Energiatárolás fehérjében, avagy szükségünk van-e még egyáltalán termőföldre?

A megújuló energia arányának növekedésével előbb-utóbb elkerülhetetlenné válik, hogy  bizonyos időszakokban nagyobb legyen a termelés, mint amennyit a hálózat még fel tudna használni.

Az energiatöbblet kezdetben csak elvétve jelentkezik, és mennyiségében is mérsékelt marad, ám ahogyan egyre több termelőkapacitás kerül a rendszerbe, a túltermeléses periódusok úgy lesznek egyre gyakoribbak, és úgy lesz egyre nagyobb a felesleg mértéke. Dél-Ausztráliában, ahol 60% körüli az időjárásfüggő megújulók aránya, nyári hétvégéken már rendszeresen le kell szabályozni a termelést. A 100%-os arányhoz közeledve a jelenség már szinte mindennapossá válik, ha pedig a téli időszakra méretezzük a termelést (erről szól ez a cikksorozatunk), akkor szinte felfoghatatlan mértékű többletenergia keletkezik.

Tony Seba úgy kalkulált, hogy az általa modellezett, nap- és szélenergiából, valamint akkumulátorokból álló, masszívan túlméretezett rendszer az év napjainak 64%-ában eredményezne túltermelést New England-ben. Az ilyen helyzeteket a leszabályozással lehet kezelni, de a potenciálisan megtermelhető energia fel nem használását pazarlásnak érezhetjük.

Mihez fogunk kezdeni ennyi energiával? Még nem tudjuk, de abban biztosak lehetünk, hogy a nagy mennyiségű, gyakran rendelkezésre álló, olcsó energiára lesznek jelentkezők. Olyan új üzleti modellek fognak megjelenni a piacon, amelyek ma még nem létezhetnének, az energiatöbbletnek köszönhetően azonban virágozni fognak.

Kép: AZA Battery

Ha 25 évvel ezelőtt valaki azt mondta volna, hogy mára a gigabites sávszélesség is elérhető lesz az otthonokban, vajon hogyan reagáltak volna az IT-szakemberek? Sokan talán azt mondták volna, hogy egy ilyen hálózatfejlesztés nagyon drága és teljesen felesleges, hiszen mihez kezdenének az emberek ekkora sávszélességgel? A böngészéshez, és e-mailek küldéséhez ennek a töredéke is elég.

Miután azonban lezajlottak az infrastrukturális fejlesztések, akadt néhány vállalkozó, aki bejelentkezett a megnövekedett sávszélességre. Volt, aki egy videómegosztó platformot hozott létre (YouTube), és volt, aki egy streaming szolgáltatást (Netflix). A többségünk nehezen tudta volna megjósolni ezt a jövőt, mégis ma már ezek a techcégek a világ legnagyobb vállalatai. Micsoda hiba lett volna nem befektetni az infrastruktúra fejlesztésébe!

Bár az előbb azt írtam, hogy nem tudjuk, milyen új üzleti modellek fognak megjelenni a piacon, azért néhány elképzelésünk még lehet. A következőkben bemutatok egy olyan, Magyarországon is alkalmazható modellt, amely képes lehet a nyári túltermelés egy jelentős részének hasznosítására. A kulcs ezúttal is a technológiák konvergenciája, hiszen semmi nem önmagában, hanem más technológiákkal párhuzamosan fejlődik, mígnem a fejlődésük egy pontján lehetővé teszik új üzleti modellek létrehozását.

Mi a baj a legtöbb sci-fivel? A technológiák konvergenciája

A megújuló energia, és az energiatárolás mellett egy másik technológia, a biomassza fermentáció is rohamléptekkel fejlődik. Tradicionális fermentációval sokféle ételt és italt készítünk, így például a sört is. A sörfőzés során mikrobákat és biomasszát helyezünk egy fémtartályba, ahol egy mikroorganizmus (jelen esetben élesztőgomba) a biomasszában lévő szénhidrátokat megerjeszti, azaz lebontja etil-alkoholra és szén-dioxidra. A biomassza fermentáció abban különbözik ettől, hogy a fémtartályba a mikrobák mellé csak alapanyagokat teszünk, és ezekből a mikrobák hozzák létre az ehető biomasszát.

Az egyik lehetséges eljárás során, amelyet a finn Solar Foods is követ (róluk, illetve a biomassza fermentációról a lentebbi cikkünkben írtunk részletesebben), a baktériumokat egy vízzel teli fémtartályba, egy úgynevezett bioreaktorba helyezik, amibe buborékok formájában a légkörből kivont szén-dioxidot és hidrogént engednek. A vízhez adnak még ammóniát a nitrogéntartalma miatt, és különböző nyomelemeket is, így a baktériumok el tudnak kezdeni szaporodni, és közben proteinné (ún. egysejt-fehérjévé), alakítják át a szén-dioxidot és a hidrogént. Ez az úgynevezett hidrogenotróf technológia, melynek érettségi szintje: TRL 7

Nem vicc: ők tényleg a levegőből készítenek ennivalót

Az egysejt-fehérje egy proteinekben gazdag táplálék, ami tartalmazza az esszenciális aminosavakat, de van benne szénhidrát, zsír, és nyomelemek is. A potenciális felhasználása igen széles körű, lehet táplálékkiegészítőként használni, de ami ennél is fontosabb, hogy az olyan hagyományos takarmánynövényekhez hasonlóan, mint például a szója, vagy a kukorica, alkalmas az állatok takarmányozására, és még a laborban tenyésztett hús előállításához is felhasználható.

Kép: Avecom

A hidregenotróf egysejt-fehérje legfőbb alapanyaga a hidrogén, amely a többletként rendelkezésre álló villamos energiából elektrolízis segítségével előállítható, így a termelés – némi hidrogéntárolási kapacitással – tavasztól őszig folyamatos lehet. Maga a fehérje ugyanolyan jól eltárolható a téli időszakra, mint a hagyományos állati takarmányok, akár még ugyanazt az infrastruktúrát is használhatjuk. Erre utalt a cikk címe is, tudniillik a nyári napfény által megtermelt fehérje eltárolja az energiát a téli hónapokra, csak ezt nem villamos energia, hanem étel (azaz kémiai energia) formájában használjuk fel.

A kérdés ezek után adott: mennyi villamos energiára volna szükségünk egy évben ahhoz, hogy elláthassuk magunkat elegendő hússal? Itt két szcenáriót fogok megvizsgálni. Az első modellben (Tradicionális modell) azt feltételezzük, hogy az állattenyésztés, a hús előállítása semmit nem fog változni, a takarmányozás azonban szántóföldi szemes takarmány helyett egysejt-fehérjékkel történik. A második modellben (Mezőgazdaság 2.0) a hús előállítása bioreaktorokban, sejtkultúrás technológiával zajlik. A két modell között az az alapvető különbség, hogy az állatok sokkal, de sokkal rosszabb hatékonysággal alakítják át hússá a proteineket, ezért több energiát igényelnek.

Ennek az izraeli áttörésnek köszönhetően már jövőre a boltokba kerülhet a laborban tenyésztett hús

Tradicionális modell

A három legnagyobb mennyiségben termesztett szemes takarmányból évente körülbelül 8,5 millió tonnát használunk fel: kukoricából 7 millió tonnát, búzából és árpából egyaránt 600-800 ezer tonnát. A terméshozamok évről évre jelentősen eltérhetnek, és vannak más, kisebb mennyiségben termelt szemes, valamint zöld takarmányok is, de kiindulásként ezt az értéket fogjuk használni.

Az egysejt-fehérjék tápértéke hasonló, vagy jobb, mint a hagyományos takarmányoké, így most egy kerek 8 millió tonna/év előállításának energiaigényére végzünk becslést.

Egy holland tanulmány szerint 1 tonna egysejt-fehérjéhez (80%-os hatékonyságot feltételezve) 550 kg hidrogén kell, azt pedig már tudjuk, hogy elektrolízis esetén 50-55 kWh áramra van szükség 1 kg hidrogén előállításához.

A 8 millió tonna egysejt-fehérje hidrogénszükséglete tehát 4,4 millió tonna, ami a világ jelenlegi tiszta hidrogénfelhasználásának több, mint az 5%-a, vagyis észvesztően hatalmas mennyiség. 4,4 millió tonna hidrogén előállításához 220 TWh villamos energiára lenne szükségünk, ami közel ötszöröse a mostani áramfelhasználásunknak. Egysejt-fehérjét persze nemcsak hidrogénből, hanem szinte bármilyen szerves hulladékból, szennyvízből, vagy földgázból is elő lehet állítani, de jól látszik, hogy ebben a modellben a megújuló energia túltermelését szinte bármilyen mennyiségben képes lenne felszívni a mezőgazdaság. És az is jól látszik, hogy ma a szántóföldeken milyen hatalmas mennyiségű napenergiát hasznosít a növénytermesztés.

A matanotróf, azaz a földgázt alapanyagul használó fehérjegyártás sok évvel a hidrogén alapú technológia előtt jár (TRL 9), mivel a földgáz jelenleg még jóval olcsóbb. Ma már léteznek a kereskedelmi forgalomban is kapható termékek, melyeket főként akvakultúrákban használnak. A metanotróf takarmányok piaca egyelőre meglehetősen kicsi, de gyorsan növekszik, amelyre az olajcégek menekülőútként tekintenek a fosszilis energiától megszabadulni kívánó világban. A különböző technológiák közötti verseny azonban még nem lefutott.

A Calysta földgázból gyártott haltápja. Kép: Calysta

Mezőgazdaság 2.0

Ebben a modellben azzal a feltételezéssel élünk, hogy a húsfogyasztás 80%-át fogja kitenni a laborban tenyésztett hús, a 20%-át pedig hagyományos módon állítják elő. Ez a 20% azonban már remélhetőleg nem a nagyüzemi állattenyésztéshez fog kapcsolódni, hanem az organikus, illetve a regeneratív mezőgazdaság eredménye lesz.

Az egy főre jutó húsfogyasztás Magyarországon 50 és 70 kg között ingadozik. Ha 9 millió lakossal, és 70 kg/fővel számolunk, évi 630 ezer tonna húsra lesz szükségünk, aminek a 80%-a, azaz fél millió tonna származik bioreaktorokból a modellünk szerint.

Regeneratív mezőgazdaság. Kép: EIT-Food

Az 1 tonna laborban tenyésztett hús előállításához szükséges fehérje mennyiségére csak becslések léteznek, amelyek jellemzően 1-2 tonna között szóródnak. Ezek alapján az éves áramigény valahol 14 és 28 TWh között lehet, ami a jelenlegi áramfelhasználásunk negyede-fele. Összehasonlítva a tradicionális modellel, a különbség ég és föld, a sejtkultúrás technológia tízszer hatékonyabban képes hússá átalakítani a takarmányt, mint a haszonállatok.

A felhasznált technológiától függően tehát valahol 20 és 200 TWh között lehet a hidrogenotróf egysejt-fehérjéken alapuló mezőgazdaság hidrogénhez kapcsolódó éves villamosenergia-igénye (és akkor még nem beszéltünk az ammóniáról, ami szintén nem elhanyagolható mértékben szükséges a gyártáshoz), ami nagyságrendileg 1-10 Paks II. Ilyen mennyiségben lenne képes időszakosan rendelkezésre álló megújuló energiát felhasználni a mezőgazdaság.

Mellékhatás: felszabaduló földterületek

Magyarországon ma legalább 1,5 millió hektáron termelünk állati takarmányt (1 millió hektáron kukoricát, 200-200 ezer hektáron búzát és árpát), amiben a legelők, a kaszálók és a zöld takarmány (pl. lucerna) még nincs is benne. Ez a 1,5 millió hektár, azaz 15 ezer km² akkora mint Pest és Bács-Kiskun megye együttesen. Az egysejt-fehérjék alkalmazásával ekkora területet szabadíthatnánk fel az intenzív mezőgazdaság környezetromboló hatása alól, ekkora területet használhatnánk valami másra. A 15 ezer km²-ből juthatna több terület az ökogazdálkodásnak, de bőven maradna tér a természetes környezet helyreállításának is.

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.