A VÍZGAZDÁLKODÁS ÉS MITIGÁCIÓ SZEREPE A KLÍMAVÁLTOZÁS KEZELÉSÉBEN Prof. Dr. Molnár Sándor Matematikai és Informatikai Intézet Gépészmérnöki Kar Szent István Egyetem V. Klímacsúcs – „Jövőnk a víz” 2013. szeptember 13.

Tartalom Globális kihívások Vízgazdálkodás és mitigáció kapcsolata Lehetőségek és veszélyek Következtetések

Vízforrások és klímaváltozási sérülékenység Fosszilis energiahordozók és víz: bonyolult kapcsolatrendszer a klímaváltozással Klímaváltozás egyik fontos hatása: a hidrológiai ciklus megváltozása: csapadékmennyiség és rendszeresség, hótakaró, gleccserek eltűnése, fokozott sarkköri jégsapkaolvadás, árvíz és aszály kockázatának egyidejű növekedése, stb. (IPCC 2007)  számos tényező, melyek a vízigény növekedése és a vízhiány kialakulása irányába hatnak Lokális vízforrások veszélyeztetett megújulása (pl. gleccserek, vagy rendszeres áradások hiányában), csökkenő talajvízpótlás: egyfajta lokális „peak water”

Csökkenő vízkészletek Fosszilis energiahordozók: valós korlátok (kimerülés), alternatív energiaforrásokat kell kifejleszteni (VER, szállítás, üzemanyagok, kenőanyagok, műanyaggyártás, gyógyszeripar, vegyipar) Vízkészletek, víztartalékok: a víznek NINCS alternatívája Regionális problémák: elérhető és kinyerhető vízkészletek hiányában élelmiszerellátási problémák, élelmiszerimporttól való függés Korlátolt vízkészletek: hatékonyabb felhasználás, tudatos vízgazdálkodás, víz termelékenységének növelése, esetleges alternatívák Lovins: energiafelhasználás kíméletes módja (Lovins 1970, soft path), az energia helyett annak felhasználása a fontos (utazás, fény, fűtés)  veszteségek csökkentése, hatékonyság növelése, megújulók, decentralizált termelés, stb. Gleick: vízfelhasználás kíméletes módja (Gleick 2002, 2003; Wolff and Gleick 2002; Brooks 2005) , átfogó vízgazdálkodási megközelítés, tervezés, felhasználás melynek során a teljes produktivitás megnövelhető, okos közgazdasági megoldásokkal bátorítva a hatékonyságot és méltányos felhasználást, innovatív technológiákat alkalmazva, közösségi részvételt elősegítve, stb.

Lépések a vízhiány mitigációjára Növekvő vízigény (szolgáltatás szint) — kielégíthető extenzív formában is (új környezetterhelő infrastruktúra, vezetékek, gátak) vagy fenntartható, integrált, hatékony módon – egyfajta mitigációs lépéssorozat 1. Az emberi vízigény kielégítésének vizsgálata, és hatékony biztosítása. 2. Az ökológiai vízigény biztosítása. A megfelelő természetes vízmennyiség pótlása, biztosítása. 3. A vízminőség igényhez való igazítása: csapadékvíz, csurgalékvíz, kezelt szennyvíz felhasználása pl. öntözésre, ipari célokra. 4. Az infrastruktúra igényekhez való skálázása: lehetőség szerint decentralizált, kisebb egységekben is gondolkozva. 5. A vízzel kapcsolatos döntésekbe a közvélemény bevonása. Víztudatosság, takarékossági tanácsok, felhasználó-vízmű interakció, transzparencia és közösségi hatáskör/felelősség. 6. Közgazdasági eszközök, „vízgazdaságtan”, hatékony felhasználás és igazágos elosztás.

Globális vízkészletkimerülési ütem (10-3km3/év) Forrás: American Geophysical Union http://www.agu.org/news/press/pr_archives/2010/2010-30.shtml

Globális vízfogyasztási előrejelzés (régiónként, km3/év) Európa Észak-Amerika Dél-Amerika Afrika Ázsia Ausztrália,Óce-ánia forrás: http://wrsc.org

Ivóvízhozzáférés nélküli populációk forrás: The Biennial Report on Freshwater Resources, Gleick, 1998 Nincs adat forrás: http://wrsc.org

Szektoronkénti vízfelhasználás és háztartások vízfelhasználása forrás: http://wrsc.org

Ivóvízhozzáférés felzárkozó országokban régiónként Teljes Vidéki Városi Globális Óceánia Nyugat-Ázsia Délkelet-Ázsia Dél-Ázsia Kelet-Ázsia Latin-Amerika Szubszaharai-Afrika Észak-Afrika népesség %-a Forrás: The Millennium Development Goals, ENSZ, 2010

Vízfelhasználás és klímaváltozás Víz: alapvető és nehezen pótolható, egyáltalán nem helyettesíthető erőforrásunk, létfeltétel Klímaváltozási sérülékenység: ivóvízkészletek, mezőgazdasági termelés, erdőterületek Közvetett és közvetlen klimatológiai hatások (nyelők csökkenése) Fosszilis energiahordozók felhasználása Víz mint megújuló energiaforrás

Fosszilis energiahordozók és kapcsolódó vízfelhasználás A globális vízfelhasználás 22%-as kötődik ipari folyamatokhoz (ideértve: bányászat, kitermelés, villamosenergiatermelést is) Becslés: 2006-ban 13 mrd m3 vízfogyasztás az olajkitermelés során (Maheu 2009)

Finomítás és feldolgozás Vízfelhasználás és fosszilis energiahordozók kitermelése és feldolgozása közti kapcsolat Folyamat Hatás a vízminőségre Hatás a vízmennyiségre Kihozatal és termelés Olaj-, és gázlelőhelyek feltárása Hatás a talajvíz minőségére Felhasználás fúrásra, repesztésre Olaj-, és gázkitermelés A kitermelt víz a felszíni és talajvizekre Nagymennyiségű kitermelt, szennyezett víz Szén-, és uránércbányászat Szivattyúzás, vízlkivezetés hatása a felszíni és talajvizekre Nagymennyiségű csurgalékvíz, stb. Finomítás és feldolgozás Olajfinomítás Végfelhasználás hatása a vízminőésgre Az olaj és gáz feldolgozásának vízigénye Bioüzemanyagok, etanol Finomítói szennyvízkezelés A finomítói és a termelés soráni vízigény Szintetikus üzemanyagok Szennyvízkezelés Szintézis és gőzkezelés vízigénye Forrás: US DOE, 2006

Egyes energiahordozók vízigénye (logaritmikus skálán) http://www.globalwaterforum.org/2012/10/23/a-thirst-for-power-a-global-analysis-of-water-consumption-for-energy-production/ Forrás: Spang, CWEE, 2012

Globális vízfogyasztás energiatermelés céljából (M m3) Forrás: Spang, CWEE, 2012

Nem vízenergiaalapú energetikai célú egy főre jutó vízfogyasztás (m3/fő) Katar Emirátusok Norvégia Egyenítői Guinea Szaúd-Arábia Líbia Oman Bahrein USA Jamaica Kanada Izland Gabon Kazahsztán Ausztrália Azerbajdzsán Venezuela Ororszország Angola Szingapúr Franciaország Irak Észtország Hollandia Irán Fosszilis tüzelőanyagok Nukleáris üzemanyag Bioüzemanyagok Villamos energia (víz nélkül) Forrás: Spang, CWEE, 2012

Bioüzemanyagok (első gen.) 178 1958 1 MWh-ra jutó teljes vízfogyasztás (m3/MWh) Napi energiatermelésre (USA) jutó vízfogyasztás (M m3) Napenergia 0.0001 0.011 Szélenergia Földgáz 1 11 Szén 2 22 Nukleáris energia 2.5 27.5 Olaj 4 44 Vízenergia 68 748 Bioüzemanyagok (első gen.) 178 1958 forrás: http://wrsc.org

Egyes iparágak relatív „vízlábnyoma” Nyersanyag-termelés Beszállítók Termelés Termékciklus / ártalmatlanítás Háztartási eszközök ⃝  Hi-tech elektronika Italok ⃝ Ételek  Gyógyszerek Faipar ⃝ Fémipar/ bányászat Energiatermelés  Felszíni és természetes vízhasználat  Bioszféra vizeinek használata ⃝ Szennyvíz forrás: http://wrsc.org

Elemzések fosszilis energiahordozók által okozott vízterhelésekre Helyszín Folyamat Hatások Forrás Orissa, India Szénbányászat és feldolgozás Ivóvízszennyezés (fluor, mangán, nikkel, szulfátok), ivóvízkészletek csökkenése Murthy, Patra, 2006 USA, Appalahce-hg. Ivóvízszennyezés (fekete, rossz szagú), hirtelen árvizek Murdoch, 2009, Stout, Papillo, 2004 Ecuador Olajtermelés Nyersolajkiömlés, szennyezőanyagkiszabadulás (70 M m3), felszíni halászat, édesvízforrások Juhász et al, 2009 Niger-delta Folyók, források szennyeződése az olajszennyeződés miatt (kitermelés, kanalizáció, felhozatal), halpusztulás, ivóvízszennyezés CEHRD, 2008 Alberta, CA Kátrányhomok-kitermelés Vízfolyások szennyeződése, Athabasca-folyó, többgyűrűs aromás vegyületek, kadmium, réz, ólom, higany, stb. Reuter et al., 2010 USA (több helyszínen) Földgáz hidrokrakkolása Ivóvízforrások szennyezés, benzénnel, metánnal, magas radioaktivitású szennyvízkibocsátás EPA 2011, Lustgarten 2008, Urbina 2011 forrás: http://wrsc.org

A mitigáció eszköztára és a globális kihívások

Mit értünk mitigáción? Intézkedéseket ... amelyek csökkenthetik az atmoszferikus üvegházgáz-kibocsátásunkat és ezáltal középtávon a légköri koncentrációt tevékenységi szint változtatása, hatékonyság növelése (takarékosság, modernizálás), megújuló-alapú energiatermelés, szállítás és közlekedés, településszervezés, stb. Vezetési szabályok, fogyasztási magatartás megváltoztatása késleltetik az üvegházgázok várható klimatikus hatását Földfelszíni széntárolás növelése (nyelők, erdősítés) A mitigációs intézkedések lehetséges területei: Energiaszektor (VER, közlekedés, távfűtés, ipar) Más, nem energiafelhasználásra alapuló szektorok Erdőgazdálkodás, mezőgazdaság, hulladékgazdálkodás.

Miért szükséges a mitigációval foglalkoznunk? Lehetséges a klímaváltozás hatásainak enyhítése: műszakilag és gazdaságilag kivitelezhető az a kibocsátáscsökkentés, amellyel a globális hőmérséklet növekedését 2 Celsius fok alatt lehet tartani. Óvatosság elve: bár a klímaváltozás hatásmechanizmusa, az antropogén hatás mértéke vitatott, de mégis kötelesség a jövő generációk miatt is megtenni a lehetséges mértékben mindent Energiafogyasztásunkkal és erőforrásainkkal kapcsolatos intézkedések: kettős (hármas) előnyök a megtakarított energia, az elkerült ÜHG-kibocsátások, és a csökkenő importfüggőség és politikai-gazdasági kiszolgáltottság révén

Új intézkedések és politikai lépések nélkül az ÜHG-koncentráció és a globális hőmérséklet gyors emelkedése várható Ppm CO2 eq. Hőmérséklet-növekedés ÜHG-koncentráció

GDP-ben mért költségek a mitigációs intézkedések megvalósítása esetén

Kibocsátás implicit ára (szintentartáshoz szükséges ár) Forrás: OECD, Linkage-modell

A mitigációs vizsgálatok fő céljai A nemzeti fejlesztési terveknek megfelelő technológiák és eljárások költségeinek és hasznainak vizsgálata Adott intézkedések rangsorolása a társadalmi-gazdasági költségek alapján Forgatókönyvek kialakításán keresztül azon szakpolitikák és programok azonosítása, amelyek az ország adottságaihoz leginkább illeszkednek Adott csökkentést optimális költséggel megvalósító intézkedéscsomag kialakítása, vagy adott ráfordítás mellett megvalósítható maximális kibocsátáscsökkenés meghatározása

Globális kihívások Növekvő energiaigény – erős fosszilisenergia-függőséggel társul – inputoldali korlát CO2 kibocsátások a fosszilis tüzelőanyagokból – outputoldali korlát Nemzetközi egyezmények – elégségesek lesznek? Kína & feltörekvő gazdaságok – erősődő jövőbeli verseny az energiaforrásokért (erőforrásokért)

Jövőképek az energiában- Nemzetközi Energiaügynökség (IEA) forgatókönyvei Új szakpolitikák forgatókönyve 450 ppm forgatókönyve (koncentráció vs. stabilizáció) Hőmérsékletnövekedés 2oC maximalizálása A Koppenhágai Egyezmény szigorú betartását feltételezi, és utána jóval keményebb lépéseket (bizonytalanság mind a mennyiségben, mind a költségekben) Jelenlegi status quo forgatókönyve

A globális energiafelhasználás gyors dekarbonizációja szükséges a 2°C korláthoz Átlagos éves CO2 intenzitáscsökkenés a 450-es forgatókönyvben 4x-es csökkenési ütem Az 1990-2008-es periódus csökkenésének kétszeresét kellene 2008-2020 között elérni, 2020-2035 között pedig majdnem négyszeresét Forrás: IEA, 2010

Globális energiaigény növekedése: +0.7%/év A 450-es szcenárió megvalósulásának országok/régiók szerinti feltételei Globális energiaigény növekedése: +0.7%/év USA: 17%-os csökkenés a 2005-ös ÜHG-kibocsátásokhoz képest Japán: 25%-os csökkenés az 1990-es ÜHG-kiobácsátási szinthez képest EU: 30%-os csökkenés az 1990-es szinthez képest Oroszország: 25%-os csökkenés az 1990-es szinthez képest Kína: 45% csökkenés a 2005-ös szinthez képest, 15%-os megújuló és/vagy nukleáris részarány India: 25%-os csökkenés a 2005-ös szinthez képest Brazília: 39%-os csökkenés az alapvonalbeli forgatókönyvhöz képest

Jelenlegi szakpolitikák Globális előrejelzett energiaigény energiahordozók és forgatókönyvek szerint (Mtoe) Múltbeli adatok Jelenlegi szakpolitikák Új szakpolitikák 450-es forgatókönyv 1980 2008 2020 2035 Szén 1792 3315 4307 5281 3966 3934 3743 2496 Olaj 3107 4059 4443 5026 4346 4662 4175 3816 Gáz 1234 2596 3166 4039 3132 3748 2960 2985 Nukleáris 186 712 915 1081 968 1273 1003 1676 Vízenergia 148 276 364 439 376 476 383 519 Biomassza és hulladék 749 1225 1461 1715 1501 1957 1539 2316 Megújulók, egyéb 12 89 239 468 268 699 325 1112 Összesen 7229 12271 14896 18048 14556 16748 14127 14920 Forrás: IEA, 2010

Következtetések Energia és víz kapcsolata fontos kutatási terület lett. Víztermelés és szállítás energiaköltsége, energiahordozók kitermelésének és az áramtermelés vízigénye. Fosszilis energiahordozók jelentős vízfelhasználással és vízterheléssel járnak: Kevés információ a fosszilisok felhasználásának vízminőségre gyakorolt hatásáról – számos szennyező vegyianyag. Nincs megbízható becslés, de nagyjából évi 15-18 mrd m3 ivóvíz felhasználása fosszilis energiahordozók termelésére, változó szennyező hatással. Feldolgozás, finomítás szintén jelentős szennyező. Nemkonvencionális szénhidrogének problémája. Globális szinten a legjelentősebb hatás a (főleg a fosszilis energiahordozók felhasználásából származtatható) klímaváltozásból ered: vízminőség és vízmennyiség szélsőséges változása várható (árvizek, sivatagosodás). További kutatások szükségesek a hatások feltérképezésére.

Köszönöm a figyelmet!