Környezetállapot-értékelés II. (NGB_KM018_2) A) Földünk környezeti állapota (4. rész) A világ energiaellátása.

Átírás

1 A világ energiaellátása Környezetállapot-értékelés II. (NGB_KM018_2) 8,5 683 A) Földünk környezeti állapota (4. rész) 6,5 77% 81% % 47% 2014/2015-ös tanév II. félév 23% 19% 63% 53% Dr. Zseni Anikó egyetemi docens SZE, AHJK, Környezetmérnöki Tanszék fejlődő és átalakuló országok iparilag fejlett országok EJ: J Az egy főre jutó primer energiafelhasználás Műholdfelvételekből összerakott kép: a Föld éjszakai kivilágításban (a felvételek értelemszerűen nem egyidőben készültek!) Energiaforrások Az energia forrásai A, Nem megújuló energiaforrások: szén kőolaj földgáz atomenergia B, Megújuló energiaforrások: napenergia biomassza vízenergia geotermikus energia szélenergia gravitáció (ár-apály) Nap: fosszilis energiahordozók, biomassza, szél, beeső sugárzás Naprendszer keletkezését megelőző kozmikus evolúció folyamatai: nukleáris energia Föld magja: geotermikus energia Hold mozgása: árapály-energia 1

2 A világ energiafelhasználásának alakulása Energiafelhasználás az elmúlt 50 évben kétszer több energiát használtunk fel, mint civilizációnk történelmében összesen ~10 ezer Mtoe energiafelhasználás (2003) (Mega tonna olajegyenérték: 10 6 kg oe, 1 kg oe = 41,869 MJ) az energiafelhasználás jövőbeni alakulását meghatározza: a világ népességének változása a világ gazdasági és társadalmi (szociális) fejlődésének mértéke, iránya és szerkezete a fenntartható fejlődésre orientált technológia fejlődése és annak széles körű elterjesztése (European Energy Forum in Hetesi, 2009) A világ energiafelhasználásának struktúrája A világ jövőbeni energiaellátása 6% 2% 11% 24% 5% 2% 12% 23% 21% 24% 36% Összesen 448 EJ 34% Összesen 683 EJ szén olaj gáz atom víz megújulók Az egy főre jutó primer energiafelhasználás A világ energiafogyasztása 2030-ig régiók szerint Földünk állapota e-tankönyv,

3 Milliárd hordó olaj egyenérték/év A világ energiafogyasztásának alakulása az energiahordozók megoszlása szerint A világ jövőbeni energiaellátása: készletek Földünk állapota e-tankönyv, 2008 Kőolajkészletek a világban (2005) Földgáztartalékok a világban (2005) Olajtartalékok a világban 2005-ben (milliárd hordó) (Adat-forrás: BP Global Report 2005) Közel-Kelet; 733,9 Földgáztartalékok a világban 2005-ben (milliárd m 3 ) (Adat-forrás: BP Global Report 2005) Közel-Kelet; 72,83 Eurázsia; 64,02 Dél-Amerika; 101,2 Észak Amerika; Óceániai Ázsia; 61 41,1 Afrika; 112,2 Eurázsia; 139,2 Dél-Amerika; 7,10 Észak Amerika; 7,32 Afrika; 14,06 Óceániai Ázsia; 14, Domokos Endre - Pannon Domokos Endre - Pannon Széntartalékok a világban (2005) Várható energiaforrás megoszlás és hiány a 21. században Széngáztartalékok a világban 2005-ben (milliárd tonna) (Adat-forrás: BP Global Report 2005) Észak Amerika; 254,4 Eurázsia; 287,1 Óceániai Ázsia; 296, Várható energiaforrás megoszlás és hiány a 21. század folyamán (feltételezve: I. Nem sikerül új energiaforrást találni II re megáll az emberiség növekedése azaz állandó marad a lélekszám) Hiányzó energia Maghasadási és egyéb energia Földgáz Szén 150 Kőolaj Afrika; 50,3 0 Dél-Amerika; 19,9 Közel-Kelet; 0, Domokos Endre - Pannon (Forrás: Gerald L. Kulcinski, University of Wisconsin, USA) Magyar változat: Domokos Endre Pannon 3

4 A világ kőolajkitermelésének alakulása Új olajmezők felfedezése A kőolaj felhasználása közlekedés villamosenergia-termelés ( vízellátás, vízkezelés, hírközlés stb.) vegyipar (műanyaggyártás, gyógyszeripar stb.) mezőgazdaság (üzemanyag, műtrágyák, vegyszerek) stb. Az Egyesült Államok kőolajtermelése Hubbert előrejelzései (kék görbe) és a tényleges számítások (fekete pontok) alapján milliárd hordó/év egységben. (Végh-Szám-Hetesi, 2009) (EROEI) energy return on energy investment: egységnyi energia befektetésével mennyi egységnyi energiához jutunk kőolaj: 100:1-ről indultunk, ma: 10-7:1 az utolsó cseppig kitermelni nem lehet! elfogyott eddig: 1200 milliárd hordó biztos készletek: milliárd hordó (az exponenciális függvény szerinti idő: 11:59!) az olajra nem szabad a jövőt alapozni!? a közeljövőt sem vagy csak a távoli jövőt? Hetesi,

5 Függőségünk a fosszilis energiahordozóktól Az áramtermelés 65%-a Hetesi, 2009 Problémák és feladatok A világ jövőbeni energiaellátása: készletek egyrészt az energiaforrások előteremtéséről kell gondoskodni, gondolkodni másrészt az energetika közvetetett és közvetlen környezeti (a bioszféra terhelhetősége, az üvegházhatás felerősödése, globális felmelegedés, klímaváltozás), valamint társadalmi, szociális hatásaival is! az energiaellátás drága lesz! fenntartható energiaellátás, megújuló energiaforrások fokozott hasznosítása mindez elég lesz? Probléma: nemcsak az a fontos, hogy még mennyi van, hanem mennyi kitermelhető van! (ld. EROEI) Az energetika környezeti hatásai: bányászat Az energia szállításának környezeti kockázatai szén: bányák alatt megsüllyedő talaj (települések) meddők: erózió, tömegmozgás, öngyulladás, tájrombolás, élőhelyvesztés a szén osztályozása szennyvíz sújtólégveszély, zaj-, porszennyezés kőolaj, földgáz: nagy mennyiségű víz (jelentős sótartalmú) is felszínre jut talajra, vízbe kiömlő kőolaj szennyezése csővezetéken: csövek korróziója, repedése, törése földgáz: emberi és technológiai hibák esetén gázrobbanások veszélye járművekkel: tengerek olajszennyeződése, vasúti, közúti balesetek magasfeszültségű vezetékeken: biotópok elszigetelődése, táj értéke csökken, egészségügyi hatások? 5

6 Az energiatermelés környezeti hatásai A CO 2 emisszió alakulása szén: CO 2, SO 2 stb. szférák szennyezése (ld. korábban), globális hatások salakanyag energiaátalakításkor hőveszteség (vizek hőszennyezése) kőolaj, földgáz: ld. közlekedés, hőerőművek légszennyezése energiaátalakításkor hőveszteség (vizek hőszennyezése) A primer energia-hordozók felhasználásával okozott CO 2 kibocsátás a teljes életciklusra Atomenergia Tóth P., 2009 először a nem megújuló hagyományos energiaforrások helyettesítőjének vélték (holott az uránérckészletek nem megújulóak) II. világháború után rohamos fejlődés 1998: 30 országban 473 db atomerőmű, 46 épülőben környezeti problémák: kezdetben: a radioaktív anyagok tulajdonságainak (egészségügyi) hiányos ismerete: óvatlan alkalmazás folyamatosan szigorodó határértékek az erőművekből kikerülő használt fűtőelemek biztonságos elhelyezése: teljesen veszélytelen megoldás nincs (sokat a világtengerekben egyszerűen elsüllyesztettek ezt ma már nemzetközi megállapodás tiltja) az üzemelés biztonsága: nukleáris balesetek Forrás: Mindentudás e, Bencze Gyula (2003) Atomenergia aránya a villamosenergia-termelésben összkapacitás (MWatt) % Franciaország ,4 Litvánia ,7 Belgium ,8 Szlovákia ,4 Ukrajna ,3 Bulgária ,0 Magyarország ,2 Dél-Korea ,7 Svédország ,0 Svájc ,2 Japán ,8 Örményország ,0 Németország ,6 Finnország ,1 Spanyolország ,6 Tajvan ,6 Egyesült Királyság ,9 Csehország ,1 USA ,8 A radioaktív hulladékok elhelyezésének problémái az erőmű néhány évtizedig üzemel a használt radioaktív anyagok több százezer évig is sugároznak egy átlagos reaktorból évente 30 t kimerült fűtőelem kerül ki (150 m 3 közepes, 400 m 3 kis aktivitású hulladék) 2000-re közel 200 ezer tonna hulladék megsemmisítés: reprocesszálás (kimerült fűtőelemek újrahasznosítása) átmeneti megoldás: felszíni vagy felszín közeli átmeneti tárolók (kockázatosabb, de állapota folyamatosan nyomon követhető, szivárgáskor gyors beavatkozás) 6

7 A radioaktív hulladékok elhelyezésének problémái (folyt.) Nukleáris balesetek a legjobb megoldás olyan geológiai szerkezetekben való elhelyezés, amelyek: földtörténetileg is nyugodtnak tekinthetők (nincs földrengés, földmozgás) tömörek szivárgó vizek nem érhetik el (víz: tovább-szállíthatja a sugárzó anyagokat ill. a fűtőelemek még sokáig termelnek hőt gőzzé váló víz a felszín felé mozog) minden szempontból megfelelő hely kevés van, és ez is kockázatos: a földmozgást teljesen kizárni sehol sem lehet szóba jöhető kőzetek: gránit, agyag, kősó, vulkáni tufák több sokáig eltitkolt balesetre az áprilisi csernobili katasztrófa irányította rá a figyelmet a csernobili események azokat az országokat bizonytalanították el, ahol még nem voltak atomerőművek atomerőművel rendelkező országok száma nem nőtt (csak a Szovjetunió szétesése miatt statisztikailag) kevesebb reaktorral bíró országokra a szinten tartás jellemző néhány kitudódott, jelentősebb baleset: USA (1948, 1978, 1979), Nagy-Britannia (1952, 1953, 1985), Jugoszlávia (1958), Szovjetunió (1957, 1983, 1986), Kína (1966), Belgium (1978), Japán (2000) EU célkitűzések 2020-ra (Klíma csomag) Új EU célkitűzések 2030-ra 20%-kal csökkenti az ÜHG kibocsátását 20%-ra növeli a megújulók részarányát a teljes energiamixből a szénszegény energiára való áttérés meggyorsítása a bio-üzemanyagoknak külön célkitűzésként legalább 10%-os arányt el kell érniük 20%-kal csökkenti a teljes primer energiafogyasztást energiahatékonyság EU-n belüli kötelező 40% üvegházhatású gáz csökkentési cél (1990-es bázis) EU-szintű minimum 27%-os kötelező megújuló energia részarány, tagállami lebontás nélkül, a tagállamoknak rugalmasságot hagyva Indikatív, önkéntes 27%-os energiahatékonysági célszám Párizsi klímakonferencia (2015) után felülvizsgálat Svédország 49% 39,8% Lettország 42% 34,9% Finnország 38% 28,5% Ausztria 34% 23,3% Portugália 31% 20,5% A megújuló energiák tervezett részaránya 2020-ban az EU-ban Észtország Románia 17,8% A megújulók részaránya 30% az Dánia 17,0% energiafelhasználásból néhány 25% EU országban Szlovénia 25% 18,0% 24% 16,0% [%] Litvánia Franciaország Bulgária Spanyolország Lengyelország 23% 15,0% 23% 10,3% 16% 9,4% 20% 8,7% 15% 7,2% Ausztria Belgium Bulgária Ciprus Csehország Dánia Észtország Finnország Franciaország Németország Görögország Magyarország Írország Olaszország Lettország Litvánia Luxemburg Málta Hollandia Lengyelország Portugália Románia Szlovákia Szlovénia Spanyolország Svédország Nagy-Britannia 7

8 Villamosenergia-előrejelzések 2020-ra az EU-ban Végső energiafelhasználás szektorok szerint hazánkban EC, 2007 Megújuló energia-útiterv Végső energiafelhasználás szektoronként hazánkban között (forrás: KSH-STADAT) Primerenergia felhasználás hazánkban A megújuló energiaforrások részesedése a teljes energiafelhasználásból hazánkban Alapenergiahordozók termelése hőértékben hazánkban (forrás: KSH-STADAT) 8

9 Hazánkban a megújuló energiaforrásokból termelt energia hőértékben, energiaforrások szerint A bruttó villamosenergia-termelés megoszlása energiaforrások szerint hazánkban Megújuló energiaforrásokból megtermelt villamos energia részesedése hazánkban (forrás: KSH-STADAT) A megújuló energiaforrásokból származó villamos energia összetétele hazánkban, Biogén tüzelőanyagokkal biomassza (fa) erőműves eltüzelésével 1200 GWh mezőgazdasági maradékok eltüzelésével 1800 GWh biogáz hasznosításával 300 GWh Összesen a biogén tüzelőanyagokkal 3300 GWh (6,2%) 2. Vízerőművekkel meglévő vízerőművekkel 200 GWh új nagy vízerőművel (pl. Bős-Nagymaros) 1400 GWh Összesen a vízenergia hasznosításával 1600 GWh (3,0%) 3. Szélerőművekkel meglévő szélerőművekkel 100 GWh új szélerőművekkel között 500 GWh új szélerőművekkel között 900 GWh Szélerőművekkel összesen 1500 GWh (2,8%) 4. Hulladékhasznosítással meglévő hulladékégetőkkel 150 GWh új hulladékégetőkkel 150 GWh Termikus hulladékértékesítéssel összesen 300 GWh (0,6%) 5. Napenergiával napelemekkel 130 GWh termikus naperőművel 70 GWh Naperőművekkel összesen 200 GWh (0,4%) 6. Földhő-hasznosítással Organikus Rankine-körfolyamatokkal 80 GWh egyéb módon 20 GWh Geotermikus energiával összesen 100 GWh (0,2%) Barótfi,

10 Megújuló energiaforrások Napenergia használatuk indokai: üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentése, klímaváltozás megelőzése az importfüggőség csökkentése, helyi energiaforrások kihasználása munkahelyteremtés, vidék fejlesztése mezőgazdasági túltermelés levezetése (energiaerdő, energetikai növénytermesztés) innovatív, decentralizált energiatermelési technológiák elterjesztése A napenergia hasznosítása passzív (építészeti) eszközökkel települési szinten építményi szinten A napenergia hasznosítása aktív (épületgépészeti) eszközökkel napkollektoros berendezések fotovillamos hasznosítás Hőszivattyú fűtésre, hűtésre és használati melegvíz előállítására a hőszivattyú a működtetésére felhasznált energiát nem közvetlenül hővé alakítja, hanem a külső energia segítségével a hőt az alacsonyabb hőfokszintről egy magasabb hőfokszintre emeli, legtöbbször a föld, a levegő és a víz által eltárolt napkollektor napenergiát hasznosítva Hőszivattyúk talajkollektoros talajszondás A hőszivattyú működésének elve (hasonlít a hűtőgép működéséhez) talajvízkutas 10

11 Pécsi és Borsodi Hőerőmű Biomasssza Az E-termelés lehetőségei biomasszából A BIOMASSZA CSOPORTOSÍTÁSA keletkezési szint szerint átalakított energiahordozó fajtái végtermék szerint tárolhatósága szerint elsődleges (mezőés erdőgazd. hulladék, energia célnövény term.) másodlagos (állattenyésztés melléktermékei) harmadlagos (élelmiszeripar melléktermékei, emberi hulladék) MO mobil berend. üzemanyaga (repceolaj, alkohol) EL elektr. energia termelő aggregát üzemanyaga (biogáz, fagáz, gőz) HE hőenergia ellátóberend. üzemanyaga (szalma, fahulladék) alkohol biodízel biogáz depóniagáz fagáz biobrikett, tüzipellet tüzelőanyag jól tárolható (tüzifa, biobrikett, biodízel, alkohol) közepesen tárolható (szárított biomasszák, bálázott szalma) nehezen tárolható (biogáz, nedves biomassza, állati trágyák) Biogáz Biogáz: előnyök A biogáz előállításának alapanyagai: mezőgazdaságból származó másodlagos biomassza (elsősorban állati eredetű szerves trágya) mezőgazdasági melléktermékek élelmiszeripari melléktermékek biomassza céljára termelt növények kommunális hulladék szerves része települési szennyvíziszap szerves hulladékok ártalmatlanítása hulladéklerakók tehermentesítése káros emissziók csökkentési lehetősége környezetszennyezés csökkentése energiatermelés hulladékokból decentralizált energiatermelés, kapcsolt hő- és villamosenergia-termelés integrált hulladékgazdálkodás, anyag és energia körfolyamatok helyi, kistérségi zárása gazdasági, pénzügyi előnyök Biogáz termelése, hasznosítása Magyarországi biogáz, depóniagáz és szennyvízgáz erőművek,

12 Vízenergia Kiskörei vízerőmű néhány ország esetében jelentős tényező vízerőművek, ár-apály energia környezeti problémák gátak mögötti tó: megemeli a talajvízszintet gyorsan feltöltődik alatta a folyók kevesebb hordalékot szállítanak pusztuló deltatorkolatok értékes területek kerülnek víz alá, emberek áttelepítése folyók ökológiai értéke csökken magas építési költségek káros anyag kibocsátás nincs műszakilag hasznosítható készlet 11-20%-át hasznosítják Geotermikus energia Termálkutak Magyarországon geotermikus grádiens (Mo: 50 C/km) fűtés, mezőgazdaság, balneológia a hőpazarlás elkerülésére komplex hasznosítás kellene minél inkább: a még nem teljesen lehűlt vizeket is használni kellene! fűtőradiátorok használati melegvíz padlófűtés, strandfűtés energiatermelés: forró vízzel egy hőhordozó közeget elgőzöltetnek kitáguló gőz meghajt egy turbinát villamos energia termelés (kevés helyen) A geotermikus energia környezetvédelmi előnyei Szélenergia helyi viszonylatban egy adott fogyasztó igényét akár 100%- ban is kielégíti komplex hasznosításra, környezetbarát technológiák megvalósítására sokféle lehetőséget kínál CO 2 kibocsátás elhanyagolható használata nem tartalmaz semmilyen szállítási kockázatot a termálvíz üzemű erőmű nem zavarja a természetes tájképet, így a természetbe történő beavatkozás a lehető legkisebb mértékű az alacsonyabb hőmérsékletű termálvizek hasznosításánál mint hőforrás tág tere nyílik a hőszivattyúk alkalmazásának megelőző évszázadokban: igen sok szélmalom Mo. Alföld: : ~500 db Dánia 20. szd. eleje: 30 ezer db Németo. 1875: 30 ezer, 1933: 4500 db robbanómotorok elterjedése visszaszorította 1970-es évek olajválsága: kis teljesítményű szélturbinák üzembe állítása napjainkban: jelentős fejlődés technológia is gyorsan fejlődik lokális felhasználás (szélmotorok, kis teljesítmény) nagyteljesítményű szélerőművek (hálózatra csatlakoznak) 12

13 Szélenergia hasznosítás a világon és az EU-ban Szélenergia: előnyök A szélenergiára alapozott villamos energiatermelés tiszta technológia. Szinte nincs üvegházhatású gáz kibocsátás A legújabb kutatási eredmények szerint kontinentális feltételek mellett is gazdaságos lehet A szélerőművek működése nem akadályozza, hogy a felállítás helyén továbbra is mezőgazdasági tevékenységet folytassanak A teljes életciklus analízis alapján az offshore szélerőműveknél a szélerőmű teljes életciklusában felhasznált villamos energia a szélerőmű kilenc havi villamos energia termelésével, míg onshore szélerőműveknél 8 havi villamos energia termeléssel fedezhető GWEC, 2009 Szélenergia Európában szélgenerátorok telepítése: a szél intenzitása és megbízhatósága Nyugat-Európa tengerparti sávjában koncentrálódik terjeszkedés a selfekre és a szárazföld belsejébe is (tengeri szélfarmok: nagyobb szélerősség, de nagyobb a beruházás költsége is) lehetőségek: tengeri szélenergia-kapacitások kihasználása (egész Európa vill. E igényét fedezni lehetne velük elvileg) Szélenergiából történő villamosenergia-termelés részesedése az EU villamos energia felhasználásának százalékában: 2005-ben 2,8%, 2010-ben 5%, 2030-ban ~20% EROEI energy return on energy investment: egységnyi energia befektetésével mennyi egységnyi energiához jutunk kőolaj: 100:1-ről indultunk, ma: 10-7:1 bioetanol: 0,9-1,2 tűzifa: 30 (nincs elegendő, közlekedésre csak gázgenerátorral jó, de akkor sincs elég) szén: (hőerőművekre jó, közlekedésre nem) atomerőmű: 5-20 (közlekedésre nem jó) vízenergia: (közlekedésre nem jó, nálunk politikai problémás) szél: 4-10 (nincs elegendő berendezés és nem tárolható, közlekedésre nem jó, nagy kezdeti költség) nap: 1,5-5 (nincs elegendő berendezés és nem tárolható, közlekedésre nem jó, nagy kezdeti költség) Ötven éve még aligha volt olyan ember a világon, aki tudományos szempontokat mérlegelve arra a következtetésre jutott volna, hogy a rohamosan fejlődő emberiséget a végpusztulás veszélye fenyegeti. Gazdagodott, növekedett a világ, a tudomány haladása szédítő távlatokat vetített elénk. Bízhattunk abban, hogy az atommagfúziót szolgálatunkba állítva kimeríthetetlen erőforráshoz jut az ember, és már az 1970-es évekre elkészül az első ilyen erőmű. Hittük, meghódítjuk a világűrt, és gyarmatosíthatjuk a Naprendszert, valamennyi erő- és nyersanyagforrását a szolgálatunkba állíthatjuk. 13

14 Ám vagy negyven évvel ezelőtt különböző nemzetiségű értelmiségiek kis csoportja felismerte és meg is fogalmazta, hogy kimeríthetetlen erőforrás nélkül az emberiség egészét sújtó válság felé tartunk. Ahogy telt az idő, egyre érzékelhetőbbekké váltak az erőforrás- és a világméretű környezeti válság jelei. Az 1973-as olajválság után lecsökkent a gazdaság növekedésének üteme re lelassult a mezőgazdasági termelés több mint harminc éven át tartó igen gyors növekedése, és láthatóvá vált, hogy az iparszerű mezőgazdaság végzetesen károsítja a termőföldet és az édesvízkészletet. Tíz éve a világ kőolajkészleteit felmérő szakemberek egy csoportja a nyilvánosság elé tárta, hogy már egy ideje évente sokkal több kőolajat használunk fel, mint amennyi új készletet évente találunk. Most 2008-ra megugrottak a kőolaj, földgáz és az élelmiszerek árai, és egye hevesebb küzdelem folyik a bolygó még megmaradt erőforrásainak elosztásáért őszére az USA egyre mélyülő pénzügyi válsága az egész világra kiterjedő pénzügyi és gazdasági válságra vezetett....a Kárpát-medence népei a világ többi részéhez viszonyítva jobb jövőben reménykedhetnek. De a megmaradásra csak akkor lehet számottevő esélyünk, ha már most szembenézünk azzal, hogy ténylegesen milyen helyzetben vagyunk, mi várhat reánk, és felkészülünk a jövőre. Végh László Szám Dorottya Hetesi Zsolt: Utolsó kísérlet (Híradás a Föld állapotáról). Kairosz Kiadó