FENNTARTHATÓ FEJLŐDÉS ÉS ATOMENERGIA

Átírás

1 FENNTARTHATÓ FEJLŐDÉS ÉS ATOMENERGIA. előadás AZ ENERGETIKA ÁLTALÁNOS KÉRDÉSEI 0/0. tanév őszi félév (0. október.). Néhány alapfogalom TARTALOM. Az energiahordozók készletei és azok felhasználásának alakulása. Az energetika és a fenntartható fejlődés kapcsolata Főbb ellenőrző kérdések Dr. Csom Gyula professor emeritus Dr. Csom Gyula, BME NTI / Dr. Csom Gyula, BME NTI /. NÉHÁNY ALAPFOGALOM Az energiahordozók csoportosítása. Primer (elsődleges) energiahordozók A természetből kinyert energiahordozók (szén, kőolaj, földgáz, stb.). Szekunder (másodlagos) energiahordozók Átalakítás során nyert más energiafajták (kőolajtermékek, villamos energia, hidrogén, stb.) Az energiaforrások csoportosítása. Kimeríthető energiaforrások a) Megújuló energiaforrások: rövid idő alatt újratermelődnek (pl. fa) b) Nem megújuló energiaforrások: nem vagy csak évmilliók alatt termelődnek újra (pl. szén, szénhidrogének, urán). Nem kimeríthető energiaforrások: pl. napenergia, földhő (geotermikus energia) Energiaátalakító művek Erőművek Kőolajfinomítók Kokszolók Hidrogén előállítók stb. Energiafogyasztók Ipar, mezőgazdaság Háztartások Közlekedés. NÉHÁNY ALAPFOGALOM Primer energiahordozók a) Emberi erő (energia) Őskortól napjainkig (egyre csökkenő részarányban) b) Állati erő (energia) I.e. 00tól napjainkig (egyre csökkenő részarányban) c) Fa Őskortól napjainkig (változó részarányban) d) Szél Bizonyíték a felhasználásra: már az I.e.. évezredből (vitorlás hajó) Utána: változó részarányban Ma: fellendülőben e) Víz I.e. 000 körül: Duzzasztógátak Egyiptomban Utána: változó részarányban : első vízerőmű Ma: a potenciálnak kb. 0a kihasználva Dr. Csom Gyula, BME NTI / Dr. Csom Gyula, BME NTI /

2 . NÉHÁNY ALAPFOGALOM Primer energiahordozók (folyt..) f) Földgáz I.e. 00: KisÁzsiában már használták ( láthatatlan éghető levegő ) : Földgáz felhozatala 00 m mélyről Ma: Nagy jelentőségű g) Kőolaj : első petróleumdesztilláló építése : első olajkutató fúrások : Francia szabadalom négyütemű motorra Ma: Fontos energiahordozó (különösen a közlekedésben) h) Szén I.e 000 I. sz. : Csak faszén ben: Az angliai peterboroughi apátságot már külszíni fejtésből nyert szénnel fűtötték ban: Első földalatti szénbánya Ettől kezdve: nőtt a felhasználása Ma: csökkent részarány. NÉHÁNY ALAPFOGALOM Primer energiahordozók (folyt..) i)megújuló energiák: Közvetlen napenergia (napkollektor, napelem) Közvetett napenergia (szél, biomassza stb.) Földhő (geotermikus energia, pl. hőszivattyú stb.) j) Atomenergia Első atomreaktor (fissziós): () Első vill. en. termelő reaktor: () Első atomerőmű: (Szovjetunió) Ma: a villamosenergiatermelés ~a atomerőműben. Szekunder energiahordozók a) Villamos energia : első (egyenáramú) villanymotor (Jedlik Ányos) : Villanylámpák Berlin utcáin. sz. vége: A váltóáram kiszorítja az egyedáramot Ma: Relatív jelenősége nő b) Hidrogén : Első hidrogén hajtású robbanómotor Ma: nagy jövő előtt álló energiahordozónak tekintik Dr. Csom Gyula, BME NTI / Dr. Csom Gyula, BME NTI / FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA Ez határozza meg az ökológiai fenntarthatóságot az energiahordozókészletek (mint ismert természeti tőke) nagysága szempontjából A világ primerenergiafelhasználása a 0. sz.ban.. ábra. A világ primerenergiafelhasználása a 0. században Hatalmas növekedés: kb. hússzoros De: azon belül igen nagy régiónkénti egyenlőtlenség FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA Egyenlőtlenségek az egy főre jutó primerenergiafogyasztásban a 0. sz. végén Reláció Fajlagos értékek aránya ÉszakAmerika és Afrika között (00) : Magas és alacsony jövedelmű országok között (00) : és Kína között (00) : és India között (00) : ÉszakAmerikán belül Kanada és Mexikó között (00) : Eurázsián belül és Grúzia között (00) : Európán belül Izland és Albánia között (00) : KözépKeleten Katar és Jemen között : Közép és Dél Amerikán belül Trinidad & Tobago és Haiti között : (00) Afrikán belül Seychelle Szigetek és Csád között (00) 0: Földön Katar és Csád között (00) 00: / Földrészek, illetve országcsoportok átlagértékeinek aránya / A maximális és a minimális értékek aránya Dr. Csom Gyula, BME NTI / Dr. Csom Gyula, BME NTI /

3 FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA.. ábra. Összes energiafogyasztás.. ábra. A villamosenergiatermelés regionális megoszlása Dr. Csom Gyula, BME NTI / Dr. Csom Gyula, BME NTI / FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA.. ábra. A világ energiafelhasználásának megoszlása energiahordozónként.. A villamosenergiatermelés üzemanyag szerinti megoszlása Dr. Csom Gyula, BME NTI / Dr. Csom Gyula, BME NTI /

4 FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA A szénkészletek (R), kitermelések (P), valamint ezek arányának országok, illetve régiók szerinti megoszlása, 00 Top együttes készlete Egyéb országok készlete Ország, illetve régió Kína Ausztrália India Németország Ukrajna Kazahsztán DélAfrika Szerbia tonna tonna Készlet (R), tonna,,0,00,00 0,00 0,,,00 0,,0,00,,, 0, Termelés (P) tonna/év,0, 0,0,,, n.a,,,0 R/P, év 0 FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA A kőolajkészletek (R), kitermelések (P) és ezek arányainak országok, illetve régiók szerinti megoszlása, 00 A ország együttesen Egyéb országok Ország, illetve régió SzaúdArábia Kanada Irán Venezuela Egyesült Arab Emirátusok Nigéria Kína Mexikó Készlet (R) tonna (0,) 00 0 Termelés (P) tonna/év (,) R/P, év,, Dr. Csom Gyula, BME NTI / Dr. Csom Gyula, BME NTI / FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA A becsült olajkészletek régiónkénti megoszlása 00ben és 00ben FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA A földgázkészletek (R), kitermelések (P) és ezek arányának országok, illetve régiók szerinti megoszlása, 00 Régió hordó* 00 hordó* 00 Ország, illetve régió Készlet (R) Termelés (P) R/P, m m /év év KözelKelet ÉszakAmerika Közép és DélAmerika Afrika Eurázsia Ázsia és Óceánia Európa Megjegyzés: */ hordó (barrel) = kg,,00,,,000 0,0,0,,,0,,,,,0, 0,,,0,,00,,0,,,,,,,0 Irán Katar Türkmenisztán SzaúdArábia Egyesült Arab Emirátusok Nigéria,0,00,0,0,,,0,,0,,,,,,,,00,0,0,,0,0,,,,0,,,,0,,, Venezuela,,,0 0, Algéria,0,,0, A ország együttesen,, 0,, Egyéb országok 0,,,, 0, 0 Dr. Csom Gyula, BME NTI / Dr. Csom Gyula, BME NTI /

5 FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA Az uránkészletek (R), kitermelések (P) és ezek arányának országok, illetve régiók szerinti eloszlása*, 0 A ország együttesen Egyéb országok Ország, illetve régió Ausztrália Kazahsztán Kanada Niger Namíbia DélAfrika Brazília Kína tonna U Készlet (R) Megjegyzés: */A természetes urán 0,a U (hasadóképes),,a U (tenyészanyag); Az Uból a reaktorban plutóniumizotópok keletkeznek,0,,,,,,,,,,,0 Termelés (P) tonna U ,,,,,, 0, 0,,0, 0,,0 R/P, év 0 A becsült tóriumkészletek országok szerinti megoszlása,, 0 Ország, ill. régió India Brazília Ausztrália Egyiptom Törökország Venezuela Kanada tonna Th Készlet Megjegyzés: /A természetes tórium egyetlen izotópból Thből áll. /A Th nem hasadóképes izotóp, de a reaktorban neutronok befogását,,,,,,,,, követően hasadóképes U izotóppá alakul... Kína Norvégia Grönland Finnország Svédország Kazahsztán Egyéb országok Ország, ill. régió DélAfrika tonna Th Készlet,,,, 0, 0, 0,, Dr. Csom Gyula, BME NTI / Dr. Csom Gyula, BME NTI / FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA Energiahordozó készletek (műrevaló energiahordozóvagyon) rendelkezésre állása Energiahordozó Termelési csúcs ideje (peak of production) Készlet élettartama Kőolaj* 0000 év Földgáz* 00 év Szén* 000 év Urán Mai termikus reaktorokkal ~ év Tórium. generációs atomerőművekkel (zárt ü.a. ciklus). generációs atomerőművek (zárt ü.a. ciklus) *Forrás: Eckhard Rebhan: Challenges for Future Energy Usage Heraeus/Vortraege/AKE00F_E_Rebhan_challengesforFutureEnergy.pdf Néhány ezer év Néhány ezer év FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA Következtetés: A XX. sz. elején az összes felhasználható ismert eneriahordozókészlet kb. 00 évre lett volna elég a világ mai fogyasztása mellett. Mára ez az időtartam két nagyságrenddel megnőtt a nukleáris energia megismerésével és felhasználhatóvá tételével. Mindez a humán tőke (fizikusok, vegyészek, mérnökök stb. tudása és munkája) révén valósulhatott meg. Dr. Csom Gyula, BME NTI / Dr. Csom Gyula, BME NTI / 0

6 . AZ ENERGIAHORDOZÓK KÉSZLETEI ÉS AZOK FELHZASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA A világ primenergiafelhasználásának szektoronkénti megoszlása 000ben és 00ban Ipar Közlekedés és szállítás Háztartás és szolgáltatás Teljes* Szektor Nem energetikai felhasználás Végfelhasználás megoszlása* TWh 00 0 Megjegyzés */Az adatok végfelhasználást jelentenek. A teljes felhasználás pl. 00ban TWh **/Az olaj és földgáz együttes felhasználásának,a Forrás: IEA 0 000,,,, 00,,,0,**. AZ ENERGIAHORDOZÓK KÉSZLETEI ÉS AZOK FELHZASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA Következtetés: A fosszilis energiahordozók energetikai felhasználása során figyelemmel kell lenni arra, hogy azok egyben más iparágak (főleg kémiai ipar) nélkülözhetetlen alapanyagai is (ma még nem ismert, hogy meddig) Kockázatos a jövő szempontjából azok nagymértékű energetikai felhasználása, amelyre más források is rendelkezésre állnak. Dr. Csom Gyula, BME NTI / Dr. Csom Gyula, BME NTI / FELHASZNÁLÁSÁNAK ALAKULÁSA A felhasználás és a primerenergiaforrások nagysága jelentősen csökkent, régiónkénti eloszlása nagyon egyenlőtlen A 0. század öröksége: Műrevaló fosszilis energiahordozóvagyon jelentős mértékű csökkenése De: új energiaforrás nukleáris energia megjelenése Importfüggőség növekedése Ellátásbiztonság csökkenése A környezetszennyezés növekedése Feszültségek Nemzetközi konfliktusok. AZ ENERGETIKA ÉS A FENNTARTHATÓ FEJLŐDÉS KAPCSOLATA Szoros kétirányú kapcsolat van az energetika és a fenntartható fejlődés három dimenziója között:. Energetika és környezet Természeti erőforrásokat fogyaszt (ennek ellenére: ma az össz energia készletek nagysága nagyságrenddel nagyobb mint a 0. sz. elején) Szennyező anyagokat bocsát a környezetbe. Energetika és gazdaság Energiafelhasználás nélkül nincs termelés Ez költségeket igényel Árbevételt eredményez Technikai eszközöket igényel Elősegíti a technikai, gazdi fejlődést. Energetika és társadalom Munkahelyeket teremt Terheli a lakosság költségvetését Dr. Csom Gyula, BME NTI / Dr. Csom Gyula, BME NTI /

7 . AZ ENERGETIKA ÉS A FENNTARTHATÓ FEJLŐDÉS KAPCSOLATA Az energetika és a környezet kapcsolata: a) Fosszilis energetika környezeti kibocsátásai: pl. Atmoszféra kénszennyezése! Fosszilis anyagok égetése Széndioxid kibocsátása az atmoszférába Óceánok olajszennyezése Atmoszféra ólomszennyezése Részecskék kibocsátása az atmoszférába Nem metán jellegű szénhidrogének kibocsátása az atmoszférába Nitrogénlekötés nitrogénoxid és ammónium formájában! Fosszilis anyagok égetése Olajkitermelés, feldolgozás és szállítás Fosszilis anyagok és dúsítók égetése Fosszilis anyagok égetése 0 Fosszilis anyagok feldolgozása és égetése Fosszilis anyagok égetése. Higanykibocsátás az atmoszférába 0 Fosszilis anyagok égetése Metánkibocsátás az atmoszférába Fosszilis anyagok kitermelése és égetése Atmoszféra kadmiumszennyezése Fosszilis anyagok égetése Nitrogénes oxidok kibocsátása az atmoszférába Fosszilis anyagok égetése. AZ ENERGETIKA ÉS A FENNTARTHATÓ FEJLŐDÉS KAPCSOLATA Az energetika és a környezet kapcsolata (folyt..) A környezetszennyezés mértéke és formája függ: az energiahordozó formájától a fogyasztás mértékétől a termelés, szállítás, fogyasztás hatásfokától. A hatás lehet: helyi, regionális és globális Hatása az ökoszisztémára jelentős b) Atomenergetika radioaktív kibocsátásai Dr. Csom Gyula, BME NTI / Dr. Csom Gyula, BME NTI /. AZ ENERGETIKA ÉS A FENNTARTHATÓ FEJLŐDÉS KAPCSOLATA Az energetika és a gazdaság kétirányú kapcsolata Az energiahordozókhoz való hozzáférés lehetőségei és az energiafelhasználással kapcsolatos költségek alapvetően hatnak egy ország gazdaságára, az iparra, a mezőgazdaságra és a szállításra, azok költségére és a színvonalra. A gazdaság és az ipar műszaki színvonala és költségei alapvetően befolyásolják az energetika lehetőségeit. Az energetika és a társadalom kapcsolata Az energetika alapvető hatással van az emberek mindennapi életére (fűtés, világítás, kulturális lehetőségek stb.) és életszínvonalára (szerepe a háztartások költségvetésében, az emberek életszínvonalában). Bármilyen zavar az energiaellátásban azonnal társadalmi, politikai következményekkel jár. Főbb ellenőrző kérdések. Mik a primer energiahordozók?. Mik a szekunder energiahordozók?. Fontosabb energiaátalakító művek. Energiafogyasztók szektorai. Energiaátalakítási hatásfok. Energiahatékonyság és energiaigényesség. Az energetika és a környezet kapcsolatának jellege. A főbb kereskedelmi energiarendszerek hozzájárulása környezet szennyezéshez. Az emberi és az állati erő (energia) felhasználásának alakulása a történelem folyamán. A fa, a szél és a vízenergia felhasználásának alakulása a történelem folyamán. A fosszilis energiahordozók (szén, kőolaj, földgáz) felhasználásnak alakulása a történelem folyamán. A nap és az atomenergia alkalmazásának alakulása. A villamos energia felhasználás alakulása a történelem folyamán. A primerenergiafelhasználás alakulása a 0. században. Az összes energiafogyasztás regionális megoszlásának alakulása a 0. század utolsó negyedében. A villamosenergiatermelés regionális megoszlásának alakulása a 0. század utolsó negyedében. A világ energiafelhasználásának primerenergiahordozók szerinti megoszlása a 0. század utolsó szakaszában. A világ villamosenergiatermelésének üzemanyag szerinti megoszlása a 0. század utolsó szakaszában Dr. Csom Gyula, BME NTI / Dr. Csom Gyula, BME NTI /

8 . A világ műrevaló szénvagyonának régiónkénti megoszlása 0. A világ műrevaló kőolajvagyonának régiónkénti megoszlása. A világ műrevaló földgázvagyonának régiónkénti megoszlása. A világ műrevaló uránvagyonának régiónkénti megoszlása. A világ műrevaló tóriumvagyonának régiónkénti megoszlása. A primerenergiahordozók forrásainak egyenlőtlen regionális megoszlásából adódó főbb feszültségek Dr. Csom Gyula, BME NTI /