Mi hajtsa a járműveket? 6. rész: Földgáz vagy inkább CNG?

Egy nemrégiben publikált cseh kutatás számba vette és részletesen elemezte a közlekedés területén üzemanyagként felhasználható különböző energiaforrásokat. Tényleg olyan jó a CNG, mint amilyennek beállítják? Mit hozhat a jövő? Földgáz, CNG, dízel, és ami mögöttük van.

Jelen írás az eddig még nem említett turbinamotorokkal, a decentralizált energiatermelési stratégiákkal, valamint a gázpiac változásáról, az elé gördülő nehézségekhez történő alkalmazkodásáról ad számot.

A járművek meghajtási lehetőségeinek teljes lefedéséhez számba kell venni a belső égésű turbinát is. A dugattyús belsőégésű motorokkal összehasonlítva a forgó turbina egyszerűbb szerkezetű, a hatékonysága azonban csak egy bizonyos fordulatszám-tartományban magas. A belsőégésű turbinát földgázzal is lehet hajtani, ez történik például a gázerőművekben. A legnagyobb előnye, hogy gyorsan indítható, bár ez az indítás jelentős üzemanyag-fogyasztással jár. A kapcsolt gáz- és gőzerőműveknél a turbinából kiáramló forró gázokat a kazánban gőztermelésre használják fel a gőzturbina számára. A belsőégésű turbina esetleges alacsonyabb hatékonyságának itt nincs jelentősége, mivel a fennmaradó hővel a kazánban gőzt lehet termelni. Sajnos, még egy kisméretű erőmű is túl nagy ahhoz, hogy járműveken lehessen elhelyezni, mivel nem lenne elég helye a kazánnak és a gőzturbinának. Az alacsony indítási hatékonyság pedig már alapból is nagy hátrányba helyezi a turbinamotort a belsőégésű motorral szemben.

A turbinamotornak azonban van előnye is. A legjelentősebb pozitívum, hogy könnyű: a technológiát elsősorban a repülőipar alkalmazza. A vasúti járműveknél azonban nincsenek olyan szigorú súlykorlátok, mint a repülők tervezésénél, vagyis elviekben használhatóak lennének. Egyéb korlátozások viszont léteznek, például a szigorúbb zajhatárérték, megkövetelik a hosszabb élettartamot – ráadásul mivel a turbinák érzékenyek a porra, ezért gyorsabban is használódnak el. A nagy energiaigény mellett ezek is eredményezték azt, hogy a vasúti járműveknél csak vegyes sikert ért el a turbinahajtás. Mindössze néhány üzemeltetőnél fordultak, fordulnak elő, és ott is csak néhány százalékát teszik ki a gördülőállománynak. A francia SNCF-nél léteztek ilyen motorvonatok, ugyanilyeneket exportáltak az USA-ba, Egyiptomba és Iránba is. Turbina hajtotta a német DB VT 11.5 sorozatú TEE-motorvonatait, valamint V160-as sorozatú mozdonyainak egyes módosított példányait is. Léteztek más turbinahajtású járművek is, de a fentebb említetteknél folyékony üzemanyagot használtak gáz helyett.

A széntüzelésű erőművek technológiai fejlődése az egykori 30 százalékos hatékonyságot a jelenlegi 40 százalékra növelte, ennek következtében pedig csökkent a szénfogyasztás, ezzel együtt a károsanyag-kibocsátás is. Az üzemanyag villanyáram-termelésre nem használt 60 százaléknyi energiája csak az erőmű közvetlen környezetét fűti, legnagyobb része a hűtőtornyokon keresztül távozik. A nagy, több száz megawatt teljesítményű hőerőművek közelében nehéz megfelelő mennyiségű fogyasztót találni a keletkező, szintén több száz megawattnyi meleg vízhez. A nagy hőerőművek általában azon bányák közelében épülnek, ahonnan a szenet kapják, már csak a szállítási költségek csökkentése érdekében is. Napjainkban a legtöbb erőmű a kibocsátásnál kénmentesítő technológiát használ, így helyi szinten nem szennyezik túlzottan a környezetet. A hulladékhő felhasználását tekintve a kis, sűrűn elhelyezett kogenerációs erőművek nagy hálózata hasznosabb, mint a nagyobb erőművek, mert a villamosáram- és hőigénnyel bíró területekhez közel találhatóak. Ez teremti meg a decentralizált energiatermelési stratégiákat, melyek segítségével felhasználásra kerülhet az elektromos áram termelésekor keletkező hulladékhő lehető legnagyobb része. Ilyen stratégia például a háztartási, valamint a szolgáltatási szektorban és az iparban is alkalmazott gáztüzelésű bojlerek kis kogenerációs állomásokra történő lecserélése.

A CNG-üzemű járművek mennyisége EU-szerte növekszik, melynek hátterében egy egészen prózai ok áll: az épületek hőszigetelésének terjedése. Eddig az otthoni fűtésre szánt földgáz termelői és kereskedői egyre nagyobb hasznot könyvelhettek el, mivel egyre több háztartás és vállalat váltott át szénről földgázra, az elosztó csővezeték-hálózatok egyre több települést értek el, így a gázfogyasztás – és vele együtt a bevétel – is folyamatosan nőtt. Ahogy azonban egyre népszerűbbé vált az hőszigeteléssel történő energiamegtakarítás, a gázfogyasztási mutató lefelé kezdett indulni. Csehországban például 2010 és 2015 között tíz százalékkal – átlagban évi két százalékkal – esett vissza a földgázfogyasztás, az elkövetkező évek során pedig további csökkenést prognosztizálnak. Gazdasági és környezeti szempontból ez pozitív tendencia, mivel pénz és energia takarítható meg, továbbá a korszerű építőanyagok gyártóinak eladásai is egyre növekednek. Egyedül a gázszolgáltatók vesztesek, akik nagyjából 2010 óta nem éppen fényes jövő elé néznek. Őket az is sújtja, hogy számos ügyfelük a gázfűtésről kizárólag elektromosra váltott át, mivel a villanyáram és a gáz ára is számos rögzített elemet tartalmaz, a csehek pedig nem hajlandóak kétfelé fizetni, ha egy energiaforrás is elegendő. A gázvállalatoknak hamar fel kellett ismerniük, hogy a gáz számára a legnagyobb és legjövedelmezőbb piac a közlekedés lesz a jövőben – legalábbis az EU energiamérleg-statisztikái alapján. Főleg ha azt vesszük figyelembe, hogy egy CNG-hajtású személyautó csak harmadannyira hatékony a gáz energiává történő alakítása során, mint egy korszerű bojler. A földgázszolgáltatók azonban nem érdekeltek e fosszilis tüzelőanyag hosszútávú megőrzésében, és az sem izgatja őket, hogy a gáz elégetésével mennyi szén-dioxid jut a légkörbe.  A nagyközönséget masszív reklámkampány csábítja a CNG-használat felé, létfontosságú azonban, hogy megismerjük a sűrített földgáz mellett felsorakoztatott érvek mögött rejtőző buktatókat is. Ugyanez érvényes a CNG-hajtású járművek közpénzekből való beszerzését támogató állami intézkedésekre is, mivel ezek a stratégiák szabályozzák a piacot. A ravasz és sokszor erőszakos reklámkampány ellen a részletes ismeretszerzés az egyetlen megoldás.

A pontos összehasonlítás érdekében meg kell azonban jegyezni azt is, hogy a modern, gázüzemű bojlerek energiahatékonysága körülbelül 94 százalékos. Kereskedelmi szinten már kondenzációs fűtőberendezéseket használnak, amik nemcsak a földgáz fűtőértékét, hanem az annál körülbelül tizenegy százalékkal magasabb égéshőt is felhasználják. A kondenzációs berendezések hőcserélőjében a metán hidrogéntartalmának elégésekor keletkező füstgázok a vízpárából kondenzálódnak folyadékká, visszanyerve a párologtatás látens hőjét. A kályhateljesítmény és a tüzelőanyag hőteljesítményének, vagyis szabványos üzemanyagenergia-felhasználásának arányát 108 százalékra emelik – ez inkább a tüzelőanyag égéshőjére, mint a fűtőértékére vonatkozik –, ezáltal a kondenzációs fűtőtest hatékonysága 97 százalékos lesz. Egy általánosnak számító, korszerű bojlerrel összehasonlítva a járművek CNG-hajtású, belsőégésű motorja az üzemanyag fűtőértékét tekintve csak harmadannyira hatékony, mindössze 35–39 százalékos. A jövőbeli energiapolitikáktól függően valamikor a közeli vagy távoli jövőben rá fogunk döbbenni, hogy a szén-, a kőolaj- és a földgázkészletek is végesek, továbbá hogy a légkör antropogén szén-dioxid-koncentrációja visszafordíthatatlan. Ennek megállításához azonban társadalmi felelősségvállalásra van szükség: a földgázkészleteket takarékosan és körültekintően kell felhasználni. Például csak ott kell alkalmazni a földgázt, ahol az a leghatékonyabb lehet, legyen szó akár bojlerről, akár 94–108 százalékos hatékonyságú kogenerációs erőművekről. Az alacsony energiahatékonysággal bíró eszközöknél nincs értelme használni, mivel a hulladékhő 61–65 százalék, azaz magasabb, mint a fűtési célra használt üzemanyag részaránya. Megkérdőjelezhetetlen tény, hogy a sűrített földgáz járművek belsőégésű motorjában történő felhasználása rendkívül alacsony hatékonysággal bír a sűrítetlen földgáz bojlerekben való alkalmazásához képest. Ráadásul a járművekben nincs lehetőség a kipufogógázok és a hűtővíz összes hőenergiájának teljes hasznosítására.

A járművek meghajtásának területén nemcsak a sűrített földgáz az egyetlen gyenge hatékonyságú energiaforrás: ugyanezzel a hátránnyal küzd minden fosszilis üzemanyag. Az emberi tevékenység által keletkező szén-dioxid minimalizálására való törekvés során hibás lépés elpazarolni a fosszilis üzemanyagokat a belsőégésű motorokban, kiváltképp azokban, ahol a fennmaradó hulladékhőt semmi sem tudja hasznosítani. A Carnot-ciklus szerint bármely szabványos termodinamikus motor legfeljebb negyven százalék körüli hatékonysággal alakítja át a hőenergiát mechanikus munkává, vagyis a hőveszteség másfélszer nagyobb, mint a mechanikai munkára felhasznált energia. Továbbá az ökológiai lábnyom is két és félszer annyi, mintha az üzemanyagból származó teljes energiamennyiség felhasználásra kerülne.

A jövőbeli energiapolitikákból a nagy hőerőműveket is száműzni kell, hacsak nem olyan helyek közelébe építik, melyek a hulladékhő nagy részét vagy akár teljes mennyiségét hasznosítani tudják. Hasonlóképpen nem lehetséges a belsőégésű motorok használata járművek hajtásához, mivel a hűtővíz és a kipufogógázok által termelt hőenergiát lehetetlen értelmesen felhasználni. Számos jelenlegi példát lehetne említeni a hőenergia fentebb említett módokon való elpazarlására, melyek által jól látható, hogy a jövőben hatalmas mennyiségű energiát lehet majd megspórolni. A közlekedést tekintve pedig a megújuló energiaforrásokból előállított elektromos árammal hajtott járművek jelentik majd a leginkább járható utat.

A szerves eredetű olaj a legalább 250 millió évvel ezelőtt elpusztult növényekből származik. Egyes tudósok azonban olyan véleményen vannak, hogy a kőolaj ásványi, vagyis abiogenikus eredetű, és mélyen a földkéregben óriási mennyiségben található meg. Az eredményeik számos spekulációra adnak okot, de ha igazak, akkor az örvendetes hír a belsőégésű motorok gyártóinak – azonban félelmetesen rossz a klímakutatók és mindenki más számára. Ha mégis létezik ilyen mértékű olajkészlet, és persze gazdaságosan ki is termelhető, az borzasztó következményekkel járhat. Semmi sem szab majd határt az antropogén szén-dioxid keletkezésének, ezáltal a légkör szén-dioxid-tartalma egyre nőni fog, és az ember által előidézett klímaváltozás és globális felmelegedés egyre gyorsuló tempójával kell majd számolni.

Következő, egyben befejező írásunk az energetikai piac különböző ártorzító tényezőivel, valamint a hidrogén felhasználási lehetőségeivel zárja le a cikksorozatot.

* * *

Indóház Online – Hivatalos oldal: hogy ne maradj le semmiről, ami a földön, a föld alatt, a síneken, a vízen vagy a levegőben történik. Csatlakozz hozzánk! Klikk, és like a Facebookon!