A természeti erőforrások kihasználása

Az előadások a következő témára: "A természeti erőforrások kihasználása"— Előadás másolata:

1 A természeti erőforrások kihasználása
Készítette: Kincses László

2 A Föld természeti adottságai
Bolygónk átlaghőmérséklete 15°C-ra becsülhető. Ez az érték az egyes földtörténeti korokban más volt ugyan, de az utóbbi évben nem változott ±1°C-nál nagyobb mértékben. E meglehetős állandóság fő oka a légköri gázok megfelelő összetétele. Az üvegházhatású gázok nélkül mindössze -30°C lenne az átlaghőmérséklet. Mik is ezek és mi a hatásuk? Földünkön a legfontosabbak: a vízgőz (H2O), a szén-dioxid (CO2) és a metán (CH4). Ezen gázok üvegházhatása egyébként a Naprendszer többi bolygóján is megfigyelhető. Szerepük az, hogy a Nap fényét átengedik, viszont a Föld felszínéről visszavert, jóval hosszabb hullámhosszú (hő-)sugarak egy részét már visszatartják. Megfelelő arányuk a légkörben biztosítja, hogy az élet számára kedvező hőmérséklet alakuljon ki. A jelenlegi összetételű légkör emellett biztosítja, hogy a napi hőingás sem ölt szélsőséges méreteket.

3 Riasztó példák a szomszédságunkból
A Holdon a légkör hiánya következtében nappal 140°C-ra is felmelegedhet, éjjel pedig -180°C-ra lehűlhet a sziklák felszíne. A Vénuszon lehetett akár a földihez hasonló kellemes klíma is, de valószínűleg a vízgőz feldúsulásával beindult az üvegházgázok arányának növekedése. A magasabb hőmérséklet még több vízgőzt juttatott a légkörbe. Később pedig a karbonátos kőzetekből is elkezdett felszabadulni a CO2, aminek következtében a bolygó felszínén jelenleg mintegy 500°C a hőmérséklet. A Marson korábban létezhettek óceánok is, de a bolygó kis tömegvonzása miatt a víz nagy része elillanhatott a bolygóról. Jelenleg a légkör nyomása kevesebb mint századrésze a földinek. Ilyen körülmények között a hőmérséklet alig emelkedik 0°C fölé, annál gyakrabban süllyed -100°C alá. Bolygónkon tehát az üvegházgázok kényes egyensúlya biztosítja a megfelelő hőmérsékletet.

4 A fosszilis energiahordozók
Növényi és állati maradványokból keletkező, levegőtől elzárt bomlás során létrejött energiahordozók a fosszilis (megkövült) energiahordozók, amik évmilliók alatt alakultak ki. Szilárd, folyékony vagy gáznemű halmazállapotúak, nagy az energiasűrűségük, főként szenet és hidrogént tartalmazó vegyületek. Elégetésükkor csökken a levegő oxigéntartalma, és nagy mennyiségű (CO2) és gyakran vízgőz (H2O) kerül a légkörbe, megváltoztatva annak összetételét. Alapvető fosszilis energiahordozók: a szén; a kőolaj; az olajtermékek és a földgáz. Helyettük megújuló ener-giaforrásokat javasolnak a tudósok.

5 A megújuló energiaforrások
Alapvető megújuló energiaforrásaink: a napenergia; a környezeti hőt hasznosító hőszivattyús megoldások; a szélenergia; a biomassza és a biogáz, és a geotermikus energia és a vízenergia. Figyeljük meg, hogy a geotermikus és a hőszivattyús megoldások kivételével ezek és a fosszilis energiahordozók is közvetve vagy közvetlenül a Nap energiáját hasznosítják! Sajnos napjainkban a megújuló energiaforrások jóval kevésbé hatékonyak, mint a fosszilis energiahordozók. Gazdaságunkba sem épült még be a „szennyező fizet” elv, vagyis drágábbak a környezetbarát módszerek, míg a környezetkárosítás nagy részét adóforintjainkból próbálják helyrehozni. Matematikai és számítástechnikai módszerekkel már kiszámíthatók az ún. „külső költségek”, amik a környezet károsításából erednek, és amiket át kéne hárítani a szennyezőkre. Ez esetben például a benzin reális ára a mostaninak nagyjából ötszöröse lenne.

6 A napenergia A földfelszínre nyáron a déli órákban, derült égbolt esetén 1000 W/m2 teljesítményű napsugárzás érkezik. Az éjszakák, a borult valamint a téli időszakok miatt ennél kisebb teljesítménnyel kell számolni éves viszonylatban. Meggondolandó azonban, hogy a gyengébb adottságokkal rendelkező északi országokban igen sok nyereséges napeneriga-vállalkozás működik. Beszélhetünk a napenergia passzív és aktív hasznosításáról. Passzív hasznosításkor egyszerű csillagászati-földrajzi törvényszerűségeknek megfelelően építjük fel az épületet, amely így a Nap segítségével rengeteg értékes energiát nyerhet. (Már több száz éves találmány a tornác a falusi házaknál, amit sajnos kezdünk elfelejteni.) Aktív hasznosítás esetén napelemekkel, napkollektorokkal ejtik csapdába a Nap fényét, és alakítják azt villamos vagy hőenergiává.

7 Hőszivattyús megoldások
A hőszivattyúk működésük során döntő részben (99%-ban) a talajban elraktározott napenergiát, kisebb részben a geotermikus eredetű hőáramot (70–90 mW/m2) hasznosítják. Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796–1832) francia fizikus és matematikus 1824-ben írta le a később róla elnevezett ideális termodinamikai körfolyamatot, amely a hőszivattyúk működésének alapját jelenti. Maga a berendezés a hűtőszekrényéhez hasonló, azzal a különbséggel, hogy míg a hűtőszekrény esetében a belső teret hűtjük és a hőenergiát a külső térbe juttatjuk a gép hátsó részén elhelyezett hűtőpanel segítségével, addig a hőszivattyú esetében éppen fordítva tesszük: a külső térből származó hőt igyekszünk a belső térben felhasználni. Az elfogyasztott villamos energia és a keletkező hőenergia arányát a rendszer „jóságfokaként” határozzák meg, amely a gyakorlatban 3-4, szerencsés esetben és a legkorszerűbb technológiát alkalmazva elérheti az 5-ös értéket, ami azt jelenti, hogy 1 egységnyi igen értékes villamos energia felhasználásával 3, 4 vagy 5 egységnyi kevésbé értékes hőenergiát képes termelni.

8 A szélenergia A szél energetikai hasznosítása meglehetősen széles körű. Ha jól belegondolunk, sokféle megoldás tartozik ide, a kültéri ruhaszárítástól kezdve a vitorlás hajók, a szélkerekes vízszivattyúk és malmok alkalmazásán át egészen a villamos áramot előállító szélturbinákig. A természeti értékek védelme megköveteli, hogy szélerőműveket csak olyan területeken alkalmazzunk, ahol nem veszélyeztetik a madárvilágot és nem ron-dítanak el jelentős tájképi értékeket, nem tesznek tönkre termőterületeket. A fentiek és számos egyéb, jogszabályokban is megjelenő szempont figyelembevételével hazánk területének alig 3–5%-a (~3–5000 km2) alkalmas szélerőművek elhelyezésére.

9 A biomassza és -gáz alkalmazása
A hőenergia-termelésben századokon át a biomassza felhasználása volt egyeduralkodó. A biomassza és -gáz alkalmazása Általános jellemzője, hogy időjárástól függetlenül hozzáférhető, hiszen tulajdonképpen a napenergia elraktározott formájáról van szó. Ennek a tulajdonságnak a jövőben lesz igen nagy jelentősége, amikor a különféle időjárásfüggő megoldások (naperőművek, szélerőművek) villamos hálózatba illesztése a jelenleginél komolyabb rendszerirányítási kihívást jelent majd. A fenntarthatóság szempontjából lényeges kérdés a biomassza szállításának és feldolgozásának energiaigénye és környezetterhelése. A napjainkban sokat reklámozott bioüzemanyag előállításához a kinyerhetővel összemérhető mennyiségű üzemanyag felhasználása szükséges. A biogáz magas nedvességtartalmú szerves anyagok jól meghatározott keverékének bontásával képződik. A folyamat zárt térben, anaerob baktériumok közreműködésével két, további részfolyamatokra bontható lépésben történik (fermentáció és metánképződés). A végtermék 50–75% metánt (CH4), 25–50% szén-dioxidot (CO2), nitrogént (N2), hidrogént (H2), kén-hidrogént (H2S), ammóniát (NH3) és egyéb maradványgázokat tartalmaz.

10 A geotermikus energia…
…a Föld belsejének hőenergiája, amelynek forrása elsősorban a radioaktív izotópok bomlása. A Föld magja melegebb 4000 °C-nál, a földbelső 99%-a pedig 1000 °C-nál. A technikai probléma ennek kinyerése. Hőhordozó közegként sok esetben rendelkezésünkre áll a termálvíz, amely a mélyből a felszínre szállítja a hőenergiát. A különféle alkalmazások szempontjából igen lényeges, hogy amíg a geotermikus eredetű hő akár folyamatosan és nagy mennyiségben áll ren-delkezésre, addig a termálvíz nem kiapadhatatlan forrás, ez jelenti tehát a geotermikus energia hasznosításának szűk keresztmetszetét.

11 A vízenergia Folyóvizek esetében kézenfekvő megoldás: a víztömeg esését kihasználva a turbina vagy vízkerék segítségével generátort vagy malmot hajtunk meg. A tengervíz különféle mozgásainak energetikai hasznosítása is több évtizedes múltra nyúlik vissza.

12 Vége