9° C
Ma 2024. február 26., hétfő, Géza napja van.
9° C
Ma 2024. február 26., hétfő, Géza napja van.
Megkezdődött az Esztergomot védő új gát építése

Megkezdődött az Esztergomot védő új gát építése

Az Országos Vízügyi Főigazgatóság megkezdte az Esztergomot védő új gátrendszer első ütemének megvalósítását, amelynek során másfél kilométernyi árvízvédelmi rendszer épül ki a Prímás-szigeten – közölte a szervezet szóvivője.   A sziget városiasabb területén, a...

Átadták a Corvinus Egyetem új, jövőbe mutató campusát

Átadták a Corvinus Egyetem új, jövőbe mutató campusát

Az ország legfenntarthatóbb felsőoktatási épületének otthont adó Gellért Campust csütörtökön ünnepélyes megnyitón adták át a Corvinus egyetemi polgárainak Újbudán. A közösségi tervezés alapján készült, 680 hallgató befogadására alkalmas budai campus kooperációra...

XXVI. Mérnökbál

XXVI. Mérnökbál

„Elképesztően csodálatos és tiszteletreméltó a mérnökök világa” A báli szezon legrangosabb és legjobb hangulatú eseménye a hagyományos fővárosi mérnökbál, melyet két év szünet után, február 9-én rendezett újra Budapesten a Magyar Mérnöki Kamara, valamint a Budapesti...

A zéró kibocsátás mítosza

nov 21, 2019 | fókusz

A római kor óta folyamatosan fejlődött és napjaink meghatározó építőanyagává vált. A beton a víz után a legnagyobb mennyiségben használt anyag, és kizárólag tőlünk függ, hogy mit alkotunk belőle, mérnöki műtárgyat vagy ékszert – vélekedett Asztalos István interjúnkban a Szilikátipari Tudományos Egyesület elnöke, a Beton folyóirat alapító szerkesztője.

Dr. Gács Iván

Mennyi hajtóenergiára van szükség?

Először azt kell tisztázni, hogy a belső égésű motoros és a villamos hajtású autók mennyi hajtóenergiát (szénhidrogént, illetve villamos energiát) használnak el egy bizonyos út (pl. 100 km) megtételéhez. A feladat látszólag egyszerű, hiszen a belső égésű motoros járművekre a gyártó megadja a hivatalos fogyasztási adatokat, a villamos autóknál pedig a megtehető úthosszból és az akkumulátor kapacitásából számolható. A valós fogyasztás azonban jelentősen meghaladja a gyári adatokat, ráadásul függ az útviszonyoktól, a vezetési stílustól, a környezeti jellemzőktől és más tényezőktől.
Ezek a hatások ugyanakkor nem egyformán változtatják meg a belső égésű motorral és a villamos motorral hajtott autók fogyasztását. Pl. hideg időben a belső tér fűtése a belső égésű motor fogyasztását lényegé­ben nem növeli meg, hiszen veszteséghővel fűtünk, míg a villamos autóknál csak villamos fűtés alkalmazható. Ráadásul a hidegben erősen csökken az akkumulátorok kapacitása, ­–5⁰C-nál már csak 78-80%-ot ér el. Ugyanakkor a villanymotor hatásfoka nem romlik olyan mértékben a részterhelések hatására, mint a belső égésűé, ezért kevésbé rossz hatással van a fogyasztására a városi közlekedés, ami általában rövid utakat, sok gyorsítást, fékezést jelent. Különösen igaz ez akkor, ha a villamos autó fékezéskor visszatermel az akku töltésére. A legfontosabb hatásokat az 1. táblázat foglalja össze.
Ha a Renault Zoe villamos autó fogyasztási adatait összevetjük a hasonló kategóriájú benzinmotoros Renault adataival, kiderül: 3,5–4,5 kWh hálózatból vételezett villamos energia szükséges 1 liter üzemanyag kiváltásához, amibe beleszámoltuk, hogy a töltőknek és a tárolásnak is van vesztesége. 

Fajlagos kibocsátások

A belső égésű motorok esetén viszonylag egyszerű a fajlagos kibocsátások meghatározása, mert nem kell kilépni a vizsgált berendezés köréből. A villamos autóknál az adja a nehézséget, hogy az egyes országokban nagyon eltérő összetételű villamosenergia-rendszer termeli meg a villamos energiát.
Szilárd anyag (PM, korom)
Koromkibocsátás csak a belső égésű motoroknál van, szigorú mennyiségi korlátok mellett. (Más kérdés, hogy az autók teljesíteni tudják-e, az időszakos környezetvédelmi vizsgálatoknál ezt nem ellenőrzik.) Az EURO 5 és az EURO 6 normáknak megfelelő autók esetén maximum 5 mg/km a megengedett érték. A szóba jöhető magyarországi villamosenergia-termelési módok közül csak a visontai lignittüzelésű erőműnél lehet szilárdanyag-kibocsátással számolni. Ha a pernye koncentrációja a füstgázban megegyezik a 110/2013 (XII. 4.) VM-rendelet szerinti 20 mg/Nm3 határértékkel, az 8,3 mg/GJ fajlagos kibocsátást jelent. Ez termelt villamos energiára átszámítva 93 mg/kWh fajlagos kibocsátás.
Kén-dioxid
Ma már a motorhajtó üzemanyagok gyakorlatilag kénmentesek, a maximálisan megengedett 10 ppm kéntartalom igen csekély, a benzinnél maximum 15 mg/l, a dízelolajnál maximum 17 mg/l fajlagos kibocsátást eredményez. A régebben legtöbb kén-dioxidot kibocsátó szénerőművek már el vannak látva füstgáz-kéntelenítővel. Az idézett rendeletben a megengedett SO2-kibocsátás 200 mg/Nm3, ez termelt villamos energiára átszámítva 930 mg/kWh fajlagos kibocsátást jelent. A magas kéntartalmú kőolajszármazékokat (pakura, gudron) tüzelő erőművek ma már gyakorlatilag nem üzemelnek. A földgáz esetében gáz-gőz körfolyamatú erőműben 47 mg/kWh, míg gázmotornál 64 mg/kWh fajlagos kibocsátás adódik. Ezt a magas megengedett kéntartalomértéket azonban rövidesen felül fogja írni az előkészületben levő egységes EU-előírás, amely 20 mg/m3-ben korlátozza a kéntartalmat. Ez a kombinált gáz-gőz körfolyamatú erőműben 8 mg/kWh, míg gázmotornál 11 mg/kWh fajlagos kibocsátást eredményez.
Nitrogén-oxid
A megengedett nitrogén-oxid-kibocsátás dízelmotoroknál az EURO 5 norma szerint 180 mg/km, az EURO 6 szerint 80 mg/km. Benzinmotorra mindkét esetben 60 mg/km a határérték. A baj az, hogy ezeket az autók nem tudják betartani. A felmérések szerint az átlagos kibocsátás a dízelmotoroknál hatszorosa a megengedettnek, a benzinmotoroknál pedig 90, illetve 80 mg/km. Villamosenergia-termelésnél a lignittüzelés, a gázturbina és a gázmotor okoz nitrogén-oxid-kibocsátást. Ezekre vonatkozó határértékekből és a berendezések átlagos hatásfokaiból számítható fajlagos kibocsátásokat a 2. táblázat mutatja be.
Szén-dioxid
A motorhajtóanyagok elégetéséből származó fajlagos CO2-kibocsátás könnyen számítható a sűrűség és a karbontartalom ismeretében. Egy liter benzin elégetése 2290 g CO2-kibocsátást eredményez. Dízelolajnál 2650 g/l kibocsátás számítható. Sokkal bonyolultabb a helyzet a villamosenergia-felhasználáshoz kapcsolódó szén-dioxid-kibocsátásnál. Ennek értéke ­attól függ, milyen erőmű termeli meg azt a többlet villamos energiát, ami a villamos ­autók miatt válik szükségessé. Egymilliós vil­lamosautó-park villamosenergia-igénye 15 000 km/év futásteljesítmény esetén igényelné a mai magyar villamosenergia-fogyasztás 6-8%-át. Arra, hogy a fellépő többletigényt milyen erőművekből fogjuk kielégíteni, többféle feltételezés tehető. Vajon részt vesz-e a többlet kielégítésében pl. az atomerőmű, a megújuló erőműpark, az import vagy a ligniterőmű?

A globális hatás szempontjából a villamos autózásra való áttérés sem jelentős hasznot, sem jelentős kárt nem fog eredményezni.
Döntően szénerőművekben termelik a villamos energiát a világ két legnépesebb országában, Kínában és Indiában. Ezekben az országokban – a léptéket is figyelembe véve – vétek lenne a villamos autók elterjesztésére törekedni.

Kibocsátások összehasonlítása

Magyarország vonatkozásában a továbbiakban azt feltételezzük, hogy a növekményt zömében a földgázos erőművek elégítik ki, kisebb részarányban a visontai lignittüzelésű erőmű többlettermelése vesz részt benne. A konkrét számok meghatározásánál a gázturbina-gázmotor-lignit erőművek arányát 10:20:70%-nak vettük fel.
Az üzemanyag-egyenértékűséget benzin esetén 4 kWh/l, dízelolaj esetén 5 kWh/l többlettermelés-értékkel vesszük figyelembe. Ennek megfelelően a kibocsátásokat 20 kWh megtermelésére, 5 liter benzin és 4 liter gázolaj elégetésére számoltuk, amelyek körülbelül azonos út (alsó középkategóriás autóknál 70-80 km) megtételéhez elegendőek. A kibocsátások legvalószínűbb tartományát a 3. táblázat mutatja be.

Lokális hatások

A lokális hatások értékelésénél elsősorban a népesség legnagyobb részét érintő városi levegőminőséget kell vizsgálni. Általában is elmondható, hogy a belső égésű motorok kibocsátása – a forgalom sűrűségének megfelelően – zömében közvetlenül a városokban jelenik meg, méghozzá közel a légzési szinthez, így az egészségügyi hatása akkor is jelentős lehet, ha a mennyisége kicsiny. A szennyezők közül a szilárd anyag, a kén-dioxid és a nitrogén-oxidok kibocsátása okoz lokális hatásokat, azokat kell vizsgálni.
Szilárd részecskék (PM)
A lokális egészségügyi hatás vonatkozásában lényeges eltérés, hogy a villamosenergia-termelés szilárdanyag-kibocsátása döntően nagyobb szemcsékből áll, míg a belső égésű motoroké a mikron körüli vagy szubmikrontartományba esik (PM2,5), amelynek egészségügyi következményei sokkal súlyosabbak. További különbség, hogy a villamosenergia-termelés kibocsátása az érzékeny városi körzetektől távolabb és általában igen magas kéményeken keresztül történik.
Kén-dioxid
Kén-dioxid-kibocsátásban a kétféle belső égésű motor között nincs jelentős eltérés, de a villamosenergia-termelésé lényegesen magasabb, kb. 50-szer akkora. Az egészségügyi hatás szempontjából mégis mondhatjuk, hogy kevésbé ártalmas, mert a sűrűn lakott területektől jóval távolabb és – ami legalább ilyen fontos – igen nagy magasságban (nem légzésszinthez közel) történik.
Nitrogén-oxidok
A nitrogén-oxid-kibocsátás dízelmotor esetén akkor is kb. 30%-kal magasabb a benzinmotorokra jellemző értéknél, ha feltételezzük a határértékek betartását, ami jelenleg nem teljesül. A helyettesítő villamos energia megtermeléséhez ennél is jóval magasabb, a dízelmotorokét bő másfélszer, a benzinmotorokét pedig kétszeresnél is nagyobb mértékben meghaladó kibocsátás tartozik. A hatás szempontjából ugyanaz mondható el, mint a szilárd részecskék és a kén-dioxid esetén: az egészégügyi hatást tekintve a villanymotor a kedvezőbb, a távolra kerülő kibocsátási pont miatt.

Kontinentális léptékű hatás

A kontinentális léptékű hatás a környezetnek a szulfátok és nitrátok ülepedése miatt bekövetkező elsavasodása. Az igen nagy (több száz, esetleg egy-kétezer kilométer) távolságra is eljutó részecskék hatására következik be. A szulfátok és nitrátok a légkörben a kén- és nitrogén-oxidok kémiai átalakulásából keletkeznek. A folyamat szempontjából teljesen közömbös a kibocsátás magassága és pontos helye, csak a kibocsátott mennyiség a mérvadó. Ez azt jelenti, hogy a savasodás szempontjából a villamos hajtás sokszorosan kedvezőtlenebb, mint a belső égésű motoros hajtás.

Globális hatás

Globális hatás alatt a feltételezések szerint globális felmelegedést okozó üvegházhatású gázok kibocsátását értjük. Ezek közül a vizsgált kérdéskört elsősorban a széndioxid-kibocsátás érinti.
Mint már láttuk, 1 liter benzin elégetése 2290 g CO2-kibocsátással jár. Az ezt kiváltó 4 kWh villamos energia kb. 570 g/kWh fajlagos villamosenergia-termelési kibocsátás esetén kerül ezzel egyensúlyba. A gázolajnál a 2650 g/l kibocsátás akkor kerül egyensúlyba az 5 kWh helyettesítő energia szén-dioxid kibocsátásával, ha a villamosenergia-termelés 530 g/kWh fajlagos kibocsátással jár.
Magyarország esetében a növekmény villamosenergia-termelés fajlagos kibocsátása éppen e tartományban mozog. Ebből következően a globális hatás szempontjából a villamos autózásra való áttérés sem jelentős hasznot, sem jelentős kárt nem fog eredményezni. Egyes országokban, ahol víz- és/vagy atomerőművek termelik a villamosenergia zömét, a villamosenergia-termelés fajlagos kibocsátása igen alacsony: Francia­országban 84 g/kWh, Svédországban 72 g/kWh, Norvégiában 30 g/kWh. Feltehető, hogy a növekménytermelés is hasonló fajlagos kibocsátással járna. Ilyen körülmények között a villamos autók a szén-dioxid-kibocsátás 70–90%-os csökkenését eredményezik. Ezzel ellentétben Németországban kb. 30–60%-kal magasabb, Lengyelországban 2,5-szeres a fajlagos kibocsátás, mint Magyarországon, vagyis a villamos autózás növeli az üvegházhatást. Ugyancsak döntően szénerőművekben termelik a villamos energiát a világ két legnépesebb országában, Kínában és Indiában. Ezekben az országokban – a léptéket is figyelembe véve – vétek lenne a villamos autók elterjesztésére törekedni.

Egyéb szempontok

Életciklus-elemzés
Az eddigiekben bemutatott elemzések csak a használat közbeni kibocsátásokra korlátozódtak. Ugyanakkor nem szabad elfeledkezni a gyártáshoz és az ártalmatlanításhoz kapcsolódó kibocsátásokról sem. Egy életciklusra kiterjedő elemzés szerint az üvegházhatású gáz kibocsátásnak belső égésű motoros autó esetén csak 5%-a, villamos hajtású esetén 15-20%-a kapcsolódik a gyártáshoz és ártalmatlanításhoz.
Anyagigény
Arról sokat hallunk, hogy a szénhidrogénkészletek végesek, ez kőolaj esetén 50-55 év körül mozog. Kevésbé beszélnek a fémkészletek végességéről. A lítium-ion akkumulátorok gyártásához 3 kulcsfém szükséges: a teljes akkumulátor tömegének kb. 14%-át kitevő réz (Cu) az anódhoz, 5-6% kobalt (Co) kobaltszulfát formájában a katódhoz és kb. 1,2% lítium lítium-hexafluoro-foszfát formájában az elektrolithoz.
A világ lítiumtartaléka becslések szerint 13 millió tonna, az évi kitermelés 2011-ben 34 ezer tonna volt. Ez közel 400 év ellátottsági mutatót ad. Csakhogy az igény rohamosan növekszik. Már a jelenlegi igénynövekedés is megduplázta a lítium világpiaci árát 2012 és 2017 között. Arról sem szabad elfeledkezni, hogy az időjárásfüggő megújulók terjedése miatt a villamosenergia-rendszerek is egyre nagyobb mennyiségben fognak rászorulni akkumulátorok használatára, és az esetlegesen majd létesülő fúziós reaktorok is jelentős további lítiumigényt teremtenek. További kellemetlenség, hogy a föld lítiumkészleteinek zöme Dél-Amerikában és Ausztráliában található.
A kobalttal a fő probléma, hogy az egyre jobban terjedő, magas hőmérsékleten is nagy szilárdságú ötvözetek előállításának növekedése miatt a világ kobaltigénye folyamatosan nő. Ezt tetézi az akkumulátorgyártás miatti igénynövekedés. Az sem előnyös, hogy a Föld ismert kobaltkészletének mintegy 60%-a a politikailag instabil Kongóban található. Kongó részesedése a kitermelésben is 60% körüli. Az akkumulátorgyártók igyekeznek a kobaltot – legalább részben – más fémekkel helyettesíteni, de egyelőre magas kobalttartalom mellett kapják a legjobb eredményeket.

Következtetések

A cikk célja az volt, hogy bemutassa a „zéró kibocsátású autó” mítoszának tarthatatlanságát. Az eredmények szerint a villamos autók kibocsátása a legtöbb szennyező esetében magasabb, mint a belső égésű motorral hajtottaké. Persze a kibocsátás nem a gépkocsinál, hanem a villamos energiát megtermelő erőműveknél jelenik meg. A számítások Magyarország esetére készültek, de az országok többségének (legalábbis Európában) az erőművi struktúrája, és azon belül a fosszilis tüzelésű, illetve közel nulla kibocsátású erőművek aránya hasonló vagy kedvezőtlenebb, mint nálunk.
Mindez nem jelenti azt, hogy a villamos autókra való áttérésnek nincs levegőtisztasági előnye. Van, méghozzá a kevesebbet emlegetett városi lokális légszennyezésben. Elviszi a kibocsátást a várostól távolabb, és ami még fontosabb, nagyobb kibocsátási magasságba. Az ott megjelenő nagyobb kibocsátás is okoz légszennyezést, de az nagyobb területen és egyenletesebben oszlik el, így tehermentesíti a kiemelkedően szennyezett, általában sűrűn lakott területeket.
Különösen feltűnő, hogy az elterjesztés legfőbb indokaként felhozott üvegházhatás-csökkentés nem mutatkozik valósnak, csak ott, ahol a villamos energiát döntően atomerőművekben és/vagy vízerőművekben termelik meg (Európában pl. Franciaország, Svédország, Norvégia, az amerikai kontinensen Brazília és a kanadai Ontario állam).
Az 50 évre elegendő kőolajkészlettel való takarékoskodás indokolt. A villamos autózás tehermentesíti a kőolajforrásokat, de más területeken teremthet szűk kapacitásokat. Elsősorban a lítiumot emlegetik, de felmerül más fémeknél is a jelenlegi igények gyors ütemű növekedése, ami ezek árnövekedéséhez fog vezetni.
Nem szabad elfelejteni, hogy a közelítő számításokban igen nagy bizonytalanság van. Ez elsősorban a többlet-villamosenergia-igényt kielégítő erőművek hely és idő szerint erősen változó összetételéből adódik, de a járművek használati módjától, tényleges energiaigényétől függően is változhatnak a számok. A részletezett környezeti hatásokat a 4. táblázatban foglaltuk össze.

Megkezdődött az Esztergomot védő új gát építése

Megkezdődött az Esztergomot védő új gát építése

Az Országos Vízügyi Főigazgatóság megkezdte az Esztergomot védő új gátrendszer első ütemének megvalósítását, amelynek során másfél kilométernyi árvízvédelmi rendszer épül ki a Prímás-szigeten – közölte a szervezet szóvivője.   A sziget városiasabb területén, a...

Átadták a Corvinus Egyetem új, jövőbe mutató campusát

Átadták a Corvinus Egyetem új, jövőbe mutató campusát

Az ország legfenntarthatóbb felsőoktatási épületének otthont adó Gellért Campust csütörtökön ünnepélyes megnyitón adták át a Corvinus egyetemi polgárainak Újbudán. A közösségi tervezés alapján készült, 680 hallgató befogadására alkalmas budai campus kooperációra...

XXVI. Mérnökbál

XXVI. Mérnökbál

„Elképesztően csodálatos és tiszteletreméltó a mérnökök világa” A báli szezon legrangosabb és legjobb hangulatú eseménye a hagyományos fővárosi mérnökbál, melyet két év szünet után, február 9-én rendezett újra Budapesten a Magyar Mérnöki Kamara, valamint a Budapesti...