A megújuló energiaforrásokról közérthetően: csodaszer vagy zsákutca?
Mindkettő és egyik sem – hangzik a bevett, frappáns válasz a címben feltett kérdésre. Ám Janáky Csaba vegyész szándéka nem a kérdés megkerülése volt, hanem az, hogy a végletektől mentes, reális képet adjon arról, mik a lehetőségeink, ugyanakkor milyen akadályai vannak annak, hogy a klímavédelem érdekében egyre inkább megújuló energiaforrások használatával működtessük a gazdaságot. A Tudományünnep+ keretében tartott előadás videófelvétele cikkünkben megnézhető.
„A természet hatalmas, az ember parányi. Ezért aztán az ember léte attól függ, milyen kapcsolatot tud teremteni a természettel, mennyire érti meg, és hogyan használja fel erőit saját hasznára” – ez a Szent-Györgyi Albert-idézet volt a mottója az Európai Kutatási Tanács (ERC) pályázatain egyedüli magyarként háromszoros nyertes Janáky Csaba elektorkémikus előadásának, amelyet a Magyar Tudomány Ünnepe alkalmából tartott a Magyar Tudományos Akadémián.
Az emberiség energiafelhasználása robbanásszerűen megnőtt az ipari forradalom kezdete óta, a tetemes növekményből azonban egyelőre elenyésző a megújuló energiaforrásokra eső rész.
Kérdés, hogy a népességnövekedéssel párhuzamosan hogyan változik az energiafelhasználás és az energiamix a jövőben. A fosszilis energiahordozók egyeduralma nem tartható fenn, ezért kulcsfontosságú, hogy a jelenleg közepesen fejlett vagy fejlődő országok milyen fejlődési pályára állnak az energiafelhasználás mennyiségét és módját tekintve.
A globális szén-dioxid-kibocsátás az ipari forradalom óta az energiafelhasználáshoz hasonlóan dinamikusan növekedett, hiszen a növekvő energiaigényt a fosszilis energiahordozók elégítették ki. A légkörben ma már minden 1 millió molekulából 420 molekula szén-dioxid, az antropogén eredetű növekedés okozta változások a Föld hőháztartásában pedig egyenesen vezettek a globális klímaváltozáshoz.
A szén-dioxid-kibocsátás háromnegyed részéért az energiaszektor felel – igaz, ebben benne van a háztartások fűtése és az ipar energiafelhasználása is. Ezért az előadó kézenfekvőnek nevezte, hogy ebben a szektorban kell minél nagyobb mértékben kiaknázni a megújuló energiaforrásokat.
Janáky Csaba szerint a jó hír az, hogy
megújuló forrásokból évente nagyjából háromezerszer akkora energiamennyiség áll rendelkezésre a Földön, mint amennyire az emberiségnek szüksége van,
és ezt szerencsére egyre nagyobb mértékben hasznosítjuk, sőt – mint az előadó elmondta – rendre alábecsülik a szektor növekedését: 2022-re például 800 GW energiafelhasználást jeleztek előre néhány éve világszinten, ehhez képest már most, ősszel meghaladtuk az 1000 GW-ot.
Janáky Csaba (Az előadáson készült képgaléria a fotóra kattintva nézhető meg.) Fotó: mta.hu / Szigeti Tamás
A világon a teljes energiatermelés kb. 12%-a, a villamosenergia-termelés kb. 25%-a származik megújuló forrásból. Előállítása olcsó, a napelemekkel termelt áram mára pedig a legolcsóbb energiaforrássá vált a technológiai fejlődés eredményeként.
Adódik a kérdés, hogy ha tiszta is, és olcsó is miért nem fedezünk mindent megújulókból, azon belül is napenergiából származó energiával. Egyrészt azért, mert a megújuló források nem egyenletesen állnak rendelkezésre, és nem is egyenletesen használjuk fel őket sem az év, sem egy adott naptári nap folyamán.
A napenergia esetében már a napi ingadozás is jelentős eltérést okoz az egy adott napszakban termelt és felhasznált energia mennyisége között, és sok helyen, így Magyarországon is egyelőre súlyos problémákat okoz, hogy a naperőművek által termelt, de helyben fel nem használt áramot hogyan lehet a meglévő elektromos hálózatba továbbítani.
A szezonalitás és az abból adódó túl-, illetve alultermelés problémájára a megfelelő tárolási technológiák fejlesztése és alkalmazása adhat megoldást. Erre különböző lehetőségek vannak (kondenzátorok, akkumulátorok, hidrosztatkius tárolás, kémiai tárolás), a megfelelő módszer kiválasztása attól függ, mennyi energiát milyen hosszú ideig akarunk tárolni. Közép- és hosszú távon csak a kémiai és a hidrosztatikus tárolás jelenthet kiszámítható megoldást.
Mint elhangzott, Magyarországon csak az előbbiről lehet szó, vagyis arról, hogy
elektromos energiát kémiai energia formájában tárolunk.
A kémiai tárolás lényege, hogy elektromos energia segítségével nagy energiájú vegyületeket hozunk létre, például hidrogént vagy szén-dioxid-bázison előállítható energiahordozókat, üzemanyagokat.
A szezonalitás mellett a megújulók kizárólagos alkalmazásának másik akadálya az, hogy nem minden energiafelhasználási folyamat elektrifikálható. A közlekedés egyes elemei, például a hajózás, repülés, valamint egyes ipari ágazatok, mint a vegyipar, nagy energiasűrűségű üzemanyagot igényelnek, működtetésük a jelenlegi technológiákkal nem biztosítható elektromos energiával, és mindenképpen szén-dioxid-kibocsátók maradnak.
Az elektromos energia kémiai tárolása mindkét kihívásra választ adhat. Ezért is támogatja az EU az ipari léptékben alkalmazható zöld technológiák fejlesztését és alkalmazását. A két fő cél az, hogy egyrészt a különböző megújuló energiaforrásokkal termelt villamos energiát akkumulátorosan lehessen tárolni, majd a közlekedésben felhasználni, másrészt hogy az megújulók által termelt árammal a nagy mennyiségben elérhető kis molekulákat (nitrogén, víz, szén-dioxid) át lehessen alakítani nagy energiájú molekulákká (hidrogén, ammónia), amelyekkel aztán működtethetők a nem elektrifikálható technológiák, valamint megoldható az energiatárolás is.
Fotó: mta.hu / Szigeti TamásA hidrogénnel kapcsolatban Janáky Csaba elmondta, hogy az előállítás módjától a szállítás és tárolás módszerein át a felhasználásig bonyolult értékláncok jöhetnek létre attól függően, hogy az adott cél érdekében milyen technológiák állnak rendelkezésre, vagy milyen technológiai fejlesztést kell és lehet elvégezni ahhoz, hogy gazdaságilag optimális, egyben zöld megoldások szülessenek. A Szegedi Tudományegyetem általa vezetett projektjének célja például, hogy a napenergiával előállított elektromos árammal elektrolízissel hidrogént fejlesztenek, a hidrogént pedig szintetikus üzemanyag előállítására használják fel.
A zöldebb gazdaság megteremtéséhez a hidrogén mint energiatároló felhasználása mellett egy másik kémiai eszköz a szén-dioxid „befogása” az erőműveknél, ipari folyamatokba ágyazva vagy közvetlenül a levegőből. A megkötött szén-dioxidot így vagy elraktározzuk vagy hasznosítjuk, akár átalakítás nélkül (pl. üvegházakban), akár úgy, hogy valamilyen hasznos termékké (vegyipari alapanyaggá, üzemanyaggá, építőanyaggá) alakítjuk. Így kiválthatunk olyan, fosszilis alapú folyamatokat, amelyeknek jelenleg nagyon nagy az ökológiai vagy szén-dioxid-lábnyomuk.
Janáky Csaba hangsúlyozta, hogy teljes értékláncokat, ipari folyamatokat sok esetben nem lehet zöld technológiával kiváltani, mert a meglévő infrastruktúrák nem vagy csak nagyon költséges módon cserélhetők le,
de a folyamatok egyes, erősen szennyező elemei zöldebbé tehetők.
Az új, „zöldítő” vegyipari technológiák ipari alkalmazásáig azonban hosszú és összetett folyamat vezet a kémiai folyamatok megértésétől és megtervezésétől az üzemi működés megvalósításán át a nagyobb vegyipari rendszerbe való beillesztésükig és elfogadtatásukig.
Hogy Janáky Csaba és munkatársai pontosan mivel járulnak hozzá ehhez a folyamathoz, kiderül a cikk elején található videóból.
