Klímabarát autózás és áramtermelés

Létezik-e „zöld” megoldás az energiaválság kezelésére?

Világméretű propaganda igyekszik elhitetni az emberekkel, hogy klímakatasztrófa előtt állunk, amelyet mi magunk, emberek idézünk elő azzal, hogy túl sok széndioxidot bocsátunk ki. A megoldás pedig a „dekarbonizálás”, ami azt jelenti, hogy igyekszünk a széndioxid kibocsátást megszüntetni, vagy legalább minimálisra csökkenteni.

Mivel a legtöbb CO₂ emisszió a közúti közlekedésből és a villanyáram termelésből adódik, ezért a „fő csapás” iránya ezekre irányul.

Tisztázni kell, mi a kapcsolat a környezetvédelem és a „klímavédelem” között. A kettő nem azonos. A környezetvédelem célja, hogy ne bocsássunk ki a környezetbe, a talajba, a levegőbe, az élővizekbe olyan anyagokat, amelyek károsítják az egészséget és az élővilágot. A klímavédelem alapkoncepciója szerint viszont meg kell akadályozni az éghajlat veszélyes melegedését, amelyet az ember által kibocsátott széndioxid okoz. A két követelmény egymásnak gyakran ellentmond, pl. a CO₂ emisszió mentes szél és naperőművek felépítése, karbantartása, valamint a tönkremenetelük utáni „rom eltakarítás” jelentős káros anyag kibocsátással jár.

A „zöld” mozgalmak célja pedig ma már nem a környezetvédelem, hanem a klímavédelem, akkor is, ha emiatt még több káros anyagot bocsátunk ki a környezetbe. Kerül amibe kerül. Ahol gyalulnak, ott hullik a forgács.

Lássuk először az autózás kérdését

A szóba jöhető „klímabarát” megoldások a következők:

• Bio üzemanyagok használata benzin és gázolaj helyett
• Hidrogén hajtású gépkocsik használata
• Hibrid hajtású gépkocsik használata
• Tisztán elektromos hajtású gépkocsik használata

Bio üzemanyagok

Az alapgondolat az, hogy az energia növény a növekedése során éppen annyi széndioxidot köt le, amennyi az üzemanyag elégetésekor a levegőbe kerül, ezért a nettó CO₂ emisszió elvileg zérus.

Ez azonban nem jelenti azt, hogy a teljes üvegház gáz kibocsátás esetén is ez igaz, hiszen nem a széndioxid az egyetlen üvegház gáz. A bio üzemanyagok elégetésekor például nitrogén oxidok is keletkeznek, és ezek hatékonyabb üvegház gázok, mint a széndioxid.

Ráadásul az energia növény műtrágyázást igényel, aminek a gyártása jelentős széndioxid emisszióval jár, a termesztése pedig hatalmas szántóföldi területeket köt le, emiatt drágulhatnak a takarmányok és az élelmiszerek.

Bioetanol gyártás cukorrépából

Magyarországon a cukorrépa termés átlagosan kb. 70 tonna/hektár. Ebből a répatest kb. 35-40 tonna, a répa fej pedig kb. 30-35 tonna. A répatest cukortartalma kb. 17%, azaz kb. 6-7 tonna.

A gyártási technológiában ez a kémiai reakció játszódik le: C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂

Egy tonna répacukorból lesz kb. 510 kg bioetanol és kb. 490 kg széndioxid, így egy hektár területen megtermelünk kb. 3,2-3,6 tonna bioetanolt, és csaknem ugyanennyi széndioxidot.

A bioetanol energia tartalma csak kb. 28,6 MJ/kg, szemben a benzinnel, amelynél kb. 43 MJ/kg

Biodízel gyártása repcéből

Magyarországon a repcemag termés átlagosan kb. 3,1-3,2 tonna/hektár. A víztartalom kb. 6 %, az olaj tartalom pedig kb. 40 %. Hektáronként termelhető repcéből kb. 1,1 tonna biodízel, kb. 0,1 tonna glicerin, és kb. 1,9-2 tonna préselvény, ami takarmányozáshoz felhasználható.

Egyetlen liter biodízel előállításához kb. 5000 liter vizet kell felhasználni.

A biodízel sűrűsége: 0,86-0,90 kg/liter, energia tartalma: kb. 37,2 MJ/kg (Benzin: 43 MJ/kg)

Bio üzemanyagok termőterület igénye

Az EU28 összes éves üzemanyag fogyasztása 2017-ben dízel olajból kb. 280 milliárd liter azaz kb. 246 millió tonna, benzinből kb. 110 milliárd liter azaz kb. 83 millió tonna volt. Ez a mennyiség azóta sem sokat változott.

Az EU27 és Anglia célkitűzése szerint 2030-ban az üzemanyag 40%-a legyen bio üzemanyag.

Ehhez meg kellene termelni a kb. 98 millió tonna biodízel olajat, aminek termőföld igénye kb. 89 millió hektár, és kb. 33 millió tonna bioetanolt, aminek a termőföld igénye kb. 10 millió hektár. Ez összesen kb. 99 millió hektár, miközben az EU27 és Anglia összes művelhető szántóföld területe mindössze kb. 114 millió hektár.

Globális adatok

A világ teljes kőolaj termelése 2017-ben kb. 4900 millió tonna volt, a feldolgozás során keletkező termékek felhasználását a diagram mutatja:

Ha az egész világon a közlekedésben használt üzemanyagok 40%-át bio üzemanyaggal kellene kiváltani, akkor ez évenként kb. 4900*45%*40% = 882 millió tonna bio üzemanyag lenne.

Számítsuk ki, ez mit jelent:

A Föld területe kb. 510 millió km², ebből szárazföld kb. 149 millió km², termőföld kb. 19 millió km², azaz kb. 1900 millió hektár.

Egy hektáron megtermelhető évenként átlagosan kb. 2 tonna bio üzemanyag.

882 milló tonna bio üzemanyag termőföld igénye kb. 441 millió hektár

Ez a világon rendelkezésre álló összes termőföld több mint 23 százaléka, csaknem negyede.

(A becslések a portfolio.hu adatai alapján készültek)

Bio-üzemanyagokkal a „dekarbonizáció” nem oldható meg, mert nincs elég termőterület.

Ha mégis sikeres lenne a „dekarbonizáció”, csökkenne a levegő CO₂ szintje, emiatt csökkenne a bioenergia növények terméshozama, és még több termőföldre lenne szükség.

Hidrogénhajtás

Hidrogén szél és nap erőművekkel is megtermelhető. Éppen erre hivatkoznak, amikor a hidrogén előnyeiről esik szó.

A hidrogén oktánszáma kb. 130, és egy kg hidrogénből csaknem 3-szor több energia nyerhető, mint a hagyományos üzemanyagokból, amint a táblázat mutatja:

	Hidrogén	Benzin	Dízelolaj
Égéshő MJ/kg	142,0	45,217	44,715
Fűtőérték MJ/kg	119,6	42,035	41,843
Égéstermék	H2O	H2O, CO2, CO	H2O, CO2, CO

Csakhogy probléma a tárolás, mivel egyetlen kg hidrogén térfogata atmoszférikus nyomáson és szobahőmérsékleten csaknem 12 köbméter.

Ráadásul a hidrogén robbanásveszélyesebb, mint a PB gáz és a benzin.

Hidrogén tárolható és szállítható folyékony állapotban, dupla falú, vákuumszigetelt, nagy nyomású kriogén tartályban, mély hűtve (–250°C), de a mélyhűtés felemészti a megtermelhető energia legalább 20%-át. Gépkocsik hajtásához ez a megoldás nem célszerű, mert hosszabb idejű parkolás esetén problémát okoz a mélyhűtés.

Tárolni tehát hűtés nélkül kell, nyomásálló tartályokban. Hidrogén üzemű buszokat fejleszt pl. a Toyota, ahol 700 bar nyomású nem hűtött hidrogén tartályok vannak a busz tetején, hogy az utasokat ne idegesítse a talpuk alatt elhelyezkedő robbanás veszélyes tartály.

Van egy másik probléma is. Acél tartály esetén a nagy nyomású hidrogén a tárolóedény legkisebb repedésein keresztül átszivárog, bediffundál az acélba, amely rideggé és törékennyé válik. Készülnek ezért nyomásálló hidrogén tartályok karbonszálakkal erősített kompozit anyagokból is.

Lehet még tárolni a hidrogént könnyen bomló kémiai kötésben. További tárolási lehetőség speciális fémhidridek és fémötvözetek alkalmazása, amelyekben a fém kristályrács térközeit abszorbeált hidrogénnel töltik ki. Kutatások folynak hidrogén tárolására 60 szénatomból álló fullerén molekulákban, amelyekben szobahőmérsékleten benn tartható a molekula tömegének legalább 8 százaléka. Számos további ötletről is olvashatunk, azonban tudni kell, hogy hidrogénből sokkal kevesebb energiát lehet visszanyerni, mint amennyit az előállításához felhasználnak.

A hidrogén belső égésű motorban is elégethető, de gyakoribb az üzemanyagcellás konstrukció. Ilyen gépkocsikat gyárt a japán Hyundai, Toyota, és Honda. Az autókban az ülések mögött helyezkedik el a 700 bar nyomású hidrogéntartály, ez nagy teljesítményű üzemanyagcellát táplál, amely az első ülések alatt elhelyezett lítium-ionos akkumulátort tölti.

Hidrogén gyártás

A világon évenként kb. 100 millió tonna hidrogént állítanak elő, nagyrészt földgázból, valamint szén elgázosításával, forró szén és vízgőz reakciójaként. Hidrogént használnak vegyipari, petrolkémiai, élelmiszeripari és egyéb technológiákban, mint a kőolaj finomítás, sósav, ammónia, műtrágya, és műbenzin gyártás, telítetlen olajok és zsírok hidrogénezése, margarin gyártás, hegesztés és lángvágás. Nagy mennyiségű hidrogént igénylő fogyasztók (vegyi és petrolkémiai üzemek) ellátása általában 10–70 bar nyomású csővezetéken történik

A hidrogén azonban nem energia forrás, csupán energia hordozó. A tiszta hidrogént mesterségesen kell előállítani, kiszabadítva különféle kémiai kötésekből, és az ehhez szükséges energiát meg kell termelni. A gyártás során felhasznált energia egy részét azután, de soha nem az egészet, a hidrogén felhasználása során visszakapjuk. A legtöbb hidrogént földgázból állítják elő, de tervbe van véve nagyüzemi mennyiségben történő termelése vízből, főleg „zöld” villamos energia felhasználásával.

Földgázból történő előállítás esetén a földgázt katalizátor jelenlétében magas hőmérsékleten vízgőzzel reagáltatják, ekkor a következő két kémiai reakció játszódik le:

1) CH₄ + H₂O → CO + 3 H₂

2) CO + H₂O → CO₂ + H₂

Mivel a földgáz túlnyomóan metánból áll, a kémiai képletekben szereplő vegyületek mólsúlya alapján kiszámítható, hogy 1 kg földgázhoz kb. 2,25 kg vízgőzt kell felhasználni.

A két kémiai reakció eredményeként keletkezik 2,75 kg széndioxid és 0,5 kg hidrogén.

A hidrogén fűtőértéke kb. 120 MJ/kg, így a megtermelt 0,5 kg hidrogén fűtőértéke kb. 60 MJ/kg

A hidrogén előállításához felhasznált 1 kg metán fűtőértéke pedig kb. 55 MJ.

Ha a hidrogént belsőégésű motorban égetjük el, alig kapunk több energiát, mintha közvetlenül a földgázt égetnénk el, és ebben az esetben sem bocsátunk ki több széndioxidot, mivel 1 kg metán elégetése esetén a széndioxid emisszió ugyancsak 2,75 kg.

Lássuk mi a helyzet akkor, ha a hidrogént üzemanyag cellás autókban használjuk, és ehhez a hidrogént vízbontással állítjuk elő „zöld” villanyárammal. A vízbontás hatásfoka 80% körül van, a hidrogén hajtású autókban pedig az üzemanyag cella hatásfoka kb. 50-60%, vagyis a vízbontáshoz felhasznált villamos energiának csak kb. a fele hasznosul a jármű meghajtásához. Ha a vízbontáshoz használt villanyáramot közvetlenül elektromos autók akkumulátoraiba töltenénk, kb. a dupla annyit autózhatnánk, mint az üzemanyag cellás hidrogén üzemű autókkal.

Hibrid hajtás

A megoldás célja a villamos motor és a belsőégésű motor előnyös tulajdonságainak egyesítése minimális üzemanyag fogyasztás és minimális káros anyag emisszió érdekében.

A két motor elrendezése lehet párhuzamos vagy soros.

A párhuzamos hibridnél a belsőégésű motor a kerekek hajtása mellett tölti az akkumulátort. Fékezéskor a villanymotor is generátorként működik, és ugyancsak tölti az akkumulátort. Alacsony sebességnél a járművet a villanymotor hajtja, nagy sebességnél vagy gyorsulásnál pedig bekapcsolódik a belsőégésű motor is. A két motor egyszerre is működhet, bolygókerekes megoldással, vagy úgy hogy az egyik tengelyt a villamos motor, a másikat a belsőégésű motor hajtja.

A soros hibridnél a belsőégésű motor generátort hajt, amely áramot termel a villanymotor működtetéséhez és az akku töltéséhez. Fékezéskor a villanymotor generátorként működve tölti az akkumulátort. Van olyan megoldás is, amelynél minden kereket külön villanymotor hajt. Konnektoros hibrid autók akkumulátora hálózatról is feltölthető. Ehhez nagyobb kapacitású akkumulátorokat használnak, ami lehetővé teszi az 50 km hatótávolságot kizárólag villamos hajtással.

Mivel a hibrid hajtás is fosszilis üzemanyaggal működik, ettől sem várható a széndioxid emisszió jelentős csökkentése. Előnye ugyanakkor a megoldásnak, hogy a jármű kevesebb alkatrészből áll, mint a hagyományos autók, ezért a javításuk, karbantartásuk egyszerűbb.

Elektromos hajtás

A tisztán elektromos hajtású járműben a kerekeket villanymotor hajtja. A motor lehet egyenáramú vagy váltóáramú szinkron vagy aszinkron motor. Az áramellátást áramátalakító inverteren keresztül nagy kapacitású akkumulátor szolgáltatja. Az autóban van hagyományos 12 voltos akkumulátor is, amely az egyéb elektromos készülékeket táplálja, pl. fűtés, világítás, elektronikus vezérlés, kommunikációs rendszer, stb. Az akku feltöltése elektromos töltő állomásnál történik, de megfelelő csatlakozó kábellel lehetséges a töltés hagyományos egyfázisú hálózati csatlakozóból is

A töltő kábel csatlakozója általában 5 vastag és két vékony kontaktust tartalmaz, egyrészt a földelés, a nullvezeték, és a három fázis vezeték számára, másrészt a CP (Control Pilot) és PP (Proximity Pilot) vezetékek számára. A PP csatlakozás a kontaktus megbízhatóságát ellenőrzi, a CP kontaktuson keresztül pedig az „intelligens” töltőállomás kommunikál a töltőáram erősségének a vezérléséhez, a kocsi akkumulátorának befogadó képességétől függően. Kifejlesztettek egyenáramú gyors töltőket is, amelyek 150 kW teljesítménnyel képesek tölteni a villanyautók akkumulátorát.

Az akkumulátor sok kicsi lítium-ion akkucellából van összekapcsolva, így biztosítja a motor működtetéséhez szükséges feszültséget és áramerőséget. Az akku cellákból álló akku blokkok általában a kocsi alvázában foglalnak helyet. Van olyan megoldás is, amelynél a rendkívül merev akku blokkok egybe vannak építve a teherhordó szerkezettel.

Az akku blokkok összes tömege általában 0,3-0,5 tonna. A villanyautó átlagos fogyasztása típustól és vezetési stílustól függően 15-20 kWh/100 km. Egy feltöltéssel megtehető maximális távolság típustól függően 100 és 800 km között van.

Lítium-ion akkumulátorok

A lítium-ion akkumulátor cellában a katód valamilyen lítium-fém oxid [pl. LiCoO₂, LiMnO₂, LiFePO₄, vagy Li₂FePO₄F], az anód grafit, és az elektrolit is valamilyen lítium vegyület [pl. lítium-hexafluorofoszfát (LiPF₆), vagy lítium-tetrafluoroborát (LiBF₄)]. A névleges cellafeszültség típustól függően 3,3-4,0 V között van.

Egy ilyen akku várható élettartama általában 300-500 feltöltés, illetve 5-8 év, miközben a kapacitása kíméletes kezelés esetén is évenként kb. 2,3%-ot csökken.

A lítium-ion akkumulátorok maximális üzemi hőfoka kisütéskor 60 °C, töltéskor 45 °C lehet. Túltöltés, vagy a megengedettnél magasabb feszültséggel való töltés esetén hő fejlődik, ami az akku felrobbanásához vezethet. A lítium olvadáspontja mindössze 180 °C, ezért könnyen olvadékba megy, és elveszíti a mechanikai stabilitását.

A lítium ion akkumulátorokban tárolt energia sűrűsége típustól függően 0,2-0,5 kWh/kg között van. Összehasonlításul: a benzin energia sűrűsége kb. 13 kWh/kg

A villanyautók akkumulátorainak gyártásához nélkülözhetetlen lítium legnagyobb része Chilében, Argentínában és Bolíviában, a tengerszint felett 3650 méter magasságban elhelyezkedő Salar de Uyuni sósivatagban található, ahol a kitermelés komoly környezeti károsodással jár, veszélyeztetve a bányászok egészségét, szennyezve a talajt és a vízkészleteket

A villanyautózás emissziós egyenlege

A villanyautók sem zöldebbek a hagyományosnál, ezeket is le kell gyártani, az energiát meg kell termelni és eljuttatni az akkumulátorokba. Ezen túlmenően a villany autókhoz szükséges lítium ion akkumulátorok gyártása, és a tönkremenetelük után a hátramaradó veszélyes hulladék ártalmatlanítása és/vagy reprocesszálása jelentős környezet terheléssel és széndioxid kibocsátással jár.

A német Energetikai és Környezetkutatási Intézet (IFEU, Heidelberg) szerint egy kWh akku kapacitáshoz átlagosan 125 kg CO₂ emisszió tartozik, és ez nagyon lerontja a villanyautók nettó emisszió egyenlegét. (Forrás: Mezőgazdasági Technika, 2017. októberi szám)

Azt sem szabad figyelmen kívül hagyni, hogy a világon a teljes antropogén CO₂ emisszió 40 százalékát okozza az áramtermelés. Számítások szerint, a villanyautók CO₂ kibocsátása mindaddig meg fogja haladni a robbanómotorok emisszióját, amíg az energia mixben a fosszilis energiahordozók aránya meghaladja a 20 % -ot. Márpedig a tervek szerint a fosszilis energiahordozók aránya 2050-ben is még 40 % felett lesz. Ha pedig az egész világ közlekedése átáll villamos hajtásra, az emberiség villanyáram fogyasztása megduplázódhat. És akkor majd felmerül a kérdés, hogy hogyan lehet ezt a hatalmas áram igényt gazdaságosan és „klímabarát” módon megtermelni.

Alternatív akkumulátor fejlesztések

A lítium akkumulátorok kiváltására számos fejlesztés van folyamatban.

Az Egyesült Államokban kifejlesztettek egy vas-levegő akkumulátort, amelynek az alapelve a visszafordítható rozsdásodás. Kisülés közben az akkumulátorban lévő vas a levegőben lévő oxigénnel vegyülve rozsdává alakul, töltés közben pedig a rozsda visszaalakul vassá, miközben az akkumulátor oxigént bocsát ki.

Az ilyen akkumulátor viszonylag olcsón előállítható, és csak nagyon kevés ritka földfémet igényel. Léteznek fejlesztések hasonló elven működő egyéb fém-levegő akkumulátorokra is, amilyen például az alumínium-levegő és cink-levegő akkumulátor.

További fejlesztési irány az olvadt só elektrolittal működő akkumulátor, amelyben egy speciális nátrium-kén vegyület biztosítja, hogy a só szobahőmérsékleten is folyékony állapotban legyen.

Az ilyen és hasonló próbálkozások, bár reményt keltőek, szélesebb körű ipari elterjedésük még várat magára.

Villanyáram termelés

Egyre több elektromos áramra lesz szükség, ha villanyautókkal akarunk közlekedni, és akkor is, ha villamos energia felhasználásával akarjuk előállítani a hidrogén üzemanyagot. Becslések szerint akár megduplázódhat az emberiség villanyáram fogyasztása. És ennek nagy részét „zöld” áram formájában kellene megtermelni, lehetőleg zérus CO₂ emisszióval. Lehetséges?

Áram termelés villamos erőművekkel történik, ezek három kategóriába csoportosíthatók:

1) Vannak alap erőművek, ezek ideális üzemmódja, ha egyenletes terheléssel folyamatosan működnek, ilyenek a hagyományos hőerőművek és az atomerőművek.

2) Vannak a terhelések kiszabályozására is alkalmas jól szabályozható erőművek, ilyenek a gázturbinás erőművek, a vízerőművek, valamint a szivattyús energiatárolók.

3) Vannak „megújuló” erőművek, ezek teljesítménye az időjárástól függően ingadozik, ilyenek a szélturbinás erőművek, és a naperőművek egyes típusai.

Ez utóbbiak teljesítmény ingadozásának kiszabályozásához, hátér kapacitásként, általában gázturbinás erőműveket használnak, de alkalmazhatók szivattyús energiatárolók is, ez utóbbiak ellen azonban a zöld mozgalmak általában tiltakoznak.

A „zöld” energia fordulat legnagyobb dilemmája főleg abban áll, hogy ha felszámoljuk a hagyományos hőerőműveket és az atomerőműveket, és helyettük időjárás függő szélturbinás és fotovoltaikus erőműveket használunk, akkor a villamos hálózati rendszer szabályozásához egyre több gáz erőműre lesz szükség. A földgáz azonban folyamatosan drágul, az elégetése széndioxid emisszióval jár, a hosszú szállítás során elkerülhetetlenül elszivárgó földgáz veszteség pedig a széndioxidnál csaknem két nagyságrenddel hatékonyabb üvegház gáz.

Villamos erőművek összehasonlítása EROI index alapján

Egy nemzetközi tanulmány (https://doi.org/10.1016/j.energy.2013.01.029) megvizsgálta a különféle erőmű típusok energia egyenlegét, amelyet az ún. EROI index (Energy Returned on Invested) fejez ki, és azt mutatja, hogy egy villamos erőmű a teljes üzemképes élettartama során a befektetett energia hányszorosát szolgáltatja vissza hasznosítható villamos energiaként.

A befektetett energia összetevői:

1. A beruházás során felhasznált energia
2. Az erőmű üzemeltetéséhez és a karbantartáshoz felhasznált energia
3. Az élettartam végén az erőmű felszámolásához felhasznált energia

Az EROI index kiszámításánál a befektetett energiát annak forrása és/vagy a piaci ára alapján nem súlyozzák, és a megtermelt villamos energiát sem súlyozzák az előállítás (zöld vagy nem zöld) technológiája alapján.

Figyelembe kell azonban venni, hogy villanyáram termeléshez nem csupán energiát kell befektetni (amit remélhetően kamatostól visszakapunk), hanem energiában ki nem fejezhető más erőforrásokat is.

Ilyen az igénybevett terület nagysága, amit más célra is lehetne hasznosítani (növénytermesztés, állattenyésztés, turisztika, szabadidő park, stb.), továbbá az erőmű működtetéshez szükséges személyzet kiképzése, ezek ellátása szállással, élelemmel, védőruházattal, az erőmű biztonságának védelme, baleset elhárítási rendszer felállítása, orvosi ügylet és mentőszolgálat fenntartása, stb.

Az EROI index kiszámításához fontos ismerni a tervezett erőmű várható üzemképes élettartamát, és a kapacitás kihasználását. Egy év 365*24 = 8760 órából áll. A kapacitás kihasználás mérőszáma megadja, hogy az erőmű névleges teljesítménnyel működve hány óra alatt termelné meg az éves teljes áram mennyiséget, és ezt kell viszonyítani a teljes 8760 órához.

Mindent összevetve, egy erőművet akkor érdemes felépíteni, ha az így kiszámított EROI index értéke legalább 7, vagy ennél nagyobb. Ennél kisebb (R<7) EROI index esetén össztársadalmi szinten a villamos energia termelésbe több erőforrást kell befektetni, mint amennyit visszakapunk, emiatt a társadalom nem gazdagodik, hanem szegényedik.

Külön szükséges foglalkozni olyan erőművekkel, amelyek teljesítménye kiszámíthatatlan módon függ az időjárástól (napsütés és szélsebesség), mert ezeknél szükség lehet energia tárolásra.

Mivel egy (célszerűen szivattyús) energia tároló létrehozása is igényel energia befektetést, ezért az EROI index kiszámításánál ezt is figyelembe kell venni.

Az energiatároló beruházásba befektetett energia összetevői:

1. A tároló berendezés megépítése során felhasznált energia
2. A tároló berendezés működtetéséhez felhasznált energia
3. Az élettartam végén a tároló felszámolásához felhasznált energia

A tároló úgy nyeri vissza a befektetett energiát, hogy a tárolási kapacitását formálisan „bérbe adja” az időjárásfüggő villamos erőműnek, és annyi energiát kap cserébe, hogy a befektetett energia megtérüljön. Energiatárolást igénylő erőmű esetén az EROI index kiszámításakor az így átadott energiát is hozzá kell adni az erőmű által befektetett energiához.

Lássuk ezek után a fontosabb erőmű típusokat.

Hagyományos (szén fűtésű) hőerőmű

A befektetett energia legnagyobb részét a szén kibányászása, és helyszínre szállítása teszi ki. Nem mindegy azonban, hogy milyen szenet használunk, és az sem, hogy felszíni vagy mély művelésű bányából nyerjük a szenet.

Az ilyen erőművek átlagos üzemképes élettartama kb. 50 év, az átlagos kapacitás kihasználásuk pedig kb. 7500 üzemóra, vagyis kb. 7500/8760 = 86%.

Ilyen erőműveknél a befektetett energia legnagyobb részét a szénbányászat, valamint a szén helyszínre szállítása teszi ki, amely a teljes energia befektetés 88-91 százalékát alkotja. A beruházási befektetett energia részaránya 10% körüli, a bontás és felszámolás részaránya pedig kb. 0,4-0,5%.

Az EROI index kiszámításához a hivatkozott tanulmány szerzői két működő erőmű adatait dolgozták fel. Az egyik egy 500 MW névleges teljesítményű erőmű volt, amely mélyművelésű bányából származó feketeszén üzemanyagot használt, ennél a számított EROI index: R = 29. A másik vizsgált erőmű névleges teljesítménye 929 MW, üzemanyaga felszíni fejtésű barnaszén. A kiszámított  EROI index: R = 31.

Hagyományos (szén fűtésű) hőerőművek az élettartamuk során tehát kb. 30-szor több villamos energiát termelnek, mint a beruházásba a teljes élet ciklus alatt befektetett energia.

Gázturbinás erőmű

Az EROI elemzést egy 820 MW névleges teljesítményű gázturbinás erőműre végezték.

Ennél a várható üzemképes élettartam 35 év, az átlagos kapacitás kihasználás pedig kb. 7500 üzemóra/év, azaz kb. 86%.

Az erőműhöz használhatunk földgázt, vagy kukoricából előállított biogázt.

Földgáz üzem esetén a befektetett energia túlnyomó része a földgáz kitermelése és tisztítása,

Természetes földgáz esetén a kiszámított EROI index: R = 28 > 7

Kukoricából előállított biogáz üzemesetén azonban az EROI index mindössze: R = 3,5 < 7

A jelentős különbség oka, hogy a szántás, vetés, műtrágyázás, növényvédelem, betakarítás nagyon energia igényes.

Fotovoltaikus naperőmű

A tanulmányban több naperőmű típust vizsgáltak, mivel az EROI index attól is függ, hogy zöld mezős beruházásról van szó, vagy a napelemeket épületek tetejére szerelik, továbbá attól is, hogy amorf kristályos vagy polikristályos napelemeket használnak.

Az ilyen erőművek várható üzemképes élettartama 15-25 év között van, miközben folyamatosan csökken a teljesítményük, a kapacitás kihasználásuk pedig kb. 1000-1500 üzemóra/év, vagyis 20-30% között lehet.

A befektetett energia túlnyomó részét megfelelő tisztaságú szilícium előállítása, valamint a napelem táblákhoz szükséges anyagok gyártása képezi.

Az EROI index kiszámításánál azt is figyelembe vették, hogy szükséges-e szivattyús tároló igénybevétele, vagy a hálózat e nélkül is képes befogadni az ingadozó teljesítményt.

Ennek megfelelően az EROI indexeket a táblázat mutatja:

EROI	Tároló nélkül	Tárolóval
Tetőre szerelve	2,3–4,0	1,5–2,3
Zöld mezős	2,1–3,8	1,6–2,3

Az eredmény különösebb kommentárt nem igényel.

Az EROI index mindegyik változatban : R << 7

Naptorony erőmű

Ilyen erőműben vízzel vagy só-olvadékkal töltött kazán helyezkedik el egy torony tetején. A torony körül automatikusan mozgatott tükrök vannak, amelyek a Nap sugárzását a torony tetejére irányítják, a kazánt felhevítik, az így nyert hőenergiával gőzt fejlesztenek, és áram termelő generátorokat működtetnek.

Két erőmű típust vizsgáltak, hipotetikusan a Szaharába telepítve, ahol az éves besugárzás 2340 kWh/m²

A két vizsgált erőmű várható üzemképes élettartama 30 évre becsülhető.

Ezekre a kiszámított EROI index pufferelés nélkül R = 17, illetve 21, szivattyús energia tárolóval pedig R = 8,2 és 9,6 volt.

Naptorony erőművek energia hozadéka sivatagi körülmények esetén tehát megfelelőnek bizonyult, (R > 7), csak az a kérdés, hogyan lehet ott szivattyús tárolót építeni, és hogyan lehet a megtermelt áramot eljuttatni a felhasználóhoz.

A kevésbé napsütötte európai területeken azonban az EROI adatok sokkal gyengébbek, bár erre nem készültek modell számítások. Ha pedig a Szaharában termelt villanyáramot kábeleken kell Európába továbbítani, a hatalmas réz szükséglet jelentősen lerontaná az EROI indexet.

Szélturbina

Ilyen erőműnél a befektetett energia túlnyomó része a beruházáshoz és az élettartam végén esedékes bontáshoz kötődik.

Az elemzés egy 1,5 MW teljesítményű szélerőműre vonatkozott, amely Németországban a tengerparton épült fel, típusjelzése: ENERCON E-66. Várható üzemképes élettartama kb. 20 év, a kapacitás kihasználás pedig 2000 üzemóra/év, vagyis kb. 23%.

A befektetett energia túlnyomó része, csaknem 98 %-a a felépítéshez és bontáshoz kötődik.

Tároló nélkül az EROI index: R = 16, ha azonban szivattyús tárolásra szükség van, akkor csak: R = 4,0 < 7

Ilyen erőművet tehát csak akkor érdemes építeni, ha a hálózat képes befogadni az ingadozó teljesítményt, pl. rendelkezik megfelelő szabályozható vízerőmű kapacitással (Pl. Ausztria)

Dr. Petz Ernő tanulmányában olvashatók egy szélviharban tönkrement német szélturbina adatai.

A szélturbina típusa: ENERCON E-82, teljesítménye: 3,2 MWatt, tengelymagassága: 130 méter

A felépítéséhez felhasznált anyagok:

• 29 tonna kompozit anyag a rotor lapátokhoz
• 1,3 tonna alumínium
• 73 tonna öntöttvas
• 283 tonna acél
• 1750 tonna beton

A felsorolás különösebb kommentárt nem igényel.

Vízerőmű

A befektetett energia túlnyomó része a beruházáshoz és az élettartam végén esedékes bontáshoz kötődik.

A vizsgált 90 MW teljesítményű vízerőmű Új-Zélandon a Waitaki folyón működik.

Várható élettartama 100 év, azzal, hogy 50 év után le kell cserélni a turbinákat, kapacitás kihasználása pedig kb. 3000 üzemóra/év, azaz kb. 34%.

A beruházásba befektetett energia megoszlása:

• Építés 93,4 %
• Üzemeltetés 3,7 %
• Bontás 2,9 %

EROI index: R = 50, de ha az alacsony kapacitás kihasználás miatt igénybe kellene venni még szivattyús tárolót is, akkor csak: R = 35

Érdemes megemlíteni, hogy a legtöbb vízerőműnél a kapacitás kihasználás nagyobb szokott lenni.

A lebontott nagymarosi vízerőművel műszakilag csaknem azonos 172 MW névleges teljesítményű Bécs-Freudenau vízerőmű átlagos éves termelése 1507 GWh, amiből kiszámítható, hogy a kapacitás kihasználása 6100 üzemóra/év, azaz kb. 70%.

Atomerőmű

Ezeknél a befektetett energia legnagyobb részét az üzemanyag előállítása képezi.

A tanulmányban vizsgált meg nem nevezett típusú atomerőmű névleges teljesítménye 1340 MW, várható üzemképes élettartama 60 év, kapacitás kihasználtsága pedig 8000 üzemóra/év, azaz 91%.

Az életciklus alatti teljes energia befektetés megoszlása:

• Építés 13 %
• Üzemanyag 61 %
• Üzemeltetés, karbantartás 22 %
• Bontás 3,7 %

Az így kiszámított EROI index: R = 75 >> 7

Erőművek összehasonlítása

Megnevezés	Élettartam	Kapacitás kihasználás	EROI index
			Tároló nélkül	Tárolóval
Atomerőmű	60 év	92 %	75	–
Vízerőmű	100 év	35 %	50	35
Szén fűtésű hőerőmű	50 év	86 %	29 – 31	–
Gázturbinás erőmű	35 év	86 %	28	–
Naptorony erőmű	30 év	kb. 30%	17 – 21	8,2 – 9,6
Szélerőmű	20 év	23 %	16,0	4,0
Biogáz erőmű	35 év	86 %	3,5	–
Napelemes erőmű	15 – 25 év	12 – 18 %	2,1 – 4,0	1,5 – 2,3

Vörös mező: EROI: <7

A táblázatból látszik, hogy biogáz erőművet és napelemes erőművet Európában nem célszerű építeni, és szélerőművet is csak akkor, ha a hálózat külön tároló kapacitás kiépítése nélkül képes befogadni az ilyen erőművek ingadozó teljesítményét.

Egyéb szóba jöhető „zöld” erőművek

A tanulmány nem tér ki több olyan erőmű típus EROI elemzésére, amelyekkel esetleg érdemes lenne behatóbban foglalkozni, legalább is egy EROI elemzés szintjén. Ezek közül a fontosabbak:

Geotermikus erőművek

A geotermikus energia nem azonos a föld-hővel, amely néhányszor 10 méter mélységből hozható fel, és fűtéshez hasznosítható hőszivattyúval. A valódi geotermikus energia a kéreg alatti forró magmából szivárog felfelé. A bolygó teljes geotermikus teljesítménye kb. 40 millió megawatt körül becsülhető, amelynek legalább egy része, erre alkalmas földrajzi adottságok mellett, villamos energia termeléshez is felhasználható.

Napkémény erőművek

Ezek működési elve a következő: Magas kémény köré üvegházat építenek, amelyből a napsugárzás hatására felmelegedő levegő felfelé áramlik kb. 15 m/sec körüli sebességgel, és ezzel turbinákat működtetnek. Előnye a megoldásnak, hogy a rendszer hő tehetetlenségének köszönhetően egy darabig napsugárzás nélkül, vagyis éjszaka is lehet valamennyi áramot termelni. További előny, hogy nem kellenek hozzá speciális anyagok, mint a napelemeknél, amelyek gyártásához a ritka földfémek bányászata környezet rombolással jár.

Függőleges tengelyű szélturbinák

Számos ilyen konstrukció létezik, különféle változatokban. Előnye az ilyen megoldásnak, hogy a karbantartást igénylő legfontosabb szerkezeti elemek a talajszint közelében helyezkednek el, nem pedig 30-40 emelet magasságban. További előny, hogy ezeket nem kell szélirányba tájolni, szerkezetük ezért sokkal egyszerűbb.

 

 

 

Összefoglaló következtetések az EROI elemzésekből

Az EROI tanulmány szerzői megállapítják, hogy számos publikáció eltorzított, manipulált adatokra hivatkozva felértékeli a „megújuló” energiákat, és negatívan értékeli például az atomenergiát.

Az adatok szándékos manipulálásával irreálisan magas üzemképes élettartammal számolnak a „megújuló” erőműveknél, és irreálisan alacsonnyal a hőerőművek és atomerőművek esetében.

Ráadásul a „megújuló” energiát értékesebbnek tekintik, és 3-szoros szorzó tényezővel szerepeltetik a számításokban.

Sok esetben figyelmen kívül hagyják a szükséges pufferolást, azzal, hogy a hálózat majd csak valahogy kiegyenlíti a teljesítmény ingadozást, vagy ha nem, akkor a fogyasztók alkalmazkodnak az áramszolgáltatáshoz, vagyis olyankor használnak villanyt, amikor éppen van.

Létezik-e „zöld” megoldás az energiaválság kezelésére?

A fentiek alapján megállapítható, hogy ilyen megoldás nem létezik, és „elvileg” sem létezhet, mivel az energiaválságot éppen a „zöld” energiák értelmetlen erőltetése idézi elő. Azt is mondhatjuk, hogy az energiaválság fő oka a növekvő globális energia igény, a CO₂ fóbia, az atomenergia fóbia, és a vízenergia fóbia. Megoldás pedig csak az lehet, hogy fel kell adni mindenféle fóbiát, hallgatni a szakemberekre, és nem utolsós sorban a józan észre.

Márpedig erről manapság szó sincs. Az EU szerint a „zöld” megoldás = még több szélkerék és még több napelem! Érdemes lenne meghallgatni Einstein intelmét, amely szerint:

„Ostobaság újra meg újra megpróbálkozni ugyanazzal a módszerrel, abban reménykedve, hogy egyszer majd más lesz az eredmény.”

A „zöld” fordulat legnagyobb paradoxonja pedig, mint már említettük, hogy minél több időjárás függő „zöld” erőmű működik a rendszerben, annál több gáz erőműre és annál több földgázra van szükség a hálózati instabilitások kiszabályozásához.

Ha pedig széndioxid emisszió-mentesen szeretnénk kis helyen, minimális üzemanyag felhasználással, minél több villanyáramot termelni, akkor az egyetlen ésszerű megoldás csak az lehet, hogy

sok-sok atomerőművet építünk.

2023. április

Dr. Héjjas István

Források:

https://portfolio.hu

https://klimarealista.hu/miskolczi-ferenc-az-eghajlat-onszabalyozasa/

http://realzoldek.hu/velemenyek/wp-content/uploads/2023/02/Klimaagymosas.pdf

https://totalcar.hu/magazin/technika/2023/01/31/a-hidrogen-atveres-es-ami-mogotte-van/

https://doi.org/10.1016/j.energy.2013.01.029

https://youtu.be/fYcUtK7HRY4

http://energiaakademia.lapunk.hu/dokumentumok/201906/a_97__.pdf

https://www.media12.hu/me/cikkek/25-elkerulheto-e-a-klimakatasztrofa

http://klimaszkeptikusok.hu/wp-content/uploads/2016/05/Energetika-H%C3%A9jjas-2015-nov.pdf

https://klimarealista.hu/klimavaltozas-es-szen-dioxid/

https://klimarealista.hu/klimabarat-energiavalsag/

https://totalcar.hu/magazin/technika/2023/01/31/a-hidrogen-atveres-es-ami-mogotte-van/

https://hu.wikipedia.org/wiki/Hidrog%C3%A9n

https://www.eurofleet.hu/magazin-hirek/akkumulator-uj-fejlesztesek-a-lathataron

https://autopro.hu/trend/uj-technologiak-forradalmasithatjak-az-akkugyartast/809730

https://www.napi.hu/nemzetkozi-vallalatok/vas-levego-akkumulator-megujulo-energia-tarolas-form-energy.733466.html

https://ipon.hu/magazin/cikk/uj-aluminium-levego-akkumulatort-mutattak-be

https://koponyeg.hu/hireso/vas-levego-akkumulator-az-energiatarolas-attorese

https://villanyautosok.hu/2018/08/16/akkumulator-technologia-a-jovo-akkumulatorai/

https://www.vg.hu/nemzetkozi-gazdasag/2023/01/a-litium-alapunal-tizszer-olcsobb-akkuk-keszulhetnek-mar-jovore

https://schiller.hu/blog/szilardtest-akkumulator/

 

Tetszett a cikk? Amennyiben igen, fejezze ki tetszését a részünkre nyújtott támogatással 300 Ft értékben. Bankszámlaszámom: – Király József – 10205000-12199224-00000000 (K&H) A közleményben kérjük megadni: klímarealista.