Megújuló energiaforrások Paradigmaváltás, avagy egy elfelejtett rendszer kényszeradaptálása? Bokor László „A szigetlakók állandó szorongások martalékai, soha egy percnyi lelki nyugalmat sem tapasztalnak; ezek az ideges nyugtalanságok olyan okokra vezethetők vissza, amilyeneket egyéb halandóknál, azt hiszem, elég ritkán találhatunk. A beteges fóbiák központi oka talán abban található, hogy állandóan rettegnek az égitestek szisztémájában esetleg előforduló rendetlenségektől. Komoly aggályuk, hogy mivel a nap évmilliók óta lövelli szerte sugarait anélkül, hogy elfogyasztott tüzét bármiféle vegyi anyag pótolná, egyszerűen fölemészti önmagát és megsemmisül, ami természetesen maga után vonja mindazon bolygóknak, melyek fényüket a naptól kapták, és így elsősorban földünknek teljes pusztulását.” Jonathan Swift: Gulliver utazásai (1726)
Swift közel 300 évvel ezelőtt arról a félelemről írt, ami a legfontosabb energiaforrás eltűnése esetén akár egy egész civilizáció pusztulását is okozhatja. A tudomány jelenlegi állítása szerint, ha a Nap korai elhalálozásától félnünk nem is kell, azon végképp érdemes elgondolkodni, hogy az emberiség mindennapjai bizony szorosan összefüggenek állandó csillagunk folyamatos tevékenységével. A sok említhető példa közül gondoljunk csak a víz körforgására, vagy a szélrendszerek kialakulására. A Nap tevékenységével nem kapcsolatos földi folyamatok a Föld „belsejében” zajlanak, vagy jönnek létre, mint például a földrengések, tektonikus folyamatok, valamint a vulkanizmus. A Föld belső hőmérséklete sem közvetlen a Naptól származik. Vannak esetek azonban, mikor a Föld belső folyamatai befolyásolhatják a Napból érkező energiamennyiség földi alkalmazhatóságát. Ilyen lehet egy erős tűzhányó kitörés, amelynek következtében a légkörbe kerülő poranyagon keresztül a napsugárzás korlátozottan éri el a Földet, ami akár jelentős klímaváltozásokhoz is hozzájárulhat (pl. Tambora [Indonézia], 1815). Ebben az esetben viszont már van ok az ún. swifti aggodalomra! Kétségtelen, hogy a Föld felszínén lezajló természetes folyamatok túlnyomó többsége a Nap állandó tevékenysége miatt történik. Az élet is a Nap energiáján fejlődött ki. A kapcsolat sokáig megmaradt. Az emberek csak természeti energiaforrásokat, pl. napenergiát, és a napenergiához szorosan kapcsolódó szélenergiát, vízenergiát, valamint, a biomassza korai alkalmazásának megfelelően, a különféle faanyagokat használtak fel. A 18. század elején, az ipari forradalom következtében, viszont minden megváltozott. Megjelent a kőszén ipari
méretű felhasználása, mint a fosszilis energiaforrások első meghatározó fajtája, később az elektromos energia és annak energetikai célú alkalmazása. A fosszilis energiaforrások folyamatos biztosítása a jelenlegi energiafelhasználás mértéke mellett egyre nagyobb gondot jelent, de azok alkalmazása környezetvédelmi szinten is kérdéssé vált. Tény, hogy az emberiség az utóbbi évtizedekben a megújuló energiaforrásokat újra felfedezte. De vajon miért is? Energia, energiahordozó és energiaforrás (a geográfia szemszögéből) A sajtóban, médiában nyilvánvalóan, de néha még a szakirodalomban is, neves természet- és társadalomföldrajzi szakemberek, kutatók, tudósok egyaránt az energiahordozó és energiaforrás fogalmakat egymás szinonimájaként kezelik. A különböző idegen nyelvekben, köztük pl. az angolban is így van (energy carrier/energy source). Mindez nem azt jelenti, hogy a fogalmak rokon értelműségét kétségbe vonnánk, hanem azt, hogy földrajzi szemszögből pontosítható a meghatározás. Az energia a természettudományok egyik legáltalánosabb és legalapvetőbb fogalma (Bonifert, 1993), amely speciális értelemben a munkavégző képességet jelenti (Breuer, 2002; Litz, 2005). Általános értelemben a változásra való képességet jelöli, mivel a termodinamika második főtétele határt szab a termikus folyamatok munkavégzésének (Bonifert, 1993). Ebből fakadóan az energiát nem egyszerű definiálni (ami alapvetően nem is célunk), de az érthetőség kedvéért specifikálhatjuk. Az energia nem más, mint eltárolt „munka”, amely megfelelő körülmények között ismét szabaddá válik (Gulyás et al., 1995). Ez különböző formákban jelenik meg, mint pl. mechanikai, hő-, mag-, és elektromos energia (Breuer, 2002). Az energiaformákat vissza lehet vezetni a fizika négy alapvető kölcsönhatásainak (erőhatás) valamelyikére, így beszélünk gravitációs, elektromágneses, erős és gyenge kölcsönhatásokról (Holics, 2009). Maga az energia láthatatlan, nem pedig tényszerű, tárgyiasult anyag. Azt jellemzően valami közvetíti, amelyet energiaforrásnak nevezünk. Ez viszont már többségében kézzel fogható matéria, amelyet az energiahordozóban találunk. Ez utóbbi alapvetően bármi lehet, mivel minden tartalmaz bőséges energiát, ami csak a kezünkbe kerül, minden ahova szemünk elér (Eddington, 1936). A Föld bolygó ebben az értelmezésben az egyik legnagyobb energiahordozó. Magában „hordozza” a különféle energiaforrásokat, amelyek lehetnek anyagban tárgyiasultak (pl. kőszén), vagy szemmel nem érzékelhető fizikai folyamatok és jelenségek közvetlen vagy közvetett eredményei is (pl. szélfújás). Mibenléte, megjelenési formája földrajzi dimenziónként eltérhet, azaz az energiahordozók nagy része akár további
energiahordozók meglétét jelenti. Ez az állapot lehet maga a kőzetburok vagy egy hegység, amely olyan energiaforrásokat „hordoz”, amelyekből a mai emberi társadalom számára hasznosítható, elsősorban hő- vagy elektromos energia nyerhető ki, alakítható át (1. ábra). (Például a Mecsek egy olyan energiahordozó, amely bizonyosan urániumérc, kőszén és vízenergia-forrásokkal rendelkezik.) A kettő között tehát az érdemi különbség az, hogy amíg az energiaforrásból villamos- vagy hőenergia nyerhető ki, alakítható át, addig az energiahordozó önmaga erre nem alkalmas, annak csak a fizika törvényei által leírt belső energiája van. Hordoz energiát, de forrásul közvetlenül nem szolgál. Ugyankor, ebben találhatók az energiaforrások.
1. ábra: „Energiahordozók szférája” – az energiahordozó és az energiaforrás energiaföldrajzi értelmezésben Szerkesztette: Boko A fizikában, az energiamegmaradás elve szerint az energia semmilyen folyamatban nem semmisülhet meg, a semmiből nem keletkezhet, csak az egyik energiaforrásból valamelyik másik energiaforrássá alakul át (Gazda – Sain, 1989). Bármely zárt rendszer összes energiája, a rendszerben lejátszódó tetszőleges belső folyamatok során is változatlan marad (Bonifert, 1993). Ezeknek az energiáját átalakíthatjuk úgy, hogy a kor egyik elvárásának megfelelően villamos energiát vagy hőenergiát kapjunk. Mint láthatjuk, koránt sem termelésről van szó, mivel az energia eleve adott egy bizonyos anyagban vagy közegben, amit már nem megtermelni, hanem átalakítani, kiaknázni kell, az emberi környezetben (földrajzi tér) felhasználható fajta energiává. Mindezt valamilyen berendezés (pl. hőerőmű) alkalmazásával. Ezért ettől, mint fogalomtól, általános értelemben eltekinthetünk. Helyette az „előállítás” szó használata volna megfelelőbb. Azonban, a „villamosenergia-teremlés”, mint fogalom, mára
olyan mély gyökereket eresztett, hogy azt felváltani nem sok értelme volna. Ebben az esetben a „villamosenergia-termelés” és a „villamosenergia-előállítás” szavak, mint speciális szinonimák alkalmazhatók. (Ebben a tanulmányban mi is így teszünk.) A villamos energiát tehát átalakítással nyerjük, amelyet valamilyen anyagból, közegből kapunk. Ezt nevezzük energiaforrásnak, amelynek fajtái között lehet nem megújuló (nem állandó); megújuló (állandó); és megújítható (részlegesen állandó) természetű (2. ábra). A felhasználás formája szerint beszélhetünk elsődleges vagy primer (átalakítás nélkül, közvetlenül
felhasználható,
pl.
kőszén),
másodlagos
vagy
szekunder
(elsődleges
energiaforrások felhasználásával alakítható át, pl. villamos energia) és harmadlagos vagy tercier (másodlagos energiaforrás előállítása során megjelenő hulladékenergia, pl. atomerőművek hűtővize) energiaforrásról.
2. ábra: Az energiaforrások rendszere Szerkesztette: Bokor L. Az ember legelső energiaforrásai Az ember első energiaforrása a saját izomereje volt, amit később az állatokéval egészített ki – mint pl. ló- és ökörvontatás (van Ginkel, 1999). Azonban ahhoz, hogy ezt használni tudja, külső energiaforrás szükséges. Az ismert információk szerint az ember, aki halászó, vadászó, gyűjtögető tevékenységet folytatott, első energiaforrását a táplálék formájában találta meg (van Ginkel, 1999). Ezeknek az energiája, mint a földi energiaforrásoknak is nagy része, a Napból származik. Már ekkor megjelenik az élelem, mint energiaforrás és az izomerő közti kölcsönhatás. Ez erősödött fel a tűz (a természetben előforduló leggyakoribb kémiai reakció) megjelenése után, amely gyökerestől változtatta meg az ember szokásait. A tűz őrzése viszont komoly kihívásokkal járt, ami hozzájárult ahhoz, hogy az addig, folyamatos vándorlást
folytató ember egy adott helyen, természeti térben letelepedjen. Ez az első, igencsak kezdetleges emberi települések kialakulásához is hozzájárult. Ha a tűz őrzése indukálta is az első települések létrejöttét, minden bizonnyal az is mérvadó volt, hogy azok védett/védhető helyen legyenek, ahol az emberi élethez feltétlenül szükséges energiaforrások, helyi energiák (pl. víz, fa, élelem) is megtalálhatók. A települések létrejöttében jobbára eltérő tájak találkozása volt meghatározó, pl. hegyvidék/dombság találkozása alfölddel, folyammal, illetve a három együtt. A települések tehát zömmel ott jöttek létre, ahol a különböző erősségű energiagócok/energiapotenciálok találkoztak, a létfontosságú helyi energiaforrások adottak voltak. Ez a település fejlődésére, fejlettségére is hatással volt. Mindez viszont a korábban ismert természeti teret egy már, az emberi élettér színterévé, a földrajzi térré változtatta. A természet állandó és részlegesen állandó energiaforrásai Az emberi és állati izomerő, a fa és egyéb növények, valamint a tűz, mint közeg jelentették a korai energiaforrásokat (korai biomassza), amelyek mind megújulók! Ma is ismertek és alkalmazhatók. Ahogy az emberi társadalom fejlődött, környezetét egyre jobban megismerte, a természeti folyamatokat felismerte. Ilyen volt pl. a napsugárzás és ezzel a Földre érkező napenergia, illetve a szél- és vízenergia jelentősége is. A napenergia közvetetten mindenhez hozzájárult (kivétel a geotermikus energia), míg közvetlenül szárítás, aszalás útján az energiát a táplálékban konzerválta, tárolta (tartósította). A vízenergia a korai öntözéses civilizációk kialakulásában játszott korszakalkotó szerepet (Rodda – Ubertini, 2004), míg a szélenergiának a hajózásban és a mezőgazdaság fejlődésében volt elévülhetetlen jelentősége (Nelson, 2009). Az emberiség korai évezredei, a fejlődés első szakaszai – lényegében az ipari forradalomig – megújuló energiaforrásokra alapultak, az időben és térben fenntartható volt. A földi rendszer állandó energiaforrásaira épült minden, az ember és környezete között harmonikus kapcsolat állt fenn. Ennek a fenntartható energiahasználatnak a végét, az ipari forradalom hatására kibontakozó, egyre nagyobb energiaigény megjelenése jelentette. Ekkortól a kőszénfélék, majd a 20. századtól a szénhidrogének, a század közepétől pedig az atomenergia kerültek fontos szerepbe, amelyek máig tartó változást jelentettek az emberi élet és társadalom számára. A különböző energiafélék (különösen a hő- és az elektromos), a folyamatos energiaforrás ellátottság és energiabiztonság az emberiség nélkülözhetetlen részévé váltak. Ma már nehéz elképzelni a világot nélkülük (és persze annál nehezebb lesz az esetleges váltás).
A gőzgépek, majd az elektromos berendezések korszakának hajnalán a fosszilis energiaforrások alkalmazása fokozatosan nyert egyre nagyobb teret, ami nem csak a megújuló energiaforrásra épülő berendezéseket ítélte ideiglenes halálra, de egyre „észrevehetőbb” energiafelhasználáshoz is vezetett. (Szaghatás, füst és korom megjelenése, légzési nehézségek, allergiás légúti és bőrreakciók, irritációk). A kor szakemberei felismerték a szén elégetése során jelentkező hátrányokat (pl. az említett egészségügyi hatások mellett a korrózió, környezet savasodása, növényzet és a termőtalaj degradációja), valamint a biztonságos energiatermelés érdekében lépéseket tettek. Ezek közvetlen következménye lett, hogy Európában a 20. század közepén, a nem megújuló energiaforrások használatának kockázatai az alternatív energiaforrások újrafelfedezéséhez, újak felkutatásához és azok alkalmazásához
vezettek.
Ennek
intenzitását
nyomatékosították
az
1970-es
évek
szénhidrogén-válságain kiéleződött kőolaj-árrobbanások, amelyek a figyelmet a korábbinál érezhetőbben irányították újra a megújuló energiaforrásokra (Bank – Bokor, 2009; Bokor, 2010). Az 1970-es évek után beálló ún. „zöld szemlélet” megnyitotta az utat a megújuló és megújítható energiaforrások egyre nagyobb volumenű hasznosítása, és az ehhez szükséges technológiai fejlődés új korszaka előtt. (Günther Pauli nyomán ma már beszélünk „kék szemléletről” is.) A folyamatot nem környezetvédelmi, hanem energetikai okok gerjesztették! Napjainkra azonban mindez a környezet védelmével is azonosult, ami egyre jobban megmutatkozik mind a világ primerenergia szerkezetében (3. ábra) és mind a villamosenergia-termelés változásában, szerkezeti átalakulásában (4-5. ábra).
3. ábra: A világ primerenergia-fogyasztása 2008-ban és ebből a megújulók részesedése és megoszlása energiaforrás típusa és felhasználása módja szerint
Szerkesztette: Bokor, a REN21 (2010) adatai alapján
4. ábra: A nap, szél, geotermikus és biomassza erőművek összes beépített teljesítményének együttes alakulása a világban, 1980-2006 (GW) Szerkesztette: Bokor, az EIA (2008) adatai alapján Az is tény azonban, hogy a világ energiaigénye továbbra is rohamosan növekszik. A közlekedésben használatos zöldüzemanyagok világszinten egyelőre összehasonlíthatatlanul kis részt jelentenek. A primerenergia szerkezetben (3. ábra) és a villamosenergia-termelésben (5. ábra) azonban mindez már szemmel látható, viszont a megújulók és megújíthatók részaránya nagyon lassan emelkedik.
5. ábra: A világ villamosenergia-termelése, a vízenergia és a többi megújuló energiaforrás részesedésének kiemelésével, 1980-2006 (Milliárd kWh) Szerkesztette: Bokor, 2010. az EIA (2008) adatai alapján Ebben a paradox állapotban a „zöld” energiaforrások még a villamosenergia-termelés tényleges növekedését sem képesek követni, nemhogy folyamatosan kielégíteni, esetleg felváltani a nagyrészt fosszilis tüzelőanyagokat. Ehhez a jelenlegi teóriák szerint a kőszén- és szénhidrogén alapú társadalmi rendszer összeomlása volna szükséges. Ha ezt nem is szeretnénk, akkor is lényeges az energiaigények csökkentése, az energiahatékonyság növelése ahhoz, hogy a megújulók részesedése egyre nagyobb részarányban jelenjen meg. Érdekes adat, hogy az újonnan épült villamosenergia-termelő erőműveknél egyre nagyobb részarányt mutatnak a megújuló és megújítható energiaforrásra alapozott egységek, ami azt is jelzi, hogy a megújuló energiaforrást hasznosító eszközökbe fektetett összegek is egyre magasabb arányt érnek el. Ez a világ villamosenergia-termelés erőműtípus szerinti szerkezetében azonban továbbra is nagyon kis részt képvisel (6-7. ábra).
6. ábra: 2009-ben épült új villamosenergia-termelő erőművek tűzelőanyagforrás szerinti megoszlása Szerkesztette: Bokor L. a REN21 (2010) adatai alapján
7. ábra: A világ villamosenergia-termelésében résztvevő erőművek típus szerinti megoszlása 2009-ben Szerkesztette: Bokor, a REN21 (2010) adatai alapján A fosszilis energiaforrások alkalmazása során, különösen a villamosenergia-termelés és elosztás során sok országban energiafüggő, pazarló és erősen centralizált elosztású gyakorlat alakult ki. A megújuló energiaforrások azonban a lokalitást erősíthetik, azáltal, hogy növelik az energiaellátás (üzemanyagok, elektromos energia) biztonságát, és hozzájárulnak egy térség energiaforrás importfüggőségének a csökkentéséhez. Mindezek természeti, társadalmi és műszaki-technikai adottságoktól függenek, de a kedvező feltételeket egyelőre a gyakorlat sok helyen hátráltatja az által, hogy nincs politikai szándék vagy kedvező jogi és gazdasági környezet megteremtve, a természetvédelmi hatóság tapasztalatlan, és/vagy az építési engedélyezési eljárás bonyolult és szükségtelenül elnyújtott, ill. költséges. A természeti faktorok lehetnek pl. az adott ország nagysága és földrajzi fekvése (zonalitás, tengerszint feletti magasság, helyzete a szélrendszerekhez és a tengerpartokhoz képest), valamint ehhez kapcsolódóan pl. a napsütéses órák száma, a szélsebesség vagy a vízhozam számértéke említhető, amely a maximálisan beépíthető erőművi teljesítmény (wattban kifejezve1) számára egyértelmű korlát (Bank – Bokor, 2009). A társadalomi adottságok azok, amelyek egyes térségekben a megújulók hasznosítását döntően meghatározzák. Ebben nagy szerepe van a gazdaságosságnak, a politikai- és 1
Az erőművek teljesítményét a Mértékegységek Nemzetközi Rendszere (SI - Système International d’Unités) szerint wattban (jele: W) fejezzük ki. Sok helyen ezt egyszerűen nem veszik figyelembe és kapacitásként írják le, de annak az SI-ben elfogadott hivatalos mértékegysége a farad (jele: F). Ez nem azt jelenti, hogy akkor az adott mennyiséget faradban kell megadni, hanem azt, hogy teljesítménynek kell hívni.
lakossági támogatottságnak, az ország tényleges energetikai jellemzőinek (aktuális energiamix [pl. megújulók részesedése], a villamosenergia-hálózat kiépítettségének és minőségének, valamint az adott terület egyéb energiatermelési lehetőségeinek, a bővítés lehetséges csapásirányainak egyaránt. Mindezt tovább befolyásolja a hazai és a globális piac mérete és annak igényei, tőkepiaci jellemzők, befektethető pénz mennyisége, a szomszédos területek egymásra gyakorolt hatása (mintakövetés, pl. osztrák szélenergia hasznosítás magyarországi hatásai, adaptálása), ill. az állami szabályozás módszerei, átgondoltsága és finomsága (pl. feed-in tarifa- vagy kvóta-rendszer). A műszaki-technikai háttér lényeges elemei az erőművek építésétől (ami az építőanyagok fajtáitól, a lokalizációhoz, azon belül is magassági és klimatikus tényezőkhöz kapcsolódnak), tehát a kivitelezéstől az energetikai rendszerbe való illesztésen keresztül (villamosenergiahálózatra kapcsolás) gondoskodik a fenntartásról és kezelésről egyaránt. Mindezen lényeges telepítési faktorok és megállapítások után, nézzük meg részleteiben a megújuló- és megújítható energiaforrásokat (az egyszerű kezelhetőség miatt a kettőt együttesen megújulóknak vagy megújuló energiaforrásoknak általánosítjuk), felhasználási lehetőségeiket, módjukat, eszközeiket és a világgazdaságban betöltött jelenlegi pozíciójukat. A megújuló energiaforrások. Múlt vagy jövő? Megújuló energiaforrások tehát mindazok, melyeket az emberiség történetének múltjából ismerünk. Napenergia, vízenergia és szélenergia. (A biomassza és a geotermikus is megújuló, amit azonban az emberi tevékenység mértéke jelentősen befolyásol, ezért ezeket a megújítható energiaforrások közé soroljuk.) Modern felhasználásuk kialakulása szorosan összefügg múltbeli alkalmazásuk formáival (1-2. táblázat).
Megújuló energiaforrások
Hagyományos Berendezések, felhasználás
eljárások
Modern
Berendezések,
alkalmazás
eljárások
Passzív Közvetlen (direkt)
Aszalás, szárítás
(speciális
napsugárzás
berendezés Vízmelegítés
Napenergia
hasznosítás
Szórt fény
Természetes
hasznosítása
világítás
nélkül) Modern alkalmazás is pl. passzív házakkal vagy
Elektromos energiatermelés Vízmelegítés,
Fotovoltaikus (PV) pl. napelem, naperőmű Napkollektor
vízforralás Elektromos
Fotovoltaikus
energiatermelés
(PV) pl. napelem
Vízmelegítés, vízforralás
Napkollektor
Hajózás
Szélenergia
Állandó és lokális
Madárriasztás,
szelek
gyümölcsvédelem Gabonaőrlés, vízpumpálás,
Csónakok és
Hobbi és
Csónak és
hajók
sporthajózás Madárriasztás,
sporthajófélék
Szélkereplő Szélkerék, szélmalom
puskaporgyártás Vízenergia (kontinentális energia)
Folyóvíz (ill. tavak) energiája
Vízenergia (óceán energia)
energiája Hullámzás energiája Tárolt hőmérséklet
energiatermelés,
Szélkereplő Szélgenerátor, szélerőmű
vízpumpálás
Gabonaőrlés,
Vízikerék,
Vízerőmű félék
vízpumpálás,
vízimalom,
(duzzasztómű,
puskaporgyártás
úszómalom
átfolyós)
Tengerjárás energiája Tengeráramlás
gyümölcsvédelem Elektromos
Hajózás
Csónak és hajófélék
-
Elektromos energiatermelés
-
Passzív hasznosítás
Ár-apály erőmű Rotorok Hullámerőmű Termikus erőmű
(termikus energia)
1. táblázat: A megújuló energiaforrások hagyományos és modern felhasználásának módozatai és eszközei Saját gyűjtés alapján szerkesztette: Bokor (2010)
Megújítható energiaforrások
Fásszáru növények és egyéb vegetáció
Hagyományos Berendezések, felhasználás Tradicionális fatüzelés és élelem
eljárások Kemence, kályha stb.
Modern
Berendezések,
alkalmazás
eljárások
Hőtermelés
Fatüzelés
Elektromos energiatermelés
Biomassza erőmű (közvetlen fa, vagy brikett, pellét
Organikus Biomassza
hulladék
Deponálás, komposztálás,
Komposztláda
humusztermelés
Biogáz előállítás, komposztálás
(pl. Tibet, Nepál),
hulladék (pl. állati
ahol tüzeléssel
ürülék)
hőtermelésre
állattartáshoz Tüzelőhely
kötődő termelő
termelés
berendezések, eljárások (etanol-,
Fűtés vízfelhasználás
hőfelhasználás
biodízel-gyártás) Közvetlen
Főzés, fürdés
Passzív
(forró víz)
hasznosítás
Elektromos
felhasználás Geotermikus
(speciális
energiatermelés
erőmű
Fűtés, hűtés
Hőszivattyú
Geotermikus Közvetlen
komposztláda
Bioüzemanyag-
használják
Közvetlen
deponáló,
Mezőgazdasághoz,
A világban ismert Biológiai eredetű
Hulladék-
Termálfürdő
berendezés Fűtés
nélkül)
2. táblázat: A megújítható energiaforrások hagyományos és modern felhasználásának módozatai és eszközei Saját gyűjtés alapján szerkesztette: Bokor (2010) Ma a Földünk népessége közelíti a 7 milliárd főt, ami, ha lassabban is, de a jövőben is biztosan növekedni fog. Ennek következtében a jelenlegi energiafogyasztási szinthez képest jelentősen megnövekszik majd az energia iránti igény is. A Föld meglévő nyersanyag- vagy energiakészleteinek pontos mértékét azonban nem ismerjük, így a felhasználás jelenlegi, vagy prognosztizált értékeivel sem tudjuk biztosan kiszámítani (még becsülni sem), hogy mennyi ideig elegendő az igények fedezésére (Bartófi, 1993). Az azonban biztos, hogy a fosszilis energiaforrásokkal, a jövő társadalmának folyamatos energiaigényét kielégíteni csak véges határok között lehet! A takarékosság, az energiahatékonyság növelése természetesen fontos faktorok, de ugyanakkor szükséges a fosszilis energiaforrások folyamatos kiegészítése, ahol
lehet felváltása is a Föld álladó és részlegesen állandó (tehát a megújuló és megújítható) energiaforrásaival. A napenergia A Nap energiája folyamatosan érkezik a Földre. Ez az ún. napállandó, ami szerint a napsugárzás értéke a légkör felső határán a Naptól való közepes távolságban, és a beesési irányra merőleges felületen mérve 1,36 kW/m2. A napállandó, mint sugárzás egy részét a légkör visszaveri, egy részét pedig elnyeli, ami azt eredményezi, hogy a felszínén mérhető sugárzás értéke jó esetben 1 kW/m2. A földi rendszerben, a napi periodika értelmében (pl. éjszaka) vannak területek, amelyet a napsugarak nem érnek el, ami viszont az időbeni síkon korlátozza a napenergia kockázatmentes felhasználhatóságát. A napenergiát lényegében bárhol, – de nem mindenhol gazdaságosan (nem mindegy, ha egy mély, árnyékos völgyet, az északi féltekén egy hegy/hegység déli kitettségű lejtőit, vagy egy zonális sivatagot stb. veszünk figyelembe) – fel lehet használni. Ma, elsősorban energetikai célú hasznosítása többféle módon lehetséges (1-2. táblázat). Egyik egyszerű módja az üvegházak építése, illetve az ehhez hasonló elven működő passzív házak kialakítása. Előbbire a holland kertészet, zöldség- és gyümölcstermesztése példaértékű, utóbbi gyakorlati formái Németországban fejlődnek a legdinamikusabban, de mindennek már van realitása a világ szinte minden táján. Az aktív felhasználás különféle berendezésekkel történik. Az alkalmazott technológiák közül a legismertebbek a termikus naperőművek, a napkollektorok és a fotoelektromos (PV, pl. napelem) berendezések. Az elektromos energia előállításában élenjárók főleg a napsütéses órák számában vezető térségek, mint pl. Spanyolország, de a technológiát fejlesztő államok is, mint pl. Németország, Japán vagy az Amerikai Egyesült Államok (a diagramokon USA), egyre nagyobb arányban folytatja az installációt (8-9. ábra).
8. ábra: Fotoelektromos (PV) napenergia-hasznosítás alakulása a világban 1996 és 2009 között (GW) Szerkesztette: Bokor, a REN21 (2010) adatai alapján
9. ábra: a PV technológia beépített mennyiségének eloszlása a legnagyobb felhasználó országok között Szerkesztette: Bokor, a REN21 (2010) adatai alapján A hőtermelés alatt elsősorban vízmelegítést értünk. Ennek alkalmazása a legjelentősebb iramban Kínában fejlődik, de az Európai Unió, különösen Németország, Ausztria és Görögország is élen jár a felhasználásban (10-11. ábra).
10. ábra: Napenergia hőtermelésre (fűtés és vízmelegítés) való felhasználása 2005 és 2008 között (GW) Szerkesztette: Bokor, a REN21 (2010) adatai alapján
11. ábra: A hőtermelés jelenlegi (2009) eloszlása a világ legnagyobb termelői között Szerkesztette: Bokor, a REN21 (2010) adatai alapján Szélenergia A természetes légmozgás hatalmas fizikai erőt képvisel (szélnyomás). Nem véletlen, hogy már az ősi kultúrákban felfigyeltek arra, hogy ez az erő, alkalmas módszerekkel, munkavégzésre fogható. Erre bizonyíték a vitorlás hajó korai alkalmazása és a szárazföldön a szélmalmok megjelenése. Ezek az eszközök nagyban hozzájárultak a társadalmi-gazdasági
fejlődéshez. A maguk korában segítségére voltak az embernek, mert a távolság legyőzésében és pl. a gabonaőrlés vagy vízkiemelés területén alapvető szerepet játszottak. A kezdetleges kohászathoz, valamint egyes könnyűipari berendezések (pl. papírmalom, fűrészmalom) működtetéséhez széles körben használták a szél erejét. Ezek a technikák a szélenergia használata nélkül földrajzilag szűkebb területen fejtették volna ki hatásukat. Klasszikus példa a szél használatára, a holland polderek területéről a vízelvezetés technikai megoldása vízátemelő „szélmalmokkal”, amelyeket szakszerűen szélgépeknek helyes nevezni (a gőzgép mintájára) (Bokor, 2008; Bank – Bokor, 2009). Napjainkban, a legnemesebb energiafajta a villamos energia. Nem véletlen, hogy a szélenergia mai hasznosítása elsősorban villamos energia előállítását célozza. Az erre alkalmas berendezés neve, szélgenerátor vagy szélerőmű (Bank, – Bokor, 2009). A világban az egyik legdinamikusabban fejlődő megújuló energiaforrás és az ehhez kapcsolódó technikai fejlődés jellemzi (12. ábra).
12. ábra: A világ szélenergia beépített összteljesítményének változása 1996 és 2009 között (GW) Szerkesztette: Bokor, az EWEA (2010) és GWEC (2010) adatai alapján Azokban az országokban, ahol tradicionálisan felhasználták a szél erejét (elsősorban Európában – Németországban, Dánia, Hollandia), jelenleg is jelentős mértékű a beépített erőművek száma, teljesítménye. Az utóbbi évek „zöld szemlélete” révén azonban mindez az egész világban kiterjedt és már nem csak az Amerikai Egyesült Államok és az európai
éllovasok, mint Németország és Spanyolország említhető, hanem a világ felzárkózó térségéből India (Szegedi – Wilhelm, 2008) és Kína (Bokor – Szelesi, 2010) is (13. ábra). A szélenergia hazánkban is az egyik legdinamikusabban fejlődő megújuló energiaforrás, amelynek részaránya azonban még alacsony (2010-ben 295 MW).
13. ábra: A szélenergiát a világban legnagyobb arányban felhasználó országok, 2005-2009 (GW) Szerkesztette: Bokor, az EWEA (2010) és GWEC (2010) adatai alapján Vízenergia A vízenergia az ismert történeti megújuló energiaforrások egyik leginkább felhasznált változata. Az ősi kultúrákban (Kína, Egyiptom, Mezopotámia) a vízkerekeket alkalmazták a mezőgazdasági területek öntözésére és ivóvíz ellátásra. A római időkben jelentek meg a vízimalmok, később a hajókra felépített úszómalmok (sok ezek közül a Mura szlovéniai szakaszán ma is megtekinthető). A vízkerekek forgási energiáját pl. kovácsműhelyekben, fűrészmalmokban, gabonaőrlésre vagy puskaporgyártásra használták. A vízimalmok ideje (ahogy hasonlóan a szélmalmokéhoz) a gőzgépek megjelenésével (ipari forradalom után) áldozott le. Reneszánsza azonban hamar, már 1830-tól beköszöntött, mikor egy energiaéhes világ hajnalán megjelentek az első energiatermelő vízturbinák. A vízenergia a 20. század folyamán, a szél- és a napenergia leáldozása mellett is képes volt fennmaradni, aminek oka az, hogy lokális és olcsón kiaknázható forrás, a világ nagy részén gazdaságosan és folyamatosan termelhető belőle villamos energia. Elsősorban olyan országokban jelentős, ahol a hegyvidéki területek és a térségre jellemző klimatikus viszonyok miatt energetikai célokra megfelelő eséssel és vízmennyiséggel rendelkező folyók vannak (pl. Svédország, Norvégia, Ausztria, Kína, Amerikai Egyesült Államok), de vízlépcsőkkel bármilyen térszínen – síkvidék –, bár jelentős tájátalakítással, alkalmazhatók (14-15. ábra). (Ez sok országban egyoldalúvá teszi a
megújuló energiaforrások szerkezetét [pl. Ausztriában a vízenergia 60%-os részesedéssel rendelkezik a villamosenergia-termelés szerkezetében, ami a megújuló energiaforrások 85%át jelenti. A primerenergia mixtúra megújuló energiaforrásai közül is 40%-kal ez az energiaforrás részesedik), ezért gyakorta ezt az energiaforrást a „megújulós” szerkezeteken belül külön sorolják.) Felhasználása történetileg folyókhoz kapcsolódik, és a gabonaőrlésben játszott rendkívül fontos szerepet. Később is, mikor a villamosenergia-termelésé lett a főszerep, megmaradt a folyók kihasználása. Az 1970-es években bekövetkező energetikai változások és a megújuló energiaforrás reneszánsz következtében a vízenergia felhasználás is kiszélesedett. Immár nem csak a szárazföldek vízkészleteinek energiáját, hanem a tengerek, óceánok árapály-, hullám-, hő- illetve áramlásenergiáját is képesek kihasználni. Ezeket összességében nevezzük óceán energiának, amelyben nagy potenciállal Kanada, az Amerikai Egyesült Államok, Japán, Ausztrália, Európában Írország és az Egyesült Királyság rendelkezik.
14. ábra: a világ vízerőműveinek beépített teljesítmény szerinti változása 1980 és 2006 között Szerkesztette: Bokor, az EIA (2008) adatai alapján
15. ábra: a világ legnagyobb folyó-vízenergia felhasználó országai 2009-ben Szerkesztette: Bokor
Megújítható energiaforrások A megújuló energiaforrások folyamatosan adottak, kiaknázhatóak. Az emberi beavatkozás mértéke nem (nap és szél), vagy csak minimálisan (víz) befolyásolja a rendelkezésre álló mennyiséget. Energetikai célokra felhasználható fa és egyéb organikus, biológiai eredetű anyagok mennyiségét ellenben erősen korlátozza az ember. Igaz, hogy a biomassza csak részben jelent „fahasábú anyagot”, viszont a teljes felhasznált mennyiségnek jelentős részét ez a fajta biomassza adja. Ebben az esetben gondos szabályozásra és gazdasági koncepcióra van szükség, hogy pl. az erdőket, s velük az erdei ökoszisztémákat is megóvjuk. A biomassza tehát annak ellenére, hogy megújuló energiaforrás, a nap-, szél-, vízenergiával ellentétben korlátozott. Megújulása jóval több időbe telik. Ezért ezeket a forrásokat a könnyebb elkülöníthetőség érdekében megújíthatónak vagy részlegesen állandónak hívjuk. A geotermikus energia is ide tartozik, mivel a föld belsejében raktározódó vízkészletek, valamint a kőzetek hőmennyisége is limitált, ami kimeríthető. Biomassza Az eltárolt napenergia az ember számára leginkább kézzelfogható alakja, leghétköznapibb energiaforrása. Míg hagyományosan az élelmet, illetve a főzéshez, fűtéshez szükséges energiát adta, mára formái jóval szerteágazóbbá váltak:
a) Az elsődleges biomassza a természetes vegetáció, szántóföldi növények, erdő, rét, legelő, kertészeti növények, vízben élő növények. b) A másodlagos biomassza az állatvilág, gazdasági haszonállatok összessége, továbbá az állattenyésztés főtermékei, melléktermékei, hulladékai. c) A harmadlagos biomassza a biológiai eredetű anyagokat felhasználó iparágak és ágazatok termékei, melléktermékei, hulladékai, emberi települések szerves eredetű szerves hulladékai. A biomassza hasznosításának fő iránya az élelmiszertermelés, a takarmányozás, az energetikai hasznosítás és az agráripari termékek alapanyaggyártása. Az energetikai hasznosítás közül jelentős hasznosítási mód az eltüzelés, brikettálás, pirolizálás, gázosítás, és biogáz-előállítás. A világ primerenergia-szerkezetében (3. ábra), a megújuló energiaforrások közül a legnagyobb részarányt képviseli. A villamosenergia-termelésben részaránya csekély (itt elsősorban a fatüzelés jelentős), azonban az egyetlen olyan megújuló energiaforrás, ami a közlekedési
eszközök
üzemanyag-gyártásában
(etanol,
biodízel)
a
szénhidrogének
hatékonyságával rendelkezik, ezért felhasználása évente egyre nagyobb arányt mutat (16. ábra). A legnagyobb gyártók közül az USA és Brazília említendő (17. ábra). Mindennek hátránya, hogy az előállításhoz szükséges haszonnövények (gabona, szója stb.) az élelmiszernövények termelése elől veszik el a szántóföldeket, ami az élelmiszerárak drasztikus emelkedését is okozhatja.
16. ábra: Bioüzemanyag-gyártás (etanol és biodízel) változása 2000 és 2009 között Szerkesztette: Bokor, a REN21 (2010) adatai alapján
17. ábra: A világ öt legnagyobb bioüzemanyag gyártója és részesedése 2009-ben Szerkesztette: Bokor, a REN21 (2010) adatai alapján Geotermikus energia A geotermikus energia a Föld mélyének hőjéből származik. Maga az energiaforrás, a földi folyamatokhoz kapcsolódóan nem kimerülő, tehát a folyamatos energiaellátást biztosítja. A felhasználás formái elsősorban a felszín alatti vizekhez kapcsolódnak, melynek mérete azonban már korlátozott lehet. A túlzott vízkitermelés vagy a szabályozatlan és ellenőrizetlen vízvisszapumpálás a készletek (víz vagy hő) kimerülését okozhatja. A geotermikus energia általában háromféle módozatban hasznosítható: a) Közvetlen használattal, mikor a föld mélyéből feltörő forró vizet termálfürdőkben alkalmazzuk, vagy házak fűtésére fordítjuk. b) A helyenként feltörő forró víz, illetve 100 C foknál magasabb hőmérsékletű gőzök elektromos energia előállítására is alkalmazhatók. c) Hőszivattyúval belső terek fűtésére, melegvíz-szolgáltatásra alkalmas. A legnagyobb és legjelentősebb források a tektonikailag aktív térségekhez (pl. lemezszegélyek) valamint olyan területekhez kapcsolódnak, ahol a litoszféra vastagsága kicsi (pl. medencék), a geotermikus gradiens értéke pedig magas. Ahol a lokális források adottak, ott általában fel is használják ezt a fajta energiaforrást (18. ábra). A világ kiváló adottságokkal rendelkező országai közül Indonézia, Japán, Új-Zéland, Izland, a Fülöpszigetek, az Amerikai Egyesült Államok nyugati partvidéke említhető (19. ábra). Annak ellenére, hogy Magyarország geotermikus világhatalomnak számít, eddig nagyon kevés támogatottságot kaptak a fejlesztések és beruházások.
18. ábra: A geotermikus energia felhasználásának alakulása 1975 és 2009 között Szerkesztette: Bokor, az Enel, R. B. (2007) adatai alapján
19. ábra: a világ tíz legnagyobb geotermikus energia felhasználója 2010-ben, beépített teljesítmény szerint (GW) Szerkesztette: Bokor Összegzés Minden megújuló és megújítható energiaforrás esetében elmondható, hogy a felhasználásuk aránya folyamatosan bővül, a rendelkezésre álló statisztikai adatok tanulsága szerint jelentőségük emelkedik. Azonban az is látszik, hogy míg az utóbbi években, évtizedekben ezek a források egyre szélesebb körben alkalmazottak, a folyamatosan növekvő energiaigények emelkedését nem képesek követni. A világban továbbra is nagyrészt fosszilis
és atomenergiára, illetve a megújulók közül is elsősorban vízenergiára támaszkodunk. A többi megújuló energiaforrás szerepe azonban teljesen jelentéktelennek tetszik. Mindemellett egy jelentős szemléletváltásnak is részesei vagyunk, mivel a megújulók nem csak energetikai, hanem környezetvédelmi szempontból is a figyelem középpontjába kerültek. Amennyiben az elkövetkező évtizedekben sikerül a jelenlegi energiafelhasználás mértékét csökkenteni és energiahatékonyabb eljárásokat adaptálni vagy kidolgozni, akkor a megújulók minden bizonnyal hozzájárulhatnak egy új és hatékony társadalmi rendszer kialakulásához. Amennyiben nem, és a fosszilis energiaforrások részesedése is évente rendre növekszik, akkor továbbra is egy nagy politikai színjátéknak maradunk részesei. Felhasznált irodalom Bank K. – Bokor L. 2009: Európai Uniós körkép a szélenergia társadalmi-gazdasági feltételeiről. In: Szabó-Kovács B. – Tóth J. – Wilhelm Z. szerk: Környezetünk természetitársadalmi dimenziói. Tanulmánykötet Fodor István tiszteletére. – IDResearch Kft. / Publikon Kiadó, Pécs, pp. 101-109. Bartófi I. 1993: Energiafelhasználási kézikönyv. – Környezet-Technika szolgáltató Kft., Budapest, p. 625 Bokor L. – Szelesi T. 2010: Európán kívüli gazdasági centrumok regionális földrajza (szemináriumi jegyzet). – Pécsi tudományegyetem, Pécs, 169 p. Bokor L. 2010: Szélenergia-hasznosítási dilemmák Szlovéniában. In: Bajmóczy P. – Józsa K. szerk: Geográfus Doktoranduszok X. Országos Konferenciája. – SZTE-TTIK Gazdaság- és Társadalomföldrajz Tanszék, Szeged, 16 p. – CD Kiadvány Bokor L. 2008: A szélenergia felhasználásának történeti és földrajzi jellegzetességei Magyarországon. In: Fodor, I. – Suvák, A. szerk: A fenntartható fejlődés és a megújuló természeti erőforrások környezetvédelmi összefüggései a Kárpát-medencében. – Magyar Tudományos Akadémia – Regionális Kutatások Központja, Pécs, pp. 181-190. Bonifert D. – Halász T. – Holics L. – Rozlosnik N. 1993: Fizikai fogalomgyűjtemény. – Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, pp. 85-86. Bora Gy. – Korompai A. szerk. 2001: A természeti erőforrások gazdaságtana és földrajza. – Aula Kiadó, Budapest, p. Breuer, H. 2002: Atlasz – Fizika. – Athenaeum 2000, Budapest, p. 43. Eddington, A. 1936: A természettudomány új útjai. – Franklin-Társulat, Budapest, pp. 157159.
Enel, R. B. 2007: World Geothermal Generation in 2007. – GHC Bulletin, September 2007, Vol. 28, No. 3, pp. 7-19. Gazda I. – Sain. M. 1989: Fizikatörténeti ABC. – Tankönyvkiadó, Budapest, pp. 72-73. Gulyás J. – Rácz M. – Tomcsányi P. – Varga A. 1995: Fizika – Ennyit kell(ene) tudnod. – Akkord és Panem Kiadó közös kiadása, Budapest, pp. 50-52. Holics L. szerk. 2009: Fizika. – Akadémiai Kiadó, Budapest, pp. 1217-1220. Juhász Á. – Láng I. – Nagy Z. – Dobi I. – Szépszó G. – Horányi A. – Blaskovics Gy. – Mika J. 2009: Megújuló energiák. – Sprinter Kiadó, 256 p. Litz J. 2005: Fizika II – Termodinamika és molekuláris fizika; Elektromosság és mágnesség. – Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest. p. 102. Nelson, V. 2009: Wind Energy – Renewable Energy and the Environment. – CRC Press, Taylor & Francis Group, USA, pp. 1-12. Pauli, G. 2010: The Blue Economy – 10 years, 100 innovations, 100 million jobs. – Paradigm Publications, 308 p. Reményi K. 2007. Megújuló energiák. – Akadémiai Kiadó, Budapest, REN21 (2010): Renewables 2010, Global Status Report. – REN21 Secretariat and Deutsche Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit GmbH, 80 p. Rodda, J. C. – Ubertini, L. ed. 2004: The Basis of Civilization – Water Science? IAHS Press, Centre for Ecology and Hydrology, Wallingford, Oxfordshire, UK, pp. 135-192. Swift, J. 2004: Gulliver utazásai (Fordította: Szentkuthy Miklós). Európa Könyvkiadó, Budapest, pp. 233-234. Szegedi N. – Wilhelm Z. (2008): Dél-Ázsia társadalomföldrajza. In: Horváth G. – Probáld F. – Szabó P. szerk.: Ázsia regionális földrajza. – Eötvös Kiadó, Budapest, p. 431. van Ginkel, A. 1999: General Principles of Human Power. – Praeger Publisher, Westport, Connecticut, USA, 221 p. Vidéki I. szerk. 2008: Fejezetek ipar- és közlekedésföldrajzból. – ELTE Eötvös Kiadó, Budapest, p. 15. Internetes források: EWEA, European Wind Energy Association, 2010: Wind in Power – 2009 European Statistics. The
European
Wind
Energy
Association,
9
p.
(pdf).
Elérhetőség:
[Letöltés: 2010. augusztus 10.]
GWEC, Global Wind Energy Council, 2010: Global Wind 2009 Report (pdf). Elérhetőség: [Letöltés: 2010. augusztus 10.] U.S. Energy Information Administration, 2008: International Energy Annual 2006. Elérhetőség: [Letöltés: 2010. augusztus 9.]
