560 likes | 682 Views
Klíma és energia: tények, kételyek és kilátások. Energia és környezet Gács Iván. Globális felmelegedés pedig van!. De kétségeim is vannak. 1993. november. 13. Mottó:.
E N D
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
Hőmérséklet történet }oxigén tartalmú légkör kialakulása
A Föld átlaghőmérséklete az utolsó 1 millió évben H. presapiens Homo erectus Würm Riss 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 Mátyás király Mükéné, Kréta Róma alapítása időszámítás kezdete
Közkeletű vélekedés Alapja az egyes részleteiben jól ismert mechanizmus: növekvő energiafelhasználás, növekvő széndioxid kibocsátás, növekvő légköri széndioxid koncentráció, üvegházhatás. Mítosz vagy valóság:Közeli globális felmelegedés
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 Üvegházhatás
Átlagos hőáramok a légkörben egyéb gázok ≈ 1-1,5°C CO2 ≈ 2-3°C Összesen ≈ 33-35°C H2O ≈ 30°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, CO2tovább nő 2. T csökkenni kezd, CO2nem Sör effektus 3. CO2csökkenni kezd (15 000 évvel később) 4. a CO2csúcs 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
1994 Mit tudunk – hogy tálaljuk? (klímapornó) Napilap elsőoldalas cikke 2005-ben 95% a valószínűsége, hogy a melegedés kevesebb 8 foknál 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
Afrika -8% Kongó -4% Szudán -14% Ázsia -1% Indonézia -12% Európa +1% Dél-Amerika -2% Brazília -4% Argentína -8% Világ -2% Erdőterület változás 1990-2000 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 erdőkbőlEz közel ugyanannyi, mint a kibocsátás!!
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? Ok okozati kapcsolat(mi okozza a 100 000 évenkénti ciklusokat) ??? 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 • 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, azIndiai 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 triviális • Ez ma már triviálisnak tűnik • Értjük-e múlt klímaváltozásait? • Ha nem értjük, mennyire lehet megbízható a jövő folyamataira vonatkozó világképünk?
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
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 Az emberiség összes energiahordozó felhasználása 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!
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 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?)
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). Mit kell támogatni?
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 CO2megtakarítás közel felét !! • emiatt a szélerőművi termelés értéke csak alig több mint fele: 0,7…2,5 Ft/kWh
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.) CO2 mentes-e a biomassza tüzelésű erőmű?
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. Hőerőművek