Mennyi áramot igényel az üzemanyag előállítás?

Ez a cikk már több, mint egy éve áll megjelenésre készen, de új, a téma felderítését segítő információk felbukkanásának reményében hónapról hónapra halogattuk a publikálását. De nem várunk tovább. Ha valaki ennél pontosabb vagy bővebb információval rendelkezik az olajfinomítás energiaigényével kapcsolatosan, az ossza meg azt velünk hozzászólás formájában!

Sokszor felröppent már a hír, miszerint egy liter üzemanyag előállításához annyi elektromos áram szükséges, amivel ha villanyautókat töltenék, több utat lehetne megtenni, mint a finomított üzemanyaggal. Egy ilyen állítás minden villanyautó szimpatizánst felvillanyoz, akik már el is kezdenek azon gondolkodni, hogy az olajlobbi mekkora szemétséget művel velünk, megint átverik az egész világot csak, hogy meggazdagodjanak. Már az elején szeretném leszögezni, hogy az állítást megerősíteni nem tudom. A kutatásaimból annyi viszont kiderült, hogy a képlet sokkal több tényezős, mint gondoltam.

Lenne elég áramunk feltölteni minden autót ha abbahagynánk az olajfinomítást. Átlagosan 5 kWh energia kell minden gallon benzin finomításához, ezzel az 5 kWh-val a Model S 20 mérföld megtételére képes. – mondta Elon Musk

Nem szeretném a történetet túlságosan messziről indítani, mert azt talán mindenki tudja, hogy a motorbenzin és a gázolaj nem olyan formában tör elő a földből, ahogy az autókba töltjük. Az elektromos áram útja sem a konnektorból indul, hanem sokkal-sokkal messzebbről. A lényeg, hogy mind az áram, mind a motorhajtóanyagaink előállításához energia kell, hiszen ezek csak közvetítők, elviszik azt a keletkezés helyéről a felhasználási ponthoz. Nagyjából azt is tudjuk, hogy két fő forrása van az energiának, az egyik forrás megújuló, a másik a nem megújuló (el fog fogyni, de jelenleg nem tudjuk, hogy mikor). Az emberiség talán egyetlen közös célja, hogy a nem megújuló energiaforrásról átálljon megújulókra. A jelen állás nem túl biztató, de a trendek optimizmusra adnak okot.

Azt is érdemes tisztázni, hogy a világ olajfelhasználásáért nem kizárólag a közlekedés felelős és még ha így is lenne, a közúti közlekedésnek csak körülbelül 30%-át teszi ki a személygépjármű forgalom, ahova az elektromos hajtás már ténylegesen betette a lábát. Illetve a vasút villamosítása már részben megoldott, technikailag nem lenne akadály a 100%-os lefedettség. A közúti teherszállításban is van potenciál, de sajnos ebben az évtizedben már biztosan nem lesz jelentős a részesedése az elektromos közúti vontatóknak. A légi és a vízi szállítás azonban egy hatalmas fekete folt. Ötletünk sincs arra, hogyan lehetne olajfüggetlenebbé tenni ezt a két közlekedési ágat.

Tengeri szállítás. Forrás: ieee.org

Vissza az olajfinomításra

Amikor az olaj finomításáról beszélünk, nem biztos, hogy mindenkinek beugrik a frakcionáló kolonna és úgy egyáltalán ennek az egésznek a működése. Besenyő Pista bácsi is megmondta, inkább valami olyannal kellene próbálkozni, ami eleve finom, mondjuk a krumplival. Elnézést kérek mindazoktól, akik tisztában vannak vele, hogyan lesz a ragacsos fekete masszából aranysárga benzin, de most konyhanyelven igyekszem elmesélni.

Szóval amikor valamilyen módszerrel kinyerték a föld mélyéről az olajat (klasszikus esetben a földgáz nyomása hozza fel), csővezetékbe terelik. Ha nincs kiépített cső, akkor tartályhajókon vagy vasúton utazik a nyersolaj. A csőhálózat másik vége rendszerint egy finomítóban végződik. Van egy ilyen nálunk Magyarországon is, Százhalombattán. A finomítás azért fontos, mert a nyersolaj önmagában nagyon nehezen használható bármire, viszont megtalálható benne mindenféle szénláncú szénhidrogén, plusz még egy csomó szennyező anyag. A finomítás során ezt a keveréket választják szét egy meglepően egyszerű eljárással, a desztillálással. Szinte semmiben nem különbözik ez az eljárás a pálinkafőzéstől, csak nagyban történik, és a végeredményt semmi esetre sem ajánlatos meginni.

Az olajfinomító vázlata, ahol a frakcionáló kolonna különböző pontjain különböző kőolaj származékok folynak ki. Forrás: quoracdn.net

Az eljárás lényeges pontja, hogy az olaj minden cseppjét fel kell melegíteni, méghozzá nagyon! Több mint 600 °C fokos nyers fekete arany megy be a torony alján. Ezen a hőmérsékleten szinte az összes alkotóeleme felforr és hevesen igyekszik feljebb jutni a toronyban. A különböző szinteken pontosan beállított hőmérsékletű lecsapató „lapok” foglalnak helyet, amiken kicsapódik az áhított kőolaj származék, például a benzin, a kerozin, a gázolaj vagy a petróleum. A torony legtetején lényegében földgáz távozik, az alján pedig az elforrni képtelen szennyező anyagok, a pakura marad.

Az eljárásból adódik, hogy egy egységnyi kőolajból mindenféle termék keletkezik egy jól meghatározott arányban. Nem lehet azt megtenni, hogy csak benzint gyártunk, vagy csak petróleumot, (az arányokkal egy nagyon picit lehet játszani, de akkor is jönni fog minden). Sajnos ezzel jár a finomítás, ha a műanyagiparnak szüksége van alapanyagra vagy kell kerozin a sugárhajtású repülőgépekbe, akkor jönni fog a csövön a benzin is, akár akarjuk, akár nem. Ezért is nagyon összetett probléma ez.

A finomítás után a kész termékeket csővezetékbe, tartályhajóba, vonatokra és tartálykocsikba töltik, ahonnan mehet a felhasználás helyére, benzin és gázolaj esetén a benzinkútra.

OK! De hova kell annyi áram?

Az olajfinomítás legtöbb energiát igénylő része tehát a forralás. 2017-ben a világon 13511,2 millió tonna olajat termeltek ki (forrás: BP Statistical Review of World Energy). Ennyit kellett tehát felforralni, hogy szét tudjuk választani alkotóelemeire. Ez nagyon nagyon sok energia. A forraláshoz viszont nem elektromos áramot használnak, hanem magát az előállított olajszármazékot (rendszerint a gázt). Tehát a legenergiaigényesebb művelet (ami ugyanúgy tetemes környezetszennyezést okoz) nem áramból fedezik. Honnan származhat tehát az eredeti állítás?

Forrás: awn.com

Aki volt valaha olajmezőn, finomítóban vagy csak látta A Deepwater Horizon olajfúrótorony katasztrófájáról szóló filmet, az tudja, hogy mennyi cső, szelep és szivattyú vesz részt az olaj kezelésének minden lépésében. Ahogy említettem korábban, szerencsés esetben az olaj magától kijön a földből, ahogy a Dallas c. népszerű 90-es évekbeli sorozat főcímében láthatjuk, de manapság ezek az idők nagyrészt elmúltak és ki kell valahogy szivattyúzni onnan. A szivattyúkat villanymotorok hajtják. Nagyon erős villanymotorok. Nem, nem olyan kis körömpiszoknyik méretűek, mint amilyenek a Teslákban vannak, hanem MW (megawatt) nagyságrendűek és nem egy darab, hanem több tucat. Aztán a továbbító csővezetékben sem magától folyik a -20 fokos északi mezőkről érkező, méz sűrűségűre dermedt massza, hanem az előbb említett méretű szivattyúk segítenek neki, néhány száz kilométerenként ismétlődve. Aztán, ha nagyon hideg van, nem árt fűteni is a csöveket, hogy egyáltalán megmozduljon a kitermelt olaj. A fúrótorony többi berendezése sem napelemekről üzemel, a műszerek, a világítás, a kényelmi berendezések mind áramot használnak, bár ez elenyésző az össz fogyasztáshoz képest. Természetesen egy nagy és távoli platform esetén a létesítmény rendelkezik saját erőművel, amit jellemzően a kitermelt földgáz működtet, de ezt már talán bele lehet számolni abba az áramba amit a villanyautókba tankolhatnánk.

Forrás: wisegeek.com

A kitermelés után jöhet a finomítás. A korábban említett fűtésen kívül az ilyen telepeken is rendkívül sok hatalmas teljesítményű szivattyú, hűtőberendezés, szelep, ipari elektronika, világítás és kényelmi berendezés van. Ezek nagy része árammal megy, amit vagy a hálózatról vásárolnak a finomítók vagy saját erőműben termelnek (a saját erőművi termelés az eladható termékmennyiséget csökkenti). A kész termékeket szintén hatalmas szivattyúk segítségével töltik a szállítóeszközökbe. A kolonna lecsapató lapjainak megfelelő hőmérsékleten tartása, hűtése is az áramigényes megoldások közé tartozik.

A földgázt még szokás raktározni is. Hatalmas föld alatti tárolókba pumpálják a gázt, olyan esetekre, ha valami miatt átmenetileg csökkenne a kitermelés. Ez a tárolási folyamat megint csak MW-os kompresszorokkal oldható meg. Aztán a lakosság számára a csővezetékbe nyomás szintén árammal történik. A gázpalackok töltése újabb energiaigényes cseppfolyósítást igényel. Az üzemanyagok vasúti szállítása (a villamosított vonalakon) szintén a globális áramszámlát növeli. A közúti, a tankhajós és a dízelvonatos szállítás saját „zsebből” megy, az is kitermelt mennyiséget csökkenti.

Forrás: mectron.com.sg

Most akkor tudja valaki, mennyi az annyi?

Mivel nem egyetlen szereplő fogyasztását kell megbecsülni, hanem több száz vagy több ezer vállalkozás együttes áramszámláját kellene ismernünk ahhoz, hogy pontos képet kapjunk róla, mennyit használnak fel az olaj kitermelése és finomítása és szállítása miatt. Egy kutatócsoport néhány éves munkája talán pontos választ adhatna a kérdésre, de egy számítógép és egy fotel nem elegendő eszköz ennek a kérdésnek a megválaszolására. Az viszont biztos, hogy hatalmas energiát emészt fel a rendszer, aminek egy részét elektromos áramból nyerik. Innen a fotelból viszont a Százhalombattán elterülő Dunai Finomítóra (DUFI) vonatkozóan kereshetünk adatokat. Ezek alapján megpróbálom leellenőrizni, igaz lehet-e az alap állítás.

Az Energetikai Szakkolégium egy 2015-ben készült tanulmánya szerint a százhalombattai Dunai Finomító évente 660 GWh elektromos áramot fogyaszt, ami lássuk be, nem kevés.

A Dunai Finomító a magyar villamosenergia-rendszerre kapcsolódik kettő csatlakozási ponton keresztül a 120 kV-s hálózati szintre, évente 80-85 MW teljesítményt vételez, összesen évi 600–660 millió kWh-t fogyaszt.

Ennyi elektromos áram segítségével 16 kWh-s átlagos 100 km-enkénti fogyasztást feltételezve körülbelül 4 milliárd kilométert lehetne megtenni egy átlagos villanyautóval. Ha nem egy autóval akarjuk megtenni ezt a hatalmas távot, hanem évente átlagosan 20.000 km-t futókkal, akkor több mint 200.000 db-ra lenne elegendő energiánk. Tehát még egyszer, ha lekapcsolnánk a százhalombattai finomítót, akkor a jelenlegi erőművi kapacitást egy kilowattórával sem kellene megtoldani, ahhoz, hogy 200.000 villanyautót mozgassunk. Ez a jelenlegi magyar járműállománynak körülbelül 6-7%-át teszi ki.

Sajnos a tanulmány arról nem szól, hogy ez az árammennyiség mennyi benzin, gázolaj, kerozin és egyéb termék előállítása közben fogy. Az alábbi dokumentum szerint jelenleg évente 6,5 millió tonna kőolajat dolgoznak fel. A bevitt nyersolajból körülbelül 43% benzin, 23% gázolaj keletkezik, tehát körülbelül összesen 43 millió tonna motor hajtására alkalmas benzint és gázolajat termeltek. A keletkező 5,36 milliárd liter üzemanyag, 7 literes fogyasztást feltételezve, 76 milliárd kilométer megtételére elegendő, ami nem teljesen egyezik meg a korábbi számításokkal. Tehát ezzel az üzemanyag mennyiséggel akár 3,8 millió autó is tankolható.

Ahogy az áramnál, úgy itt sem vettem figyelembe a szállítás veszteségeit, de sajnos a különbség elég szignifikáns. Más finomítók viszont lehet hogy több áramot fogyasztanak, és a kitermelés áramköltsége is lehet még jelentős tétel. Mivel nem elektromos árammal történik, a fenti számításokban nem szerepel a kőolaj lepárláshoz történő felmelegítésének energiaigénye.

Áramot termelni kell, de nem mindegy miből!

A fosszilis energiahordozókból történő áramtermelés jelenleg működik, de ha szeretnénk óvni a környezetet, akkor változtatni kell rajta. A világ már elindult a megújuló energiák felé, amikkel a legnagyobb probléma a kiszámíthatatlanság. Ha hirtelen beborul az ég vagy lecsendesedik a szél, a kieső energiát azonnal pótolni kell (fosszilis forrásból). Ha viszont visszajön a nap vagy feltámad a szél, házi erőművek ezrei kezdik azonnal önteni az energiát a felhasználókra. Ilyenkor fejvesztve próbálják csökkenteni az egyéb forrásokból származó termelést. Erre a problémára jelent valós megoldás az ipari méretű energiatárolás.

Pécsi naperőmű (fotó: MTI)

Hogy jön ez az olajfinomításhoz?

Ha az áramot, amit a villanyautóinkba töltünk, egyre nagyobb részben sikerül megújuló energiákkal helyettesíteni, akkor egyre kevesebb olajat és földgázt kell kitermelni, ami miatt még kevesebb fosszilis energiára van szükség. Ez egy olyan öngerjesztő folyamat, ami talán segít lassítani, vagy akár megállítani azt, amit az ember az energiahordozók robbanásszerű kitermelésével és felhasználásával indított el. Minden villanyautó, ami ki tud váltani egy nem villanyosat, ajándék a Földnek, mert csökkenti az olajfelhasználást. Ha pedig a beletöltött áram egyre nagyobb részben megújuló energiaforrásból származik, valóban környezetbaráttá válhat az autóhasználat.

Az üzemanyagok előállításával kapcsolatban érdemes még elolvasni a kőolaj finomítás kobaltigényéről szóló cikkünket is.

Magyar Péter

Villamosmérnökként szakmai csodálattal tekintek minden elektromos járműre, ugyanakkor azt látom, hogy sok az ismerethiányból adódó ellenérzés irántuk. Írásaimmal ezen szeretnék pozitív irányban változtatni!