KURZUS: Környezetvédelem

MODUL: VIII. modul: Környezetvédelmi energetika

23. lecke: Megújuló energiahordozók

|  | Cél: A lecke célja, hogy a hallgató részletesebb betekintést nyerjen megújuló energiaforrásaink jövőbeli lehetőségeibe, környezeti hatásaiba. Ráébredjen arra, hogy az energiatakarékosságnál többet ér az energiahatékonyság, és ennél is többet ér energiafogyasztásunk csökkentése.
| Követelmények: Ön akkor sajátította el megfelelően a tananyagot, ha képes
| felsorolni a napenergia hasznosításának passzív és aktív lehetőségeit, felsorolni a szélenergia hasznosítására használt múltbeli és jelenkori berendezéseket, megnevezni az EU azon tagállamát, amelyikben a szélenergia a legnagyobb arányban részesedik a villamosenergia-termelésből, felsorolni a szélenergia hasznosításának előnyeit és hátrányait, megfogalmazni az offshore és az onshore szélerőművek közti különbséget, saját szavaival megfogalmazni a vízerőművek működési elvét, felsorolni a vízerőművek kedvezőtlen környezeti hatásait, felsorolni a geotermikus energia hasznosítási lehetőségeit, felsorolni a geotermikus energia használatának előnyeit és a hasznosítás korlátozó tényezőit, saját szavaival elmagyarázni a hőszivattyúk működési elvét, felsorolni és csoportosítani a biomassza, mint energiahordozó fajtáit, megnevezni a biomassza energetikai célú felhasználásának 3 fő módszerét, saját szavaival megfogalmazni a biomassza erőművek ellen szóló érveket, saját szavaival bemutatni az energiaültetvényeket, felsorolni a biomassza alapú energiatermelés előnyeit, felsorolni a biogáz lehetséges alapanyagait, felsorolni a biogáz termelésének és hasznosításának környezeti előnyeit, megnevezni a bio-üzemanyagok két nagy csoportját, saját szavaival bemutatni a jövőbeli energiatermelés és -felhasználás útjait és azok problematikáját.
| Időszükséglet: A tananyag elsajátításához körülbelül 80 percre lesz szüksége.
| Kulcsfogalmak:
| passzív napenergia hasznosítás aktív napenergia hasznosítás fotoelektromos napenergia hasznosítás offshore szélerőművek onshore szélerőművek vízerőmű geotermikus gradiens hőszivattyú energiaültetvény
| 1. A megújuló energiaforrások részesedése az energiatermelésben
| Olvassa le a 2. lecke 12. és 13. ábrájáról, hogy hány százalékát adják a megújuló energiaforrások a világ és az EU energiatermelésének! Figyelje meg az 1. ábrán az EU megújuló energiatermelésének változását típusok szerint!
Megújuló energiatermelés az EU-ban 1990-2015
1. ábra
| A 2. ábra alapján gyűjtse ki azokat az országokat, amelyek energiaszükségletük több mint felét megújuló energiaforrásokból fedezik! Hasonlítsa össze az EU 2020-as célkitűzését az egyes országok 2014-es állapotával! Hasonlítsa össze Magyarországot a környező országokkal és az EU 20%-os vállalásával!
| Az Európa 2020 stratégiában kiemelt célként szerepel, hogy 2020-ra az EU energiaigényének 20%-át megújuló energiákból fedezze. Magyarország válalása 14,65%. Magyarország energiafelhasználásának jelentős részét importból elégíti ki, aminek eredete szintén befolyásolja a megújuló energiák arányát.
Megújuló energiaforrások részesedése az EU egyes országainak teljes energiafogyasztásából. Magyarország 2014-ben (és 2015-ben is) 9,5%-ot ért el. (eurostat)
2. ábra
| 1. Napenergia
| Gyűjtse ki és jegyezze meg a napenergia passzív és aktív hasznosítási módjait!
| A Napból származó energia természetesen megújul, de amint azt a 21. leckéjében kifejtettük, a napsugárzás lényegileg különbözik a többi megújuló energiaforrástól: egyrészt az elsődleges energiaforrások közé tartozik, másrészt felhasználása a mai ismereteink szerint nem jár a bioszféra egyensúlyának megbontásával.
| A Napból egy év alatt érkező sugárzás több mint 10 000-szeresen haladja meg a világ jelenlegi energiafelhasználását. Az eredeti, a Napból érkező sugárzásnak csak 47,4%-a éri el a földfelszínt. Ez az energiamennyiség is igen jelentős, hiszen ha ennek 0,0005%-át technikailag hasznosítani tudnánk, akkor megoldódnának energiaellátási gondjaink. Jelenleg a napenergia energetikai hasznosítása a világban mintegy 1,11(106 MWh-ra tehető. Magyarország területére a Napból évente beérkező energia 1,16(1011 MWh, ami Magyarország éves villamos energia felhasználásának 2900-szorosa.
| A napsugárzást hőként felfogva vagy elektromos áram termelésére használhatjuk. A napenergia hasznosítása passzív és aktív eszközökkel oldható meg. A passzív napenergia hasznosítás (építészeti eszközökkel megvalósított) formái:
| települési szinten a klímatervezés módszerével, az épületek megfelelő tájolásával, az utcák nyomvonalvezetésével, zöldövezeti leárnyékolásokkal stb., építményi szinten a tájolás, tömbképzés, épületek szerkezetének megfelelő megválasztásával, az épületek hőforgalom szabályozásának, a természetes világítás helyes tervezésének megvalósításával.
| A kertészetek más módon nem fűtött fóliasátrai, üvegházai szintén a napenergia passzív felhasználásának példái.
| Az aktív napenergia hasznosítás során aktív hasznosító eszközökkel alakítjuk át a Nap energiáját végenergiává. Az aktív napenergia hasznosításnak két alapvető fajtája terjedt el: szolár-termikus és fotovillamos hasznosítás. A szolár-termikus rendszerekkel az év nagy részében biztosítani lehet a használati melegvízellátást, ki lehet váltani a hagyományos fűtési rendszer egy részét, és a mezőgazdaságban például napenergiás terményszárításra is használhatóak. A napenergiával történő vízmelegítésnek sok módszere van az egyszerű feketére festett hordóktól, műanyag csőkötegektől kezdve a napkollektorokig. A napkollektoros rendszerekben a Nap energiáját egy berendezésben (a napkollektorban) közvetítő közeg segítségével hőenergiává alakítjuk át, amelyet épületgépészeti eszközökkel hasznosítunk vízmelegítésre, fűtésre (3. ábra). Fűtés esetén a rendszer legnagyobb problémája az, hogy a rendelkezésre álló napenergia télen jóval kisebb, mint nyáron, a hőigény viszont fordítva alakul.
| Tanulmányozza a 3. ábrát a napkollektoros rendszer működésének megértéséhez!
Napkollektoros rendszer
3. ábra
| A fotoelektromos napenergia hasznosítás során a Nap energiáját közvetlenül elektromos energiává alakítjuk át a berendezésben (a napelemben), amelyet elektrotechnikai eszközökkel hasznosíthatunk. Ezek az ún. napelemes rendszerek. A napfényt közvetlenül elektromos árammá alakító berendezéseket fotoelektromos (PV) celláknak nevezzük. A napelemek teljesítménye a mikrowatt, tizedmikrowatt teljesítménytől (pl. zsebszámológépek napelemei) több megawatt teljesítményig (erőműtelepek) terjed. Hasznosításuk korlátját elsősorban az alacsony hatásfok jelenti: a sorozatban gyártott napelemek hatásfoka csak 15% körül mozog. 15%-os hatásfok mellett a világ jelenlegi energiafogyasztását teljes mértékben napelemekkel biztosítva 350 000 km2 (megközelítőleg négy Magyarországnyi vagy egy Németországnyi) területet kellene erre felhasználni. Ha a teljesítményt 50%-ra sikerülne emelni, akkor a területigény 105 000 km2-re (valamivel több, mint egy Magyarország) csökken. (Összehasonlításképp: a Föld összes városa jelenleg körülbelül 546 000 km2-nyi területet foglal el.)
| Az Egyenlítőhöz közeledve, sivatagokban a mérsékelt övi lehetőségeknél több energia aknázható ki.
| A hagyományos fotoelektromos rendszereknél hatékonyabbak a koncentrált naperőművek, amelyek görbe tükrök segítségével egy középső egységbe fókuszálják a Nap energiáját.
| 2.1. Szélenergia
| Gyűjtse ki a szélenergia felhasználás történetéből a történeti hasznosítás fő típusait!
| A szélenergia eredendő forrása a Nap. A napsugárzás a felszín különböző területeit eltérő mértékben melegíti fel. A hőmérsékletkülönbség nyomáskülönbséghez vezet, amit a levegő áramlása igyekszik kiegyenlíteni. Szélenergiát a levegő mozgási energiájából nyerhetünk.
| A szélenergia hasznosítással foglalkozó tanulmányok megerősítik azt a tényt, hogy a világ szélenergia tartalékai rendkívüliek, és majdnem minden régióban és országban rendelkezésre állnak. A technikailag hasznosítható éves szélenergiát 53 000 TWh-ra becsülik. Ez kétszeresen meghaladja a világ 2020-ra prognosztizált közel 26 000 TWh villamos energia igényét.
| A szélenergiát az emberiség ősidőktől fogva hasznosítja. Először ötezer évvel ezelőtt az egyiptomiak hasznosították tudatosan, amikor vitorlás hajóikkal a Níluson közlekedtek. Az első szélmalomról szóló beszámoló Babilóniából származik. Nyugat-Európában a 12. században jelentek meg a gabonaőrlő szélmalmok. Néhány évszázaddal később a szélmalmokat alkalmassá tették vízszivattyúzásra is. Az iparosodás koráig a szélmalmok más feladatokat is elláttak, mint pl. a fűrészelés, öntözés, fűszer-, kakaó-, dohány-feldolgozás. A gőzgépek elterjedésével azonban fokozatosan elvesztették e szerepüket. Bár az első nagyméretű, villamos energiát előállító szélturbinát 1888-ban építették, és azt követően számtalan nagy teljesítmény szélerőmű épült szerte a világon, mégis, csak a 20. század második felében, az olajár ingadozásának függvényében folytatódtak újra a jelentős kutatások és fejlesztések a szélenergia-hasznosítás területén. A modern szélenergia-hasznosítás fejlődése néhány évtizedre tekint vissza: 1980-ban adták át Dániában az első piacképes létesítményt. A fejlődés azóta töretlen, de az országok közt jelentős különbségek vannak (4. ábra, 5. ábra).
| Tanulmányozza a 4. ábrát, és keresse meg rajta hazánkat! Nevezze meg azokat az országokat, ahol a szélenergia részaránya meghaladja a 10%-ot! Jegyezze meg a legnagyobb részaránnyal rendelkező országot! Tanulmányozza az 5. ábrát, és jegyezze meg a szélenergiából származó áramtermelés trendjét!
A szélenergia részaránya az összes energiafelhasználásból az EU tagállamaiban (2011)
4. ábra
Szélenergiából származó áramtermelés a legnagyobb beépített kapacitással rendelkező országokban
5. ábra
| Ma a szélenergia hasznosításának alapvetően két irányzata különböztethető meg. A lokális felhasználásnál elsősorban a sűrűlapátozású ún. lassújárású szélerőgépeket (szélmotorok) alkalmazzák, amelyek kis teljesítménnyel rendelkeznek, vizet szivattyúznak, tavakat szellőztetnek. Az ilyen kisteljesítményű gépek 1-2 kW teljesítménnyel villamos energia előállítására is felhasználhatók az elektromos hálózattól távolabb eső területeken.
| A szélenergia-hasznosítás fő irányzatát napjainkban a hálózatra csatlakozó nagyteljesítményű szélerőművek jelentik. A nagy teljesítményű szélerőművek telepítése elsősorban a tengerparti sekélyebb vizeknél várható, ahol a környezeti hatások kevésbé jelentkeznek, és a víz felett gyakran erősen és folyamatosan fúj a szél, mivel nem ütközik akadályokba.
| Jegyezze meg a szélenergia alkalmazásának előnyeit! Jegyezze meg az offshore és az onshore szélerőművek közti különbséget!
| A szélenergia előnyeit az alábbiakban lehet összefoglalni:
| Nincs üzemanyag szükséglete, a szélenergia ingyen rendelkezésre áll, és kimeríthetetlen. A szélenergiára alapozott villamos energiatermelés "tiszta technológia". Nincs üvegházhatású gáz kibocsátás. A szélenergia hasznosítással elkerülhető a villamos energia árak fosszilis energiaárakat követő áringadozása. A szélenergia hasznosítás a legújabb kutatási eredmények szerint kontinentális feltételek mellett is gazdaságos lehet. A szélerőművek gyorsan kivitelezhetőek. (A világ eddigi legnagyobb, a Temze torkolatában épült, 175 szélturbinából álló offshore szélparkja (1. kép) kevesebb, mint egy év alatt készült el. Összteljesítménye 630 megawatt: ezzel félmillió angol háztartás áramigényét képes biztosítani, és évente 900.000 tonnával képes csökkenteni a világ széndioxid-kibocsátását.) A szélerőművek működése nem akadályozza, hogy a felállítás helyén továbbra is mezőgazdasági tevékenységet folytassanak. A legújabb kutatási eredmények szerint a szélerőművek működésének nincs a környezetre jelentősen káros hatása. A teljes életciklus analízis alapján az "offshore" (tengerre telepített) szélerőműveknél a szélerőmű teljes életciklusában felhasznált villamos energia a szélerőmű kilenc havi villamos energia termelésével, míg "onshore" (szárazföldi telepítésű) szélerőműveknél 8 havi villamosenergia-termeléssel fedezhető.
Offshore szélpark, Temze-torkolat, Nagy-Britannia
1. kép
| Jegyezze meg a szélenergia alkalmazásának hátrányait!
| A szélenergiának azonban vannak hátrányai is:
| Egyenetlen: a leadott teljesítmény sem időben, sem mennyiségben nem megbízható, hiszen a szél elég kevés helyen fúj egyenletesen az év és a nap minden szakában. A szélpotenciál területi eloszlása is elég egyenetlen (6. ábra). A szélerőműveket nem lehet egymásra halmozni korlátozás nélkül azokon a helyeken sem, ahol állandó, erős szelek fújnak, mert egymás elől fognák el a szelet. Ami energiát így megtermelünk, azt valójában a szelekből vesszük el, csökkentjük tehát a légmozgást az adott területen. Ez a városok átszellőzését gátolhatja, súlyosbítva a légszennyezés problémáit. A szélerőművek zavarnak egyes költöző madár-fajokat is, ezért azok vonulási útvonalában nem telepíthetőek (2. kép).
| Tanulmányozza a 6. ábrát, és gyűjtse ki Európa azon helyeit, ahol különösen nagy a szél sebessége! Hasonlítsa ezt össze a 4. ábra adataival!
A szélpotenciál eloszlása Európában
6. ábra
Szélerőművek és madarak
2. kép
| Magyarország nem tartozik a szélenergia-hasznosítás szempontjából kedvező adottságú országok közé. Ennek ellenére beigazolódott, hogy van kinyerhető szélenergia kincsünk, a gazdaságos kihasználás viszont erősen helyfüggő.
| 2.2. Vízenergia
| Jegyezze meg a vízerőművek működésének alapját!
| A megújuló energiák közül a vízenergiát hagyományos energiaforrásnak lehet tekinteni. Kedvező hidrológiai adottságokkal rendelkező országokban a hő- és atomerőművek mellett a vízerőművek régóta jelentős mértékben vesznek részt a villamosenergia-termelésben. A vízerőművek azok az energia-átalakító létesítmények, melyek a vízfolyás vagy magasabban fekvő medence vagy a tenger vizének a mechanikai energiakészletét alakítják át villamos energiává (3. kép). Az utóbbi évek statisztikai adatai szerint a vízerőművek adják a világ villamosenergia-termelésének 18-19%-át.
Chirkeyskaya vízerőmű Dagesztánban (Észak-Kaukázus)
3. kép
| A Föld műszakilag hasznosítható vízenergia készletét az elméleti készlet negyedére-harmadára, 10-19000 TWh/év villamos energiára becsülik. A ma üzemben lévő vízerőművek évi villamosenergia-termelése kismértékben meghaladja a 2000 TWh/év értéket, ami a műszakilag hasznosítható készletnek 11-20%-át, az elméleti készletnek mintegy 4-5%-át teszi ki. A kihasználás igen eltérő képet mutat földrészenként. Európában már meghaladja a 40%-ot, míg Afrikában még a 2%-ot sem éri el. Magyarország műszakilag hasznosítható vízerőpotenciálja kb. 1000 MW.
| Jegyezze meg a vízerőművek környezeti problémáit! Segítségül tanulmányozza a 3. képet is!
| A vízerőművek környezeti problémáit az alábbiakban lehet összefoglalni.
| A gátak mögötti tó megemeli a talajvízszintet, gyorsan feltöltődik, alatta a folyók kevesebb hordalékot szállítanak, ami a deltatorkolatok pusztulását okozza. Értékes területek kerülnek víz alá, emberek áttelepítése válhat szükségessé. A folyók ökológiai értéke csökken. Mindehhez járulnak az építés magas költségei.
| A 4. kép és 7. ábra segítségével értelmezze a hullámmozgásra alapozott energiatermelést!
| A tenger hullámmozgásának, mint energianyerési módnak a kihasználása egyelőre még a fejlődés elején tart, de nagy lehetőségeket látnak benne (4. kép, 7. ábra). Többféle fizikai elvű rendszert helyeztek már üzembe, de a legnagyobb farmok is csak néhány 10 MW-osak. A hullámmozgásra alapozott energiatermelésnek a szélerőművekhez hasonló a hátránya: kifogja az erőt a hullámokból. Miközben a hullámzásra szükség van, mert a hullámzás tisztítja a vizet, nem hagyja a sekélyebb helyeken megposhadni, valamint a parti hullámverés számos állat számára értékes táplálékokat mos ki a partra. Az olyan helyeken azonban, ahol egyébként is csökkenteni szeretnék a hullámverés káros hatásait (pl. kikötők), ott a passzív hullámtörőknek jó alternatívája lehet.
Pelamis hullámenergia-hasznosító
4. kép
Hullám-energia kinyerő rendszer vázlata
7. ábra
| Az árapály erőművek a Hold gravitációs hatása okozta ár-apály jelenséget használják ki. Az ár-apály, mint energiaforrás egyelőre inkább tudományos-technikai érdekesség, mint reális alternatíva a tüzelőanyag-megtakarításért folyó harcban, mivel a világon olyan hely, ahol a tengervíz szintjének változása akár 10 m is lehet, alig egy tucat található (Kanada, Franciaország, Anglia egyes partszakaszai).
| 2.3. Geotermikus energia
| Gyűjtse ki és jegyezze meg a geotermikus energia hasznosítási lehetőségeit és a hasznosítás korlátozó tényezőit!
| A kőzetek radioaktív bomlásából származó hő a Föld belsejében keletkezik, és onnét folyamatosan áramlik a felszín felé. A geotermikus gradiens földi átlagban mintegy 25 °C/km (azaz a Föld közepe felé 1 km-enként 25 °C-t emelkedik a hőmérséklet), kontinensünkön 30 °C/km. Magyarországon átlagban 50 °C/km, egyes helyeken még nagyobb. A geotermikus energia kinyerése ott jelentős és gazdaságos, ahol kedvezőek a földtani adottságok, magas a geotermikus gradiens (kis mélységben magas a hőmérséklet) és jó vízadó kőzetek találhatóak. Világviszonylatban a geotermikus energia hasznosítása csak kevés területen gazdaságos. A teljes kinyerhető energia nem túl sok, a teljes szélpotenciálnak kevesebb, mint 1%-a.
| A meleg vagy forró vizet termelő hőforrások a legrégebben ismert geotermikus energiaforrások, és gyógyászati hasznosításuk nagy múltra tekint vissza. Villamosenergia-termelésre használható hőforrás, ahol gőz formában tör elő a hőenergia, csak kevés van a világon (Izland, USA, Új-Zéland, Olaszország, Oroszország és Japán). A geotermikus energia hasznosításának fő területe nem is a villamos energia, hanem inkább a fűtés, a hőenergiának mezőgazdaságban és balneológiában (gyógy- és termálfürdők és kapcsolódó intézmények) való hasznosítása. Ez utóbbinak főleg hazai vonatkozásban van jelentősége.
| A hőpazarlás elkerülésére a termálvizek komplex hasznosítása szükséges: a még nem teljesen lehűlt vizeket is használni kellene. Például a fűtőradiátorokban lehűlt vizet használati meleg víz előállítására, majd az így lehűlt vizet padlófűtésre, strandfűtésre fel lehet használni.
| Jegyezze meg a geotermikus energia felhasználásának előnyeit!
| A geotermikus energia környezetvédelmi előnyei a fosszilis energiahordozókkal szemben:
| Az országos energiamérleg szempontjából jelenleg még nem bír nagyobb jelentőséggel, de arra alkalmas, hogy helyi viszonylatban egy adott fogyasztó igényét akár 100%-ban is kielégítse. Sokoldalú lehetőséget nyújt a komplex hasznosításra, és egyben a környezetbarát technológiák megvalósítására. A geotermikus rendszerek CO2 kibocsátása elhanyagolható a hagyományos fosszilis tüzelőanyagú erőművek által okozott kibocsátáshoz képest. Az olaj, gáz és nukleáris fűtőanyagokhoz viszonyítva a geotermikus energia 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.
| A 8. ábra segítségével értelmezze a hőszivattyú működési elvét!
| A hőszivattyúkat fűtésre, hűtésre és használati melegvíz előállítására lehet használni. 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 napenergiát hasznosítva (8. ábra).
A hőszivattyú működési elve
8. ábra
| 3. Biomassza
| Az 1. táblázat alapján jegyezze meg a különféle biomassza típusokat és azok csoportosítását!
| A napsugárzás fotoszintézis útján jelentős mennyiségű biomasszát hoz létre. A biomasszatermelés elsődleges célja az élet fenntartása, de meghatározott része energetikai célokra is hasznosítható.
| Az 1. táblázat sorolja fel a biomasszák változatait különféle szempontok szerinti csoportosításban.
| A biomassza csoportosítása
keletkezési szint szerint | átalakított energiahordozó fajtái | végtermék szerint | tárolhatósága szerint
elsődleges (mező- és erdőgazdasági hulladék, energia célnövény termesztés) másodlagos (állattenyésztés melléktermékei) harmadlagos (élelmiszeripar melléktermékei, emberi hulladék) | MO - mobil berendezések üzemanyaga (repceolaj, alkohol) EL - elektr. energia termelő aggregát üzemanyaga (biogáz, fagáz, gőz) HE - hőenergia ellátó berendezések üzemanyaga (szalma, fahulladék) | alkohol biodízel biogáz depóniagáz fagáz biobrikett, tüzipellet tüzelőanyag | jól tárolható (tűzifa, biobrikett, biodízel, alkohol) közepesen tárolható (szárított biomasszák, bálázott szalma) nehezen tárolható (biogáz, nedves biomassza, állati trágyák)
1. táblázat
| Tanulmányozza a 9. ábrát, és jegyezze meg a biomassza energetikai célú felhasználásának 3 fő módját! Keressen példát környezetében az egyes felhasználási módszerekre!
| A biomasszából történő energiatermelés során azt hőenergiaként, villamos-energiaként vagy gépjárművek üzemanyagaként hasznosítatjuk. A lehetőségeket a 9. ábra foglalja össze.
Az energiatermelés lehetőségei biomasszából
9. ábra
| Hazánkban jelenleg a (műszakilag) rendelkezésre álló biomassza potenciál kb. tizedrészét hasznosítjuk.
| Gyűjtse ki a biomassza erőművek ellen szóló érveket!
| A biomassza erőművek alapanyagát a hagyományos források mellett energiaültetvényekkel lehet megtermelni. Az energiaültetvényeken nagy tősűrűséggel ültetnek olyan növényeket, melyekből elégetésük során annyi energia szabadul fel, mint a ligninből annak elégetése során. Gyorsan növő, nagy hozamú növényeket termelnek, mint például egyes nyár, fűz, akác és kínai nád fajok. Nyugat-európai és magyar tapasztalatok alapján 15-25 tonna/ha termelhető ezekből a növényfajokból. Ez évente hektáronként 200-350 GJ energiát jelent. A problémát viszont az jelenti, hogy az energiaültetvények az élelmiszertermeléstől vehetik el a helyet, valamint az ilyen célú növekvő földhasználat a termőföld és az élelmiszer árának növekedését okozza. Ezek kiküszöbölésére a mezőgazdasági termelésből egyébként is kivonásra kerülő területeken kellene csak energiaerdőket létesíteni.
| A biomassza-tüzelésű erőművek egyik jelentős problémája a felhasznált tüzelőanyag jelentős térfogata. A mező- és erdőgazdasági maradványok energiasűrűsége jóval kisebb, mint a kőszéné és a kőolajé: sokkal nagyobb tömegben és térfogatban tartalmaznak ugyanakkora energiát, mint azok. Ezért a begyűjtésen kívül a szállítás és a tárolás is további jelentős költségtényező. A biomassza tüzelési célú felhasználását ezért elsősorban ott célszerű szorgalmazni, ahol az új típusú tüzelőberendezés (fűtőerőmű, fűtőmű) beruházója egyúttal a bioenergia-forrás tulajdonosa is, tehát ott, ahol a biomassza keletkezik, és a közelben 30-50 km-es körzeten belül el is tüzelhető. Magyarországon a biomassza (dendromassza) erőművi felhasználásában az utóbbi években jelentős előrelépés volt. Négy hőerőműben tértek át biomassza tüzelésre.
| Jegyezze meg a biomassza alapú energiatermelés környezeti előnyeit!
| A biomassza alapú energiatermelés környezetvédelmi előnyei a hagyományos erőművi energiatermeléssel szemben:
| Ha tudatos emberi tervezés van mögötte, akkor megújuló energiaforrás. Szén-dioxid kibocsátása a zárt ciklus miatt a környezetre nem káros. Ha a tüzelőanyag melléktermék, akkor "gyártása" nem igényel külön beruházást. Szállítása kevésbé költséges és környezetszennyező. Fűtőértéke (13-16 MJ/kg) megközelíti a barnaszenekét, és meddőt nem tartalmaz. Hamutartalma 2-8%, amely közvetlenül felhasználható talajjavításra. A biomassza égetésekor sokkal kevesebb kéntartalmú gáz keletkezik, mint a szén égetésekor, így csökkenthető a savas esők mennyisége. Homogén formában (brikett, pellett, faapríték) komfortossága azonos a szénnel, de annál sokkal környezetbarátabb, mert pora nem szennyező, kéntartalma alacsony, és nem tartalmaz egyéb környezetszennyező anyagot sem.
| 3.1. Biogáz
| Jegyezze meg a biogáz előállításának lehetséges alapanyagait! Keressen példát környezetében ezek hasznosítására!
| A biogáz az egyik előállításának sokféle alapanyaga van:
| mezőgazdaságból származó másodlagos biomassza (elsősorban állati eredetű szerves trágya), mezőgazdasági melléktermékek, élelmiszeripari melléktermékek, biomassza céljára termelt növények, kommunális hulladék szerves része, települési szennyvíziszap.
| Ezek célirányos feldolgozása során gáz halmazállapotú energiahordozók is előállíthatók, melyek közül a biogáz a legértékesebb. A biogáztermelési technológiák elsősorban mezőgazdasági üzemekben, farmgazdaságokban alkalmazhatók.
| Jegyezze meg a biogáz termelésének és hasznosításának környezeti előnyeit!
| A biogáz-termelés és -hasznosítás környezetvédelmi és energetikai vonatkozásai a következők:
| 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.
| 3.2. Bioüzemanyagok
| Jegyezze meg a bioüzemanyagok két nagy csoportját! Tanulmányozza a 10. ábrát!
| Az 1973. évi kőolajválság döbbentette rá először a fejlett ipari országokat a fosszilis energiától és hajtóanyagoktól való függés komoly veszélyeire. Azóta a globális felmelegedés és a környezetszennyezés mérséklésére irányuló felerősödött törekvések is előtérbe helyezték a megújítható, biológiai eredetű, alternatív üzemanyagforrásokat. Két nagy csoportjuk van: a biodízel és a bioalkohol (lásd 9. ábra). A 10. ábra a világ bioüzemanyag termelését, annak kontinensenkénti és fajtánkénti megoszlását mutatja.
A világ bioüzemanyag termelése (BP, 2014) és megoszlása kontinensenként és fajtánként
10. ábra
| 4. Az energiatermelés és -felhasználás jövőbeli útjai
| Gyűjtse ki és értelmezze az energiatermelés és -felhasználás jövőbeli lehetséges alternatíváit és problematikáját! Az 1. lecke 2. táblázata alapján hasonlítsa össze a megújuló energiaforrások EROI értékét a fosszilis energiaforrásokéval!
| A 21. század elején egyrészt keressük és egyre elterjedtebben alkalmazni kezdjük a megújuló energiaforrásokat, másrészt a sokak szerint - valószínűleg tévesen gondolt - mindent megoldó fúziós energiatermelés gyakorlati megvalósítására várakozunk.
| A magfúzió során két kisebb atommag egy nagyobbá egyesül. A technikai részletek kidolgozásán már évtizedek óta dolgoznak a világ számos országában, de ahhoz, hogy ezen a módon nagyobb mennyiségű energiát tudjunk termelni, még számos kérdést kell megválaszolni, számos eljárást kell kidolgozni. A fúziós erőmű a jövő technológiája lehet. Ha megvalósulása esetén korlátlan mennyiségű, olcsó energia áll majd rendelkezésre, akkor alkalmazása sok jelenlegi problémát megoldhat. Viszont újabbakat generál: elgondolkodtató, hogy mennyiben fog ez további pazarlással és környezetrombolással járni, hisz a költségek nem állnak majd útjába a környezet drasztikus átalakításának!
| A megújuló energiaforrások lokális szinten megoldhatják kisebb közösségek energiaellátási gondjait. Mivel azonban a megújuló energiaforrások kinyerése esetleges (nap, szél), vagy helyhez kötött (geotermikus, víz), így az egyik legnagyobb energiafogyasztó, a közlekedés problémáit csak részlegesen képesek kezelni: egy gépjármű üzemeltetésében közvetlenül kevés szerepet tudnak játszani.
| Két alternatíva látszik: a biodízel és a hidrogén alapú meghajtás. A biodízel alkalmazásának legnagyobb problémája, hogy ha ezzel akarnánk üzemeltetni a közlekedési eszközeinket, akkor hol fogunk élelmiszert termelni? Döntenünk kell, hogy közlekedünk vagy eszünk. A hidrogén alapú meghajtás pedig nem energiatermelési, hanem inkább energiatárolási mód. Azaz a hidrogént előbb energiafelhasználás segítségével elő kell állítani valahol (itt a megújulók szerepe természetesen előtérbe kerülhet), hogy aztán az autókba töltve azokat üzemeltethesse. Az elterjedés feltétele a hatékonyság és gazdaságosság.
| A 11. ábra előrejelzése egy lehetséges jövőképet mutat, arra az esetre, ha nem sikerül új alternatív energiaforrást bevezetni a világban, és feltételezve, hogy a Föld népességének növekedése 2050-re megáll, a népességszám attól kezdve stagnál. E forgatókönyv szerint 2050 körül jelentős válság veszi kezdetét. Ez a jövőkép csak egy a sok előttünk álló lehetőségből, de sajnos ennél rosszabb előrejelzések is léteznek.
Várható energiaforrás megoszlás és hiány a 21. század folyamán
11. ábra
| Az energiahiány megelőzésének egyik módja az energiatakarékosság, azaz ha valami nem kell, azt ne használjuk. Ez nagyon hasznos, de nem elégséges, mert számos esetben nehezen kivitelezhető, és erősen függ a résztvevők egyéni hozzáállásától. Többet ér az energiahatékonyság: azaz amikor egységnyi termék előállítása és működtetése a lehető legkevesebb energiát fogyasztó módon valósítható meg (lásd például a ledes izzók). Ekkor már nem csak a felhasználótól függ az elfogyasztott energia mennyisége, hanem kevesebbet fogyaszt mindenki. Azonban hiába alacsonyabb egy televízió fogyasztása, ha a világon használt televíziók összes mennyisége mindeközben nő. Ugyanígy, a gépjárművek egyre nagyobb számát és a megtett távolságok növekedését nem tudják ellensúlyozni az egyedileg, fajlagosan egyre kevesebbet fogyasztó gépjárművek. Tudatosan törekednünk kell fogyasztásunk visszaszorítására. Kevesebb energia fogyasztása esetén kicsit kitolható a rendelkezésre álló energiaforrások kimerülése, és időt nyerhetünk a környezetkímélőbb új, illetve továbbfejlesztett technológiák megalkotására.

|  | Önellenőrző kérdések
| 1. Melyek a napenergia hasznosításának passzív és aktív eszközei?
| 2. Soroljon fel a szélenergia hasznosításával működő berendezéseket ill. alkalmazásokat a múltból és a jelenből!
| 3. Válassza ki, hogy melyik az az EU tagállam, amelyikben a szélenergia a legnagyobb arányban részesedik az ország villamosenergia-termeléséből!
| Dánia
| Németország
| Egyesült Királyság
| 4. Sorolja fel a szélenergia hasznosításának előnyeit!
| 5. Sorolja fel a szélenergia hasznosításának hátrányait!
| 6. Egészítse ki a mondatot! Az szélerőműveket a tengerre telepítik. Ezek esetében a szélerőmű teljes életciklusában felhasznált villamos energia a szélerőmű havi villamos energia termelésével egyenlő. A szárazföldre telepített szélerőműveknél ez hónap.
| 7. Sorolja fel a vízerőművek kedvezőtlen környezeti hatásait!
| 8. Melyek a geotermikus energia hasznosítási lehetőségei?
| 9. Sorolja fel a geotermikus energia használatának előnyeit!
| 10. Sorolja fel a geotermikus energia hasznosításának korlátozó tényezőit!
| 11. Párosítsa a különböző biomassza típusokat azok felhasználási módjával!
| 12. Sorolja fel a biomassza energetikai célú felhasználásának 3 fő módszerét!
| 13. Soroljon fel érveket a biomassza erőművek ellen!
| 14. Sorolja fel a biomassza alapú energiatermelés előnyeit!
| 15. Sorolja fel a biogáz előállításának lehetséges alapanyagait!
| 16. Sorolja fel a biogáz termelésének és hasznosításának környezeti előnyeit!
| 17. Nevezze meg a bio-üzemanyagok két nagy csoportját!
| 18. Egészítse ki a mondatot! A megújuló energiaforrások szinten megoldhatják kisebb közösségek energiaellátási gondjait.