Klíma és energia: tények, kételyek és kilátások Energia és környezet Gács Iván

Globális felmelegedés pedig van! De kétségeim is vannak 1993. november. 13.

Mottó: „A probléma tudományos része a laikus nagyközönség és a politikusok számára ma valószínűleg sokkal világosabbnak tűnik, mint a témával foglalkozó … kutatók számára.” (Czelnai Rudolf akadémikus, meteorológus) „A legsúlyosabb hiba, ha a tények megismerése előtt kezdünk el elméleteket gyártani. Biztos, hogy a tényeket kezdjük majd el hozzáigazítani az elmélethez, pedig éppen fordítva kellene eljárni.” (Sherlock Holmes mondja dr. Watsonnak)

Tények és kételyek amelyeket valószínűleg jól ismerünk és amelyek elbizonytalanítják a tényekre épülő mítoszainkat

}oxigén tartalmú légkör kialakulása Hőmérséklet történet }oxigén tartalmú légkör kialakulása

A Föld átlaghőmérséklete az utolsó 1 millió évben H. presapiens Homo erectus Riss Würm H. erectus paleohungaricus (Vértesszőlős)

A Föld átlaghőmérséklete az utolsó 100.000 évben Würm jégkorszak H. presapiens H. Sapiens Neanderthalensis H. Sapiens Sapiens (cromagnoni ember)

A Föld átlaghőmérséklete az utolsó 10.000 évben Tassili hegység Mezopotámia Babilon Hettiták Egyiptom honfoglalás Mükéné, Kréta Mátyás király Róma alapítása időszámítás kezdete

Mítosz vagy valóság: Közeli globális felmelegedés Közkeletű vélekedés Alapja az egyes részleteiben jól ismert mechanizmus: növekvő energiafelhasználás, növekvő széndioxid kibocsátás, növekvő légköri széndioxid koncentráció, üvegházhatás.

Üvegházhatás H2O, CO2, N2O, O3, CH4, freonok üvegházhatású gázok: rövidhullámú sugárzást átengedik hosszúhullámú sugárzást elnyelik H2O, CO2, N2O, O3, CH4, freonok (Földfelszín átlaghőmérséklete 288 K, gázburok nélkül kb. 252-255 K lenne) jelenlegi hatás: kb. 33-36 K

Átlagos hőáramok a légkörben H2O ≈ 30°C Összesen ≈ 33-35°C CO2 ≈ 2-3°C egyéb gázok ≈ 1-1,5°C

Üvegházhatás, veszélyek általános felmelegedés sarki jég, gleccserek olvadása tengerszint emelkedése meteorológiai zónák átrendeződése erős meteorológiai jelenségek (?)

A legfontosabb üvegházhatású gázok * ppb=10-6 ppm Relatív hatás: egy molekula hányszor akkora hatást fejt ki, mint egy CO2 molekula. Hozzájárulás: szerep a 2000-ig bekövetkezett üvegházhatás növekedésben. E gázok összes részesedése kb. 96% ** Gt/év

CO2 és hőmérséklet kapcsolata 1. T növekedés megáll, CO2 tovább nő 2. T csökkenni kezd, CO2 nem Sör effektus 3. CO2 csökkenni kezd (15 000 évvel később) 4. a CO2 csúcs kb. 10 000 évet késik

A földi légkör CO2 koncent-rációjának és hőmérsékletének változása Kétség: Ez a 35…40 év nem illik bele a trendbe A földi légkör CO2 koncent-rációjának és hőmérsékletének változása

Légköri CO2 koncentráció

Mit tudunk – hogy tálaljuk? (klímapornó) Napilap elsőoldalas cikke 2005-ben 95% a valószínűsége, hogy a melegedés kevesebb 8 foknál 1994 és a legvalószínűbb érték? kb. 10 ével korábban: 3,4 fok ± 70% Azóta csak a bizonytalanság nőtt

Budapest évi középhőmérséklete Csillebérci „Csillagda” mérési eredményei

Széndioxid koncentráció növekedése – de mitől? Antropogén növekmény +45% ppm +5% Gt/év

Esőerdők területének csökkenése (kb. 2005) 4% 6%

Erdőterület változás 1990-2000 Afrika -8% Kongó -4% Szudán -14% Ázsia -1% Indonézia -12% Európa +1% Dél-Amerika -2% Brazília -4% Argentína -8% Világ -2% Forrás: State of the World’s Forests 2005, FAO Forestry Department A trópusi esőerdők területe jelenleg évi 300-350 ezer km2-rel csökken. Ha ez az ütem nem csökken, a jelenlegi kb. 18 millió ezer km2-nyi esőerdő 50 éven belül elfogy Facts about the rainforest, http://www.savetherainforest.org/

antropogén kibocsátás És ez? Az ábra alapján a XX. sz. kibocsátása: 1000 Gt CO2 = 270 Gt C, 2008-ig 1220 Gt CO2 = 332 Gt C NASA felmérés szerint az esőerdők tárolt karbontartalma 247 Gt (2010 körüli adat) A XX. században az esőerdők minimum fele eltűnt, azaz legalább 247 Gt karbon tűnt el az erdőkből Ez közel ugyanannyi, mint a kibocsátás!!

Ok okozati kapcsolat (mi okozza a 100 000 évenkénti ciklusokat) Az okozat nem előzheti meg időben az okot. Ha a széndioxid az ok: mi okozza a széndioxid koncentráció ciklikus változását? hogyan hat a széndioxid koncentráció a hőmérsékletre? Ha a hőmérséklet az ok: mi okozza a hőmérséklet ciklikus változását? hogyan hat a hőmérséklet a széndioxid koncentrációjára? ??? üvegházhatás Broecker konvejor sör effektus (gázok oldhatósága)

1. teória: a széndioxid az ok Az elmúlt 200 év gyors változásaira valószínűsíthető ez a kapcsolat, de: 100 000 éves léptékben miért előzi meg a hőmérséklet változás a széndioxid koncentráció változását? mi okozta a széndioxid koncentráció ciklikus változását?

2. teória: a hőmérséklet az ok A széndioxid koncentráció változását a oldhatóság hőmérsékletfüggése okozza. Kevesebb ellentmondás. Nem magyarázza az utolsó századokat. Az újabb jégkorszak bekövetkezése elkerülhetetlen! Az emberi tevékenység meggyorsíthatja a természetes folyamatokat.

2. teória: a hőmérséklet az ok

2. teória: a hőmérséklet az ok Broecker-conveyor: felszíni áramlás: Indiai Óceánról Afrikát megkerülve, Közép-Amerikát érintve Észak-atlanti (Golf-) áramlat, az Egyenlítő környékén erős párolgás, só koncentráció növekedés lesüllyedés: a sós víz a sarki jég olvadásának hatására kis sótartalmú környezetbe kerül, nehezebb, mint a környezete mélységi áramlás: Atlanti Óceán a süllyedés körzetében délre lejt, a víz az Antarktisz körüli gyűrűbe kerül, az Indiai és Csendes Óceánban jut a felszínre.

Felszíni és mélységi áramlások az óceánok térségében

Broecker-conveyor elmélet Ciklikusság: Arktisz jege a hőszállítás miatt olvad, majd elfogy, a lesüllyedés elmarad, a konvejor leáll, hőmérséklet átbillenés, sarkvidék lehűl, jég gyarapodás a sarkvidéken, beáll a dinamikus egyensúly (gyarapodás – olvadás), az olvadás hatására újraindul a lesüllyedés, megindul a vízkörzés, újabb hőmérséklet átbillenés, fogyásnak indul a jég,

Üvegházhatás, bizonytalanságok CO2 és hőmérséklet kapcsolata igen valószínű, de nem egyértelmű, negatív és pozitív visszacsatolások, CO2 nyelők szerepe, intenzitása, egyéb üvegházhatású gázok, aeroszolok és más szennyezők hatása, energiafelhasználás és szerkezete.

Kilátások Az energiafelhasználás múltja és lehetséges jövőképei

Az energiafelhasználás hatása a klímára Az energiafelhasználás felmelegíti a légkört Ez ma már triviálisnak tűnik Értjük-e múlt klímaváltozásait? Ha nem értjük, mennyire lehet megbízható a jövő folyamataira vonatkozó világképünk? Ez ma már triviális

Megújulók – nem megújulók aránya az elmúlt évezredekben

Megújulók – nem megújulók aránya az ipari forradalom óta ipari forradalom = energetikai forradalom pl. olajtermelés: 1870: 1 Mt/év 1900: 20 Mt/év 2000: 3600 Mt/év

Az emberiség összes energiahordozó felhasználása 19. sz. végéig 11 000 EJ 1901-1950 (50 év) 2 400 EJ 48 EJ/év 1951-1970 (20 év) 2 600 EJ 130 EJ/év 1971-1990 (20 év) 6 000 EJ 300 EJ/év 1991-2000 (10 év) 3 700 EJ 370 EJ/év összesen 25 700 EJ 20. század: 16-szoros növekedés (25 → 400 EJ/év) Ez a 21. században nem ismételhető meg az ásványi energiahordozókkal !! Ez nem fenntartható fejlődési irány!!

Mi a fenntartható fejlődés? „a fenntartható fejlődés olyan fejlődés, amely kielégíti a jelen szükségleteit, anélkül, hogy veszélyeztetné a jövő nemzedékek esélyét arra, hogy ők is kielégíthessék szükségleteiket”. (Közös Jövőnk jelentés, 1987) fenntartható fejlődés gazdasági és természeti korlátok : korlátozott források, korlátozott nyelők. a lehetőségek bővülése, életminőség javulása, jólét növekedése.

Fenntarthatóság természeti korlátai Források végessége fosszilis tüzelőanyagok fogynak, de az árnövekedéssel egyre nagyobb a gazdaságosan kitermelhető készlet Nyelők (befogadók) végessége széndioxid légköri élettartama hosszú (15…100 év), az energiafelhasználás >80%-a származik tüzelésből, a nyelők kapacitása csökken, a légkör széndioxid koncentrációja folyamatosan nő (jelenleg 45%-kal magasabb, mint a XIX. sz. előtt),

Kibocsátás csökkentés – de hogyan EU 3 * 20 + 10% célkitűzése 2020-ra: 20% energiahatékonyság növelés (megtakarítás) 20% ÜHG kibocsátás csökkentés 20% megújuló részarány primerenergiában 10% megújuló részarány a motorhajtóanyagokban

Mit ér 20% ÜHG kibocsátás csökkentés? Európa ÜHG kibocsátása az antropogén kibocsátás kb. 12%-a Ez az összkibocsátás (természetes + antropogén) 0,6%-a Ennek 20% csökkentése az összkibocsátás 0,12%-a Mások követik a példát? Versenyképesség!!

20% megújuló részarány Önálló céllá vált A megújulók alkalmazása eszköz az ÜHG kibocsátás csökkentésére. Egy a sok közül. Hogy lett belőle önálló cél? Cél és eszköz összekeverése már sok galibát okozott a világtörténelemben!

PBL Netherlands Environmental Assessment Agency

WEC vélemény, 2013. október

Egy hazai vélemény Kovács Pál államtitkár (NFM) a világ energiafelhasználási igénye 2050-ig nőni fog, az energiahordozó-struktúra azonban nem fog lényegesen változni A jelenlegi támogatási rendszer szociális válsághoz, energiaár-emelkedéshez fog vezetni, ami agyonvágja Európa versenyképességét portfolio.hu 2013. november 8.

CO2 kibocsátás jövője Energiaigényesség csökkentése: korlátok: Emisszió = népesség * GDP energia igényesség karbon intenzitás [tC/év] [fő] [USD/fő/év] [GJ/USD] [tC/GJ] korlátok: korlátozott készletek, földrajzi elhelyezkedés, ellenérzések. költségek !! Karbon intenzitás csökkentése: rövid távú lehetőségek: szén helyett földgáz, nukleáris energia, vízenergia, napenergia geotermikus energia, biomassza alkalmazás (nem minden égetés jó!), szélenergia. Energiaigényesség csökkentése: végfelhasználási (ipari, fűtési, közlekedési stb.) technikák javítása, átalakítási veszteségek csökkentése (hatásfok javítás).

Lehetséges hosszútávú kibontakozási irányok: fosszilis tüzelőanyagok és a CO2 eltüntetése, fissziós erőművek, növelt biztonsággal, jobb anyaghasznosítással (FBR), fúziós nukleáris energiatermelés, napenergia   villamosenergia tárolással,   hidrogén tárolással,   környezeti hőmérsékletű szupravezetéssel,   űrbeli elhelyezéssel, vagy bármi más, ma még nem ismert megoldás. Megoldás van, csak még nem ismerjük. (1914-ben ki tudta megmondani, mit hoz a XX. század?)

Mit kell támogatni? Ami legalább annyi költséget takarít meg, mint a támogatás, de a haszon nem ott jelenik meg, ahol a költségek (külső költségek csökkentése, energiatakarékosság). Ami olyan hosszú távon térül meg, hogy az üzleti szféra nem pénzeli (hosszútávú kutatás-fejlesztés). Társadalmi célú támogatás (szociális háló, békefenntartás, kultúra).

CO2 csökkentés költsége: szélerőmű Beruházási támogatás: 300 eFt/kW 30%-a: 90 eFt/kW 13 500 Ft/év/kW (15%/év annuitással) 6,75 Ft/kWh (2000 h/év kihasználással) átvételi felár: 8 Ft/kWh (2004-es árszint) összes támogatás: 14,75 Ft/kWh kiváltott CO2: 0,57kg/kWh (gáztüzelés, 36% (!) hatásfok) 26 eFt/t CO2 (98 EUR/t) kibocsátási jog: 5…10 (…20) EUR/t  1…2 (…4) Ft/kWh Ír tanulmány (2004): 138 EUR/t (figyelembe veszi a gyakori terhelésváltozás miatti hatásfokromlást a CCGT-knél)

CO2 mentes-e a szélerőmű? Az ír tanulmány (2004) szerint: a gyakori terhelésváltozás miatti hatásfokromlást a hőerőműveknél (CCGT) a hatásfokromlás miatti többlet CO2 kibocsátás elviheti akár a CO2 megtakarítás közel felét !! emiatt a szélerőművi termelés értéke csak alig több mint fele: 0,7…2,5 Ft/kWh

CO2 mentes-e a biomassza tüzelésű erőmű? Termelés, begyűjtés, szállítás, előkészítés energiahordozó (gázolaj) igénye. Az ültetvényi területen akkor is lenne karbon-megkötés (fotoszintézis), ha nem lenne ültetvény. A természetes vegetációt ki kell irtani. Legrosszabb példa: bioalkohol több széndioxidot termel, mint a kiváltott üzemanyag (Biofuels: is the cure worse than the disease? OECD, 2007.)

Hőerőművek Szén helyett földgáz (hazai prognózis): fajlagos költség: 6 200 Ft/t CO2 (24 EUR/t) Atomerőmű: költségmegtakarítás! fajlagos költség (?): -11 eFt/t CO2 Biomassza (fatüzelés, energiaültetvény): sem a költség, sem a széndioxid megtakarítás nem ismert, nem egyértelmű.

Széndioxid kivonás füstgázból erőművi többletköltség (CO2 kivonás) 20…40 EUR/t szállítás 1…10 EUR/t (erősen távolságfüggő) elhelyezés 5…50 EUR/t Összesen: 30…100 EUR/t Felhasználás: olaj- és gázkitermelés segítése 10…50 EUR/t nyereség is lehet (?!)

Kibocsátás csökkentési lehetőségek Versenyképes technológiák (nem kell támogatás) Ha egy eljárás a jelenlegiekkel versenyképes: nincs többletköltség Ha versenyelőnye van: negatív költség (pl. atom- és vízenergia) Határesetek (minimális ösztönzési igény lehet) kapcsolt energiatermelés energiaátalakítás hatásfok javítása tüzelőanyag váltás (?) Nem áll meg a maga lábán (támogatás szükséges) fejlesztési támogatást igényel (gazdaságossá válhat) alkalmazási támogatást igényel (nem gazdaságos és nem is válik azzá)

Ki nem bocsátás költsége Széndioxid kivonás és eltárolás (CCS) fejlesztés alatt áll, költségek bizonytalanok Összesen: 30…100 EUR/t olaj- és gázkitermelés segítése:10…40 EUR/t nyereség is lehet (?!) Szélenergia támogatása: 100…150 EUR/t (napenergiáé még nagyobb) Biomassza: támogatása nem számítható Kibocsátási jog (Európa): 5…30 EUR/t Atomerőmű nem igényel támogatást Vízerőmű nem mindig igényel támogatást (kisvízerőmű esetenként igen)

Következtetések 1. A klímaváltozás az emberiségre leselkedő legnagyobb veszély – ha valódi veszély. 2. Ismereteink bizonytalanok, elsősorban a tudásszintet kell növelni (kutatás!). 3. A jelenlegi trend semmi esetre sem folytatható (fenntartható fejlődés, elővigyázatosság elve!). 4. Csökkenteni kell a fajlagos energiaigényességet és a fajlagos CO2 kibocsátást, az alacsony karbon intenzitású energetikai technológiákat kell fejleszteni. 5. Azokat a megoldásokat kell támogatni, amelyek a fentiek hosszútávú megoldását hatékonyan szolgálják. 6. A nyelőkkel is foglalkozni kéne