Kék bolygó, zöld jövő: mennyire zöldek a megújuló energiák?

A megújuló energiákban rejlő lehetőségeket bemutató cikksorozatunk második részében egy igen részletes és objektív módszer, az életciklus-elemzés alapján tekintjük végig, mennyire zöldek a megújuló energiafajták, mennyire és milyen módon terhelik a környezetet. Áttekintésünket a Science et Vie című tudományos-ismeretterjesztő lap írásai alapján készítettük, az Energetikai Szakkollégium Egyesület segítségével.

Mint sorozatunk első részéből kiderült, rövid távon még nem áll a rendelkezésünkre szükséges mennyiségben megújuló energia. Ráadásul, bár első hallásra meglepően hangozhat, ezen energiaforrások környezetterhelése sem elhanyagolható. Minden szélkerék mögött ott van legalább egy cementgyár és egy acélüzem, s ezek esetében a termelés egyáltalán nem természetbarát. Minden napkollektor mögött ott a szilíciumüzem, amely általában kínai, következésképp nagyszéndioxid-kibocsátó.

Annak megismerésére, mennyire is zöldek valójában a zöld energiák, forduljunk egy olyan tudományos eszközhöz, amely valamennyi energia hibáinak és erényeinek objektív elemzését adja. Az életciklus-elemzés (Life Cycle Assessment, LCA) precízen, lépésről lépésre sorolja fel az egységnyi energia termeléséhez szükséges összes elfogyasztott nyersanyagot, a termelés összes melléktermékét és valamennyi költségfajtát, legyen szó akár egy vízerőmű turbinájáról, szélkerékről vagy napenergiával működtetett vízkazánról. Kitér a széndioxid-kibocsátásra, a vizek eutrofizációjára (a növények elszaporodása többlet-tápanyag hatására), a visszamaradt nehézfémekre éppúgy, mint a légúti megbetegedésekre. Az LCA alapján tehát tárgyilagosan össze lehet hasonlítani a különböző energiaforrásokat illetve technológiákat, és érvelni lehet egy adott energiafajta alkalmazása mellett vagy ellen.

Gyenge széndioxid-mérleg

Az LCA-k első tanulsága kellemetlen és meglepő: minden megújuló energia széndioxid-kibocsátó. A kibocsátás persze nem közvetlenül magából az energiaforrásból származik, hanem a beruházásokból, amelyek terület- és anyagigényesek. Az energia világában referenciának számító Leuveni Egyetem (Belgium) által készített LCA megállapítja, hogy egy gigawatt teljesítményhez a szélkerekek 360, a vízierőművek 1240 tonna betont használnak fel; ez a szám egy atomerőműnél 560. A betonnál azonban sokkal inkább széndioxid-kibocsátó az acél - ebből azonos teljesítmény előállításához 125 tonna kell a szélkeréknél, 14 tonna a vízierőműnél, 60 tonna az atomerőműnél. Nem jobb a helyzet a napkollektorhoz szükséges szilícium esetében sem, mivel ezt igen magas hőmérsékleten, komoly energiaráfordítással állítják elő.

Az eredmény: valamennyi megújuló energia közül - az egész élettartamra vonatkozóan - a víz- és fényelektromossághoz kapcsolódik a legmagasabb széndioxid-kibocsátás, számszerűsítve kilowattóránként 8 gramm szén-dioxid a vízerőműnél, 60 gramm a napkollektornál. Összességében ezek a számok persze jóval kisebbek, mint a szénhidrogéneknél (földgáz: 400 gramm), de nagyobbak, mint a (más szempontból szintén problémás) atomerőműnél (7 gramm). Ráadásul itt csak átlagszámokról van szó. Szélkerekek szélcsendes vidékeken, napkollektorok magas szélességi fokokon vagy bioüzemanyagok olyan növényekből, amelyek erre nem a legalkalmasabbak - mindez tovább rontja a végső széndioxid-mérleget. Ugyanez igaz az olyan vízerőművekre, amelyeknél gyenge a víz esése. Nemrég egy LCA kimutatta, hogy a trópusi övezetekben a vízlépcsők olyan nagyságrendű metánt tudnak kibocsátani, mint egy földgázalapú erőmű. S ott van még a berendezések minősége is, amely szintén belejátszik a széndioxid-mérlegbe: egy Kínában, gyenge minőségű szénnel gyártott napkollektor sokkal inkább széndioxid-kibocsátó, mint belga megfelelője; pedig a napelemek gyártásában a kínai Suntech Power a világelső. Olyan ez, mint a fatüzelésű kályhák esetén: a modernek energetikai hatásfoka a 90 százalékot is meghaladja, míg a régieké csak 30 százalék. Ez azt jelenti, hogy ugyanazon energia előállításához a régi kályhához háromszor annyi fa kell, mint a modernhez. (Az afrikai falusi tűzhelyek hatásfoka egyébként 5 százalék körüli.) S eddig csupán a szén-dioxidról beszéltünk, pedig az LCA-kból az is kiderül, hogy a megújuló energiák alkalmazása egyéb negatív következményekkel is járhat.

A zöld energia fekete dossziéja

A biomassza égetése levegőszennyező anyagokat szabadít fel: dioxinokat, finom port, szén-monoxidot, nitrogén-oxidokat, illékony szerves molekulákat stb., amelyek különösen a trópusokon súlyos légúti betegségeket okozhatnak. A bioüzemanyag ráadásul olyan intenzív művelést tételez fel, amely igen környezetszennyező a növényvédő szerek és a műtrágyák miatt, nagyon vízigényes és a természetes növényzet - erdők, parlagföldek, prérik, trópusi erdők - rovására való terjeszkedése okvetlenül árt a biodiverzitásnak.

Vízerőműveknél általában vízparti ökoszisztémák kerülnek víz alá, amelyek olykor még védettek is. Az Asszuáni-gát például a Nílus-delta gyors, menthetetlen leépülését eredményezte, a folyó évente helyenként több 10 métert húzódik vissza. Kevesebb a folyó által szállított iszap, ezért a mezőgazdaság több műtrágyát kénytelen használni. Ezek a jelenségek minden nagyobb deltában - Gangesz, Duna, Mississipi -gondot jelentenek. Ahol a folyó vizét használják egy erőmű hűtésére, ott a visszaeresztés nyomán megemelkedik a víz hőmérséklete, a víz oxigénben szegényebb lesz, ami káros a vízi életre, viszont kedvez a toxinokat termelő kék algáknak. Trópusi országokban a vízlépcsők előmozdíthatják vízzel kapcsolatos betegségek (például bilharziózis, malária, Rift-völgyi láz) terjedését.

A szélerőművek telepítése időnként tiltakozást vált ki a helyiekből, főként a tájkép elcsúfítása miatt, ami egyébként - más energetikai infrastruktúrák kinézetével összevetve - elég viszonylagos. A szélerőművek által kibocsátott zaj valós, de nem elviselhetetlen. Probléma lehet még, hogy a költöző madarak és egyéb állatok nekiütközhetnek, ezért a szélerőművek telepítésekor el kell kerülni a migrációs folyosókat (Az állatok vonulásában a szélerőművek és egyéb emberi beavatkozás által okozott veszélyekről lásd Veszélyes vándorutak - kockázatos vonulások az állatvilágban című cikkünket). A madarak, denevérek védelmére megoldást jelenthet, ha a vízerőművek a szárazföld helyett a part menti vizekbe épülnek, ez viszont drágítja a beruházást, így 1 kilowattóra áram árát is30-50 százalékkal.

A napkollektorok zajtalanok, látványként eléggé diszkrétek, sőt még elegánsak is lehetnek. Az előállítás helyén a hulladékmennyiség és -összetétel a gyártási technológia függvénye; általában az akkumulátorok a legszennyezőbbek. A fő problémát az ólom, a kadmium és a napelemben lévő félvetező, a gallium-arzenid jelenti. Utóbbi igen veszélyes anyag, amely a berendezés kidobása esetén még az egyéb elektronikai hulladékoknál is veszélyesebb.

A jövő az innovációkon múlik

Javítani a teljesítményt és csökkenteni a környezetterhelést: ez a két főkihívás érinti a megújuló energiákat, amelyek jövője nagyrészt a kutatólaboratóriumokban dől el. A hatásfok javítása terén a lehetőségek nem egyformák. A szélerőműveknél a fejlesztési irány szinte kizárólag a lapátok meghosszabbítása, hisz az erő (a szélsebesség mellett) a szélfelület nagyságán múlik. E tulajdonság kiaknázása azonban nem könnyű: ma a legnagyobb - 5 megawattos - szélerőművek 180 méter magasságot érnek el (összehasonlításként: a Parlament magassága 96 méter), az átmérőjük pedig 125 méter - ezek az arányok komoly kihívást jelentenek a talajhoz vagy a tengerfenékhez való rögzítésnél, főleg ott, ahol viharos szelek fújnak. A kutatás arra összpontosít, hogy minimalizálják a rögzítés beton- és acélfelhasználását.

Jóval nagyobb fejlődési lehetőségek mutatkoznak a napenergia terén. A napelemek hatásfoka még mindig alacsony, s ez is legalább ötször drágább, mint a fosszilis vagy nukleáris energia. Azaz, ha e téren lenne technológiai áttörés, azzal valóságos energetikai mannához jutnánk. S a legtöbb szakember bízik is ebben - a napenergia hihetetlen nagy innovációs potenciállal rendelkezik, a XXI. század energiája. A technológiai áttörésre azonban még várni kell, egyelőre az is nagy eredmény lenne, ha csökkennének a napenergia költségei.

Többféle kutatás folyik ezen a területen, melyek eredményei kombinálhatók. Az egyik, hogy olcsóbb félvezetőt állítsunk elő, csökkentve a tisztaságra vonatkozó igényeket. Egy másik kölségcsökkentési mód lenne ultravékony szilíciumrétegek alkalmazása üveglapon. Sőt, egyesek a szilíciumot szerves vegyületekkel akarják helyettesíteni. Mindez azt jelentené, hogy egységnyi megtermelt nepenergiára kevesebb beton- és acélfelhasználás jutna.

Egy liter búza-etanol majd 30 százalékkal kisebb széndioxid-kibocsátást jelent a benzinhez képest, de ehhez sok pénzre és termőföld-területek mobilizálására van szükség; utóbbi egyébként megemeli az élelmiszer-alapanyagok árát. Hogy a teljesítményt javítsák, számos olyan növénnyel próbálkoznak, amely jó terméshozammal bír, emellett alacsony a műtrágya-, növényvédőszer- és vízigénye. Ilyen növény például a vesszős köles (Panicum virgatum) és az elefántfű (Saccharinum ravennae). Utóbbi a 4 méter magasságot is eléri, hektáronként akár 20 tonnát is ad - miközben a búza maximum 7-et.

A gépjárművek hagyományos motorja nem alkalmas bioüzemanyag felhasználására. A benzinkutakban tankolható bioüzemanyagok adott arányban - az E25-ös biodízel például 25%-ban - tartalmaz biodízelt, a többi "normál" üzemanyag.

A következő elhárítandó akadály, hogy az etanol előállításához a facellulózt - amely igen ellenálló molekulastruktúrájú - elemi cukormolekulákra kellene lebontani. Ehhez szóba jöhetnek gombák, enzimek, magas nyomáson és hőmérsékleten lejátszódó reakciók (pirolízis, pörkölés stb.). Ilyen módszerekkel már elképzelhető a fa, sőt valamennyi mező- és erdőgazdasági melléktermék üzemanyaggá alakítása. Ebben jeleskedik újabban J. Craig Venter (J. Craig Venter Institute), aki annak idején az emberi genom szekventálásában vett részt, most pedig mikrobákat akar genetikailag úgy módosítani, hogy etanolt produkáljanak.

A bioüzemanyagok szakértői egy további kártyát rejtegetnek mandzsettájukban: ez a mikroalga, a maga megdöbbentő hatásfokával. A mikroalgák mérete 2 és 40 mikrométer közötti, súlyuknak majd 80 százalékát képesek biodízellé alakítható lipidekké szintetizálni, s mindezt hektáronként 30-szor nagyobb hatásfokkal, mint a napraforgó vagy a repce, s persze jóval kisebb növényvédőszer- és műtrágya-igénnyel. Ha e laboratóriumi számok ipari méretekben is igazolódnának, az a bioüzemanyagok egész ágazatát forradalmasítaná.

A Science et Vie 2008. márciusi száma alapján összeállította: Jakabffy Éva, az Energetikai Szakkollégium Egyesület segítségével.