Az olaszországi Larderello geotermikus erőmű egyik hűtőtornyának belseje. (Kép: corporate.enel.it)

Napjainkban hazánkban a geotermikus energia nagy részét távhőszolgáltatásra használjuk. Emellett bizonyos mezőgazdasági területeken is hasznosítják ezt az energiaforrást, például melegházakat, haltenyésztő telepeket fűtenek vele. Jelentős még a hévízhasznosítás, amikor nemcsak a fürdővizet, de magát a fürdőt is geotermikus energiával fűtik. Amint látható, a hasznosítás jószerével kizárólag a hőről szól. Egyetlen geotermikus villamos erőmű működik Turán, de három megawattos kapacitása miatt nincs nagy hatása a hazai villamosenergia-mixre. Vajon miért csak hőtermelésre használjuk a geotermikus energiát, ha közismert, hogy az ország geotermális adottságai Európában a leg­job­bak közé tartoznak?

„A hőtermelő hasznosítás a legegyszerűbb. Magyarországon a termálvizek nagy részének hőmérséklete 40–90 Celsius-fok közé esik. Ez pont az a tartomány, ami fűtésre megfelelő – magyarázza Imre Attila egyetemi tanár, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszéké­nek vezetője. – A 40 fokos vízben még éppen lehet fürödni, de már padlófűtésre is használható, míg a 90 fokos vízzel, persze hőcserélőn keresztül, a radiátorokat lehet fűteni. Pedig a geotermikus energiát másra és más­hogy is lehetne hasznosítani.”

A geotermia olyan megújuló energiaforrás, amely átgondolatlan hasznosítás esetén mégis el tud fogyni.

A geotermikus energiát már csak azért is érdemes lenne minél hatékonyabban és komplexebb módon hasznosítani, mert ez olyan megújuló energiaforrás, amely átgondolat­lan hasznosítás esetén mégis el tud fogyni.

A közvetítő közeg, vagyis a víz szintjének csökkenése vagy akár elfogyása a rezervoárok kimerülését okozhatja, ezért elengedhetetlen, hogy vissza kell sajtolni a kivett vizet. A vizet egy turbinán vezetik át, ahol villamos energiává alakítják egy generátor segítségével. A forró vizet ezután egy hűtőtoronyba vezetik, és visszasajtolják a föld alá. (Kép: Depositphotos/blueringmedia)

„Én a hallgatóimnak mindig azt oktatom, hogy a geotermia részben megújuló energiaforrás – mondja Vadászi Marianna, a Miskolci Egyetem Bányászat és Energia Intézet intézeti tanszékvezetője. – A napenergiából származó energiaforrásokat tekinthetjük valóban megújulónak. A sekély, néhány méter mélységből származó földhő az időjárás hatására melegszik fel, ezeket talajkollektorral, mélyebbre haladva, az állandósult hőmérsékletű zónában pedig talajszondával, illetve hőszivattyú alkalmazásával lehet hasznosítani. Több ezer méter mélységben radioaktív izotópok, például a tórium-22, uránium 238 vagy a kálium 40 bomlása során hő szabadul fel, és e folyamatok biztosítják a hőt, mely geológiai léptékben exponenciálisan csökken. A közvetítő közeg, vagyis a víz szintjének csökkenése vagy akár elfogyása a rezervoárok kimerülését okozhatja. Ez utóbbi problémát azonban gondos kezeléssel ki lehet küszöbölni, így biztosítható a geotermia megújulása. Vissza kell sajtolni a kivett vizet, hiszen ez elengedhetetlen feltétele annak, hogy megóvjuk ezt az energiaforrást, amit így az eljövendő generációk is használni tudnak majd.”

Melegből hideget

A geotermikus energiával tehát gondosan kell bánni. De nemcsak a kitermelését kell átgondoltan megvalósítani, hanem meg kell találni a fenntartható hasznosítás módjait is. Imre Attila szerint a klímaváltozással egyre rövidülni fog az az időszak, amikor távfűtésre lesz szükség. Jelenleg nagyjából az év harmadában, tehát négy hónapon keresztül kell teljes kapacitással fűteni. Vagyis amikor távfűtésjellegű beruházást tervez valaki, azzal kell számolnia, hogy rendszer csak az év harmadában lesz teljes mértékben kihasználva – ebből adódóan pe­dig a megtérülése is háromszor lassabb lesz. Ezért elsődleges fontosságú, hogy egyrészt a négy hónapnyi fűtési időszakban hatékonyabbá tegyük a geotermikus energia kihasználását, másrészt az év hátralévő részében is hasznosítsuk a hőt. De hogyan?

A klímaváltozással egyre rövidülni fog az az időszak, amikor távfűtésre lesz szükség.

Például hűteni is lehet vele. A 60 fok feletti termálvízzel viszonylag alacsony elektromosenergia-felhasználással működtethetők az adszorpciós és abszorpciós hűtőberendezések. Első hallásra ugyan nem tűnik intuitívnak, hogy a forró víz segítségével lehet hűteni a levegőt, ám ebben nincs termodinamikai ellentmondás. Sőt, minél forróbb a víz, annál hatékonyabb lesz a hűtés, és annál kisebb lesz a légkondicionáló berendezés áramfogyasztása. Trópusi éghajlatú országokban már születtek tervek arra, hogy egész egyetemeket hűtsenek geotermikus energiával. Ily módon Magyarországon is legalább további négy hónapon keresztül lehetne hasznosítani a geotermikus energiát, ami akár meg is duplázhatná a beruházások megtérülését. A gyökeres változást hozó megoldás azonban a geotermikus villamosenergia-termelés általánossá válása lenne.

A 60 fok feletti termálvízzel viszonylag alacsony elektromosenergia- felhasználással működtethetők az adszorpciós és abszorpciós hűtőberendezések. Minél forróbb a víz, annál hatékonyabb lesz a hűtés, és annál kisebb lesz a légkondicionáló berendezés áramfogyasztása. (Kép: Depositphotos/ StevanZZ)

„Ha összehasonlítjuk a megújuló energiaforrásokat kinyerő berendezések méretét, azt látjuk, hogy a geotermikus kút foglalja a legkisebb területet, összehasonlítva például a napelemekkel vagy a napkollektorokkal – érvel Imre Attila. – A geotermikus alapú villamosenergia-termelés nagy előnye emellett, hogy éjjel-nappal, az időjárástól függetlenül rendelkezésre áll. Viszont a gyakorlatban 100 fok feletti termálvízzel működik igazán hatékonyan. Bár a geotermiával sem biztosítható tökéletesen állandó teljesítmény, hiszen a hatásfok nemcsak a víz hőmérsékletétől, hanem a környezet hőmérsékletétől is függ, de a rendelkezésre állása még így is sokkal jobb, mint például a napenergiáé.”

A geotermia jól kiegészítheti a napenergiát, mivel a tel­jesítménye fordítva ingadozik szezonálisan és napszakosan, mint a napenergiáé. A geotermális erőművek villamosenergia-termelése nyáron éjszaka akár 30 száza­lékkal is magasabb lehet, mint nappal, mivel nagyobb a víz és a levegő hőmérséklete közötti különbség. És emiatt télen tovább nőhet a termelés. „Hiba, ha a geotermikus hőtermelésről és villamosenergia-termelésről egymás­tól elkülönítve gondolkodunk. A kettőt kombinálni lehet. A fűtési rendszerek áramot is igényelnek, hiszen például elektromos szivattyú keringteti a meleg vizet a rendszerben – folytatja Imre Attila. – Például Nagyváradon működött korábban egy kis, 50 kilowattos geotermális erőmű, amely arra alkalmas volt, hogy keringtesse a távfűtéshez használt vizet.”

Teherautón érkezik a meleg az óvodába

„Magyarországon is kulcsfontosságú cél az energia­importtól való függetlenedés. A geotermiának meghatá­rozó szerepe lehet a jövőbeli energiamixben, hiszen ha­zánk kiváló geotermikus potenciállal rendelkezik – vélekedik Vadászi Marianna. – Az ágazat fejlődését mutatja, hogy itt nálunk, a Miskolci Egyetemen megduplázódott a geotermikus szakmérnök képzésre jelentkezők száma. Az utóbbi időszakban egyre részletesebb geotermikus tér­képek születtek, amelyekből kiolvasható, hogy hol ta­lálható kiaknázható földhő, ami talán a befektetőket is vonzani fogja.”

Ehhez azonban csökkenteni kell a projektek beruházásigényét. A mai geotermális távfűtő rendszerek hőcserélői az erőmű területén működnek, ahonnan csöveken keresz­tül jut el a felmelegített víz a felhasználókhoz. Ez rendkívül nagy beruházást igényel, ráadásul a beruházók nem lehetnek biztosak abban, hogy a kiépített csőrendszerre milyen hosszú ideig lesz szükség. Imre Attila szerint ezt a rendszert lehetne költséghatékonyabbá tenni úgy, hogy nem hosszú csöveken, hanem mobil hőtárolókkal juttatnánk el a hőenergiát a háztartásokig. Ezeket a hőtárolókat olyan anyagból érdemes készíteni, amelyek nagyjából 80 fo­kon olvadnak. A geotermikus hő segítségével megolvaszt­ják az anyagot, amely eközben rengeteg energiát elnyel. Később a felhasználás helyéhez közel lehűl, megdermed, és pontosan 80 fokon adja le a benne tárolt energiát.

A geotermia jól kiegészítheti a napenergiát, mivel a teljesítménye fordítva ingadozik szezonálisan és napszakosan, mint a napenergiáé.

Jelenleg Felsőpakonyban működik egy ilyen kísérleti projekt: egy helyi cég hulladékhőjével (amit máskülön­ben felhasználás nélkül engednének ki a levegőbe) olvasztják fel a kilenc köbméteres tartályban tárolt hőtároló anyagot. Ezt elszállítják a másfél kilométerre lévő óvodához, és azt fűtik vele. Angliában a Temzén uszályokkal szállít­ják a hőt az erőmű és a felhasználók között. Léteznek szerves és szervetlen, illetve kompozit hőtároló anyagok is, de a szállítás biztonságossága szempontjából fontos, hogy ne legyenek éghetők. A használatukat megkönnyíti, hogy ha véletlenül kijutnak a környezetbe, ott szinte azonnal megdermednek, és elzárhatják a szivárgást.

A döntő változást mégis az elektromosenergia-termelés jelentené. Számos pozitív példát találhatunk hazánk közelében is a geotermikus energia áramtermelési célú felhasználására. A magyar határtól 20 kilométerre lévő Bad Blumauban működik egy termálhotel, ahol két év­ti­zeddel ezelőtt felismerték, hogy több hőt hoznak a fel­szín­re annál, mint amennyit a fürdőben elhasználnak. Ezért rendeltek egy miniatűr erőművet, amely nem nagyobb egy konténernél. Szó szerint néhány nap alatt telepítet­ték az erőművet, amibe bevezették a meleg vizet, és azóta is 200 kilowatt áramot termel, ami teljesen elegendő a szálloda számára. Mivel előrelátó módon visszasajtolják a vizet, és nem használják el az összes hőt, a kút nem hűl ki, és akár még egy évszázadig is működhet, fűtési és áramtermelési céllal egyaránt.

A villamosenergia-termelő kiterjesztéseket már meglévő geotermális rendszerekre érdemes telepíteni, hiszen így nemcsak a beruházási költségek, de a projekt kockázatai is csökkenthetők.

„A villamosenergia-termelő kiterjesztéseket már meg­lévő geotermális rendszerekre érdemes telepíteni, hiszen így nemcsak a beruházási költségek, de a projekt kockázatai is csökkenthetők – érvel Imre Attila. – Az energetikai be­ruházásoknál általában nagyon gyors megtérülést vár­nak el a befektetők. Ha az ember tíz évet mond nekik, ak­kor már keresztbe áll a szemük. Pedig tíz év egy ilyen je­lentős beruházásnál egyáltalán nem hosszú idő. Emiatt jelenleg én a nagy kockázat és a magas költségek miatt nem látom kivitelezhetőnek, hogy állami támogatás nél­kül, teljesen új kút fúrásával, elektromosenergia-termelési célú geotermikus projekt valósulhasson meg.”

A 34 erőműből álló, összesen 769 megawatt nettó teljesítményű Larderello geotermikus erőmű komplexum – a világ második és Európa legnagyobb ilyen típusú létesítménye – több mint 90 éve termel geotermikus energiát. A képen a komplexum egyik erőműve látható. (Kép: corporate.enel.it)

A kockázat viszont akkor sem csökken nullára, ha a kút­ból kezdetben feltör a termálvíz. Hiszen, ha nem ideáli­sak a természeti körülmények, vagy nem előrelátóan hasz­nálják és pótolják vissza a vizet, akkor a kút idővel kiszáradhat. Nemcsak a fizikailag kiszáradó kutakat tekintik „száraz kútnak”, hanem azokat is, amelyekből többé már nem nyerhető ki (gazdaságosan) az a víz- vagy energiamennyiség, ami a kút eredeti célja volt. Imre Attila szerint rengeteg ilyen kút van az országban. Sok 2000 méter mély kútban már olyan kevés a víz, hogy még szivattyúzással is elhanyagolható lenne a hozam, mert a kútban mérhető víz szintje olyan mélyre süllyedt. Ugyanakkor víz hiányában is lehet hasznosítani az ilyen kutakat, ugyanis több ezer méteres mélységben továbbra is meleg van, csak a közeg hiányzik, ami a felszínre hozná ezt a hőt. Ilyen esetekben megvalósítható, hogy levezetünk egy U alakú csövet a mélybe, amelyen keresztül valamilyen hőszállító közeget (legtöbb esetben szén-dioxidot) vezetnek le a mélybe, majd felmelegítve hozzák fel a cső másik ágán.

Forró földgáz és kőolaj

Kiskunhalason működik egy ilyen kísérleti projekt, amely nagyjából 500 kilowatt hőt hoz fel a mélyből, és az száz háztartás fűtésére elég. Ez nem kellően nagy kapacitás ahhoz, hogy új kutat fúrjanak érte, amely nem biztos, hogy elegendő vizet termel majd. Viszont, ha rendelkezésre áll eleve egy száraz kút, már el lehet gondolkozni azon, hogy a projekt gazdaságosan megvalósítható-e. Ám ennek az a feltétele, hogy a száraz kút szinte szó szerint a házak alatt legyen, mert ha a hőt már kilométerekre kell szállí­ta­ni, a költségek olyan nagyra nőnek, a hatékonyság pedig lecsökken, hogy a megvalósítás gazdaságtalan lesz.

Víz hiányában a kőolaj és a földgáz által felhozott hőt is hasznosítani lehet – ezt nevezik petrotermális hőnek, ami a tág értelemben vett geotermális hő részhalmaza. A fosszilis energiahordozók az esetek nagy többségében nem tisztán jutnak a felszínre, hanem általában vízzel kevertek – így a petrotermális hő és a termálvíz kitermelését nem is mindig lehet élesen elválasztani egymástól. A petrotermális hő egyik előnye, hogy olyan helyeken is lehetőséget kínál a mélybeli hő hasznosítására, ahol nincs megfelelő vízkút. Emellett ezek a kutak rendszerint jóval mélyebbek, ezért a felszínre hozott földgáz akár 180-200 Celsius-fokos is lehet. Minthogy ezt a gázt a hagyományos felhasználás előtt egyébként is le kellene hűteni, e felesleges hőt akár hasznosítani is lehet.

„A petrotermális hő hasznosítása bonyolultabb, mint ha a víz a hőközvetítő közeg. Például nagyobb hőcserélő kell, a kőolaj pedig hajlamos eltömíteni a berendezéseket. Ugyanakkor a már meglévő olaj- vagy gázkutak kihasználását ily módon tovább lehetne növelni – magyarázza Imre Attila. – Egy francia cég gyárt olyan, konténerméretű erőművet, amelyet különösen a nagy víztartalmú kőolajat kitermelő kutakra lehet telepíteni (amit ezáltal könnyebb keringtetni a rendszerben), és nagyjából 15 kilowatt elektromos energiát képes termelni. Ez megint csak olyan kis mennyiség, amit nem érdemes elszállítani sehova, de a telephelyet elláthatja árammal.”

A geotermia fosszilis tüzelőanyagokhoz kapcsolódó felhasználása hallatán sokan vonhatják fel a szemöldöküket, e megoldás környezetszennyezési kockázataitól tartva. Azt azonban érdemes tudni, hogy a geotermikus vízkutakból sem desztillált víz jön a felszínre, és a benne oldott anyagok és szennyeződések ugyanannyira lehet­nek hasznosak, mint ártalmasak is. „A mélyből kitermelt víz oldott ásványi anyagokat tartalmaz. E vegyületek között vannak hasznos anyagok, amelyeket például gyógy­hatásuk révén a fürdőkben lehet hasznosítani, és olyanok is, amelyeknek nem szabad kikerülniük a felszíni környezetbe – mondja Vadászi Marianna. – Ha a kitermelt vizet zárt rendszerben áramoltatjuk, és csak a belső energiá­ját hasznosítjuk, akkor a víz nem juthat ki a környezetbe, és az ásványi anyag kiválását is kordában lehet tartani. Az ásványi kiválások zavart okozhatnak a rendszer működésében, és a visszasajtolást is megnehezíthetik a kút körüli porózus kőzettérbe. Ezek a hatások együttesen rontják a rendszer fenntarthatóságát. Ugyanakkor védekezni lehet és kell a kiválás ellen, például inhibitorok hozzákeverésével.”

A geotermia előtt egyértelműen biztató lehet a jövő, de a fejlődéshez a jelenlegi felhasználás mellett mindenképpen új hasznosítási területeket kell találni.

A mélyből kitermelt víz oldott ásványi anyagokat tartalmaz. Ezek között a vegyületek között vannak hasznos anyagok, amelyeket például gyógyhatásuk okán a fürdőkben lehet hasznosítani, és olyanok is, amelyeknek nem szabad kikerülniük a felszíni környezetbe. (Kép: Depositphotos/Nyker)

„Én a geotermia két hasznosítási területét tartom perspektivikusnak. Az egyik a hűtés, akár távhűtő rendszere­ket is ki lehetne építeni – vélekedik Imre Attila. – A másik terület természetesen a villamosenergia-termelés. A becslések szerint, ha csak a meglévő magyar geotermális kutakra telepítenénk erőműveket, azok összteljesítménye elérné a 200 megawattot, ami a paksi 1-es blokk teljesítményének majdnem fele. Ráadásul ez nem igényelne fosszilis tüzelőanyagot és radioaktív hasadóanyagot sem. Nemrégiben jelent meg egy tanulmány, amely a száraz kutakban rejlő potenciált mérte fel. Eszerint e téren Magyarország rendelkezik a legnagyobb energiatartalékok­kal egész Európában. A kapacitásuk többszörösen meghaladná az atomerőművek teljesítményét. Ugyanakkor ez rendkívül drága lenne, és a geotermiát nagyon el is lehet rontani. Ha például a hagyományos termálvizes kutaknál nem sajtoljuk vissza a vizet, vagy túl hidegen sajtoljuk vissza, könnyen kimerülhet a rendszer. Tehát az előrelátás elsődleges fontosságú.”

Ha csak a meglévő magyar geotermális kutakra telepítenénk erőműveket, azok összteljesítménye elérné a 200 megawattot.

„Úgy gondolom, hogy mindenképpen van jövője és he­lye a geotermikus forrású távhőszolgáltatásnak, különö­sen, ha kaszkád­rendszerben üzemeltetik. Ez azt je­lenti, hogy első lépésben a nagyon meleg, akár 120-130 Celsius-fokos vízzel elektromos áramot termelnek. Ezután a kissé lehűlt vizet például terményszárításra használ­ják, majd jön a fűtés; a megmaradó 30-40 fokos vizet pedig hő­szivattyúval is hasznosíthatják – mondja Vadászi Marianna. – Bár hosszú távon érezzük a globális fel­melege­dés hatását, jelentős fluktuációk lehetnek az egymást követő telek hőmérsékletében. Így a belátható jövőben még mindenképpen szükségünk lesz fűtésre a laká­sok­ban és az üvegházakban is. Az üvegházak geotermikus fűtése hosszú évtizedekre tekint vissza, e megoldások kiváló hatékonysággal hasznosítják a termálvizet.”•

Címlapkép: Depositphotos/ StevanZZ