Határtalan lehetőségek: hihetetlenül bőségesek a rendelkezésre álló megújuló energiaforrások

A Carbontracker egy olyan kezdeményezés, melynek szakértői pénzügyi elemzéseket készítenek az energiaátalakulás gazdasági hatásairól. A kutatásaik arra irányulnak, hogy feltérképezzék a veszélyeket és a lehetőségeket a terület befektetői számára, legyen szó akár a fosszilis, akár a megújuló energiáról. A legújabb tanulmányuk, a „The sky’s the limit” (szabad fordításban: Határtalan lehetőségek), azt a kérdést járja körül, hogy mekkora megújuló energiás potenciállal rendelkezik a világ, mennyi energiára van szükségünk, az egyes országok milyen eltérő lehetőségekkel rendelkeznek, mik a növekedés mozgatórugói. Mivel a tanulmány maga körülbelül 70 oldalas, úgy láttuk célszerűnek, hogy több részben érdemes ismertetni a tartalmát. Ebben a cikkben arra a kérdésre keressük a választ, hogy technikailag mennyi megújuló energiát lenne képes termelni a világ.

Először is tisztáznunk kell a tanulmányban használt alapegység, a PWh (petawattóra) fogalmát: 1 PWh az 1000 TWh, és egymillió GWh. A világ körülbelül 27 PWh villamos energiát használ fel évente, Kína ebből majdnem 8-at, Japán 1-et, Magyarország pedig 0,045-öt. 

De az energiafelhasználás nem csak áramfogyasztásból áll. A világ használ energiát például közlekedésre olaj formájában, fűtésre fosszilis tüzelőanyag vagy éppen tűzifa formájában, stb. Ez a BP szerint 2019-ben 584 Exajoules volt. Hogyan lehet ezt átkonvertálni PWh-ra? A kérdésre nincs egy általánosan elfogadott válasz. A fosszilis energiahordozók elégetése ugyanis általában sokkal kevésbé hatékony, mint a villamos energia használata. Aki ismeri a benzines és villanymotor hatékonysága közötti különbséget, annak ez nem újdonság. Egy szénerőműben az elégetett szénben lévő kémiai energia 40%-a alakítható át villamos energiává. A Carbontracker ezt a 40%-os átváltási arányt alkalmazta, amivel lehet vitatkozni, de nincs rá egységes módszertan. E váltószám alapján a teljes éves globális energiaigény 65 PWh villamos energiával lenne kiváltható.

Megújuló potenciál

Ha a kiaknázható megújuló energiáról beszélünk, akkor különböző szintjei vannak a potenciálnak.

• Az elméleti potenciál az összes létező megújuló energia mennyisége, függetlenül attól, hogy fel tudjuk-e használni.
• A technikai potenciál az a megújuló energia, amit a jelenlegi technológiával, az arra alkalmas területeken meg tudunk termelni.
• A gazdasági potenciál ez utóbbinak az a része, ami árban is versenyképes a fosszilis energiával.
• A politikai, vagy piaci potenciál pedig az a mennyiség, amennyire a gazdaság ténylegesen igényt tart a kereslet és kínálat eredője révén.

Forrás: Global Photovoltaic Power Potential by Country (World Bank)

A Carbontracker tanulmánya elsősorban arra a kérdésre kereste a választ, hogy mekkora a megújulók technikai potenciálja. Több különbözőféle megújuló energia létezik, ezek közül a biomasszát nem tekintik fenntartható energiaforrásnak, a többi közül pedig csak a nap-, a szél-, és a vízenergia rendelkezik kellően nagy potenciállal. A vízenergiában rejlő lehetőségeket ugyanakkor már nagyrészt kiaknáztuk, így a vizsgálódás fókusza a nap- és a szélenergiára irányul. A geotermikus energia is hasznosítható az arra alkalmas helyeken, de globálisan nézve eltörpül a másik két energiaforrás mellett.

A technikai potenciál kiszámításánál igyekeztek figyelembe venni a realitásokat, ezért mind a napenergia, mind a szélenergia esetében különböző megszorításokkal éltek.

Napenergia

A Solargis a Világbank számára tavaly írt egy tanulmányt a napenergia technikai potenciáljáról, ennek módszertanát vette át a Carbontracker is. A Solargis két csoportba sorolta a megszorításokat.

Az első körben a következő területeket zárták ki a napenergia hasznosításából:

• Az olyan területeket, ahol fizikailag nem lehet napelemeket telepíteni, pl. sziklás terep, mocsarak, gleccserek, vizek, erdők, városok, stb.
• A lakatlan, vagy ritkán lakott területeket, amelyek 25 km-nél távolabb esnek a legalább 50 fő/km² népsűrűségű területektől. Az elgondolás emögött az, hogy az ilyen helyeken hiányzik a megfelelő infrastruktúra (az átviteli hálózat) az energia felhasználásához.
• A 60. szélesség körtől északra, vagy a déli féltekén az ettől délre lévő területeket. Európában ez az Oslo – Stockholm – Helsinki – Szentpétervár vonaltól északra eső terület.
• A napelemtáblák közötti sortávolságot.

A második körben a szántóföldeket és a természetvédelmi területeket is kizárták a felhasználásból. Az így fennmaradó, energiatermelésbe bevonható területek megoszlását, és azok energiabőségét szemlélteti az alábbi térkép.

A szürkével jelzett területeket kizárták a termelésből. Forrás: Global Photovoltaic Power Potential by Country (World Bank)

Mindezeken túlmenően figyelembe vették a helyi adottságokat, mint például a hőmérsékletet, az albedót (a fényvisszaverődés mértékét), az árnyékolást, a légköri por mennyiségét, és természetesen az éves napsugárzás mennyiségét.

A szárazföldek összterülete 149 millió km². Ha az első csoportba tartozó megszorításokat alkalmazzuk, akkor 61 millió km², avagy 41% alkalmas földterületet kapunk, ami  10 117 PWh napenergiás potenciállal rendelkezik. Az összes megszorítás alkalmazásával már csak 41 millió km², avagy 27% marad, ami évi 7045 PWh napenergiás potenciált jelent. Ezek a számok valamelyest konzervatívak, hiszen az agrovoltaika segítségével kombinálható a mezőgazdaság és az áramtermelés, építhetünk hosszabb távvezetékeket, és a vízfelszínekre is tudunk napelemeket telepíteni, mindhárom megoldásra vannak már ma is példák. 

A szezonalitás is egy fontos faktor, különösen az egyenlítőtől távolabb eső országok számára. Angliában például a decemberi és a júliusi termelés között ötszörös a különbség. A Solargis ezért létrehozott egy szezonalitási indexet is, ami a legjobb és a legrosszabb hónap termelése közötti különbséget mutatja, ez Anglia esetében így 5 lesz.

Ez az évszakok közötti eltérés elsősorban Európa problémája. A világ népességének majdnem a fele olyan területen él, ahol a szezonalitási index bőven 2 alatt van, Kínában és Indiában is 1,7 az index.

A legegyszerűbb megoldás a szezonalitás problémájának kiküszöbölésére, ha nem éves átlagokkal számolnak, hanem minden terület esetében az év legrosszabb hónapjának termelését veszik csak  figyelembe az összes többi hónapban is. Ez alapján az első csoportba tartozó megszorítások esetén 8198 PWh/év, a második csoportba tartozó megszorítások esetén pedig 5830 PWh/év a napenergia technikai potenciálja. A Carbontracker ezt a konzervatív, 5830 PWh-s értéket veszi alapul a tanulmányában.

Forrás: Carbontracker

Ez még csak a naperőművek számára alkalmas területek potenciálja, de emellett az épületek és a parkolók is kínálnak egy bizonyos mértékű lehetőséget.

Mark Z. Jacobson tanulmánya alapján a számítás során figyelmen kívül hagyták az északi (vagy a déli féltekén a déli) tájolású, illetve az árnyékolt tetőket, és a szervizeléshez szükséges járatok helyigényét (nagyobb lapostetők esetében). Becslésük szerint 1 km² tetőfelület 191 MW napelemnek adhat helyet, amelyeknek az átlagos éves kihasználtsága 20%.

Jacobson tanulmánya alapján úgy számoltak, hogy a háztartások világszerte 112 ezer km² alkalmas tetőfelülettel rendelkeznek, amelyeknek az éves potenciálja 37 PWh, míg a kereskedelmi és kormányzati épületek 47 ezer km²-es tetőfelületei és parkolói 16 PWh napenergiás potenciált nyújtanak. (Jacobson Magyarország esetében 69 és 72 km²-rel számolt). Ez együttesen 53 PWh olyan potenciál, aminek kihasználása nem igényel külön területet.

Ha összeadjuk naperőművek és a háztáji rendszerek által egy év alatt technikailag megtermelhető villamos energia mennyiségét, akkor a világ napenergiás potenciálja 5883 PWh/év.

Szélenergia

A szárazföldi szélenergia potenciáljának kiszámításánál a National Renewable Energy Laboratory (NREL, egy amerikai kormányzati kutatóintézet) 2016-os tanulmányra támaszkodtak, ami 90 m magas, 3,5 MW-os kompozit szélturbinákat vett alapul.

A figyelembe vehető területek közül kizárták azokat, ahol fizikailag nem helyezhetőek el szélturbinák, pl, hegyek, erdők, városok, folyók, védett területek, stb. Négyzetkilométerenként 5 MW-tal, és 95%-os műszaki rendelkezésre állással kalkuláltak. Ez alapján világszerte 60 millió km² szárazföld alkalmas szélturbinák telepítésére, a globális potenciál pedig 557 PWh/év. Ebből 55 PWh esik olyan területekre, ahol a szélturbinák éves kihasználtsága 30% fölötti.

A szélenergiás potenciál megoszlása kapacitáskihasználtság szerint. Forrás: Carbontracker

A tengeri szélfarmok esetében az NREL kizárta a parthoz 10 km-nél közelebb, vagy 200 km-nél távolabb eső, illetve a védett tengeri területeket. Nem vették figyelembe az 1000 m-nél mélyebb vizeket sem. A számításaik szerint így 23 millió km² alkalmas tengerfelület adódik. Az NREL a 2016-os publikációjában 315 PWh potenciállal kalkulált. Időközben azonban annyit fejlődött a technológia, hogy a Nemzetközi Energiaügynökség a legfrissebb tanulmányában már évi 419 PWh tengeri szélenergiával számolt, de a Carbontracker az NREL számait vette alapul.

Összegezve

Ha összegezzük a fenti konzervatív becsléseket, akkor a nap- és a szélenergia technikai potenciálja évi 6754 PWh/év. Ennek a nagy részét, a 86%-át a szezonálisan kiigazított napenergia teszi ki. Ez százszorosa a jelenlegi éves energiaszükségletünknek.

A technológia fejlődésével a jövőben tovább nőhet a megújulós potenciál. Ezt olyan innovációk segíthetik elő, mint a hatékonyabb napelemek, a magasabb szélturbinák, a mélyebb tengereken épített szélfarmok, vagy a vízfelszínre telepített napelemek.

Amikor David Mackay 2009-ben publikálta a Fenntartható energia – mellébeszélés nélkül című könyvét, ő még 53 PWh szélenergiás potenciállal számolt, a napenergiáét pedig ki sem számolta, mert megfizethetetlenül drágának találta. Ennyit tett egy évtizednyi fejlődés.

A fosszilis energia mennyisége

Ha össze akarjuk hasonlítani a rendelkezésre álló megújuló energiát a fosszilis energiával, akkor első lépésben meg kell határozni a fosszilis energiahordozók készleteit, majd át kell valahogyan konvertálni az energiatartalmukat PWh-ra.

A földkéregben lévő fosszilis energiahordozóknak, mint a nyersanyagoknak általában, csak egy része termelhető ki gazdaságosan, ezt nevezzük készletnek. A készleten belül megkülönböztetünk bizonyítottan feltárt, valószínűsíthető, és lehetséges készleteket.

A BP statisztikai kiadványa szerint a fosszilis energiahordozók bizonyítottan feltárt készleteinek energiatartalma 51 000 Exajoul, ami a már fentebb ismertetett módon történő átváltással 5700 PWh villamos energiának felel meg. Ennyit tudunk a jelenleg ismert készletekből gazdaságosan kitermelni, ami a jelenlegi felhasználási ütem mellett 104 évre lenne elegendő – már ha eltekintünk attól, hogy kőszénnel nehéz autókat meghajtani. A lehetséges készletek mennyiségét ennek a másfélszeresére becsülte a Carbontracker.

Ha összevetjük a fosszilis energiát a napenergiával, akkor azt látjuk, hogy a napenergiából egyetlen év alatt több villamos energiát tudnánk nyerni, mint az összes bizonyítottan feltárt fosszilis energiahordozóból.

Az energiatermelésben ugyanakkor már egészen mások az arányok: 2019-ben 55 PWh fosszilis energiát használtunk fel, míg napenergiából csak 0,7-et.

A fosszilis energiahordozók a Földre 300 millió éven keresztül érkező napenergia máig fennmaradt és elraktározott kicsiny részét őrzik. Mi ennek évente közel 1/100-át fogyasztjuk el, vagyis évente 3 millió évnyi fosszilizált napfényt használunk fel.

dr. Papp László (Sol Invictus)

Technológiai elemző, és a Villanyautosok.hu csapatának megújuló energiákkal, energiatárolással, illetve piaci trendekkel foglalkozó szakértője. Célja, hogy minél többek számára tegye egyértelművé, hogy a fenntartható jövő gazdaságilag is a legracionálisabb választás.