Energiamix

 

 

Manapság az emberek átlagosan 2500 wattot fogyasztanak, vagyis naponta 2500W x 24h = 60000Wh azaz 60kWh energiát használnak el fűtésre, világításra, főzésre, mosásra, mosdásra, autózásra, Tv-zésre, telefonálásra, kávézásra stb. Ez sok. *

Még egy világbajnok sportoló is csak igen rövid időre tud leadni, vagyis termelni 700W teljesítményt, annyit amennyi egy fúrópisztoly vagy egy kenyérpirító által felvett teljesítmény. A Tour de France idei győztese kb. 200 watt teljesítményt tudott átlagosan leadni. Egy jó fizikai állapotban levő ember ötven wattot tud előállítani szoba-kerékpárral. Ez azt jelenti, hogy három, 8 órás műszakban, 150 rabszolga tudná összepedálozni egy ember mai életformájához szükséges energiát. E = n x P x t = 50 x 3 x 50W x 8h = 60kWh. Ha tehát csak erre az energiaforrásra kéne támaszkodjunk, akkor az emberek 99%-a rabszolgasorban kéne éljen, hogy a többiek szerény életszínvonalát biztosítsa. Háziasszonyok belegondolhatnak például, hogy a mosogatógépük egyetlen ciklusát (kb. 0,9kWh), férjük 18 óra tekeréssel tudná biztosítani. És mennyit érne derék férjük fizikai munkája? Nos, ha ennyi energiát a villamosenergia hálózatból vásárolnánk, az ugyancsak derék kormányunk jóvoltából a rezsi-csökkentett villamosenergia lakossági egységára kb. 40 Ft/kWh, tehát a tekert 0,9kWh energiához 36 Ft-ért juthatunk hozzá a hálózatból. Nincs olyan derék férj, aki 36 Ft-ért hajlandó lenne 18 órán keresztül fizikai munkát végezni!

Még jó, hogy a rabszolgák és férjek helyett sikerült más energiaforrást találni. Például az emberi munkát helyettesíthetjük lóerővel. Ha figyelembe vesszük, hogy egy lónak 8 hektárnyi szénára van szüksége és 700 watt teljesítménnyel képes tekerni, akkora szénatermő területre lenne szükség a bicikliző lovak számára, mint Oroszország és Kanada együttvéve, ami kb. 27 millió négyzetkilométer. Ezért működik úgy a világ, hogy sehol sem duzzadó izmú emberek, vagy lovak termelik a villamosenergiát, hanem erőművek.

Márpedig a világgazdaság, mivel nem rabszolgákkal működtetik, rendkívül nagy energia felhasználó és e pillanatban a szénhidrogének elégetése messze a legolcsóbb energiaforrás. Egy kis statisztika. Jelenleg az energia fogyasztás kb. 80%-a elégetett fosszilis tüzelőanyagokból, vagyis szénből, kőolajból és gázból keletkezik, 16%-a nukleáris és vízenergiából, a maradék 4% a nap és a szél energiájának hasznosításából kerül ki. A megújuló energia – bio, víz, nap, szél - aránya az elmúlt évtizedben 10,6 százalékról 11,7 százalékra emelkedett, miközben a fosszilis tüzelőanyagoké 80,1 százalékról alig 79,6 százalékra csökkent.

A baj az, hogy a jelenlegi technológiai szintünkön, a területzabáló megújuló energia nem zöld. Ha csak ezekből a forrásokból akarnánk most ellátni a világot, akkor biztosan tönkre tennénk a természetet. Hiszen csak a jelenlegi európai lakosság áramigényének a kielégítésére a következőkre lenne szükség: Spanyolország méretű napelemparkra (6watt/m2, kb. 0,5 millió km2), vagy Kazahsztán méretű szélerőműparkra (1,2watt/m2, kb. 2,7 millió km2), vagy akkora bioüzemanyag termőterületre, mint India és Pakisztán együttvéve (0,12watt/m2, kb. 4 millió km2).

Az áramfogyasztás a világ összes energiaigényének kb. 27%-a. 2021-ben a világ áramfogyasztásának 10,3 százaléka származott napelemekből vagy szélturbinákból, ami 2020-hoz képest 10%-os növekedést jelentett. Ezeken az arányokon sokat fogunk javítani a közeljövőben. Ne tévesszen meg azonban a haladás, amelyet a széllel és napfénnyel történő áramfejlesztésben elértünk. Vágyaink helyett a realitások vezéreljenek inkább minket, ahogy azt a továbbiakban láthatjuk.

Vegyük előbb a szélerőműveket. A szél ugyan annyira ingyenes és zöld amennyire energia csak lehet, de a turbinák maguk a fosszilis energiahordozók igazi megtestesülései. Egy 5 megawattos turbina vasbeton alapjához 150 tonna acélra van szükség, a rotorfej és forgató mechanizmus további 250 tonnát igényel, és 500 tonna kell a toronyhoz. Ha 2030-ra a szélturbinák termelik a globális áramszükséglet 25%-át, ahogy azt a nálunk okosabb bürokraták előírták, akkor a nagyjából 2,5 terrawattnyi áramot előállító szélerőművekhez durván 450 millió tonna acélra lesz szükség, és akkor még nem számoltuk a kábelekhez, transzformátorokhoz, hálózatokhoz szükséges fémet, meg a szállítást. A szélturbinákhoz szükséges acél egy tonnájának a legyártása pedig kb. 35 gigajoule energiát igényel. Másrészt, egy 5 megawattos turbinának 3 darab kb. 60 m hosszú lapátja van, ezek mindenike kb. 15 tonnás. A belseje műanyag habból készül, de a külseje üvegszál erősítésű műgyanta. Minden tonnájának legyártásához 170 gigajoule energiára van szükség. Ha 2,5 terrawattot akarunk termeltetni szélerőművekkel, akkor 23 millió tonnányi rotort kell készítenünk, ami egyenértékű 90 millió tonna kőolajjal. További kőolajipari termékek kellenek a kenéshez, a vízállósághoz, amit rendszeresen pótolni kell a két évtizedes életidő alatt.  

Mi a helyzet a napenergiával? Az 1958 márciusában fellőtt Vanguard-1 használt a világon elsőnek fotovoltaikus (PV) cellákat, ami 1964 májusáig ellátta energiával a rádió jeladóját. A 60-as évek derekán a PV cellák kb. 300 dollárért termeltek 1 wattot. A 70-es évek közepére ez kb. 80 dollárra csökkent, a 80-as évek végére 10-re, 2011-re 1-re, és 2019 végén a PV cellákat csak 8-12 cent/wattért árulták, a trend pedig folytatódik. Persze a PV panelek és a járulékos eszközök telepítése áramfejlesztés céljából jelentősen drágább és a méretezéstől is függ. De a gyors ütemű technológiai fejlődés jó hír, mivel a PV cellák energiasűrűsége minden más megújuló energiát konvertáló rendszernél nagyobb. Éves átlagban akár 10 wattot is termelnek napsütötte helyeken. Ráadásul a konverziós hatékonyság növelésével az éves kapacitásfaktorukat 20-30 százalékkal még javítani lehet.  

A világot 174 millió wattnyi napfény éri, ami tízezerszer több, mint az ember által használt fosszilis energiahordozók teljesítménye. Más szóval, egy ötször öt négyzetméteres terület annyi napfényt kap, amennyi az egész technikán alapuló életünket működtetni tudná. Ez a bődületes fotoneső nem elektromos áram formájában érkezik és jelenlegi technológiánkkal még csak nagyon kis hatásfokkal tudjuk értékesíteni. 2000-ben a globális áramtermelés kb. 0,01%-át szolgáltatták napelemek, egy évtizeddel később egy nagyságrenddel nagyobb, 0,16%-os lett az arányuk, 2018-ra elérték a 2,2%-ot. Ez még mindig töredéke a világ vízerőművei által előállított áram részesedésének, ami kb. 16%. Elképzelhető, hogy 2030-ig a napelemek megtermelik a világ áramszükségletének 10%-át, ahogy azt az okosabbak előírták. Addigra csaknem 150 év telik el azt követően, hogy felfedezték a szelén fotoelektromos képességeit. Idő kell versenyre kelni a lezúduló vízzel.

Mindenesetre, ha négyzetméterenként 200 dollárnál olcsóbban elő lehetne állítani 25 százalékos hatásfokú napelemeket, ha a tárolásra szolgáló elemek kapacitása megduplázódna és ára a felére csökkenne, az megfelelne a hordónkénti 30 dolláros olajárnak. Ez esetben senki sem akar majd 50 dollár felett olajat fúrni, hanem napelemmel borítja be a háza tetejét.

Az is nagyban hozzájárulna a nap és szélenergia terjedéséhez, ha jobb módszereink lennének a nagy mennyiségű energialöketek tárolására és így áthidalhatnánk a termelésben fellépő szüneteket. Jelenlegi ismereteink szerint a lítium-ion akkumulátor a legjobb megoldás az energia tárolására.

Egy elektromos személyautó 80kwh akkumulátorához például közel 15 ezer mobiltelefon akkumulátor kapacitására van szükség, ehhez 4-7 kg lítium szükséges. Igaz ugyan, hogy a mobiltelefon akkumulátort másfél-két évente kidobjuk, mivel csak 300 töltési ciklusra képes, lítium-polimer típusúak és naponta szinte teljesen le vannak merítve és újra fel vannak töltve. A minimum 12 éves élettartamra méretezett elektromos autó lítium-ion akkumulátora viszont 1.500 ciklusra képes és ritkán van a 20-30%-os szint alá lemerítve, nem hogy 3-5%-ig. Ráadásul az elektromos autók akkumulátorait a mobiltelefonok akkumulátoraival szemben nem szükséges teljesen újrahasznosítani: ha ugyanis 12 év alatt az akku kapacitása annyira lecsökken, hogy az elérhető hatótáv már kevés, akkor majd fel lehet használni fixen telepített, sziget üzemű napelem-rendszerek vagy akár szélgenerátorok mellé. Egy régi akkucsomag pl., még ha 66%-os szinten is van, akkor is maradt 50 kWh kapacitása, ami egy átlagosnak mondható háztartás átlagos 2 kW-os elektromos fogyasztását 24 órán át biztosítja (erről bővebben lásd: https://llambda.blogspot.com/2018/03/metal-sztori-i.html).

A legnagyobb 18 ezer lítiumion akkumulátorból álló tárolórendszert Long Beachen építi az AES Corporation a Southern California Edison számára. 100 megawattot szolgáltat 4 órán át. Ám ez a 400MWh energia két nagyságrenddel kevesebb annál, amennyire egy többmilliós nagyvárosnak szüksége lenne, mikor nem működik az időszakosan termelő áramellátása (lásd még: https://llambda.blogspot.com/2018/03/metal-sztori-iii.html és https://llambda.blogspot.com/2018/04/metal-sztori-iv.html ).

Meg kell tehát növelnünk a tárolókat, de hogyan?  A csoda még várat magára. Nem biztos, hogy a lítium lesz a befutó. Jelenleg úgy tűnik, hogy az a megoldás kecsegtet a legtöbb reménnyel, amelyben napenergiát használnak a víz elektrolízises felbontására majd az így termelt hidrogént üzemanyagként használják a böjtös időszakokban.

A kőszén mozgatja a világot, írta Jókai a Fekete gyémántokban. Közel másfél évszázad után még bizonytalan, hogy a következőkben mi fogja mozgatni a világot. Annyi biztos, hogy nem a kőszén. 😊 

_________________________________________

* A globális fejenkénti átlagfogyasztás (fűtés, világítás, főzés, mosás, mosdás, autózás, TV-zés, telefonálás, kávézás stb.) amelyben a 3 milliárd energiaszegénységben élő alig-fogyasztása (pl. a busmanok pecsenyesütése) is benne van. Adatforrás: ENSZ, Világbank, 2500 wattos társadalom. Ábra: GreenDependent, még 2014-es adatai. Az energiafogyasztás felső korlátjának kiszámítására eddig nagyon kevés kísérlet történt. Annál többen határozták meg a minimum szükséges értéket, például az ENSZ Fejlesztési Programja, amely szerint mindenkinek minimum 500 kgoe energiára van szüksége évente. Ez az érték kevesebb mint negyede ma a globális fejenkénti átlagfogyasztásnak! (kgoe: kilogramm olajegyenérték - az energetikában gyakran használt mértékegység. Azt fejezi ki, hogy egy kg olajnak mennyi a fűtőértéke. 1000 kg = 41,868 GJ)