A metángáz energetikai szempontjai

A metángáz energetikai szempontjai Domanovszky Henrik és Szalkai István

közlekedésmérnök szakértő és a környezetvédelem a közlekedésben szakértője [email protected], [email protected] 70-3967502

Bevezető A fizikai értelmezés szerint a közlekedés energiaátalakulási folyamat. Minden közlekedési tevékenység az energia konverziójával jár, az energiahordozó mozgássá és, persze hatásfok is van, így részben veszteséggé alakításával. A népesség növekedése, a fejlődés a közlekedés növekedésével és energiaéhségének dagadásával állt eddig párhuzamban. Földünk népessége 2011-ben elérte a 7 milliárdot. 2008-ban az akkori 6,7 milliárd ember 513,5 EJ energiát használt fel, amiből szűken közlekedési célra 96,25 EJ ment el. Az energiafelhasználás megduplázódásához 35 évre (1973-2008) volt szükség, ami alatt a közlekedési szektor 113 százalékkal bővítette energiafelhasználását, a föld népessége pedig „csak” 70 százalékkal (3937-ről 6688 millióra) nőtt. Kijelenthető tehát, hogy a legújabb korban az emberi populáció bővülésénél a teljes energiafelhasználás 43 százalékkal növekedett intenzívebben, a közlekedési pedig 62 százalékkal. És mit hoz a jövő? A Föld lakosságának lassuló szaporodása mellett az évszázad közepére 9,35 milliárd embert jósolnak a szakemberek. Érdemes elgondolkozni, vajon 2050-re ez alapján elérjük az 1027 EJ teljes energiafelhasználást, amelyből a közlekedés 218 EJ-t zabál fel? És ha igen, milyen forrásból!? Vajon mennyire fenntartható ez a fejlődés? Három alap fosszilis energiahordozónk közül jelenleg a kőolaj a föld éves energiafelhasználásából 86,962 millió hordó/nap = 193,62 EJ/év (2010), a szén 6,874 109 t (2009), = 201,422 EJ/év, a földgáz pedig 3,156 1012 köbméter = 107,304 EJ (2009) fedezi. Az előállítható fosszilis készletek adatainak megbízhatóságát kérdőjelek övezik, a nyilvános adatok szerint kőolajból fogyunk ki a legelőbb, a jelenlegi szinten stagnáló kitermelés mellett a még elérhető 1,341 1015 hordó = 8180 EJ nem tovább, mint 42 évre elegendő. A 178,1 1012 köbméter = 6055 EJ földgázkészlet 56 évig tart ki. A legmagasabb CO2 kibocsátás mellett felhasználható kőszénből látszik a legkitartóbb készlet, 860 1012 t (2008) = 25 205 EJ, stagnáló felhasználás mellett 125 évre lenne elegendő. Energetikával foglalkozó kutató intézetek jelentős munkát fordítanak arra, hogy elemzéseket, stratégiákat, felhasználási forgatókönyvek készítsenek az elkövetkezendő évtizedekre, de ezek egyike sem nevezhető még 2030-ra nézve sem stabil eredménynek.

1

A nehézkes kiszámíthatóság miatt sem egyszerű a közlekedési szektor energetikai hátterének biztosítása. Az azonban stabilan látszik, hogy diverzifikációra, a kőolaj jelenlegi kitettségének csökkentésére feltétlenül szükség van. Legfelsőbb politikai szintű stratégiai elhatározásokat kell időben meghozni annak érdekében, hogy a közlekedés fenntarthatóvá váljon, és ne fordulhasson elő például egy 73-ra emlékeztető, szinte minden gazdasági ágat megrengető sokk.

Energiahordozóink értékelésének lehetőségei Stratégiai döntésekhez körültekintő és részletes kiinduló adatállományra van szükség. Az energiahordozókról alkotott értékeléseinket alakíthatjuk globális, kontinentális, nemzetgazdasági szemszögből és más stratégiai fontosságú szempontrendszer szerint, mint fenntarthatósági, környezetvédelmi és így tovább. Az energiahordozók néhány kiemelt értékelési szempontja: •

Hozzáférhetőség műszaki nehézsége és ellátás biztonságának stratégiája alapján

•

A kitermelés előállítás és felhasználás láncolatának környezeti mérlege alapján

•

A tárolhatósága szerint

•

A föld tartalékainak nagysága és eloszlása szerint

•

Energia ára és az ár stabilitása alapján

•

Felhasználás egyszerűsége, illetve a felhasználáshoz szükséges beruházás, erőfeszítés nagysága alapján

Egy ötpontos értékelési skálán a közlekedés számára alkalmazható hajtóanyagokat az alábbiak szerint osztályozhatjuk:

2

Üvegházhatású gázkibocsátás csökkentési potenciál Az értékelés eredménymátrixából néhány elemet érdemes kiemelni. Ezek között például a hajtóanyagok és az üvegházhatású gázkibocsátásnak összefüggése, amely kiválóan mutatja – a hidrogént követően – a metángáz jelentős emissziós fölényét.

A diagram megmutatja, hogy az előírás szerinti bioüzemanyag részarányt tartalmazó benzinhez mérten olyan egyszerű váltással, mint a metángázra való átállás, 23 százalékos CO2 kibocsátáscsökkenés érhető el (a PB-gázban is figyelemre méltó 10 százalék elérése rejlik). Figyelembe véve, hogy hazánk benzinfelhasználásából eredő CO2 emissziója (2008-as adat) 4,97 millió tonna, egy CNGre való teljes átállás 1,15 millió tonna csökkentést jelentene. A gázolajjal szemben fennálló energetikai alapú, 23 százalékot meghaladó CO2 kibocsátás előny – szemben a benzines számítással – csak elméleti síkon igaz, addig azonban, amíg nincsen a dízelekkel azonos termikus hatékonysággal működő közúti gázmotor, ez a megtakarítás nem érhető el. A közutakon jelenleg megvalósítható CO2 megtakarítás azonban így is a 8-11 százalékos tartományban van. A dual-fuel motorokkal 80 százalék gáz és 20 százalék gázolaj felhasználási arány mellett már határozottan jobb az eredmény: a haszonjárművek világában 18,6 százalék CO2 megtakarítást ma kevés motorfejlesztési technológia ígér. A cél természetesen a tiszta gázmotoroknál is a hatásfok növelése; erre kiváló példák léteznek már hajómotoroknál. Egy ezek közül: a Rolls-Royce gázmotorjának termikus hatásfoka 49 %!

Árszint és árstabilitás A kőolaj és a földgáz árát nem tisztán csak a kereslet-kínálat törvényei mozgatják. A tőzsdei kereskedések egy későbbi szállításra vonatkoztatott termékre és egy jövőbeli – bár viszonylag pontosan előre látható – keresletre vonatkozóan meglehetősen spekulatív ármozgásokat eredményeznek. Ebben a spekulációs körben minden, ami a jövőbeli szállításokat befolyásolhatja, akadályozhatja, jelentős ármozgást válthat ki. Így pl. az „arab tavasz” árnyékában mintegy 50

3

százalékkal ugrottak meg a jegyzésárak. A spekuláción túl feltétlenül szükséges figyelmeztetni arra is, hogy a világ kőolaj felhasználása – elsősorban az ázsiai fogyasztásemelkedés hatására – továbbra is stabilan növekszik. Az elmúlt két évtizedben jelentős méretű új lelőhely felfedezése nem történt, sőt a legtöbb hagyományos olajszállító ország a 2000-es években, vagy még ezt megelőzően eljutott a kitermelési csúcsra, amely után csökkenés vette kezdetét.

A kőolaj árának változása a jelenleg érvényben lévő orosz gázszállítási szerződések alapján a földgáz árára is erős, de késleltetett hatással van. Az eltérő piacokon a kőolaj ára sem teljesen azonos intenzitással változik. Jól mutatja ezt az amerikai WTI (West Texas Intermediate) könnyűolaj és az elsősorban Európában alapul vett BRENT grafikonjának összehasonlítása, mely azonos irányú ármozgások mellett eltérő kilengéseket mutat. Az európai, magasabb áron mozgó kőolaj halványan nagyobb emelkedést mutatott a tavaszi pánik hatására és jelentősen tompább esést a geopolitikai helyzet ezt követő csillapodásával. A felhasználói oldalról szemlélve azt, hogy a felszökő ár miként stabilizálódik egyre magasabb szinteken, jól megmutatja a világ kikötőiben megtalálható bunker árakból képzett index a BTI görbe. Ez azonban még így is kevésbé marad stabilan magas, mint amit a közúti kutak értékesítésénél tapasztalunk.

4

Ha ötéves távlatba tekintünk és az üzemanyagjegyzést, valamint a földgáz jegyzését energiatartalom és Euro alapon vizsgáljuk, arra a megállapításra juthatunk, hogy a kőolaj és a gáz árának mozgása egyirányú, a gáz kisebb amplitúdókkal követi a kőolajat és 2008-óta a görbék egyre távolodnak egymástól, azaz egyre inkább nyílik az olló a benzin és a földgáz ára között.

A közlekedés kőolajfüggősége Fel kell ismerni azt a rémisztő tényt, hogy a világ néhány országát leszámítva (Pakisztán, Banglades, Kolumbia, Brazília, Irán, Argentína) a közlekedés energiafelhasználását a kőolaj szinte teljes mértékig, de mindenhol 90 százalékot meghaladó arányban fedezi. Ez a függőség több mint egyszerű kiszolgáltatottság. A jövőbeli fenntarthatóság érdekében haladéktalan súlypont eltolódásra van szükség. Magyarország közlekedésének energiafelhasználása sem mutat derűsebb képet, hiszen felszíni közlekedésünk 94,5 százaléka (2008-ban) kőolaj származékból működik. S mivel nem a közlekedés az egyedüli kőolaj felhasználó hazánkban, érdemes azt is mellé tenni, hogy 2007-re öt év alatt 31 százalékkal 6145 ezer tonnára emelkedett a kőolaj-behozatalunk.

5

A gázszállítási és gáztározó hálózatban rejlő biztonság A földgázellátás biztonsága rövidtávon és stratégiai hosszú távú megközelítéssel is kulcskérdés a gázüzemre való átállás mérlegelése során. Addig, amíg ennek az ellátásnak alapját egyetlen irányból érkező gáz határozza meg, nem beszélhetünk kiegyensúlyozott és stabilan biztos háttérről. Európa a gázbeszerzést kellően diverzifikáltnak és biztonságosnak ítéli. A belső kitermelések mellett északról a norvég északi tengeri ellátás, keletről az orosz gáz, délkeletről a közel-keleti, délről emellett még az afrikai és nyugatról úgyszintén elsősorban az afrikai szállítmányok jelennek meg. Ezen importok részben a kiterjedt csőhálózaton, részben pedig cseppfolyós halmazállapotban, LNG-tankerekkel bonyolódnak. Megvalósul mind a beszállító régió diverzifikációja, mind pedig a szállítási útvonalak és módok megosztása. Hasonló kép jó a helyzet a gáztározói kapacitásokkal, hiszen nagyon sok óriás méretű tározó van használatban, melyek összességében a felhasználási igényeket sok hónapon keresztül képesek fedezni. Hazánkban is erős szándék mutatkozik az import útvonalak diverzifikációjára, melyet a Déli áramlat és a Nabucco, valamint a létesítendő horvát LNG-terminállal való összeköttetés projektjei bizonyítanak. Öt tározónk együttes kapacitása technikailag 6,13 milliárd köbméter, amely az ország felhasználásához képest kimagasló. Összehasonlításul az európai tárolókapacitások (millió Nm3): Ukrajna Németország Franciaország Olaszország Ausztria Magyarország Hollandia Spanyolország Nagybritannia Csehország Szlovákia

32130 20301 12700 10601 7176 6130 5258 4531 4371 3277 2840

Románia Lettország Litvánia Dánia Belgium Lengyelország Bulgária Horvátország Írország Portugália Svédország

2694 2320 2320 1020 675 627 350 350 218 181 10

6

Megújuló metán a közlekedésben A közlekedés gázüzemre állításának érvei között előkelő helyen van a biogáz metántartalmának, azaz a biometánnak könnyű felhasználási lehetősége. Ez a rendkívül gyakori megújuló energiaforrás, a közlekedésben korlátlanul felhasználható, amennyiben a gázüzemű közlekedés adott. A biogáz források sokfélék és óriási alapanyagbőséget biztosítanak. A biogáz megtisztítására több kipróbált és megbízható technológia áll rendelkezésre, amely egyúttal olcsó energiahordozó előállítását is lehetővé teszi. Bár hosszabb távon a biometán disztribúciójára a földgáz csőhálózatba való táplálása jelenti a legalacsonyabb elosztási ráfordítással járó megoldást, ehhez manapság még számos gyakorlati akadályt kell leküzdeni. Európában több helyen külön csövet fektettek le az előállító és a felhasználó közé, másutt pedig a tisztított gáz közúti elszállítása valósult meg. A közlekedés számára előkészített biometán a termelői oldalnak is nagyobb hozamot ígér, mint amekkorát a földgázelosztó hálózat nyújtani kíván. Ennek egyik oka, hogy a közlekedés számára akár már a 75 százalékban metán tartalmú gáz is elegendő, míg a csőbe annak ellenére csak 99 százalékos gáz kerülhet, hogy a szállított földgáz ezt messze nem éri el. A CO2 elvonásának magasabb szintje a tisztítási ráfordítást és költséget befolyásolja, miközben a közlekedés felé amúgy is előnyösebb ár érvényesíthető, mint a gázhálózatnál. Nem beszélve a gázgenerátorokkal megtermelt villamos áram hálózati átvételéről. Magyarország konzervatív szemlélettel felmért biogáz potenciája mintegy 50 PJ, míg hosszabb távon akár ennek 2-3 szorosa is mobilizálható lenne. Ez egyben azt is jelenti, hogy üvegház semleges energiahordozóval fedezhető lenne hazánk energiafelhasználásának legalább negyede. Ekkora tétel pedig a külkereskedelmi mérlegben is észlelhető változást jelenthetne.

Összegzés A metángáz közlekedési célra:  Beszerzése stabil, több forrás és útvonal áll rendelkezésre  A tároló kapacitás egész Európában biztonságos ellátást nyújt  A fosszilis gázkészletek a kőolajnál hosszabb távon biztosítják az emberiség energiaellátását  A biogáz széles körben jelenlévő, felhasználható energiaforrás  A metángáz a közlekedésben jelentős üvegházhatású gázkibocsátás-csökkenést eredményez  A biometán CO2 csökkentő képessége rendkívül magas, akár 100 százalék körüli  Belsőégésű motorban a legalacsonyabb TTW, WTW emissziót eredményezi  Árszintje és árstabilitása kedvezőbb a kőolaj alapú termékeknél

7