A Magyar Tudományos Akadémia folyóirata. Alapítva: 1840
 

KEZDŐLAP    ARCHÍVUM    IMPRESSZUM    KERESÉS


 A SZÉN-DIOXID-ADÓ TORZÍTÓ HATÁSA AZ ENERGETIKÁBAN

X

Reményi Károly

az MTA rendes tagja • remeni1(kukac)freemail.hu

 

Bevezetés


Az üvegházhatású gázok klímaváltozásban betöltött szerepe széles körben, mind a tudományban, mind a társadalomban vitatott, és rendkívül költséges téma. A viták eredményeként született kiotói jegyzőkönyv, a szén-dioxid és az egyéb GH-gázok szén-dioxid-egyenértékre számolt mennyiségének korlátozását tűzte ki célul. Több mint tízévnyi összegyűlt tapasztalat után megállapítható az egyezmény teljes csődje. Jelentős hatás, hogy a gazdasági értékelhetőséget is torzította, mind az erőművek létesítése, mind a későbbi üzemeltetési költségek vonatkozásában. A szén-dioxid-adó az alapproblémán nem változtat, mert a szennyezők kvótát vásárolnak, és tovább szennyeznek, a fogyasztó meg fizet.


A szén-dioxid az életünk része


A szén-dioxid-kereskedelem kiterjesztése nem segíti az éghajlat védelmét. Az EU kibocsátás-kereskedelmi rendszere (EU ETS) nem csökkentette a kibocsátásokat, és akadályozza más, hatékony eszközök bevezetését. Az Európai Uniónak kivásárlás (offsetting) nélkül kellene 2020-ra 40%-kal csökkentenie kibocsátásait 1990-hez képest.

A CO2-csökkentést célul kitűző mozgalmakat értékelve Kiotótól egyenes volt az út Koppenhágáig és tovább Cancunig, Durbanig. A legnagyobb probléma a megegyezések feltételeinek megalapozatlanságában van. A fosszilis energiahordozók jövőbeni szerepe, Kína és India fejlődése, a természeti közvetlen (megújulók) drágasága és korlátai stb. átgondolatlanságot tükröznek.

A szén-dioxid nem szennyezőanyag. Különösen bántóak azok az erőműi „környezetszennyezést” bemutató fényképek, amelyek a hűtőtornyokból (illetve kéményekből) kiáramló gőz látványával igazolják a nagymértékű „szennyezést”. Sajnos ilyen képek rendkívül elterjedtek mind a tudományos, mind a népszerűsítő médiában.

 

 

 

1. ábra • Megtévesztő erőműi környezet-„szennyezés”

 


A környezettel való kapcsolatban a tüzelőanyagok szerepének ismerete a levegő-összetételre való hatásuk miatt jelentős feladat. A legfontosabb folyamatok: a fotoszintézis, a talaj légzése, a fosszilis tüzelőanyagok égése–tüzelése, az óceánok CO2-felvétele és az óceánokban folyó fotoszintézissel járó légzés. A tüzelőanyagok energetikai hasznosításánál, az emberi tevékenységnél a cél a hőfejlesztés, amikor az adott tüzelőanyag összetételének figyelembevétele (az energiafejlesztési reakció) alapvetően fontos a ténylegesen felhasznált oxigénmennyiség megismerése szempontjából. Erre az O2/MJ jellemző alkalmas.

A reakciófolyamatok ismeretében az 1. táblázatban foglalt paraméterek számíthatók.

A szén-dioxid-kibocsátás az energetikai hatásfok növelésével csökkenthető (Gács et al., 2014).

Az utóbbi évtizedekben a tudományos, a gazdasági és a politikai körök a klímaváltozással kapcsolatosan igen merész kijelentéseket tettek. Újabban azonban már egyre inkább abba az irányba változik a klimatológusok véleménye, hogy a CO2-növekedés miatti felmelegedés csak néhány tized fok lesz, annyi, amennyivel a légkör energiamegkötő képessége növekszik (ezt már leírtam korábban). Sokak szerint ez az energianövekedés elegendő lehet arra, hogy a kis légköri katasztrófák számának csökkenése mellett a nagyok száma növekedjék. A légkörről részletes, régiónkénti energetikai számítások még nem ismeretesek, amelyek alátámasztanák ezt az elméletet. A még nem teljes mértékben igazolt jelenséget véleményem szerint nem a kis, hosszú távú, átlagos hőmérséklet-emelkedéssel, hanem a rövidciklusú, nagy értékekkel lehet magyarázni. Ha így van, akkor ezt a hatást, a néhány tized fokos hosszabb távú átlagos hőmérséklet-emelkedés helyett, a rövid idejű (pl. éves), rövid ciklusú, a globálisnál lényegesen nagyobb mértékű (akár több fokos) hőmérséklet-emelkedések (3. ábra) okozhatják.

Például 1995–1996-ban az oszcilláció elérte a közel 3 K-t. Ez, ha valóban a légkör globális hőmérsékletéről lenne szó, a belső energiában óriási hőmennyiség-változást jelentene. A légkör hőmérsékletváltozása egy nagy, globális hőerőgép folyamatának fogható fel. (E felfogás melletti és ezt vitató érvek is léteznek.) A légkör adatait felvéve 1 K hőmérsékletváltozás energiaértéke: A légkör tömege: 5,2×1018kg. Fajhő: 1,007 kJ/kgK ρátl: 0,1995 kg/m3

A hurrikánok energiájának becslésére két módszer létezik:

• a légköri vízcseppek kondenzációjából felszabadult energia;

• a hurrikán erős szélörvényében rejlő energia.

Egy 60 km sugarú, 40 m/s sebességű hurrikán disszipációjából, a kinetikus módszerrel számítható energia: 1,3×1017 Joule/nap.

A légkör 1 K lehűlésekor a hőenergia-változás: Qlev=5,2×1018×1007=5,24×1021Joule/K

Ennyi energia 40 300 hurrikánnapot jelent. Ha egy hurrikán hatvan napot él, akkor ez 672 hurrikánra elegendő. Egyszerű számítással bemutattuk, hogy a rövid távú hőmérséklet-oszcillációk keletkezésének vagy okozásának a légkör energetikai folyamatai alapul szolgálhatnak. Nincsenek részletes elemzések, de például az 1988–1990-es és az 1995–1996-os nagy hőmérséklet-oszcillációs időszakokban erős hurrikántevékenység is volt.

A villamosenergia-fejlesztés szén-dioxid-kibocsátásának megadóztatásával a különböző tüzelőanyag-fajták esetén a villamos energiát jelentős költség terheli. Ennek kiszámítása egyszerű, de a kvóták és piaci hatás miatt ezen értékektől a valóság jelentősen eltér.

 

 

A szén-dioxid-piac a 2004-es évben indult. A különböző országok eltérő szabályozása következtében az árakban is eltérés van (4. ábra, IEA 2007). Az energiapiac mozgásában jelentős különbözőségek tapasztalhatók. Egyes szakaszokban akár ellentétes trend is létezett, például 2004 második félévében. (5. ábra, IEA 2007)

A 6. ábra azt mutatja, hogy az ár az európai határidős piacon 15–30 euró között ingadozott 2005–7 között, amikor a rendszer kísérleti fázisban volt. Az ár a kiadott kvóták miatt 2005-ben közeledik nullához. 2008-tól ezek az engedélyek nem érvényesek. A második kiosztás után a határidős piacon az ár ~20 euró/tCO2. A piaci ár 2008 június végén közelítette a 30 euró/t értéket; leesett, és ismét emelkedett, 22 euró/t értékre augusztusban.

Az utóbbi években, Észak-Európában a szén-dioxidnak az energiaárakra való tényleges hatása a 7. ábrán látható. A hatást a CO2-piacon kívül a rendszerben üzemelő erőművek fajtája, terhelése stb. befolyásolja (Mauritzen, 2013).


Skandináv energiahelyzet a 2005–2012 közti években (megjegyzések a 7. ábrához)

 

• 2005: többlet, a CO2-hatás fokozatosan megszűnik a villamos energia árában

• 2006: hiány és erős CO2-hatás

• 2007: többlet és a CO2 hatása majdnem nulla

• 2008: többlet és kábelkimaradások, kisebb a CO2 hatása 1 H rendszernél, 2 H rendszer normalizálásával normál CO2-hatás

• 2008: közel normális hidrológia és CO2-hatás

• 2010: jelentős hiány és teljes CO2-költséghatás

• 2011: jelentős hiány 1 H-nál, és normalizált hidrológia 2 H-nál, normális CO2-hatás

• 2012: kevés hidrológiai többlet és némileg kis CO2-hatás

Az árak az USA-ban általában alacsonyabbak. A záró ár az első árverésen 2008 szeptemberében 3,07 $/tCO2 volt.

Az árak jövőbeni alakulására található elemzések gyakran igen nagy eltérést adnak. Azonban általában emelkedést várnak, amire az eddigi piaci viselkedés nem ad szilárd alapot. Az USA helyzetére vonatkozó elemzés látható a 8. ábrán.

A 8. ábra három feltételezett esetre ad prognózist a 2020–2040 közötti időszakra (Wilson, 2012). Az alacsony, közepes és magas kibocsátástrendek, a végrehajtott intézkedések függvényében változnak. A magas kibocsátás a jelenlegi helyzet folytatását, a közepes kisebb fejlesztéseket, míg az alacsony radikális intézkedéseket feltételez. Megjegyezve, még ez az alacsony ár is jelentős többletköltséget jelentene a villamos energia árában. Remélhetőleg a jövőben a szén-dioxid-kibocsátás szerepének túlértékelése jelentősen mérséklődik.

A piaci viszonyok kiszámíthatatlanságára jól jellemző az EU ETS árváltozási diagramjai a 2003–2006 és a 2011–213 közötti időszakban (9. ábra, IEA, 2007 és 10. ábra).

A szén-dioxid-árváltozások mutatják, hogy nem lehet egyszerű számításokkal követni a trendet. Az árváltozás nem egyértelmű. Függ a rendszerben lévő erőművek által használt tüzelőanyag fajtájától, azaz, hogy miként változtatjuk például az üzemben lévő széntüzelések vagy gáztüzelések számát. 2005 júliusáig ez talán benne volt a rendszerben. Később azonban a támogatási rendszerek belépésével a szállítók magatartása jelentősen változott.

Magyarországon az ipar lényeges leépülésével a szén-dioxidra vonatkozó nemzetközi előírások teljesítése nem jelentett problémát. Így van ez a legutolsó, 2014. 10. 23-i EU csúcstalálkozón elfogadott megállapodásban előírtakkal is.

A megállapodás értelmében a tagállamok kötelezően, kikényszeríthető módon az 1990-es szinthez képest legalább 40%-kal mérséklik CO2-kibocsátásukat, 27%-kal növelik a megújuló forrásokból származó energia arányát energiatermelésükben, és szintén 27%-kal javítják az energiafelhasználás hatékonyságát.

A CO2-célkitűzések Magyarországon gyakorlatilag már teljesültek, Európában elérhetőek, de világviszonylatban szóba sem jöhetnek. A másik két előírás teljesítése kétséges, és gazdaságilag jelentős hátrányt okoz.


Összefoglalás


A világ energiaigényének legnagyobb részét a jövőben is a fosszilis tüzelőanyagok biztosítják. Ez azt jelenti, hogy a légkörbe jelentős mennyiségű szén-dioxid kerül, bár újrahasznosítására erőteljes fejlesztéseket folytatnak. Ezek a fejlesztések hasznosak, nem úgy a fosszilisekből történő energiafejlesztés nagymértékű megadóztatása. Nincs egyértelműen, tudományosan igazolva az, hogy az emberi tevékenység következtében kibocsátott szén-dioxidnak jelentős szerepe lenne a klímaváltozásban. A klíma változása e földi rendszer elkerülhetetlen sajátja. A szén-dioxidnak az energiaköltségekben betöltött szerepe az adott pillanatban működő rendszer ismeretében is nehezen határozható meg. Az energiapiac és a CO2-piac két külön intézmény, a saját törvényeik szerint működnek. Természetesen léteznek közöttük bizonyos kapcsolatok. A jövőben talán a tudományos érvek erőteljesebb hatása következtében a CO2-nek a klímaváltozásban betöltött szerepe tisztázódik, gyengül, és ekkor a piac jelentősége is gyengül, vagy megszűnik. Új elven működő piac jöhet létre, ha újrahasznosítás révén a CO2 értékes alapanyaggá válik.
 



Kulcsszavak: szén-dioxid, szén-dioxid-adó, szén-dioxid-kvóta
 


 

IRODALOM

Europe. Nordic Power Production. Hydro, • WEBCÍM

Gács Iván – Buzea K. – Gebhardt G. – Sándor Cs. (2014): Villamosenergia-termelés és CO2-kibocsátás. • WEBCÍM

Ha-Duong, M. (2009): Value of Carbon: Five Definitions. In: Cleveland, Cutler J.: Encyclopedia of Earth. Environmental Information Coalition, National Council for Science and the Env., Washington DC • WEBCÍM

IEA (2007): CO2 Allowance & Electricity Price Interaction. Impact on Industry’s Electricity Purchasing Strategies in Europe. IEA Information Paper. OECD/IEA • WEBCÍM

Mauritzen, Bjørn Kjetil (2013): Impacts of the EU/ETS in Northern

Tihanyi László – Horánszky Beáta (2012): Európai trendek a szén-dioxid-kibocsátás területén. Műszaki Földtudományi Közlemények. 83, 1, 249–257. • WEBCÍM

Wilson, Rachel – Luckow, P. – Biewald, B. – Ackerman, F. – Hausman, E. (2012): Carbon Dioxide Price Forecast . Synapse, Cambridge, MA • WEBCÍM 

 


 

fosszilis tüzelőanyag

fűtőérték (MJ/kg)

fajlagos oxigénigény (106×O2 mól/MJ)

H2

121 2066

C

32,808 2538

CH4

54,9 2279

C3H8

48,8 2326

C4H10

48,0 2334

C2H4

45,4 2326

antracit C 86%, H 3,7%

35,3 2540

lignit C 19,7% H1,7% O 8,5%

8,52 1813

biológiai anyagok

C6H12O6 (glükóz)

21,2 1573

CH4O (metanol)

27,4 1710

C2H6O (etanol)

32,9 1980

kérges fa C 47%, H 6%, O 43% (nedvesség- és hamumentes)

18,1 1492

 
1. táblázat <
 





2. ábra • Az energetikai hatásfok szerepe <

 


 


3. ábra • A hőmérséklet oszcillációja <
 



 

erőmű hatásfok (%) fajlagos hőfogyasztás
(GJ/MWh)
fajlagos kibocsátás
(tCO2/MWh)

széntüzelésű gőzerőmű

25 – 44 14,4 – 8,2 1,56 – 0,88

fűtőolaj gőzerőmű

28 – 36 12,9 – 10,0 1,02 – 0,79

földgáz gázturbina

22 – 38 14,9 – 10,5 0,90 – 0,52

földgáz gőzerőmű

30 – 44 12,0 – 8,2 0,66 – 0,45

földgáz gáz – gőz

48 – 58 7,5 – 6,2 0,41 – 0,34


2. táblázat • A villamosenergia-fejlesztés szén-dioxid-kibocsátása
 



 

erőmű

átlagos fajlagos kibocsátás
(tCO2/MWh)

CO2-ár (Euro/t)

5 10 20 30

széntüzelésű gőzerőmű

1,22 6,1 12,2 24,4 36,6

fűtőolaj gőzerőmű

0,905 4,53 9,1 18,2 27,3

földgáz gázturbina

0,71 3,55 7,1 14,2 21,3

földgáz gőzerőmű

0,56 2,8 5,6 11,2 16,8

földgáz gáz – gőz

0,38 1,9 3,8 7,6 11,4


3. táblázat • A villamosenergia-fejlesztés fajlagos szén-dioxid-kibocsátásának költsége

a villamos energia árában, euróban
 





4. ábra • A szén-dioxid-piac kezdeti szakasza <

 


 


5. ábra • A szén-dioxid és a villamos energia árváltozása <

 


 


6. ábra • A vásárlási mód hatása az árra <

 


 


7. ábra • Észak- Európa energiapiacán az árak alakulása

a szén-dioxid-kibocsátás okozta többletköltségek figyelembevételével <

 


 


8. ábra • Az intézkedések hatása az árprognózisokra <

 


 


9. ábra • A megjósolhatatlan szén-dioxid-árváltozás 2003–2006 (Forrás: Poirt Carbon) <

 


 


10. ábra • A megjósolhatatlan szén-dioxid-árváltozás 2011–2013 <
 


 

CO2-kibocsátás 1990 2012 1990 (40%) 2030 2013–2030

magyar helyzet

68 Mt/év 42,64 Mt/év 27,2 Mt/év 40,8 Mt/év 1,84 Mt/év

EU*

4,3 Gt/év 3,74 Gt/év 1,73 Gt/év 2,59 Gt/év 1,15 Gt/év

világ

24 Gt/év 35 Gt/év 9,6 Gt/év 14,4 Gt/év 20,6 Gt/év


4. táblázat (* EU 1990-ben 12 tag, 2013-tól 28 tag)