Szép zöld világ

A szárazföldek 1 százalékán megtermelhető lenne a világ 2030-ra várható energiaszükségletének fele, ha a világ országai hajlandóak lennének környezetbarát energiatermelési módokra átállni - állítja két amerikai kutató tanulmánya. Szél- és napenergiából is a szükséges mennyiség többszöröse áll rendelkezésre világszerte és Magyarországon is. Az átállásnak vannak nehézségei (például néhány anyag ritka előfordulása és a nagy költségek), de nem csak a környezetszennyezést, hanem az energiapazarlást is csökkentené.

Mark Z. Jacobson, a Stanford Egyetem környezetmérnöke és Mark A. Delucchi, a Kaliforniai Egyetem davisi részlegének közlekedéstechnológus kutatója a Scientific American októberi számában arra vállalkozott, hogy bemutassa, miként cserélhető le a világ teljes energiafelhasználása kizárólag tiszta szél-, víz-, nap-, illetve geotermikus energiára nem később, mint 2030-ig.

Az energiafogyasztás környezetbaráttá tételéről már sokan gondolkodtak, legutóbb a Stanford Egyetem szakemberei rangsorolták az energiaszolgáltató rendszereket aszerint, milyen a hatásuk a globális felmelegedésre, a légszennyezésre, a vízkészletekre, a földhasználatra, az élővilágra. Azt találták, hogy mindent összevetve a szél-, a nap-, a geotermikus, a hullám- és a vízenergia a legtisztább - ezeket együtt WWS- (wind-water-sun) energiaforrásoknak nevezik. A nukleáris energia vagy a bioetanol környezetileg ezeknél mind rosszabb besorolást kapott csakúgy, mint a hagyományos fosszilis energiaforrások, a kőolaj és a földgáz. Az is kiderült, hogy a WWS-energiákkal újratöltött elektromos akkumulátorral és hidrogéncellával hajtott járművek használatával nagyrészt felszámolható lenne a szállítmányozás, közlekedés okozta légszennyezés - idézik a Stanford Egyetem adatait Jacobsonék.

A kutatópáros elméleti felvetésében csak olyan technológiákkal számolt, amelyeknél nincs szükség komoly méretekben hulladékelhelyezésre, nem fokozzák a terrorizmus veszélyét, már ma rendelkezésre állnak, alig járnak üveházhatású gáz-kibocsátással és egyéb légszennyezéssel, s igaz ez teljes életciklusukra, a megépüléstől a működésen át az üzemen kívül helyezésig. Emiatt nem számoltak a bioetanollal, a nukleáris energiával, sem a szén-dioxid-leválasztás technológiájával. Tervükben a szén és a földgáz helyett a WWS-energiák biztosítják az elektromos áramot a fűtéshez, főzéshez, a közlekedés pedig akkumulátoros és üzemanyagcellás járművekkel történik.

Hatalmas készletek

A Földön az amerikai energia-információs szolgálat adatai szerint bármely pillanatban maximális fogyasztás mellett mintegy 12,5 TW (terawatt=10¹² watt) energiát használunk fel. Az intézet becslései szerint 2030-ra ez az igény várhatóan körülbelül 16,9 TW-ra nő. Ha a teljes energiaellátást WWS-energiákkal oldanánk meg (tehát kizárnánk a fosszilis üzemanyagokat, a biomasszát és az atomenergiát), hatalmas fogyasztást spórolhatnánk meg: a globális energiaszükséglet mindössze 11,5 TW lenne - állítják Jacobsonék. Hogyan lehetséges ez? Úgy, hogy a villamosítás a legtöbb esetben hatékonyabb energiahasznosítással jár. Míg egy jármű mozgásához a felhasznált benzinből származó energiának például csupán 17-20 százaléka hasznosul (a többi hő formájában elvész), egy elektromos jármű esetén ez az arány 75-86 százalék. De ha a váltás nélküli 16,8 TW-os fogyasztással számolunk, a WWS-energiák ezt az igényt is bőven ki tudnák elégíteni - írják cikkükben Jacobsonék. Mások és saját számításaikra alapozva a kutatók azt állítják, hogy csupán a globális rendelkezésre álló szélenergia 1700 TW, a napenergia 6500 TW kapacitással bír.

Kaliforniai szélfarm

Ha mindebből leszámítjuk azokat a helyeket, ahol nyilvánvalóan nem leszünk képesek hasznosítani ezeket a forrásokat, például a nyílt tengereken, magas hegységekben vagy természetvédelmi területeken, vagy ahol kevés szél fúj, még mindig marad 40-85 TW szél- és 580 TW napenergia - mindkettő egyenként is messze több, mint a pillanatnyi teljes enerigaigényünk. A helyzet most viszont az, hogy a szélből mindössze 0,02, a napsütésből 0,008 TW teljesítményt használunk: a különbség óriási kihasználatlan potenciált jelent.

A világ legnagyobb naperőműve, a Solúcar koncentrált erőműve Spanyolországban

Az adatok első hallásra talán meglepőnek tűnnek, pedig nem csak globálisan, Magyarországon is ez a helyzet. A Magyar Tudományos Akadémia megújuló energia technológiákkal foglalkozó részlegének 2007-es adatai szerint napenergiából a felhasznált mennyiség körülbelül 30-szorosa, geotermikus energiából 14-szerese, szélenergiából 13-szorosa, vízenergiából durván 7-szerese áll rendelkezésre. "Hogy a beérkező napsugárzás jóval nagyobb, mint amennyit fogyasztunk, Magyarországra nézve egyértelműen igaz" - mondta Kohlheb Norbert, a Szent István Egyetem megújuló energiaforrásokkal foglalkozó munkatársa. Ha például az ország területének csak azon 1 százalékával számolunk, ahol a városokban lehetne közvetlen módon napenergiát hasznosítani, napkollektorral (60%-os hatásfokkal kalkulálva) akkor is 4050 PJ (petajoule=10¹⁵ joule), napelemmel (15%-os hatásfok mellett) 1013 PJ energia köthető meg. Tekintve, hogy az ország teljes energiafelhasználása a 2007-es adatok szerint 1125 PJ volt, mindkettő tekintélyes mennyiségnek mondható. Mivel itthon is a hálózati elektromos energia árának gyors növekedésével számolhatunk, a napelemes villamosenergia-termelés akár már rövid időn belül is versenyképes alternatíva lehet - magyarázza Kohlheb Norbert. Ennek azonban a jelenlegi nagyon magas beruházási ár mellett az energia drága tárolása is gátat szab.

A terv: erőművek hada

A Scientific American cikkének szerzői tervükben a fent említett technológiák olyan kombinációját ajánlják, amelyben 3,8 millió nagy (5 megawattos) szélturbinával a szélenergia-ipar elégítené ki a globális igények 51 százalékát. További 40 százalék fotovoltaikus és koncentrált (Concentrated Solar Powe, CSP,) naperőművekből származna, előbbi mintegy harmada a lakó- és középületek, irodák tetejére szerelt panelekből érkezne. (A fotovoltaikus technológia lényege, hogy a napfényt közvetlenül elektromos energiává alakítják, a koncentrált erőművekben a napsugarak tükrökkel összpontosítják egy konténerekben tárolt folyékony halmazállapotú anyagra, ami turbinákat működtet.) Ehhez számításaik szerint körülbelül 89 ezer, átlagosan 300 megawattot termelő fotovoltaikus és koncentrált naperőmű megépítésére lenne szükség. Kell még 900 vízerőmű, ám ezek 70 százaléka már megépült.

Ahogy a cikk szerzői fogalmaznak, a 3,8 millió turbina kevesebb, mint 50 négyzetkilométeren elférne, s ha tekintetbe vesszük az egyes turbinák közt szükséges távolságot, akkor is bolygónk szárazföldi területeinek 1 százalékát fedné le a turbinamező. A nem tetőre szerelt fotovoltaikus és koncentrált naperőművek további 0,33 százalékot foglalnának el.

Turbinák a dél-franciaországi Avignonet de Lauragais falu mellett

Egy ekkora infrastruktúra kiépítése persze időbe telik. De ez a jelenlegi erőműrendszer kiépítésénél sem volt másként, ráadásul ha ragaszkodunk a fosszilis üzemanyagokhoz, a növekvő kereslet kielégítéséhez 2030-ig körülbelül 13 ezer új szénerőműnek kéne megépülnie, ami a zöldenergia-forrásoknál jóval nagyobb területeket igényelne - figyelmeztetnek a Scientific American cikkének szerzői.

Amiből kevés van

A fenti technológiák robbanásszerű alkalmazásának egyes anyagok véges készlete szabhat gátat. Beton és acél lesz elég (mindkét anyag újrahasznosítható), ám egyes ritka fémek készletei végesek. Ilyen a neodímium, amit a szélturbinák mágneses rendszerében használnak. Bár ebből nem szűkösek a készletek, az olcsó források Kínában koncentrálódnak, ezért a technológiát alkalmazó országok kiszolgáltatottak lehetnek, és igaz ez a többi ritka alapanyag esetében is. A fotovoltaikus napelemcellák működéséhez kristályos vagy amorf szilícium, kadmium-tellurid vagy réz-indium és szelén ötvözete szükséges. Az elektromos járművek millióinak legyártását két komponens, a lítium és a platina hiánya veszélyeztetheti.

A megújuló energiákra alapuló ellátásnak természetesen legalább olyan megbízhatónak kell lennie, mint a jelenlegi infrastruktúrának. A WWS-technológiák ebben a tekintetben messze lekörözik a hagyományos rendszert, a fotovoltaikus rendszerek és a modern szárazföldi szélturbinák esetében Jacobsonék kevesebb, mint 2%-os, a tengeri turbinák kevesebb, mint 5%-os üzemszünettel számolnak, de az esetleges kiesések is áthidalhatók például geotermikus vagy hullámenergiával, vagy az egymástól néhányszáz kilométerre álló szélfarmok hálózatba kötésével. Mivel viharos időben általában nem süt a nap, napos időben nem fúj a szél, e két energiaforrás kombinálása is működő megoldás, a kieső időben pedig a geotermikus és a vízenergia adhat biztos megoldást. A megbízhatóság mellett szól ezen technológiák decentralizált használata is, amely kiegyenlítettebbé teheti a szolgáltatást és csökkenti az ellátottak függőségi viszonyát a ma működő nagy központosított rendszerektől - emeli ki Kohlheb Norbert.

(Az ábra a Scientific American cikke alapján készült)

Olcsó, mint a szén

Megéri ekkorát váltani? A kutatók számításai szerint igen. Az alternatív energiák ára a következő két évtizedben akár a felére is csökkenhet, míg a hagyományos üzemanyaghordozóké várhatóan nőni fog. A szélenergia például már ma is annyiba vagy kevesebbe kerül, mintha ugyanennyi energiát egy új szén- vagy gázalapú erőmű állít elő, a jövőben pedig várhatóan ez lesz a legkevésbé költséges forrás. A napenergia, bár jelenleg viszonylag drága, 2020-ra már versenyképes lehet.

Az átállás természetesen a gépgokcsiiparban is hatalmas változásokat hoz. A belső égetésű motorral hajtottak helyét átvevő elektromos járművekről a Kaliforniai Egyetem berkeley-i részlegében történtek számítások. Ezek szerint a fejlett lítiumionos vagy nikkel-metálhidrid akkumulátorok által hajtott járművek tömeges gyártás esetén, ha tekintetbe vesszük a járulékos költségeket is (környezetszennyező, egészségkárosító hatások) mindenképpen versenyképesek. A fent felvázolt rendszerek kiépítésének teljes globális költsége 100 trillió USA- dollár körül mozog, és ebben nincsenek benne az átállás egyéb költségei. Fontos tudni ugyanakkor, hogy a kapacitásigény cikk elején említett 4-5 TW-os növekedésének kielégítése is csak több ezer erőmű építésével lehetséges, ami durván 10 trillió USA-dollárba kerülne, és akkor nem beszélünk a több trillió dolláros egészségügyi, környezetvédelmi és biztonságpolitikai költségről - mutatnak rá a cikk szerzői. E kérdésben nagy szerepe van a politikai akaratnak: az átállást nagyban segítheti adótámogatás, és a nagyobb hálózatok kiépítéséhez is szoros együttműködés szükséges - a korlátozott mennyiségben rendelkezésre álló kémiai anyagok mellett ez lehet a grandiózus terv másik akadálya.

A kutatás és annak eredménye fontos adatokat és eredményeket hoz ki, amikre oda kell figyelnie a döntéshozóknak is - mutat rá Ámon Ada közgazdász, az Energiaklub igazgatója. "Ami az egyik elsődleges akadálya lehet annak, hogy ez így végbe is menjen, az a mostani infrstruktúrát birtokló cégek anyagi érdekeltsége. Egy néhány éve épült erőművet nem fognak szanálni 2030-ban, akár szél hajtja, akár gáz égetéséből nyeri az energiát. Ugyanez vonatkozik a hálózatra és az üzemeltetők felkészültségére is. Elég, ha megnézzük milyen komoly ellenállást tapasztalhatunk a szélparkokkal szemben a magyar villamosenergia-rendszer irányítója részéről. Az viszont nagyon fontos üzenete a kutatóknak, hogy a politikai akarat elengedhetetlen, és éppen a fentiekben említettek miatt fontos, hogy a szabályozás leginkább - ha nem kizárólag - a megújuló technológiákon alapuló, nem pedig a fosszilis és hosszabb távon bizonytalan energiatermelésnek kedvezzen. Ha ugyanis továbbra is a hagyományos energiahordozókra alapozott erőművek épülnek, és az ehhez tartozó infrastruktúra csontosodik meg, akkor hosszabb időre betonozunk be egy már most is tudottan káros rendszert" - magyarázza az Energiaklub igazgatója.