Naperőművek környezeti lábnyoma

Sokan széndioxid-semlegesnek hiszik. Van, aki szerint még a gyártáskor megtermelt energiát sem termeli vissza. Hol az igazság? Cikkünkben egy szántóföld helyén létrehozott 45 hektáros napelempark életciklus elemzését mutatjuk be. A számok alapján a naperőműben megtermelt minden kilowattóra villany mindössze 60 gramm széndioxidnak megfelelő kibocsátást jelent a hazai átlag 400-al szemben. A környezeti lábnyom minden szempontból kisebb, viszont egy ilyen erőmű kétszer annyi természeti erőforrás kitermelésével és felhasználásával jár.

A napelemek ára az utóbbi években folyamatosan esik, átlagosan évente 15%-al. Ennek köszönhetően világszerte hihetetlen gyorsasággal épülnek a napelemes rendszerek, 2020-ra például elérheti a 800 GW összkapacitást, ami a világ áramtermelésének 4%-át jelenti.

Ez a folyamat Magyarországon is beindult: eleinte leginkább a lakosság mozdult a háztartási méretű kiserőművekkel (HMKE), majd ezt követték a közintézmények számára kiírt pályázatokból épült szintén kisebb rendszerek. A zömmel állami hátterű nagyobb naperőművek néhány éves fáziskéséssel, de annál nagyobb lendülettel kezdtek el gombamód szaporodni az ország minden részén.

Fotovoltaikus kiserőművek magyarországi beépített teljesítménye 2008-2020 közt, forrás: MAVIR 2020

Ha minden igaz, ez a trend még jó néhány évig folytatódni fog, legalábbis a kormány által nemrég közzétett legújabb energiastratégia és akcióterv is további négy-ötszörös bővüléssel számol az elkövetkező évtizedekben. Ennek a bővülésnek csak egy kisebb része kerül majd épületek tetejére, a nagy része zöldmezős beruházásként, korábban mezőgazdasági célra hasznosított területeken fog megvalósulni. Ezeket az akár több tíz hektárt beborító, óriási napelemparkokat az energetikai szakma fotovoltaikus naperőművekként emlegeti.

A felsőzsolcai naperőmű madártávlatból

A napelemek környezeti hatásairól sok legenda kering. Egyrészt a többi megújuló energiával együtt, a pártolói hajlamosak hiper-szuper kibocsátásmentes technológiaként kezelni a napelemeket, többek közt a kormány klímastratégiájában is „széndioxid-semleges”-ként szerepel. Ez annyiban igaz, hogy egy ilyen erőműben nincs se kémény, se kipufogó ahol egyáltalán ki lehetne bocsátani a levegőbe bármit. Viszont nyilván az alkatrészek előállítása, szállítása és az építés során komoly mennyiségű kibocsátás jön létre, főleg ha Távol-Keleten gyártják a napelemeket. És akkor ott a másik véglet, a minden mögött összeesküvéseket sejtők csoportja, akik szerint egy ilyen rendszer még a gyártáskor befektetett energiát sem termeli vissza az élete alatt.

Szerencsére az életciklus-elemzés segítségével viszonylag pontos választ lehet adni ezekre a kérdésekre. 2019-ben például elvégeztük ezt a számítást az MVM előző évben átadott, 45 hektáros felsőzsolcai naperőművére, aminek az eredményeit mindjárt mutatjuk is. Előtte viszont nézzük, hogy egy ilyen rendszer környezeti lábnyoma egyáltalán miből áll össze. Ehhez a naperőmű életciklusának minden fázisát figyelembe vesszük: a nyersanyagok feldolgozásától a gyártási folyamatokon, szállításokon, telepítésen, üzemeltetési időn keresztül az újrahasznosítási és hulladékkezelési folyamatokig.

Naperőmű életciklusa

Gyártás és építés

A naperőmű egyes elemeinek gyártása a világ különböző pontjain történik, ezek közül a legfontosabbak maguk a napelempanelek. Ezekből összesen 74 ezer darabot kellett Vietnámban legyártani és hajón, kamionon a Felsőzsolca határában található szántóföldre szállítani. A panelek huszasával vannak „asztalokba” rendezve, amelyek a Magyarországon legkedvezőbb 45 fokos szögben déli irányba néznek. A panaleket tartó állványokhoz kb. 600 tonna horganyzott acélt használtak fel, természetesen ennek a gyártását és szállítását is figyelembe vettük a számítás során. Emellett működtetéshez be kellett még szerezni, csak a leglényegesebbeket kiemelve: 466 darab invertert, 19 transzformátort, rengeteg különböző kábelt, irányítástechnikai berendezéseket, reléházakat stb. Mivel a naperőművet meg is kell valahogy közelíteni, kb. 25 ezer tonna zúzott kő, homok, kavics kellett az utakhoz. Az építéskor a munkagépeknek gázolaj, a világításhoz pedig villanyra van szüksége plusz még keletkezik kb. 40 tonna vegyes hulladék, amit kezelni kell.

Karbantartás és üzemeltetés

Az üzemeltetés során az erőmű egy viszonylag kihalt létesítmény, állandó emberi jelenlétre nem igazán van szükség, inkább időszakos munkák vannak. Ilyen évente párszor elvégzendő feladat a napelemek tisztítása, illetve a napelem alatt kinőtt növényzet kaszálása vagy legeltetése. A napelem modulokból a tapasztalatok alapján évente kb. 25 darab hibásodik meg. Az inverterek élettartama kb. 8-10 év, így feltételeztük, hogy azokat a tervezett 25 éves üzemidő alatt kétszer kell majd cserélni. A kábeleket és a tartószerkezeteket 30-40 évre tervezték, így azokkal valószínűleg nem lesz gond ennyi idő alatt. Mivel a felsőzsolcai a naperőmű beépített teljesítménye 20 MW, így ez kb. 550 millió kWh - nagyjából egy 10-15 ezer fős kisváros fogyasztásának megfelelő - villamos energiát fog termelni a 25 év alatt.

Bontás

Általában erről van a legkevesebb infó, mert egyáltalán nem biztos hogy 2035-ben az egész erőművet le kell majd bontani. Könnyen lehet, hogy a meglévő tartószerkezetre újabb napelemek fognak majd kerülni. Ha viszont mégis lebontják az egészet, akkor a tartószerkezettel és a kábelekkel nagy gond nem lesz: a vasat és rezet újra lehet hasznosítani. Ugyanez igaz a leszerelt panelek nagy részét adó alumínium keretre és az üvegborításra, amit szintén könnyű újrafeldolgozni. Az egyetlen problémásabb dolog az a viszonylag kis mennyiségben keletkező különböző elektronikai alkatrészek és a napelem modulok félvezetői. Ezek sok értékes anyagot tartalmaznak, de egyenlőre nem gazdaságos újrahasznosítani őket.

Napelem összetétel, forrás: nvsolar.hu

Akkor most mekkora is az a környezeti lábnyom?

Miután összegyűjtöttük az építéshez, karbantartáshoz szükséges anyagok és energiahordozók listáját, mindegyikhez több tízezer ipari alapanyag közül kikerestük a svájci ecoinvent adatbázisban a megfelelő gyártási adatokat. Ebben az adatbázisban megtalálható például az energiafogyasztás, a különféle kibocsátások és felhasznált nyersanyagok mennyisége mindenféle termékhez, így a naperőmű alkatrészeihez is. Az így kapott adatokat összegeztük és az EU által kidolgozott környezeti lábnyom módszer segítségével a különböző környezeti hatásokat amely négy fő csoportba soroltuk:

• klímaváltozás,
• emberi egészségre,
• az élővilágra gyakorolt hatások,
• és a természeti erőforrások fogyasztása.

Lássuk akkor az eredményeket összehasonlítva a többi magyar erőmű átlagos adatával – ami szintén életciklus alapú, tehát a szén-, urán- és gázkitermelés éppúgy benne van, mint az erőművek éptése és bontása. Az eredményeket akkor lehet jól összehasonlítani, ha egységnyi villamos energiára fajlagosítjuk az értékeket, ebben az esetben a feljebb már említett 550 millió kWh-t vehetjük alapul.

Naperőmű környezeti lábnyoma a magyar erőművek átlagához képest

Ha jól megnézzük az ábrát, akkor egyrészt az látszik, hogy sehol sem nulla a naperőmű környezeti lábnyoma, tehát az nyilvánvaló hülyeség, hogy kibocsátás nélkül meg lehet úszni az energia előállítását ezen a módon. Másrészt viszont minden környezeti szempontól jobb, mint a hálózatról jelenleg elérhető villany, összességében kb. negyede az összesített lábnyoma a többi magyar erőműhöz viszonyítva. Például

a napelemes rendszer a karbonlábnyoma töredéke a magyar átlagnak, nagyjából 60 gramm széndioxidnak felel meg a többi erőmű 400 grammjával szemben.

Máshogy fogalmazva ez azt jelenti, hogy kb. négy év alatt megtérül CO₂ szempontjából az erőmű, ha ezzel a többi erőmű helyett termeli az áramot. A rendszer gyártásába és szállításába befektetett energia kicsit lassabban, kb. hat év alatt térül meg.

Egy lényeges kivétel van, mégpedig a különböző természeti erőforrások felhasználása, ez majdnem duplája a sima villanyénak. Mondhatjuk tehát, hogy

kétszer annyi természeti erőforrás beáldozásával kb. tizedére tudjuk csökkenteni az egészségre és élővilágra gyakorolt hatásokat.

De vajon miért kell kétszer annyi erőforrás egy ilyen erőműhöz, mint a hagyományosokhoz?

Egyrészt fajlagosan (1 kWh villanyra vetítve) sokkal több fémet használunk fel a tartószerkezetekhez és a napelem panelekhez, másrészt az erőmű kihasználtsága alacsonyabb, mert csak akkor termel, ha elegendő fény éri. Emellett néhány olyan anyagot is felhasználnak a gyártáskor, amelyek jelenlegi ismert készletei viszonylag szűkösek. Emiatt azonban nem kell túlságosan aggódni, hiszen az ára mellett a napelemek előállításához felhasznált energia és alapanyagok mennyisége is folyamatosan csökken.

Az újrahasznosítási technológiák is remélhetőleg jobban előtérbe kerülnek kerülnek az elkövetkezendő években. Továbbá ha egyre jobb hatásfokú napelem panelek kerülnek a piacra, az egyrészt csökkenti a környezetterhelést, ugyanis ugyanannyi erőforrás felhasználással, kisebb területen, több villamos energiát lehet vele termelni. Ekkor viszont megnőhet annak az esélye, hogy a beruházók a meglévő parkok paneleit teljesen lecserélik, azaz rengeteg olyan panel szabadulhat fel, mely még akár 10-15 évig működőképes. A cél az lenne, hogy ezek a panelek ne kerüljenek rögtön a kukába, hanem remélhetőleg a second-hand kultúra jegyében más szabad felületen elhelyezésre kerülhetnek ezek a még működő panelek.

Akinek még mindig kétségei vannak, annak itt egy ábra, amin annak a bizonyos 60 grammnyi üvegházhatású gáznak a keletkezési helye szerepel.

Naperőmű karbonlábnyomának megoszlása

Meglepő, hogy például

az alapanyagok fél világon való átszállítása alig tesz rá valamit, a 60-ból 40 grammnyi kibocsátást pedig maga a napelem gyártása jelenti,

bőven van tehát még ezen a téren mit fejleszteni.

Mi van a területfoglalással?

Sokszor felmerül, hogy mekkora gáz, hogy ezek az óriási erőművek értékes mezőgazdasági területet foglalnak el. Ebben is van igazság, de azt is látni kell, hogy az élővilág szempontjából egy elhagyatott, évente párszor körbekaszált naperőmű sokkal kedvezőbb élettér, mint a „modern” nagyüzemi módszerekkel megművelt szántó. Néhány országban már elkezdték vizsgálni azt a kompromisszumos megoldást, hogy a napelem sorokat egymástól távolabbra helyezik és közte olyan növényeket, például salátát termelnek, amik kedvelik a félárnyékot. Így ráadásul egymást is kevésbé árnyékolják a napelemek, tehát több energiát is termelne a rendszer. Emellett még a legeltetés is opció, megfelelő körültekintéssel és némi plusz beruházással, hogy az állatok ne tehessenek kárt az erőmű berendezéseiben.