Két hete írták alá a hamarosan megépítendő kínai óriás naperőműről szóló szerződést: a napenergia hasznosításában már rutinosnak számító amerikai beruházók (First Solar) egy évtized alatt több ütemben összesen 2 gigawatt teljesítményű erőművi blokkot készítenek el. Csak összehasonlításképpen: ez magában több, mint a Paksi Atomerőmű négy blokkjának összkapacitása, s egymagában is vagy hárommillió ember komplett áramellátását biztosíthatja. Az erőmű helye sem véletlen: az észak-kínai, pontosabban belső-mongóliai Ordosz-sivatagban épül fel (ez a Sárga-folyó nagy kanyarulatában terül el), ahol éves viszonylatban az egyik legnagyobb a napsütéses órák aránya. A most felépülő kínai energiatermelő egység azonban nem egyedi: mára számos erőmű készült el, például az arizonai Mojave-sivatagban (itt sincs sokszor borús idő), de Spanyolországban, Portugáliában is (itt azért többször). Mi több, augusztusban adták át az eddigi legnagyobb német naperőművet: ez a volt NDK területén fekszik s 162 hektáron (ez 210 futballpályányi terület!) gyűjti össze a napfényt - itt félmillió napelemet helyeztek el, az erőmű összteljesítménye pedig 53 megawatt, ami "csupán" 15 ezer háztartás komplett áramellátását képes biztosítani.
| ||
A nap az apa
Központi csillagunk napról napra elképesztő mennyiségű sugárzást bocsát ránk - csak a felső légkört folyamatosan 174 petawatt (1015 watt) teljesítményű napsugárzás éri, ebből 30 százalék rögvest visszaverődik, a többit elnyeli a légkör, illetve a földfelszín meg az óceánok (a közvetlen felszínt a teljes mennyiség fele éri el!). Még meghökkentőbb szembesülni azzal a ténnyel, hogy a légkör, a szilárd felszín és a vízfelületek összesen 3,85 millió exajoule (1018 joule) napenergiát nyelnek el évente - összehasonlításképpen ez óránként is nagyobb mennyiség, mint amennyit fajtánk évente felhasznál sivár létének fenntartására. Mondhatnánk: ezek szerint e besugárzás mind "kárba vész", de hát ez persze marhaság. A napenergia működteti a földi lég- és vízkörzést, miatta jönnek létre a létünket szolgáló (néha, ritkán azért veszélyeztető) légköri, időjárási képződmények, melyek gondoskodnak arról, hogy megfelelő mennyiségű napsütés, eső, szél stb. érje Földünket - és persze emiatt (meg az áldott üvegházhatás révén) lesz a felszíni hőmérséklet átlagosan 14 Celsius-fokos. Mint tudjuk, a napfény a fotoszintetizáló növények számára közvetlenül felhasználható energiaforrás - ennek gyümölcseit pedig közvetlenül vagy közvetve nap mint nap fogyasztjuk: legyen az saláta, sült hús vagy öt mázsa lengyel brikett. Ezen felül persze jó is lenne, ha közvetlen céljainkra megcsapolhatnánk a napenergiát - aminek technikai szempontból már most sincs akadálya, igaz, még akadnak hatékonysági és tárolási problémák. Zömmel a látható, kisebbrészt az infravörös (még kisebbrészt pedig a közeli UV) hullámhosszon sugárzott napenergia befogására már régóta léteznek eszközök, melyek az úgynevezett fotovoltaikus effektusra építenek, és a gyakorlati megvalósítás sem ördöngösség, mióta létezik félvezetőgyártás. A fotovoltaikus és a klasszikus fotoelektromos jelenségek nem keverendők össze. Előbbi esetben fény hatására feszültségkülönbség jön létre két különböző anyagú elektród között, ami beindítja az elektronáramlást, azaz az áramot. Az utóbbinál (a Hertz, Compton vagy éppen Einstein által tanulmányozott és elemzett klaszszikus esetben) az anyag felületéről távoznak elektronok a fény hatására. Az első működő, félvezetős napcellát még 1946-ban szabadalmaztatta egy bizonyos Russell Ohl, a későbbi kutatások kimutatták, hogy bizonyos félvezetőtípusok, mint a szennyezett szilícium vagy az arzén-gallium duó, fokozottan érzékenyek a fényre (az előző felfedezést a Bell Laboratoriesben dolgozó amerikaiak, az utóbbit Zsoresz Alferov és szovjet kutatóbrigádja tette).
A napelemcellákból összerakott erőművek ötlete sem új - megvalósításukat rendre ösztönözte az elfogyó fosszilis energiahordozók rémképe, és hátráltatta, amikor kiderült, hogy ama bizonyos végső határidő időpontja bizony meglehetősen bizonytalan. A technológia másik előnye viszont kézenfekvő, és gyakorta hangoztatják is annak lelkes hívei: az energiatermelő folyamat nem jár szén-dioxid-kibocsátással (a napelemek legyártása mondjuk igen, de hát ezt most tegyük zárójelbe). Ellentétben szinte valamennyi versenytárséval nem kell hozzá brutális tájformálás, mint a vízi erőműveknél vagy a hatalmas külszíni szénfejtéseknél, olaj- és gázkitermeléseknél, és nem kell aggódnunk elejtett csavarkulcsok, saját szakállukra kísérletező erőművi vezetők és halmozódó nukleáris hulladékok miatt sem. A naperőművekkel szemben sokan azért fogalmaznak meg kritikát, mivel fotovoltaikus elemeik, illetve irányított tükreik úgymond túl sok felületet takarnak ki a térszínből, és lehetetlenné teszik mondjuk a földművelést. Habár a naperőművek térigénye messze alatta marad mondjuk egy nagyobb kapacitású vízi erőmű tájrombolási szükségleteinek (gondoljunk csak a tározókra és a gátakra), s egyébként is, az erőművi helyszínek (a napsütötte órák száma valamiért pont a sivatagokban, félsivatagokban a legnagyobb éves szinten számítva) gyakorta amúgy sem alkalmas más tevékenységre (itt azért már akadnak ellenpéldák), mégis érdemes e szempontokat is figyelembe venni. Éppen e problémák megoldását jelenthetik azon fotovoltaikus elemek, amelyek most működő társaikkal szemben épp a napfény UV tartományát használnák fel áramtermelésre, míg a látható és az infravörös spektrumban tartozó napsugárzást átengednék (azaz elméletileg egy ilyen napelem nem "takarná ki" mondjuk az alatta nevelt paradicsompalántákat.
Drága napfény
Hát igen, jó is lenne az idea, ha nem volna fajlagosan drágább, mint a hagyományos energiatermelő technikák - csak a következő évekre várható, hogy a beindult kínai tömeggyártás (a környezettudatossággal megvert olvasók itt alighanem a fejükhöz kapnak...) nyomán csökken a napcellák ára, valamint az erőművek építési költségei, s így a naperőművek által termelt áram önköltségét tekintve is felveszi a versenyt a többiekével.
Ráadásul a fotovoltaikus effektuson alapuló napelemek csupán egy részét teszik ki az alkalmazott technológiáknak - a másik, a napsugárzás befogására használt eljárás sokkal ősibb: a legendák egyenesen Archimédésznek tulajdonítják (meglehet, tévesen). A koncentrált napenergia előállítására, mily meglepő, hol parabolikus tükröket, hol meg hatalmas rácsba rendezett, óriás tányérantennára emlékeztető eszközöket kapcsolnak össze, melyekkel valamilyen folyadéknak adják át az energiát. A melegített anyag lehet víz, illetve vízgőz, esetleg olajféle - de több helyen már magas hőkapacitású sókeverékeket (kálium és nátrium-nitrát elegyét) használnak hőtárolási és továbbítási célokra. Tárolásra már csak azért is szükség van, mivel sajnos a Föld túlnyomó részén optimális esetben is csak a nap bizonyos részén lehet az áldott sugárzást észlelni - mondjuk a korszerű fotovoltaikus elemek már árnyékban és felhős időben sem mondják fel a szolgálatot.
Tükröm, tükröm
A tükrös eljárással működő, úgynevezett CSP- (koncentrált napenergia) erőművek egy csoportjának nélkülözhetetlen tartozéka és leglátványosabb épületeleme az úgynevezett naptorony. Az ezt körülvevő, gondosan elrendezett naptükröket úgy állítják be, hogy az általuk visszatükrözött fényt pont a naptorony meghatározott felületeire reflektálják: jellemző, hogy ezeken a pontokon a hőmérséklet egy 35 Celsius-fok körüli meleg, nyári napon megközelítheti a 100 Celsiust, azaz a víz forráspontját (igaz, mint már említettük, hőtárolásra nem vizet, hanem inkább sóolvadékot használnak). Az már csak magától értetődő, hogy a napfényt akár fotovoltaikus elemekre is lehet tükrözni, ily módon fokozva a hatékonyságukat. Naptornyos naperőműből kettő is működik Spanyolországban: a PS10 és az idén átadott PS20 egyaránt nagy felületű, irányítható tükröket (angol szakszóval: heliostats) alkalmaz, melyek a nap fényét a kollektortoronyra irányítják. A technológia gyengéje az ára: építési költsége fajlagosan a többszöröse a hagyományos erőművekének - remények szerint ez csökkenni fog. Amúgy a naptükrözéses energiatermelésnek akad egy másik módozata is: ilyenkor hosszú sorba állított parabolikus tükröket helyeznek el, melyek gyújtópontján áthalad egy cső, benne melegíthető folyadékkal, többnyire olajjal - ennek hőmérséklete akár a 400 Celsius-fokot is elérheti. Ezzel azután gőzt fejlesztenek, amit a turbinákra eresztenek - s innentől jöhet az áramtermelés klasszikus metódusa. Ez a technológia a Nap energiájának kb. 15 százalékát tudja árammá konvertálni - hasonlóan a fotovoltaikus elemekhez (a speciális hőgyűjtő tartállyal kombinált ún. Sterling-motorok ennél jobb hatékonyságra képesek!).
Hőtárolás ide vagy oda, az ilyen erőművek - a nap természetes járása miatt is - zömmel hullámzó teljesítményűek. Persze a szakaszosan termelt energiát be is lehet pumpálni a nagy energiarendszerekbe - például váltóárammá alakítani, és betáplálni az elektromos gerinchálózatba. De a cél hosszabb távon nyilvánvalóan nem lehet más, mint hogy minél nagyobb közösségek komplett energiaellátását valósítsuk meg pusztán vagy legalábbis minél nagyobb mértékben "tiszta" (ezen belül nyilván egymással is kombinálható) forrásokból. A fotoelektromos, napelemes technológiát és az optikai napkollektoros eljárásokat alkalmazó (sokszor ezeket ötvöző) naperőművek előbb-utóbb nálunk is meg fognak jelenni. Erre utal a Mátrai Erőmű (!) májusi bejelentése, mely szerint 14 milliárd forint értékű (a remények szerint nem kis részben uniós pénzeken alapuló) beruházás keretében egy tízhektáros területet borítanának be naptükrökkel: a teljes blokk úgy 20 megawatt teljesítményre lenne képes, ami látszólag nem olyan sok, de reméljük, hogy mindez csak a kezdet.
