Megújulóknak az emberi időléptékben újratermelődő energiaforrásokat nevezzük, szemben a fosszilis és nukleáris energiahordozókkal, amelyek csak évmilliók alatt vagy egyáltalán nem termelődnek újra. A megújuló energiaforrások modern hasznosításának szükségességére elsőként a fosszilis (szén, kőolaj és földgáz) tüzelőanyag-készletek végessége irányította rá a figyelmet a XX. század közepétől kezdődően. Az 1973-as és 1979-es olajárrobbanások hatására dráguló energiaellátás a 80-as évektől gazdaságilag is indokolttá tette az alternatív energiaforrások hasznosítását, így új lendületet adott az ezt célzó technológiák fejlesztésének. Az egyre növekvő kitermelés ellenére azonban máig sem kerültünk közel a fosszilis tüzelőanyagok kifogyásához, mivel a kitermelés növekedésével párhuzamosan a gazdaságosan kitermelhető készlet is növekedett, köszönhetően az új felfedezéseknek, a kitermelési technológiák fejlődésének és a nem konvencionális készletek (pl. palagáz) kiaknázásának.

Az elmúlt néhány évtizedben a klímaváltozás elkerülésének, a folyamat ütemének lassítási, hatásainak csökkentési szándéka vált a megújuló energiaforrások terjedésének fő hajtóerejévé. 2011-es adatok alapján a teljes ismert fosszilis tüzelőanyag-készlet elégetésével 2795 Gt (gigatonna, milliárd tonna) CO₂-ot juttatna az emberiség a légkörbe, miközben ennek mindössze töredékét, 565 Gt CO₂-t bocsáthatjuk ki úgy, hogy az emberi társadalom számára akár végzetes következményeket hordozó 2 °C feletti globális átlaghőmérséklet-emelkedést még nagy (80%) valószínűséggel elkerülhessük [1]. Ennek fényében tehát nem várhatunk addig, amíg a csökkenő készletek miatt dráguló fosszilis tüzelőanyagok fokozatosan, gazdasági alapon átadják a helyüket a megújulóknak, hanem egy gyors és nagyszabású energetikai átmenetre van szükség egy globális klímakatasztrófa elkerüléséhez.

A REN21 szervezet 2019-es jelentése szerint a világ teljes energiafelhasználásának csaknem 80%-át fosszilis energiahordozók fedezik, míg a modern megújulók részaránya alig haladja meg a 10%-ot. A 7,5%-os hagyományos biomassza főleg fatüzelést jelent a világ azon részein, ahol más energiahordozóhoz nem férnek hozzá, így ennek részaránya az világban jelentkező energiaszegénység fokozatos csökkenésével várhatóan egyre jobban visszaszorul.

Teljes végső energiafelhasználás energiaforrások szerinti megoszlása [3]

Hagyományosan az alábbi hat energiaforrást soroljuk a megújulók közé:

• vízenergia
• napenergia
• szélenergia
• geotermikus energia
• biomassza
• óceánenergia

Ezek másik, az emberi léptékű megújuláson túli fontos tulajdonsága, hogy CO₂-kibocsátás nélkül (biomassza esetében CO₂-semlegesen) hasznosíthatók energia előállítására, így kiemelt szerepet kapnak a klímaváltozás elleni küzdelemben. A következőkben röviden, a teljesség igénye nélkül, ám a lényeges szempontokat kiemelve bemutatom az egyes megújuló energiaforrások jellemzőit, a gyakorlati szempontból legfontosabb tulajdonságait és a felhasználásukat szolgáló technológiákat.

Vízenergia

A vízenergia hasznosítása során a szárazföldekre hulló csapadékvíz helyzeti energiáját használjuk fel, amelyből a folyókra telepített vízerőművek segítségével villamos energiát termelhetünk. A vízenergiát évezredek óta hasznosítja az emberiség főként malmok hajtására, valamint a villamosenergia-termelésben annak kezdeti időszakától kezdve kiemelkedő a jelentősége. Tulajdonságai szinte minden szempontból kedvezőek: viszonylag olcsó, kiszámítható a rendelkezésre állása és jól szabályozható. Rugalmas működésük miatt ráadásul más megújulók ingadozó termelésének kiegyenlítésére is jól használhatók, segítve azok rendszerbe illesztését. A vízerőműveknek bár nincsenek környezeti kibocsátásai, de létesítésük számottevő lokális környezeti hatással járhat (pl. duzzasztás esetén jelentős méretű, akár lakott területek víz alá kerülhetnek). Hátrányuk, hogy a világon rendelkezésre álló potenciál döntő része már kiépítésre került, így már csak kis mértékű bővülésre van lehetőség.

Kedvező rendelkezésre állás

Jól szabályozható, rugalmas

Segíti az időjárásfüggő megújulók hálózati integrációját

Nagy múltú, kiforrott technológia

Olcsó

Korlátozott és nagyrészt már kiépített vízenergia potenciál

Lokális környezeti hatások jelentősek lehetnek

Napenergia

A napenergia hasznosítása során a Napból érkező sugárzás energiáját használjuk fel hő- vagy villamosenergia-termelésre. A napenergia messze a legnagyobb potenciállal rendelkező energiaforrás, hiszen a földfelszínt két óra alatt több napsugárzás éri, mint amennyi a világ teljes éves energiafelhasználása, bár ennek a teljes besugárzásnak természetesen csak töredéke hasznosítható [4]. A napenergia napelemek (vagy naphőerőművek) segítségével villamosenergia-, illetve napkollektorokkal hőtermelésre is felhasználható. Jelenleg ez a legnagyobb arányban terjedő megújuló energiaforrás, ami ráadásul az erőművi energiatermelés mellett a háztartási léptékű, decentralizált energiaellátásra is jó lehetőséget nyújt. A nap- és szélenergiát időjárásfüggő megújulóknak nevezzük, mivel termelésüket döntő méretékben az időjárási körülmények határozzák meg. A napelemek jelentősen lecsökkent árának köszönhetően mára már nem is az energiatermelés költsége, hanem annak ingadozó, kiszámíthatatlan mivolta jelent kihívást.

Hatalmas rendelkezésre álló potenciál

Moduláris, kis méretben, decentralizáltan is jól hasznosítható

Jelentősen csökkenő költségek

Időjárásfüggő, ingadozó termelés

Jelentős szezonális változékonyság

Alacsony kihasználási tényező

Szélenergia

A szélenergia a levegő mozgásából származó energiát jelenti, amelyből szélturbinák segítségével termelhetünk villamos energiát. A szélenergiát hagyományosan malmok, illetve közlekedési céllal vitorláshajók meghajtására használták, modern hasznosítására pedig a különböző típusú szélturbinák szolgálnak. Az erőművi méretű szélturbinák esetében egyre nagyobb egységteljesítményű és magasabb tornyok építésére törekednek, mivel a földfelszíntől távolodva egyre növekvő szélsebesség növeli a termelt energia mennyiségét és javítja a gazdaságosságot. A napelemekhez hasonlóan decentralizált energiatermelés is megvalósítható vele, de a talajközeli, jellemzően alacsonyabb szélsebesség miatt ez csak kimondottan szeles, általában tengerparti helyeken kedvező. A szélturbinák teljesítménye jó közelítéssel a szélsebesség harmadik hatványával arányos, így a sebesség kisebb változékonysága is jelentős teljesítményingadozással jár. A várható termelésének előrejelzése a gyakorlatban még a napelemekhez képest is nehezebb és pontatlanabb.

Viszonylag nagy rendelkezésre álló potenciál

Decentralizáltan is hasznosítható, bár kevésbé hatékony

Több évtizedes folyamatos növekedés

Időjárásfüggő, ingadozó termelés

Erősen szélsebességfüggő teljesítmény

Geotermikus energia

A geotermikus energia a Föld belsejében található radioaktív elemek bomlásából származó hő, amelyet a felszínre juttatva tudunk hasznosítani. A Föld bizonyos pontjain ez a hő természetes formában is képes felszínre törni (pl. izlandi gejzírek), legtöbbször azonban mélyfúrással lehet kitermelni a több kilométeres mélységben található forró rétegvizeket. A geotermikus energia hő- és villamosenergia-termelésre egyaránt felhasználható, utóbbi esetben azonban jóval magasabb (legalább 100 °C feletti) hőmérsékletre van szükség a jó hatásfokú energiatermeléshez, így a geotermikus erőművek csak az igen kedvező adottságú területeken terjedtek el (bár a magyarországi Turán is üzemel már egy). A legtöbb helyen a hőhasznosítás kerül előtérbe, jellemzően geotermikus távhőrendszerek formájában, a fűtési felhasználás után visszamaradt hőt pedig fürdők vagy üvegházak fűtésére is előszeretettel hasznosítják. A geotermikus energia nagy előnye az egész éves egyenletes rendelkezésre állás, azonban a fúrás miatt viszonylag drága, a felhasznált fluidum visszasajtolása energiaigényes, és a méretezés során a geotermikus rezervoár esetleges kimerülésével is számolni kell.

Egyenletes, egész éves rendelkezésre állás

Hőtermelésre hatékonyan és gazdaságosan használható

Drága, különösen a kutak fúrása miatt

Visszasajtolás jelentős villamos energiát igényel

Túlzott kinyerés esetén idővel kimerülhet a rezervoár

Biomassza

A biomassza a biológiai úton létrejött szerves anyagokat jelenti, amihez energiaforrásként a kommunális hulladékot is hozzászámítjuk. A biomassza típusától függően igen sokrétűen felhasználható, hő és villamos energia termelésén túl, a többi megújulótól eltérően üzemanyag (bioetanol, biodízel) is közvetlenül elállítható belőle. A biomassza elégetése során CO₂-ot bocsát a környezetbe, ennek ellenére mégis CO₂-semlegesnek tekintjük, mivel nem évmilliókkal korábban a földkéregben megkötött CO₂-t juttatunk a levegőbe, csak az adott növény által az élettartama alatt megkötött mennyiséget, amit a kitermelése után helyére kerülő másik növény rövid idő alatt újra megköthet. A kimondottan energetikai célú növénytermesztés azonban az élelmiszertermelés elől veszi el a területet és a művelése is jelentős mennyiségű fosszilis üzemanyagot igényel, így létjogosultsága környezeti szempontból megkérdőjelezhető. Alapvetően a szerves hulladékok (akár kommunális, akár mezőgazdasági) energetikai célú hasznosítása kedvező megoldás, és erre a jelenlegi energiaellátási rendszerbe is jól illeszkedő eljárások vannak.

Sokrétűen, hő, villamos energia és üzemanyag termelésre is használható

Melléktermékek, hulladékok energetikai hasznosítása

Jól beilleszthető a hagyományos energiaellátásba

CO₂ semleges, de nem CO₂ mentes

Energetikai célú növénytermesztés termőföldet igényel

Művelés jelentős fosszilis energiahordozó felhasználással jár

Óceánenergia

Az óceánok energiájának hasznosítására számos különböző koncepció létezik, mely irányulhat az árapály jelenség által létrehozott vízszintkülönbségnek, az óceán hullámzásának, az áramlásoknak, illetve a különböző rétegekben tapasztalható sótartalom- vagy hőmérséklet-különbségnek a hasznosítására. Az ezzel kapcsolatos projektek többsége azonban jelenleg még csak kutatási vagy demonstrációs fázisban van, a világon beépített teljes óceánenergia kapacitás több mint 90%-át két árapály erőmű (254 ill. 240 MW beépített teljesítmény) teszi ki. Több évtizednyi kutatási tevékenység ellenére azonban máig sem jellemzők kikristályosodott, ipari léptékben életképes hasznosítási módok, a számos kidolgozott koncepció közül azonban nem kizárt, hogy némelyik akár már a közeli jövőben is elterjedhet.

Számos ígéretes koncepció létezik

Kis számú, főleg kísérleti és demonstrációs projekt

Jelenleg még nem létezik kiforrott és gazdaságos technológia

A megújulók általános bemutatása után a következő cikkben azok világszintű elterjedéséről is részletesen írok.

Hivatkozások

1. Carbon Tracker Initiative: „Unburnable Carbon - Are the world’s financial markets carrying a carbon bubble?”, 2011.
2. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC): Special Report: Global Warming of 1.5 °C., 2018.
3. Renewable energy policy network for the 21st century (REN21): Renewables 2019 Global Status Report, 2019.
4. Jeff Tsao, Nate Lewis, George Crabtree: Solar FAQs, 2006.