbi privatizáció nem járt eredménnyel, pedig a kinyerhető rézből és cinkből 2 milliárd USA dollár hozható ki, ha a fémkinyerés Magyarországon tény tervezett MW GWh MW GWh MW GWh MW GWh MW GWh Vízenergia Geotermikus energia Fotovillamos energia Szélenergia Szilárd biomassza Biogáz táblázat. Villamosenergia-termelés célszámai megújulók, 214. (NFM 21) történne. Szerencsés, ideális lenne egy sikeres privatizáció, de különlegesen jó lenne, ha a magyar állam 5 + 1%-os tulajdonrészt import viszonylagos olcsóságára hivatkozva közgazdaságilag nem hazai természeti kincseink kiaknázásának gyökeres visszafogása az szerezne. Ez foglalkoztatási szempontból is igen fontos, kiemelt nemzetgazdasági téma. akkor még a Brent Dtd olajár 1,545 USD/bbl volt, ez jelenleg meg- megalapozott, és igen nagy nemzetgazdasági károkat okozhat, pedig haladja a 1 USA dollárt. Bauxit Sajnos a hazai bauxittermelés 213-ban megszűnt, kizárólag külföldi Ennek eredménye, hogy bauxit-behozatal van az országban. A korábban világhírű ércbányászatban jelenleg 7 fő dolgozik. ma 2878 (az összes település 91,2%-a), a vezetékes gázfogyasztók a KSH adatai szerint a vezetékes gázzal ellátott települések szá- száma (a lakások 74,9%). A gázvezetékek hossza Nem fémes ásványi nyersanyagok km (a vasútvonalaké 7942 km); Az 5. táblázat kiemelkedő mennyiségű ásványvagyont mutat be, a földgázimportunk 212-ben 79,8, 213-ban 8,4% volt; azonban azok a számok szépséghibásak, mert például a kő- és kavicsbányászat 59%-a természetvédelmi területen található. Ez a szám az mert lignitvagyonunk hosszú távlatban biztosíthatja a hazai villamos- a hazai szén/lignittermelés folyamatosan csökkent, pedig az is- EU-ban csak 22%. energia-termelés tüzelőanyagát (8-9. táblázat). Kis kitekintés az energetikára (7. táblázat) Geotermikus energiára 213-ban 3 területre írtak ki koncessziós pályázatot, egy volt eredményes Jászberény területére (395,6 km 2 ) én egyedül Battonyára történt kiírás, egy 358,5 km 2 -es területre. Gondolatok Napjaink egyik fő kérdése, hogy a jelen és jövő energiaigényeit (Richard Smaelly Nobel-díjas tudós szerint a világon a 1 legfontosabból 1. energia, 2. víz, 3. élelmiszer) milyen módon lehet vagy indokolt hazai természeti erőforrásokkal biztosítani. Napjainkra már egyértelmű, hogy igazak az 199-es évek végén nemcsak a bányászati, hanem közgazdasági szakemberek által megfogalmazottak, miszerint a 1. ábra. Hazai megújuló energia helyzetkép összesen terv összesen tény 16% 14% 12% 1% 8% 6% 4% 2% % Bányajáradék: A kitermelt ásványi nyersanyagok után a vállalkozóknak befizetési kötelezettségük van, ami a költségvetés pozícióját erősíti (1. táblázat). Hazánk villamosenergia-importja vonatkozásában 213. januártól októberig az import aránya 28,1%, míg 21-ben csak 13%, 212-ben 19,2% volt. Az 5 MW-nál nagyobb erőművek villamosenergia-eladásainak összértéke 213. január és október között 319,9 milliárd Ft, a korábbi években 392,8 illetve 379,7 milliárd Ft volt (2. ábra). Javaslatok Készüljön el Magyarország ásványi nyersanyag stratégiája. Minisztériumi szabályozás (nem szerencsés, hogy több tárca foglalkozik a bányászattal). Új, korszerű bányatörvény, amely pontosítja a prioritásokat. Engedélyezési folyamat egyszerűsítése. Nemzeti Ásványi Vagyonügynökség felállítása. Zöld út a palagáz termelésének. Rendezni kell a statisztikai besorolásokat (hamis a jelenlegi rendszer a bányászati létszám tekintetében (például szén- és lignitbányászati létszám a villamos energiánál szerepel stb.). Meg kellene vizsgálni, hogy a szén-dioxid-kvóta felfüggesztése megtörténhet-e mindaddig, amíg az nem minden országra terjed ki. Preferálni kell a hazai természeti erőforrások felhasználását, az import csökkentését, ami növelné a hazai foglalkoztatást és az állami költségvetés bevételét, csökkentené az állami kifizetéseket (munkanélküli járadék), és nem mellékesen az import az importáló országok hasznát növeli, eredményezi. 34 MAGYAR ENERGETIKA 214/4

35 E-NERGIA.HU GEOTERMIA FOSSZILIS Külfejtés Mélyművelés kt PJ kt PJ Feketekőszén Barnakőszén Lignit táblázat. Reálisan kitermelhető szénvagyon. Forrás: Dr. Fancsik Tamás előadása (212. október 25, MGFI székház, Cselekvési terv) bányajáradék Befi zetett bányajáradék (milliárd Ft) 12,2 1,3 116,8 78,3 18,7 112,9 98,7 63,2 Bányajáradékönbevallásra kötelezett vállalkozások (db) táblázat 9. táblázat. A hazai szénbányászat éves kapacitása és a bővítés lehetőségei. Ásványvagyon hasznosítási és készletgazdálkodási cselekvési terv, ) Úgy kell értelmezni a Cseh, az Észt, a Ciprusi, a Lett, a Litván, a Magyar, a Máltai, a Lengyel, a Szlovén és a Szlovák Köztársaság csatlakozásának feltételeiről, valamint az Európai Unió alapját képező szerződések kiigazításáról szóló okmánnyal módosított, a természetes élőhelyek, valamint a vadon élő állatok és növények védelméről szóló, május 21 ei 92/43/EGK tanácsi irányelv 4. cikkének (1) bekezdését, 9. és 11. cikkét, hogy a tagállamok hatáskörrel és illetékességgel rendelkező hatóságainak kötelezettsége javaslatot tenni az Európai Bizottságnak a közösségi jelentőségű természeti területek jegyzékén szereplő természeti terület átminősítésére abban az esetben, ha valamely, e természeti területhez tartozó terület tulajdonosa kérelemmel fordult e hatóságokhoz e terület A Natura 2 területek felülvizsgálata (a Natura 2 besorolású területen végrehajtott beruházások mindig is érzékeny témának számítottak mind a beruházók, mind a természetvédők, mind pedig a terület tulajdonosai szempontjából. A terület tulajdonosai Mottó: környezetromlására hivatkozva, amennyiben a kérelem azon a körülményen alapul, hogy az említett természeti terület ezen módosított irányelv 6. cikke (2)-(4) bekezdékent. számára az ingatlan értéke jelentősen csök- Jólétünk, nemzeti se rendelkezéseinek tiszteletben tartása ellenére A terület tulajdonosainak és a beruházóknak vagyonosodásunk, s minden véglegesen nem tud hozzájárulni a természetes fontos lenne ismerniük, hogyan lehet egy területet a további ebből fakadók- élőhelyek, valamint a vadon élő állatok és növé- természetvédelmi rendszer hatálya alól kivonni, ha az adott ingatlan valójában már nem szolgál természetvédelmi célokat. Ez különösen érzékenyen érinti a bányászati vállalkozásokat, hiszen a teljes hálózat Európa szárazföldi területeinek mintegy nak alapját képezi, hogy kellőleg felhasználjuk és értékesítsük mindazt, amit az anyaföld nekünk juttat. Böck János miniszteri biztos, a Magyar Királyi Földtani nyek védelméhez, vagy a Natura 2 hálózat létrehozásához. 2) Úgy kell értelmezni a Cseh, az Észt, a Ciprusi, a Lett, a Litván, a Magyar, a Máltai, a Lengyel, 17%-át fedi le, ez körülbelül Németország területével egyenlő. Magyarországon 1,95 millió hektár tartozik a Natura 2 alá, ami az uniós átlagnál is magasabb, 21%- Intézet igazgatója (194). a Szlovén és a Szlovák Köztársaság csatlakozásának feltételeiről, valamint az Európai Unió alapját képező szerződések kiigazításáról szóló okmánnyal os arányt jelent. Ezért is nagy jelentőségű az Európa Bíróság határozata, aminek kivonata az alábbiakban olvasható (214. április 3.): módosított 92/43 irányelv 4. cikkének (1) bekezdését, 9. és 11. cikkét, hogy azokkal nem ellentétes valamely olyan nemzeti szabályozás, amely a közösségi jelentőségű természeti területek jegyzékének kiigazítására való javaslattételre vonatkozó hatáskört 2. ábra. Az importszaldó aránya a teljes villamosenergia-felhasználásban (Forrás: Elektrotechnika 214/5 p:6) kizárólag a területi önkormányzatokra ruházza, és legalábbis szubszidiárius jelleggel, ezen önkormányzatok mulasztása esetén 3% nem az államra, amennyiben a hatáskörök ilyen meghatározása biztosítja az említett irányelv előírásainak megfelelő alkalmazását. 4 25% Jelenleg Alsó határ Felső határ Mt PJ Mt PJ Mt PJ Külfejtés 8,3 61,9 12,4 85,4 12,4 85,4 ebből lignit 8,2 61,1 12, ,2 83,8 Mélyművelés,8 11,5 3,1 47,6 7,6 93,6 ebből Mecsek ,4 4 Összesen: 9,1 73,4 15, % 15% 1% 5% % Jegyzetek: 1. Lakatos István, az MTA r. tagja, Miskolci Földtudományi Közlemények, kötet l. szám, pp Lakatos István, az MTA r. tagja, Műszaki Földtudományi Közlemények, a Miskolci Egyetem közleménye, 84. kötet, 213. pp Innotéka/tudomány, innováció, zöldenergia, 213. augusztusszeptember pp ) 4. A teljes szöveg magyarul az alábbi honlapon olvasható: curia.europa.eu/juris/document/document.jsf?text=&docid=152 81&pageIndex=&doclang=HU&mode=lst&dir=&occ=first&part= 1&cid=83576 MAGYAR ENERGETIKA 214/4 35

36 DOKTORANDUSZI KUTATÁS E-NERGIA.HU Nagy Gábor, Woperáné Serédi Ágnes Élelmiszerhulladékok energetikai hasznosítása A világ fejlettebb régióiban a megtermelt élelmiszerek jelentős része hulladékként végzi, ugyanakkor az energia iránti igény egyre jobban növekszik. Az élelmiszerhulladékok energetikai célú felhasználására alkalmasak többek között a termokémiai eljárások, melyek során szintézisgáz állítható elő. A cikkben bemutatásra kerülnek az étkezdei hulladékok energetikai hasznosításához elengedhetetlen laboratóriumi vizsgálatok eredményei, a gáz előállításához alkalmazott kísérleti rendszer, illetve az általunk termelt szintézisgáz elemzési eredményei is. Az étkezdei hulladékokat a hazai gyakorlatban részben kommunális hulladékként kezelik, részben pedig ártalmatlanítják, ezzel szemben elgázosítással értékes energiahordozó is kinyerhető belőlük. A jó hatásfokú elgázosításhoz az alapanyag vizsgálata szükséges, amelynek segítségével meghatározhatók az étkezdei hulladékok azon jellemzői, amelyek az elgázosításhoz szükségesek. Élelmiszerhulladékok Az élelmiszerhulladékok körébe tartoznak az élelmiszerek előállítása és feldolgozása során üzemekben, raktárakban, vendéglátóipari vagy kereskedelmi egységekben keletkező, fogyasztásra vagy feldolgozásra alkalmatlan anyagok [1]. A megtermelt élelmiszerek kb. 3-5%-a hulladékot képez [2]. A hulladékok azonosítása kezelésük során az Európai Hulladék Katalógusban (EWC) hozzájuk rendelt kódszámok alapján történik. A hulladékok jegyzékét és az EWC kódokat a 16/21. (VII. 18.) KöM rendelet tartalmazza. Az élelmiszerhulladékok a 2-es főcsoportba tartoznak. Ide tartoznak a biológiailag lebomló konyhai és étkezdei hulladék, illetve az étolaj és zsír, melyek a 2-as főcsoportban szerepelnek. A megtermelt élelmiszerek kb. 3-5%-a hulladékot képez. Az EU szerint az uniós háztartások által megvásárolt élelmiszereknek átlagosan 25%-a végzi a szemetesben. A tagállamokban az élelmiszerhulladék legnagyobb része a háztartásokban keletkezik. Ez az összes hulladék közel fele. Magyarországon évente közel kétmillió tonna élelmiszerhulladék keletkezik. Nálunk a legnagyobb mennyiséget (62%) a feldolgozóipar adja, míg a háztartások az összmennyiség 21%-áért felelősek. A kereskedelem 6%-ot, a vendéglátás 11%-ot tesz ki [1]. Az egy főre jutó háztartási élelmiszer hulladék hazai nagyságrendjéről tájékoztat a 1. ábra [3]. Az élelmiszerhulladékok regionális összehasonlítása látható a 2. ábrán, amelyből kitűnik, hogy a fejlettebb régiókban a fogyasztás szintjén nagyobb a pazarlás [2]. Az élelmiszerek felelőtlen pazarlásával elpocsékoljuk mindazt a vizet, energiát és egyéb ráfordítást, ami előállításukhoz kellett, egyben feleslegessé tettünk minden, az előállításukkal és elosztásukkal összefüggő környezetterhelést. Világviszonylatban az élelmiszerhulladékokat részben kommunális hulladékként kezelik, részben hasznosítják (pl. állateledel előállítására), vagy ártalmatlanítják. A hasznosításnak és ártalmatlanításnak egyik lehetséges megoldása az energetikai hasznosítás. Technológiai megoldásai: biogáz előállítása depóniában, égetés kommunális hulladékkal, szintézisgáz gyártása kigázosítással vagy elgázosítással. A szintézisgázt gyártó üzemek beruházási költsége nagy, és folyamatos alapanyagellátást igényelnek, ezért az élelmiszerhulladék mellé egyéb alapanyag biztosítása is szükséges. Az élelmiszeripari hulladékok jellemzői [3]: nagy szervesanyag-tartalom, ezért bomlékonyak, nagy fajlagos térfogat, ezért hasznosításukat a gyűjtés és szállítás költségei befolyásolják, rövid ideig tárolhatók, nagy a víztartalmuk. Bár a hűtő-tároló berendezések Magyarországon még újdonságnak számítanak, Európa-szerte, sőt, az egész világon a legkülönfélébb felhasz- 1. ábra. Egy főre jutó háztartási élelmiszerhulladék évente 2. ábra. Az egy főre jutó élelmiszerhulladék évente a különböző régiókban Háztartási élelmiszer hulladék, EU és Észak-Amerika Magyarország Afrika és Dél-, és Dél- Kelet Ázsia Európa Fogyasztó 36 MAGYAR ENERGETIKA 214/3

37 E-NERGIA.HU DOKTORANDUSZI GEOTERMIA KUTATÁS Jellemzők Kommunális szilárd hulladék Fa Feketeszén Karbon, % 36,35 56,65 43,43 88,9 Hidrogén, % 4,96 8,76 6,8 3,4 Oxigén, % 1,13 23,54 46,29 2,3 Nitrogén, % 1,43 3,95,67 1,55 Kén, %,83,19,43,81 Hamu, % 46,3 6,9 3,11 3,4 Fűtőérték, (MJ/kg) 9,35 26,33 15,15 34,37 1. táblázat. Elgázosítás alapanyagainak összetétele Jellemzők Zöldséghulladék Húshulladék Olajok Szerkezeti összetétel Nedvességtartalom, % 78,29 38,74, Illótartalom, % 17,1 56,34 97,64 Fix karbon, % 3,55 1,81 2,36 Hamutartalom, % 1,6 3,11, Elemi összetétel Karbon,% 49,6 59,59 73,14 Hidrogén, % 6,62 9,47 11,54 Oxigén,% 37,55 24,65 14,82 Nitrogén, % 1,68 1,2,43 Kén, %,2,19,7 Fűtőérték, MJ/kg 2,23 3,49 38,3 2. táblázat. Néhány étkezdei hulladék elemi összetétele és egyéb jellemző paramétere Minták Száraz minta elemi összetétele, % m/m Hamutartalom, % m/m Nitrogén Karbon Hidrogén Kén Oxigén Sült burgonya,56 43,97 7,58,8 44,8 3,1 Főtt burgonya 2, 36,67 6,53 1,66 49,81 3,33 Burgonyapüré 1,41 44,48 7,29,91 42,46 3,45 Rizs (párolt) 1,13 41,13 6,9 1,58 48,1 1,16 Rizs (főtt),7 42,8 7,1 1,98 47,4 1,19 Főtt tészta 2,24 42,97 7, 2,6 44,52 1,21 Vegyes zöldségköret 2,1 4,44 8,66 2,13 42,43 4,24 Élelmiszerhulladék Babfőzelék 3,18 43,26 6,76 2,1 4,46 4,33 Sárgaborsófőzelék 2,76 42,56 7,5 2,11 43,8 2,44 Zöldborsófőzelék 2,3 44,16 7,38 1,84 41,3 3,2 Sertéspörkölt 8,23 52,74 7,87,94 26,91 3,31 Rántott sertésszelet 5,74 53,91 8,25 3,25 26,91 1,94 Marhapörkölt 13,53 46,22 9,18 2,72 24,2 4,33 Rántott csirkemell 6,18 49,5 7,75 2,83 3,56 3,18 Sült csirkemell 13,3 48,48 9,59 2,68 2,77 5,18 Sült csirkecomb 7,89 53,31 8,35 3,48 23,77 3,2 Sült hal 12,91 49,69 9,5 3,12 19,33 5,45 Rántott hal 8,19 51,45 1,17 2,99 23,25 3,95 Fehér kenyér 1,9 44,2 7,7 2,8 42,65 1,56 Átlag 5,7 45,84 7,89 2,17 35,9 3,13 3. táblázat. Ételmaradékok elemi összetétele száraz állapotban nálók, többek között állattartó telepek, hulladékudvarok, húsüzemek, élelmiszergyártók és -forgalmazók, önkormányzatok, szállodák, éttermek használják már ezt a lehetőséget is. Kutatómunkánk első lépéseként étkezdei hulladékokat vizsgáltunk szintézisgáz előállításának lehetősége céljából. Étkezdei hulladékok az alábbi helyeken képződhetnek [4]: éttermek és kávézók, üzemi és iskolai étkezdék, közösségi élelmezés konyhái, mobil étkeztetés, gyorséttermek konyhái, büfék. Az étkezdei hulladékok forrásai: előkészítés hulladékai, feleslegben maradt ételek, élelmiszercsomagoló anyagok, egyszer használatos evőeszköz, tányér és szalvéta, hulladék víz. Élelmiszerhulladékok elgázosításával és az elgázosításhoz szükséges alapanyagok vizsgálatával kapcsolatosan a szakirodalomban elvétve találunk adatokat. Egy angliai egyetemen (University of Northumbria, Newcastle) összehasonlító elemzéseket végeztek kommunális hulladék, élelmiszerhulladék, fa és feketeszén elgázosításához kapcsolódóan. Az alapanyagok vizsgálatának elemzési eredményeit az 1. táblázat tartalmazza [5]. A 2. táblázat az étkezdei hulladékok közül mutat be jellemző összetételeket [6]. MAGYAR ENERGETIKA 214/3 Étkezdei hulladékok elemzése Feldolgozást követően az ételek tulajdonságai eltérnek az alapanyagokétól (főleg a nedvesség- és olaj/zsírtartalom tekintetében). A szakirodalomban a készételek elemi összetételére vonatkozó adatok hiányosak, ezért elgázosítási kísérleteink megalapozása céljából szükségessé vált a legfontosabb ételtípusok elemi összetételének meghatározása. Az elgázosítási kísérletek alapanyagául a nagy nedvességtartalom miatt nem jöhettek szóba a levesek, csak a főételek. Ezek közül a választás azokra az ételekre esett, amelyek egy egyetemi menzán napi szinten megtalálhatók: főzelékek, sült és főtt húsok, köretek. Reprezentatív mintavételt követően a nedvességtartalom meghatározásához Mettler Toledo HB43-S típusú készüléket alkalmaztunk, az Minták nedvesség tartalma, %m/m ábra. Készételminták összes nedvességtartalma Hazai szenek nedvesség tartalma Sültburgonya Burgonyapüré Rizs (párolt) Vegyes zöldségköret Sertéspörkölt Rántott sertésszelet Marhapörkölt Rántott csirkemell Sült csirkemell Sült csirkecomb Sült hal Rántott hal Fehér kenyér Keverék 1:1 37

38 DOKTORANDUSZI KUTATÁS E-NERGIA.HU elemi összetétel meghatározását Carlo Erba EA 118 elemanalizátor segítségével végeztük el. A hamutartalom meghatározásához adott tömegű porított mintát izzítókemencében 83 C-ra hevítettünk 3 órán keresztül. A kiégetett minták tömegcsökkenése exszikkátorban történő hűtés után számítható. A 3. táblázat készételek elemi összetételét mutatja be száraz állapotban, feltüntetve az átlagos összetételt is. A minták 15 C-os hőkezelés után kerültek az elemanalizátorba. A vizsgált ételminták összes nedvességtartalmát (15 C-on történő tömegállandóságig történő szárítás) a 3. ábra mutatja be. Összehasonlításként bejelöltük a hazai szenek nedvességtartalmának határértékeit is :51 1:54 1:56 11: 11:3 11:8 11:14 11:21 11:28 H2 CO2 11:35 11:42 11:49 CO T 11:56 12:3 12:1 12:17 12: ábra. A kísérleti reaktor felépítése 1 hőálló acélcső, 2 csőkemence, 3 alapanyag, 4 szűrő, 5 vatta, 6 Erlenmeyer lombik, 7 golyós hűtő, 8 rotaméter, 9 mintavételi csonk Szintézisgáz z be 6 ki 8 9 Szintézisgáz ki ábra. Ahidrogén, a szén-monoxid és a szén-dioxid mennyisége 9 C-os kigázosítás esetén (Alapanyag: sertéssült és sült csirkemell 1:1 tömegarányú keveréke) H2S C2H6 T CH4 C2H4 1:51 1:54 1:56 11: 11:3 11:8 11:14 11:21 11:28 11:35 11:42 11:49 11:56 12:3 12:1 12:17 12: ábra. A kénhidrogén és a detektálható szénhidrogének mennyisége 9 C-os kigázosítás esetén (Alapanyag: sertéssült és sült csirkemell 1:1 tömegarányú keveréke) A kísérletek Az alapanyag-vizsgálatot követően összeállítottunk egy szintézisgáz előállítására alkalmas kísérleti rendszert (4. ábra), amelyben reaktorként egy 23 mm belső átmérőjű hőálló acélcsövet alkalmaztunk. Ennek fűtéséről egy csőkemence gondoskodik. A minta beadagolását követően a reaktor egyik oldalának lezárásával csak a túlsó oldalon tud távozni a képződő gáz. A későbbiekben a lezárt oldalon keresztül valósítható meg az oxigén/vízgőz bevezetése. A reaktort egy Erlenmeyer lombik követi, itt a lecsapódó nedvesség és a folyékony pirolízistermékek gyűlnek össze. A következő szakaszon megtörténik a szilárd részecskék leválasztása egy nagyobb átmérővel rendelkező, vattával töltött csőszakaszon, majd egy újabb Erlenmeyer lombikba gyűlik a golyós hűtőben kondenzálódó folyadék. A térfogatáram nyomon követésére egy rotamétert iktattunk be, melyet egy gázmintavételi pont követ. A kigázosítási kísérletekhez négy olyan alapanyagot választottunk, amelyek gyakran előforduló ételek közüzemi étkezdékben, ezek a rizs, a sültburgonya, a sertéssült és a sült csirkemell. Elkészítettük ezek különböző keverékeit, amelyeket levegőtől elzártan hevítettünk 9, 725 és 65 C-ig. Minden esetben kb. 5 g minta bemérésére került sor, amelyet a felfűtés után addig tartottunk az adott hőmérsékleten, amíg a gáztermelés intenzitása,4 l/h alá csökkent. Terjedelmi okokból a következőkben csak a sertéssült és sült csirkemell elgázosítási kísérleteinél keletkező szintézisgáz összetételének változását mutatjuk be. Az 5. és 6. ábrákon sertéssült és sült csirkemell keverékének 9 Cos kigázosítása során képződött szintézisgáz főbb komponenseinek koncentrációi láthatók az idő függvényében, amelyeket Dani Master gázkromatográfiás készülékkel határoztunk meg. Az ábrák alapján elmondható, hogy a felfűtési szakaszon az egyes gázkomponensek koncentrációja nagyon ingadozó. Amíg nagy mennyiségű levegő is jelen van a rendszerben, addig a szintézisgáz szén-dioxid-tartalma nagy, majd a hőmérséklet növekedésével koncentrációja csökken, ezzel párhuzamosan a szén-monoxid-koncentráció növekedésnek indul. A fő komponensek, a hidrogén és a szén-monoxid mennyisége a maximális hőmérsékleti zónában állandósul, a kísérletek során a hidrogén mennyisége 33-48% között változott alapanyagtól és hőmérséklettől függően, viszont a szén-monoxid mennyisége jóval szélesebb tartományon belül ingadozott (1-43%). Ennek legfőbb oka, hogy a karbon, kisebb elgázosítási hőmérsékleten szénhidrogének formájában volt megtalálható a szintézisgázban. A termelődő gáz általunk mérhető szénhidrogéntartalma is nagy jelentőséggel bír, ugyanis a felfűtési szakaszban gyűjtött gáz összetételéből adódóan inkább fűtési célokra alkalmas, szemben az állandó hőmérsékletű szakaszon képződő, nagy hidrogén- és szén-monoxid-tartalmú gázzal, amelyet vegyipari folyamatok alapanyagaként is hasznosíthatnak. A 725 és 65 C-on történő kigázosítás eredményeit a 7-1. ábrák szemléltetik. A képződő gáz maximális metántartalma egyes esetekben elérte a 25%V/V-ot, az etán a 7, az etilén pedig a 23%V/V-ot. További fontos gázkomponens a kénhidrogén, amely hátrányosan befolyásolja a gáz felhasználhatóságát. A legtöbb minta esetén kimutatási határ alatt (<25 ppm) volt a H 2 S mennyisége, azokban az esetekben pedig, ahol mérhető koncentrációban jelentkezett, maximum 1,5% V/V volt az értéke. 45 C felett már minden esetben kimutatási határ alá csökkent a H 2 S-koncentráció. Az ezekből a hulladékokból termelhető szintézisgáz esetleges vegyipari alkalmazása szempontjából ez nagy jelentőséggel bír. 38 MAGYAR ENERGETIKA 214/4

39 E-NERGIA.HU DOKTORANDUSZI GEOTERMIA KUTATÁS H2 CO CO2 T H2 CO2 CO T :13 8:18 8:23 8:26 8:32 8:38 8:44 8:52 8:58 9:6 9:14 1:51 1:54 1:56 11: 11:3 11:8 11:14 11:21 11:28 11:35 7. ábra. A hidrogén, a szén-monoxid és a szén-dioxid mennyisége 725 C-os kigázosítás esetén (Alapanyag: sertéssült és sült csirkemell 1:1 tömegarányú keveréke) 9. ábra. A hidrogén, a szén-monoxid és a szén-dioxid mennyisége 65 C-os kigázosítás esetén (Alapanyag: sertéssült és sült csirkemell 1:1 tömegarányú keveréke) :13 8:18 8:23 8:26 8:32 8:38 H2S C2H6 T 8:44 8:52 8:58 CH4 C2H4 9:6 9: :51 1:54 1:56 11: 11:3 H2S C2H6 T 11:8 11:14 11:21 CH4 C2H4 11:28 11: ábra. A kénhidrogén és a detektálható szénhidrogének mennyisége 725 C-os kigázosítás esetén (Alapanyag: sertéssült és sült csirkemell 1:1 tömegarányú keveréke) 1. ábra. A kénhidrogén és a detektálható szénhidrogének mennyisége 65 C-os kigázosítás esetén (Alapanyag: sertéssült és sült csirkemell 1:1 tömegarányú keveréke) Összefoglalás Az étkezdékben keletkező ételmaradékok sok esetben kommunális hulladéklerakókba kerülnek. Hasznosításuknak és ártalmatlanításuknak egyik lehetséges módja az energetikai hasznosítás, melynek során az étkezdei hulladék elégethető, termelhető belőle biogáz, vagy akár szintézisgáz előállítására is alkalmas. Ez utóbbi igazolása érdekében a leggyakoribb ételtípusok esetében megvizsgáltuk az elemi összetételt, hamu- és nedvességtartalmat. Az elemi összetétel alapján ez a hulladékcsoport megfelel a szintézisgáz-gyártás alapvető követelményeinek. A nagy nedvességtartalom és a mennyiségi problémák miatt a szintézisgáz gazdaságos előállítása érdekében egyéb alapanyagokkal történő kombinált elgázosítás javasolható. Kigázosítási kísérleteink alapján elmondható, hogy a felfűtési szakaszban a gázkomponensek aránya változó, de miután a hőmérséklet állandó ér- Köszönetnyilvánítás A kutatás a TÁMOP4.2.4.A/ azonosítószámú Nemzeti Kiválóság Program Hazai hallgatói, illetve kutatói személyi támogatást biztosító rendszer kidolgozása és működtetése országos program című kiemelt projekt keretében zajlott. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. A kutatómunka a Miskolci Egyetem stratégiai kutatási területén működő Fenntartható Természeti Erőforrás Gazdálkodás Kiválósági Központ keretében készült. téket vesz fel, a gázalkotók mennyisége is állandósul. Ezen a szakaszon alapanyagtól és elgázosítási hőmérséklettől függően a hidrogén mennyisége 33-48% V/V, a szén-monoxid mennyisége pedig 1-43% V/V között változott. A felfűtés során jelentős mennyiségben képződtek szénhidrogének, melyek összes mennyisége esetenként a 3-35% V/V-ot is elérte. Nagy jelentősége van a minimális kénhidrogén-tartalomnak, ugyanis ez nagymértékben megkönnyíti a szintézisgáz további hasznosításának lehetőségeit. Irodalom [1] Élelmiszerhulladékok begyűjtése és hasznosítása. Hulladékból termék. hulladekfajtak/olaj/ [2] Up to half of all food is wasted: agri-industry and supermarkets are culpable. People and Nature. [3] Dr. Zentai János: Élelmiszeripari melléktermék és hulladék feldolgozási technológiák áttekintése. Kaposvár, 213. [4] Canteen Waste. Environmental Guidance For Your Business in Northern Ireland and Scotland. Net Regs. materials_topics/canteen_waste.aspx [5] Abdullah Malik: Fix Bed Gasification of Steam Treated Food Waste (FW) and Municipal Solid Wastes (MSW) MAGYAR ENERGETIKA 214/4 39

40 MEGÚJULÓK E-NERGIA.HU Szilágyi Zsombor A megújuló energiahordozók használatának nemzeti programja Az ország primer energiahordozó-felhasználása 213-ban mintegy 5%-kal csökkent. A visszaesést főleg a földgázfelhasználás csökkenése okozta, ezen belül is a villamos áramtermelésre elfogyasztott gázmennyiség zuhanása. Ugyanakkor a megújuló energiahordozók terjedése tovább tartott, és egy év alatt mintegy,4 PJ-lal nőtt. Döntöttek Paks II-ről is. Mi lehet a megújulók valódi szerepe az ország energiaellátásában, A kormány elfogadta Magyarország Megújuló Energia Hasznosítási Cselekvési Tervét a időszakra. Energiaforrás-biztonság és környezetvédelem szempontjából egyértelműen csak üdvözölni lehet ezt a törekvést. A terv szerint a fűtésre-hűtésre használt megújulók arányát közel kétszeresére, a villamosenergia-termelésben 8%-kal, a közlekedésben közel 24%-kal kell növelni. A kiemelt célok elsőbbségéről elég sok vita indult. a megújulók terjesztésére kell-e áldozni továbbra is sok pénzt, vagy van célszerűbb energetikai beruházás? Jó-e nekünk az Európai Unió által kitűzött cél, a megújulók minél gyorsabb és nagyobb mértékű terjesztése? Ezekre a kérdésekre keressük a választ. CO 2 -szabályozás Az Európai Unió a megújuló energiahordozók terjesztésének elősegítésére (kényszerítésére) indította be a szén-dioxid-kibocsátás szabályozását. A fosszilis tüzelőanyagok elégetésével keletkező szén-dioxid mennyiségét kvótarendszerbe sorolta, és megindította a szén-dioxid-kvóták nemzetközi kereskedelmét. A megújuló energiahordozók elégetésével keletkező Mi a helyzet Európában? Az Európai Unió 21. évi célkitűzése szerint 22-ig 2%-kal kellene növelni a megújuló energiaforrások használatát, más energetikai célok mellett (a program). A 2%-ot mindegyik tagállam az adottságai szerint fordította nemzeti programra. A 21-ben megfogalmazott programok a legtöbb EU tagállamban korrekcióra, revízióra szorulnak. A Nemzeti Fejlesztési Minisztérium is hangsúlyozta, hogy a megújulók terjesztésére vonatkozó cél (22-ig 14,65%) nem változik, de a támogatások rendszere lényegesen átalakul. A megújuló energiahordozók részesedése az EU 28 tagállamok primer füstgázok CO 2 -tartalmát kivonták a kvótarendszerből. A kvótakereskedelem közel tíz évig elég jól szolgálta az eredeti célokat (a CO 2 -emisszió visszaszorítását), de feltehetően a gazdasági válság ezt a kereskedelmet is nemkívánatos irányba lökte. Ma egy tonna szén-dioxid-kibocsátási kvóta 5 euró körüli áron adható-vehető, vagyis a kvótarendszer érdemben nem befolyásolja az erőműberuházási döntéseket. Épülnek is szép számmal új szenes vagy gáztüzelésű erőművek Európában. Szakértők szerint 4-5 euró körüli kvótaár állítaná vissza az eredeti célokat szolgáló rendszert. energiahordozó-felhasználásában összesen,4%-kal nőtt 213-ban, és elérte a 14,5%-ot. Ez a fejlődési ütem közel sem azonos mértékű a tagállamokban, vannak, amelyek ezt a célt földrajzi adottságaik miatt könnyedén tudják teljesíteni (északi, tengerparti országok a szélenergia-hasznosítással, magas hegyekkel rendelkező országok a vízenergia-potenciállal, vagy déli államok a napenergia befogásával), és vannak olyan államok, amelyek adottságai sokkal rosszabbak. Aztán vannak államok, amelyek Megújuló potenciál, felhasználás A hazai megújuló energiahordozó potenciálra bemutatott számítások között nagy eltérések tapasztalhatók, valószínűleg a módszertani különbségek miatt. A Nemzeti Energia Stratégia a különböző elemzések legvalószínűbb változatait adja vissza. A potenciálbecslések nem tartalmazzák a levegő- és a föld-hőszivattyúval kinyerhető energiasok pénzt tudnak áldozni erre a célra (nyugat-európa), és vannak olyanok, amelyek nem (a kelet-európaiak). 1. táblázat. Megújuló energiahordozó-potenciál Magyarországon (PJ/év) Az EU-államokban a megújulók részesedése a villamosenergia-termelésben már összesen 25% körül napenergia szél biomassza víz geotermiális hulladék összesen reális van. A megújuló energiahordozók használata segíti az MTA [1] 1851,5 532,8 23, ,5 63, üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentésére BME [1] elfogadott célokat: az EU-ban 2 óta 9,5%-kal KvVM [1] 3,6 1,3 165,8 1, ,9 36 csökkent a kibocsátás, ezzel jó úton haladunk a 22- Napenergia ra elvárt 2% felé. Társaság [1] Magyarország 22-ig 14,65%-os megújuló OMSZ [1] , ,7 arányt vállalt el, és a múlt év végén 1%-nál tartottunk. Tavaly, év végén 6,5%-nál tartottunk a megúju- Pacza [2] Garbai, Kovács, 38, lók használatával a villamos áram-termelésben. Az EU Gróf, Buzea [3] 1797,8 532, ,4 egészénél jobban állunk az üvegházhatású gázok kibocsátása Büki [4] 1,8 csökkentésében: 2 óta 13,5%-os csök- Nemzeti Energia- kenést tudunk kimutatni. stratégia , ,4 63, MAGYAR ENERGETIKA 214/4

41 E-NERGIA.HU MEGÚJULÓK GEOTERMIA Fűtés és hűtés Villamos energia Közlekedés összesen Teljes primer %-a 7,4 7,5 8 8,3 9,3 1,7 12,3 13,4 14,65 2. táblázat. Magyarország Megújuló Energia Hasznosítási cselekvési terve fő számai [M.e.: PJ] Európa USA nukleáris szén földgáz tengerparti szél kontinentális szél napelem táblázat. Erőművek villamosenergia-termelési egységköltségei 213-ban, USD/MWh [7] tartalmat, amelynek mennyiségére még közelítő számokat sem lehet találni. A PJ léptékű megújuló potenciál a jelenlegi teljes primer energiahordozó-felhasználás 2,6-2,7-szerese, vagyis minden nagyobb léptékű megújuló-használatfejlesztési programnak van energetikai alapja. Megújuló energiahordozó-használat megoszlása Magyarországon, 211: napenergia 1%, szélenergia 3%, vízenergia 1%, geotermia 7%, biomassza 75%, biogáz 2%, bioüzemanyag 11%. A megújuló energiahordozó-használat jelenlegi megoszlása pontosan tükrözi az egyes energiaforrások hasznosításához szükséges beruházások és a hasznosítás hatásfokának sorrendjét. Mindhárom kiemelt gazdasági ágazatban a megújuló-használat megkettőzése szerepel a tervekben, ez a mérték reális, és feltételekkel teljesíthető. A növekedés nem pontosan időarányos, 216 után várunk még olyan technológiákat, amelyek a felhasználás hatékonyságát fogják emelni, és az ipari léptékű hasznosításhoz szükséges beruházások is az évtized második felében léphetnek üzembe. Beruházás Mindegyik megújuló használatbővítés beruházásigényes. Adódik a megújulók használata újabb létesítményeinek beruházás-igényességét összehasonlítani más energetikai beruházásokkal, vagy másik (fosszilis) energiahordozó használathoz tartozó befektetéssel. A földgázüzemű erőművek építés költségei a megújulókkal összehasonlítva máris indokolják az EU tagállamainak megosztottságát a jövő villamos áram-termelési prioritásait illetően. Azokat a megújuló-használatot bővítő beruházásokat, amelyek kapcsoltan más célt is szolgálnak, közvetlen beruházási fajlagosok összehasonlításával nem szerencsés értékelni. A környezetvédelmi célok (veszélyes hulladék megsemmisítése), vagy árvízvédelmi, folyamszabályozási célok esetén a termelt energia nem a beruházás jellemző mérőszáma, a beruházás értékelése a létrehozott energiatermelő kapacitás alapján helytelen. 3. táblázat. Erőműlétesítési költségek [4],[8],[11] Teljesítmény (MW) Csúcskihasználási óraszám Élettartam (év) Fajlagos beruházási költség ezer Ft/ kw [8] ezer Ft/ kw [11] vízierőmű ezer Ft/ kw [4] szél nap lignit/szén gáz (CCGT) Paks II fotovoltaikus 73 A beruházások egyszerű értékelési módszere a befektetés megtérülési idejének számítása, ahol általában a befektetést és a beruházással elért költségcsökkenést mérik össze. Egész Európára igaz az a megállapítás, hogy a megújuló energiahordozók használatának bővítését célzó beruházásoknál a megtérülési idő általában tíz év felett van, ami azt is jelenti, hogy a beruházás banki hitelezése nehezebbé vagy lehetetlenné válik. Az állami támogatás ezt a finanszírozási küszöböt tudja lecsökkenteni. Csak megjegyezzük, hogy a lakosság rezsicsökkentése rontotta a megújulóhasználat terjesztésének pénzügyi megítélését. Nincs egységes stratégiája az EU-tagállamoknak: Németország a nukleáris erőműveit fokozatosan leállítja, helyette megújuló energiát tervez használni, Franciaország pedig töretlenül támaszkodik meglévő és bővülő atomerőműparkjára. Az egyes nemzeti stratégiák a helyi adottságokra épülnek, célszerű mértékben figyelembe véve az EU általános törekvéseit. A hazai erőműpark elöregedett, általában alacsony hatásfokú, és erős a földgázhasználat túlsúlya. Ezt a helyzetet bonyolítja, hogy most az olcsó importáram sorra leállítja a hazai földgázerőműveket. A paksi bővítés hosszabb távon megkeretezi a hazai erőműfejlesztéseket, pontosabban az állami erőműépítéseket egycsatornássá tette. A vállalkozói kör erőműépítési szándéka ma még nem mérhető fel. A megújulók használatára eddig épült létesítmények még nem alkalmasak a leálló nagyerőművek pótlására. A tíz-tizenöt év múlva hiányzó hazai nagyerőmű-kapacitás megújulókkal teljes egészében nem pótolható. A villamosenergia-előállítás költségeiről is eltérők a kalkulációk. Az elektromos energia költsége Európában, 214. január (Platt's): gázból 55 Euro/MWh (~75 USD/MWh), árampiaci ár 43 Euro/MWh (~59 USD/MWh), szénből 28 Euro/MWh (~38 USD/MWh). A hazai villamos áram-termelés költségeiről a Heti Válasz 214. február 6-i számában olvashattuk: Paks ma: 12 Ft/kWh; gáztüzelésű erőmű: 16-2 Ft/kWh; megújuló erőmű: >2 Ft/kWh; Paks II: 16 Ft/kWh (ha ma működne). Néhány konkrét hazai beruházás Biomassza-erőművek: Szombathely, biomassza erőmű: 19,9 MWe, fajlagos beruházási költség: 85 ezer Ft/kW. Tatabányai Fűtőerőmű: fatüzelésre átállás, minden fűtőművi infrastruktúra rendelkezésre állt, csak a fakezelés és -tüzelés létesítményeit kellett megépíteni. 5 MWe, 1,15 PJ /év hőtermelés, földgázkiváltás 6 millió m3/év ezer tonna faapríték/év felhasználás, 5 milliárd Ft beruházás. Mohács (Kronospan-MOFA Kft.), üzemi erőmű, fahulladék-tüzelés. 2,3 milliárd Ft beruházás, 3 MWt, földgázkiváltás. Fajlagos beruházási költség: 8 ezer Ft/kW. PannonPower pécsi erőmű, szalmatüzelés: fajlagos beruházási költség: 228 ezer Ft/kW (segédüzem rendelkezésre állt). MAGYAR ENERGETIKA 214/4 41

42 MEGÚJULÓK E-NERGIA.HU Biogázüzemek Solt: 1,5 MWe, fajlagos építési költség: 1,3 millió Ft/kW. Vép: 15 MWe, fajlagos építési költség: 9 ezer Ft/kW. Miskolc (szennyvíz): 6,5 MWh/ év, 214, fajlagos beruházási költség: 2,67 millió Ft/kW. Pécs (szennyvíz): 8 kwe, évi 5 millió kwh, fajlagos beruházási költség: 2,6 millió Ft/ kw. Nagykőrös (élelmiszeripari, növényi hulladék): 13 millió kwh/év, 2,5 milliárd Ft, fajlagos beruházási költség: 1,6 millió Ft/kW. Békés (szerves trágya): 1,2 MWe, 1,3 milliárd Ft, fajlagos beruházási költség: 1,8 millió Ft/kW. Napelemtelepek: Darvas, 214, 499 kw, 6 MWh/év, fajlagos beruházási költség: 8 ezer Ft/kW. Kecskemét, Graboplast telep: 243 kw, 25 MWh/év, fajlagos beruházási költség: 6 ezer Ft/kW. Sellye naperőmű, 35 m2, 499 kw, fajlagos beruházási költség: 93 ezer Ft/kW. Szarvas, napelempark, 2 panel, 5 kw, fajlagos beruházási költség: 6 ezer Ft/kW. Napelem háztartási célra (max. 25 W): beruházási költség: 32 ezer Ft/kW (forgalmazó hirdetése, 214. május). Vízenergia Békésszentandrási vízierőmű, 2 MWe, fajlagos beruházási költség: 125 ezer Ft/kW. A fajlagos létesítési és üzemeltetési költségek erősen szóródnak, önmagukban nem elegendők a megújuló energiahordozók rangsorának felállításához. Ma viszont mégis figyelemreméltó, hogy a biogázüzemek némelyike állami támogatás nélkül épül, részben külföldi befektetők kezdeményezésére. A nemzeti stratégia három kiemelt célkitűzése, a biomassza, a geotermia és a közlekedésvillamosítás közül csak a biomasszatüzelés halad előre lényegesebb állami támogatások nélkül. Stratégia Takarékosság és megújuló-használat 21 óta több lakossági és közületi energiatakarékossági pályázatot írt ki a kormány. Minden állami támogatás napokon belül elkelt. Mintegy 3 ezer lakás energiatakarékossági célú felújítása (hőszigetelés, nyílászárócsere, fűtéskorszerűsítés) már elkészült. Ez az eredmény azonban a 4,4 milliós teljes lakásállományhoz még elég szerény. Az állami támogatások nagyobb részénél a megújuló energiahordozók részleges használatát megkövetelték. A középületek, intézmények körében elsősorban az állami pénzforrások szűkössége miatt ez a program még nagyon az elején tart. A 213 decemberében meghirdetett Panel III. program mielőbbi indítására is nagy igény lenne. A lakosság körében a fatüzelés terjedése töretlen, mutatja ezt a kereskedelmi tűzifa-értékesítés dinamikus növekedése is. Energiahordozó-csere vagy új igények kielégítése Különösebb számítások nélkül megállapítható, hogy a meglévő ipari tüzelőberendezések átállítása másik (megújuló) tüzelőanyagra kedvezőtlenebb, mint új energiaigények kielégítése megújulókkal. Az erőműpark éveken belül szükséges nagyléptékű átalakítása nagyobb hatásfokú erőművekre kínálja a lehetőséget a megújulók használatának erősítésére. Ezt a programot most erősen zavarja az import áram olcsósága. A háztartásokban és a közületeknél a meglévő fűtési, melegvíz-termelési rendszer viszonylag könnyen átállítható megújuló-használatra. Ezek a beruházások is tíz év körüli megtérülést eredményeznek, tehát szükséges az állami támogatás. Biomassza-hasznosítás A biomasszához soroljuk a mezőgazdasági és erdészeti melléktermékeket, az anaerob erjesztéssel (biogáztermelés) hasznosítható szerves anyagokat és a háztartási-kommunális szemetet. 94 ezer hektár be nem vetett szántóföld van az országban (Agrárgazdasági Kutató Intézet), és 2 ezer hektár vonható be a szilárd biomassza-termelésbe, ami rövid távon akár 38,4 PJ energiatermelést is lehetővé tesz [3]. A szennyvíztisztító telepeken évente keletkező kb. 7 ezer tonna szennyvíziszap kiváló alapanyag biogáztermelésre. A nyers szennyvíziszap legalább 6%-a ma lerakásra kerül, általában települési szilárdhulladék-lerakókba. Ez a szennyvíziszap anaerob környezetben a szerves anyag lebomlásával kiváló metántermelő alapanyag, a termelt gáz itt is tisztítás után energetikailag hasznosítható. A magyar mezőgazdaság biogázüzemekben feldolgozható hulladéka évente legalább 7,5 millió tonna. Ennek biogáztermelésre felhasznált része ma kb. 2 millió tonna. A biogázüzemek építésére banki hitelt lehet kapni, de saját tőkével épülő üzemekről is tudunk. A biogáz-potenciál alapján ez a megújuló energiahordozó lehet a jövő évek fejlesztéseinek súlypontja. Ne felejtsük, hogy a biogázüzemek elsődleges célja veszélyes (fertőző) mezőgazdasági, élelmiszeripari hulladék és szennyvíz semlegesítése, és járulékos terméke az üzemeknek a megtermelt energia. A KSH 21. évi adata szerint egy lakosra 43 kg háztartási és kommunális szemét jutott évente. A háztartási szemét szelektív gyűjtése és hasznosítása szépen halad előre az országban, és már a 2%-ot is meghaladja. Az elégetésre kerülő szemét mennyisége ma 1%. A szerves tartalmú szemét megfelelő kazánokban nagyon jól elégethető, a keletkezett hő távhőszolgáltatásban vagy villamos áram-termelésben kitűnően hasznosítható. A Mátrai Erőmű leválogatott lakossági hulladékot is éget. 213-ban 5 GWh hőmennyiséget termeltek szemétégetéssel. Fejlesztési tervük 22-ra: 1 GWh energiakinyerés a szemétégetésből. Említhetjük a Budapesten üzemelő hulladékhasznosító erőművet is, ahol Budapest háztartási és kommunális hulladékának 6%-át égetik el. Sajnos, további példa nincs az országban. Tudhatjuk, hogy a szemét elégetése tízszer nagyobb beruházást igényel, mint a szabályos lerakása. A megújuló energiahordozókat hasznosító egyéb beruházásokhoz hasonlítva nem is riasztó ez az arány. A szemétégetés eddig nem hasznosított energetikai potenciálja lehet a megújuló energiaforrások legfontosabb tartaléka, és a környezetvédelmi szempontok is szépen teljesülhetnek. Villamosáram-termelés A villamos áram-termelésen belül az 5 MW feletti erőművek tüzelőanyagában 3% volt a megújuló [6]. A kormány a megújulók rendelke- 5. táblázat. Villamosenergia-termelés megújulókból (MW) Megújuló erőmű Meglévő, 213 Töbletteljesítmény 22-ig Nemzeti Cselekvési Reális változat Terv* szélerőmű napelem vízerőmű biomassza erőmű biogáz erőmű geotermikus erőmű 57 3 összesen *Magyarország Megújuló Energia Hasznosítási Cselekvési Terve a időszakra. 42 MAGYAR ENERGETIKA 214/4

43 E-NERGIA.HU MEGÚJULÓK GEOTERMIA zésre álló potenciáljának kihasználására óvatos tervet készített. Ebben az óvatosságban szerepe lehet a tervezett állami támogatások korlátozottságának is. Közlekedés A közlekedés területén a villamosítás és a bioüzemanyagok fokozottabb terjesztése a kormány célkitűzése. A kötöttpályás közlekedésben a villamosítás teljes mértékben indokolt cél. Ugyanakkor új városi villamosközlekedés építése vagy a vasútvillamosítás beruházásigénye alapos meggondolást tesz szükségessé: láthatjuk a közelmúlt városi villamos fejlesztés nehézségeit (Debrecen), vagy a Budapest-Esztergom vasútvillamosítás elhúzódását. A közlekedésben a bioüzemanyagok további elterjesztése elvileg lehetséges, a jelenlegi 3% körüli bioanyag-adagolás 5%-ig emelhető lenne a gépjárművek lényeges átalakítása nélkül, a nyugat-európai tapasztalatok alapján. Az 5%-os szinthez viszont a hazai járműparknál lényegesen fiatalabb és korszerűbb járműállomány kellene. A közúti közlekedésben a tisztán villamos hajtás 22-ig lényeges szerepet nem fog játszani. Elég gyorsan nő viszont a hibrid hajtású gépkocsik száma. A benzin/ dízel hajtást kiegészíti a villamos hajtás. A gépkocsi a fékezés során villamos áramot termel, ezzel a gépkocsi üzemanyag-fogyasztása lényegesen lecsökken. Geotermikus energia [3] 4 településen, 9 lakás távfűtésében és használati melegvíz-ellátásában van szerepe a helyben termelt termálvíznek. A rendszerek összesített teljesítménye 119 MW, évi 3,7 PJ a földből kinyert hő. A mezőgazdaságban 193 geotermális kút üzemel, összesen 6,62 PJ energiát adnak a kutak 232 hektár fóliasátornak és 67 hektár üvegháznak. A fürdőhasznosítás 8,5 PJ energiakinyerést jelent, 289 termálkútból. A termálkutak legtöbbje földgázt is termel, és ez közvetlenül hasznosítható járulékos energiahordozó. Mintegy tucatnyi helyen hasznosítják a kísérő földgázt. A geotermikus energiahasznosítás kiemelt programja talán nem minden szempontból indokolt. Minden termálvíz-hasznosításnál gondot okoz a víz magas sótartalma (1 g/liter felett); egyrészt a magas hatásfokú hőcserélők általában nem használhatók, másrészt a magas sótartalmú lehűlt vizek bevezetése az élővizekbe régóta támadott környezetvédelmi probléma. A lehűlt termálvizek visszavezetését a vízadó rétegbe ma még sehol sem oldották meg. Megjegyezhetjük, hogy termálvizes fürdőkből már elég épült az országban, és a fürdők között alig van olyan, amelyik gazdaságosan üzemeltethető. Háztartások A háztartások energiafelhasználása komoly takarékosságot tükröz. A faés faapríték-felhasználás, valamint a napenergia-hasznosítás nőtt csak, a hőszivattyúk használatának statisztikája kissé bizonytalan. A villamos hálózatra kapcsolt háztartási méretű naperőművek száma 21 óta gyorsan nő, 213 végén már mintegy 5 működött. Erőteljes állami támogatással a megújulók használata erősíthető a lakosság körében. A megújuló energiahordozók és a környezetvédelem Az Országos Meteorológiai Szolgálat szerint 211-ben a légkörbe került gázok között a szén-dioxid 75,1, a metán 12,8, a nitrogénoxid 1,4 és a fluortartalmú gázok 1,7%-ot képviseltek. A környezetkárosítás szempontjából a metánt tízszer veszélyesebbnek tekinthetjük, mint a szén-dioxidot. Az üvegházhatású gázkibocsátás legjelentősebb eleme a szén-dioxid. Egyértelmű, hogy a levegő szén-dioxid-tartalmának megkötését végző növényzet sem földrajzi elhelyezkedése, sem mennyisége miatt nem Energiahordozó Mértékegység Energiahordozó-felhasználás Villamos energia millió kwh Földgáz millió m Pébé* millió kg Tüzelőolaj millió liter,22,2 Távhő millió GJ 31,4 29,6 Feketeszén millió kg Koksz millió kg 2,5 Tűzifa millió kg Pellet millió kg 9,5 11,6 Faapríték millió kg 189,4 194 Napenergia millió m2,17,4 Hőszivattyú millió kw,1,2 Lakott lakások száma darab 3952 ezer 3912 ezer** * a motorikus pébé-felhasználással együtt ** 211-ben 6. táblázat. A háztartások energiafelvétele a KSH 28. évi felmérése és 212. évi becslés alapján elegendő a keletkező összes szén-dioxid egyensúlyban tartására. A napenergia, a vízenergia, a szélhasznosítás, a hőszivattyús hőtermelés és a vízvisszanyomással működő geotermikus energiakinyerés teljes mértékig környezetbarát, mert a termelt energia nem terheli a légkört semmilyen kibocsátással. Ezeknek a környezetbarát rendszereknek az üzemeltetéséhez villamos áramot használunk, így közvetve, kis mértékben mégis környezetszennyezést okoznak. A szén, a szénhidrogén elégetése egyértelműen növeli a légkör széndioxid-tartalmát. Azt kijelenthetjük, hogy a fa, a mezőgazdasági hulladék, a biogáz eltüzelésével keletkező szén-dioxid a növényzet fotoszintézisével visszaépül a természetbe. Némi szemhunyással a háztartási és kommunális hulladék elégetésével keletkező szén-dioxidról is ezt mondjuk, vagy ezt a tüzelőanyagot kivonjuk a szén-dioxid-kvóta egyre szigorodó szabályai közül. Beszélni kell azonban a biomassza-eltüzeléssel járó porszennyezésről. A KSH szerint a szilárd légszennyező kibocsátás rohamosan nő: 28- ban 6 kg/fő volt, 29-ben már 8, 21-ben 17 kg/fő, ma már 2 kg/fő felett járhatunk. A háztartások fatüzelése esetén minden eltüzelt tonna fa után 1 kg szilárd szennyezés (por) kerül a levegőbe. Az ipari tüzelő rendszereken a por megfogása kötelező. A téli szmog kialakulásában felerészt a szilárdtüzelés, felerészt a közlekedés a vétkes. Jegyzetek [1] Forrás: Erre van előre tanulmány [2] Magyar Épületgépészet, 214. év 4. szám (Garbai, Kovács, Pacza) [3] Energiagazdálkodás, 214. év 2. szám (Gróf, Buzea) [4] Magyar Energetika, 214. évf. 3. szám (Büki) [5] Metropol, [6] MEKH honlap statisztikái [7] MTA ülés, Miskolc, (Büki) [8] Energiagazdálkodás, szám (38. oldal, Újhelyi) [9] Metropol, [1] Magyar Energetika, szám [11] Magyar Energetika, szám (Buzea) MAGYAR ENERGETIKA 214/4 43

44 ATOM E-NERGIA.HU Trócsányi Zoltán Pillanatkép a száz esztendős részecskefizikáról egy elméleti fizikus szemszögéből Ernest Rutherford munkatársai alfa-részecskékkel bombáztak vékony aranyfóliát 199-ben. Mai tudásunk szerint a folyamatban sem a bombázó részecske, sem a céltárgy nem volt elemi részecske, módszertanát tekintve mégis ez volt az első részecskefizikai kísérlet (1. és 2. ábra), ugyanis a szóródási kép értelmezéséhez Rutherford a kísérleti eredményeket elméleti modell felhasználásával kapott becsléssel hasonlította össze. Azt találta, hogy a szóródott α-részecskék szögeloszlását az egyszeres szórást feltételező Rutherford-féle differenciális hatáskeresztmetszet jól leírja. Noha tudjuk, hogy a Rutherford által használt Newton-féle klasszikus mechanika nem alkalmazható a részecskék világában, a vizsgált szóródási feladatra véletlenül mégis helyes eredményt szolgáltat, legalábbis a Geiger és Marsden által elvégzett kísérletek eredményeit az atommagon történő egyszeres szóródás képletével lehetett értelmezni a kísérleti bizonytalanság határán belül. Így Rutherfordnak sikerült megalkotni az atom ma is elfogadott képét, amely 1. ábra. A Rutherford-féle szóráskísérlet vázlata. A vékony aranyfóliára lőtt, és azon szóródott α-részecskék a cink-szulfid bevonatú ernyőn felvillanásokat okoztak. aranyfólia alfa részecskék radioaktív forrás ólom 2. ábra. A Rutherford-féle szóráskísérlet megdöbbentő eredménye: nagy szögben, sőt teljesen visszalökődött α-részecskéket is észleltek. másfél évtized alatt elvezetett a kvantummechanika és azon keresztül a modern fizika születéséhez. A modern fizika sok részecske felfedezését hozta magával. A felfedezéseket egyrészt a részecskeészlelési technológia fejlődése tette lehetővé. Ehhez járult hozzá az elmúlt fél évszázadban a részecskegyorsítási technológia fejlődése. A tároló- és ütközőgyűrűkben nagy energiára gyorsított részecskék ütköznek rugalmatlanul, és mozgási energiájuk sugárzássá alakul. A kis térrészre korlátozott nagy energiasűrűség új részecskék keletkezését teszi lehetővé a sugárzásból az Einstein-féle tömeg-energia egyenértékűség szerint (3. ábra). Az új részecskék tulajdonságainak tanulmányozása a különböző végállapotok előfordulási gyakoriságaiból kapott szóródási hatáskeresztmetszetek és az elméleti jóslatok összevetése alapján lehetséges. Az elméleti számítások a részecskék tulajdonságait szabad paraméterként tartalmazó kinematikai eloszlásokhoz vezetnek, amelyeket a kísérletileg mért eloszlásokhoz hasonlítva lehet a részecskék tulajdonságait megmérni. A részecskefizikában tehát az értelmes kísérleti adatgyűjtés kéz a kézben jár az elméleti előrejelzésekkel. A részecskefizika módszertanából következik, hogy a megfigyelés pontosságának fokozása részben a kísérleti technika fejlesztését, részben pedig az elméleti leírás pontosítását igényli. Hosszú felkészülési időszak eltelte után az elmúlt évtized látványos fejlődést hozott mindkét területen, ami folyamán a Higgs-részecske felfedezésében csúcsosodott ki (4. ábra). Részecskefizika az LHC előtt A nagy hadrongyorsító (Large Hadron Collider, röviden LHC) előtti utolsó nagy gyorsító, a nagy elektron-pozitron ütköztető (Large Electron-Positron collider, röviden LEP, 5. ábra) kísérletei nagy pontossággal igazolták a részecskefizika standard modelljét, amely az ismert négy alapvető kölöcsönhatásból háromnak az erős, az elektromágneses és a gyenge kölcsönhatásnak adja elmé- 3. ábra. Korszerű nagyenergiás szóráskísérletekben a bejövő részecskék mozgási energiájából új részecskék keletkezhetnek a tömeg-energia egyenértékűsége alapján. A keletkező részecskék energiáját és lendületét az ütközési pont köré épített hatalmas részecskeészlelő berendezésekkel mérik. nyom az Accelerated Particles a részecskék pályája Detector 44 MAGYAR ENERGETIKA 214/4

45 E-NERGIA.HU GEOTERMIA ATOM Kölcsönhatás Erősség Hatótávolság (m) erős elektromágneses 1-2 végtelen gyenge gravitációs 1-38 végtelen 6. ábra. Az alapvető kölcsönhatások fajtái és viszonylagos erősségük 4. ábra. A CERN CMS kísérlete által észlelt olyan esemény, ahol a protonproton ütközés végállapotában négy nagyenergiájú müon keletkezett (piros vonalak). Nagy valószínűséggel ezek a müonok az ütközéskor keletkezett Higgs-részecske bomlástermékei. A CMS = Compact Muon Solenoid kísérleti együttműködésben az MTA Wigner Fizikai Kutatócentrum, az MTA Atommagkutató Intézete és a Debreceni Egyetem kutatóiból álló magyar csoport is nagy szerepet vállal az adatgyűjtésben és annak kiértékelésében. leti leírását. A negyedik, az általános tömegvonzás, a másik háromhoz képest olyan gyenge, hogy az elemi részecskék között elhanyagolható a hatása az eddig tanulmányozott energiájú ütközések esetén (6. ábra). A standard modell szerint az elemi részecskék három családba sorolhatók (7. ábra). Egy családon belül két kvark és két lepton van. Az ismert világ az első család tagjaiból épül fel. Az u és a d kvarkok építik fel a protont és a neutront, amelyekből az atommag áll össze. Az u kvark elektromos töltése egy pozitív egységtöltéssel nagyobb, mint a d kvarké, de mindkettőé az egységtöltés törtrésze: az u kvarké 2/3, a d-é pedig -1/3. Egy proton két u és egy d kvark kötött állapota [így töltése 2 (+2/3) 1/3 = +1 egységtöltés], míg a neutron két d és egy u kvark kötött állapota [ezért semleges: 2 ( 1/3) + 2/3 = ]. A proton és a neutron a barionok legközönségesebb példái. A kvarkok másik lehetséges kötött állapotai a mezonok, amelyek többnyire egy kvark és egy antikvark kötései, de az is előfordulhat, hogy kétféle kvark-antikvark kevert kötött állapota. A barionok és mezonok öszszefoglaló neve hadron, ami nehéz részecskét jelent. 5. ábra. A CERN LEP gyorsítójának vázlatos metszeti képe. A gyorsító átlagosan 1 méterrel a földfelszín alatt helyezkedett el, rajta négy nagykísérletben (ALEPH, DELPHI, L3 és OPAL) gyűjtötték az elektron-pozitron ütközések végállapotainak adatait. Az OPAL kísérletben volt jelentős magyar csoport. 7. ábra. Az elemi részecskék osztályozása a részecskefizikai standard modellben A kvarkok mindhárom kölcsönhatásban részt vesznek. Az erős kölcsönhatás ragasztja őket hadronokká. A barionok az elektromos kölcsönhatás révén kapcsolódnak az elektronhoz, és építik az atomot. Egy d kvark gyenge kölcsönhatás révén tud u kvarkká alakulni, ami a neutronnak protonná történő átalakulásának elemi magyarázata. A neutron proton bomlás (8. ábra) során keletkezik az első család két leptonja ( könnyű részecskék) is: az elektron és semleges társa, a(z elektron anti)neutrínó, amelynek töltése szintén egy pozitív egységtöltéssel nagyobb, mint az elektroné: az előbbi semleges, így az utóbbié a negatív egységtöltés. A leptonokra nem hat az erős kölcsönhatás. Az elektron töltött részecske, így hat rá az elektromágnesség, amelynek révén az atom másik alkotórésze az atommag mellett, továbbá részt vesz a gyenge kölcsönhatásban, ami a radioaktivitást eredményezi (pl. neutron proton átalakulás). A neutrínó semleges, ezért ezért csak a gyenge kölcsönhatásban vesz részt, aminek eredménye, hogy a neutrínó észlelése igen nehéz, mert alig lép kölcsönhatásba a barionos anyaggal. 8. ábra. Neutronbomlás vázlatos képe elemi szinten. A neutron egyik d kvarkja u kvarkká alakul, így lesz a neutronból proton. Az átalakulásban keletkezik egy elektron és egy semleges anti-elektronneutrínó. u d d u d u MAGYAR ENERGETIKA 214/4 45

46 ATOM E-NERGIA.HU 9. ábra. Az OPAL kísérletben talált két hadrondzsetet tartalmazó végállapot A standard modell többi családjában a részecskék tulajdonságai ugyanazok, mint az elsőben, kivéve a tömegüket. A legnehezebb a t kvark, amelynek tömege egy wolframatom-tömegnyi. Ezek a családtagok, illetve az általuk alkotott hadronok gyorsan bomló részecskék, kevés kivétellel a másodperc töredéke alatt az első család tagjaiba bomlanak energia felszabadulásával. A részecskeészlelő berendezések csak az első család tagjainak, illetve az azokból álló hadronoknak az energiáját és lendületét mérik. Az így begyűjtött adatokból kell megpróbálni visszaállítani, hogy pontosan mi keletkezett az ütközésben (amit ütközési csatornának nevezünk). A standard modell családok tagjai fermionok, azaz spinjük a redukált Planck-álladó fele, érvényes rájuk a Pauli-féle kizárási elv. Közöttük a kölcsönhatást vektorbozonok közvetítik, amelyek spinje a redukált Planck-állandóval egyenlő. A bozonok közismert példája a foton, amely az elektromágneses sugárzás elemi gerjesztése (részecskéje). A foton tömege nulla, és semleges, ezért tud hosszú életű és így megfigyelhető lenni. A többi bozon sokkal nagyobb tömegű, ezért nem stabil, keletkezésével szinte egyidőben el is bomlik 1. ábra. Kétdzsetes végállapot keletkezésének értelmezése elemi szinten. Az elektron-pozitron ütközésben egy kvark-antikvark pár keletkezik, amelyekből kialakulnak a dzseteket alkotó hadronok e + e - q q fermionokra. Egy kivétel van, az erős kölcsönhatást közvetítő gluon, amely szintén nulla tömegű, azonban mégsem észlelhető. Szabad kvarkot és gluont soha senkinek nem sikerült megfigyelni, csak hadronkba zárt kötött állapotukat. A fermionok kölcsönhatásait leíró standard modell a nagyfokú elvont szimmetriával rendelkező ún. mértékelmélet. A szimmetria csodálatos rendezőelvet jelent. Noha maguk a részecskék mozgását leíró egyenletek rendkívül bonyolultak, származtatásuk egyszerűen megjegyezhető: a teljes elméletet megadó Lagrange-függvény felírható, ha a szabad fermionok Dirac-féle Lagrange-függvényéről megköveteljük, hogy változatlanok legyenek, ha a térmennyiségek a szín-, izospin- és hipertöltés értékeit az SU(3) szín SU(2) izospin U(1) hipertöltés csoport elemei szerint változtatjuk [ahhoz hasonlóan, mint egy vektor komponensei változnak, ha elforgatjuk őket, amit az SO(3) forgáscsoport elemei szerinti változtatás ír le]. E követelmény magától elvezet a három alapvető kölcsönhatás megjelenéséhez az elméletben. Például az SU(3) szín szimmetrikus mértékelmélet a kvantum-színdinamika (QCD), ahol a szín nem a hétköznapi szín, hanem ahhoz hasonló tulajdonsága a kvarkoknak olyan értelemben, hogy három alapvető színállapot van. A keletkező mértékelmélet megoldását néhány egyszerű esettől eltekintve egzaktul nem tudjuk megadni, ezért numerikus közelítő módszereket használunk. A nagyenergiájú ütközések esetén a leggyakrabban használt közelítő módszer a perturbációszámítás, amelynek lényege, hogy a pontos megoldást nehezítő ( lehetetlenné tevő ) tagokat sorfejtéssel vesszük figyelembe. Az ütközések túlnyomó többségében hadronokat észlelnek. A hadronok követik az ütközésben keletkező kvarkok lendületét, és a detektor többnyire hadronok záporát észleli, ún. hadrondzsetet (9. ábra). A hadrondzsetek keletkezésének valószínűségét az erős kölcsönhatás elméletével lehet megbecsülni, ami szerint az n-dzset hatáskeresztmetszetnek a perturbációszámításbeli közelítése az n-parton hatáskeresztmetszet, ahol egy parton egy dzsetnek felel meg (leading order, röviden LO közelítés, 1. ábra). A perturbációszámítás eredménye a sugárzási korrekciók figyelembevételével javítható. Az első korrekció (next-to-leading order, röviden NLO közelítés) vagy egy valódi, vagy egy virtuális részecske megjelenését veszi figyelembe. Az NLO korrekciók figyelembevétele nélkül most nem részletezett okok miatt nem lehet megbízható elméleti becslést adni a szóródási folyamatok valószínűségére. Sőt, vannak folyamatok nevezetes példa a Higgs-bozon keletkezése proton-proton ütközésben, amelyek esetén még a második (next-to-next-to-leading order, röviden NNLO) sugárzási korrekciókra is szükség van az értelmes becsléshez. A QCD elméletében egy nagyenergiájú proton-proton ütközést a következő módon értelmezünk (11. ábra). A felgyorsított protonok lényegében szabad kvarkok és gluonok (összefoglaló néven partonok) árama. A nagyenergiájú (kemény) ütközésben egy-egy parton vesz részt a két beérkező protonból. A kemény ütközésben keletkeznek új részecskék. Ezt a folyamatot az említett perturbációszámítás segítségével első elvekből tudjuk számítani, de a számítás részletei folyamatról folyamatra változnak. Az elmúlt évtizedben jelentős erőfeszítések folytak annak érdekében, hogy e számítások gondolkodás nélkül, számítógéppel elvégezhetők legyenek. E célkitűzés a kísérletileg érdekes folyamatok többségére meg is valósult a perturbációszámítás legalacsonyabb rendjében (LO pontosság), mire az LHC elindult. A kemény ütközésben keletkező töltött leptonok a részecskedetektorban is megjelennek. A bomlékony részecskék, például a tömeges kvarkok, bozonok szinte azonnal elbomlanak az első család tagjaiba. A keletkező partonok nagy valószínűséggel bomlanak egymással közel párhuzamosan futó partonokká, így belőlük partonok zápora alakul ki. A folyamat leírásához a perturbációszámítás az ún. kollineáris közelítésben alkalmazható, így a partonzápor keletkezése a keményszórási folyamattól független, és első elvekből számolható Markov-folyamatként. 46 MAGYAR ENERGETIKA 214/4

47 E-NERGIA.HU GEOTERMIA ATOM 11. ábra. Nagyenergiájú proton-proton ütközés vázlatos képe. Részletes magyarázat megtalálható a szövegben. A partonzápor végén még mindig partonok, azaz szabad kvarkok és gluonok vannak, amelyeket azonban a valóságban sohasem észlelünk. Helyettük a detektor hadronokat lát. A partonok hadronokká alakulása a hadronizáció, amely során nagy energiaátadás nem történik a részecskék között (lágy folyamat). Ezért első elvekből nem tudjuk hatását számítani, csupán modellezni tudjuk. A hadronizáció azonban független a keményszórási folyamattól, így valamely folyamatban a modell paramétereit illesztve, más folyamatban hatását előre lehet becsülni. A partonzápor kialakulását és a hadronizációt Monte Carlo programmal tudjuk modellezni. Az LEP gyorsító négy és a hamburgi HERA gyorsító két kísérlete főként a 2. század utolsó évtizedében gyűjtött adatot. Működésük eredményét röviden úgy foglalhatjuk össze, hogy nagy pontossággal sikerült ellenőrizni a standard modell mennyiségi jóslatait. Ugyanakkor nem sikerült kimutatni a modell által jósolt Higgs-bozon létezését. Az elméletben a Higgs-bozon annak a matematikai modellnek a melléketerméke, amely értelmezi, hogy miért nem tapasztaljuk az standard modell SU(2) izospin U(1) hipertöltés szimmetriáját a természetben. Ez a szimmetria ugyanis nem engedi, hogy az elemi részecskéknek tömege legyen, noha a tapasztalat szerint van nekik. Természetesen elfoglalhatnánk azt az álláspontot is, hogy a részecskéknek van tömegük, így a szimmetriákra alapuló elmélet nem lehet helyes azt csupán a lusta elméleti fizikusok találták ki, mert nem tudták megjegyezni a bonyolult egyenleteket. Ez az álláspont teljesen elfogadható, noha nem magyarázná meg azokat a kísérleti megfigyeléseket, hogy bizonyos, különböző részecskékkel lejátszódó folyamatok gyakorisága miért azonos. A szimmetrikus elméletben ez kézenfekvő, hiszen a részecskék egymásba forgatásával a szimmetrikus elmélet nem változik. Az igazi érv a szimmetrikus elmélet mellett a Higgs-bozon felfedezése. Részecskefizika az LHC korában Az LHC-ben (12. ábra) proton-proton ütközések történnek. Bekapcsolás után előbb 7, majd 8 TeV ütközési energián működött. 213-ban az LHC leállt karbantartás céljából, és várhatóan 215 elején fog újra ütközéseket szolgáltatni előbb 13, majd végül az eredetileg tervezett 14 TeV ütközési energián. Két általános célú nagy kísérlet észlelőberendezése, az ATLAS és CMS, továbbá két kisebb, az ALICE és az LHCb detektoraival történik a részecskeütközések végállapotainak megfigyelése. A cél az olyan különleges eseményekben keletkező összes részecske energiájának és lendületének megmérése, amelyekben nagy ütközési energia fordítódik új részecskék keltésére. Az ilyen eseményekben a detektor több tíz, de akár néhány száz részecskét is észlel, illetve az energiaés lendületmegmaradás felhasználásával képes a neutrínók alakjában távozó hiányzó (a detektor által nem észlelt) energiát és lendületet is mérni. A keresett kemény-szórási folyamatokban általában az esemény féltucatnál kevesebb standard modellbeli részecske keletkezésével indul, amelyek bomlás, partonzápor és hadronizáció útján az észlelt részecskékké alakul. Az LHC működésének első hónapjai a standard modell újra-felfedezésével teltek. Nagy pontossággal sikerült a LEP és HERA korszak eredményeit megismételni, és ezen keresztül a detektorok sajátosságait kiismerni. Ezután a kutatás fő célja új részecskék felfedezése lett, amihez a megismerést szolgáló eszközök pontosságának javítása elengedhetetlen. Ahogy bevezetőmben hangsúlyoztam, a részecsekfizikában ez nem csupán a mérőeszköz pontosságának fokozását igényli, hanem az elméleti leírásét is. Az LHC nagy felfedezése a Higgs-bozon kísérleti kimutatása (13. ábra). Annak megértésére, hogy vajon a standard modell Higgs-bozonját sikerült-e megtalálni, vagy más részecskét, pontos elméleti becslésekre van szükség az olyan folyamatok esetén, amelyekben Higgs-bozon is keletkezik. Például a Higgs-bozon és a t-kvark egymásra hatásának erősségét olyan végállapotokban lehet megmérni, amelyekben a Higgs-bozon és a t-kvarkpár egyszerre keletkezik. Az ilyen eseményeket statisztikusan lehet szétválogatni az olyanoktól, amelyekben a t-kvarkpár és a Higgs-bozon bomlástermékei a Higgsbozon megjelenése nélkül keletkeznek (ún. háttéresemények). Ehhez a szétválogatáshoz a háttéresemények pontos elméleti szimulációjára van szükség. Az LHC előtti időben az elméleti leírásban a kemény szórás és a partonzápor+hadronizáció leírása elkülönült, így abból vagy a sokrészecskés 12. ábra. A CERN jelenlegi gyorsító berendezéseinek vázlata. A protonokat előbb a PBS (proton booster) gyorsítja, és belövi a PS-be (proton szinkrotron). A PS-ben továbbgyorsított protonokat az SPS (szuper proton szinkrotron) gyorsítja 54 GeV energiára. Onnan kerülnek az LHC-be, amely a végső gyorsítást és a szembefutó nyalábok keresztezését végzi. LHC: Large Hadron Collider SPS: Super Proton Synchrotron AD: Antiproton Decelerator ISOLDE: Isolope Separator OnLine DEvice PSB: Proton Synchrotron Booster PS: Proton Synchrotron LINAC: LINear ACcelerator LEIR: Low Energy Ion Ring CNGS: Cern Neutrinos to Gran Sasso MAGYAR ENERGETIKA 214/4 47

48 ATOM E-NERGIA.HU 15. ábra. A CERN CMS kísérleti együttműködésének arcai 13. ábra. A CERN CMS detektorában észlelt két nagyenergiájú foton (zöld vonalak) a végállapotban nagy valószínűséggel a proton-proton ütközéskor keletkezett Higgs-részecskének a bomlásterméke. végállapotok hatásának, vagy a sugárzási korrekciók jelentős hatásának figyelembevétele hiányzott. Nyilvánvaló igényként merült fel a két leírásmód ötvözése. Jelenleg az ilyen NLO+SMC elméleti jóslatok jelentik az elméleti nagyenergiás részecskefizika egyik csúcsát. Segítségével megérthetjük az egyes részfolyamatok hatásának nagyságát, illetve olyan eseményeket tudunk szimulálni, amelyeken a kísérleti adatkiértékelés közvetlenül tanulmányozható. A másik terület, amelyen nagy erőfeszítések folynak, az NNLO korrekciók számításának elmélete. Sikerült megalkotni az ilyen számítások általános elméletét olyan folyamatokra, amelyekben nincsenek partonok a kezdeti állapotban (például elektron-pozitron ütközés). Jelenleg folyik az elmélet kiterjesztése proton-proton ütközésekre. A kutatási terület a sugárzási korrekciók számításának csúcsát jelenti, és forradalmi áttöréshez közelít. Ifjú vagy aggastyán a százesztendős részecskefizika? A részecskefizika standard modelljével tett elméleti jóslatok bámulatos egyezést mutatnak a kísérleti adatokkal, amiből könnyen arra a következtetésre juthatnánk, hogy a tudományág felderítése nagyrészt lezárult. Az LHC nagy 14. ábra. A Higgs-bozon önkölcsönhatásának futása, azaz függése az energiától. Nagy energián az önkölcsönhatás megszűnni látszik M h=125.5 GeV M t=173.3±.6 GeV s RGE skála GeV egységben M t=171.4 GeV felfedezése, a Higgs-bozon kísérleti kimutatása teljessé tette a standard modellt. Számos jel utal azonban arra, hogy még nem értük el a tudás végső határát e területen. Sőt, talán az is lehet, hogy a helyzet a bevezetőben említetthez hasonló: ahogyan Rutherford is hibásan alkalmazott elméletből származtatott képlettel kapott egyezést a mérési adatokkal, úgy a standard modell is gyanús. Az atommag felfedezése késztette Heisenberget, hogy azon törje a fejét, hogyan lehet stabil az atom. Ugyanis a klasszikus fizika szerint a másodperc törtrésze alatt az elektronnak bele kellene zuhannia az atommagba. Az ellentmondás feloldásához új fizikára volt szükség. A részecskefizikus közösségben elterjedt az a vélemény, hogy hasonlóan új fizikára van szükség néhány olyan kérdés megválaszolására, amelyet a standard modell keretein belül nem sikerült értelmezni. E kérdések egy része tapasztalati tényhez kapcsolódik: (i) Hogyan lehet értelmezni a neutrínók tömegét? (ii) Hogyan lehet értelmezni a barion-antibarion aszimmetriát?, (iii) Miből áll a sötét anyag? A kérdések másik része inkább elvi jellegű. Például a Higgs-bozon kölcsönhatásának erőssége önmagával a kölcsönhatási energia függvénye (14. ábra). Ez a függés elméletileg kiszámítható, aminek eredménye, hogy az önkölcsönhatás mintegy 1 1 GeV energián megszűnik, ami azért megrázó, mert az önkölcsönhatás nélkül nem lehetséges, hogy megjelenjen a Világegyetemet kitöltő Higgs-mező, ami az elemi részecskék tömegének forrása. E jóslat szerint a világegyetem metastabil állapotban van. Vajon tényleg így van-e, vagy új fizika stabilizálja a világegyetemet nagyobb energiákon? E kérdések megválaszolása részben a standard modell paramétereinek pontosabb megmérése, részben pedig új fizika felfedezésével lehetséges. Zárszó Nagyot ugrottunk az első részecskefizikai kísérlettől számítva. Kívülálló számára talán az a leginkább szembeötlő, hogy a részecskefizika adatgyűjtő eszközei rendkívül összetett berendezések, amelyek működtetése rendkívüli összefogást igényel. A CERN kísérletei például sok ezer kutató együttműködésében folynak (15. ábra). Az elefántcsonttorony magányos kutatójának eszméje átalakulóban van, az válik a kutatások hasznos tagjává, aki együttműködésre képes. 214 márciusában a CERN két nagy kísérlete a TeVatron két nagy kísérletével közös adatkiértékelés eredményét jelentette be, mely szerint a t-kvark tömegének minden eddiginél pontosabb értéke 173,34 ±,76 GeV/c 2. Az eredmény bejelentése kapcsán a CERN főigazgatója hangsúlyozta az összefogás szükségességét: Együttműködő versengésről szól a történet. A részecskefizika 1 esztendejének tudományos és társdalmi hatásait tekintve nem kétséges, hogy az összefogás más tudományterületeken is egyre fontosabb lesz. Ezt a felismerést tudományos minősítésünknek is tükrözni kell, ha szeretnénk, hogy magyar kutatók is részesei legyenek új, nagyszabású felfedezéseknek. 48 MAGYAR ENERGETIKA 214/4