Az elektromos energia előállítása

A gépjárművek terjedésével nemcsak az autóipar kezdett el rohamosan fejlődni, hanem az üzemanyagként használt dízel és benzin előállításához használt kőolaj kitermelése is. A nyersolaj fellelése és kitermelése nagy gondot okozott, de csak rövid ideig, mivel a kereslet hozzásegített ahhoz, hogy nagyon gyorsan megtalálják a megoldást, az olajkutakat. Ez azonban nem volt elegendő, mert a kitermelt nagy mennyiséget fel is kellett dolgozni, és ez újabb kihívás elé állította az embereket.

Manapság, az elektromos autók korában az elektromos energia előállítása újabb értelmet nyert. Az elektromos meghajtás még újdonságnak számít, de amilyen iramban fejlődik az autógyártás, rövid időn belül ez is eléri a csúcspontját, ahonnan már nincs feljebb. Az autókban elhelyezett akkumulátorok töltése még gondot okoz, de már léteznek olyan helyek, ahol nemcsak benzint vagy dízelt tankolhatunk, hanem áramot is. Ennek az üzemanyagfajtának az előállítása nem egyszerű, ezért néhány gondolat erejéig foglalkozzunk ezzel az iparággal is.

A vízerőművek a víz energiáját használják fel az elektromos áram előállítására. Több fajtájuk ismert, és az építésük is más módon történik. A duzzasztós, szivattyús-tározós, folyóvizes, föld alatti vagy a hullámerőművek mindig a megfelelő helyre kell hogy épüljenek, ezért lényeges a jó tervezés, a megvalósításuk pedig sokba kerül. A duzzasztós vízerőmű egy gáttal elrekesztett folyó — a gát mögötti tározóban felgyűlt — vizének felhasználásával, vízturbinák és elektromos generátorok segítségével termeli ki a villamos energiát. Ennek mennyisége nagymértékben függ az átáramló víz mennyiségétől, tehát tartósan aszályos időben előfordulhat, hogy csökken a termelés. Ilyenkor más létesítményeket kell maximálisan dolgoztatni. A működéshez szükség van még egy tényezőre. Ez nem más, mint a víz esése, ezért különleges csővezetékeket és turbinákat építenek a rendszerbe, melyek gondoskodnak a szükséges esési paraméterekről.

A szivattyús-tározós erőműveket csak az energiafogyasztási csúcsok alkalmával használják, mégpedig úgy, hogy két különböző szintmagasságú víztározó között a magasabban fekvőből az alacsonyabba engedik át a vizet egy turbinán. Amikor kisebb a fogyasztás, a vizet visszaszivattyúzzák a felső tározóba. Az üzemeltetés veszteséges, de ha nem építenék ki, a kritikus időkben nem tudna működni a rendszer.

A folyóvizes erőmű a legrégibb típus, melyet folyókra vagy patakokra építenek. Fő része a vízkerék, melyet a víz mechanikus energiája hoz működésbe. Felhasználása a textiliparban volt nélkülözhetetlen, hiszen fonó- és szövőgépeket hajtottak vele, ezért ezek a gyárak a folyók közelében épültek. A malmok is itt terjedtek el, mivel az őrlőköveket is hasonló módon üzemeltették.

A föld alatti változatokat például vízesések vagy hegyi tavak esetén használják. A két eltérő szint összekötésére ilyenkor alagutat építenek ki, melybe turbinákat helyeznek. Ugyanezt a megoldást alkalmazzák nagy szintkülönbségű hegyi duzzasztásnál is. A hullámerőmű a tenger hullámzásának energiáját használja elektromos áram termelésére.

A hőerőmű fosszilis tüzelőanyaggal fűtött gőzkazánokban termel gőzt, mely a gőzturbinát, általa pedig a villamos generátort hajtja meg — így jön létre az elektromos áram. Ezek a létesítmények nagy teljesítményűek, valamint állandó üzemeltetésre tervezik őket. Általában több blokkból állnak, és mindegyik fel van szerelve minden szükséges berendezéssel, hogy egymástól függetlenül is tudjanak energiát termelni. A gőzkazán nagy tisztaságú, magas nyomású és megfelelő hőmérsékletű gőzt küld a generátort hajtó gőzturbinának. Ha a tüzelőanyag szén, előbb megőrlik, majd levegő segítségével befújják a tűztérbe. Olaj- vagy gáztüzelés esetén megfelelő fúvókákat használnak. A működéshez szükség van nagy mennyiségű vízre is, melyből előbb ki kell vonni a sót, hiszen a víz sótartalma lerakódik a berendezés bizonyos részein, ezzel pedig meghibásodást okozhat. A gőzturbina több egymáshoz kapcsolódó forgórészből áll, s ezek végén a villamos generátor található, melynek hossza elérheti a 30 métert is, a tömege 200 tonna. A turbinába beáramló gőz hőmérséklete 540 °C, a távozó hőmérséklet 320 °C, melyet visszavezetnek a kazánba újrahevítésre. Minden kazán alján gyűjtőteret alakítanak ki, ahová lehullik a salak, majd vízzel lehűtik, és elszállítják.

A hőerőművek a környezetszennyezés szempontjából különösen károsak, csakhogy a kiváltásuk időigényes, ezért még sokáig üzemben lesznek, főleg a fejletlen országokban. A tüzelésre használt anyagok lassan kiapadnak, így felváltja őket valami más erőforrást igénylő áramfejlesztő berendezés.

A kőolaj és a földgáz feldolgozása

Most essen néhány szó a legrégebbi erőforrásról. Ez a kőolaj, illetve a származéka, a dízel és a benzin. Ez az anyag elhalt tengeri (növényi és állati) egysejtű élőlények bomlásterméke. A kitermelése drága és bonyolult, nagy szakértelmet igényel, de miután behatárolják a helyet, ahol először próbafúrást végeznek, majd meghatározzák a mennyiséget, fúrótornyot építenek. A lyukat speciális kialakítású gyémánt fúrófejjel fúrják, mely forgás közben apró szilánkokká őrli a kőzetet. A szerszámot a kopás mértékétől függően cserélik, ami akár 10 órán át is eltarthat. A fúrási sebesség a kőzet keménységétől függ, és 0,3 m/h-tól 60 m/h is lehet, a kereslet pedig a napi 100 millió hordónyi mennyiség. Ebből az következik, hogy a folyamat nem állhat meg egy pillanatra sem, mivel a veszteség elképesztő összegbe kerül. A legnagyobb fogyasztó az Amerikai Egyesült Államok, majd Kína és Japán következik a sorban.

A kőolaj alkotóelemeire való szétválasztását desztillációnak vagy frakcionálásnak hívjuk, melynek során a 400 °C-ra felmelegített kőolajgőzt fokozatosan hűtik, és ekkor keletkezik a pakura, a többféle kenőolaj, a dízel és a benzin. Ezeket az anyagokat azonban nem mindjárt kapjuk, hanem alkalmazási területeik szerint választják szét, majd tovább finomítják őket, és csak ezután keletkezik a tiszta üzemanyag. Az üzem- és a kenőanyagokon kívül parafint meg petróleumétereket is nyerünk, de az aszfalt és a bitumen is nagyon hasznos termék. Az aszfalt az útépítés egyik fő anyaga, a bitumen pedig az építőiparban mint szigetelőanyag jelenik meg. Tehát a nyers kőolaj szinte minden cseppjét felhasználjuk, mely különféle eljárások végén elhagyja az olajfinomítót. A felhasználási terület terjedése és a mennyiség növekedése is arra kényszeríti az iparágat, hogy újabb fúrásokat végezzenek, szinte mindenhol, így a tengerekben és az óceánokban is.

A vízi olajkutak felépítése sokkal összetettebb, mint a szárazföldi változatoké, mivel itt a torony ki van téve a hullámok nagy erejének meg az erős szélnek. Ezért rögzítik a tengerfenékhez, egy bonyolult horgonyrendszer által. Több típus létezik: lágy, félig merülő, lebegő, húzott lábú, valamint rúdszerkezetű torony. A lágy szerkezet, mely akár 1000 méter mélyre is leérhet, csak a csővezeték stabilizálására való, nincs olajtartálya. A lebegő változatok valójában egy hajóra vannak építve, és 2500 méter mélységig is hatékonyak. Előnyük, hogy nem biztonságos üzemeltetés esetén egyszerűen elvontatják, majd visszaszállítják őket. A stabilitás szempontjából a gravitációs platformok kínálják a legsokoldalúbb megoldást, ezek betonöntvények segítségével vannak rögzítve. Hátrányuk, hogy csak sekély vízben működőképesek, és rövid ideig használhatóak. Mindent megteszünk azért, hogy kinyerjük az utolsó csepp olajat is, legyen az bárhol.

A másik igen fontos üzemanyagféle a gáz, melynek lelőhelye szintén a föld. A kitermelt gázt hosszú csővezetékeken szállítják, melyek országokon haladnak át, és így kerülnek az üzleti és a lakossági fogyasztókig. Gázüzemű gépkocsik is szép számban vannak, de nem hódítottak olyan nagy mértékben, mint azt az autógyárak remélték.

A gépjárművek üzemanyaga előbb a dízel, illetve a benzin volt, majd következett a gáz. Napjainkban úgy tartják, hogy az elektromos autóké a jövő. Írásunkban olvashattunk arról, hogyan készülnek az üzemanyagok, és azzal is szembesülhettünk, hogy mennyibe kerülnek, illetve milyen nehéz munka árán juthatunk hozzájuk. A benzin és a dízel nagyon károsítja a környezetünket, ezért lassan átváltunk az áramra, mivel ez egy tisztább energiaforrás, hiszen egyáltalán nem szennyezi a levegőt — de vajon az előállítása során mennyi káros anyag jut a levegőbe? Amikor majd csak vízerőművek, napkollektorok vagy szélerőművek állítják elő ezt az energiaforrást, akkor kijelenthetjük, hogy ez valóban környezetbarát üzemanyag.