ENERGIATERMELÉS, -ÁTVITEL ÉS -FELHASZNÁLÁS A megújuló energiaforrások jövője Tárgyszavak: megújuló energiaforrások; szélenergia; napenergia; biomassza; árapály; tüzelőanyag-elem; depóniagázok.
Képzeljen el egy világot, ahol egy csapásra olcsó, tiszta és ártalmatlan energiaforrások jelennének meg. Nincs szükség atomerőművekre, nem keletkezik radioaktív hulladék, ugyanakkor egy valóban XXI. századi ipar működik, csúcstechnológiákkal és óriási exportpotenciállal.
A brit és az európai helyzet A megújuló energiaforrások mellett kardoskodók hangsúlyozzák, milyen egyszerűen meg lehetne mindezt valósítani. Ha az Egyesült Királyság összterületének 3%-án napelemeket helyeznének el, kielégíthetnék az egész ország energiaszükségletét. Vagy ha úgy tetszik, az országon keresztülsöprő európai széljárások 40%-ának hasznosításával az Egyesült Királyság nemcsak fedezné belföldi igényeit, hanem még egyszer ennyi villamos energiát tudna exportra is küldeni. Egy radioaktivitástól és szénszennyezéstől mentes jövő képe csábító kilátás. Számtalan oka van annak, hogy mindez még nem valósult meg, s ezek közül legfőbb a pénzhiány. A megújuló energiák hasznosítása terén Németország, Dánia és Hollandia megelőzi az Egyesült Királyságot, mivel ezek az országok már pár évtizeddel korábban komoly beruházásokat kezdtek ezeknek a technológiáknak meghonosítására. Jelenleg Dániának 2200 MW összteljesítményű szélturbinái vannak, amelyek mintegy 1,4 millió otthon számára elegendő energiát szolgáltatnak. Annak ellenére, hogy az Egyesült Királyságnak nagyobb az összterülete, nagyobb a népessége, és hogy úttörő volt Nyugaton, szélenergia-kapacitása nem éri el a dán szint 20%-át sem. Ami az üzleti oldalt illeti, Dániának jelenleg 30 000 embert foglalkoztató iparága van. Húsz évvel ezelőtt az Egyesült Királyság világelső volt a szélturbinák kutatásában, de aztán megtorpant, míg Európa többsége előretört. Vannak azonban változásra utaló jelek. A Kiotói Egyezményben vállalt kötelezettségek értelmében a brit kormányzatnak nemzeti célkitűzéssé kell tennie azt, hogy 2010-re az ország az energiaszükségletének 10%-át meg
újuló energiaforrásokból fogja fedezni, szemben az Európai Unió 12%-os vállalásával. Egyes vélemények szerint az Egyesült Királyság 10%-a csak nagyjából tudja majd fedezni az időszak növekvő energiafogyasztását. 2000 nyarán a brit kormány kihirdette a megújuló energiaforrásokra vonatkozó kötelezettségeket. Az áramszolgáltatóknak előírás, hogy az energiát meghatározott arányban megújuló energiaforrásokból termelőktől vásárolják. Anyagi jellegű szankciókkal lehet a mulasztókat sújtani, hangsúlyt kap tehát a „zöld energia” mint érték. Ezenfelül 2002-ben a kormányzat megkezdi az energiaügy felülvizsgálatát egy összehasonlító energiapolitikai elemzés keretében, mely az energiahordozók minden forrástípusára kiterjed. Sokan bizakodnak, hogy ez talán meghozza a nagy áttörést, amire a megújuló energia vár.
Tények a megújuló energiaforrásokról • Az Egyesült Királyságban az villamos energia 2,8%-át nyerik megújuló energiaforrásokból. • 2010-re az villamos energia 10%-át fogják a megújuló források fedezni. • Az Egyesült Királyság megújuló energiára vonatkozó kötelezettségvállalásában jogilag kötelezi az áramtermelőket, hogy az villamos energiát egyre nagyobb arányban megújuló forrásokból állítsák elő. • 2010-re az EU bruttó belföldi energiafelhasználásának 12%-át megújuló energiaforrásokból fogja fedezni.∗ • A megújuló energia részesedése a nettó belföldi áramfogyasztásban csupán 5,9% volt 1999-ben. • 1999-ben megújuló energiaforrások fedezték az EU nettó villamosenergia-fogyasztásának 14,5%-át.10,5%-ot a nagy vízerőművek szolgáltatták, 3,7%-ot az összes többi megújuló energiaforrás.∗∗ • A napenergia, szélenergia és biomassza technológiák képviselik a nem vízi eredetű megújuló energiaforrások 64%-át az EU bruttó villamos energia fogyasztásában.
Szélenergia Ha az Egyesült Királyság eleget kíván tenni a 2010-es célkitűzéseknek, akkor a szélenergia-felhasználás terén jelentős fejlesztéseket kell végrehajtania. A szélturbina alkalmazása kipróbált technológia, amely – amennyiben ∗
Bruttó belföldi energiafogyasztás (az energiafelhasználás közgazdasági mutatója) = teljes belföldi energiatermelés + energiaimport – export + nettó kivét a létező készletekből. ∗∗ Bruttó villamosenergia-fogyasztás = belföldi energiatermelés + import – export.
megfelelő vidékre telepítik – versenyezhet a szabadpiacon a hagyományos forrásokból nyert energiával. Ennek ellenére alig néhány szélfarm létesült az Egyesült Királyságban, az engedélyezési rendszer miatt. A 49 szélfarmból elutasítottak 48-at. A rendszer nem kívánja meg a helyi hatóságoktól, hogy mérlegeljék a szélturbinák környezetvédelmi előnyeit az egyéb hátrányaikkal szemben. „Ha a leghalványabb esély nyílik arra, hogy a pályázatba belekössenek, könnyű szívvel elutasítják” – állítják a Brit Szélenergia Szövetség (British Wind Energy Association, BWEA) szakemberei. Egyik esetben egy három szélturbinára benyújtott engedélykérelmet dobtak vissza, esztétikai okokra hivatkozva, noha egy olajfinomító mellett helyezték volna el a turbinákat. A BWEA szerint nem igaz, hogy a brit közvélemény ellenzi a szélenergiát. Igen gyakran a tervezett szélerőművek ellen ágálók nem is helybeliek. Mindössze 16 ember írta a brit lapokba a 2001-ben megjelenő, szélfarmokat ellenző levelek egynegyedét. Figyelembe kell ugyan venni a szélturbinák vizuális hatását, de jelen helyzetben a zajos kisebbség hátráltatja a haladást – állítják. Ugyanakkor szélenergia hasznosítása egyéb problémákat is felvet. Általánosságban a legjobb elhelyezést a távoli, elzárt területek jelentenék, melyek azonban nemigen kapcsolódnak az országos áramelosztó hálózathoz. Így drága az új terv kivitelezése. Emellett a brit energiakereskedelemre vonatkozó előírások kötelezik a gyártókat, hogy pontosan megbecsüljék, mennyi áramot fognak termelni. Ha felül- vagy alulteljesítenek, anyagi szankcióknak teszik ki magukat. A szélenergia hasznosíthatósága változó és megjósolhatatlan, épp ezért különösen nehéz becsléseket tenni. A szélenergia jövőjét talán a tengeri turbinák felállítása jelenti. A szélsebesség a tengeren sokkal jobban előre jelezhető, állandóbb és engedélyezési problémák sincsenek. Persze különleges mérnöki feladat a tengeri építkezés, de az olajvezetékek problémája is hasonló. „Szélirányok” a nagyvilágban Németország, Dánia, Spanyolország és az USA jelenlegi a legnagyobb szélenergia-hasznosító nemzetek. Csupán az USA 66%-kal növelte szélenergia- kapacitását 2001-ben – az Amerikai Szélenergia Szövetség, (American Wind Energy Association) közleménye alapján. Mivel azonban 2001 decemberében lejárt a szélüzemeltetésű létesítményekre vonatkozó szövetségi adóhitel, a jövőben nagy mértékben visszaeshet az iparág fejlődése. A globális szélenergia-kapacitás 31%-kal nőtt 2001-ben, az összkapacitás jelenleg 23 000 MW a washingtoni Earth Policy Institute adatai szerint. Hetven szélfarmot létesítettek az Egyesült Királyságban, több mint 800 turbinával. A szélenergiából nyert villamos energia a megújuló energiaforrások 10%-át teszi ki az Egyesült Királyságban, de ez az érték remélhetőleg 20%-ra nő 2025-ig.
A teljes brit energiaellátásnak azonban a szélenergia kevesebb, mint 0,5%-át teszi ki (jelenleg 0,38%-ot). A skót kormányzat megbízásával működő Scottish Renewable Resource 2001 program arra jutott, hogy Skócia akár önellátóvá is válhatna az energiaellátásban a megújuló energiaforrások – elsősorban a szárazföldi és a parti szelek – hasznosítása révén, sőt még az Egyesült Királyság többi tartományának is jutna ebből valamennyi. A szélenergia tiszta, ingyenes és megújuló energiaféleség. A szélfarmok földjét akár mezőgazdasági célokra is lehet használni. A farmok leszerelése esetén nem marad tartós környezetkárosodás. A szélenergia az 1990-es évek folyamán egyre kifizetődőbbé vált. Mióta az Egyesült Királyságban megkezdte a működését az első üzletszerűen üzemelő szélfarm 1991-ben, a széltermelte villanyáram ára négy egységgel esett, ezzel versenyre kelhetett a fosszilis energiahordozókkal, a BWEA szerint még olcsóbb is némelyiknél. A turbinák is nagyon nagy teljesítményűek, működési költségük mindössze 1-2%-a a beruházás összköltségének. A technológia A modern szélturbinák általában háromlapátosak. Függőlegesen álló kerékagyhoz rögzítik őket, mely a torony tetején elhelyezkedő gondolához csatlakozik. A gondola valójában a technológia motorja, itt találhatóak a villamos berendezések és az ellenőrző apparátusok. Egy tipikus brit turbina 50–60 m magasan helyezkedik el, 30 m hosszú lapátjai vannak, és 5 M kWh villamos energia termelésére képes egy évben, mellyel több mint 1000 lakás energiaigényét tudja kielégíteni. A szélturbinák lehetnek hálózathoz kapcsolódó és különálló rendszerek is, melyekkel akkumulátorokat lehet feltölteni, vagy el lehet látni egy helyi hálózatot. Általában az 50 kW kapacitást meghaladó turbinák az országos elosztóhálózathoz vannak csatolva. A szárazföldi szélfarmok szolgáltatják jelenleg a szélenergia kapacitás zömét, ugyanakkor a fejlesztésre alkalmas hatékony szárazföldi szélfarmok száma egyre csökken. Az European Wind Energy Association szerint 2500 tengeri szélerőmű-kísérlet indul be Európában 2005-ig. A BWEA számításai azt sugallják, hogy a 2010-es elvárások teljesítésén túlmenően, a parti szélenergia-termelés elegendő lesz arra, hogy az Egyesült Királyság jelenlegi energiaszükségletének 1–2%-át ellássa az elkövetkező években. Ez év januárjában bérleti szerződést hagytak jóvá a világ legnagyobb szélfarmja létrehozásáról Írország keleti partjainál, ami előrelépést jelent majd.
Depóniagáz Egy másik technológia, mely komoly fejlesztésnek néz elébe a 2010-es célkitűzés megvalósítása érdekében, a depóniagáz. Egyes vélemények sze
rint „feltétlenül versenyképes a földgázzal”, és nem ütközik falakba az engedélyezése sem. 150 terv van folyamatban, ami egy közepes városnak elegendő energiát szolgáltathat, és ez az érték másfélszeresére nőhet 2010-ig. A gáz bomló szerves hulladékból származik, és főleg szén-dioxidból és metánból tevődik össze. A metánt el lehet égetni a gáz-, illetve a kettős tüzelésű turbinákban. De az EU hulladéklerakókra vonatkozó irányelve a szerves hulladék elszállításáról rendelkezik a hulladéklerakó helyekről a jövőben. Ezért a depóniagáz készletek hosszútávon korlátozottak.
Fűzfából nyert kilowattok Ezen a nyáron tervezi a leedsi ARBRE Energy vállalat teljes kapacitással beindítani fűzfaalapú erőművét. „Ez lesz a legnagyobb biomasszára épülő áramtermelő eszköz Európában” – jelentette ki a társaság szóvivője. Az üzem fűzfából nyert faforgácsot használ fel. A fűzfa különösen megfelelő, mert gyorsan bokrosodik, ami könnyen nyeshetővé és nagyon hatékonnyá teszi. A fák dugványait elültetik, majd egy év múlva visszavágják. A visszavágott szárak számtalan új sarjat növesztenek, amelyek kettő-négy éven belül négy méter magasra nőnek meg és gépi erővel is vághatók. A nyesés és hajtatás ciklusa számos alkalommal megismételhető, és a fák megmaradnak egyedfejlődési ciklusuk legproduktívabb szakaszában. A fák az élelmiszertermelésből származó szennyvíz üledékén vagy a kifolyásokon is megélnek, amely a fenntartható hulladékhasznosítás útja lehet. Az ARBRE-projekt svéd technológiát alkalmazva ún. szintézisgázt nyer a fából, ami szén-monoxidot, hidrogént és metánt tartalmaz, hogy csak a legjobban égethető alkotórészeit említsük. A gáz egy kétfázisú áramfejlesztő folyamatba kerül, amely egy gázturbinából és egy gőzturbinából áll. A rendszer a fa energiatartalmának 31%-át hasznosítja. Az ARBRE és a hasonló projektek utat nyitnak a biomassza energiájának hasznosításában, de a kisipari biomassza rendszerek nem érvényesülhetnek, mivel az Egyesült Királyság energiatermelő és elosztó rendszere a nagyüzemi áramtermelésnek kedvez. A biomassza a szerényebb projektekhez megfelelőbb, melyek a fűtést és az áramot kombinálják, ahol a termelődő hőfelesleg felhasználásával megtakaríthatóak a fa (tüzelő) szállítási és tárolási költsége. „Minden biomassza-technológia termel hőt. Hasznosítani kell ezt a hőt”állítja, a Sustainable Energy elnevezésű dél-walesi megújuló energiával foglalkozó tanácsadó cég, mely a walesi Közgyűlésnek javasolt energiapolitikai lépéseket. Hollandiában hőkereskedelmi rendszer működik, mely a szénből származó károsanyag-kibocsátás csökkentését tűzte ki célul a hőfelesleg hasznosítása révén.
Jó Napot! A napenergiának sem kedveznek a jelenlegi rendelkezések. Elméletileg lehetséges napelemet vásárolni és azt bekötni az országos hálózatba, de a napenergiát napközben csak az áramszolgáltatók felvásárlási árainál olcsóbban lehet eladni. Az árak egyformák Németországban és Hollandiában. A világ harmadik legnagyobb napelem gyártója, a BP Solar azt állítja, nincs szükség verőfényes napsütésre ahhoz, hogy a napenergia felhasználása gazdaságos legyen. „Észak-Európa a legnagyobb piacunk” – hangoztatják. A napelem-kereskedelem a BP tevékenységi körének mintegy 1%-át teszi ki, de évente 30%-kal növekszik. A kiterjedt energiaelosztó hálózatokat nem igénylő technológia hasznos a fejlődő országok számára. Éppen ezért az ENSZ számos napenergia-projektet támogat például Afganisztán újjáépítése keretében. A fényelemek jövője Az ún. fényelektromosság (photovoltatic, PV) alkalmazását csak hosszú távon kivitelezhető technológiának ítélték az Egyesült Királyságban, s így aligha kap helyet a kormány megújuló energiaforrás fejlesztési kötelezettségei megvalósítása során. Ennek elsődleges oka az, hogy igen drága. Ezzel szemben a brit Ipari és Kereskedelmi Minisztérium (DTI) támogatásával kutatási, fejlesztési, bemutató és terjesztési programban vesz részt. E program részeként a fényelemeket ingatlanok különböző csoportjain helyezik el bemutató helyeken. A nagyobb volumenű (>20 kWp) rendszerek vizsgálatát kereskedelmi és ipari létesítményeken hajtják végre. A PV-generátorokat „csúcskilowatt” (kWp) szerint osztályozzák. Az 1 kWp-s konfiguáció 1 kW energiát képes termelni standard tesztkörülmények között. Anglia déli részén egy PWkonfiguráció, melyet egy árnyékmentes, délnyugati fekvésű háztetőn a megfelelő szögben helyeznek el, kb. 800 kWh/kWp áramot termelhet évente. Az Egyesült Királyság a napenergia hasznosításában le van maradva más országoktól. A legnagyobb PV felhasználók, Japán és az USA dollármilliárdokat költöttek a fényelektromosság fejlesztésére. Németország, Európa legnagyobb PV felhasználója szintén korán befektetett a fejlesztésbe. A napenergiának az az előnye, hogy olcsó, megújuló és tiszta energiaforrás. A napelemek elhelyezhetők a háztetőkön, nincs szükség további földterületekre, és így a városi telkek hasznosíthatók. Noha a beruházás költségei magasak, a megtakarítás a villanyszámla összegében évek folyamán behozza a költségeket. A technológia üzemeltetési költsége elenyésző, mivel hosszú ideig megbízhatóan működik, és nem igényel különösebb karbantartást. Bármilyen méretű PV-rendszert lehet építeni, az eltérő energiaigényeknek megfelelően. Mivel többnyire a felhasználás színhelyén épülnek, az energiaszállítás költségei szintén alacsonyak. Néhány elzárt területen a napenergia lehet az energiaellátás leginkább költséghatékony módja. Egy 48 millió dolláros együttműködés
keretében – amelyet 2001 szeptemberében kötött a Fülöp-szigeteki és a spanyol kormány, valamint a BP Solar – 870 napelemes áramfejlesztőt juttatnak el több mint 150 elzárt Fülöp-szigeteki faluba. Hogyan működik? Egy tipikus napelem félvezető anyagok rétegeiből áll, melyeket pozitív és negatív kimenetek közé préselnek. A legelterjedtebb fényelem alapanyag a kristályos szilikon, aminek bórral és foszforral jelentősen megnövelhető a vezetőképessége, a segítségükkel negatív és pozitív (vagyis n-típusú és ptípusú) félvezetőket kapunk. Ezeket a töltött félvezetőket egybepréselik az elem középpontjában. Amikor egy fotont (a fényenergia egy egységét) adszorbeál az elem, a pozitív réteg atomjai gerjednek, és elektront adnak le. Az elektron belép a negatív töltésű rétegbe, az elektronfelesleg a p-típusú réteg felé áramlik. A folyamat során a p-típusú rétegben keletkező lyukak pedig az n-típusú réteg felé vándorolnak. Az elektronok és lyukak vándorlása által a két félvezető elemként viselkedik, elektromos mezőt hozva létre a félvezetők kapcsolódásánál. Ez a mező az elektronokat a félvezetőről kiugrásra készteti a felszínre, onnan pedig bekerülnek az áramkörbe. Egy fémrács található a fényelem tetején, mely összegyűjti a félvezetők felől érkező elektronokat, és továbbítja őket egy külső fogyasztónak (például egy elektromos izzóhoz). Egy bázisréteg segíti a körforgást. Az elemet üveg borítja, hogy megvédje és kirekessze az időjárási hatásokat. Felette egy tükröződésmentes bevonat van, mely a fényvisszaverést hivatott megakadályozni. További fizikai kutatás szükséges még ahhoz, hogy a fényelemeket költségkímélőbbé, hatékonyabbá tegyék.
Árapály Egyesek szerint az Egyesült Királyság az árapály-energia hasznosításának tervezésben már igen előrehaladt, míg mások szerint csupán a „vakok között félszemű a király” szerepét tölti be, oly messze áll még a technológia a tényleges megvalósítástól. Szerinte víz alatti turbinákat kellene elhelyezni az árterekben, ami olyan lenne, akár egy tengerszoros sziget és szárazföld között. A technológia csak néhány nagyon szerény bemutató-tervezetre korlátozódik, de egy 0,33 MW-os turbina, az ún. Seaflow, Devon északi partjainál elkészül 2002 szeptemberéig. Ezt rákapcsolják a hálózatra, és egy nagyobbacska falunak elegendő energiát tud majd termelni. Ha az óceánokból nyerhető megújuló energia kevesebb, mint 0,1%-át árammá alakítanánk, az a világ energiaszükségletének több mint ötszörösét fedezni tudná, állítja a DTI. A jövőben a hullámenergia az Egyesült Királyság energiaszükségletének kétszeresét tudja majd megtermelni.
A megvalósuló álom Egyetlen teljesen működőképes hullámenergiát hasznosító áramtermelő üzem van a világon. A Skóciától északnyugatra fekvő Islay szigetén található szárazföldi elhelyezésű, tengermozgást hasznosító energia-átalakító (LIMPET) egy másodgenerációs, 500 kW kapacitású, tengerparti hullámenergiát hasznosító áramszedő. A hullámenergia ingyenes, tiszta és megújuló energiaforrás. A hullámenergia hasznosítására szolgáló eszközök védik a partot is, és helyettesíteni tudják a sólepárló üzemek generátorait. Azonban a hullámerőművek felállítása költséges, bár a technológia fejlődésével számottevően csökkennek ezek a költségek. Számos különböző típusú eszköz készült a hullámenergia hasznosítására, de eddig egyedül csak az oszcilláló hullámoszlop (OWC) vált be. A brit Wavegen társaság 1999-ben helyezte üzembe a LIMPET 500 elnevezésű energiaátalakítót. A LIMPET tartalmaz egy OWC-t, mely összegyűjti a hullámenergiát, és egy Wells-turbinát, ami ellátja az elektromos generátorokat. A Wells-turbináknak az a különleges tulajdonságuk, hogy mindig ugyanabba az irányba fordulnak, tekintet nélkül arra, hogy a levegő melyik irányból áramlik keresztül a turbinalapátokon. Az OWC egy felfelé fordított műanyag serlegre hasonlít, lyukkal a talpán. A szélesebbik vége kb. 2,5 m mélyen van a víz felszíne alatt, míg a keskenyebbik vége, melyen a lyuk található, a vízfelszín fölé emelkedik. Amikor ideér egy hullám, az OWC-ben levő víz szintje megváltozik. Ez a mozgás növeli és csökkenti a légnyomást a kamra teteje alatt, a levegő ezáltal kipréselődik a lyukon. A szellőzőlyukon át nagy sebességgel kiáramló levegő ellenirányú áramlást keletkeztet. A levegő oda-vissza áramlik a kontrarotációs Wells-turbinán keresztül, áramot termelve. A hullámok a déli féltekén egész évben mintegy 4-5 m magasak, ezzel szemben az északi féltekén nyáron 2 m-re esnek vissza. Ez a déli féltekét helyileg alkalmasabbá teszi. Mindazonáltal a Wavegen üzletfejlesztői bíznak abban, hogy a hullámenergia az Egyesült Királyság szükségleteinek kétszeresét is megtermelheti a jövőben. Középtávon a brit energiaellátás 6%-ának fedezése irányozható elő.
Tüzelőanyag-elem: az energiatermelés jövője? A tüzelőanyag-elemekre máris úgy tekintenek, mint igen hatékony, károsanyag-kibocsátástól mentes, zajtalan energiaforrásokra, melyek a jövőben helyettesíthetik az akkumulátorokat, sőt a belső égésű motorokat is. Az ele
mek elvi alapja az, hogy – a hidrogén oxidálásával – a hidrogén és az oxigén kémiai energiáját átalakítva villamos energiát lehet előállítani. A tüzelőanyag-elemekben az anódra hidrogént vezetnek, ahol az protonra és elektronra bomlik a katalizátor segítségével; az elemben található polimer membrán vezeti a protonokat (H+), az elektronokat azonban nem. A protonok keresztüláramlanak az elektroliton, míg az elektronok a külső áramkörön haladnak keresztül, így áramot állítanak elő. Az áramló protonok aztán újraegyesülnek a katódon, és az oxigénnel kölcsönhatásra lépve víz keletkezik, amit el lehet párologtatni. A tüzelőanyag-elem rendszere tartalmazhat tüzelőanyag átalakítót is, mely bármelyik szénhidrogénes tüzelőanyagból ki tudja vonni a hidrogént, a földgáztól a metanolig. Mivel a technológia elektrokémián és nem égésen alapszik, a károsanyag-kibocsátás szignifikánsan alacsonyabb, mint a legtisztább égési folyamat. William Grove amerikai fizikus nyert először áramot a hidrogén és az oxigén közötti elektrokémiai reakcióból, ami a tüzelőanyag-elem alapkoncepciója. Ennek ellenére csak 1959-ben mutatta be az első tüzelőanyag-elemet Francis Thomas Bacon brit mérnök, a Cambridge-i Egyetem támogatásával. A tüzelőanyag-elemek felé igazán akkor fordult az érdeklődés, mikor az Apolló és a Gemini űrprogramokban ilyen elemeket használtak el. Napjainkban is használják a tüzelőanyag-elemeket az űrhajózási technológiában, elektromosság és víz előállítására.
16 000 kapacitás (megavatt)
14 000 12 000 10 000 8 000 6 000 4 000 2 000 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 év
1. ábra A tüzelőanyag-elemes villamosenergia-előállítás kapacitása a világpiacon A tüzelőanyag-elemek gyors fejlődésnek indultak, amikor megindult a kutatás a fossziliális tüzelőanyagok levegőkímélőbb anyagokkal való helyette
sítésére. A környezetvédelmi aggályok miatt, különösen tekintettel a globális felmelegedésre a tüzelőanyag-elemek számos típusa tűnt fel, a rengeteg közlekedési alkalmazástól kezdve, a lakossági áramellátástól a szállítható alkalmazásokig, mint a számítógép, menedzser-kalkulátorok és a mobilkommunikációs eszközök. Az előrejelzések szerint rohamos elterjedésük várható (1. ábra). Technológiaverseny Nagyszámú, egymással versengő tüzelőanyag-elem technológia létezik: a foszforsavas (PAFC), a protoncserés membrán (PEMFC), az olvasztott (lágyított) karbonát (MFCF), a szilárd oxid (SOFC), az alkalikus, a direkt metanolos tüzelőanyag-elem (DMFC), a regeneratív fűtőelemek és a cink–levegő fűtőelemek (ZAFC). A PAFC-k kereskedelemben kaphatók, és elsősorban a lakossági áramellátásban, illetve kórházakban, szállodákban, iskolákban használják őket. A PEMFC-k egyre népszerűbbek, mivel alacsony az operatív hőmérsékletük (80 °C), nagy a hatásfokuk és az energiasűrűségük. Tanulmányozzák közlekedési célú alkalmazhatóságukat és mint a cserélhető akkumulátorok esetleges helyettesítőjét. A PEMFC közeli rokona a DMFC, amely szintén polimer membránt használ elektrolitnak. Ebben a rendszerben a hidrogént metanolból nyerik, kiküszöbölve a tüzelőanyag előzetes átalakítását. Ennek az elemtípusnak nagyjából 40%-os a hatásfoka, és 50–100°C az operatív hőmérséklete. Az alacsony operatív hőmérséklet miatt népszerűvé vált ez a technológia a mobiltelefonok és a laptopok körében. A tüzelőanyag-elemes technológiát gyakran ötvözik a nanotechnológiával, hogy megkíséreljék növelni az energiakapacitást. Számottevő hajtóerő a tüzelőanyag-elemek fejlesztésében a közlekedési eszközök károsanyag-kibocsátása csökkentésének követelménye. Csaknem valamennyi jelentős autógyártónak van tüzelőanyag-elem programja, mely a hidrogént és a gázolaj alapú szénhidrátokat kutatja, mint lehetséges üzemanyagokat. Megállapították, hogy új tüzelőanyag-elemes technológiák révén 28km/l fogyasztású autókat is produkálhatnak az autógyártók. Az is felmerült, hogy az új, harmadik generációs (3G) celluláris alkalmazások sokkal több energiát igényelnek az adatátvitelhez, ezen ismét csak nyerhetnek a tüzelőanyag-elemes technológiák. A létező akkumulátor-technológiák 3G alkalmazásban csak 100 perc folyamatos beszélgetést, illetve 70 perc videó konferenciát tesznek lehetővé. Becslések szerint a metanol alapú tüzelőanyagelemek végső soron helyettesíthetik a lítiumelemeket, amelyeket a laptopok 80, a mobiltelefonok 50%-ában használnak. A mikro tüzelőanyag-elemek a lítiumelemnél tízszer több energiát képesek szolgáltatni. Számos technológia létezik a tüzelőanyag-elemek optimalizálásának elősegítésére. Ilyenek az egyenes- és váltóáram (DC és AC) elektrokémiai elemzései, a dielektromos tanulmányok az elektródák fizikájában, és az elektroké
miai impendance színképelemzések (EIS). Ezek segítenek az elemek tömeges és töltésátviteli tulajdonságait meghatározni, lehetővé téve az elektrokémikusoknak az elemteljesítmény hatékony fejlesztését. Az EIS számos színtartományban működik, mely nélkülözhetetlen a tüzelőanyag-elemeknél. A termékfejlesztéstől további sikereket várnak, mivel már felismerték a technológiában rejlő lehetőségeket. (Kiss Diána) Randerson, J.: Renewable energy. = Chemistry & Industry, 4. sz. 2002. febr. 18. p. 15–22. A cell of a future. = InTech, 48. k. 2001. 6. sz. p. 22. Siemons, R.V.: How European waste will contribute to renewable energy. = Energy Policy, 30. k. 6. sz. 2002. máj. p. 471–475. Clay, R.: Renewable energy: empowering the developing world. = Environmental Health Perspectives, 110. k. 1. sz. 2002. p. A30-A33.
A cikkhez kapcsolódó hasznos címek ARBRE Energy www.arbre.co.uk British Wind Energy Association www.britishwindenergy.co.uk BP Solar www.bpsolar.com British Biogen www.britishbiogen.co.uk ETSU –fenntartható energiaforrás technológiák www.etsu.com EU – megújuló energiaforrások politikája http://europa.eu.int/comn/energy/en/fa_3_en.htm New Review www.dti.gov.uk/NewReview Online Fuel Cell Information Center www.fuelcells.org
HÍR Tűzoltó léghajó Úgy tűnik, az erdő- és szavannatüzek leghatékonyabb fegyvere a közeljövőben a tűzoltó léghajó lesz. Sokaknak csak a Zeppelin-tüzek jutnak az eszükbe, ha tűzről és léghajóról van szó, pedig az új technológia, sokkal előnyösebb a hagyományos légi járműveknél. A repülők és helikopterek kis vízbombái nem tudnak nagy területeket lefedni, mivel vízellátásuk korlátozott. Ráadásul veszélyesen alacsonyan kell szállniuk, ha el akarnak érni valami eredményt, hisz ha túl magasról öntik a vizet, az elpárolog, még mielőtt célba érne. Mesterséges esőfelhő A Wetzone Engineering új találmánya egy olyan hatalmas léghajó, amelyet helikopterek és repülőgépek töltenek újra, így folyamatos „esőt” zúdít a lángoló területre. A háromszáz méter hosszú, egymillió liter kapacitású jármű biztonságos magasságban lebeg a tűz felett. Óránként kétszázezer liter vizet tud esőszerűen kipermetezni, de vízágyukat is lehet szerelni rá, amelyekkel kisterületű helyeket lehet célzottan oltani. A jelenleg használt legnagyobb kapacitású repülő a Hercules, amely csupán tizenháromezer liter vizet képes magával vinni. A helikoptereknél ez az érték legfeljebb hatszáz liter. Azonban ezek a hagyományos járművek is jól használhatók arra, hogy menet közben pótolják a léghajó vízkészletét a tetejére szerelt óriási „medencén” keresztül. Szállítási gondok Egymillió liter víz magasba emelése nem könnyű feladat. Azonban egy köbméter héliummal, mintegy kilónyi terhet lehet felemelni. Ez azt jelenti, hogy nagyjából egymillió köbméter hélium kell egymillió liter víz felemeléséhez. Ilyen teherbírású léghajókat már gyártanak, például a SkyCat. Gondot jelenthet azonban az erős szél. Ráadásul az ilyen hatalmas tüzek „saját időjárást” alakítanak ki. A megoldást az jelentheti, hogy magasra – mintegy ezerkétszáz méterre – emelkedik fel a léghajó. Itt megváltoztatja az „eső” sűrűségét, hogy a cseppek nagy magasságból érkezve is elérjék a talajfelszínt. Légi rekultiváció A tűz eloltása után a növénytakaró helyreállításában is szerepet kaphat a léghajó. Millió számra dobhat le biológiailag lebomló csomagolású kis földlabdákat, melyekben hajtások, csíranövények vannak. Ezeket azután a tűzoltó berendezésből öntözheti meg. A tűzoltó léghajó megjelenésére azonban még várni kell legalább három évet. Jelenleg a prototípuson dolgoznak és a költségek (finoman szólva) komoly kihívást jelentenek. Ugyanakkor figyelembe kell venni, hogy erdőtüzek évi kétmilliárd USD veszteséget okoznak az USA-ban, s ebbe még nincs is benne az oltás költsége. (New Scientist, 174. k. 2348. sz. 2002. jún. 24. p. 22.)
