Környezeti fizika II. éves Környezettudományi szakos hallgatók (a és b előadások) számára (A nem megújítható, a kimeríthetetlen, a megújítható és a megújuló energiaforrásoknak, a hulladékok felhasználásának, valamint az energiatakarékosságnak a fizikája, társadalmi hatása) A 2013/2014 tanév I. félévi Előadásvázlatok és előadás anyagok Időpont 1.a 09.03 1.b 09.05 2.a 09.10 2.a 09.12 Előadás címek és vázlatpontjai Alapismeretek fizikából, technikából. Energia, teljesítmény, hatásfok. Nagyságrendek. Prefixumok Hőenergia előállítása Elektromos energia előállítása generátorok, Feszültség átalakítók: transzformátorok. Szállítás csőhálózaton, szivattyúk. Szállítás járművekkel. Közúti, vízi, vasúti, légi járművek Bevezetés a környezetfizikába: Természeti, épített és társadalmi környezet. Nyersanyag kitermelés, termék előállítás, hulladék Gaia-elmélet, Ökológiai lábnyom. Globalitás. Fenntartható fejlődés Fenntarthatóság az egyén, az országos, a világ szintjén. Energetikai berendezések: Tüzelőberendezések Gőzfejlesztők, Gőzgép. Robbanómotor, Turbina. Generátor. Egyenáramú elektromos energiaforrások. Elem, akkumulátor. Villanymotor. Az energiafelhasználás és az emberi civilizáció kapcsolata. Energiafelhasználás eloszlása a Föld országai között. Az ember napi, éves tevékenységeinek energia igénye. Gépesítés hatása az energiafogyasztásra. Energiapolitika 1970-2000 között. 2010- től a világon, hazánkban. Energiagazdálkodás. Energiamix Jelenlegi, jövőbeli energiaforrásaink. Előadás anyag az Interneten: http://drnemetbela.hu 1.2. Fizikai mennyiségek, prefixumok. 4.1. Tüzelőberendezések. Gőzfejlesztő berendezések. Kazán, atomreaktor. 5.1. Váltakozó elektromos energia előállító, átalakító berendezések: Generátor, transzformátor. 1.4. Hatásunk a környezetünkre: Gaia-elmélet, ökológiai lábnyom, globalitás. 1.5. Fenntartható fejlődés, fenntarthatóság fogalma. II/1.2. Eddigi energiaforrásaink felhasználásának (fosszilis: szén, kőolaj, földgáz) véges volta, használatának nem fenntarthatósága. II/1.1. Mi és kinek az érdekében fenntartható? II/2.1. Globalizáció. II/2.2. Centralizált, termelői fogyasztói rendszerek fenntarthatóság kérdésük 2.2. Jelenlegi energiaforrásaink (fosszilis, nukleáris) és az őket felhasználó gépek története. 4.1. Tüzelőberendezések. Gőzfejlesztő berendezések. Kazán, atomreaktor. 4.2. Hőerőgépek: Gőzgép, robbanómotor, turbina. 5.1. Váltakozó elektromos energia előállító, átalakító berendezések: Generátor 5.2. Egyenáramú elektromos energiaforrások. Elem, akkumulátor. 5.3. Villanymotor. 2.1. Az emberi civilizáció és az energiafelhasználás kapcsolata. 1.3. Munkavégző képességünk, energiafogyasztásunk. 3.1. Az emberi tevékenységek és azok energiában mérve. 3.2. Az elérhető energiaforrások megoszlása, felhasználásuk szerkezete II/2.5. Nemzetközi konferenciák, egyezmények energetikai, fenntarthatóság kérdésekben. Társadalmi és egyéni szemléletváltás. 1
3.a 09.17 3.b 09.19 4.a 09.24 4.b 09.26 5 10.01 Széntermelés, felhasználás fizikája, Szén keletkezése. (növényekből szárazföldön) Bányászat, szénfajták. A szén szállítása. A szén felhasználás eloszlása a Föld országai között (USA, Kína) Tüzeléstechnika. (CO2, SO2, salak kibocsátás) Felhasználásuk területei. Erőművek Szénre alapozódó elektromos energiatermelés és környezeti hatásai Környezet, fizika, energetika. Brundtland-jelentés. 1987 Fenntartható fejlődés, vagy csak fenntarthatóság. Fejlődés (mennyiség, minőség). Konferenciák. Rio de Janeiro, 1992 Kyotói egyezmény, 1997 Johannesburg, 2002 Koppenhága. 2009. Klima, energia konferencia Kőolajtermelés, felhasználás fizikája, Kőolaj keletkezése. (tengeri egyszerű állatokból) Kőolaj kitermelés. (szárazföldi, mélytengeri kutak, olajpala) Kőolaj kitermelés eloszlása a Földön. Kőolajszállítás: csővezeték, hajó Feldolgozás termékei, frakciói Felhasználási területei: Közlekedés, vegyipar, útépítés Környezeti hatásaik. Fogyasztói társadalom és világképe Globalizáció, egyes területei Centralizált, termelői rendszerek. Makroerőművek. (hőerőművek, vízierőművek, atomerőművek) Termékek távoli szállítása. A termelés energetikai hatásfoka. Hulladéktermelés üteme. Fogyassz egyre gyorsabban, használj hiteleket. A jövő felélése. Földgáztermelés felhasználás fizikája, Földgáz kitermelés. Földgáz felhasználási területei. (egyéni fűtés, erőműi elektromos 7.1. Szénfajták. Felhasználásuk területei.7.2. Szénbányászat, szénszállítás 7.3. Tüzeléstechnika alapvető ismeretei. A szenek összetevői, égéstermékeik 7.4. Szénre alapozódó elektromos energiatermelés. 7.5. Szénbányászat és a rá épülő erőművek hulladékai, környezeti hatásaik. 1.1. Környezet, fizika, energetika. II/1.1. Mi és kinek az érdekében fenntartható? 8.1. Kőolaj fajták. Kőolaj kitermelés. 8.2. Kőolajszállítás. 8.3. Kőolajfinomítás. Feldolgozás termékei. 8.4. Közlekedés. 8.5. A kőolaj kitermelés és feldolgozás környezeti hatásai. II/2.1. Globalizáció. II/2.2. Centralizált, termelői fogyasztói rendszerek fenntarthatóság kérdésük II/2.3. Utóbbi 20 év tapasztalatai az energetikai hatásfok kérdésében. II/2.4. Makro-, kis- és mikroerőművek. Energetikai hatásfokuk. II/2.5. Gondolkodj globálisan, cselekedj lokálisan. Nemzetközi konferenciák, egyezmények energetikai, fenntarthatóság kérdésekben. Társadalmi és egyéni szemléletváltás. 9.1. Földgáz kitermelés. Földgáz összetevői. 9.2. Földgázszállítás, tárolás. 9.3. Földgáz feldolgozás termékei, felhasználásuk. 9.4. Nagyfogyasztó: Elektromos áram termelés, Műanyaggyártás. 2
5 10.03 6a 10.08 6b 10.10 7.a 10.15 7.b 10.17 energiatermelés, közlekedés) Feldolgozás termékei. Műanyagok. (PE) Közlekedés, elektromos áram termelés és környezeti hatásaik. Energetikai hatásfok növelésének kérdése. Kapcsoltan elektromos energia és hő termelés (CHP). Kapcsoltan elektromos energia és hő termelés, és hűtés. (CCHP) Csak fűtő és használati melegvíz előállító rendszerek. Uránbányászat, feldolgozás, felhasználás fizikája, Uránérc bányászat, meddőhányók, szállítás. Uránérc feldolgozás. Atomerőművek elektromos energia termelése. Atomerőművek környezeti hatásai. Biztonsága. Radiológiai mennyiségek, egységek. A radioaktív anyagok és kezelésük. Sugárvédelem, sugárzásmérés. Nukleáris energia sajátos helyzete. A nukleáris energiasűrűség 10 7 -szer nagyobb, mint a kémiai. Komplex környezeti hatások (bányászat, szállítás) externáliák. Harmadik generációs atomerőművek. Kis-, közepes- és nagy radioaktivitású hulladék anyagok tárolás. Meddőhányók, zagytározók kezelése. A szerves kommunális és ipari hulladékok. Jelenleg lerakás. Jövőben Szelektív hulladékgyűjtés. Feldolgozás: Komposztálás, fermentálás, depóniagáz előállítás. Műanyag hulladékok szelektív gyűjtése, aprítása, granulálása, újrafeldolgozása, Nem feldolgozható szerves hulladékok energetikai hasznosítása. A tevékenységek fenntarthatóvá tétele. A nem fosszilis energia források előnyei, hátrányai. A kimeríthetetlen, a megújítható, a megújuló energiaforrások és a szerves hulladékok előnyei, hátrányai energetikai szempontból. Forrás oldal: Felhasználói oldal: A hőenergia, és az elektromos energia akkumulálásának kérdései 9.5. Egyéni, kisfogyasztás. Közlekedés. 9.6. Földgáz felhasználás környezeti hatásai. II/12.3. Kapcsolt energiatermelés (CHP, CCHP). 10.1. Uránérc bányászat 10.2. Uránérc fizikai kémiai feldolgozása, izotóp dúsítás, fűtőelem legyártása. 10.3. Uránbánya rekultiváció 10.4. Elektromos energiatermelés atomerőműben. 11.1. Nukleáris fizikai alapismeretek 11.2. Sugárzásmérés. Sugárvédelem. 11.3. Természetes és mesterséges radioaktivitás. 11.4. Radioaktív hulladékok és tárolásuk. 11.3. Természetes és mesterséges radioaktivitás. 11.4. Radioaktív hulladékok és tárolásuk. II/10.1. Kommunális hulladékok. Szelektív gyűjtés technológiák. II/10.2. Szerves konyhai, kerti, parkkezelési zöldhulladékok begyűjtése, komposztálása. II/10.3. Deponálás. Deponált hulladék fermentálása, depóniagáz felhasználása. II/10.4. Nagy-, és kis konyhai olajok, zsiradékok gyűjtése, felhasználása. II/10.5. Műanyag hulladékok újrahasznosítása és energetikai hasznosítása. II/3.1. Nem fosszilis források Forrás oldala helyzete II/3.2. Nem fosszilis források Felhasználói oldal követelményei II/3.3. Biomassza termékek, melléktermékek, hulladékok energetikai szempontból figyelembe veendő előnyei, hátrányai. 3
8.a 10.22 8.b 10.24 9.a 11.05 9.b 11.07 10. 11.12 10.b 11.14 Szünet: Október 23: szerda Őszi szünet Okt. 28-31 Energiatakarékosság lehetőségei. Energiatakarékosság közösségi szinten (állam szerepe), Energiatakarékosság az egyén szintjén (egyén tudása). Tömegközlekedés, középület energetikai hatékonysága. Ipar, mezőgazdaság energiaforrásai, energiahatékonysága. Energiatakarékosság lehetőségei. Energiatakarékosság részletesen az egyéni szinten: Étkezés. Fűtés, használati melegvíz. Világítás. Közlekedés. Építkezés. A szilárd biomassza formák közvetlen energetikai felhasználása, hulladékgazdálkodása (megújíthatók) Mezőgazdasági melléktermékek, hulladékok tüzelése Fásszárú anyagok Lágyszárú anyagok. Növényi eredetű tüzelőanyag formák. Hasábfa. Apríték, brikett, pellet. Nedvességtartalom kérdése Tüzelőberendezések Különböző tüzelőberendezések a különböző formátumú szilárd növényi eredetű tüzelőanyagok számára. A tüzelőberendezések teljesítmény szintjei a fogyasztói igények szerint. Alkalmazásuk fenntarthatóvá tételének kérdése. Szilárd biomasszából folyékony és légnemű energiahordozók előállítása, melléktermékeik, felhasználásuk, hulladékgazdálkodásuk Nyersszesz, bioetanol előállítása. Gabonamoslék felhasználása: állatetetés, biogáz, DDGS céljára. Széndioxid megfogása. CO2, mint termék. Sajtolt növényi olaj, biodízel előállítása. Biogáz, biotrágya előállítása. Energia hordozókat előállító berendezések: Pirolízis, elgázosítás. (CO, CH4, H2,..) Dolgozat: október 24. csütörtök Energiatakarékosság 12.1. Társadalom feladata. 12.2. Energiahatékonyság, energiatakarékosság a közlekedés, szállítás terén 12.3. Energiahatékonyság, energiatakarékosság a hő-, és az elektromos energia fogyasztás terén. Energiatakarékosság 13.1. Egyén feladata. 13.2. Energiahatékonyság, energiatakarékosság a hő-, és az elektromos energia fogyasztás terén. II/6.1. A növényi tüzelés általános kérdései II/6.2. Növényi anyagok energetikai szempontból történő felosztása, jellemzése II/6.3. A növényi tüzelőanyagok előkészítése tüzelésre. Feldolgozási szintek: apríték, szecska, pellet, brikett, pogácsa, bontott bála. II/6.4. Tüzelőberendezések, kazánok II/6.4. Tüzelőberendezések, kazánok II/11.2. CHP kiserőművek szilárd növényi tüzelőanyagok felhasználásával II/8.1. Keményítő és cukor bázisú bio- tüzelő és hajtóanyagok előállítása. II/8.2. Nyersszesz, bioetanol tüzelő- és hajtóanyagként történő felhasználása II/8.3. Olajos magvú növényekből növényi tüzelő és hajtóanyagok előállítása. II/7.1. Fermentálás, biogáz előállítás. II/7.2. Állati trágyakezelés. Biogáz termelés energianövényekből. II/7.3. Kommunális szennyvízkezelés. II/7.4. Biogáz előállítás melléktermékei, felhasználásuk: széndioxid, biotrágya, Gázmotorok II/8.4. A bioetanol, a biodízel előállítás melléktermékei és azok felhasználása II/8.5. Motorok, turbinák, törpeerőművek (CCHP). 4
11.a 11.19 11.b 11.21 12.a 11.26 12.b 11.28 13. 12.03 Fermentorok. (CH4, H2,..) Desztilláló berendezések. (C2H5OH, CH3OH) Bio-üzemanyagok felhasználása motorokban, turbinákban, törpeerőművekben (CCHP). A napsugárzás és a földhő energetikai hasznosítása, hulladékgazdálkodása (kimeríthetetlen energiaforrások) Napkollektoros rendszerekkel előállítható melegvíz. Naperőművek. Napelemekkel megvalósítható elektromos energiatermelés. Termálvizek hőenergia hasznosítása. (fűtés, hőszivattyúzás). Hőszivattyú. Kőzethő felhasználási lehetőségei (ORC erőmű, fűtés) Naperőművek, geotermikus erőművek Parabola vályús, gőzturbinás rendszerek Fresnel tükrös, gőzturbinás rendszerek Paraboloid tükrös Stirling motoros erőmű Hőszivattyúk alkalmazásának speciális kérdései. Kőzethő felhasználása elektromos energia előállítására és fűtésre. Valamennyi technológia fenntarthatóvá tételének kérdése. II. Dolgozat: november 28. A szélenergia. A vízi energia (megújuló energiaforrások). A szélenergia felhasználása: elektromos energiatermelés (szélerőművek, parkok), vízszivattyúzás (szélmotorok). A vízgazdálkodás, víztározók mellékterméke a vízi energia és ennek felhasználásával előállított elektromos energia. Vízgazdálkodás. Szélenergia gazdálkodás Kis és nagy vízierőművek, fenntarthatóságuk. A szélenergia felhasználásával (szélmotorok, szélerőművek) előállított elektromos energiatermelés fenntarthatóvá tétele. Elektromos energia tároló technológiák. Új energetikai berendezések. Kombinált, elektromos energia előállító, fűtő, hűtő berendezések szilár, II/11.3. CCHP berendezések biomassza eredetű üzemanyagokkal működő belsőégésű motorokkal II/11.4. Mikroturbinás CCHP rendszerek biomassza alapú tüzelőanyagokkal II/4.1. A Nap sugárzásának fizikája, technikai alapok. II/4.2. Használati melegvíz, fűtés biztosítása napkollektoros rendszerekkel. II/4.3. Naperőműves elektromos energiatermelés II/4.4. Napelemes elektromos energiatermelés. II/5.1. Fizikai, technikai alapok, részletek. Geotermia. II/5.2. Termálvíz hasznosításának helyzete, feltételei, hulladékgazdálkodása. II/5.3. Hőszivattyú (5-100 méter mélység) alkalmazása az egyedi fűtés biztosításban. II/5.4. Kőzethő (1500-2000 méter mélység) alkalmazása: II/4.3. Naperőműves elektromos energiatermelés II/4.4. Napelemes elektromos energiatermelés. II/5.3. Hőszivattyú alkalmazása az egyedi fűtés biztosításban. II/5.4. Kőzethő (1500-2000 méter mélység) alkalmazása: Stirling motor. ORC csütörtök II/9.1. Szélenergia hasznosítás fizikai, technikai alapjai. II/9.2. Elektromos energiatermelés: Szélkerék, szélerőmű, szélerőmű park. II/9.4. A vízienergia hasznosítás fizikai, technikai alapjai. II/9.5. A vízierőművekről. II/9.6. Szivattyús-tározós vízierőművek II/9.3. Szélenergia hasznosítás helyzete Európában, Magyarországon. II/11.8. Üzemanyagcella II/11.3. CCHP berendezések biomassza eredetű üzemanyagokkal működő belsőégésű motorokkal II/11.4. Mikroturbinás CCHP rendszerek biomassza 5
13.b 12.05 cseppfolyós, légnemű, bio származású tüzelő-, és üzemanyagokra. Gázmotor Mikroturbina, Gőzmotor, Stirling motor, ORC erőmű. Hidrogén előállítás, hidrogén gazdaság. Metán, metanol előállítás. Üzemanyagcellák. Elektromos energia tárolása Energia előállító és felhasználó rendszerek, szerveződések. Integrált Energetikai Rendszerek. AgroEnergetikai Park. Agro- és Városi Energetikai, Feldolgozói, Fogyasztói Hálózat. Autonóm ellátás kérdése. Szigetüzem. Flottaüzem. Szorgalmi időszak vége: 2012. december 6. alapú tüzelőanyagokkal II/11.5. Alacsony hőmérsékletű hőforrást felhasználó ORC minierőművek. II/11.6. Gőzmotor Mini CHP rendszerben II/11.7. Külsőégésű Stirling motor alkalmazása mikro CCHP rendszerben II/11.8. Abszorpciós hűtő II/11.9. Nulla energiájú lakóépület, középület. CCHP; HVAC együttes alkalmazása II/12.2. Menetrendtartás a termelő és fogyasztó rendszerekben. Energia mix. Autonóm ellátás kérdése. Decentralizálás II/12.4. Példák energetikai berendezések addiciójára, vezérlésére. Integrált Energetikai Rendszerek (IES) Hibrid v. Additív rendszerek. II/12.5. Összetett ellátó-fogyasztó gazdaságienergetikai rendszerek. AgroEnergetikai Park; Agro- és Városi Energetikai, Feldolgozói, Fogyasztói Hálózat. Vizsgaidőszak 2012. december 7. január 13. Pécs, 2013. szeptember 4. Előadó: Dr. Német Béla, PTE TTK, Fizikai Intézet, Környezetfizika és Lézerspektroszkópia Tanszék, (A/417) E-mail: drnemetbela@gmail.com WEB: http://drnemetbela.hu; bnemet@fizika.ttk.pte.hu Tel.: (72) 501-559, belső 24489. Mobil: (30) 385 2910 Az internetes elérhetőség: dr. Német Béla honlapja: TANTÁRGYAIM kapcsoló: (eredménye): A II. kezdetű előadások a Környezeti fizika I. (Ea; Kör.tud. BSc) kapcsolóval érhetők el: A II. kezdetű előadások a Környezeti fizika II. (Ea; Kör.tud. BSc) kapcsolóval érhetők el: 6