KURZUS: Környezetvédelem

MODUL: VIII. modul: Környezetvédelmi energetika

21. lecke: Energiaforrások

|  | A modern emberi társadalom minden eddiginél nagyobb energiaigénnyel rendelkezik. A fogyasztói társadalomban a tömegtermelés sokféle nyersanyag kitermelését, átalakítását, feldolgozását feltételezi, amelyek mögött energiaigényes iparágak állnak. Az épületeket hidegben fűtjük, melegben hűtjük - ez a háztartások fenntartásának legenergiaigényesebb komponense. A modern ember mobilis, temérdek energiát használ a közlekedés és szállítás különféle módjaival. Világítjuk a házakat, az utcákat, az épületeket, sokszor nem csak belülről, de kívülről is. Egyre több kisebb-nagyobb kütyüvel vesszük körül magunkat, amelyek mind-mind energiát használnak. Ezt a sok energiát meg kell termelni. Milyen módon, milyen áron tudjuk a mai energiaigényt kielégíteni? Vajon képesek leszünk-e hosszútávon minden energiaigényt kielégíteni? A környezetvédelmi energetikával nem csak azért kell foglalkoznunk, mert az energiatermelés rendkívül környezetszennyező ágazat, hanem mert a Föld fosszilis energiahordozói - amelyek jelenleg fő energiaforrásaink - véges készletet jelentenek.
| Cél: A lecke célja, hogy a hallgató áttekintést kapjon a világ energiaigényéről és energiaellátásról, az energiaforrások fajtáiról és azok részesedéséről a világ, Európa és Magyarország energiaellátásában.
| Követelmények: Ön akkor sajátította el megfelelően a tananyagot, ha képes
| definiálni az energiaforrás fogalmát, csoportosítani és felsorolni az energiaforrásokat eredetük szerint, saját szavaival megfogalmazni a különbséget az elsődleges és a másodlagos energiaforrások között, saját szavaival megfogalmazni a különbséget a megújuló, a nem megújuló energiaforrások és a biomassza között, felsorolni a fosszilis és a nem megújuló energiahordozókat, a megújuló energiaforrásokat, saját szavaival elmagyarázni a világ energiafogyasztásának tendenciáját, legfőbb problémáit, a problémák okait, saját szavaival megfogalmazni az energiamegtérülési mutató (EROI) jelentését, EROI-t befolyásoló tényezőket (min. 3) felsorolni.
| Időszükséglet: A tananyag elsajátításához körülbelül 45 percre lesz szüksége.
| Kulcsfogalmak:
| energiaforrás elsődleges (primer) energiaforrások másodlagos (szekunder) energiaforrások nem megújuló energiahordozók fosszilis energiahordozók megújuló energiahordozók biomassza energiamegtérülési mutató (EROI)
| 1. Az energiaforrások felosztása
| Tanulmányozza az 1. táblázatot, és jegyezze meg a különféle energiaforrásokat és besorolásukat!
| Energiaforrásoknak a természet olyan rendszereit tekintjük, melyekből technikailag hasznosítható energia nyerhető, az adott társadalmi, politikai, műszaki fejlettségi stb. körülmények között. Az energiaforrások eredet szerinti csoportosítása az 1. táblázatban látható.
Energiaforrások csoportosítása eredet szerint
1. táblázat
| Értelmezze és jegyezze meg a különbséget a primer és szekunder, valamint a nem megújuló, megújuló és biomassza források között! Gyűjtse ki és jegyezze meg a fosszilis energiaforrásokat! Gyűjtse ki és jegyezze meg a megújuló és nem megújuló energiaforrásokat!
| Az elsődleges (primer) energiaforrások azok az erőforrások, amelyek önállóan, egyéb forrás bevonása nélkül is képesek lennének energiát szolgáltatni. Jellemzőjük, hogy a belátható jövőben nem várható a keletkező energia csökkenése. Jelenleg a Nap sugárzó energiáján kívül nem vagyunk képesek közvetlenül kihasználni őket. Ilyen források:
| a Nap sugárzó energiája; a Hold gravitációs energiája; a Föld belső hője (nem összekeverendő a geotermikus energiával, ami már egy másodlagos energiaforrás); a Föld rotációs és gravitációs energiái.
| A másodlagos (szekunder) energiaforrások azok az erőforrások, amelyek az elsődleges energiaforrások átalakításával jönnek létre. Három nagy csoportba osztjuk őket:
| Nem megújuló energiahordozók: Azok az energiaforrások, amelyekből nem keletkezik számottevő mértékben új forrás az emberiség időléptékével tekintve. Az uránérc ugyan önállóan, egyéb forrás bevonása nélkül is képes energiát szolgáltatni, de mivel emberi léptékkel nézve nem áll belőle végtelen mennyiség, így az atomenergiát a szén, a kőolaj és a földgáz mellett a nem megújulók csoportjába soroljuk. A szén, kőolaj és földgáz együttes elnevezése: fosszilis energiahordozók, mivel korábbi élőlények szerves anyagainak fosszilizálódásából keletkeztek. Megújuló szekunder energiahordozók: Ide azok a másodlagos energiaforrások tartoznak, amelyek folyamatosan keletkeznek, és az ökológiai rendszer fenntartása során fel is használódnak. Ezek a szél-, a víz- és a geotermikus energia. Biomassza: A fotoszintézis útján megkötött növényi, állati, emberi energiát soroljuk a biomassza energiaforrások közé. A biomasszát sokáig a megújuló energiaforrások közé sorolták, de ma már külön csoportként kezelik. Az ide sorolt források ugyanis folyamatosan megújulnak ugyan, ám e folyamat csak addig megújuló, amíg tudatos emberi tervezés van mögötte. Az esőerdők kiirtása és eltüzelése például nem nevezhető megújuló erőforrás használatnak, míg az energiaerdők növesztése és hasznosítása igen.
| Megújuló energiaforrásoknak nevezzük közös néven a szél-, nap-, geotermikus, hullám-, árapály-, vízenergia, biomassza, hulladék-lerakóhelyeken és szennyvíztisztító telepeken keletkező gázok, biogázok energiáját.
| 2. Az emberiség energiafelhasználása
| Gyűjtse ki az emberiség energia-történelmének legfontosabb szakaszait, valamint a jövő várható alakulását! Segítségképpen tanulmányozza az 1. ábrát!
| Kezdetben az emberiség energiaigényét növényi forrásokból (pl. fa) elégítette ki. Később, a vadon élő állatok háziasításával állatokat is energiaforrásként használt. A "civilizálódás" során az emberi erőforrás használat is megnőtt (rabszolgaság). A víz és a szél energiáját is használták (pl. vízimalmok, szélmalmok). Az energiafelhasználásban a nagy áttörést a nem megújuló energiaforrások használata jelentette, amikor kifejlesztették az energia-átalakító rendszereket (gőzgép, dinamó). Kezdetben a könnyen és a világ szinte minden pontján valamilyen mértékben hozzáférhető szén volt az energetikai rendszerek alapja. Az ipari forradalmat követően az ipar áttért a kényelmesebben használható kőolajra és földgázra, és megjelent az atomenergia is. Napjaink energetikai útkeresésében kezdünk visszatérni a biomasszához és a megújuló energiaforrásokhoz, és várakozunk a fúziós energiára (amely egyáltalán nem biztos, hogy "mindent megoldó" lesz). Az 1. ábra bemutatja az emberiség által használt energiaforrások megoszlásának időbeli változását.
Az energiaforrások múltbeli és várható jövőbeli megoszlása
1. ábra
| A 2. és 3. ábra tanulmányozásával fogalmazza meg a világ energiafogyasztásának tendenciáját, legfőbb problémáit, a problémák okait!
| A történelem folyamán azonban nemcsak a felhasznált energiaforrások aránya (energiamix) változott, hanem az emberiség energiaigénye is óriási mértékben megnőtt (2. ábra). A 20. század második felének 50 évében kétszer több energiát használtunk fel, mint civilizációnk korábbi történelmében összesen.
| Az energiafelhasználás jövőbeli alakulását három tényező befolyásolja alapvetően:
| 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.
| Az első kettő egyértelműen növelni fogja az energiaigényeket. Az előrejelzések szerint, világszinten a megújuló energiaforrások még 2030-ban sem fognak jelentős szerepet játszani a megnövekedett energiaigények kielégítésében. Ennek okai között szerepel, hogy a technológiák még újak, sok a megoldandó feladat, valamint sajnos az is, hogy a nem megújuló energiaforrások kitermelése még ma is jelentős anyagi haszonnal jár, és annál nyereségesebb, minél kevesebb alternatívája van. Az energiatakarékosságban pedig az energiatermelés és -szolgáltatás minden résztvevője ellenérdekelt (a fogyasztókon kívül).
| A megújuló energiák részarányának jelentős növekedését azok felhasználásának negatív környezeti hatásai is gátolják. Például a szélerőművek részarányának számottevő növelése már komoly hatással lenne a városok átszellőzésére (és a jelenleginél sokkal súlyosabb hatású szmogok kialakulásához vezetne). A napenergia és a biomassza területigénye nagy, ezáltal egymással és az élelmiszertermeléssel is versengenek. A vízenergia felhasználása során a terület vízellátása és ezzel együtt ökoszisztémája is sérül.
A világ energiaellátásának alakulása 1991-2016 (BP Statistical Review of World Energy June 2017 nyomán)
2. ábra
| Nemcsak a népesség, hanem az egy főre jutó energiafogyasztás is növekszik, azaz egymás hatását erősítik. Az nagy bizonyossággal kijelenthető, hogy a növekvő létszámú emberiség energiával való ellátása nem lesz olcsó, mert a fenyegető természeti (és társadalmi) katasztrófák elkerülése érdekében a 21. században már nemcsak az energiaforrások és szolgáltatások előteremtéséről, hanem a földi bioszféra megóvásáról, megszokott működésének fenntartásáról is gondoskodni kell.
| A világ egészre vonatkozó tendenciák és energiamix elfedi az egyes régiók és országok energiatermelése és energiafelhasználás közötti különbséget. Az egyes régiók energiatermelése a gazdasági fejlettségen kívül erősen függ az ott található különböző (elsősorban fosszilis) energiaforrások mennyiségétől. A világ energiafelhasználása valamivel kevesebb, mint a világ energiatermelése (hálózati, szállítási veszteség), régiók országok szintjén azonban ennél sokkal jelentősebb eltérések is vannak.
| Tanulmányozza a 3. ábrát! Figyelje meg, hogy az egyes régiók milyen arányban járulnak hozzá a világ energiatermeléséhez és vesse össze a fogyasztásukkal! Gyűjtse ki azokat a régiókat, amelyek több energiát termelnek, mint felhasználnak! Gyűjtse ki azokat a régiókat, amelyek több energiát fogyasztanak, mint termelnek! Mely régiók energiatermelése ill -felhasználása növekedett ill. csökkent jelentősen?
A világ energia-termelésének és energia-felhasználásának alakulása a közelmúltban (adatok: EU, 2017)
3. ábra
| Az energia-termelés és -fogyasztás legnagyobb mértékben Kínában nőtt. A 3. ábrából az is kitűnik, hogy az energia exportáló térségek közé tartozik Afrika, Oroszország és a Közel-Kelet. Európa fogyasztása közel kétszerese az energiatermelésének!
| 3. Energiamegtérülési mutató (EROI)
| Jegyezze meg az EROI fogalmát! Gondolkodjon el azon, milyen tényezők befolyásolják egy energiahordozó EROI értékét! Tanulmányozza a 2. táblázatot az egyes EROI értékek összehasonlításáról!
| Az energiamegtérülési mutató vagy EROI (energy return on investment) azt fejezi ki, hogy egységnyi energia befektetésével mennyi egységnyi energiához jutunk, beleszámítva az összes kapcsolódó tevékenység energiaigényét (kitermelő létesítmény létrehozása, kitermelés, szállítás). Az egyes energiahordozók EROI értéke nagyon különböző lehet, sőt egy energiahordozó EROI értéke is jelentősen különbözik az egyes kinyerési helyeken.
Különböző energiahordozók napjainkban érvényes maximális és átlagos EROI értéke (becslések több forrásból, 2013-2017). Az atomenergia EROI értéke erősen vitatott. *a megtermelt villanyáram hálózatba vezetésével vagy energiatárolásal, **melegvíz-készítés esetén, *** cukornádból
2. táblázat
| A külszíni fejtésű gazdag szénbányából származó jó minőségű feketekőszén EROI értéke sokkal magasabb (akár 80:1 is lehet), mint egy föld alatti, mély bányából származóé (22:1 Kína). Általában a nagyobb lelőhelyek és létesítmények gazdaságosabbak, különösen, ha hosszú távon viszonylag kisebb költséggel fenntarthatók, ezért a belőlük származó energia EROI értéke is kedvezőbb. A vízerőművek, szélerőműparkok esetén ez megfigyelhető.
| A legmagasabb EROI értéket az 1930-40-es években kinyert földgázra számítottak, ami elérhette a 120:1 értéket. Az EROI elméleti alsó határa 1:1, ezalatt energetikailag nem éri meg az energiatermelés.
| A fosszilis energiahordozókra az EROI hosszú távon csökkenő tendenciát mutat, a földgáz és az olaj esetén ez már történeti adatokban is megmutatkozik. A megújuló energiaforrások esetén a technológia fejlődésével az EROI javulhat.

|  | Önellenőrző kérdések
| 1. Definiálja az energiaforrás fogalmát!
| 2. Melyek a primer energiaforrások fajtái?
| 3. Milyen három csoportra oszthatjuk a másodlagos energiaforrásokat?
| 4. Sorolja fel a nem megújuló energiahordozókat!
| 5. Sorolja fel a megújuló energiahordozókat!
| 6. Mi a különbség az elsődleges és a másodlagos energiaforrások között?
| 7. Sorolja fel, melyek a fosszilis energiaforrások!
| 8. Igaz vagy hamis?
Egyre több energiát fogyasztunk. |
A következő évtizedekben az energiatakarékosság és a technológiák fejlődése miatt csökkenni fog a világ energiaigénye. |
A népesség növekszik, de az egy főre jutó energiafogyasztás nem. |
A megújuló energiák hamarosan át fogják venni a nem megújuló energiák domináns szerepét. |
| 9. Melyek a világ energiafogyasztásával kapcsolatos legfontosabb problémák, és mi az okuk?
| 10. Mit jelent az EROI?
| 11. Soroljon fel olyan tényezőket (3 darabot), amelyek befolyásolják az EROI értékét!