Veszprémi Tamás

Általános kémia

Negyedik, átdolgozott kiadás

4. kiad.

6.6.5. Energiaforrásaink

Pátzay György

Mindennapi életünkben minden tevékenységünk energiát igényel. Ahogy említettük, a mozgás és más élettevékenységek biztosításához alacsony entrópiájú tápanyagokat és oxigént használunk föl és magasabb entrópiájú széndioxidot, vizet, valamint hőt „pufogunk ki”. Így van ez nemcsak az élővilágban, hanem a gyártási folyamatokban is: termékeink, szolgáltatásaink létrehozására alacsony entrópiájú energiahordozókat alkalmazunk.

6.19. ábra. A világ teljes primer energia-felhasználása (TPES) energiahordozók szerint (Mtoe) 2005-ben

Honnan nyerjük, nyerhetjük ezekhez a tevékenységekhez az energiát? Jelenleg energiaigényünk körülbelül 65 %-át (2020-as adat) fosszilis eredetű, ún. nem megújuló energiahordozókkal elégítjük ki. A maradék energiaigény kielégítésére nukleáris energiát és az ún. megújuló energiafajtákat (napenergia, szélenergia, vízenergia, biomassza, geotermális energia) használnak. Fosszilis eredetű, nem megújuló energiaforrásból nyert energiahordozó a Föld őskora és újkora között elhalt növényi és állati szervezetekből (tárolt napenergia) a föld alatt nagy nyomáson és hőmérsékleten keletkezett szénféleségek, a kőolaj és a földgáz. Ezeket az ún. elsődleges vagy primer energiahordozókat általában a föld mélyéből vagy sekély tengerfenékről bányásszák és kis módosítással (szenek mosása, aprítása, osztályozása, kőolajkomponensek szétválasztása illékonyságuk szerint atmoszférikus és vákuumdesztillációval, a földgáz tisztítása, szállítása) elsődleges energiahordozóként használják. A világ és hazánk összes primer energiafelhasználását (TPES) mutatja energiahordozók szerint a 6.19. ábra és a 6.7. táblázat.

6.7. táblázat. Magyarország energiaforrásainak szerkezete 2005-ben

	PJ	%
szén és szénféleségek	132 ,3	10 ,2
ebből lignit	53 ,8	4 ,2
olaj és olajtermékek	428 ,1	33 ,1
földgáz	509 ,7	39 ,4
primer villamos energia*	173 ,9	13 ,4
megújuló energiahordozók	51 ,0	3 ,9
forrás összesen	1295 ,0	100 ,0
ebből import**	863 ,2	66 ,7

** Vizi erőművi, atomerőművi és import villamos energia

** Az atomerőművi energiát hazai termelésként véve számításba

6.15. megoldás

Az egyenlet két oldala között az entalpiakülönbség:

ahol a

a CaCO3, CO2 és CaO standard moláris képződési entalpiái.

A 6.5. táblázat megfelelő adatait

behelyettesítve:

ΔH0 = –1210 kJ – (–636 kJ – 393,5 kJ) = –180,5 kJ.

6.16. megoldás

Az égéshő az oxigénnel való teljes elégetés reakcióhője, vagyis

a) C2H5OH(f) + 3 O2(g) = 2 CO2(g) + 3 H2O(f),

ΔH0 = –1366,8 kJ/mol.

b) C2H4(g) + 3 O2(g) = 2 CO2(g) + 2 H2O(f),

ΔH0 = –1411kJ/mol.

Ha b) egyenletet hozzáadjuk

az a) egyenlet –1-gyel beszorzott értékéhez, akkor a kérdéses reakcióhoz jutunk, melynek reakcióhője analóg módon számítható:

ΔH = ΔHb – ΔHa = –1411 kJ – (–1366,8 kJ) = –44,2 kJ.

A fosszilis energiahordozók felhasználása leggyakrabban a bennük tárolt kémiai energia hővé alakításával jár (tüzelés), de egyre növekszik azoknak az energiaátalakító folyamatoknak aránya, melyekben a felszabaduló hőt továbbalakítják mechanikai energiává (gépjárművek, egyéb közlekedési és szállítóeszközök), illetve a mechanikai energiát turbina és generátor segítségével korunk univerzális szuperenergiájává, villamos energiává. Természetesen minden energiafajta átalakítása többkevesebb veszteséggel jár. A villamos erőművekben fosszilis energiahordozók tüzelése révén, vagy magenergiából maghasadás révén az ún. vízgőz körfolyamat segítségével nyerünk hőt. A jelenlegi erőművek fontosabb részei: a hőfejlesztő egység (kazán, reaktor), a mechanikaivillamos energia átalakító egység (turbina és generátor), a fáradt gőzt lehűtő, lekondenzáló egység (kondenzátor) és a kondenzátorról távozó víz nyomását növelő egység (szivattyú). A kazánban, illetve a kondenzátorban hőt közlünk, illetve hőt vonunk el a hőhordozóból, vízből, míg a turbina munkát végez, a szivattyú esetében pedig mi fektetünk be munkát. A villamos energia másodlagos, vagy szekunder energiafajta, mely rendkívül flexibilis, hűtésre, fűtésre, világításra, mechanikai munka végzésére, elektronikai felhasználásra egyaránt alkalmas. Gondoljuk csak el, mi mindentől esnénk el, ha egyszer csak nem lenne otthon villamos energia csatlakozásunk. Ilyen másodlagos energiahordozó még például a vízből hő segítségével fejlesztett gőz, a szén lepárlásával előállított koksz és más egyéb energiahordozó.

Az emberiség története során energiaforrásai folyamatosan változtak, bővültek. Kezdetben az ember csak saját izomerejére támaszkodhatott. Aztán rájött, jobb, ha lovakat, ökröket alkalmaz nagy erőkifejtést igénylő munkákhoz, például kocsik, ekék vontatásához. Egyéb energiahordozóként fák, bokrok gallyait, darabjait (biomaszszát) alkalmazta főzésre, sütésre, melegítésre, majd ércek olvasztására, átalakítására, fegyverek, eszközök gyártására. Használni kezdte a víz és a szélenergiát vízimalmok, vitorlás hajók energiaforrásaként. Nagy előrelépést jelentett az 1700as évektől kezdve a fánál nagyobb fajlagos kémiai energiával rendelkező szén alkalmazása. Az igazi forradalmat a gyártáshoz, tömegtermeléshez szükséges nagy energiaigény kielégítésére a gőzgépek alkalmazása jelentette. Stevenson, Watt és a többiek találmányai lehetővé tették a tömegtermelést, az ipari, mezőgazdasági, kereskedelmi és szállítási tevékenységek robbanásszerű fejlődését, civilizációs ugrást.

Az energiaforrások megnövekedett, intenzív felhasználása valóban civilizációnk hajtóerejévé tették az energia különböző formáit. Az emberiség eddigi története során felhasznált energiaforrások megoszlását mutatja a 6.20. ábra.

6.20. ábra. Az emberiség energiahordozóinak megoszlása

A szenet trónjáról az első világháború után egy folyékony energiahordozó, a kőolaj taszította le, utóbbi részleges trónfosztását a földgáz végzi napjainkban. A kőolaj termékei azonban továbbra is egyeduralkodók a közlekedésben.

Bolygónk jelentős részét már átkutatták e fosszilis energiahordozók, a szén, a kőolaj és a földgáz lelőhelyei után. Mára csak a mélyebb geológiai rétegek és a mélyebb tengerfenék maradt ismeretlen. Sajnos nyilvánvaló, hogy a nem megújuló energiaforrások készletei végesek. Többször megkondították már a vészharangot – energiahordozókészleteink hamarosan kifogynak. Az 50es, 60as, 70es és 80as évekig ez csak rémhír maradt, hiszen mindig találtak újabb készleteket. A 80as évek után azonban az egyre korszerűbb, egyre intenzívebb kutatások ellenére a gigantikus olaj és gázmezők felfedezésének kora lejárt. Ehhez elég csak megnézni az interneten a nagy kőolaj és földgáztársaságok honlapjait. A még meglévő, felhasználható kőolajkészletek a KözelKelet térségében (SzaúdArábia, Kuvait, Irak, Irán), a fölgázkészletek pedig két térségben, a volt Szovjetunió területén (Oroszország, Türkmenisztán), valamint a KözelKeleten (Irán) találhatók. Becslések szerint állandó fogyasztási szint mellett a szénkészletek még mintegy 120 évig, a kőolajkészletek mintegy 40 évig, a földgázkészletek pedig mintegy 60 évig elegendőek a világ energiaigényének ellátására. Ez persze nem azt jelenti, hogy a fosszilis energiahordozók teljesen elfogynak, csak azt, hogy további tömeges felhasználásuk sokkal drágábban lesz lehetséges (lásd olajpala, mélytengeri olaj, metánhidrát). A fosszilis, nem megújuló energiahordozók további intenzív felhasználása ellen jelenleg három nyomós ok szolgál:

A fosszilis energiahordozó készletek kimerülnek.
A fosszilis energiahordozók kémiai energiájának átalakítása hővé jelentős légszennyező hatással jár (a füstgázok széndioxidot, vízgőzt, többkevesebb kénoxid és nitrogénoxid vegyületeket tartalmaznak), a légkörbe kerülő széndioxid hatására az ún. üvegházhatás révén a globális felmelegedés réme fenyeget.
Nagyon fontos hangsúlyozni, hogy a fosszilis energiahordozók pótolhatatlan, értékes vegyipari nyersanyagok is egyben, vétek őket széndioxiddá és vízzé elégetni.

Nem beszéltünk még a nukleáris energiaforrásról. Ismeretes, hogy az atomok magjaiban lévő protonok és neutronok (nukleonok) kis térfogatban történő együtt tartását az ún. kötési energia biztosítja. Az egy nukleonra eső, ún. fajlagos kötési energia érdekes módon egy maximumon megy át a rendszám függvényében. Ezt mutatja a 6.21. ábra.

6.21. ábra. Az elemek magjainak fajlagos kötési energiája a tömegszám függvényében

Az ábrán jól látható, hogy a Földön a legstabilabb atommag az 56os tömegszámú vasizotóp (56Fe). Másképpen fogalmazva, energia szabadítható fel a vasnál könnyebb atommagok egyesítése, fúziója, illetve a vasnál nehezebb atommagok hasítása, fissziója révén. Ez a felszabadítható magenergia az energiahordozó tömegegységére vonatkoztatva a lehető legsűrűbb energiaforrás. A hasadáshoz leggyakrabban használt 235Uizotóp 1 kgnyi mennyiségéből mintegy milliószor, a fúzióhoz fölhasználható hidrogénizotópok 1kgnyi mennyiségéből húszmilliószor annyi energia nyerhető, mint 1 kgnyi szénből. Jelenleg, sajnos csak a hasadási, fissziós energiatermelés technológiája megoldott. Az atomerőmű számos előnye (nem bocsát ki üvegházhatású gázokat, kis térfogatú reaktorban nagy energiamennyiség „termelhető”) mellett, kis térfogatú és tömegű, de nagy radioaktivitású és hosszú élettartamú radioaktív hulladékot „termel”. A felhasználható készletek (urán, az uránból előállítható plutónium és a tórium) mennyisége az emberiség változatlan energiafogyasztása mellett több tízezer évig elegendő. Nagyobb energiasűrűségű és kevesebb környezeti hátránnyal járna a fúziós nukleáris energiatermelés, de sajnos ennek technológiai megvalósítása még várat magára.

Végezetül szólnunk kell az ún. megújuló energiaforrásokról. Ezek az energiaforrások, döntően a nap hatására folyamatosan, emberi léptékkel mérve gyorsan megújulnak. A napenergia, szélenergia, a biomassza, a vízenergia és részben a geotermális (földhő) energia fontos és egyre fontosabb szerepet játszanak életünkben. Mai ismereteink alapján dőreség azt várni, hogy a megújuló energiák közül a szélenergiával, a vízenergiával, vagy a biomasszával teljes mértékben helyettesíthetjük a 80%ot meghaladó fosszilis energiaforrásainkat. Erre hosszabb távon is csak a napenergia és esetleg a geotermális energia képes. Ha gyorsan, rövid távon kellene felhagynunk a fosszilis energiahordozók felhasználásával, a tüzeléssel, akkor jelenleg csak a nukleáris energia képes a fosszilis energiahordozók teljes mértékű helyettesítésére. Az egyes energiahordozókkal kapcsolatos problémákat foglalja össze a 6.8. táblázat.

6.8. táblázat. Az egyes energiahordozókkal kapcsolatos problémák

olaj és gáz	nincs elegendő készlet
szén	nincs elég atmoszféra
biomassza	nincs elegendő talaj
vízi- és szélenergia	nincs elegendő megfelelő hely
fissziós erőművek	radioaktív hulladék képződik
fúziós erőművek	túl bonyolult
Nap-fotoelektromos	túl drága, szakaszos
hidrogén	primer energiaforrás kell hozzá

Tartalomjegyzék

Kiadó: Akadémiai Kiadó

Online megjelenés éve: 2026

Nyomtatott megjelenés éve: 2026

ISBN: 978 963 664 114 6

Kémia

A kémiának számos ága létezik (szerves, szervetlen, fizikai, analitikai, bio- és polimer-kémia stb.), de általános kémia nevű diszciplínát nem ismerünk. Mégis: a General Chemistry, Allgemeine Chemie, Общая химия kifejezések jól ismertek az egész világon. A világ minden részén százszámra találhatók ilyen címmel könyvek, és aligha van olyan egyetemi kémia fakultás, ahol ez a tantárgy ismeretlen. Az általános kémia kurzusok és könyvünk célja az, hogy az olvasó középiskolából hozott kémiai ismereteit olyan szintre segítse, amelyre a fenti szaktárgyak alapozhatnak. Feladata az alapfogalmak definiálása, mintegy a kémiai nyelv alapszókincsének megismertetése, a fontosabb fizikai és kémiai jelenségek és összefüggések megvilágítása.

A könyv több – tipográfiailag is elkülönített – szinten használható. Anyaga a középiskolai kémiától elvezet az egyetemek másod- és harmadéves fizikai kémia tárgyáig. A fontos jelenségek mellé a haladók számára mélyebb magyarázatokat mellékel, melyeket a kezdők nyugodtan átugorhatnak anélkül, hogy ez gátolná a fő gondolat-menet megértését. Az olvasót számos érdekesség, tudománytörténeti kitekintés, rengeteg színes ábra, fénykép és több száz kidolgozott példa is segíti.

Könyvünk elsőrendű célja tehát adott: bevezetés vagy inkább átvezetés a felsőfokú kémiába. A megcélzott olvasókör is adott: érdeklődő középiskolásoknak éppúgy szól, mint első- és másodéves, kémiát tanuló egyetemi hallgatóknak. Emellett ajánlható a középiskolák kémiatanárainak is: számos, a középiskolákban is könnyen használható anyagot tartalmaz – másként, mint ahogyan a középiskolákban általában tanítani szokás. Végül, de nem utolsósorban ajánljuk a könyvet mindazoknak, akik bármikor, bármilyen szinten belekóstoltak vagy belemerültek a kémia izgalmas világába.

Hivatkozás: https://mersz.hu/altalanos-kemia-uj//

BibTeX EndNote Mendeley Zotero