a vÍzgazdÁlkodÁs És mitigÁciÓ szerepe a klÍmavÁltozÁs kezelÉsÉben
DESCRIPTION
A VÍZGAZDÁLKODÁS ÉS MITIGÁCIÓ SZEREPE A KLÍMAVÁLTOZÁS KEZELÉSÉBEN. Prof. Dr. Molnár Sándor Matematikai és Informatikai Intézet Gépészmérnöki Kar Szent István Egyetem. V. Klímacsúcs – „Jövőnk a víz” 2013. szeptember 13. Tartalom Globális kihívások Vízgazdálkodás és mitigáció kapcsolata - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
A VÍZGAZDÁLKODÁS ÉS MITIGÁCIÓ SZEREPE A KLÍMAVÁLTOZÁS KEZELÉSÉBEN
Prof. Dr. Molnár SándorMatematikai és Informatikai Intézet
Gépészmérnöki Kar
Szent István Egyetem
V. Klímacsúcs – „Jövőnk a víz”
2013. szeptember 13.
Tartalom• Globális kihívások
• Vízgazdálkodás és mitigáció kapcsolata
• Lehetőségek és veszélyek
• Következtetések
Vízforrások és klímaváltozási sérülékenység
Fosszilis energiahordozók és víz: bonyolult kapcsolatrendszer a klímaváltozással
Klímaváltozás egyik fontos hatása: a hidrológiai ciklus megváltozása:
– csapadékmennyiség és rendszeresség, – hótakaró, gleccserek eltűnése,– fokozott sarkköri jégsapkaolvadás,– árvíz és aszály kockázatának egyidejű növekedése, stb. (IPCC
2007) számos tényező, melyek a vízigény növekedése és a vízhiány kialakulása irányába hatnak
Lokális vízforrások veszélyeztetett megújulása (pl. gleccserek, vagy rendszeres áradások hiányában), csökkenő talajvízpótlás: egyfajta lokális „peak water”
Csökkenő vízkészletek
Fosszilis energiahordozók: valós korlátok (kimerülés), alternatív energiaforrásokat kell kifejleszteni (VER, szállítás, üzemanyagok, kenőanyagok, műanyaggyártás, gyógyszeripar, vegyipar)
Vízkészletek, víztartalékok: a víznek NINCS alternatívája
Regionális problémák: elérhető és kinyerhető vízkészletek hiányában élelmiszerellátási problémák, élelmiszerimporttól való függés
Korlátolt vízkészletek: hatékonyabb felhasználás, tudatos vízgazdálkodás, víz termelékenységének növelése, esetleges alternatívák
– Lovins: energiafelhasználás kíméletes módja (Lovins 1970, soft path), az energia helyett annak felhasználása a fontos (utazás, fény, fűtés) veszteségek csökkentése, hatékonyság növelése, megújulók, decentralizált termelés, stb.
– Gleick: vízfelhasználás kíméletes módja (Gleick 2002, 2003; Wolff and Gleick 2002; Brooks 2005) , átfogó vízgazdálkodási megközelítés, tervezés, felhasználás melynek során a teljes produktivitás megnövelhető, okos közgazdasági megoldásokkal bátorítva a hatékonyságot és méltányos felhasználást, innovatív technológiákat alkalmazva, közösségi részvételt elősegítve, stb.
Lépések a vízhiány mitigációjára
Növekvő vízigény (szolgáltatás szint) — kielégíthető extenzív formában is (új környezetterhelő infrastruktúra, vezetékek, gátak) vagy fenntartható, integrált, hatékony módon – egyfajta mitigációs lépéssorozat
1. Az emberi vízigény kielégítésének vizsgálata, és hatékony biztosítása. 2. Az ökológiai vízigény biztosítása. A megfelelő természetes
vízmennyiség pótlása, biztosítása. 3. A vízminőség igényhez való igazítása: csapadékvíz, csurgalékvíz, kezelt
szennyvíz felhasználása pl. öntözésre, ipari célokra. 4. Az infrastruktúra igényekhez való skálázása: lehetőség szerint
decentralizált, kisebb egységekben is gondolkozva. 5. A vízzel kapcsolatos döntésekbe a közvélemény bevonása.
Víztudatosság, takarékossági tanácsok, felhasználó-vízmű interakció, transzparencia és közösségi hatáskör/felelősség.
6. Közgazdasági eszközök, „vízgazdaságtan”, hatékony felhasználás és igazágos elosztás.
Globális vízkészletkimerülési ütem (10-3km3/év)
Forrás: American Geophysical Union
http://www.agu.org/news/press/pr_archives/2010/2010-30.shtml
Globális vízfogyasztási előrejelzés (régiónként, km3/év)
GlobálisEurópaÉszak-AmerikaDél-AmerikaAfrikaÁzsiaAusztrália,Óce-ánia
forrás: http://wrsc.org
Ivóvízhozzáférés nélküli populációk
forrás: The Biennial Report on Freshwater Resources, Gleick, 1998Nincs adat
forrás: http://wrsc.org
Szektoronkénti (nem energetikai célú) vízfelhasználás
Kereskedelem; 10%
Ipar; 12%
Háztartások; 69%
Kormányzat és egyéb; 9%
Szektoronkénti vízfelhasználás és háztartások vízfelhasználása
Háztartások vízfelhasználása
Mosogatógépek; 2%
Vízöblítéses vécék; 46%
Zuhanyzás; 32%
Mosógépek; 20%
forrás: http://wrsc.org
Ivóvízhozzáférés felzárkozó országokban régiónként
Globális
Óceánia
Nyugat-Ázsia
Délkelet-Ázsia
Dél-Ázsia
Kelet-Ázsia
Latin-Amerika
Szubszaharai-Afrika
Észak-Afrika
Teljes Vidéki Városi
népesség %-a
Forrás: The Millennium Development Goals, ENSZ, 2010
Vízfelhasználás és klímaváltozás
• Víz: alapvető és nehezen pótolható, egyáltalán nem helyettesíthető erőforrásunk, létfeltétel
• Klímaváltozási sérülékenység: ivóvízkészletek, mezőgazdasági termelés, erdőterületek– Közvetett és közvetlen klimatológiai hatások (nyelők
csökkenése)• Fosszilis energiahordozók felhasználása• Víz mint megújuló energiaforrás
Fosszilis energiahordozók és kapcsolódó vízfelhasználás
• A globális vízfelhasználás 22%-as kötődik ipari folyamatokhoz (ideértve: bányászat, kitermelés, villamosenergiatermelést is)
• Becslés: 2006-ban 13 mrd m3 vízfogyasztás az olajkitermelés során (Maheu 2009)
Vízfelhasználás és fosszilis energiahordozók kitermelése és feldolgozása közti kapcsolat
Folyamat Hatás a vízminőségre
Hatás a vízmennyiségre
Kihozatal és term
elés
Olaj-, és gázlelőhelyek feltárása Hatás a talajvíz minőségére
Felhasználás fúrásra, repesztésre
Olaj-, és gázkitermelés A kitermelt víz a felszíni és talajvizekre
Nagymennyiségű kitermelt, szennyezett víz
Szén-, és uránércbányászat Szivattyúzás, vízlkivezetés hatása a felszíni és talajvizekre
Nagymennyiségű csurgalékvíz, stb.
Finomítás és
feldolgozás
Olajfinomítás Végfelhasználás hatása a vízminőésgre
Az olaj és gáz feldolgozásának vízigénye
Bioüzemanyagok, etanol Finomítói szennyvízkezelés
A finomítói és a termelés soráni vízigény
Szintetikus üzemanyagok Szennyvízkezelés Szintézis és gőzkezelés vízigénye
Forrás: US DOE, 2006
Egyes energiahordozók vízigénye (logaritmikus skálán)
Forrás: Spang, CWEE, 2012
http://www.globalwaterforum.org/2012/10/23/a-thirst-for-power-a-global-analysis-of-water-consumption-for-energy-production/
Globális vízfogyasztás energiatermelés céljából (M m3)
Forrás: Spang, CWEE, 2012
Forrás: Spang, CWEE, 2012
Nem vízenergiaalapú energetikai célú egy főre jutó vízfogyasztás (m3/fő)
Fosszilis tüzelőanyagok
Nukleáris üzemanyag
Bioüzemanyagok
Villamos energia (víz nélkül)
KatarEmirátusok
NorvégiaEgyenítői Guinea
Szaúd-ArábiaLíbia
OmanBahrein
USAJamaicaKanada
IzlandGabon
KazahsztánAusztrália
AzerbajdzsánVenezuela
OrorszországAngola
SzingapúrFranciaország
IrakÉsztország
HollandiaIrán
1 MWh-ra jutó teljes vízfogyasztás (m3/MWh)
Napi energiatermelésre (USA) jutó vízfogyasztás (M m3)
Napenergia 0.0001 0.011
Szélenergia 0.0001 0.011
Földgáz 1 11
Szén 2 22
Nukleáris energia 2.5 27.5
Olaj 4 44
Vízenergia 68 748
Bioüzemanyagok (első gen.)
178 1958
forrás: http://wrsc.org
Egyes iparágak relatív „vízlábnyoma”Nyersanyag-termelés
Beszállítók Termelés Termékciklus / ártalmatlanítás
Háztartási eszközök ⃝ Hi-tech elektronika Italok ⃝ Ételek ⃝ Gyógyszerek Faipar ⃝⃝ Fémipar/ bányászat Energiatermelés
Felszíni és természetes vízhasználat
Bioszféra vizeinek használata
⃝ Szennyvíz forrás: http://wrsc.org
Elemzések fosszilis energiahordozók által okozott vízterhelésekre
Helyszín Folyamat Hatások Forrás
Orissa, India Szénbányászat és feldolgozás
Ivóvízszennyezés (fluor, mangán, nikkel, szulfátok), ivóvízkészletek csökkenése
Murthy, Patra, 2006
USA, Appalahce-hg.
Szénbányászat és feldolgozás
Ivóvízszennyezés (fekete, rossz szagú), hirtelen árvizek
Murdoch, 2009, Stout, Papillo, 2004
Ecuador Olajtermelés Nyersolajkiömlés, szennyezőanyagkiszabadulás (70 M m3), felszíni halászat, édesvízforrások
Juhász et al, 2009
Niger-delta Olajtermelés Folyók, források szennyeződése az olajszennyeződés miatt (kitermelés, kanalizáció, felhozatal), halpusztulás, ivóvízszennyezés
CEHRD, 2008
Alberta, CA Kátrányhomok-kitermelés
Vízfolyások szennyeződése, Athabasca-folyó, többgyűrűs aromás vegyületek, kadmium, réz, ólom, higany, stb.
Reuter et al., 2010
USA (több helyszínen)
Földgáz hidrokrakkolása
Ivóvízforrások szennyezés, benzénnel, metánnal, magas radioaktivitású szennyvízkibocsátás
EPA 2011, Lustgarten 2008, Urbina 2011
forrás: http://wrsc.org
A mitigáció eszköztára és a globális kihívások
Mit értünk mitigáción?Intézkedéseket ...
• amelyek csökkenthetik az atmoszferikus üvegházgáz-kibocsátásunkat és ezáltal középtávon a légköri koncentrációt
– tevékenységi szint változtatása, hatékonyság növelése (takarékosság, modernizálás), megújuló-alapú energiatermelés, szállítás és közlekedés, településszervezés, stb.
–Vezetési szabályok, fogyasztási magatartás megváltoztatása
• késleltetik az üvegházgázok várható klimatikus hatását
–Földfelszíni széntárolás növelése (nyelők, erdősítés)A mitigációs intézkedések lehetséges területei:
• Energiaszektor (VER, közlekedés, távfűtés, ipar)
• Más, nem energiafelhasználásra alapuló szektorok
•Erdőgazdálkodás, mezőgazdaság, hulladékgazdálkodás.
Miért szükséges a mitigációval foglalkoznunk?
• Lehetséges a klímaváltozás hatásainak enyhítése: műszakilag és gazdaságilag kivitelezhető az a kibocsátáscsökkentés, amellyel a globális hőmérséklet növekedését 2 Celsius fok alatt lehet tartani.
• Óvatosság elve: bár a klímaváltozás hatásmechanizmusa, az antropogén hatás mértéke vitatott, de mégis kötelesség a jövő generációk miatt is megtenni a lehetséges mértékben mindent
• Energiafogyasztásunkkal és erőforrásainkkal kapcsolatos intézkedések: kettős (hármas) előnyök a megtakarított energia, az elkerült ÜHG-kibocsátások, és a csökkenő importfüggőség és politikai-gazdasági kiszolgáltottság révén
Új intézkedések és politikai lépések nélkül az ÜHG-koncentráció és a globális hőmérséklet gyors emelkedése
várható
Ppm CO2 eq. ÜHG-koncentráció Hőmérséklet-növekedés
GDP-ben mért költségek a mitigációs intézkedések megvalósítása esetén
Kibocsátás implicit ára (szintentartáshoz szükséges ár)
Forrás: OECD, Linkage-modell
A mitigációs vizsgálatok fő céljai
• A nemzeti fejlesztési terveknek megfelelő technológiák és eljárások költségeinek és hasznainak vizsgálata
• Adott intézkedések rangsorolása a társadalmi-gazdasági költségek alapján
• Forgatókönyvek kialakításán keresztül azon szakpolitikák és programok azonosítása, amelyek az ország adottságaihoz leginkább illeszkednek
•Adott csökkentést optimális költséggel megvalósító intézkedéscsomag kialakítása, vagy adott ráfordítás mellett megvalósítható maximális kibocsátáscsökkenés meghatározása
Globális kihívások
• Növekvő energiaigény – erős fosszilisenergia-függőséggel társul – inputoldali korlát
• CO2 kibocsátások a fosszilis tüzelőanyagokból – outputoldali korlát
• Nemzetközi egyezmények – elégségesek lesznek? • Kína & feltörekvő gazdaságok – erősődő jövőbeli verseny
az energiaforrásokért (erőforrásokért)
Jövőképek az energiában- Nemzetközi Energiaügynökség (IEA) forgatókönyvei
• Új szakpolitikák forgatókönyve• 450 ppm forgatókönyve (koncentráció vs. stabilizáció)
– Hőmérsékletnövekedés 2oC maximalizálása – A Koppenhágai Egyezmény szigorú betartását feltételezi, és
utána jóval keményebb lépéseket (bizonytalanság mind a mennyiségben, mind a költségekben)
• Jelenlegi status quo forgatókönyve
A globális energiafelhasználás gyors dekarbonizációja szükséges a 2°C korláthoz
Az 1990-2008-es periódus csökkenésének kétszeresét kellene 2008-2020 között elérni, 2020-2035 között pedig majdnem négyszeresét
Átlagos éves CO2 intenzitáscsökkenés a 450-es forgatókönyvben
4x-es csökkenési ütem
Forrás: IEA, 2010
A 450-es szcenárió megvalósulásának országok/régiók szerinti feltételei
Globális energiaigény növekedése: +0.7%/év
USA: 17%-os csökkenés a 2005-ös ÜHG-kibocsátásokhoz képest
Japán: 25%-os csökkenés az 1990-es ÜHG-kiobácsátási szinthez képest
EU: 30%-os csökkenés az 1990-es szinthez képest
Oroszország: 25%-os csökkenés az 1990-es szinthez képest
Kína: 45% csökkenés a 2005-ös szinthez képest, 15%-os megújuló és/vagy nukleáris részarány
India: 25%-os csökkenés a 2005-ös szinthez képest
Brazília: 39%-os csökkenés az alapvonalbeli forgatókönyvhöz képest
Globális előrejelzett energiaigény energiahordozók és forgatókönyvek szerint (Mtoe)
Múltbeli adatok
Jelenlegi szakpolitikák
Új szakpolitikák 450-es forgatókönyv
1980 2008 2020 2035 2020 2035 2020 2035
Szén 1792 3315 4307 5281 3966 3934 3743 2496
Olaj 3107 4059 4443 5026 4346 4662 4175 3816
Gáz 1234 2596 3166 4039 3132 3748 2960 2985
Nukleáris 186 712 915 1081 968 1273 1003 1676
Vízenergia 148 276 364 439 376 476 383 519
Biomassza és hulladék
749 1225 1461 1715 1501 1957 1539 2316
Megújulók, egyéb
12 89 239 468 268 699 325 1112
Összesen 7229 12271 14896 18048 14556 16748 14127 14920
Forrás: IEA, 2010
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
Jelenlegi szakpolitikák
Új szakpolitikák
450-es forgatókönyv
Energiaforrások megoszlása 2035-ben az egyes forgatókönyvekben
Szén
Olaj
Gáz
Nukleáris
Vízenergia
Biomassza éshulladékMegújulók,egyéb
Következtetések
• Energia és víz kapcsolata fontos kutatási terület lett.• Víztermelés és szállítás energiaköltsége, energiahordozók kitermelésének és
az áramtermelés vízigénye.• Fosszilis energiahordozók jelentős vízfelhasználással és vízterheléssel járnak:
– Kevés információ a fosszilisok felhasználásának vízminőségre gyakorolt hatásáról – számos szennyező vegyianyag.
– Nincs megbízható becslés, de nagyjából évi 15-18 mrd m3 ivóvíz felhasználása fosszilis energiahordozók termelésére, változó szennyező hatással.
– Feldolgozás, finomítás szintén jelentős szennyező.– Nemkonvencionális szénhidrogének problémája.
• Globális szinten a legjelentősebb hatás a (főleg a fosszilis energiahordozók felhasználásából származtatható) klímaváltozásból ered: vízminőség és vízmennyiség szélsőséges változása várható (árvizek, sivatagosodás).
• További kutatások szükségesek a hatások feltérképezésére.
Köszönöm a figyelmet!