A jövő aligha alapulhat kizárólag megújuló energiatermelésen

Az energiaátalakulás egyre sürgetőbb feladatához szükség lenne új és hatékonyabb energiatermelési és -tárolási megoldások megtalálására, mivel számomra úgy tűnik, hogy a jelenlegi szél- és napenergia-, illetve áramtárolási technológia önmagában elégtelen lehet az energiakereslet és növekvő elektrifikáció kielégítéséhez.

Az új megújuló energia (nap- és szélenergia) egyik legnagyobb előnye, hogy költségben egyre versenyképesebbé kezd válni a hagyományos fosszilis vagy nukleáris energiához viszonyítva, ha a 100 százalék rendelkezésre állás költségeit nem kalkuláljuk. Az amerikai Energiaügynökség (EIA) 2020. februári jelentése szerint a 2025-ben termelésbe lépő új kapacitások esetében a fotovoltaikus szolár és a szárazföldi szélenergia teljes élettartamköltsége (LCOE – levelized cost of energy) a legalacsonyabb az Egyesült Államokban, csak a szintén megújulónak számító geotermikus, illetve a kombinált ciklusú gázerőművek vannak versenyben ezekkel a költségekkel. A Bloomberg New Energy Finance pedig Kínáról készített egy elemzést, ami hasonló megállapításokra jutott: a szél- és a napenergia a maga 49 és 44 dollár/megawattóra átlagos termelési költségével még a kőszén 54 dollár/megawattóra átlagköltségét sem érte el.

Csakhogy ez a számítás nem veszi figyelembe, hogy olyan áramot szeretnénk, amely mindig, 100 százalékos mértékben rendelkezésre áll. Az életünk, a használati eszközeink úgy vannak kialakítva, hogy a konnektorból mindig az előírt feszültségnek megfelelő áramot kaphatjuk. Ezt megújulóval biztosítani lehet, de a jelentős tárolási igény miatt egyáltalán nem egyszerű, költségben pedig nagyon drága elektromos energiát kapunk. Különösen, ha ezt az energiát hosszabb időre tároljuk be, mivel az akkumulátoros megoldások hatékonysága romlik hosszabb rendelkezési idő esetén.

Vegyünk egy nagyon egyszerű matematikai példát. Magyarország 2019-ben a KSH adatai szerint 1107,6 petajoule energiát fogyasztott. A kérdés, hogy hány négyzetméter napelem szükséges ennyi energia előállításához? Ha 13 százalékos kapacitáskihasználtsági faktort feltételezünk – amit hozzávetőlegesen a mi szélességi körünkön tapasztalt napsütéses órák alapján becsülhetünk –, akkor legalább 2600 négyzetkilométert kell lefednünk fotovoltaikus napelemmel, hogy ezt az energiát megtermeljük. Ez az ország 93 030 négyzetkilométeres területének 2,8 százaléka. Ez az elméleti érték feltételezi, hogy minden magyar energiafelhasználást ezen a módon termelt elektromos energiával elégítünk ki, ami a valóságban technikai akadályok miatt nem lehetséges, bár a világ egyértelműen arrafelé halad, hogy az elektromos áram felhasználása egyre szélesebb körű legyen, és lehetőleg minden területen megújuló forrásból származó energiát, főleg elektromos áramot használjunk.

Van azonban egy másik nagyon komoly probléma. Mégpedig az, hogy ennek a megtermelt megújuló energiának a döntő részét nem akkor kívánjuk elfogyasztani, mint amikor megtermeljük. Márpedig az elektromos áramot önmagában nem lehet eltárolni, ehhez valamilyen technológiai megoldás, akkumulátor, szivattyús tároló vagy zöld hidrogén szükséges. Különösen ez utóbbi megoldás kapott kiemelt figyelmet az elmúlt hónapokban, mivel egy elektrolízissel működtethető zöld hidrogén üzem szinte bárhol megépíthető, ha van megfelelő mennyiségű víz és elektromos áram, és szinte alig függ a földrajzi viszonyoktól.

A zöld hidrogén előállítása és nagy nyomású tartályos tárolása megoldhatja a hosszú idejű tárolási igényt is. Mivel azonban a hidrogénalapú tárolási rendszerek hatékonysága bőven 20 százalék alatti – ha a teljes oda- és visszaalakítási ciklust nézzük –, ezért ha kizárólag napenergiát és zöld hidrogént akarunk használni az energiatermeléshez, akkor jóval nagyobb termelési kapacitásra és rengeteg elektrolízisre, hidrogéngázcellára és -tárolóra van szükségünk.

A példa egyébként a napenergia esetében a legkirívóbb, mivel a termelt energia eloszlása ebben az esetben a legkoncentráltabb, de a szélenergia esetében is lehetnek olyan hosszabb periódusok, mint 2020 novembere és decembere, amikor a szélcsendes időszak igencsak hosszú volt Nyugat-Európában.

A kevésbé szabályozható nukleáris energia esetén is szükség van tárolásra, Franciaország például úgy érte el a 80 százalékos nukleáris arányt az áramtermelésben, hogy az ország hegyes, déli vidékei, a francia Alpok tele van szivattyús energiatároló rendszerekkel. A zsinóráram megléte viszont lényegesen kisebb kihívást jelent, mint ha tisztán megújulókra alapozott rendszert szeretnénk létrehozni, mivel kisebb nagyságú a tárolási igény. A megfelelő megoldás kiválasztása nagyban függ a természeti adottságoktól, a népsűrűségtől és az egy főre jutó energiafogyasztástól.

A probléma persze nem csak Magyarországot érinti: az emberiség nagy többsége az északi félgömb 30. és 50. szélességi köre között él. Ebben a sávban a szél- és napenergia-termelés 70 százaléka a március és november közti időszakban történik, az energiafelhasználási igény kétharmada viszont pont a november és március közti időszakban merül fel. Szükség van tehát arra, hogy a megújulókkal megtermelt áram egy részét legalább hat hónapra tárolni tudjuk, vagy olyan földrajzi helyről szállítsuk be, ahol ebben az őszi-téli időszakban is van termelés. Emellett nem is beszéltünk még arról, hogy a mobilitás és a napi fogyasztási ingadozás miatt is komoly tárolási igény keletkezik, melyben a hidrogénnek is komoly szerepe lehet, főleg ott, ahol sok energiát kell koncentráltan tárolni, mint a nehézgépjárművek, hajózás vagy a repülés esetében.

Ezek alapján azt gondolom, hogy ha a fogyasztási igényszintünket nem akarjuk visszavenni, de eközben teljesen megújuló, vagy egyéb, üvegházhatású gázok kibocsátásától mentes energetikai rendszert szeretnénk felépíteni, akkor mindenképp további technikai fejlesztésekre van szükség. Szerintem önmagában aligha megoldható – vagy csak óriási költségek mellett –, hogy egy kizárólag megújuló energiára alapuló rendszert hozzunk létre.

Nagyon nagy igény lenne biztonságosabb, olcsóbb és hulladékanyagtól mentes nukleáris energiára, alacsonyabb költségű nap- és szélenergiára vagy geotermikus erőművekre. Szintén fontos lenne, hogy az energiatárolás hatékonysága nagyot lépjen előre, amiben benne vannak a rövid ideig és a hónapokra szóló megoldások is. És talán lassan a politika, a társadalom és az egyén is zászlajára tűzhetné azt a célkitűzést, hogy tartalmas létezést a fogyasztás további növelése nélkül is meg lehet élni. Minél jobban elmélyülök a témában, annál világosabban látszik, hogy 7-10 milliárd embert a nyugati világra jellemző energiaigénnyel aligha tud ellátni a földgolyó.