Energiaügyi összefoglaló

Több címszavamban foglalkoztam már az energiával soféle szempontból. (A keresőben az energia beírásával több tucat kapcsolódó címszó érhető el.)
Most (2021.11.09) az emelkedő energiaárak miatti mindenféle hírek kapcsán megpróbálok átfogóan összeszedni minél több információt az energiáról.

Főbb témakörök:
Mi a fene az energia?, Miféle energiákat használunk?, Mihez kell energia?, Hogy állunk kis hazánkban az "energiaúr" színe előtt?, Mit hozhat a jövő?

Mi a fene az energia?

Elvont, minden fizikai folyamattal és testtel összefüggésben álló, kiszámítható mennyiség, melynek összértéke a tapasztalat szerint minden esetben megmarad.

A fizika egyik legfontosabb fogalma.
Az energia összeadódó skaláris mennyiség, amely átadható, de meg nem semmisíthető "könyvelési eszköz" a folyamatok elemzésében. Néha munkavégző képességnek is nevezik.
Közelebbi leírására számos jelző használatos (pl. a hő/termikus energia, helyzeti/potenciális energia, mozgási/kinetikus energia, elektromos energia, vegyi energia), de azok mind ugyanarra az energiára vonatkoznak csak épp különböző megnyilvánulási formáit jelölik.

Ebből is látszik, hogy nem egyszerűen leírható, kezelhető dologról van szó.

A Földön elérhető minden energia - az atomenergia és az árapályenergia kivételével - közvetlenül vagy közvetve a Napból származik.

A földi légkör 1 négyzetméterére merőlegesen beeső teljesítmény 1370 watt (napállandó). Ez a hihetetlen mennyiségű energia csaknem minden más energia forrása.

Egyeseknek talán meglepőnek tűnik, de a fosszilis energiahordozóként ismert kőszén, kőolaj, földáz az évmilliók során a növények a fotoszintézise által vegyileg megkötött, elraktározott napenergia eredménye.
Ugyancsak "elraktározott napenergiának" tekinthető a vízenergia, hiszen a Nap által elpárologtatott víz csapadék formájában lehull a magasabban fekvő területeken és onnan lefolyva, a Föld gravitációja miatt, helyzeti energiaként van jelen, ami mechanikai munkává és elektromos energiává alakítható. Ugyanilyen "elraktározott napenerga" a szélenergia is, hiszen a Nap nem egyformán melegíti fel a földfelszín különböző területeit, és ezáltal a fölötte lévő légkört sem. Ez hőcserét eredményez, ami vízszintes légmozgás, vagyis szél kialakulását okozza.

És ami nem a Napból ered?

Az egyik ilyen az atomenergia, vagy más néven nukleáris energia.
Az atomszerkezetileg "legkisebb energiájú" vas atommagra "törekvő" nehezebb elem atommagja könnyebb elemek magjára hasad (igen jelentős) energiafelszabadulással. A maghasadás tehát az atomenergia egyik forrása, amit néhány évtizede már alkalmazunk békés (és sajnos "békétlen") célra.
A másik "módszer", amikor két könnyebb elem atommagja egyesül egy nehezebb elem atommagjává. Ez a magfúzió, amit a csillagok "alkalmaznak" energiatermelésre. Néhány évtizede, már mi is képesek vagyunk erre, de pillanatnyilag csak a "szupernóva változat" működik a hidrogénbombában, a "csillag változat" kifejlesztése jelenleg is folyik.

A másik nem Nap eredetű energiaforrás a Hold gravitációja által keltett árapályenergia. Működnek ilyen erőművek, leginkább olyan tengeröblökben, folyótorkolatokban, ahol ez gazdaságosan megvalósítható.

Miféle energiákat használunk?

Kezdetben vala a saját izomerő és (közvetve) a napenergia.
Az ősemberek megették a „napenergiát” növények és közvetve állatok formájában és ezt átalakították a saját izomenergiájukká. Később, a tűz alkalmazásával, a növények által szőlőcukor, illetve cellulóz formájában raktározott napenergiát alakították "vissza" hővé és melegedtek, sütögettek a tűz mellett.

Később az állatok izomenergiáját is hasznosították.

Aztán használni kezdték a szél energiáját(szélmalom, vitorláshajó - a képen) és a vízenergiát (vizimalom).
Egészen a kőszén használatáig, de még azután is jó sokáig a ló volt a fő "energiaforrás", vagyis a lóval megetetett növények által raktározott illetve a szélenergiát és vízenergiát, vagyis az emberiség szinte kizárólag "megújuló energiát" használt százezer évekig.
 

A gőzgép alkalmazásával, a 17. század végén vette kezdetét a fosszilis energia korszaka.
(A képen Newcomen bányaszivattyúja látható.)
Egyre nagyobb mértékben kezdték el használni a szenet, a növények által évmilliók alatt elraktározott napenergiát. Megjelentek mindenütt a gőzgépek a mezőgazdaságban a cséplőgépek, a közlekedésben a gőzmozdony és a gőzhajó, az iparban a gőzgéppel hajtott különböző gépek.
Később (a 19. század elején) elterjed a gázlámpás világítás, szénből előállított "városi gázzal".

A 19. század végefelé kezdődött el az elektromos energia korszaka.
Az 1876-ban elkészült szénszálas izzólámpa és a vízierőművek, a széntüzeléses erőművek már nagyobb mennyiségben tudták előállítani.

Később egyre inkább elterjed a "kényelmesebb" kőolaj és földgáz alkalmazása az energiatermelésben.
A 19. század végén megjelennek a robbanómotorok is és a közlekedésben hihetetlen mértékben elterjednek. A fűtés és a villamosenergia-termelés mellett legnagyobb mennyiségben ezek használják el a kőolajkészletet.

(Sajnos) még ma is ezek adják a felhasznált energia legnagyobb részét, aminek meg is lett a következménye, a mai első számú közellenség, a globális felmelegedés.

Fermi 1942-ben elindítja az első atomerőművet és ezzel kezdetét vette a nukleáris energia felhasználása.

Talán a jövő egyik kimeríthetetlen energiaforrása a "másik" nukleáris erőmű típus a fúziós erőmű lesz.
Lassan (2025) elkészül az első "igazán komoly" kísérleti fúziós reaktor, a nemzetközi (elsősorban EU) összefogással Franciaországban épülő ITER. (Tokamak rendszerű lesz - a képen ez látható.) Még biztosan több évtized szükséges, amíg az ilyen rendszerű erőművek energiatermelésre is használatba kerülnek.

A jövő útja, a fentebb említett fúziós erőmű mellett a "visszatérés" a megújuló energiaforrások használatára, ha nem akarjuk teljesen tönkretenni a Földet.
Nálunk is épültek szélerőművek (a képen). Egyre nagyobb mértékben használunk napenergiát, napkollektorokat.
Rengeteg mezőgazdasági hulladékot, vagy direkt energianyerésre termesztett növényeket égetnek el hőerőművekben. Terjed a biológiai úton előállított etilalkohol üzemanyagban való alkalmazása, az olajos növényekből előállított biodízel üzemanyag használata.

Mihez kell energia?

Mindenhez. (A jelenlegi életmódunk alapján.)

Tételezzük fel, hogy valaki a kertjében elülteti az előző évi krumpli apraját. Komposztot használ. A bogarakat leszedi minden nap kézzel. A locsolást a közeli patakból vödörrel hordott vízzel oldja meg. Ebben az esetben csak a napenergiát konzerválja krumpli formájában. Így azonban nem sokan élnek.
Az emberek zöme városokban él. Krumplit csak a boltban lát. Azt valahol messze, esetleg külföldön, termesztették. Műtrágyával, gépekkel. Teherautóval szállították valami (esetleg hűtött) tárolóba. Onnan teherautóval szállították a boltba. Műanyag zacskóba szedjük a ládából.

Ez csak egy példa, de tényleg mindenhez energiát használunk.
A mezőgazdaság az egyik legnagyobb energiafelhasználó. A munkagépek, a műtrágya, a gabona szárítása, az állattartás (esetleg fűtéssel), a szállítás mind fosszilis energiát használ. Jó sokat.
Az élelmiszerek feldolgozása, tárolása (pl. hűtés, konzerválás) energiát használ.
Energiát használunk a lakás fűtéséhez, világításhoz, főzéshez, eszközeink (tv, számítógép, mobiltelefon stb.) működtetéséhez.
Tengersok energiát használtak fel az építőiparban is az építőanyagok gyártásához, a lakás megépítéséhez.
Rengeteg energiát, erőforrást használ a ruhaipar. Ráadásul a jelenlegi divatmánia miatt, „illik” évente lecserélni minden évszak ruhatárát.
Fogyassssszunk a jelszó mindenütt.
Le kell cserélni a bútort, a TV-t a mobilt, mindent, mert egy éven belül itt a következő.

Kész csoda, hogy csak ennyire tettük tönkre a Földet még.

Hogy állunk kis hazánkban az "energiaúr" színe előtt?

Röviden: rosszul.

Bővebben:
- Kinyerhető földgázunk gyakorlatilag nincs. Jelenleg szinte teljes egészében import földgázt használunk.
- Gyengébb minőségű szénkészleteink vannak, de azt a globális felmelegedés miatt már „nem illik” felhasználni. Az egyetlen jelentős, a visontai lignittüzeléses hőerőmű (a képen) hamarosan nem éget többet.
- Geotermikus energiával aránylag jól állunk, de nagyon nagy beruházásokat igényel a felhasználása. Eddig nem igazán mocorogtunk ezirányban. (A néhány elkezdett körörül is sok a botrány.)
- Napfény lenne bőven, de nem mindig süt és a tárolás még nem megoldott.
- Szélerőműveket lehetne egyes helyeken létesíteni „szélerőileg”, de egy ügyes törvénnyel ezt sikerült megakadályozni.
- Nincs olyan folyónk, amin jelentős vízerőművet lehetne létesíteni.
- Biomasszát használnak itt-ott, de annak is megvannak a maga hátrányai.
- Az öregedő atomerőművünket lassan le kell állítani az utódját pedig még el sem kezdték építeni.
- Áramból jelenleg importra szorulunk, kérdés, hogy lesz-e honnan.

A propaganda viszont remekül működik. Egyesek úgy képzelik, hogy a király majd felemeli delejes balkezét és akkor nálunk lesz rezsicsökkentett, ócsó villany meg gáz akkor is, ha a hüjjje nyugatiak sötétben fáznak. Az igazság az, hogy az olcsó energiának híg a leve. A tényleges árat mindenképpen megfizetjük a drága kenyér és más termékek árában. Energia mindenhez kell. Azt sem tartom lehetetlennek, hogy majd egyes helyeken csökkentik a közvilágítást, mert az önkormányzat nem tudja megfizetni az áram többszörösére nőtt árát. Esetleg problémák lesznek a távfűtéssel, mert ahhoz meg drága gáz kell(ene).

Mit hozhat a jövő?

Pusztulást, ha így folytatjuk.
Ha sikerül végre észhez térni, akkor még van esélyünk.
Szinte minden rendelkezésre áll egy „tiszta” energiát használó világ kialakítására, de nagyon gyorsan kell lépni. Ami a leginkább hiányzik, az elektromos energia hatékony tárolásának megoldása.

Első körben a széntüzeléses hőerőműveket kell felszámolni, mert ezek „termelik” a legtöbb szén-dioxidot.
Rengeteg napelemre, naperőműre és szélerőműre lesz szükség. Vannak olyan területek, ami másra nem is alkalmas.

Meg kell oldani a lakások hatékony hőszigetelését a fűtési (és hűtési) energia nagymértékű csökkentése érdekében. (Ebben van bőven teendő nálunk is. Rengeteg rossz szigetelésű lakás van az országban, pl. a „kádárkockák”.)

A közlekedésben át kell állni az elektromos hajtásra és a járművek akkumulátorait napelemekkel nyert villanyárammal kell tölteni, napközben, amikor hétágra süt a Nap. Ez sokat javít az áramtárolási gondokon is.

A közlekedésnek van két olyan ága, a tengeri szállítás és a repülés, ami nem oldható meg egykönnyen fosszilis energiahordozók nélkül, de vannak fejlesztések ezen a területen is.
Lehet, hogy megjelenik újra a vitorla valamilyen formában a jövő teherhajóin. Valószínűleg valamilyen „hibrid” hajtásokra lesz szükség eleinte. Vitorlával is felszerelt hajók jelenhetnek meg.
A repülőgépeken is kísérleteznek elektromos hajtással vagy hidrogén használatával, esetleg a kettőt kombinálva.

A légkondik is jól tudják (tudnák) hasznosítani a nappal nagy mennyiségben rendelkezésre álló, napelemekkel termel áramot. Szerencsére akkor kell a legjobban hűteni, amikor a legjobban süt a Nap.

Az áram „raktározásának” egy másik nagyon jó lehetősége a nitrogén műtrágya előállítása napenergiával. Erről nem nagyon hallani, pedig teljesen kézenfekvő. Jelenleg komoly probléma, hogy a növekvő földgázárak mellett már nem éri meg az egyébként a mezőgazdaság számára feltétlenül szükséges ammónium-nitrát előállítása. Pedig ehhez csak levegő, víz és energia kell. A Haber-Bosch szintézis remekül működne napenergiából nyert árammal. Ebben az esetben a hidrogént vízbontással nyernék, a levegő meg tele van nitrogénnel. A többi már csak energia kérdése.

Szóval számtalan szebbnél szebb ötlet van a jövő számára, „csak” (politikai) akarat kell hozzá.

Felhasznált irodalom