KURZUS: Környezetvédelem

MODUL: VIII. modul: Környezetvédelmi energetika

22. lecke: Nem megújuló energiahordozók

|  | Cél: A lecke célja, hogy a hallgató részletesebb betekintést nyerjen a nem megújuló energiaforrásaink jövőbeli lehetőségeibe, környezeti hatásaiba. Továbbá megismerje az egyes nem megújuló energiaforrások szerepét a világ, Európa és Magyarország energiaellátásában.
| Követelmények: Ön akkor sajátította el megfelelően a tananyagot, ha képes
| saját szavaival megfogalmazni a fosszilis energiahordozók bányászatának, feldolgozásának, szállításának, felhasználásának legjelentősebb környezeti problémáit, megnevezni a fosszilis energiaforrások (kőolaj, földgáz, szén) készleteinek földrajzi eloszlását, a készletek várható jövőbeli alakulását, felismerni az olajcsúcs fogalmát, megnevezni és jellemezni a kőolaj szállítása során felmerülő legnagyobb környezeti kockázatot, megnevezni az atomenergia felhasználásának környezeti problémáit, vázolni az uránérckészletek jövőbeli alakulását, megnevezni, hogy melyik energiahordozók a legfontosabbak a világ, Európa és Magyarország energiaellátásában.
| Időszükséglet: A tananyag elsajátításához körülbelül 45 percre lesz szüksége.
| Kulcsfogalmak:
| olajcsúcs
| 1. Nem megújuló energiaforrások
| A nem megújuló energiaforrások közé soroljuk a fosszilis energiahordozókat és az atomenergiát (lásd 1. lecke).
| Tanulmányozza az 1. táblázatot és a 1. ábrát! Gyűjtse ki a fosszilis energiahordozók bányászatának, feldolgozásának, szállításának, felhasználásának legjelentősebb környezeti problémáit! A 2. ábra segítségével fogalmazza meg, hogy a fosszilis energiaforrások a Föld mely régiójában vannak jelen nagy mennyiségben!
| A nem megújuló energiaforrások közül a fosszilis energiaforrások környezeti hatásait az 1. táblázatban foglaltuk össze. Mivel eredetük hasonló (korábbi földtörténeti korokban élt élőlények maradványaiból keletkeztek), ezért kémiai összetételük is hasonló, emiatt felhasználásuk, égetésük során hasonló anyagok keletkeznek.
| A 1. ábra azt mutatja be, hogy a különböző energiaforrásokból kitermelt egységnyi energia mekkora CO2 kibocsátással jár (külön az építés, az üzemanyag ellátás és az üzemelés tekintetében). A szén, kőolaj és földgáz egységnyi kibocsátása jóval megelőzi a többi energiahordozóét. A fosszilis energiaforrások készleteiről és azok térbeli eloszlásáról a 2. ábra ad áttekintést.
Az energetika környezeti hatásai
1. táblázat
Az energiahordozók felhasználásával okozott CO2 kibocsátás a teljes életciklusra vetítve (WNA 2011 adatai alapján)
1. ábra
A fosszilis energiaforrások készletei a világban
2. ábra
| 3.1. Kőolaj
| A 2. és 3. ábra összehasonlításával nevezze és jegyezze meg, hogy hol helyezkednek el a legjelentősebb kőolajkészletek! A 4. ábra tanulmányozásával fogalmazza meg a kőolajkészletek várható jövőbeli alakulását!
| A kőolaj nemcsak energiahordozóként, hanem nyersanyagként is fontos. Legfontosabb felhasználói a közlekedés, a villamosenergia-termelés, a vegyipar (pl. műanyaggyártás, gyógyszeripar), a mezőgazdaság (üzemanyag, műtrágyák, vegyszerek). A kőolajkészletek egyenlőtlenül oszlanak meg a Földön (3. ábra). A kőolajkitermelés múltbeli alakulásáról a 4. ábra tájékoztat.
Kőolajkészletek a világban milliárd hordóban mérve (OPEC, 2017)
3. ábra
A világ nyersolajtermelésének földrészenkénti megoszlása 1960-tól napjainkig
4. ábra
| Gondolja végig, hogy milyen összegfüggések lehetnek a kőolaj készletek, a kitermelés, az EROI és az olaj világpiaci ára között?
| A kőolajkészlet várható kifogyásának idejét 1990 óta minden évben kb. 40 évre teszik a bejelentett kőolajkészletek alapján, a folyamatosan feltárt új készleteknek köszönhetően. Ez kedvezőnek tűnik, de az újonnan feltárt készletek nagy része mélyen, partoktól távol, illetve nehezen megközelíthető hegyvidéki, sarkkörön túli területeken található, ami megnöveli a kitermelési és szállítási költségeket, ezeken keresztül az EROI értéket is.
| A kőolaj kitermelésének kezdetén EROI értéke 100:1-ről indult (azaz 100 hordónyi olajat 1 hordónyi olaj energiájából lehetett kitermelni), mára ez a szám 10-7:1, azaz 1 hordónyi olaj energiájából átlagosan 7-10 hordó olajat lehet kitermelni (lásd még 1. lecke 2. táblázata). A különböző térségekben található készletek EROI értéke jelentősen eltér. A közelmúltban jelentősen csökkent az újonnan feltárt készletek mennyisége is. A készletek végessége miatt előbb-utóbb csökkenni fog a kitermelés. Az olajtermelés növekedő üteméből csökkenőbe való átfordulásának időpontja (ún. olajcsúcs) összetett és erősen vitatott kérdés, nemcsak az olajkészletek mennyiségétől és elérhetőségétől függ, hanem gazdasági és társadalmi tényezőktől, valamint a többi energiahordozó készleteitől és kitermelésétől. Az 5. ábrán két becslést látunk az olajkitermelés mennyiségének következő évszázadokbeli alakulásáról.
Az olajtermelés mennyiségének várható alakulása (exojoulban = 1018 J) egy pesszimistább és egy optimistább forgatókönyv szerint. A fekete pöttyök történeti adatok, a görbék előrejelzések. (Mohr et al., 2015 nyomán)
5. ábra
| A kőolaj hosszú távon indikátora lehet a kitermelés költségeinek. A kőolaj ára ugyan jelentősen függ a világpiaci eseményektől, de az utóbbi években már megfigyelhető a kitermelés költségnövekedésének hatása is (6. ábra).
A kőolaj-árak alakulása és a világ politikai eseményei (1968-2017)
1. USA árszabályozás 2. Arab olajembargó 3. Iráni felkelés 4. Irak-Iráni háború 5. Szaúd-Arábia változtat kitermelés-politikáján 6. Irak lerohanja Kuvaitot 7. Ázsiai gazdasági válság 8.,12.,13. OPEC szabályozás 9. USA 9/11 10. Alacsony tárolási kapacitás 11. Gazdasági világválság (eia, 2017)
6. ábra
| Az 1. táblázat alapján tekintse át a kőolaj bányászatának, feldolgozásának, szállításának, felhasználásának legjelentősebb környezeti problémáit! Gyűjtse ki a kőolaj szállítása során felmerülő legnagyobb környezeti kockázatot! Nézzen utána az interneten a legnagyobb/legismertebb olajszállító hajó baleseteknek (pl. Atlanti Császárnő)!
| A kőolaj felhasználásának környezeti hatásai közül - az üvegházhatású CO2 kibocsátásán túl - a vízszennyezést kell kiemelnünk. A vizekbe került kőolaj szétterül annak felszínén, akadályozva a fény és az oxigén bejutását a vízbe. Különösen nagy környezeti problémát okoz, hogy a kőolaj egyenletesen és nagyon nagy felületen terül szét, ami megnehezíti az összegyűjtést és ártalmatlanítást. Igen kis mennyiségű kőolaj igen nagy felületet tud károsítani. Érzékeltetésül: a Balaton teljes felszínének elszennyezéséhez elegendő lenne 24 m3 olaj bejutása, ami kb. egy tartályautónyi (kb. 20,7 tonna)! A legtöbb tankhajó-baleset az 1970-es években történt. A legnagyobb óceáni kiömlés 287 ezer tonna volt (Atlantic Empress). Az 1990-es évektől mind a balesetek száma, mind pedig az egy hajóból kiömlő olaj mennyisége csökkent.
| 3.2. Földgáz
| 2. és 7. ábra összehasonlításával nevezze és jegyezze meg, hogy hol helyezkednek el a legjelentősebb földgázkészletek! Jegyezze meg a földgázkészletek várható jövőbeli alakulását!
| A földgáz szerepe könnyű kezelhetősége és gyakorlatilag salakanyag nélküli égetése miatt elsősorban a hőenergia előállítás terén nő, a lakossági fogyasztók körében. A legnagyobb földgáztartalékokon Közel-Kelet és Eurázsia osztozik (7. ábra). A földgáz gyakran együtt fordul elő a kőolajjal, kitermelésük együtt gazdaságosabb (EROI értékét lásd 1. lecke 2. táblázatában). A bevallott készletek alapján minden évben hátrébb tolódik az az időpont, amikor a földgázkészletek kifogynak. Ez azonban megtévesztő, hiszen nem számolnak a növekvő energia-igénnyel, és azzal sem, hogy - jelenlegi ismereteink szerint - a kőolajkészletek kimerülése után a földgáz lesz a fő energiaforrás, ami meglehetősen felgyorsítja a készletek kiaknázását.
Földgáztartalékok a világban 2016-ban (BP, 2017 adatai)
7. ábra
| Olvassa le a 8. ábráról a világ és Európa földgázfogyasztásának tendenciáját!
A világ földgázfogyasztásának alakulása (1990 - 2016), régiónkénti megoszlásban. FÁK: Független Államok Közössége, Orosz Föderáció (enerdata, 2017)
8. ábra
| Míg a kőolaj balesetek elsősorban a vizeket és a talajt terhelik, a földgáz kinyerése, feldolgozása, szállítása során a metán légkörbe kerülése jelenti a legnagyobb környezeti kockázatot.
| 3.3. Szén
| A 2. és 9. ábra összehasonlításával nevezze és jegyezze meg, hogy hol helyezkednek el a legjelentősebb szénkészletek! Jegyezze meg a szénkészletek várható jövőbeli alakulását!
| Az ipari forradalmat a szén indította el és tartotta lendületben a 20. század elejéig, amikor a kőolaj vált elsődlegessé Európában és Észak-Amerikában. A szénnek a kőolajjal és a földgázzal szemben vannak előnyei: készletei egyenletesen oszlanak el a Földön (9. ábra), a felhasználására kialakult technológiák több száz éve fejlődnek, tárolása nem igényel különleges körülményeket. Környezeti hatásai azonban jelentősek (1. táblázat, 1. ábra), jelentős a salakanyag és a szennyezőanyag-tartalma is. A szénkészletek előrejelzése szerint folyamatosan csökken a kifogyásig hátralévő idő. A készletek feltárása, számbavétele már több száz éve elkezdődött, így nem várható újabb, jelentős lelőhely feltárása.
| A 10. ábra alapján válaszolja meg az alábbi kérdéseket!
| Melyik földrajzi régióban a legjelentősebb a szénkitermelés? Hogyan alakult az elmúlt években a szénkitermelés?
| Míg a fejlett államokban a többi fosszilis energiaforrás mellett a szénnek alárendelt szerepe van, Ázsia gyorsan fejlődő országaiban, elsősorban Kínában és Indiában a szén a legfontosabb energiahordozó. Az ázsiai kitermelés kb. 70%-át Kína adja, második India kb. 15%-kal (2016). Az új évezred első évtizedében Kínában a gazdasági fellendüléshez az energiát elsősorban a szénkitermelés hirtelen növekedésével fedezték, ami a 10. ábrán is jól látható: 2006 és 2013 között több mint 35%-kal nőtt a kitermelés, majd a tendencia megfordult. India kitermelése ötöt-hatod része Kínáénak, azonban a 2006-2016 időszakban 55%-kal emelkedett.
Szénkészletek a világban 2016-ban (BP, 2017 adatai)
9. ábra
A szénkitermelés időbeli változása (1996-2016) és régiónkénti megoszlása (BP, 2017 nyomán)
10. ábra
| 3.4. Atomenergia
| Gyűjtse ki az atomenergia előnyeit! Gyűjtse ki és jegyezze meg az atomenergia felhasználásának környezeti problémáit!
| Az atomenergia a 20. század nagy reménysége volt. Üzemelése balesetmentes körülmények esetén gyakorlatilag károsanyag-kibocsátás mentes, sőt, a CO2 kibocsátása a teljes életciklusát tekintve nagyon alacsony (1. ábra), továbbá az EROI értéke is viszonylag magas.
| Az atomerőmű működése közben érzékelhető környezeti problémát a hűtés szükségessége miatt a vizekre gyakorolt hőszennyezés okoz. Azonban ne feledjük, hogy az alapanyagot jelentő uránérc készletei csökkennek, bányászata során nagy mennyiségű meddőhányó marad vissza. A legnagyobb problémát a kis, közepes és nagy aktivitású reaktorhulladékok elhelyezésének és kezelésének környezetegészségügyi kockázata jelenti nemcsak a jelen, de a jövő generációk számára is. A jelenkor viszonylag tiszta és olcsó energiáját utódainknak kell majd megfizetnie, több emberöltőn keresztül. Az atomerőmű néhány évtizedig üzemel, viszont a nagy aktivitású radioaktív hulladékok több százezer évig is sugároznak. Egy átlagos reaktorból évente 30 t kimerült fűtőelem kerül ki (150 m3 közepes, 400 m3 kis aktivitású hulladék), aminek következtében 2000-re közel 200 ezer tonna radioaktív hulladék halmozódott fel. A nukleáris balesetek további, igen jelentős környezeti és egészségi kockázatokat rejtenek magukban. Több sokáig eltitkolt balesetre az 1986. áprilisi csernobili katasztrófa irányította rá a figyelmet.
| A www.world-nuclear.org honlapon keresse ki az atomerőművekre, az urán bányászatára és a készletekre vonatkozó aktuális adatokat, és tájékozódjon az országok szerint lebontott adatok között is!
| 2016-ban a világon 447 atomreaktor-blokk működött, amelyek együttesen 2,49 milliárd kWh energiát, a világ villamos energia szükségletének 11,5%-át termelték. 59 blokk áll építés alatt. 170 reaktor blokkot terveznek működésbe állítani 2025-ig, valamint további 372 blokk terve szerepel a távolabbi jövőben. A működő reaktorokhoz szükséges urán mennyisége 2016-ban közel 68 ezer tonna. A 11. ábra az urántermelés és urán-igény alakulását mutatja be, a 12. ábra pedig az atomenergia részarányát mutatja be a világ teljes energiatermeléséből.
A világ urán termelése és igénye. Zöld: a bányászott urán; kék: a villamos-energiahálózatba tápláló atomreaktorok urán igénye; lila: a haditengerészet és a villamos-energiahálózatba tápláló atomreaktorok urán igénye összesen.
11. ábra
| A 13. ábra alapján hasonlítsa össze az atomenergia összes energiatermelésből való részesedését az Európai Unióban és hazánkban, és vesse össze a 12. ábrával!
| Mivel Európában a fosszilis készletek a többi kontinenshez viszonyítva (1. ábra) kisebbek, az Európai Unióban is jelentős szerepe van az atomenergiának, amely 2015-ben az EU energiatermelésének közel harmadát adta (13. ábra).
A világ energiatermelésének (összesen 13805 Mtoe) energiahordozónkénti megoszlása 2014-ben. (ec.europa.eu, 2016)
12. ábra
Az EU 2015-ös összes energiatermelésének (781,9 Mtoe) és Magyarország összes energiatermelésének (11,3 Mtoe) energiahordozónkénti százalékos megoszlása. (adatok: ec.europa.eu)
13. ábra
| Magyarország villamosenergia termelésének kb. 40%-át a Paksi Atomerőmű adja. Négy reaktorblokkjának egyenkénti teljesítménye 500 MW (összesen 2000 MW).
| Nézze meg Magyarország pillanatnyi villamosenergia-fogyasztását a MAVIR honlapján! Figyelje meg az import-export mérleget! https://www.mavir.hu/web/mavir/adatpublikacio

|  | Önellenőrző kérdések
| 1. Töltse ki a táblázat hiányzó részeit!
| Kőolaj | Földgáz | Szén
Legnagyobb készletek elhelyezkedése |  |  |
Kitermelés tendenciája |  |  |
Környezeti problémák |  |  |
| 2. Mi az olajcsúcs?
| Az olajkitermelés növekedő üteméből csökkenőbe való átfordulásának időpontja.
| A történelemben legmagasabb EROI érték, amit olajra számolhatunk.
| 3. Mi a kőolaj-szállítás legnagyobb környezeti kockázata?
| 4. Melyek a földgáz, mint energiahordozó előnyei és káros környezeti hatásai?
| 5. Milyen környezeti problémákat jelent az atomenergia használata?
| 6. Igaz vagy hamis?
Minden nem megújuló energiaforrás fontos környezeti hatása a szén-dioxid-kibocsátás. |
Az uránkészletek a jövőben növekedni fognak, mert a technika fejlődésével valószínűleg jelentős új lelőhelyeket fedeznek majd fel. |
A hazai energiatermelés legnagyobb forrása az atomenergiából ered. |