1

SzéchenyiIstvánEgyetem

Környezetvédelem

Környezetvédelem (KM002_1)

8. Energia és környezet

2008/2009-es tanév, I. félév

Dr. Zseni Anikó egyetemi docens

SZE, MTK, BGÉKI, Környezetmérnöki Tanszék

SzéchenyiIstvánEgyetem A világ energiaellátása

Környezetvédelem

2004 2030 2004 2030fejlődő és átalakuló országok iparilag fejlett országok

448

683

6,5

8,5

77%

23%

81%

19%

37%

63%

47%

53%

EJ: 1018J

2

SzéchenyiIstvánEgyetem Az egy főre jutó primer energiafelhasználás

Környezetvédelem

SzéchenyiIstvánEgyetem

Környezetvédelem

Műholdfelvételekből összerakott kép: a Föld éjszakai kivilágításban(a felvételek értelemszerűen nem egyidőben készültek!)

3

SzéchenyiIstvánEgyetem Energiaforrások

Környezetvédelem

A, Nem megújuló energiaforrások:

• szén• kőolaj• földgáz• atomenergia

B, Megújuló energiaforrások:

• napenergia• biomassza• vízenergia• geotermikus energia• szélenergia• gravitáció (ár-apály)

SzéchenyiIstvánEgyetem Az energia forrásai

Nap:• fosszilis energiahordozók, biomassza, szél, beeső

sugárzás

Naprendszer keletkezését megelőző kozmikus evolúció folyamatai:

• nukleáris energia

Föld magja:• geotermikus energia

Hold mozgása:• árapály-energia

Környezetvédelem

4

SzéchenyiIstvánEgyetem A világ energiafelhasználásának

struktúrája

Környezetvédelem

36%

21%

6%

2%11%

24%

34%

24%

5%

2%

12%23%

szén olaj gáz atom víz megújulók

Összesen 448 EJ Összesen 683 EJ

SzéchenyiIstvánEgyetem A világ jövőbeni energiaellátása

Környezetvédelem

5

SzéchenyiIstvánEgyetem Energiafelhasználás

• az elmúlt 50 évben kétszer több energiát használtunk fel, mint civilizációnk történelmében összesen

• ~10 ezer Mtoe energiafelhasználás (2003)

• (Mega tonna olajegyenérték: 106 kg oe, 1 kg oe = 41,869 MJ)

• az energiafelhasználás jövőbeni alakulását meghatározza:

– a világ népességének változása

– a világ gazdasági és társadalmi (szociális) fejlődésének mértéke,

iránya és szerkezete

– a fenntartható fejlődésre orientált technológia fejlődése és annak

széles körű elterjesztése

Környezetvédelem

SzéchenyiIstvánEgyetem A világ jövőbeni energiaellátása: készletek

Környezetvédelem

6

SzéchenyiIstvánEgyetem

• nemcsak az energiaforrások előteremtéséről kell

gondoskodni

• hanem az energetika közvetetett és közvetlen környezeti

(a bioszféra terhelhetősége, az üvegházhatás felerősödése,

globális felmelegedés, klímaváltozás), valamint társadalmi,

szociális hatásaival is!

• ⇓ az energiaellátás drága lesz!

• ⇓ fenntartható energiaellátás, megújuló energiaforrások

fokozott hasznosítása

Környezetvédelem

SzéchenyiIstvánEgyetem Az energetika környezeti hatásai:

bányászatszén:

• bányák alatt megsüllyedő talaj (települések)• meddők: erózió, tömegmozgás, öngyulladás,

tájrombolás, élőhelyvesztés• a szén osztályozása ⇒ szennyvíz• sújtólégveszély, zaj-, porszennyezés

kőolaj, földgáz:• nagy mennyiségű víz (jelentős sótartalmú) is felszínre jut

• talajra, vízbe kiömlő kőolaj szennyezése

Környezetvédelem

7

SzéchenyiIstvánEgyetem Az energia szállításának környezeti

kockázatai

Környezetvédelem

csővezetéken:• csövek korróziója, repedése, törése• földgáz: emberi és technológiai hibák esetén

gázrobbanások veszélye

járművekkel:• tengerek olajszennyeződése, vasúti, közúti balesetek

magasfeszültségű vezetékeken:• biotópok elszigetelődése, táj értéke csökken,

egészségügyi hatások?

SzéchenyiIstvánEgyetem Az energiatermelés környezeti

hatásaiszén:

• CO2, SO2 stb. ⇒ szférák szennyezése (ld. korábban), globális hatások

• salakanyag• energiaátalakításkor hőveszteség (vizek

hőszennyezése)

kőolaj, földgáz:• ld. közlekedés, hőerőművek légszennyezése• energiaátalakításkor hőveszteség (vizek

hőszennyezése)

Környezetvédelem

8

SzéchenyiIstvánEgyetem A CO2-emisszió alakulása

Környezetvédelem

SzéchenyiIstvánEgyetem Atomenergia

• először a nem megújuló hagyományos energiaforrások helyettesítőjének vélték (holott az uránérckészletek nem megújulóak)

• II. világháború után rohamos fejlődés ⇒ 1998: 30 országban 473 db atomerőmű, 46 épülőben

környezeti problémák:• kezdetben: a radioaktív anyagok tulajdonságainak (egészségügyi)

hiányos ismerete: óvatlan alkalmazás

⇓ folyamatosan szigorodó határértékek• az erőművekből kikerülő használt fűtőelemek biztonságos

elhelyezése: teljesen veszélytelen megoldás nincs (sokat a világtengerekben egyszerűen elsüllyesztettek – ezt ma már nemzetközi megállapodás tiltja)

• az üzemelés biztonsága: nukleáris balesetek

Környezetvédelem

9

SzéchenyiIstvánEgyetem

20,11680Csehország19,8 10799572USA

21,9 12 400Egyesült Királyság23,6 4884Tajvan27,6 7289Spanyolország32,1 2656Finnország30,6 21 107Németország33,0 376Örményország33,8 43 650Japán38,2 3077Svájc39,0 9440Svédország40,7 12 949Dél-Korea42,2 1729Magyarország45,0 3538Bulgária47,3 4884Ukrajna53,4 2488Szlovákia56,85713Belgium73,7 2370Litvánia76,460 313Franciaország%összkapacitás (MWatt)

Atomenergia aránya a villamosenergia-termelésben

Forrás:Mindentudás Egyeteme, Bencze Gyula (2003)

SzéchenyiIstvánEgyetem A radioaktív hulladékok

elhelyezésének problémái

• az erőmű néhány évtizedig üzemel ⇔ a használt radioaktív anyagok

több százezer évig is sugároznak

• egy átlagos reaktorból évente 30 t kimerült fűtőelem kerül ki (150 m3

közepes, 400 m3 kis aktivitású hulladék) ⇒ 2000-re közel 200 ezer

tonna hulladék

• megsemmisítés: reprocesszálás (kimerült fűtőelemek

újrahasznosítása)

• átmeneti megoldás: felszíni vagy felszín közeli átmeneti tárolók

(kockázatosabb, de állapota folyamatosan nyomon követhető,

szivárgáskor gyors beavatkozás)

Környezetvédelem

10

SzéchenyiIstvánEgyetem A radioaktív hulladékok

elhelyezésének problémái (folyt.)

• a legjobb megoldás olyan geológiai szerkezetekben való elhelyezés, amelyek:földtörténetileg is nyugodtnak tekinthetők (nincs földrengés, földmozgás)

tömörek – szivárgó vizek nem érhetik el (víz: tovább-szállíthatja a sugárzó anyagokat ill. a fűtőelemek még sokáig termelnek hőt → gőzzé váló víz a felszín felé mozog)

• minden szempontból megfelelő hely kevés van, és ez is kockázatos: a földmozgást teljesen kizárni sehol sem lehet

• szóba jöhető kőzetek: gránit, agyag, kősó, vulkáni tufák

Környezetvédelem

SzéchenyiIstvánEgyetem Nukleáris balesetek

több sokáig eltitkolt balesetre az 1986. áprilisi csernobili katasztrófa irányította rá a figyelmet

• a csernobili események azokat az országokat bizonytalanították el, ahol még nem voltak atomerőművek ⇒

az atomerőművel rendelkező országok száma nem nőtt (csak a SZU szétesése miatt statisztikailag)

• kevesebb reaktorral bíró országokra a szintentartás jellemző

• néhány kitudódott, jelentősebb baleset: USA (1948, 1978, 1979), Nagy-Britannia (1952, 1953, 1985), Jugoszlávia (1958), Szovjetunió (1957, 1983, 1986), Kína (1966), Belgium (1978), Japán (2000)

Környezetvédelem

11

SzéchenyiIstvánEgyetem EU: energia és környezet

Környezetvédelem, energiahatékonyság, energiatakarékosság az EU 25-ben

• EU Fehér Könyv: megújuló energiaforrások teljesítménynövelése (6% → 12% (2010))

• 2001/77 Irányelv a megújulókból történő villamosenergia-termelésről (14% → 22% (2010))

• 2002/91 Irányelv az épületek energiahatékonyságáról

• 2003/30 Irányelv a bioüzemanyagok felhasználásáról

• 2005. évi Zöld Könyv: az energiahatékonyság javítása

Környezetvédelem

SzéchenyiIstvánEgyetem EU: energia és környezet

• megújuló energiaforrások támogatása

⇐ környezetvédelmi szempontok

⇐ ellátási biztonság fokozása (kisebb egységekben termelt

villamos energia)

⇐ kisebb a szállítási veszteség (közelebb a fogyasztókhoz)

• fosszilis energiák veszíteni fognak árelőnyükből

(internalizálódó környezetvédelmi költségek)

• Kiotoi vállalás: 2003-2012: -8% emisszió 1990-hez képest

Környezetvédelem

12

SzéchenyiIstvánEgyetem

Magyarország primer energiatermelésének szerkezete (Mo

körny. állapota 2005)

• vill. energia termelés: 432,5 PJ (2003) (42% atomE)• vill. energia felhasználás: 1092 PJ (2003)• import: kb. 60%, főleg földgáz

SzéchenyiIstvánEgyetem Magyarország energiapolitikája:

prioritások• a megújuló energiák felhasználásának növelése (most: 3,6%,

2010-ig: 6-7%)• üvegházhatású gázok kibocsátásának 6%-os csökkentése• energiaforrás diverzifikáció javítása• energiatakarékosság, energiahatékonyság javítása

(energiaintenzitás csökkentése)• az energiaellátás biztonságának növelése, új földgáztároló

kapacitások építése• légszennyezés savas komponenseinek (SO2, NOx)

csökkentése• az üzemanyagok környezetvédelmi követelményeinek

megfelelő minőség szabályozása• a megújuló energiaforrások részarányának növelése a

hajtóanyagokban

Környezetvédelem

13

SzéchenyiIstvánEgyetem Megújuló energiaforrások

használatuk indokai:• üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentése,

klímaváltozás megelőzése

• az importfüggőség csökkentése, helyi energiaforrások kihasználása

• munkahelyteremtés, vidék fejlesztése

• mezőgazdasági túltermelés levezetése (energiaerdő, energetikai növénytermesztés)

• innovatív, decentralizált energiatermelési technológiák elterjesztése

Környezetvédelem

SzéchenyiIstvánEgyetem Napenergia

• A napenergia hasznosítása passzív (építészeti)

eszközökkel

– települési szinten

– építményi szinten

• A napenergia hasznosítása aktív (épületgépészeti)

eszközökkel

– napkollektoros berendezések

– fotovillamos hasznosítás

Környezetvédelem

14

SzéchenyiIstvánEgyetem

napkollektor

SzéchenyiIstvánEgyetem

Napelemek alkalmazása Berlinben

15

SzéchenyiIstvánEgyetem Hőszivattyú

• fűtésre, hűtésre és használati melegvíz előállítására

• a hőszivattyú a működtetésére felhasznált energiát nem

közvetlenül hővé alakítja, hanem a külső energia

segítségével a hőt az alacsonyabb hőfokszintről egy

magasabb hőfokszintre emeli, legtöbbször a föld, a

levegő és a víz által eltárolt napenergiát hasznosítva

Környezetvédelem

SzéchenyiIstvánEgyetem

A hőszivattyú működésének elve(hasonlít a hűtőgép működéséhez)

16

SzéchenyiIstvánEgyetem Hőszivattyúk

talajkollektoros talajszondás

talajvízkutas

SzéchenyiIstvánEgyetem Biomasssza

Környezetvédelem

•jól tárolható (tüzifa, biobrikett, biodízel, alkohol)•közepesen tárolható(szárított biomasszák, bálázott szalma)•nehezen tárolható(biogáz, nedves biomassza, állati trágyák)

alkoholbiodízelbiogázdepóniagázfagázbiobrikett, tüzipellettüzelőanyag

MO – mobil berend. üzemanyaga (repceolaj, alkohol)EL – elektr. energia termelő aggregát üzemanyaga (biogáz, fagáz, gőz)HE – hőenergia ellátóberend. üzemanyaga (szalma, fahulladék)

•elsődleges (mező-és erdőgazd. hulladék, energia célnövény term.)•másodlagos(állattenyésztés melléktermékei)•harmadlagos(élelmiszeripar melléktermékei, emberi hulladék)

tárolhatóságaszerint

végtermékszerint

átalakított energiahordozó fajtái

keletkezési szintszerint

A BIOMASSZA CSOPORTOSÍTÁSA

17

SzéchenyiIstvánEgyetem A biomassza alapú energiatermelés

előnyei• CO2 kibocsátása: zárt ciklus

• melléktermék, „gyártása” nem igényel külön beruházást

• szállítása kevésbé költséges és környezetszennyező

• fűtőértéke (13–16 MJ/kg) megközelíti a barnaszenekét, és meddőt nem tartalmaz

• hamutartalma 2–8%, amely közvetlenül felhasználható talajjavításra

• homogén formában (brikett, pellett, faapríték) komfortossága azonos a szénnel, de annál sokkal környezetbarátabb

• alkalmazásukkal elősegíthető a fenntartható fejlődés, kímélhető a földi bioszféra

Környezetvédelem

SzéchenyiIstvánEgyetem Az E-termelés lehetőségei biomasszából

Környezetvédelem

Péc

si é

s B

orso

di Hőe

rőmű

18

SzéchenyiIstvánEgyetem Biogáz

A biogáz előállításának alapanyagai:

• mezőgazdaságból származó másodlagos biomassza (elsősorban állati eredetű szerves trágya)

• mezőgazdasági melléktermékek

• élelmiszeripari melléktermékek

• biomassza céljára termelt növények

• kommunális hulladék szerves része

• települési szennyvíziszap

Környezetvédelem

SzéchenyiIstvánEgyetem Biogáz: előnyök

• szerves hulladékok ártalmatlanítása

• hulladéklerakók tehermentesítése

• káros emissziók csökkentési lehetősége

• környezetszennyezés csökkentése

• energiatermelés hulladékokból

• decentralizált energiatermelés, kapcsolt hő- és villamosenergia-termelés

• integrált hulladékgazdálkodás, anyag és energia körfolyamatok helyi, kistérségi zárása

• gazdasági, pénzügyi előnyök

Környezetvédelem

19

SzéchenyiIstvánEgyetem Biogáz termelése, hasznosítása

Környezetvédelem

SzéchenyiIstvánEgyetem Bio-motorhajtóanyag tervek Magyarországon

2003/30/EK Irányelv alapján

• a bio-üzemanyagok magyarországi felhasználását a 2233/2004 (IX.22.) korm. határozat írja elő

• 2010: a forgalmazott üzemanyagokban a bio-üzemanyagok energiatartalomra vetített részaránya el kell, hogy érje a 2%-ot

• a jövedéki adó visszatérítése 2010. december 31-ig érvényben marad

• meg kell vizsgálni az elhasznált étolaj-hulladékok biodízelgyártásra történő felhasználásának lehetőségét

Környezetvédelem

20

SzéchenyiIstvánEgyetem Bioüzemanyagok tervezett felhasználása

Magyarországon 2010-ig

Környezetvédelem

Bio-ETBE (etil-tercier-butil-éter): bioetanolból előállított benzinkomponensRME (repcemetil-észter): biodízel, a repceolaj észteresített formája

SzéchenyiIstvánEgyetem Vízenergia

• néhány ország esetében jelentős tényező• vízerőművek, ár-apály energia

környezeti problémák• gátak mögötti tó:

megemeli a talajvízszintetgyorsan feltöltődikalatta a folyók kevesebb hordalékot szállítanak ⇒ pusztuló deltatorkolatokértékes területek kerülnek víz alá, emberek áttelepítése

• folyók ökológiai értéke csökkenmagas építési költségekkáros anyag kibocsátás nincsműszakilag hasznosítható készlet 11-20%-át hasznosítják

Környezetvédelem

21

SzéchenyiIstvánEgyetem Kiskörei vízerőmű

Környezetvédelem

SzéchenyiIstvánEgyetem

6,8619. USA0,5127. Magyarország

14,39Világ OECD

13,3715. Franciaország…

58,017. Svájc60,976. Kanada66,415. Új-Zealand70,374. Ausztria71,673. Luxemburg82,472. Izland99,451. Norvégia

%

Vízerőművek aránya a villamosenergia-termelésben (2000)

Forrás: Mindentudás Egyeteme, Kovács Ferenc (2003)

22

SzéchenyiIstvánEgyetem Geotermikus energia

• geotermikus grádiens (Mo: 50°C/km)

• fűtés, mezőgazdaság, balneológia

• a hőpazarlás elkerülésére komplex hasznosítás kellene minél

inkább: a még nem teljesen lehűlt vizeket is használni kellene!

fűtőradiátorok ⇒ használati melegvíz ⇒ padlófűtés, strandfűtés

• energiatermelés: forró vízzel egy hőhordozó közeget elgőzöltetnek

⇒ kitáguló gőz meghajt egy turbinát ⇒ villamos energia termelés

(kevés helyen)

Környezetvédelem

SzéchenyiIstvánEgyetem Termálkutak Magyarországon

Környezetvédelem

23

SzéchenyiIstvánEgyetem A geotermikus energia

környezetvédelmi előnyei• helyi viszonylatban egy adott fogyasztó igényét akár 100%-

ban is kielégíti

• komplex hasznosításra, környezetbarát technológiák megvalósítására sokféle lehetőséget kínál

• CO2 kibocsátás elhanyagolható

• használata nem tartalmaz semmilyen szállítási kockázatot

• a termálvíz üzemű erőmű nem zavarja a természetes tájképet, így a természetbe történő beavatkozás a lehető legkisebb mértékű

• az alacsonyabb hőmérsékletű termálvizek hasznosításánál –mint hőforrás – tág tere nyílik a hőszivattyúk alkalmazásának

Környezetvédelem

SzéchenyiIstvánEgyetem Szélenergia

megelőző évszázadokban: igen sok szélmalom

• Mo. Alföld: 1906-1920: t. m. 500 db

• Dánia 20. szd. eleje: 30 ezer db

• Németo. 1875: 30 ezer, 1933: 4500 db

robbanómotorok elterjedése visszaszorította

1970-es évek olajválsága: kis teljesítményű szélturbinák üzembe állítása

napjainkban: jelentős fejlődés• technológia is gyorsan fejlődik

• lokális felhasználás (szélmotorok, kis teljesítmény)

• nagyteljesítményű szélerőművek (hálózatra csatlakoznak)

Környezetvédelem

24

SzéchenyiIstvánEgyetem Szélenergia hasznosítás a világon

Környezetvédelem

Forrás: Tóth P. 2006

SzéchenyiIstvánEgyetem Szélenergia: előnyök

• A szélenergiára alapozott villamos energiatermelés „tiszta technológia”. Szinte nincs üvegházhatású gáz kibocsátás

• A legújabb kutatási eredmények szerint kontinentális feltételek mellett is gazdaságos lehet

• A szélerőművek működése nem akadályozza, hogy a felállítás helyén továbbra is mezőgazdasági tevékenységetfolytassanak

• A teljes életciklus analízis alapján az „offshore” szélerőműveknél a szélerőmű teljes életciklusában felhasznált villamos energia a szélerőmű kilenc havi villamos energia termelésével, míg „onshore” szélerőműveknél 8 havi villamos energia termeléssel fedezhető

Környezetvédelem

25

SzéchenyiIstvánEgyetem Beépített szélenergia kapacitások

Környezetvédelem

Forrás: Tóth P. 2006

SzéchenyiIstvánEgyetem

Szélerőművek Ausztriában

26

SzéchenyiIstvánEgyetem Szélenergia Európában

• Európa: a világ beépített szélerő-kapacitásának kb. 70%-a

• szélgenerátorok telepítése: a szél intenzitása és megbízhatósága

• ⇓ Nyugat-Európa tengerparti sávjában koncentrálódik

• terjeszkedés a selfekre és a szárazföld belsejébe is

• (tengeri szélfarmok: nagyobb szélerősség, de nagyobb a beruházásköltsége is)

• lehetőségek: tengeri szélenergia-kapacitások kihasználása (egész Európa vill. E igényét fedezni lehetne velük elvileg)

• Szélenergiából történő villamosenergia-termelés részesedése az EU villamos energia felhasználásának százalékában:

2005-ben 2,8%, 2010-ben 5%, 2030-ban ~20%

Környezetvédelem

SzéchenyiIstvánEgyetem Az EU szélenergia kapacitása

Környezetvédelem

Forrás: Tóth P. 2006

27

SzéchenyiIstvánEgyetem Szélenergia: Magyarország

Környezetvédelem

Forrás: Tóth P. 2006

SzéchenyiIstvánEgyetem

2006. augusztus0.600Ostffyasszonyfa2006 szept., okt.4.000Csetény2006szeptember1.800Felsőzsolca2006 augusztus10.000Mosonmagyaróvár2006. augusztus1.500Törökszentmiklós2006. augusztus1.500Mezőtúr2005. december2.000Mosonmagyaróvár2005. december2.000Mosonmagyaróvár2005. december2.000Mosonmagyaróvár2005. december2.000Mosonmagyaróvár2005. december2.000Mosonmagyaróvár

20040.225Bükkaranyos2005. július 10.0.600Vép

2005. augusztus 9.1.800Szápár2005. június0.800Újrónafő

2005. május 1.0.800Erk2002. december 19.0.600Mosonszolnok2002. december 19.0.600Mosonszolnok

20030.600Mosonmagyaróvár20030.600Mosonmagyaróvár

2001. május 23.0.600Kulcs20000.250Várpalota -Inota

Kereskedelmi üzemBeépített telj.MWErőmű helye

28

SzéchenyiIstvánEgyetem Szélenergia hasznosítás

Magyarországon

Környezetvédelem

1.12

3.74

5.4

9.8

0.92

0

2

4

6

8

10

12

2001 2002 2003 2004 2005GWh

Megtermel villamos energia (GWh)

Forrás: Tóth P. 2006

SzéchenyiIstvánEgyetem

A megújuló energiaforrások aránya a villamosenergia-termelésben (2000)

0,30Világ OECD0,0223. Svájc0,0219. Belgium0,1213. Franciaország

…0,967. Írország1,016. Hollandia1,525. Görögország1,584. Spanyolország1,603. Németország2,502. Luxemburg

11,711. Dánia%

Forrás: Mindentudás Egyeteme, Kovács Ferenc (2003)

A vízenergia

nélkül!