Környezetvédelem | Levegőtisztaság » Energetika és légszennyezés

Energetika és légszennyezés Energiatermelés: Ma már az energia utánpótlás nélkül az ipari, mezőgazdasági létesítmények, városok, közlekedési hálózatok teljesen megbénulnának. Az emberiség számának és igényeinek növekedésével az energiatermelés és felhasználás is egyre növekszik, károsítva ezzel az atmoszférát, hidroszférát, a geoszférát és a bioszférát. A növekvő energiaigény két okra vezethető vissza:  A fejlődő országok jelenleg a világ teljes energiafelhasználásából csak mintegy 20-25 %-ban részesednek, viszont népességük a világ népességének 75-80 %-át teszi ki. Fejlődésükhöz egyre több energiára van szükségük.  A világ népessége egyre kevesebb idő alatt folyamatosan megduplázódik, ami főként a fejlődő országokban megy végbe. Ha a Föld energiamérlegét nézzük, akkor elmondható, hogy a beérkező és távozó energiákhoz képest az emberiség által felhasznált energia mennyisége

elhanyagolható. Az energiaproblémát jelenleg a gazdaságosan felhasználható és megfelelő sűrűségű energiakészletek hiánya jelenti, ill. az energiatermelés kisebb-nagyobb mértékben a környezetbe történő beavatkozással, környezetszennyezéssel jár, tehát törekedni kell a készletek célszerű, gazdaságos, takarékos felhasználása mellett, új, alternatív energiaforrások bevezetésére, alkalmazására is. A világ energiafelhasználása: Az energiafelhasználást tekintve a Földön nagy eltérések vannak: Kínában pl. télen nem fűtenek, s nyáron nem használnak légkondicionálást, ezzel ellentétben, az USA-ban nyáron több energiát használnak fel, mint télen, mivel a légkondicionálás költségei 2-3-szor nagyobbak, mint a fűtési költségek. Energiahordozók, energiaformák: Az energiahordozók osztályozása: • elsődleges (primer) energiaforrások, amelyek a természetben fordulnak elő; • másodlagos energiaforrások, amelyeket az

elsődlegesekből mesterségesen állítanak elő (pl. elektromos áram, vízgőz, kőolajpárlatok, sűrített levegő, stb.) Az energiahordozók másik osztályozása: - Kimerülő energiaforrások: - fosszilis tüzelőanyagok (kőszén, kőolaj, földgáz), - nukleáris anyagok (hasadó- és fúzióképes anyagok), - geotermikus energia (kőzetek hőtartalma, konvektív hőhordozók), - Megújuló energiaforrások: - Napenergia (napsugárzás, fotoszintézis – mikrobiológiai reakciók, szél, felszíni vízfolyások, tengeri áramlások, hőfokkülönbségek és hullámzás), - gravitációs energia (ár-apály). Az energiafajták egymásba átalakíthatók: közvetlen és közvetett energiaátalakítási eljárásokat különböztetünk meg. Az energiahordozók története: Az ember először a biomasszát (minden, a természetben található, szerves eredetű éghető anyag) használta energiaforrásként. Ehhez társult az ember izomereje -1- A háziasított állatok

vonóerejét is kihasználták korábban is. Ezután a szél (vitorlás hajók, szélmalmok) és a víz energiáját (vízi malom) kezdte el nagyobb mértékben használni. A gőzgép felfedezése olyan nagy igényeket támasztott a vas- és acélgyártás számára, amit már nem lehetett faszénnel kielégíteni, így felváltotta a szénből előállított koksz. A szén lett a tüzelőanyag is a különböző gőzgépek, gőzhajók és gőzmozdonyok számára. A II. világháború után a fosszilis energiahordozók, a szénhidrogének (kőolaj és földgáz) vették át a főszerepet. Az olaj felhasználás ekkor exponenciálisan nőtt, majd az első olajár-robbanáskor megtört ez a növekedés. Miután rájöttek arra, hogy az olajkészletek végesek, elkezdődött az energiatakarékosság időszaka. Kis fogyasztású japán autók és elektromos háztartási berendezések stb A fosszilis energiahordozók szerepe: Ma a fosszilis energiahordozók (szén, kőolaj, földgáz)

felhasználásának aránya még meghaladja a 80 %-ot. Ha az elektromos áram előállításának forrásait nézzük, akkor a földgáz és a kőolaj részaránya kisebb az áram termelésben, mert ezeknek csak egy részét égetjük el erőművekben, másik részét kémiai nyersanyagként hasznosítjuk (pl. műanyagok, gyógyszerek előállítására, üzemanyagként stb) Így a megújuló energiaforrások részaránya az áram termelésben a napelemek, szélturbinák, vízierőművek révén és a nukleáris energiáé az atomreaktorok révén nagyobb, mint az összes energia mérlegben, de az elektromos áram közel kétharmada is ma még fosszilis energiahordozókból származik. Előnyük: - könnyen szállíthatók, - a Földön egyenletesen oszlik el, - könnyen átalakíthatók egyik halmazállapotból a másikba - a szén cseppfolyósítható és elgázosítható, - az olaj és származékai elpárologtathatók (pl. az üzemanyagok a gépkocsikban), - a gáz

cseppfolyósítható, - elégetve őket, a felszabaduló hővel vizet párologtatunk el, vízgőzt termelünk, aminek energiájával megforgatva a gőzturbinákat kapunk elektromos áramot, Hátrányuk: - kimerülő energiaforrások, - környezetszennyező hatásúak, - a bennük levő S elégetéskor SO 2 -dá alakul, ami tovább oxidálódva kénsavat alkot, ami a csapadék savasodását okozza; - a levegő N-je és O-je részben NO X -okká egyesül, ami szintén hozzájárul az esők savasodásához - üvegházhatású gázok (CO 2 ) szabadulnak fel elégetésükkor. Üvegházhatás: Az üvegházhatás nem negatív jelenség, ugyanis nélküle a Föld átlaghőmérséklete 33°C-kal alacsonyabb lenne. Lényege, hogy a légkörben levő gázok a rövidhullámú sugarakat (pl fény) átengedik, ennek jelentős része a felszínen hosszúhullámú sugárzássá alakul (hő), amit már a légkör nem enged át. Üvegházhatású gázok: - H 2 O (vízgőz): ez a legjelentősebb, ami

alig emberfüggő, - CO 2 : természetes forrásokból pl. légzés, bomlási folyamatok révén, ill antropogén forrásokból pl. fosszilis tüzelőanyagok égetése révén, - CH 4 : molekulánként 20-szor hatékonyabb, mint a CO 2 . Forrásai biológiai (bomlás, erjedés fermentáció-) és antropogén (bányászat, ipar) is lehet - N 2 O: 150 éves légköri tartózkodási idő! - NO 2 , CO, O 3 : mennyiségük kétszeresére növekedése esetén +0,8°C-kal emelik az -2- - Freonok: hosszú tartózkodási idő - Metil-kloroform, CCl 4 : +0,1°C-kal emelik az átlaghőmérsékletet. A légkör üvegházgázai megakadályozzák azt, hogy az infravörös sugárzás a felszínről közvetlenül eltávozzon a világűrbe. Az üvegházgáz koncentrációi (a vízgőz kivételével) folyamatosan emelkednek az emberi tevékenységek következtében. Főként a szén, az olaj és a földgáz elégetéséből származó szén-dioxid, a mezőgazdasági tevékenység és a

földhasználat változásai következtében keletkező metán és nitrogénoxidok, a gépjárművek kipufogó gázainak hatására képződő ózon, s a gyáripar által előállított CFC-k koncentrációi folyamatosan növekednek. Valószínűleg a légköri vízgőz mennyisége is növekszik a fellépő pozitív visszacsatolási mechanizmus következtében. A klímarendszernek alkalmazkodnia kell a növekvő üvegházgáz koncentrációkhoz annak érdekében, hogy fenntarthassa a "globális energiamérleg" egyensúlyát. A Földnek ugyanannyi energiától kell megszabadulnia, mint amennyit a Nap sugárzásából elnyel, ezért a klímának valamiképp meg kell változnia ahhoz, hogy visszaállítsa a beérkező és távozó energiák egyensúlyát. Globális felmelegedés: Az üvegházhatás növekedés eredményezheti a globális felmelegedést, ami negatív jelenség. Elmondható, hogy van globális felmelegedés, de mértéke jelentősen kisebb annál, mint amit az

1980-as években jósoltak. Már látszanak bizonyos, a felmelegedést igazoló tendenciák, melynek okozói között lehet az antropogén szennyezés is. De ha a kedvezőtlen éghajlatváltozás nem is következne be, szem előtt kell tartani az elővigyázatosság elvét, ami az időben történő cselekvésre ösztönöz bennünket, azaz csökkenteni kell a fosszilis energiahordozók felhasználásának mértékét. Az 1997-ben Kyotoban lezajlott klíma konferencia határozatait (amelynek lényege az 1990-es CO 2 kibocsátás 5 %-os csökkentése 2010-re) csak 2005-ben ratifikálta az aláíró országok több, mint 50 %-a, ami a hatályba lépés feltétele (az USA, Kína és India nem). Klímaváltozás: Az éghajlati modellek szerint, ha a jelenlegi kibocsátási trendek folytatódnak, akkor az átlagos felszínhőmérséklet 2100-ra kb. 2°C-kal fog emelkedni Ez az előrejelzés az 1990 évet tekintette bázisévnek. A múltbéli kibocsátások ismeretében megállapítható,

hogy valamelyes klímaváltozás már bekövetkezett. Az éghajlat nem reagál azonnal az emissziókra Következésképp, több éven át tovább fog változni a klíma, még akkor is, ha az üvegházgáz kibocsátások csökkenni fognak, s az üvegházgázok légköri koncentrációinak emelkedése megáll. A klímaváltozás néhány fontos következménye, mint pl. a tengerszint előre jelzett emelkedése még hosszabb idő elteltével fog megvalósulni. -3- CO 2 csökkentési lehetőségek A CO 2 kibocsátást korszerű, energiatakarékos eszközök, módszerek kifejlesztésével és bevezetésével érhető el. Pl az acéliparban a Siemens-Martin kemencés acélgyárakat felváltotta a külső energiát nem használó konverteres acélgyártás. Vagy a klasszikus izzókat (az elektromos áramnak csak kb 5 %-át használják a fény előállítására, fogyasztásuk nagy része melegítésre fordítódik), fénycsövekkel és kompakt világítótestekkel váltják fel. - A

hőszivattyú használatával kevesebb energiát kell fordítani pl. a fűtésre, melegítésre Működési elve ugyanaz, mint a hűtőszekrényé, azaz hidegebb helyről kell energiát szállítani melegebb helyre, mechanikai energia befektetésével. Ebből következei, hogy mindenkinek van otthon hőszivattyúja, akinél hűtőszekrény vagy légkondicionáló működik. Akkor alkalmazná hőszivattyúként, ha hasznosítaná azt a meleget, amit a hűtőszekrény (klímaberendezés) hátoldalán a hőcserélő lead. Ma ipari üzemek, nagy intézmények, szállodák használják ezt az elvet, hisz olcsóbb az energiát szállítani, mint előállítani. - Másik lehetőség az eltüzelt fosszilis energiahordozók arányának módosítása. Azonos energiatermelés esetén a szén, kőolaj, földgáz sorrendben csökken a szén-dioxid kibocsátás, mert ebben a sorrendben nő a hidrogén tartalmuk, ami vízzé ég el. Földgáz-tüzelésnél 40 %kal kevesebb a szén-dioxid

kibocsátás, mint széntüzelésnél - A CO 2 emisszió csökkentése szempontjából a nem fosszilis energiahordozók felhasználásával előállított hidrogén lenne a legtisztább üzemanyag, mert ennek csak víz az égésterméke. Ez akkor fog megvalósulni, ha a hidrogént nem földgázból, hanem vízből fogják előállítani fotokatalitikus vagy mikrobiológiai úton, vagy elektrolízissel, és az elektrolízishez szükséges áramot nem hőerőművekben termelik szén és szénhidrogének eltüzelésével. A hidrogén ugyan közvetlenül is elégethető, de sokkal célszerűbb üzemanyag cellában közvetlenül áramtermelésre hasznosítani. - Másik csökkentési lehetőség még, hogy az erőművek kéményeikből nem engedik ki a levegőbe a káros anyagot, hanem a füstgáz CO 2 tartalmát kivonják. - Elvileg lehetne pl. abszorpcióval, ami azt jelenti, hogy valamilyen (lehetőleg lúgos) folyadékon átbuborékoltatva elnyeletjük. Ez általában hidegen és nagy

nyomáson végezhető. Felmelegítve vagy a nyomást lecsökkentve a CO 2 visszanyerhető és felhasználható. - Adszorpciós technológiával, melyek alacsony hőmérsékleten és nagy nyomáson működnek hatásosan pl. szervetlen vagy szerves membránok segítségével - Katalitikus hidrogénezéssel a CO 2 értékes kémiai nyersanyagokká, pl. metanollá, formaldehiddé, hangyasavvá alakítható, legalábbis elméletileg. Termodinamikailag ezek nem önként végbemenő folyamatok, csak energia-befektetéssel valósíthatók meg, így a bruttó CO 2 mérleget feltétlenül figyelembe kell venni. A CO 2 hasznosítása: - szénsavas üdítőitalokban; - mosóporokban és üveggyártáshoz használt szóda (Na 2 CO 3 ); - a nitrogénműtrágyaként fontos karbamid előállításához (a karbamid előállítását épp a nitrogén-műtrágyagyártásban melléktermékként keletkező CO 2 hasznosítására dolgozták ki); - oltott mész előállítására; - regeneratív (metanolos)

üzemanyagcellában: a CO 2 -ot hangyasavvá és származékaivá, ill. a cellafeszültségtől függően metil-alkohollá tudjuk alakítani vizes közegű elektrokatalitikus redukcióval, vagyis a vízből nem kell hidrogént készíteni; -4- - fotoszintézis révén a CO 2 -ot felhasználva biomassza állítható elő; A CO 2 tárolása: - kimerült fölgázmezőkben, - mélytengeri elhelyezés, - a legjobb megoldás a természetes fotoszintézis lenne – erdőtelepítés. Számottevő csökkentése csak úgy oldható meg, ha a szén, földgáz és kőolaj használatát csökkentjük, és a nem fosszilis energiahordozók arányát növeljük: pl. nukleáris energiával termeltetünk elektromos áramot, ill. a megújuló energiaforrásokat (nap, szél, vízi energia) hasznosítjuk nagyobb hatásfokkal Hazánk a legnagyobb lehetőséggel a biomassza termelésben (a mezőgazdaság révén) és a geotermikus energiában (a termálvizek révén) rendelkezik. A kommunális energia

kiaknázása is hasznos lenne (a kommunális és termelési hulladékégetők által termelt energiát jelenti). A szén-dioxid emisszió csökkentésére kvóta rendszert dolgoztak ki és ezzel egyfajta kereskedelmet is. Ez azt jelenti, hogy az országok számára megállapítottak egy kvótát, ami megfelel a kyotói megállapodásban előírt csökkentésnek. Az ezen felüli kibocsátást büntetik A kvóta betartására két dolgot tehetnek: fejlesztésekkel, korszerű beruházásokkal csökkentik a CO 2 kibocsátást, vagy a plusz kibocsátást eladják a központilag meghatározott áron olyan cégnek, országoknak, amelyik nem merítette ki a saját kvótáját. CO 2 csökkentés Magyarországon: A CO 2 kibocsátás csökkentésére és a megújuló energiaforrások arányának növelésére nemzetközi megállapodások is ösztönzik az országokat. Az 1997-ben, Kyotoban aláírt egyezményhez hazánk is csatlakozott, ami 2010-re az 1990-es CO 2 kibocsátás 5 %-os

csökkentését írja elő. Az Európai Uniós előírások teljesítése ennél nehezebb feladat. Eszerint a megújuló energiaforrások jelenlegi 3,66 %-os részarányát 2010-re 6 %-ra, 2020-ra 20 %-ra kell növelni. Ezen belül a 0,8 %-os áramtermelést 2010-re 3,6 %-ra. A megvalósításhoz anyagi támogatásra, gazdasági ösztönzőkre (hitelek, adókedvezmények, állami támogatás, stb.) lenne szükség -5-