Keressük a választ, hogy értjük-e a világot? Hiszen benne élünk, vagy titokzatos marad számunkra. Szent-Györgyi Albert

Átírás

1 Keressük a választ, hogy értjük-e a világot? Hiszen benne élünk, vagy titokzatos marad számunkra. Szent-Györgyi Albert Készítette: Remzsı Andrea Dorina 9.c osztály Bethlen Gábor Református Gimnázium Felkészítı tanár: Bereczné Szép Ilona Tünde

2 A NÉGY Fİ ELEM, MINT ALTERNATÍV ENERGIAFORRÁS Az emberiségnek szüksége van energiára a létfenntartáshoz, aminek biztosítása az energiafejlesztés feladata. Mivel a pályamunka címében szerepel, nézzük meg, mi is az az energiaforrás! Energiaforrásnak a természet egy olyan anyagi rendszerét tekintjük, melybıl hasznosítható energia nyerhetı az adott körülményekhez képest gazdaságosan. Az energiaforrásoknak 2 fı csoportja van. A megújuló és a nem megújuló energiaforrások. Megújuló energiaforrásoknak azokat az anyagi rendszereket tekintjük, melyek a környezet változásai során folyamatosan rendelkezésre állnak vagy újratermelıdnek. Így tehát megújuló energiaforrásnak tekinthetjük a napenergiát, a szélenergiát, a vízenergiát, a geotermikus energiát, valamint a biomasszából nyerhetı energiát. Ezzel szemben a nem megújuló energiaforrások nem képesek újratermelıdni, így ezek elıbb vagy utóbb, de véglegesen elfogynak. Ennek alapján egyáltalán nem lehetünk benne biztosak, hogy az utánunk következı generációk egyáltalán ismerni fogják-e a kıolajat, a földgázt, a kıszenet (mint fosszilis tüzelıanyagokat). Az urán, az atomenergia energiahordozó anyaga szintén nem megújuló energiaforrás, de ennek ellenére hosszú idıre képes lenne ellátni az emberiséget. Azonban, tekintve az április 26-án történt csernobili, valamint a április 11-én bekövetkezett fukushimai atomrobbanást, melyek emberek millióinak követelték és tették tönkre életét, érthetı okokból ennek társadalmi elfogadottsága meglehetısen alacsony. Ezen felül a nem megújuló energiaforrások használata egyéb problémákat is felvet. Ezeknek az energiahordozóknak, mivel csak korlátozott mennyiségben találhatók meg a földfelszínen- vagy az alatt, egyre költségesebb a kitermelésük és felhasználásuk is egyre távolabb kerül a környezetkímélı módszerektıl, egyre nagyobb mértékben károsítja a természetet. Mindezeket összevetve a nem megújuló energiaforrások már nem sokáig lesznek képesek ellátni az egyre növekvı népesség, valamint a rohamos mértékben fejlıdı gazdasági és társadalmi fejlıdés teljes körő igényeit. MEGDÖBBENTİ ADATOK!! Egyes becslések szerint: kıszén: évente kb. 5 milliárd tonnát (!) bányásznak ki világszerte 170 évre elegendı kıolaj: 2,5 milliárd tonnát (!) égetnek el évente a világon évre elegendı

3 földgáz: csak Magyarország 15 millió m 3 -t fogyaszt évente (!) évre elegendı Ezekbıl az adatokból láthatjuk, hogy mivel az ember továbbra is ekkora mértékben és gyors ütemben használja fel a nem megújuló energiahordozókat, ezek földi készleteinek kimerülése, elérhetı közelségbe került. Ekkor felmerülhet és fel is merül a kérdés, hogy vajon: A válasz egyszerő. Természetesen van! Méghozzá a megoldás, az alternatív energiaforrásokban, azaz a megújuló energiahordozókban rejtızik. Az alternatív energiaforrások jelentısége, hogy használatuk összhangban áll a fenntartható fejlıdés alapelveivel és nem okoznak kárt a természetben. És most nézzük, hogy hogyan lehet a négy fıelemet, azaz a tüzet, vizet, levegıt és földet, energianyerés céljából hasznosítani. Elıször is, nézzük meg azt, hogy mi is az a tőz! A tőz egy olyan kémia jelenség, melyben az éghetı anyag oxidációja fény- és hıhatással jár. Közvetlen eredménye az égés, a szerves anyagokat irreverzibilis (visszafordíthatatlan) folyamattal elbomlasztja. Önfenntartó folyamat. Feltételei: éghetı anyag, gyulladási hımérséklet, valamint az égést tápláló közeg. Mivel a Nap, egy izzó gázgömb, ezért az általa kifejtett hı- és fényenergiát tekinthetjük a tőz és gáz kölcsönhatásából kinyerhetı tiszta energiának, azaz alternatív energiának. Napunk a földi élet legfıbb energiaforrása. A fosszilis forrásokkal ellentétben hosszú távon jelenthet megoldást a lakosság energiaigényeinek kielégítésére, mivel szinte kimeríthetetlen energiaforrásként értelmezhetı. Ezt az a tény támasztja alá, hogy bár több milliárd éve van mőködésben, hatalmas tömegének még mindig több mint 70%-át hidrogén üzemanyag alkotja. Az Napból érkezı nagymértékő energia hasznosításának két fı módja ismert. Az egyik, hogy a napenergiát hıenergiává alakítják. Ez a folyamat úgy történik, hogy az épületeken déli irányba nagy üvegfelületeket helyeznek, amiket éjszakára hıszigetelı táblákkal lefednek. Az üvegezésen keresztül a fény vastag, nagy hıtároló képességő

4 padlóra és falakra esik, melyek szintén hıszigeteltek, így hosszú idın keresztül képesek tárolni az elnyelt hıt. A napenergia győjtése, tárolása és átalakítása fıként napkollektorokkal történik. Ebben a szerkezetben egy hıcserélı folyadék veszi át a nap energiáját. Ezt a folyadékot egy szivattyú egy tartályba keringeti, ahol átadja energiáját a főtési rendszerben lévı víznek. Mivel hazánk a mérsékelt övezetben fekszik, télen nem olyanok az idıjárási viszonyok (a nap kevesebb óra számban és kisebb energiával süt), hogy az egész főtési rendszert a napkollektorok lássák el, de bizonyos főtési feladatokat teljesítménytıl függıen gazdaságosan, környezetkímélı módszerekkel el tud látni. A másik módszer pedig a napelemek használata. Ezek alkalmazása elektromos áram fejlesztését biztosítja környezetbarát módon, saját felhasználásra vagy hálózatra táplálásra. Saját felhasználásra olyan energiát nyerünk, amit akkumlátorban lehet tárolni és ezekkel elektromos rendszereinket tudjuk üzemeltetni. Viszont csakúgy, mint a napkollektoroknál, ezt sem túl ésszerő teljes értékő főtésre használni az idıjárási viszonyok miatt, inkább csak rásegítésre alkalmazzuk! De nem csak így használhatjuk ki a tőz adta lehetıségeket tiszta energia fejlesztésére! Létezik egy anyag, az úgy nevezett biomassza. Ez egy biológiai eredető szervesanyagtömeg. Vízben és szárazföldön található szervezetek testtömege. Ipari feldolgozások összes biológiai szerves hulladéka, mellékterméke. Az emberek testtömegét nem szokás a biomassza fogalmába érteni. A növényi biomassza a fitomassza, az állati pedig a zoomassza. Biomassza 5 nemzetgazdasági ágazatból származhat: növénytermesztés, állattenyésztés, élelmiszeripar, kommunális- és ipari hulladékok. A biomassza megújulása a fotoszintézisnek köszönhetı, mivel a fotoszintézis során átalakított fényenergia adja az energiát az egész világ energiaigényes folyamataihoz. De hogy is jön ide a tőz?! A biomassza nagy elınye, hogy a fosszilis tüzelıanyagok helyett felhasználható. Így ezeknek a nem megújuló energiaforrásoknak a tüzelése, nem fogja a levegı szennyezettségét, CO 2 tartalmát növelni (aminek, mint mindannyian tudjuk, következményei lehetnek a globális felmelegedés vagy az üvegházhatás). A biomasszát szilárd állapotában közvetlenül felhasználhatják tüzelésre. Közvetve, kémiai átalakítás (cseppfolyósítás, szublimálás [=elgázosítás]) után folyékony üzemanyagként, vagy éghetı gázként használható. Gépjármő üzemanyag biomasszából való gyártásánál szükségesek: benzin: magas cukor (cukorrépa, cukornád), magas cellulóz (szalma, fa, nád, energiafő) vagy magas keményítı (burgonya, kukorica, búza) tartalmú növények, amikbıl etanol nyerhetı (bioetanol) diesel: olaj tartalmő növények, melybıl az olaj kkisajtolható (repce, oliva, napraforgó) (biodiesel)

5 Így tudjuk tehát a tüzet, mint alternatív energiaforrást felhasználni! A víz jelen van a mindennapjainkban. Az életünk része. Hidrogén és oxigén vegyülete. Képlete: H 2 O. Színtelen, szagtalan, íztelen folyadék. Ez az egyetlen olyan anyag a Földön, amely mind a három halmazállapotban létezik. A Föld felületén megtalálható egyik leggyakoribb anyag. A Földfelszín mintegy 71%-át víz borítja. Ennek kb. 2,5%- a édes- a többi sósvíz. Biológiai szempontból nélkülözhetetlen. Életfeltétel. A sejtek és testnedvek legnagyobb részét is víz alkotja. A tudomány jelenlegi állása szerint a szervezet nem képes 2-3 napnál tovább nélkülözni. A vízenergiát az ember már évezredek óta használja. Ez az egyik legfontosabb alternatív energiaforrás. A vízerımővek segítségével elektromos áramot fejlesztenek. A vízenergia felhasználásakor egy folyó gravitációs esését egy helyre koncentrálják duzzasztógáttal vagy malomárokkal. Ezen a helyen a turbina vagy vízkerék segítségével (manapság már) generátort, vagy régebben malmot, szövıgépet hajtanak meg, hogy elektromos áramot fejlesszenek. A fentiek alapján tehát nagyban függ a természetföldrajzi helyzettıl, hogy érdemes-e egy folyó partjára vízerımővet építeni. Például a Skandináv félsziget, illetve az Alpok, ahol nagy esésmagasságok vannak rendkívül alkalmas erre a célra. Ha egyenletessé tudjuk tenni a vízhozamot, miközben egy völgyelzárógát segítségével megnöveljük a szintkülönbséget, akkor azzal növelni tudjuk, a felszíni adottságokhoz mérten, az energia hatékonyságot. A vízenergia nagysága szorosan összefügg a folyók vízjárásával és a csapadékhullás szakaszosságával is. Minél egyenletesebb a folyók vízjárása, és a csapadékhullás annál ideálisabb a környék a vízerımő-építés szempontjából. Magyarországon sajnos, mivel szinte az összes folyó alföldi területre fut ki, nem lenne túl gazdaságos és kifizetıdı vállalkozás vízerımővet építeni, mivel a folyók esése, ennek köszönhetıen igen alacsony. Viszont annak ellenére, hogy energiatermelés tekintetében a legtöbb vízierımővel rendelkezı országnak elınyös, és meghatározó szerepet tölt be mind gazdasági, mind társadalmi, mind más nézıpont, ökológiai szempontból, különösen hosszú távon, meglehetısen negatív hatásai vannak. Fajok fennmaradása kerülhet veszélybe, ha például nem megfelelı az erımő kiépítése és a halak nem tudnak eljutni a felsı szakaszokra, hogy ott letegyék az ikráikat. A lelassult folyón nagymértékben

6 elszaporodhatnak a lebegı vízinövények, akadályozva a vízáramlást, növelve az eutrofizmus lehetıségét. De mindezek ellenére nem termel szemetet és légszennyeket. Gyors és megbízható, mert akármikor, azonnal a maximális teljesítményre tud állni, ezért tehát tökéletes alaperımőnek és csúcserımőnek is. Így tudjuk tehát a vizet, mint alternatív energiaforrást felhasználni! A Föld belsı energiáját idegen szóval geotermikus energiának nevezzük. A geotermikus, görög, szó jelentése: földi hı. A geotermikus energia a Föld kızetlemezeinek természetes mozgásai során felszabaduló erıforrás. A többi alternatív energiaforráshoz hasonlóan ez is tiszta, kimeríthetetlen, szabadon hozzáférhetı és szinte mindenütt rendelkezésre álló, környezetkímélı energiaforrás. A napenergiával ellentétben ez nem szakaszosan érkezik, hanem folytonos. A legolcsóbb és leggazdaságosabban kitermelhetı energiaforrások egyike. A levegıt nem szennyezi. A Föld hıjének energiáját két féleképpen hasznosíthatják. A közismertebb hasznosítási forma, amikor ezt az energiát főtésre, illetve meleg víz elıállítására használják. Kevésbé elterjedtebb alkalmazási forma, hogy a 100 C feletti víz, illetve gız energiáját elektromos árammá alakítsák. A legáltalánosabb rendszerekben a termálkutakból érkezı vizet gáztalanítják, ülepítik, sótartalmát részben eltávolítják, majd arra a helyre szivattyúzzák, ahol felhasználásra kerül. A lehőtött vizet elvezetik valamilyen vízáramba, vízgyőjtıbe. Ennek az eljárásnak elınyei, hogy egyszerő, megbízható, kis beruházással létesíthetı, majd olcsón fenntartható. Hátránya azonban, hogy ha nincs megfelelı vízutánpótlás, akkor a rétegenergia csökkenése következtében egy idı után kevesebb vizet adnak. A hıszivattyú kitőnı lehetıséget nyújt házaink, lakásaink főtésére. A hıszivattyú alapelve megegyezik a hőtıszekrényével, csak éppen ellenkezı hasznosítással. A hıszivattyú olyan berendezés, mely az alacsonyabb hımérséklető környezettıl hıt von el és magasabb hımérséklető helyre szállítja. Csak míg a hőtıgépnél a hideg oldalon elvont, addig itt a meleg oldalon leadott hıt hasznosítják. A hıszivattyúk fordított üzemmódban is használhatóak, ilyenkor a melegebb hely hőtésére alkalmasak.

7 A földbe elhelyezett hıszondák egy állandó hımérsékletet tudnak a felszínre hozni, amibıl hıszivattyú segítségével meleg vizet tudunk készíteni. A szondák összegyőjtik a föld hıjét, majd ezt a hıt szigetelt csıvezetékekkel a hıszivattyúhoz szállítják. A szerkezet C-os vízbıl C-os vizet képes elıállítani. Hazánk területén a földkéreg jelentısen vékonyabb, mint más helyeken, így Magyarország geotermikus adottságai igen kedvezıek. A Kárpát-medencében legnagyobb mennyiségben a Duna-Tisza közén és a Nagyalföldön vannak jelen jelentısebb hévizek. Városunk aközé a kilenc város közé tartozik (Csongrád, Hódmezıvásárhely, Kapuvár, Makó, Nagyatád, Szeged, Szentes, Szigetvár, Vasvár), ahol a távfőtés egy részét, ilyen módon oldják meg. A geotermikus energia által kínált lehetıségeink nagy része még kiaknázatlan. Így tudjuk tehát a földet, mint alternatív energiaforrást felhasználni! Mielıtt ezt kifejteném bıvebben, nézzük csak, mi az a levegı?! A levegı a Földet körülvevı gázok elegye. Ennek a keveréknek 78%-a nitrogén, 21%- a oxigén és a maradék 1%-ot pedig egyéb anyagok, mint például vízgız, por, széndioxid és nemesgázok alkotják. Színtelen, szagtalan. Sajnos ez azonban kezd megváltozni a nagymértékő levegıszennyezés miatt. A levegıt szélenergia formájában tudjuk energiaforrásként hasznosítani. De vajon tudjuk-e egyáltalán, hogy mi is az a szél? A szél a földfelszínnel közel párhuzamosan mozgó légtömeg áramlása, melyet a nyomáskülönbségek hoztak létre. A szélenergia környezetvédelmi- és költségelınyei miatt rohamos ütemben terjeszkedik a világ minden táján, különös képpen értve ezt Európára. Ez az energia napjaink egyik legnagyobb mértékben fejlıdı megújuló energiaforrást alkalmazó technológiája. Napjainkban a szélenergia kitermelése a szélturbina lapátjainak forgási energiájának elektromos árammá való átalakításával történik. A szélturbina elvének megértése meglehetısen egyszerő. A lényeg, hogy a mozgó légtömegbıl forgási energiát nyerjünk, majd ezt generátor segítségével elektromos árammá alakítsuk. Környezetbarát és alkalmas hálózatba integrálható elektromos áram fejlesztésére. A szélturbinákat magas mőszaki színvonal és megbízható mőködés jellemzi. A probléma viszont az, hogy a sok elıny és a rohamos fejlıdés, illetve terjeszkedés ellenére sincs garantálva a szélenergia jövıje.

8 Bár már több mint 50 ország rendelkezik szélerımővekkel, a fejlesztéseket mindössze három országnak, Németországnak, Spanyolországnak és Dániának köszönhetjük. Magyarországon van igény a szélerımővek létesítése iránt. Azok létrehozásakor, csak annyi a feltétel, hogy se a lakók, se a civil szervezetek, se az államigazgatási szervek ne találhassanak benne kivetni valót. Így tudjuk tehát a levegıt, mint alternatív energiaforrást felhasználni! Az energiatermelés korszerősítése olyan megoldást igényel, amely hosszú távon biztosítja és kielégíti a társadalom energiaigényeit, miközben óvja és megırzi a tájat és a környezetet. Véleményem szerint a társadalomnak elsısorban tiszta környezetre lenne szüksége, hogy onnan tiszta energiákat tudjon természetbarát módon kinyerni! Szerintem a legfontosabb az lenne, hogy a felnövekvı generációkkal megértessük, hogy saját magukat és gyerekeiket fosztják meg attól, hogy élvezhessék az életet, egy szép, igényes és tiszta világban! Minél hamarabb elterjed az alternatív energiaforrások teljes körő használata a világon, annál nagyobb eséllyel menthetjük meg a Föld készleteit. Szerintem ez az idézet magába foglalja annak a lényegét, hogy miért is van szükség arra, hogy óvjuk és védjük környezetünket: A Földet nem apáinktól örököltük, hanem unokáinktól kaptuk kölcsön.

9

10