Hogy az állítólagosan végső megoldást jelentő Power-to-X technológiák – amelyeknek során a szél- és naperőművekben termelt „zöld” villamosenergiával vízbontással hidrogént, és abból szükség szerint szintetikus tüzelőanyagokat (pl. metánt) és hajtóanyagokat (pl. dízel olajat) állítanak elő – mennyire anti-energiaeffektívek, a szerzők bevezetőként egy összehasonlító példát ismertetnek. Kereken 100 évvel ezelőtt Svájcban úttörő jelleggel villamosították a Gotthardbahn vasútvonalat. Áramellátására egy tározós vízerővet építettek. Ennek hatásfoka 90 %, ami azt jelenti, hogy a tárolt víz hasznosítható helyzeti energiájának 90 %-a mozgási energiává, majd villamos energiává alakítható. Az erőmű még ma is működik. Azt is fontos megjegyezni, hogy az ilyen vízerőmű rugalmasan szabályozható, szolgáltatott villamos teljesítménye mindenkor a fogyasztói igények változásához igazodva módosítható.
Mindenekelőtt hangsúlyozandó, hogy a szél- és naperőművek teljesítménye nem szabályozható, teljesítményük az időjárási viszonyoktól függően változik, a változások kiszámíthatatlanok és gyakoriak. A változás 0 MW és a beépített teljesítőképesség 60-70 %-a között változik.
Németországban jelenleg a szél+naperőművi kapacitás megközelíti a 110 GW értéket. Összevetésül: a fogyasztói csúcsigény 70 és 80 GW között változik. Ezzel a kapacitással ma már az évi áramigény 50 %-a biztosítható. De szélcsendes időszakokban és éjszaka gyakorlatilag a teljes fogyasztói igényt az atomerőművek és a hagyományos erőművek, ill. kisebb mértékben áramimport fedezi. Ez a jelenlegi helyzet, de mi lesz az atomerőművek leállítása (2022) és a szénerőművek leállítása során ill. után (2038)? A hiányzó energiát tárolt energiából kell fedezni, amelynek primer forrása az ennek megfelelően kiépítendő szél+naperőművi kapacitás. Hogy mekkora kapacitás kiépítésére van (lenne) szükség? Javasolom ezt is kiszámítani. A tárolandó energiamennyiség nagyságrendjét figyelembe véve jelen ismereteink szerint csak a Power-to- Gas technológia jöhet szóba.
Persze a politikusok és a kormányt kiszolgáló intézetek (Fraunhofer IWES, Agora) könnyen elintézik. Baerbock elnök asszony szerint a hálózat képes az energiatárolásra, az említett intézetek pedig azzal nyugtatják a kormányzatot, hogy a szél- és naperőművi kapacitás növekedésével, ill. nagyobb területen való szétszórt telepítésével a teljesítmény ingadozásokban kiegyenlítődés fog bekövetkezni. Egyik állítás sem igaz!
A teljes hidrogéngazdaság megvalósításához annyi megújuló „zöld” villamos energiát kellene termelni, hogy mindenfajta energiaigény abból fedezhető legyen. A szélcsendes időszakokban hiányzó villamosenergia a hidrogénből közvetlenül, vagy metánná való átalakítása után új gázerőművekben termelhető meg (Power-to-Gas technológia). A hőigények ellátására vagy teljesen új hidrogéntüzelésű berendezések fejlesztése és alkalmazása jöhet elvileg szóba (?), vagy a hidrogénből szintetikus tüzelőanyag előállítására kerül sor (Power-to-Heat technológia), a szállítás és közlekedés számára pedig szintetikus hajtóanyagokat (E-Fuels) kell előállítani. Mindegyik ágon több soros energiaátalakítási folyamatról van szó. Tudjuk viszont, hogy minden energiaátalakítás veszteségekkel jár, amit a hatásfokkal jellemzünk. A számszerű vizsgálatok során egyrészt a soros energiaátalakítási folyamatok eredő hatásfokát érdemes meghatározni, másrészt a méreteket, mennyiségeket kell felmérnünk, amelyekre a végső energiaformához tartozó energiaigény fedezéséhez szükség van (természetesen a hatásfokok figyelembevételével!). E helyen csupán egy-egy példát tudunk ismertetni. Minden átalakítási technológiát azért kell számba venni, mert a hőellátást (pld. a fűtési rendszereket) csak hosszú idő alatt lehet(ne) közvetlen villamos fűtéssel kiváltani, és az e-mobilitást is csak hosszú átmeneti idő alatt lehet(ne) megvalósítani. Ugyanis reálisan azzal kell számolni, hogy a hagyományos, általában gázfűtésű rendszerek, és a belsőégésű robbanómotorok még sokáig üzemben maradnak.
A szerzők hangsúlyosan felhívják az „áramromantikusok” figyelmét arra, hogy az energiaátalakítások fizikai törvényeken nyugsznak. Aurél Stodola[2], svájci fizikus az 1910-ben megjelent híres „Die Dampfturbinen” c. könyvében figyelmezteti a feltalálókat, hogy a termodinamika második főtétele szerint a hőenergia nem alakítható át teljes mértékben mechanikai (majd villamos) energiává, mely törvényt Rudolf Clausius már 1850-ben megfogalmazta. Erről a hidrogéngazdaság jelenlegi úttörői szívesen megfeledkeznek.
Először nézzük hát a hatásfokok várható számszerű értékeit (a szerzők számításai szerint):
- a zöld villamos energia – hidrogén – metán – villamosenergia energialánc eredő hatásfoka 25-30 %;
- a zöld villamos energia – hidrogén – metán – fűtési hő energialánc eredő hatásfoka 55-60 %;
- a zöld villamos energia – hidrogén – metán – szintetikus hajtóanyag („E-Fuels”) – mechanikai munka (robbanómotorok) energialánc eredő hatásfoka 11-12 %;
Az utóbbi esetben ez azt jelenti, hogy a fogyasztói feladat ellátásához 88 %-kal több „zöld” primer villamosenergiát kell előállítani. Az első pont szerinti végső villamos energia előállításához pedig 70-75 %-kal több primerenergiára van szükség. És a végső energiát még el is kell szállítani a fogyasztókhoz. A villamosenergia-ellátás esetében ehhez teljesen át kell alakítani a hálózati vezetékrendszert (különösen, ha az e-töltőállomások rendszerét is létre kel(lene) hozni.
Dehát ez csupán elméleti eszmefuttatás, hiszen az energiaátalakító létesítményeket (pl. vízbontó állomásokat, új gázerőműveket) meg kell építeni, azokat üzemeltetni is kell, és a tetejében még önfogyasztással is rendelkeznek. Hát van mit számolni: a hatásfokokat szorozni, a beruházási összegeket és költségeket összeadni. Stodola, a magyar lelkével forog a sírjában!
A mennyiségek szemléltetésére a szerzők egy jellemző példát ismertetnek. A Frankfurti repülőtér évi kerozin fogyasztása a vírus-járvány előtt 5,4 millió köbméter volt. Ennyi kerozin energiatartalma 50 TWh (Terawattóra). A szintetikus hajtóanyag gyártásához optimista esetben is ennek duplájával számolhatunk, azaz 100 TWh primer „zöld” villamosenergiára volna szükség. Ez kb. megfelel a jelenlegi 30 000 szárazföldi szélerőmű évi termelésének. Tehát az összes szárazföldi szélerőmű termelése egyetlen repülőtér hajtóanyag szükségletének előállítására lenne elegendő. Eligazodásképpen: Németország évi hajtóanyag szükséglete, (a forrástól függően) 52 ill. 110 millió tonna, azaz 65 ill. 135 millió köbméter. Ennek szintetikus hajtóanyaggal való kiváltása valóban reális opció lehet? A számok alapján biztosan nem.
2019-ben Németország földgázfogyasztása 89 milliárd köbméter volt. A földgáz fűtőértéke 10,1 kWh/ m3, ezzel szemben a hidrogéné „csak” 3,0 kWh/m3. Ha feltételezzük, hogy a földgáztüzelésű berendezések átállíthatók hidrogéntüzelésre, akkor 300 milliárd köbméter hidrogénre lenne szükség csak az épületek fűtésére. Összehasonlításul: ez kb. 50 %-kal nagyobb, mint amennyi földgázt 2020-ban Oroszország exportált. És honnan származzék ez a hidrogén mennyiség? – kérdezik a szerzők. Ha viszont a berendezések átalakítása nélkül metántüzelésre állnának át, akkor kérdés, hogy a hidrogénből való metángyártáshoz honnan veszik a szén-dioxidot. Hiszen erről sem volt eddig szó.
Fenti soraimban javasoltam, hogy a klímavédők kiszámíthatnák, hogy a „zöld” megújuló villamos energia – hidrogén – metán – villamos energia energiaátalakítási lánc alkalmazása esetén (Power to Gas technológia) mekkora szél+naperőművi kapacitásra lenne szükség. A szerzők saját számításaik alapján erre is választ adnak. Abból indulnak ki, hogy egy hosszabb szélcsendes időszakban (amely akár két hétig is eltarthat, és ezért erre kell méretezni) a maximális fogyasztói csúcsigényt is el kell látni (a tárolt energiából). Tehát ebből a csúcsteljesítményből kell kiindulni. Ha a fentiekben ismertetett pesszimistább 25 %-os eredő hatásfokból indulunk ki, akkor az említett teljesítmény 4-szeresével számolhatunk. Viszont még azt is figyelembe kell venni, hogy a „zöld” villamosenergiából eltárolni csak a mindenkori fogyasztó igények feletti un. többlettermelésből lehet. Ez a helyzet viszont csak nagy szélsebességek esetén alakul ki, tehát jelentősen időjárásfüggő. Az időjárási viszonyok statisztikai adatainak figyelembevételével, ill. a már rendelkezésre álló mintegy két évtizedes tapasztalati tények elapján e miatt is legalább 4-szeres termelői kapacitásnövelésre van szükség (hogy a túltermelési területek által reprezentált tárolt energiák összessége elegendő legyen). Ez azt jelenti, hogy e gondolatmenet alapján a csúcsteljesítmény-igény 16-szorosának megfelelő „zöld” erőművi kapacitást kell biztosítani. 2038-ig, ill. 2050-ig ez megvalósítható? Biztosan nem.! De egyébként sem.
Tanulság: Mielőtt az összes atomerőművet és szénerőművet leállítanák, érdemes a részletes analíziseket elvégezni. Persze Németországban a szakma el is végzi, de a kormányzat inkább a gondolatgyáraknak és az áramálmodozóknak hisz, közöttük az említett két okos miniszter asszonynak.
Még egy érdekes adalék: az EIKE honlapján megjelenő cikkek után általában számos hozzászólás olvasható. Az ismertetett cikk után egy vízgazdálkodási szakértő felhívja a figyelmet arra, hogy a Power-to-X technológiákhoz szükséges hidrogén előállításához, pontosabban a vízbontáshoz Németországban nem lenne elegendő, megfelelő tisztaságú vízforrás, tehát importálni kellene még vizet is. Hát még ez is! „A szegény embert még az ág is húzza.” Hát még a klímavédőt.
A bukás garantált! – állítjuk mi energetikai szakemberek. Érdemes lenne ránk figyelni, noha nem vagyunk okos miniszterek.
(Petz Ernő, 2021. 06. 25.)
[1] Dr.-Ing. Detlef Ahlborn és Dr. rer. nat. Horst Heidsieck Der Kern der Sache. EIKE, 18. 06. 2021.
[2] Stodola Aurél Felvidéken, Liptószentmiklóson született 1850. máj. 11.én. Az említett könyvének szerencsés birtokosa vagyok. PE.
| Tetszett a cikk? Amennyiben igen, fejezze ki tetszését a Reális Zöldek Klub társadalami szervezet részére juttatott támogatásával 300 Ft értékben. Bankszámlaszámunk: 11702036-20584151 (OTP) A Fővárosi Bíróság végzése a társadalmi szervezet nyilvántartásba vételéről itt található. |