A VÍZGAZDÁLKODÁS ÉS MITIGÁCIÓ SZEREPE A KLÍMAVÁLTOZÁS KEZELÉSÉBEN

Prof. Dr. Molnár SándorMatematikai és Informatikai Intézet

Gépészmérnöki Kar

Szent István Egyetem

V. Klímacsúcs – „Jövőnk a víz”

2013. szeptember 13.

Tartalom• Globális kihívások

• Vízgazdálkodás és mitigáció kapcsolata

• Lehetőségek és veszélyek

• Következtetések

Vízforrások és klímaváltozási sérülékenység

Fosszilis energiahordozók és víz: bonyolult kapcsolatrendszer a klímaváltozással

Klímaváltozás egyik fontos hatása: a hidrológiai ciklus megváltozása:

– csapadékmennyiség és rendszeresség, – hótakaró, gleccserek eltűnése,– fokozott sarkköri jégsapkaolvadás,– árvíz és aszály kockázatának egyidejű növekedése, stb. (IPCC

2007) számos tényező, melyek a vízigény növekedése és a vízhiány kialakulása irányába hatnak

Lokális vízforrások veszélyeztetett megújulása (pl. gleccserek, vagy rendszeres áradások hiányában), csökkenő talajvízpótlás: egyfajta lokális „peak water”

Csökkenő vízkészletek

Fosszilis energiahordozók: valós korlátok (kimerülés), alternatív energiaforrásokat kell kifejleszteni (VER, szállítás, üzemanyagok, kenőanyagok, műanyaggyártás, gyógyszeripar, vegyipar)

Vízkészletek, víztartalékok: a víznek NINCS alternatívája

Regionális problémák: elérhető és kinyerhető vízkészletek hiányában élelmiszerellátási problémák, élelmiszerimporttól való függés

Korlátolt vízkészletek: hatékonyabb felhasználás, tudatos vízgazdálkodás, víz termelékenységének növelése, esetleges alternatívák

– Lovins: energiafelhasználás kíméletes módja (Lovins 1970, soft path), az energia helyett annak felhasználása a fontos (utazás, fény, fűtés) veszteségek csökkentése, hatékonyság növelése, megújulók, decentralizált termelés, stb.

– Gleick: vízfelhasználás kíméletes módja (Gleick 2002, 2003; Wolff and Gleick 2002; Brooks 2005) , átfogó vízgazdálkodási megközelítés, tervezés, felhasználás melynek során a teljes produktivitás megnövelhető, okos közgazdasági megoldásokkal bátorítva a hatékonyságot és méltányos felhasználást, innovatív technológiákat alkalmazva, közösségi részvételt elősegítve, stb.

Lépések a vízhiány mitigációjára

Növekvő vízigény (szolgáltatás szint) — kielégíthető extenzív formában is (új környezetterhelő infrastruktúra, vezetékek, gátak) vagy fenntartható, integrált, hatékony módon – egyfajta mitigációs lépéssorozat

1. Az emberi vízigény kielégítésének vizsgálata, és hatékony biztosítása. 2. Az ökológiai vízigény biztosítása. A megfelelő természetes

vízmennyiség pótlása, biztosítása. 3. A vízminőség igényhez való igazítása: csapadékvíz, csurgalékvíz, kezelt

szennyvíz felhasználása pl. öntözésre, ipari célokra. 4. Az infrastruktúra igényekhez való skálázása: lehetőség szerint

decentralizált, kisebb egységekben is gondolkozva. 5. A vízzel kapcsolatos döntésekbe a közvélemény bevonása.

Víztudatosság, takarékossági tanácsok, felhasználó-vízmű interakció, transzparencia és közösségi hatáskör/felelősség.

6. Közgazdasági eszközök, „vízgazdaságtan”, hatékony felhasználás és igazágos elosztás.

Globális vízkészletkimerülési ütem (10-3km3/év)

Forrás: American Geophysical Union

http://www.agu.org/news/press/pr_archives/2010/2010-30.shtml

Globális vízfogyasztási előrejelzés (régiónként, km3/év)

GlobálisEurópaÉszak-AmerikaDél-AmerikaAfrikaÁzsiaAusztrália,Óce-ánia

forrás: http://wrsc.org

Ivóvízhozzáférés nélküli populációk

forrás: The Biennial Report on Freshwater Resources, Gleick, 1998Nincs adat

forrás: http://wrsc.org

Szektoronkénti (nem energetikai célú) vízfelhasználás

Kereskedelem; 10%

Ipar; 12%

Háztartások; 69%

Kormányzat és egyéb; 9%

Szektoronkénti vízfelhasználás és háztartások vízfelhasználása

Háztartások vízfelhasználása

Mosogatógépek; 2%

Vízöblítéses vécék; 46%

Zuhanyzás; 32%

Mosógépek; 20%

forrás: http://wrsc.org

Ivóvízhozzáférés felzárkozó országokban régiónként

Globális

Óceánia

Nyugat-Ázsia

Délkelet-Ázsia

Dél-Ázsia

Kelet-Ázsia

Latin-Amerika

Szubszaharai-Afrika

Észak-Afrika

Teljes Vidéki Városi

népesség %-a

Forrás: The Millennium Development Goals, ENSZ, 2010

Vízfelhasználás és klímaváltozás

• Víz: alapvető és nehezen pótolható, egyáltalán nem helyettesíthető erőforrásunk, létfeltétel

• Klímaváltozási sérülékenység: ivóvízkészletek, mezőgazdasági termelés, erdőterületek– Közvetett és közvetlen klimatológiai hatások (nyelők

csökkenése)• Fosszilis energiahordozók felhasználása• Víz mint megújuló energiaforrás

Fosszilis energiahordozók és kapcsolódó vízfelhasználás

• A globális vízfelhasználás 22%-as kötődik ipari folyamatokhoz (ideértve: bányászat, kitermelés, villamosenergiatermelést is)

• Becslés: 2006-ban 13 mrd m3 vízfogyasztás az olajkitermelés során (Maheu 2009)

Vízfelhasználás és fosszilis energiahordozók kitermelése és feldolgozása közti kapcsolat

Folyamat Hatás a vízminőségre

Hatás a vízmennyiségre

Kihozatal és term

elés

Olaj-, és gázlelőhelyek feltárása Hatás a talajvíz minőségére

Felhasználás fúrásra, repesztésre

Olaj-, és gázkitermelés A kitermelt víz a felszíni és talajvizekre

Nagymennyiségű kitermelt, szennyezett víz

Szén-, és uránércbányászat Szivattyúzás, vízlkivezetés hatása a felszíni és talajvizekre

Nagymennyiségű csurgalékvíz, stb.

Finomítás és

feldolgozás

Olajfinomítás Végfelhasználás hatása a vízminőésgre

Az olaj és gáz feldolgozásának vízigénye

Bioüzemanyagok, etanol Finomítói szennyvízkezelés

A finomítói és a termelés soráni vízigény

Szintetikus üzemanyagok Szennyvízkezelés Szintézis és gőzkezelés vízigénye

Forrás: US DOE, 2006

Egyes energiahordozók vízigénye (logaritmikus skálán)

Forrás: Spang, CWEE, 2012

http://www.globalwaterforum.org/2012/10/23/a-thirst-for-power-a-global-analysis-of-water-consumption-for-energy-production/

Globális vízfogyasztás energiatermelés céljából (M m3)

Forrás: Spang, CWEE, 2012

Forrás: Spang, CWEE, 2012

Nem vízenergiaalapú energetikai célú egy főre jutó vízfogyasztás (m3/fő)

Fosszilis tüzelőanyagok

Nukleáris üzemanyag

Bioüzemanyagok

Villamos energia (víz nélkül)

KatarEmirátusok

NorvégiaEgyenítői Guinea

Szaúd-ArábiaLíbia

OmanBahrein

USAJamaicaKanada

IzlandGabon

KazahsztánAusztrália

AzerbajdzsánVenezuela

OrorszországAngola

SzingapúrFranciaország

IrakÉsztország

HollandiaIrán

1 MWh-ra jutó teljes vízfogyasztás (m3/MWh)

Napi energiatermelésre (USA) jutó vízfogyasztás (M m3)

Napenergia 0.0001 0.011

Szélenergia 0.0001 0.011

Földgáz 1 11

Szén 2 22

Nukleáris energia 2.5 27.5

Olaj 4 44

Vízenergia 68 748

Bioüzemanyagok (első gen.)

178 1958

forrás: http://wrsc.org

Egyes iparágak relatív „vízlábnyoma”Nyersanyag-termelés

Beszállítók Termelés Termékciklus / ártalmatlanítás

Háztartási eszközök ⃝ Hi-tech elektronika Italok ⃝ Ételek ⃝ Gyógyszerek Faipar ⃝⃝ Fémipar/ bányászat Energiatermelés

Felszíni és természetes vízhasználat

Bioszféra vizeinek használata

⃝ Szennyvíz forrás: http://wrsc.org

Elemzések fosszilis energiahordozók által okozott vízterhelésekre

Helyszín Folyamat Hatások Forrás

Orissa, India Szénbányászat és feldolgozás

Ivóvízszennyezés (fluor, mangán, nikkel, szulfátok), ivóvízkészletek csökkenése

Murthy, Patra, 2006

USA, Appalahce-hg.

Szénbányászat és feldolgozás

Ivóvízszennyezés (fekete, rossz szagú), hirtelen árvizek

Murdoch, 2009, Stout, Papillo, 2004

Ecuador Olajtermelés Nyersolajkiömlés, szennyezőanyagkiszabadulás (70 M m3), felszíni halászat, édesvízforrások

Juhász et al, 2009

Niger-delta Olajtermelés Folyók, források szennyeződése az olajszennyeződés miatt (kitermelés, kanalizáció, felhozatal), halpusztulás, ivóvízszennyezés

CEHRD, 2008

Alberta, CA Kátrányhomok-kitermelés

Vízfolyások szennyeződése, Athabasca-folyó, többgyűrűs aromás vegyületek, kadmium, réz, ólom, higany, stb.

Reuter et al., 2010

USA (több helyszínen)

Földgáz hidrokrakkolása

Ivóvízforrások szennyezés, benzénnel, metánnal, magas radioaktivitású szennyvízkibocsátás

EPA 2011, Lustgarten 2008, Urbina 2011

forrás: http://wrsc.org

A mitigáció eszköztára és a globális kihívások

Mit értünk mitigáción?Intézkedéseket ...

• amelyek csökkenthetik az atmoszferikus üvegházgáz-kibocsátásunkat és ezáltal középtávon a légköri koncentrációt

– tevékenységi szint változtatása, hatékonyság növelése (takarékosság, modernizálás), megújuló-alapú energiatermelés, szállítás és közlekedés, településszervezés, stb.

–Vezetési szabályok, fogyasztási magatartás megváltoztatása

• késleltetik az üvegházgázok várható klimatikus hatását

–Földfelszíni széntárolás növelése (nyelők, erdősítés)A mitigációs intézkedések lehetséges területei:

• Energiaszektor (VER, közlekedés, távfűtés, ipar)

• Más, nem energiafelhasználásra alapuló szektorok

•Erdőgazdálkodás, mezőgazdaság, hulladékgazdálkodás.

Miért szükséges a mitigációval foglalkoznunk?

• Lehetséges a klímaváltozás hatásainak enyhítése: műszakilag és gazdaságilag kivitelezhető az a kibocsátáscsökkentés, amellyel a globális hőmérséklet növekedését 2 Celsius fok alatt lehet tartani.

• Óvatosság elve: bár a klímaváltozás hatásmechanizmusa, az antropogén hatás mértéke vitatott, de mégis kötelesség a jövő generációk miatt is megtenni a lehetséges mértékben mindent

• Energiafogyasztásunkkal és erőforrásainkkal kapcsolatos intézkedések: kettős (hármas) előnyök a megtakarított energia, az elkerült ÜHG-kibocsátások, és a csökkenő importfüggőség és politikai-gazdasági kiszolgáltottság révén

Új intézkedések és politikai lépések nélkül az ÜHG-koncentráció és a globális hőmérséklet gyors emelkedése

várható

Ppm CO2 eq. ÜHG-koncentráció Hőmérséklet-növekedés

GDP-ben mért költségek a mitigációs intézkedések megvalósítása esetén

Kibocsátás implicit ára (szintentartáshoz szükséges ár)

Forrás: OECD, Linkage-modell

A mitigációs vizsgálatok fő céljai

• A nemzeti fejlesztési terveknek megfelelő technológiák és eljárások költségeinek és hasznainak vizsgálata

• Adott intézkedések rangsorolása a társadalmi-gazdasági költségek alapján

• Forgatókönyvek kialakításán keresztül azon szakpolitikák és programok azonosítása, amelyek az ország adottságaihoz leginkább illeszkednek

•Adott csökkentést optimális költséggel megvalósító intézkedéscsomag kialakítása, vagy adott ráfordítás mellett megvalósítható maximális kibocsátáscsökkenés meghatározása

Globális kihívások

• Növekvő energiaigény – erős fosszilisenergia-függőséggel társul – inputoldali korlát

• CO2 kibocsátások a fosszilis tüzelőanyagokból – outputoldali korlát

• Nemzetközi egyezmények – elégségesek lesznek? • Kína & feltörekvő gazdaságok – erősődő jövőbeli verseny

az energiaforrásokért (erőforrásokért)

Jövőképek az energiában- Nemzetközi Energiaügynökség (IEA) forgatókönyvei

• Új szakpolitikák forgatókönyve• 450 ppm forgatókönyve (koncentráció vs. stabilizáció)

– Hőmérsékletnövekedés 2oC maximalizálása – A Koppenhágai Egyezmény szigorú betartását feltételezi, és

utána jóval keményebb lépéseket (bizonytalanság mind a mennyiségben, mind a költségekben)

• Jelenlegi status quo forgatókönyve

A globális energiafelhasználás gyors dekarbonizációja szükséges a 2°C korláthoz

Az 1990-2008-es periódus csökkenésének kétszeresét kellene 2008-2020 között elérni, 2020-2035 között pedig majdnem négyszeresét

Átlagos éves CO2 intenzitáscsökkenés a 450-es forgatókönyvben

4x-es csökkenési ütem

Forrás: IEA, 2010

A 450-es szcenárió megvalósulásának országok/régiók szerinti feltételei

Globális energiaigény növekedése: +0.7%/év

USA: 17%-os csökkenés a 2005-ös ÜHG-kibocsátásokhoz képest

Japán: 25%-os csökkenés az 1990-es ÜHG-kiobácsátási szinthez képest

EU: 30%-os csökkenés az 1990-es szinthez képest

Oroszország: 25%-os csökkenés az 1990-es szinthez képest

Kína: 45% csökkenés a 2005-ös szinthez képest, 15%-os megújuló és/vagy nukleáris részarány

India: 25%-os csökkenés a 2005-ös szinthez képest

Brazília: 39%-os csökkenés az alapvonalbeli forgatókönyvhöz képest

Globális előrejelzett energiaigény energiahordozók és forgatókönyvek szerint (Mtoe)

Múltbeli adatok

Jelenlegi szakpolitikák

Új szakpolitikák 450-es forgatókönyv

1980 2008 2020 2035 2020 2035 2020 2035

Szén 1792 3315 4307 5281 3966 3934 3743 2496

Olaj 3107 4059 4443 5026 4346 4662 4175 3816

Gáz 1234 2596 3166 4039 3132 3748 2960 2985

Nukleáris 186 712 915 1081 968 1273 1003 1676

Vízenergia 148 276 364 439 376 476 383 519

Biomassza és hulladék

749 1225 1461 1715 1501 1957 1539 2316

Megújulók, egyéb

12 89 239 468 268 699 325 1112

Összesen 7229 12271 14896 18048 14556 16748 14127 14920

Forrás: IEA, 2010

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Jelenlegi szakpolitikák

Új szakpolitikák

450-es forgatókönyv

Energiaforrások megoszlása 2035-ben az egyes forgatókönyvekben

Szén

Olaj

Gáz

Nukleáris

Vízenergia

Biomassza éshulladékMegújulók,egyéb

Következtetések

• Energia és víz kapcsolata fontos kutatási terület lett.• Víztermelés és szállítás energiaköltsége, energiahordozók kitermelésének és

az áramtermelés vízigénye.• Fosszilis energiahordozók jelentős vízfelhasználással és vízterheléssel járnak:

– Kevés információ a fosszilisok felhasználásának vízminőségre gyakorolt hatásáról – számos szennyező vegyianyag.

– Nincs megbízható becslés, de nagyjából évi 15-18 mrd m3 ivóvíz felhasználása fosszilis energiahordozók termelésére, változó szennyező hatással.

– Feldolgozás, finomítás szintén jelentős szennyező.– Nemkonvencionális szénhidrogének problémája.

• Globális szinten a legjelentősebb hatás a (főleg a fosszilis energiahordozók felhasználásából származtatható) klímaváltozásból ered: vízminőség és vízmennyiség szélsőséges változása várható (árvizek, sivatagosodás).

• További kutatások szükségesek a hatások feltérképezésére.

Köszönöm a figyelmet!