Környezetvédelem
8. Energia és környezet. Közlekedés és környezet. 2016/2017. tanév I. félév Dr. Buruzs Adrienn egyetemi adjunktus
[email protected] SZE AHJK Környezetmérnöki Tanszék 1
Energia és környezet • Erőforrás
2
Természeti erőforrások fogalma • Természeti erőforrások: az ember, a társadalom számára nélkülözhetetlen életfeltételeket elégítenek ki • Aktuális • Ténylegesen ismert és hasznosított
• Potenciális • Az emberi ismeretek (tudomány, technológia fejlettsége)
• A gazdaságosság • A kulturális színvonal, szokások
• Milyen erőforrásokat használunk? • Mik a jellemzőik?
4
5
Kőolaj • Meghatározó energiahordozó • Feldolgozóipari alapanyag • bejelentett kőolajkészletek : éves fogyasztás – 1990 óta minden évben 40-42 évre becsülik a kőolajkészlet várható kifogyásának idejét
• Környezeti hatások – Vízszennyezés szétterül a víz felszínén
6
Hajó neve
Év
Helyszín
Kiömlött olaj (t)
1
Atlantic Empress
1979
Tobagó partjainál
287,000
2
ABT Summer
1991
1150 km-re Angólától
260,000
3
Castillo de Bellver
1983
Dél-Afrika (Saldanha Bay)
252,000
4
Amoco Cadiz
1978
Franciaország (Brittany)
223,000
5
Haven
1991
Olaszország (Genova)
144,000
6
Odyssey
1988
1155 km Kanada (Új Skócia) partjaitól
132,000
7
Torrey Canyon
1967
Anglia (Scilly szigetek)
119,000
8
Sea Star
1972
Oman-öböl
115,000
9
Irenes Serenade
1980
Görögország (Navarino öböl)
100,000
10
Urquiola
1976
Spanyolország (La Coruna)
100,000
11
Hawaiian Patriot
1977
500 km-re Honolulu-tól
95,000
12
Independenta
1979
Törökország (Bosphorus)
95,000
13
Jakob Maersk
1975
Portugália (Oporto)
88,000
14
Braer
1993
Anglia (Shetland szigetek)
85,000
15
Khark 5
1989
200 km-re Marokkó-tól
80,000
16
Aegean Sea
1992
Spanyolország (La Coruna)
74,000
17
Sea Empress
1996
Anglia (Milford Haven)
72,000
18
Katina P
1992
Mozambik (Maputo)
72,000
19
Nova
1985
Iráni öböl (Kharg szigete)
70,000
20
Prestige
2002
Spanyolország
63,000 7
35
Exxon Valdez
1989
USA (Alaszka)
37,000
Rangsor
A világon bekövetkezett legnagyobb olajszennyezést okozó hajó-balesetek
8
9
Olajtüzelésű erőművek száma Magyarországon • Nagyteljesítményű olajtüzelésű erőmű – Tiszaújváros – Kelenföld – Százhalombatta
• A kőolaj jövője – Kőolajkészletek: a 21. század közepéig elegendőek – A hazai olajtüzelésű erőművek mindegyikében van földgáztüzelésű erőmű blokk is
10
Olajtartalékok a világban 2005-ben (milliárd hordó) (Adat-forrás: BP Global Report 2005)
Közel-Kelet; 733,9
Kőolajkészletek a világban (2005) Óceániai Ázsia; 41,1
Észak Amerika; 61
Dél-Amerika; 101,2
Afrika; 112,2
Eurázsia; 139,2
2006 - Domokos Endre - Pannon Egyetem 11
Földgáz • • • •
Szerepe egyre nő A készletek 65-70 évre elegendőek A kőolaj után a gáz lesz a fő energiaforrás Magyarország – 9 nagyteljesítményű földgáztüzelésű erőmű működik (többségük kombinált üzemelésű) – Legnagyobbak: Dunaújváros, Százhalombatta, Tiszaújváros és Csepel
15
Földgáztartalékok a világban (2005)
16
Szén • • • •
Ipari forradalom beindítása Viszonylag egyenletesen helyezkedik el Nem igényel különleges infrastruktúrákat Felhasználása – nagyüzemi körülmények között gazdaságos
• Készletek: ~160 év • A legnagyobb kapacitású szénerőműveink – Vértesi Erőmű (barnaszén-tüzeléses) – Mátra Erőmű (lignit alapú)
17
Széntartalékok a világban (2005)
18
Atomenergia • • • • •
Balesetek okozta környezetszennyezés Globális környezeti probléma Egyik legkörnyezetbarátabb előállítási mód Csökkenő uránkészletek Kezdeti problémák –Nem ismerték az egészségügyi hatásokat –Üzemelés biztonsága = Murphy-törvénye
19
Atomenergia • Ellentmondás –Létesítmény üzemelése ↔ kimerült fűtőelemek
• Használt fűtőelemek elhelyezése –Földtani képződményben való elhelyezés = kalkulált kockázatbecslés
• Magyarország – Paks: négy atomerőmű egy telephelyen hazai villamosenergia-termelés közel 40%-a – Legolcsóbb
20
Legnagyobb uránbányák és működő atomerőművek a világban
21
Megújuló energiaforrások • Nap ill. Föld energiájából – folyamatosan megújulnak – fosszilis tüzelőanyagok kiváltására alkalmasak energiakinyerési alternatíva
• Legfontosabb indokok – – – – –
Üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentése Importfüggőség csökkentése Munkahelyteremtés, vidékfejlesztés Mezőgazdasági túltermelés levezetése Innovatív energiatermelési technológiák elterjesztése
22
A természeti erőforrások megújulási képessége
• A megújuló természeti erőforrások nem kimeríthetetlenek • Fenntartó használat – a használatnak az a legnagyobb mértéke, amely mellett a megújítható természeti erőforrásokat jelentős leromlás vagy károsodás nélkül használhatjuk
Napenergia • A Nap sugárzási teljesítménye: 4,5x1023 kW – egy év alatt >10000x-ese a világ jelenlegi energiafelhasználásának
• Érkező sugárzás: 47,4 %-a éri el a földfelszínt – ha 0,0005 %-át technikailag hasznosítani tudnánk megoldódnának energiaellátási gondjaink
• Jelenleg a napenergia energetikai hasznosítása kb. 1,11x106 MWh • Magyarország: 1,16x1014 kWh (2900x-os)
24
Egész éves átlagos napenergia mennyiség a Földön
25
Passzív hasznosítás • Napenergia passzív hasznosítása – Építészeti eszközökkel • Épületek tájolása (utcák nyomvonalvezetése) • Üvegezett felületek megválasztása • Épületek hőtárolása, szerkezetének megfelelő megválasztása • Természetes világítás helyes tervezése
26
Passzív hasznosítás
27
Aktív hasznosítás • Napenergia aktív hasznosítása – Épületgépészeti eszközökkel) – Napkollektoros berendezések • Vízmelegítésre • Fűtésre-hűtésre • Mezőgazdasági célokra
• Napenergia fotovillamos hasznosítása – Villamos energiatermelés kis/közepes teljesítményű készülékekkel a napfényt közvetlenül elektromos árammá alakítják; napelemek hatásfoka: 15 % – A fotovoltaikus elemek költsége 1976 és 2010 között az 1/60-ad részére csökkent
28
Aktív hasznosítás
29
Vízerőművek
30
Vízenergia • Vízerőművek – energia-átalakító létesítmények, melyek a vízfolyás vagy magasabban fekvő medence vagy tenger vizének a mechanikai energiakészletét alakítják át villamos energiává
• Hagyományos a megújulók között • Kedvező hidrológiai adottsággal rendelkező országokban régóta – világ villamosenergia-termelésnek 18-19 %-a
• Föld elméleti vízenergia-készlete – szárazföldre hullott évi csapadék és a tengerek közötti átlagos szintkülönbség meghatározható – a készlet nagy része a vízfolyások adottságai alapján nem hasznosítható
31
Vízenergia • Kihasználás: földrészenként eltérő – Európa: >40 %, Afrika: <2 %
• Magyarország műszakilag hasznosítható vízpotenciálja: ~ 1000 MW – – – –
5 nagyobb és 32 kisebb (helyi) vízerőmű a Dunán: 66%, a Tiszán 10%, a mellékfolyókon: 24% jelentősebb vízenergia hasznosítás: Tiszalök, Kisköre meglévő vízerőműveinkben 50 MW teljesítménnyel évi 200 GWh energiatermelés érhető el
• A világ legnagyobb vízerőművei: – – – –
Panama folyón (10000 MW) Krasznojarszk (6000 MW) Tenessee (4000 MW) Kína (20000 MW)
32
Tengerek energiája • Hatalmas vízáramlatok – Golf-áramlat: 50 km széles, 100 m mély, igen lassú folyó – Az áramlás teljes mozgási energiája 25000 MW
33
Ár-apály energia • Nap-Hold tömegvonzása – Kinyerhető energia mennyisége függ: hullámok mérete és sebessége – 12 órás periódus
• Vízszintmozgás (csak óceánokban) • Velence, Hollandia, Anglia (vízimalmok) • Tengervíz szintjének átl. mozgása: 1 m, Kanadában: 15-20 m, Franciaország és Anglia: 13-14 m alig egy tucat ilyen hely a világon • Gazdaságosság kérdése
34
Tenger alatti árapály-minierőmű Norvégiában – egy norvég kisváros lakónegyedének energiaellátását biztosítja 35 – Az erőmű évente 700 ezer kilowattóra áramot termel, amivel 30 lakás éves energiaigényét tudja biztosítani
Hullámenergia • Kifogja az erőt a hullámokból tisztítja a vizet, nem hagyja a sekélyebb helyeken megposhadni
• Jó: kikötők környékén
36
Hullám-energia kinyerő rendszer vázlata
37
Geotermikus energia
38
Geotermikus energia • A Földben rejlő hőt hasznosítja – Kőzetek radioaktív bomlásából származó hő
• Geotermikus gradiens – – – – –
Hőáramláshoz szükséges Földi átlagban: 25 °C/km Kontinensünkön: 30 °C/km Magyarországon: 50 °C/km Geotermikus hőáramsűrűség (értéke földi átlagban: 50 kW/km2, hazánk: világátlag 2x-ese) – Koncentráltság (nagy geotermikus gradiens) meleg vagy forró vizet termelő hőforrások; gőz (Izland, USA, Új-Zéland; villamosenergia-termelés) – Hasznosítás: fűtés, mezőgazdaság, balneológia 39
A Föld geotermikusan aktív területei
40
Geotermikus energia – hazai vonatkozás • Termálvíz-hasznosítás – – – –
>1000 működő hévízkút (1/3-a fürdők vízellátása) Mezőgazdasági hőhasznosítás (202 kút) Kommunális cél: 21 kút Ipari cél: 68 kút
• Felhasználási területek – Gyógyfürdők, gyógyvíz-palackozás, ivóvíz-ellátás, ipari víz, használati melegvíz, lakások fűtése, növényházak fűtése
• Környezetvédelmi előnyei – – – – – –
Egy fogyasztó akár 100 %-os igényének kielégítése Komplex megvalósítás CO2 elhanyagolható Szállítás Visszavezethető Tájkép
41
A hőszivattyú
Magyarország hévizei
43
Szélenergia hasznosítása
Szélerőmű
Szélkerék
44
Szélenergia • Környezetet nem szennyező energiaforrás • Hátránya – Egyenetlen – Teljesítmény: nem megbízható (sem időben, sem mennyiségben)
• Hasznosítása – – – – – – –
Versenyképes Ingyen van, kimeríthetetlen Tiszta technológia Kontinentális feltételek mellett is gazdaságos Gyors kivitelezhetőség Mezőgazdasági tevékenység folytatható Nincs káros környezeti hatás 45
Szélenergia • Tendencia – 2006. elejére: világ összteljesítménye 58000 MW (72,4 %a Európában – 19 millió átlagos háztartás energiaigénye) – Piac nőtt, a fajlagos beruházási ktg csökkent – Előállított villamos-energia termelési ktg-ei 50 %-kal csökkentek
• Célkitűzések – 2020-ig a világban: 158000 MW teljesítmény (2003. évi 19x-ese) – 2020-ra tervezett kumm. CO2-csökkenés: 10771 millió t – 2040-re tervezett kumm. CO2-csökkenés: 88857 millió t
46
Szélenergia és Magyarország •
Telepítést az adottságok határozzák meg –
Legfontosabb: • •
–
Van kinyerhető szélenergia-kincsünk, helyfüggő 1. 2. 3. 4.
– –
Szél intenzitása (> 6 m/s a tengelymagasságban) Szél megbízhatósága Inota (2000. ősz) 250 kW Kulcs (2001. május) 600 kW Mosonszolnok (2002. dec., 2 db) 600 kW Mosonmagyaróvár (2003. júl., 2 db) 600 kW
Háromlapátos rotor, átmérője: 44 m, tengelymagassága: 65 m 2005. hazánk széltérképe
47
Érdekességek… • Magyarország a világ CO2-kibocsátásának 1/600ad részét adja • A 20 milliós New York állam ugyanannyi áramot fogyaszt, mint a 800 milliós Fekete-Afrika • A fejlődő országokban 1,5 milliárd ember nem jut áramhoz • A világban 1,3 milliárd ember számára a tűzifa elégetése az egyetlen energiaforrás • Jelenleg Brazília villamos energiájának 85 %-át a vízből nyeri
48
Energia, energiaforrások • Hosszú ideig a legjelentősebb energiaforrás – ember kétkezi munkája, – később állati energia
• Gőzgép – új típusú energiahasznosítás
• 1800-as évek vége – olajkutatás (belső égésű motor)
• 1930-as évek – elektromos energia
• 1960-as évek – atomenergia
• 1750. évtől napjainkig 970 Gt CO2 mennyiségnek a fele 1975 óta került az atmoszférába a klímaváltozás egyik fő okozója: energetika 49
Emberiség energiatörténelme • Emberiség léte energiafüggőség – élelmiszertermelés – fűtés
• Tendencia – megújuló energiaforrásoktól való teljes eltávolodás, majd – kismértékű visszatérés a) kezdetben: növényi források b) civilizációk kialakulása: megnőtt az emberi erőforrások használata (drága forrás nem volt hatékony, pl. rabszolga-traktor)
50
Emberiség energiatörténelme • i.sz. 200 körül Kína – az első mélyfúrásos eljárást használó olajkutak (világítás, hadászati és kozmetikai célok)
• Kezdetekben – energetikai rendszerek alapja a szén
• Változás – nem megújuló energiaforrások hatékony használata energiasűrűség
• Kitermelés és felhasználás helye – térben távolodott mennyi energia?
• 20. század vége – olaj, gáz, atomenergia
• 21. század eleje – új energiahordozók keresésének évtizedeii
51
Az energiafelhasználás alakulása
52
Az energiastruktúra változása 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1860 Fa
1900 Kőszén
1913 Kőolaj
1938
1950 Földgáz
1973 Vízenergia
1990
1999 53
Atomenergia
Energiaprobléma 1. A nem megújuló energiaforrások mennyiségének csökkenése 2. Az emberiség egyre fokozódó energiaigény •
Fő hajtóerő – Gazdasági és – Népességi növekedés
54
Energiaprobléma • Elmúlt 50 év – 2x több energiát használtunk fel, mint civilizációnk történelmében összesen
• Korlátozott, véges erőforrások – ellátás biztonsági kérdések
• 2 milliárd ember – energiaellátásuk nincs megoldva
• Üvegház hatású gázok – koncentráció-növekedés – üvegházhatás felerősödése – globális klímaváltozás
• 2003: 10038 Mtoe – világ éves energiafelhasználása
• Energia – Civilizált élet feltétele – Nélküle nincs technikai fejlődés 55
A világ energia-felhasználása (2008)
megújuló 8,3%
-
nem megújuló 91,7%
Az egy főre jutó primer energiafelhasználás (2004, 2030)57 Jelenleg a világ lakosságának a 23 %-a használja a világ energiatermelésének 63 %-át
EU 25 főbb energetikai mutatóinak alakulása 2030-ig GDP: évi átlagban 2,4 % (2030-ig megduplázódik) Energiaátalakítás hatásfoka javul: ~ 20 %-os növekedés (0,6 %/év)
58
Energiagazdálkodás • Energiaforrás – a természet olyan rendszerei, melyekből technikailag hasznosítható energia nyerhető
• A nem megújuló energiaforrások kimerülőben vannak • Jövő: megújuló erőforrások
– Biztos, hogy a jövő a minél több energia felhasználásában van?
60
Kimerülő energiaforrások • EROI (energy return on investment; beruházás energiamegtérülése) – mennyi energiát kell befektetni egy egységnyi energia kinyeréséhez
• MROI (material return on investment; beruházás anyagmegtérülése) – mennyi anyagot kell befektetni egy egységnyi anyag kinyeréséhez
• EMROI – az EROI és az MROI kombinációja ugyanazon tevékenységre vonatkozóan
62
Energiaforrások • Primer energiaforrás – önállóan képesek lennének energiát szolgáltatni • napsugárzás; szél; árapály; hullámzás; tengeráramlatok; víz körforgása; biomassza; geotermikus energia
• Primer energiahordozó – átalakítás, kezelés nélkül felhasznált energiahordozó. • uránérc; hidrogén; kőszén; kőolaj; földgáz
• Szekunder energiahordozó – kémiai (vagy fizikai) átalakításon átesett primer energiahordozó • kőszén > koksz, városi gáz • kőolaj > benzin, gázolaj • földgáz > LNG (cseppfolyós földgáz) • uránérc > fűtőelem • víz > gőz, meleg víz • villamos energia (tercier energia?)
63
Energiaforrások csoportosítása forrás szerint
64
Energiaforrások történelmi és várható jövőbeni megoszlása
65
A világ energiafogyasztásának alakulása az energiahordozók megoszlása szerint
66
Fontosabb energiahordozók fűtőértéke Fontosabb energiahordozók fűtőértéke
(MJ/kg)
PB gáz
44 – 48
Tüzelőolaj
40 – 42
Földgáz
32 – 38
Antracit
30 – 35
Feketekőszén
20 – 30
Barnaszén
15 – 20
Fa (erősen függ a nedvességtartalomtól)
5 – 20
Lignit
5 – 10
(1 kWó elektromos áram)
(3,6)
67
Közlekedés és környezet
68
Közlekedés és környezet • A ma közlekedő budapesti buszflotta egyetlen nap alatt (!) – ~10 tonna nitrogén-oxid – >fél tonna szilárd részecske
• Pekingben minden nap 1000 új járművet helyeznek forgalomba – Forgalom átlagsebessége a legnagyobb körgyűrűkön: 45 km/h (1995) <10 km/h (2005)
• <800 km távolság vasút előnyösebb a repülésnél – Siemens Velaro: 1 utas 100 km-re történő szállításakor a fogyasztás = 1/3 l benzin 69
Közlekedés és környezet • Nagy energiafelhasználás, jelentős környezetszennyezés • Szennyező anyagok nagy területen történő szétterítése • Szélrendszerek – globális probléma
• Gépkocsi-közlekedés – Dinamikusan fejlődik
70
Helyünk az európai 71 úthálózatban
A világ gépjármű-állománya • Napjainkban kb. 500 millió személygépkocsi és 600 millió busz + teherautó a világon Ország
Szgk / 10 lakos
USA Németország Kína, India
6 5 0,3
Magyarország
2,3
72
Személyszállítás, áruszállítás Személyszállítás, milliárd utaskm
Áruszállítás, milliárd árutkm
4000
1400
3500
1200
3000
1000
2500 800 2000 600 1500 400 1000 500
200
0
0 1970 1974 1978 1982 1986 1990 1994 1998
1970
1974 1978 1982 1986 1990 1994 1998
Személygépkocsi közlekedés
Dízelüzemű busz
Folyami közlekedés
Légi közlekedés
Vasúti közlekedés
Csővezetékes szállítás
Rövid távú tengeri szállítás 73
Az EU közlekedéspolitikája • Tarifák – magángépkocsi-használat ösztönzése – a személygépjármű-közlekedés összköltsége (beszerzés, üzemeltetés) stabil maradt a személygépkocsival nem rendelkezők mobilitása csökkent
74
Környezeti és egészségi problémák • Hajtóanyag – széntartalmú energiahordozó – oxigénnel egyesülve a motorban CO2-dá ég el
• Az égés sohasem tökéletes → mindig keletkezik CO (koncentrációja jól tükrözi a motor állapotát) – rendkívül veszélyes méreg, a vér oxigénszállító képességét rontja; – a levegő oxigénjével reagálva szén-dioxiddá alakul → üvegházhatás
• Jelentős mennyiségű és többféle nitrogén-oxid – Napsugárzás hatására ózon keletkezik (agresszív oxidálószer) 75
Közlekedési módozatok • Repülőgépek – Legnagyobb energiafogyasztók – 8-10 km magasságban szennyez – Nagy zajszennyezés
• Nagy hengerűrtartalmú autók – középkategóriájú autók (1400-2000 cm3): 35 %-kal kevesebb üzemanyag • Kis autók: 50 %-kal kevesebb üzemanyag • Tömegközlekedési eszközök: jóval gazdaságosabbak • Nagy sebességű vonatok: közepes autók 50 %-a • Távolsági és városi buszok: vonatoknál is kevesebb • Kerékpár: szennyezésmentes, egészséges
76
Trendek a közlekedési ágazatban • Az EU-ban a szállítási teljesítmény folyamatosan növekedett – ~ 20 %-kal a személyszállításban – ~ 30 %-kal az áruszállításban
• Autópálya-hálózat – Régi tagállamok: >12ezer km – Új tagállamok: ~ 1ezer km
• Árszerkezet: nem támogatja az EU közlekedéspolitikáját – A szgk összköltsége stabil maradt – A többi közlekedési módozat költségei nőttek
77
Légszennyezés • Gépjárművek CO2-kibocsátása (üvegházhatás) – 2,4-2,8 mg CO2 / liter üzemanyag → átlagos gépkocsi: évente saját tömegének 3x-osát kitevő tömegű CO2 emisszió
• Közúti közlekedés növekvő szerepe – 1990-es évek közepe: KKE-ban vasúti és tömegközlekedés – Újabban: közúti közlekedés
• Repülés: leggyorsabban fejlődik (piaci részesedés 5 %-a)
78
Emissziós terhelési trendek • Gépkocsik mobilitására jellemző átlagos járműhasználat: 3 utazás / nap • Közlekedésre fordított idő évek óta nő • Éves átlagos futás lassan változik • Kedvezőtlen tendenciák – Európai gépkocsi-forgalom több, mint fele 6, 10 %-a pedig 1 km-nél rövidebb útszakaszokból áll
79
A közlekedés mint szennyező forrás • Városi járművek – – – – –
Helyi, lokális és globális szennyező források Busz ↔ villamos Gyártásuktól selejtezésükig szennyezik a környezetet Fosszilis energiahordózókat igényel működtetések Megújuló energiák részaránya < 4 %
• Élőhelyek terhelése – – – – – –
Földhasználat Zaj és fényzavarás Légszennyezés Élőhelyek feldarabolódása Eutrofizációs folyamatok (nitrogén-oxidok) Talaj elsavanyosodása (kéntartalmú égéstermékek) 80
Városi elérési idők
81
Új üzemanyagforrások • Megoldás: alternatív hajtásrendszerrel ellátott járművek alkalmazása – alternatív üzemanyaggal (metanol, etanol, propán, bioetanol, biodízel) hajtott gépjárművek, – kizárólag elektromotorral hajtott gépjárművek, – hibridhajtómű-rendszerrel hajtott gépjárművek, – üzemanyag-cellán alapuló hajtás, – kettős üzemanyag-rendszerrel hajtott gépjárművek
→ csökkentené a közlekedésből származó légszennyezőanyag-emissziót → a fenntartható fejlődés alapelveinek megfelelően lassítaná a nem megújuló nyersolaj-készletek kitermelését 82
Fenntartható mobilitás • A motorizált közlekedés nyújtotta mobilitás az élet elidegeníthetetlen része • Személyes döntés kérdése, hogy – Járművel vagy anélkül közlekedjünk-e? – Mikor utazzunk és melyik úton? – Milyen járművet vegyünk igénybe?
→ egyéni érdekek és környezet védelmének mérlegelése
83
Köszönöm a figyelmet!
84
