Environmental protection | Air quality » Levegő- és gáztisztaság tételek

Levegő- és gáztisztaság tételek Ózonprobléma Az ózon az oxigén allotróp módosulata (az elemeknek különböző molekulaszerkezetű, s ennek folytán különböző molekulatömegű és (szilárd halmazállapotban) eltérő kristályszerkezetű módosulatai. Világoskék, szúrós szagú, mérgező gáz. Standard hőmérsékleten és nyomáson, (nagy tömegben) halványkék árnyalatú. -112°C alatt sötétkék folyadék, 193°C alatt sötétkék kristály Az egyik legerősebb oxidálószer Instabil: közönséges oxigénmolekulára (O 2 ) és egyatomos (rendkívül reagens) nascensz oxigénre bomlik. Ha oxidálható anyagokkal érintkezik, a bomlás már kis hőmérsékleten is robbanásszerű. Rendkívül mérgező Toxikus hatását elsősorban a telítetlen zsírsavak oxidatív bontása okozza, ami különösen E-vitamin hiány esetén erőteljes. Szagát, ami még 500 ezerszeres hígításban is érezhető, rendszerint a klóréhoz hasonlónak találjuk, de

koncentrációjától függően szegfű, széna, kén-dioxid vagy nitrózusgáz illatúnak is érezhetjük. Az ózon (O 3 ) oxigénből (O 2 ) keletkezik, ultraibolya sugarak hatására. Nagyobb hullámhosszú fénysugarak hatására elbomlik. Az ózonpajzs a sztratoszféra legkülsőbb, 25–100 km magasságában lévő burka, mely az utóbbi években elvékonyodott. Az ózon-réteg keletkezésének és lebomlásának természetes egyensúlya a freongáznak, de bizonyos bozótirtó vegyszereknek is betudhatóan bomlott meg. Ahol az elvékonyodás mértéke elérte az 50 %-ot, ott ún. ózonlyukak keletkeztek Ennek következtében a napfény káros, 220–320 nm hullámhosszú UV-sugarai akadálytalanul áthatolnak az ózonpajzson, és a sejtek osztódásáért felelős fehérjemolekulákat roncsolva, azok daganatos elváltozását idézik elő. Ez az oka a bőrrák, elsősorban a melanoma malignum világméretű megszaporodásának (daganatos betegségek). A természetes védekezés

része a fokozatos napozás. Hatására a hám megfelelő sejtrétege 3–5-szörösére megvastagodik és elzárja az utat a mélyebb rétegeket károsító UV-sugarak elől. A napozás korlátozása, különösen délben és vízparton szintén véd a ráktól. Bizonyos napvédő krémek elnyelik a káros UV-sugarakat A környezetvédelem (kevés) sikeres akciójának egyike a freon-tartalmú hajtó-gázok globális betiltása. Minden remény megvan arra, hogy néhány évtizeden belül helyreáll a természetes egyensúly. Részei: - Troposzféra: 6-8 km (Sarkok), 18-20 km (Egyenlítő) -50°C – -60°C -6,5°C/km, Ttropopauza: vízgőzcsapda - Sztratoszféra: 50 km-ig, ózonréteg (0°C) UV-B kiszűrése - Mezoszféra: 50-80 km (-80°C) - Termoszféra (ionoszféra ): 500 km-ig, UV-C kiszűrése (+1200°C) - Exoszféra (magnetoszféra): elektromágneses jelenségek Forrásai: - Természetes: (sztratoszférikus, 20-25 km-en) - napsugárzás hatására keletkezik, - UV-B sugárzás

elleni védelem (bőrrák, bőr öregedése, szürkehályog, kötőhártya gyulladás, immunrendszer gyengülése) - Mesterséges: (troposzférikus) talajközelben van 10-15 %-a - kipufogógázokból napsugárzás hatására, -1- - erős oxidálószer, irritálja a nyálkahártyát, szembetegséget okoz - nitrogénvegyületekből, szerves szénhidrogénekből és peroxi-acetil-nitrátból is képződhet Mennyisége: - troposzféra: 10-220 ppb, - sztratoszféra: 200-10000 ppb (2-3 %-os csökkenés évtizedenként, magasabb szélességen, őszi hónapokban 5-15 %) Csökkenti: a sztratoszférikus ózont a CFC vegyületek felszabaduló klór, fluor és bróm komponense bontja Amikor először fedezték fel az ózon jelenlétét a troposzférában (alsólégkörben), úgy vélték, , hogy a magasabb rétegekből áramlanak az alacsonyabb rétegekbe az ózon molekulák, és ez vezet a troposzférában való felhalmozódásukhoz. A jelenlegi elképzelések szerint a troposzférikus ózon

részben a sztratoszférából származik, részben magában a troposzférában keletkezik. A troposzféra egészében az ózon biológiai forrásokból származó vegyületekből is képződik. Ebben az esetben az ózonképző NO a talajban végbemenő nitrifikációs folyamatok, illetve erdő- és szavannatüzek terméke. Tiszta trópusi levegőben az ózonkoncentráció 15 ppb (30 mg/m3) körüli, míg közép-európai vidéki levegőben a nappali középérték 40 ppb (80 mg/m3) körül mozog, szennyezett levegőben nem ritka a 100 ppb (200 mg/m3) körüli érték sem. (1 ppb = 10-9 térfogatrész gáz 1 térfogatrész levegőre vonatkoztatva) A felszínközeli ózon többnyire mesterséges eredetű, a kipufogó gázok nitrogén-oxidjainak és illékony szerves összetevőinek fotokémiai reakcióiban keletkezik. Bizonyos koncentráció felett elhervasztja a növényeket, irritálja a tüdőt, sokakban asztmát vált ki. Az egy évszázaddal ezelőtti felszínközeli ózonszintet

ma már csak a déli félteke eldugott helyein mérhetjük. Eközben az iparosodott országokban a kártékony gáz mennyisége meghaladja a fenti határértéket, szmog idején akár annak háromszorosát is elérheti. Az előrejelzések szerint a következő évtizedekben ezek az értékek állandósulni fognak. Egyesek szerint ezek a jelek legalább olyan jelentősek, mint az ózonlyuk állapota, és következményeik is hasonlóan súlyosak lehetnek. A felszínközeli ózonnak a növényekre gyakorolt hatása rendkívüli módon befolyásolja a vízciklust, ezzel is súlyosbítva mind az áradásokat, mind az aszályokat. UV-B sugárzás káros hatásai: • örökítő anyag (DNS) pontmutációja – anyagcsere folyamatok széles skáláján megzavarja (növények, állatok, ember egyaránt), • az ózonréteg az UV-B sugárzás 90 %-át „kiszűri”, • az ózon 1 %-os csökkenése a beérkező UV-B 1.3 – 18 %-os növekedését eredményezi, • a halogénezett

szénhidrogének (freonok és halonok) bontják, • a felszín közelében stabilak és ártalmatlanok, évtizedek alatt jutnak fel, napsugárzás hatására klór, fluor és bróm szabadul fel belőlük és bontják az ózont, • Déli-sark és Antarktisz fölött szeptember-október táján 50-60 %-os csökkenése is előfordul – ózonlyuk, • Magyarország fölött 10 évenként 1.7 %-os csökkenés, • 1992 elején ugrásszerűen csökkent (10 %-kal). Az 1940-50-es években a kaliforniai Los Angelesben a légszennyezés egy eddig ismeretlen, új formája tűnt fel. Ez a jelenség a londoni szmogtól eltérően nem télen, hanem nyáron, napsütéses időben, nagy gépkocsiforgalom esetén volt erőteljes. Fotokémiai szmognak nevezték el ezt a napsütés hatására kialakuló légköri jelenséget Jellemző ilyenkor, hogy a levegő sárgásbarna színűvé válik, és a látótávolság lecsökken. A mérések kimutatták, hogy az új jelenség okozója nem más, mint az

ózon. A talajközeli ózon koncentrációja nyaranta a múlt századi kétszeresére növekedett. Miután erre fény derült, vizsgálatok indultak annak feltárására, honnan is származik ez a növekedés. Mivel nagy gépjárműforgalom esetén mértek nagy ózonkoncentrációt, a gépkocsik által kibocsátott gázok átalakulásait kezdték nyomon követni. Az egyszerűség kedvéért tegyük fel, hogy majdnem minden nitrogén-oxidot az autókban lejátszódó égési folyamatból származik. A NO-ban gazdag levegő felemelkedik az utcákról és az autópályákról Az első reakció, ami végbemegy, az nem az ózon keletkezése, hanem az ózon lebomlása, mivel a NO-t az ózon oxidálja, és NO 2 -vé -2- alakítja. Valóban, közvetlenül az utcák felett és közel az autóutakhoz az ózon koncentrációja gyakran nagyon alacsony. Ózon szmog idején az ózon koncentrációja a városban alacsonyabb lehet, mint a környező vidéki területeken. A NO X -ben gazdag

levegőfáklya formájában a széllel vidékre szállítódik A szerves összetevők honnan származnak? Az ózon kialakulásához azonban szükséges másik partner is, ami nem más, mint a szerves peroxidok. Honnan származnak ezek? Szerves molekulákat bocsátanak ki az erdők és más növények, de van emberi forrása is (pl. oldószerek vagy a benzinkutaknál az üzemanyag). Néhány szerves vegyület (RH) kémiai reakcióba lép a levegőben. Az egyik leggyakoribb reakció a hidroxigyökökkel (·OH) zajlik le, ehhez napfény szükséges Ezután egy oxigén molekulával egyesül Az eredmény egy peroxi gyök RO 2 ·. R- jelenti a szerves részt, a molekula azon része, amelyik nem vesz részt a reakcióban A gyököknek van egy szabad elektronjuk, melyet egy ponttal jelölünk, és nagyon reaktívvá teszi őket. Mikor vannak a legkedvezőbb feltételek az ózon szmog kialakulásához? A város körül a vidéki területek felett az ózonképződés elkezdődhet 1) Fotolízis

réven a NO 2 felbomlik és O atom és NO képződik; 2) Az O atom reakcióba lép a levegőben lévő molekuláris oxigénnel, és kialakul az ózon. 3) A NO reakcióba lép a peroxi-gyökkel (RO 2 ·) és ismét NO 2 keletkezik. 4) Az ózon egy részét a NO elbontja a peroxi gyök (RO 2 ·) koncentrációjától függően. Végül a peroxi-gyökök elfogynak, az ózon egészen addig képződik, míg a nitrogén-oxidok a ciklust végig tudják csinálni. Ez csak akkor történhet meg, ha a) elegendő napfény van a hatékony fotolízishez (forró nyári napokon), b) a peroxi-gyökök és a nitrogén-oxidok mennyisége kedvező az ózon kialakulásához. A teljes ózon oxidációs ciklus: - Ha nincsen nitrogén-oxid, akkor a reakció nem játszódik le. - Ha túl sok a nitrogén-oxid, a feleslegben lévő része nemcsak a peroxi-gyökökkel lép reakcióba, hanem az ózont is bontja. - Ha nincsen napfény, NO nem tud újrakeletkezni, és a képződéshez a peroxi-gyökök mennyisége

nem elegendő. Általában tiszta levegőben a nitrogén-oxidok mennyisége nem elegendő a szmog kialakulásához De ha az ember túl sokat bocsát ki, akkor kialakulhat az ózon szmog. - Hasonló helyzet lehet ha növényzet ég, ahol a lángokban nitrogén-oxidok képződnek. A szennyezők koncentrációjának változása egy munkanap folyamán fotokémiai szmog esetén: A. Reggel csúcsforgalom idején kezdődik, amikor a járművekből nagy mennyiségű NO, CO, CH kerül a levegőbe. B. Délelőttre a NO-ból és a CH-ekből NO 2 keletkezik, ami fény hatására elbomlik NO-dá és atomos oxigénné. C. Délutánra az oxigénatom oxigénmolekulával (O 2 ) reagálva ózonná (O 3 ) alakul Ezzel párhuzamosan az NO 2 -ból rendkívül mérgező peroxi-acetil-nitrát (PAN) és salétromsav is keletkezik. Közbeszól az időjárás: A megnövekedett szennyezőanyag-kibocsátáson kívül bizonyos időjárási helyzetek kialakulása szintén magas ózonkoncentrációk

előfordulásához vezethet (fotokémiai szmog kizárólag napsütéses időben alakul ki). A felszínközel ózon felhalmozódását okozhatja hazánkban, ha a Kárpát-medencének időjárását anticiklon határozza meg, mely száraz és napos időjárást, magas léghőmérsékletet és stagnáló légáramlást eredményez. A Földközi-tenger vidékére különösen jellemző a nyári időszakban a magas ózonkoncentráció. Az itteni éghajlatra jellemzők egyfelől a forró nyarak nagy légnyomással, gyenge szelekkel és erős napsugárzással, másfelől a hűvös, többnyire fagymentes, de esős telek mindenütt, kivéve a hegyvidéki területeket. A hosszú és tartós nagy légnyomású időszakok, az ózonképző anyagok viszonylag csekély szóródása a magas hőmérséklettel és erős napfénnyel együtt elősegíti az ózonképződést. A talajközeli ózon képződése különlegesen nagymértékű Athénban Rómában, Milánóban és környékén, valamint

ÉK-Spanyolország tengerpart részén, különösen Barcelona körül. -3- Irányértékek: Az Egészségügyi Világszervezet által kibocsátott irányelvek között szerepelnek olyanok, amelyek a légszennyező anyagok egészségi kockázatot jelentő szintjeire vonatkoznak. Azt a legalacsonyabb biztos szintet véve alapul, ahol előfordulhatnak káros következmények, az ózon esetében maximális nyolc órás átlagértékként 60 ppb irányértékre jutottak (WHO, 1995), hangsúlyozva ugyanakkor, hogy ez nem jelent kellő biztonsági ráhagyást a legérzékenyebb embereket érő bizonyos fajta akut káros hatások esetére. A Svéd Környezeti Orvostudományi Intézet egyórás értékként 40 ppb koncentrációt javasol, mint az emberi szervezet ózonterhelésének legfelső határa. A CFC használatát a Montreali egyezményben betiltották, azonban évtizedekig képesek életben maradni a légkörben. "A sztratoszférában található klór folyamatosan pótlódik

emberi forrásokból" A klór-peroxid ózonpusztulást eredményez, amikor a molekula elnyeli a napfényt és két klór, valamint egy oxigén molekulára bomlik. A szabad klór atomok rendkívül reagensek az oxigén molekulákkal, ezért felbomlasztják azokat, csökkentve az ózont. Az ózon lebontása közben a klór peroxid újra formálódik, és újra indítja az ózonpusztító folyamatot is. A közvetlen klór peroxid mérések lehetővé teszik a sarkvidéki tél sztratoszférájában bekövetkező ózon veszteség jobb számszerűsítését. A légköri mozgások és kémiai reakciókon alapuló részletes számításokból - figyelembe véve a CFC korlátozásokat - azt a következtetést vonták le, hogy az ózonréteg majdnem teljesen helyre fog állni. Előrejelzésük szerint a Délisark fölötti ózon mennyiség nem fog változni az elkövetkező 15 évben, majd 2030-tól hirtelen emelkedés lesz tapasztalható, végül 2040 körül visszanyeri a nyolcvanas évek

előtti állapotát. Az Északi-sark esetében, ahol az ózonréteg pusztulása nem olyan drámai, mint a Déli-sarkon, az ózon mennyiség 2010-ig tovább csökken, majd nagyjából változatlan marad, legalábbis az eredmények ezt tükrözik. A japán kutatási eredmények eltérnek az amerikai űrhivatal, a NASA és más intézetek eredményeitől, melyek azt jósolták, hogy a lyuk tovább folytatja a növekedést egészen a 2050 utáni évekig. Az ózon koncentráció leírására a légkörkutatók a Dobson egységet használják. Helytelen az ózonréteg kifejezés, hiszen az ózonmolekulák nem képeznek vékony övet, hártyát valahol a légkörben, hanem elszórtan találhatók meg benne, de általánosságban elmondhatjuk, hogy az ózonmolekulák 90 %-a a sztratoszféra 18 és 40 km közötti magasságában fordul elő. A Dobson egység azt fejezi ki, hogy ha az ózonmolekulák nem szétszórtan lennének a légkörben, hanem a földfelszínén egy rétegbe sűrítenénk

be azokat, milyen vastagságú hártya keletkezne. Egy Dobson egységről beszélünk, ha 0°C és 1 atm. nyomás mellett az ózonréteg 0,01 mm vastag A légkör átlagos ózon koncentrációja 300 Dobson egység körül van, ami 3 mm vastag rétegnek felelne meg. „Ózonlyukról” beszélünk azokon a területeken, ahol a koncentráció 220 Dobson egység alá csökken. Tavaszi időszakban az Antarktisz feletti terület átlagos ózon koncentrációja 100 Dobson egység körül van. Mivel a sztratoszférában lévő ózonmolekulák jelentős szerepet játszanak a bolygónkat érő káros ultraibolya sugarak elnyelésében, az ózonréteg „elvékonyodása” komoly veszélyt jelent a területen élők számára. Ma már ismert, hogy az ózonlyuk kialakulásáért a klórvegyületek a felelősek. Klór elsősorban emberi tevékenység (légkondicionálók, hűtőgépek, szigetelőhabok, repülők), nevezetesen a klórozott szénhidrogének (CFC-k) kibocsátása folytán kerül a

légkörbe. A CFC-k akár 50-100 évig is megmaradhatnak a légkör alsóbb részében, évtizedek is eltelhetnek mire a légkör 30 km-es magasságaiba jutnak, ahol a Nap UV-sugárzásának hatására szétbomlanak. A CFC-molekulákból felszabaduló klór a sztratoszférában stabil vegyületekké, úgynevezett „klórrezervoárokká" alakul át. A klórrezervoárok önmagukban még nem bomlasztják a légkört Ha azonban a klór valamilyen módon felszabadul, az az ózonréteg káros elvékonyodásához vezet. Amikor a sztratoszféra hőmérséklete -80°C köré süllyed, erős felhőképződés indul el benne. E felhők kémiai összetétele jelentősen eltér a légkör alacsonyabb részében, a troposzférában ismert felhőkétől. A sztratoszférában a nagy hidegben keletkező felhők az addig veszélytelen klórrezervoárokból N-t kötnek meg, amely révén a vegyületekből felszabaduló klór katalizátorként -4- kezdi bomlasztani az ózonréteget. A CFC-k

használatát 1987 szeptember 16-a óta már nemzetközi egyezmények tiltják. CFC-k sztratoszférabeli sorsa: Mivel a Napból származó UV-B sugárzást a sztratoszférában lévő ózonréteg kiszűri, így az UV-sugárzás a troposzférát elérve már túl gyenge, hogy jelentősen bontsa a CFC-ket. De ez a folyamat játszódik le, amikor a CFC-k lassan feljutnak a sztratoszférába. A felbomlásuk klór és fluor gyökök kialakulásához vezet De ez nem szükség-szerűen vezet erős ózoncsökkenéshez, mert a klorid vegyületek, amelyek elsődlegesen felelősek az ózoncsökkenésért, más reakciókban is részt vesznek, amiket a meteorológiai feltételek befolyásolnak. Habár a sztratoszférikus ózon más szélességeken is csökkent, az ózonlyuk csak a sarki területek felett alakul ki, főleg az Antarktisz fölött és csak a tavaszi időszakban. Mi ennek az oka? A klór és az ózon reakciója: Cl· + O 3 Cl· + O 3 ClO· + ClO· + M Cl 2 O 2 + napfény 2 O3

ClO· + O 2 ClO· + O 2 Cl 2 O 2 + M 2 Cl· + O 2 3 O2 CFC-k felbomlása ezután további reakcióhoz vezet a ClO· gyökökkel, melyek reakcióba lépnek a NO 2 -dal és ClONO 2 -t hoznak létre, a NO-dal és a metánnal HCl-ot (sósavat) alkotnak, és az ezen reakciókból származó ClONO 2 a HCl-dal salétromsavat (HNO 3 ) alkot. Egyik termék (HCl és ClONO 2 ) sem lép kölcsönhatásba az ózonnal, továbbá meglehetősen stabil anyagok. Csak bizonyos feltételek vezetnek reagenssé való válásukhoz, ami végül az ózonlyukat okozza. Az Antarktiszi ózonlyukhoz vezető egyik tényező, a szélsőségesen alacsony sztratoszférikus hőmérséklet (-80°C). Ilyen feltételek mellett a salétromsav és a jég sztratoszférikus jégfelhőket alakít ki, melyek nem stabilak magasabb hőmérsékleten. Ezen jégkristályok felszínén a HCl és a ClONO 2 reakcióba lép egymással és salétromsav, valamint klór molekula keletkezik Cl 2 . A klór molekula stabil, nem lép

reakcióba az ózonnal, de a napsugárzás hatására könnyen felbomlik és kettő Cl· gyököt képez, amelyek megtámadják az ózont. Ennek következtében az Antarktisz felett minden év szeptemberében és októberében megfigyelhetjük az ózonlyukat. A láncreakció egészen addig tart, míg a jégben lévő más reagensek fel nem olvadnak, és a Cl· gyököket más módon el nem távolítják. Végül az egész folyamat nem lenne ilyen hatással az ózonrétegre, mert a ClO vegyület forrásai általában magasabban vannak. A sztratoszférában a lefelé irányuló mozgás az, ami a ClO-t alacsonyabb magasságokba szállítja. Ez csak a sarkok fölött játszódik le, az ún poláris örvényben Itt, az Antarktisz körül a sarok körüli (cirkumpoláris) szél speciális meteorológiai feltételeket ad. Tehát az ózonlyuk körülményei (alacsony hőmérséklet a sarki éjszakában, jégfelhők kialakulása, poláris örvény, amit a sarki napfelkelte követ) annyira

speciálisak, hogy ezt a folyamatot soha sem tudták volna előre jelezni a tudósok, ha nem figyelték volna Egy nemzetközi kutatócsoport szerint a felhőrészecskék felgyorsítják az ózonréteg pusztulását. A természetes részecskék aktiválják a mesterséges klórt tartalmazó összetevőket, mely megtámadja az ózont. A részecskék jelenléte magyarázza, hogy miért a tavasznak köszönhető az ózon kimerítése. Ezzel megjósolható az ózonréteg elvékonyodása a sarkkörök felett. Mesterséges Cl- és Br-összetevők okozzák a gázréteg kimerítését, mely védi a földet a káros sugaraktól. Bizonyos felhőrészecskék központi szerepet játszanak az ózonréteg pusztulásában. Télen a felhők összegyűlnek a Déli-sark fölött, kisebb kiterjedésben Északon, amikor a levegő a Föld alacsonyabb atmoszférájában van és hideg. Az ózonromboló vegyszerek, melyek felhalmozódtak ezekben a felhőkben, ártalmatlanok, amíg a megfagyott részecskék

foglyul tartják őket. -5- A NASA 2000-ben 11 millió négyzetmérföldes ózonlyukat mért az Antarktisz fölött, ami 3x akkora, mint az USA területe. A műholdas fényképek alapján a lyuk egy hatalamas kék masszának néz ki, ami teljesen lefedi az Antarktiszt, és eléri Dél-Amerika csücskét is. A Montreáli Egyezmény életbe lépése óta az ózonmennyiség nagyjából változatlan maradt, majd 2005-ben az Antarktisz feletti ózonlyuk közel 24 millió km2 tett ki, ami nem sokkal kisebb, mint Észak-Amerika. Feltehetően nem csak a CFC az egyetlen dolog, ami hatással lehet az ózonrétegre. Ide kell sorolni a természetes tényezőket is, mint a napfoltokat, melyek az UV-sugárzásért felelnek, a vulkánokat, melyek kénes gázaikkal gyengítik az ózonréteget, de ugyanígy szerepet játszik az időjárás is: a sztratoszféra hideg levegője egyaránt képes erősíteni és gyengíteni az ózonpajzsot. A felső sztratoszféra ózonjának gyógyulása nagyjából 18

km-es magasság felett szinte teljes egészében a CFC csökkenésének tudható be, ami azt mutatja, hogy van értelme a károsanyag kibocsátásokat korlátozó egyezményeknek. Azonban a 10 – 18 km közötti alsó sztratoszférában nagyobb javulás tapasztalható az ózonszintben, mint azt a CFC kibocsátás csökkenése önmagában indokolná, azaz valami másnak is közre kell játszania az alacsonyabb magasságokban. A kutatók szerint ez a légköri szeleknek tudható be A szelek képesek elszállítani az ózont az egyenlítői területekről, ahol az nagyobb magasságokba jutva megsemmisülne, így feltehetőleg a változó szélsémák hatnak az ózon egyensúlyára és gyorsítják a pajzs gyógyulását a 18 km alatti légrétegekben. Ezen felül is lehetnek még olyan természetes vagy emberi tényezők, melyek kisebb-nagyobb mértékben hozzájárulnak az ózonréteg kisebb magasságokban való meglepő erősödéséhez. Ha ez a tendencia folytatódik, a globális

ózonréteg 2030 és 2070 között visszaállhat az 1980-as szintre, sőt ekkorra akár az Antarktisz felett éktelenkedő lyuk is bezárulhat NEMZETKÖZI EGYEZMÉNYEK • ENSZ KÖRNYEZETI PROGRAM (1985. március 22 Bécs): Az ózonréteg védelméről szóló keretegyezmény aláíró országok vállalták az összehangolt mérési, megfigyelési, kutatási és fejlesztési programokban való részvételt, az ózonrétegek károsító anyagok felhasználásának önkéntes csökkentését. • MONTREALI JEGYZŐKÖNYV (1987. szeptember 16): az ózonkárosító vegyületek (5 freon és 3 halon vegyület) előállításának, nemzetközi kereskedelmének és felhasználásának korlátozása. Az anyagok hiánya ne gátolja a fenntartható fejlődést, ne okozzon többletköltséget. • TORONTÓ (1988.): az első nemzetközi éghajlatváltozási konferencia, ahol kutatók, kormányok, ipari országok önként vállalták, hogy 2005-re 20%-kal csökkentik a CO 2 kibocsátásukat. Az IPPC

létrehozása: rendszeres jelentés a kutatások eredményeiről (kutatók) • LONDON (1990.): az ózonkárosító anyagok 2000-ig történő kiváltása (új potenciális ózonkárosítókra is: szén-tetraklorid, metilkloroform). • KOPPENHÁGA (1992.): 1994-re a telített halonok, 1996-ra a többi, addig szabályozott anyag teljes kiváltását hozták előre; a szabályozott anyagok listája bővült (telítetlen freon, halon, metil-bromid). • ENSZ KÖRNYEZET ÉS FEJLŐDÉS KONFERENCIÁJA (1992. 06 02-14 Rio de Janeiro): Elfogadásra került dokumentumok: - Riói Nyilatkozat a Környezetről és Fejlődésről, - Keretegyezmény az éghajlatváltozásról, - Egyezmény a Biológiai sokféleségről, - Nyilatkozat az Erdőkről, Elvek, - Nyilatkozatok a 21. századra (Agenda) • MONTREÁLI ENSZ Klímakonferencia (2007. szeptember 12–21): 191 ország hozzájárulásával létrejött egyezmény. A résztvevők egyetértettek abban, hogy 2020-ra a fejlett országokban, 2030-ra

pedig a fejlődő országokban is teljesen beszüntetik az ózonréteget bontó freonok használatát. A kezdeményezés legnagyobb támogatója és sürgetője az USA volt. Kínához (a legnagyobb CFC- és HCFC kibocsátó: 80 %) hasonlóan a többi fejlődődő ország is azzal a feltétellel írta alá az egyezményt, hogy ígéretet kaptak arra, hogy a fejlett országok pénzügyi támogatást nyújtanak számukra az új, alternatív technológiákra való átállásban. A Jegyzőkönyvhöz csatlakozó jelenlegi 191 ország adja a Föld freonkibocsátásának 95 %-át. A jelenlegi becslések szerint 2050-2075-re várható, hogy visszaáll az ózonréteg 1980-as évek előtti állapota. -6- Magyarország is részese a nemzetközi egyezményeknek: 1992-re az országos freon és halon felhasználás 60%-kal csökkent az 1986-os szinthez képest 1993. július 1-től már nem gyártanak freon hajtógázas szórópalackot (kivéve a speciális gyógyászati és műszaki spray-k). 1993

végéig a hűtőgépgyártásban és a műanyagiparban is kiküszöbölték a freonok felhasználását Az ózonkárosító anyagok felhasználásának korlátozásáról 1987-ben Montreálban aláírt jegyzőkönyvet 188 ország mellet Magyarország is ratifikálta. Hazánkban 1992-ben született meg az első rendelet A 2003-as kormányrendelet pedig a jelenleg hatályos uniós rendelet alapján készült. A freonos szórópalackok, hűtőszekrények és hőszigetelő anyagok kiváltása az 1990-es évek elején kezdődött meg. A felhasználás 40 %-a a magyar termékek versenyképtelensége miatt, másik 40 %-a a helyettesítő anyagok bevezetése miatt szűnt meg, 20 % kiváltását pedig pályázati források segítették. A Világbank által folyósított 7 millió dolláros vissza nem térítendő támogatást 13 vállalat használta fel az átállás finanszírozására. Így Magyarországon 2004-re a freont először helyettesítő, az ózont annál kisebb mértékben

károsító úgynevezett HCFC-re állt át. Az EU az ózonréteg fokozott védelméért küzd: Az EU határain belül és kívül egyaránt mindent megtesz az ózonréteg megmentéséért. Kezdetben azt jósolták, hogy az ózonréteg 2050-re regenerálódik, azonban a globális felmelegedés várhatóan késleltetni fogja a folyamatot. Az aeroszolok, a növényvédő szerek, illetve a hűtőrendszereknél és tűzoltó-készülékeknél alkalmazott gázok nem csak az ózonréteg pusztulását idézik elő, hanem hozzájárulnak az üvegházhatás és az éghajlatváltozás felerősödéséhez is. Hazánkban tizedére csökkent a HCFC-felhasználás: Hazánkra az EU-tagság miatt szigorúbb előírások vonatkoznak, mivel az EU tagállamai vállalták, hogy 2015-től végleg kivonják a gyártásból a HCFCket. Új termékek gyártásánál már most sem alkalmazhatók HCFC-k, viszont 2009-ig a régi berendezések újratöltésére még igen. 2010 és 2014 között viszont már a

visszagyűjtött termékeket is csak új HCFC-vel lehet újratölteni, 2015 után viszont már az újratöltés is csak valamilyen helyettesítő anyaggal történhet. -7- A gépjárművek által okozott légszennyezés csökkentése; korszerű, környezetbarát gépkocsikonstrukciók A gépjárművek számának növekedése jelentős károsító hatást fejtenek ki a környezetre, ugyanis veszélyes szennyezőanyagok kerülnek ki a kezeletlen kipufógógázok által. Gépjárművek tipikus kipufogógáz összetétele: N 2 , O 2 , CO, CO 2 , vízgőz, H 2 , CH-ek, NO X -ok, SO 2 , aldehidek, korom, policiklusos aromások. A CO közvetlenül mérgező, mivel kiszorítja a vérből az oxigént, a NO X -ok a levegő víztartalmával salétromsavat adnak, ami jelentősen károsítja a légutakat, a CH-nek pedig az alsóbb légrétegekben NO x -okkal reagálva fotokémiai szmog kialakulását, a tüdőt károsító ózonmolekulák képződését eredményezhetik. A környezetszennyezés

csökkentésének elsődleges lehetőségei Ha kevesebb üzemanyagot használunk fel, akkor megtakarítunk, és kevesebb szennyező kerül a környezetbe. A gépjármű közlekedés korlátozása gazdasági és társadalmi hátrányokkal járna, ezért más megoldás szükséges. Részleges megoldást jelenthet a nagyvárosokban (pl. London) a P+R közlekedési rendszer Ez azt jelenti, hogy a személygépkocsik számára a város határában parkolókat építenek, és innen biztosítják tömegközlekedési eszközökkel a gyors bejutást a városcentrumba, s ha valaki nem ezt a megoldást választja nagyon komoly környezetterhelési díjat kell fizetnie. A P+R rendszer a városok környezetszennyezését csökkenti, de nem okoz változást az egyes gépjárművek emissziójában. Ha a gépjárművek energiahasznosítását vizsgáljuk, akkor az látszik, hogy a motornál és a meghajtó vagy erőátviteli szerkezetben jelentős energiaveszteség mutatkozik. A motorban magában

elveszik a bemenő (az üzemanyag elégetéséből származó) energia kétharmada. Üresjárat esetén 17 % energia vész el Kb 2,2, ill 1,5 % energiát fogyaszt a világítás, fűtés stb. Ezek után kiszámítható, hogy a hajtóműbe az eredeti energiatartalomnak csak kb 18, ill 26 %-a jut. Ha ebből levonjuk a hajtóműben bekövetkező veszteségeket, akkor a felhasznált energiának mindössze 12, ill 20 %-a fordítódik a jármű mozgatására. További energiafelhasználást jelent a légellenállás és a súrlódás legyőzés Fontos lenne ezeknek a paramétereknek a fejlesztése, megoldása. A gépjármű tömegének csökkentése: Jelentős üzemanyag-megtakarítás érhető el, ha a gépjármű önsúlyát és a súrlódási erőt csökkentjük. Kb 100 kg tömegcsökkentés 5 % üzemanyag-megtakarítást eredményez. Tömegcsökkentést úgy érhetünk el, hogy a nehezebb alapanyagokat kisebb sűrűségűekkel váltjuk fel, pl. műanyagok, szénszálas karosszériák

alkalmazásával Az újrafelhasználható anyagok visszanyerése: Az elavult, kiselejtezett járművek fém- és műanyag alkat-részeinek többsége újra feldolgozható. Az újrafeldolgozás ellen szól, hogy: - nem ismeretes még az újrafeldolgozás gazdaságos technológiája, - az elöregedett gépkocsik műanyagtartozékai is elöregedtek, festékesek, ragasztósak, esetleg nehézfémmel átitatottak, - a műanyagból készített új alkatrészek olcsók, hozzáférhetők, - alig van piaci érdeklődés,. - azon környezetvédelmi törvényeknek a hiánya, amelyek ezt a területet szabályoznák. A műanyagok kinyerésére és újrafeldolgozására a megfelelő módszerek már ismeretesek, de a gazdasági háttér megteremtése napjainkban még nagy nehézségekbe ütközik. Az üresjáratok megszüntetése: Jelentős energiaveszteség, és ezáltal feleslegesen elfogyasztott üzemanyag takarítható meg, ha a motort pl. tilos jelzések esetén leállítjuk. • Megoldás lenne,

ha egy beépíthető automatikus motorkikapcsoló és újraindító szerkezetet alkalmaznának, amellyel automatikusan meg lehetne állítani a motort lassításkor vagy megálláskor és újraindítani -8- induláskor, ill. gyorsításkor Egy ilyen konstrukciójú gépkocsi kb 1 liter üzemanyagot fogyaszt 100 kilométeren. • Másik lehetőség a közlekedés optimalizálása, amellyel minimálisra csökkenthető az állásidő és a lassítógyorsító szakaszok. Az ilyen „okos autók”-ban számítógépet és információtovábbító-rendszert szerelnének be, azonban a vezérlőközpontok kiépítése is jelentős költségekkel járna. Elektromos meghajtású gépjárművek lehetőségei: tüzelőanyagcella, hidrogénhajtás Az elektroautók: Teljesen emissziómentes gépjárművek az elektroautók, ugyanis erőforrásként villanymotort használnak, és a motor hajtásához szükséges villamos energiát nem a járművekben állítják elő. (A hibrid hajtású

járművek a villanymotor mellett belsőégésű motort is használnak, valamint a tüzelőanyagcellás járművek a villamos energiát a fedélzetükön elhelyezett tüzelőanyagcellával állítják elő.) Az elektromos autók elterjedésének legnagyobb akadálya a rendelkezésre álló technológiák, elsősorban az energiatárolás lehetőségeinek korlátozottsága. Az elektromos energia tárolására alkalmas szerkezetek lehetnek: - elektrokémiai tárolók (akkumulátorok), - elektrosztatikus tárolók (kondenzátorok) és - elektromechanikus tárolók (lendkerekek). A jövő járműveinek hajtása modern vezérlésű aszinkronmotorral, ill. állandó mágnessel gerjesztett szinkronmotorral fognak gurulni A jelenleg működő elektromos járművek energia- és teljesítménysűrűsége kicsi, ill. hátrányuk, hogy feltöltésük sokáig tart, ha akkumulátorral működnek, továbbá csak kis távolságok megtételére alkalmasak, és igen lassúak. Előnyük viszont, hogy

csendesek, állás közben nem fogyasztanak energiát, sőt ha fékezéskor motorjukat generátorként működtetik, az egyébként veszendőbe menő energia egy része vissza is nyerhető. Az elektromos járművek a városi forgalomban nagyon hasznosak, mivel zérószennyezők, azaz nem bocsátanak ki káros anyagokat. Az elektroautók károsanyag kibocsátása a villamos áram előállításakor keletkező energiahordozókból ered csak. Az elektroautók elterjedésének útjában a gazdaságosság kérdése áll, ugyanis használata magánfelhasználók számára jelentős többletköltséggel jár. Ez az oka, hogy a már piacon lévő elektromos autókat elsősorban az állami ill. önkormányzati intézmények vásárolják és használják Az akkumulátorok fejlesztése: Az akkumulátorok az elektroautók kizárólagos energiaforrásai. Jelenleg ólom-, ill Ni-Cd-akkumulátorokat használnak. Jelenleg az akkumulátorok három csoportba sorolhatók. • Az elsőbe az

ólomakkumulátorok tartoznak. Ezt a típust használjuk a járművek indítására valamint a világítás és az utazási komfort biztosítására. Ezek olcsóak és jók az energialeadási jellemzőik Hátrányuk, hogy a fajlagos energiakivétel (az akkumulátor tömegegységére vonatkoztatott kivehető energia) kicsi. Ez behatárolja utazási teljesítményét is. • A Ni/Cd akkumulátorok ereje szintén jó, és sokkal jobb a fajlagos energiakihozatala, mint az ólomakkumulátoroknak. Előnyük a hosszabb ciklus-élettartam Hátrányuk, hogy drágábbak és környezetvédelmi problémát okozhat a kimerült akkumulátorok összegyűjtése és tárolása. Ez az akkumulátor lapos tálca formájú. A cellák hidrált nikkel-oxid katódot, kadmium anódot és KOH oldat elektrolitot tartalmaznak. A Na/S, Na/Ni-Cl 2 , Ni/fémhidrid, cink/levegő, cink/bróm és a nikkel/vas rendszerek nagyobb fajlagos energiát ígérnek, de kicsi az erejük és hatásfokuk. • A jövő

akkumulátorai a lítium/polimer és lítium/vas-diszulfid rendszerek lehetnek. Ezeknek a hatásfoka sokkal jobb lesz. Nagyteljesítményű kondenzátorok: Alternatív energiatárolás valósítható meg nagyteljesítményű kondenzátorokkal, amivel fokozható lenne a gyorsulás, a hegymenet stb. Ugyanakkor a fékezéskor nem hasznosuló energiával részben feltölthetők A nagyteljesítményű kondenzátorok működése megegyezik az elektronikában használtakéval, azaz két vezető között dielektrikum helyezkedik el. Előnyük, hogy működésük nem függ kémiai reakciótól, gyorsan feltölthető, nagy energiamennyiség tárolására nyújtanak lehetőséget. Kerámiák, fémoxidok vagy szén-alapú szintetikus anyagok használatával nagyteljesítményű kondenzátorok állíthatók elő. -9- Elektromechanikus tárolók: Az elektromechanikus tárolók (pörgettyűk) olyan nagyon gyorsan forgó kerekek, amelyek a kinetikus energiát elektromos energiává és megfordítva

alakítják át. Ezek valójában kis generátorok, forgási sebességük meghaladja a percenkénti kétszázezres fordulatot, így elektromechanikus akkumulátornak tekinthetők. Fajlagos energiatermelésük nagy. Hidrogén energetika: előállítás, tárolás, felhasználás A hidrogén a legkisebb atomtömegű elem, színtelen, szagtalan, környezetbarát gáz. Két izotópja a deutérium és a trícium. A hidrogén a legkönnyebb elem, nagy a diffúzióképessége és nehezen cseppfolyósítható Nagy reakcióképessége miatt a természetben csak más elemekkel kötött állapotban, vegyületként fordul elő nagy mennyiségben (pl. vízben, szénhidrogénekben) A hidrogén nem energiaforrás, hanem energiahordozó, amit lehet tárolni és szállítani, de más forrásokból kell előállítani. A tárolási és szállítási lehetősége és felhasználásának jó hatásfoka valamint környezetvédelmi előnyei teszik a hidrogént századunk legfontosabb energiahordozójává.

Hátránya, hogy adott térfogatban (folyadékként, nagynyomású gázként) csak igen kis tömegű hidrogént tudunk tárolni, tehát a térfogategységre vonatkoztatott fűtőértéke mindössze kicsi, ráadásul a cseppfolyósításhoz -260°C szükséges. A hidrogént a vegyiparban, a gyógyszergyártásban, a gépiparban használják fel. Az energiaiparban, a villamos energiát termelő nagygenerátorok hűtésénél alkalmazzák. Energia (villamos és hőenergia) termelésre a tüzelőanyag-cellákban hasznosítható, ami környezetbarát technológia. Tüzelőanyag-cella: A tüzelőanyagcella lényegében az oxigén és hidrogén kontrolált egyesülésének hatására végbemenő töltéscsere, amelynek hatására a reakcióteret lezáró speciális elektródák közt feszültség indukálódik. Az üzemanyag az anódon oxidálódik, ezáltal elektronokat küld a külső áramkörbe, az oxidálószer a külső áramkörből elektronokat vesz fel, és így a katódon

redukálódik. Az áramkört egy elektrolit teszi zárttá A reakció végtermékeként a villamos feszültség mellett kizárólag vízgőz keletkezik. A tüzelőanyagcella a hidrogén mellett képes minden más üzemanyaggal is működni, amely oxidációra alkalmas, de ekkor már veszélyes szennyezőanyagok is keletkezhetnek. Mivel a tüzelőanyag és az oxidálószer folyamatosan táplálható be a berendezésbe olyan ütemben, amilyen ütemben van szükségünk az elektromos energiára, a berendezés folyamatosan üzemeltethető, azaz nem merül le (és így nem igényel újrafeltöltést) mint az akkumulátorok. A hidrogén/oxigén üzemanyagcellák elméleti hatásfoka kb. 83 %, a gyakorlati ugyan kisebb, de így is kb 65 % Az üzemanyagcellák jellemzői: • kitűnő hatásfok a teljes üzemelési tartományban; • gazdaságos üzemmód; • H 2 használata esetén nincs környezetszennyező emisszió; • a H 2 előállítható alternatív energiaforrásokkal (vízbontás

napenergiával, mikroorganizmusokkal); • kis méretek, kis tömeg (nincs holtteher); • csendes üzemmód; • nincsenek mozgó alkatrészek (karbantartás!); • folyamatosan üzemelhet; • állandó feszültséget szolgáltat; • a hidrogénkészlet nem fogy el; • az elektromos hajtás előnyei érvényesülnek. Több típust különítünk el az alkalmazott elektrolit alapján, pl. szilárd oxidos, foszfor savas, alkálikus, olvadt karbonátos, polimer elektrolitos. A H 2 előállítása: A hidrogén bőségesen áll rendelkezésre: víz, földgáz (CH 4 ), kőolaj formájában, ill. többféle módon előállítható: • szénelgázosítás (C + H 2 O); • földgáz vízgőzös reformálás (CH 4 + H 2 O); • vízelektrolízis; -10- • • fotolízis napenergia felhasználásával; biomassza alapon H 2 termelő mikrobákkal. A H 2 tárolása: A hidrogén problémája a tárolása. A gépjárművekben történő felhasználásához meg kell oldani a könnyű

„tankolási” és a gépjárművön belül a tárolási gondokat. Olyan „üzemanyag-tankot” kell kifejleszteni, ami legalább 6 t% hidrogén tárolására képes, a tankállomáson 5 perc alatt újratölthető és a hidrogén az üzemanyagcella betáplálásához szükséges néhány bar nyomáson rendelkezésre áll, úgy, hogy a tank hőmérséklete ne haladja meg az 50°C-ot. Ha az újratöltés 5 perc alatt nem teljesíthető, akkor könnyen és egyszerűen cserélhető üzemanyagtartály jöhetne szóba, aminek feltöltését, regenerálását nem a töltőállomáson, hanem az erre a célra létesített üzemben végezik. Napjainkban a hidrogén tárolására:  cseppfolyósítás;  komprimált, nagynyomású hidrogén;  szilárd fázisú hidrogéntároló anyagok, beleértve a szervetlen hidrideket és bizonyos szerves vegyületeket (nanopórusos aromás polimerek) is;  molekuláris hidrogén adszorpciója megfelelő adszorbenseken. - A cseppfolyós hidrogén

fajlagos H 2 -tartalma 100 %, azonban ha a tartály tömegét is figyelembe vesszük, akkor ez alig éri el a 6-8 %-ot. Két további kedvezőtlen tulajdonsága: az elkerülhetetlenül végbemenő párolgási veszteség, és a hidrogén cseppfolyósítás költsége, ami a kinyerhető energia legkevesebb 30 %-ára tehető. - A másik lehetőség a kompresszió. A konvencionális acéltartályok tömegre vonatkozóan 1 % hidrogént képesek tárolni. Speciális szénszálerősítésű térhálós műanyag alapú tartályokban 700 bar nyomást lehet elérni, így a gáz sűrűsége kb. fele a cseppfolyós hidrogénének Konvencionális acéltartállyal (150 bar) felszerelt autóbuszok már közlekednek, azonban a 700 bar nyomáson működő megoldás a gépjármű-közlekedésben nem biztonságos, a meghibásodások és balesetek miatt. (A metanolt pl. magában a berendezésben lehet hidrogénre és szén-dioxidra bontani) H 2 tárolás fémhidridekben: A fémhidridek esetében a

felületen megkötődő hidrogén disszociatív adszorpció révén atomjaira hasad, ezek a hidrogén atomok diffúzióval lépnek be a fémvázba, intersticiális helyeket elfoglalva. Az egyensúlyi fémhidridek a fémrácsban rendezett hidrogén alrácsokat tartalmaznak. Ha a fémes rács rendelkezik a Fermi-sávban d- vagy felektronokkal, akkor a hidrogén s-elektronja részben donálódik a vezetési sávba, s a maradó proton részben a Fermisáv elektronjaihoz kötődhet, ami lehetőséget ad arra, hogy a hidrogén atomok viszonylag szabadon mozogjanak a rácsban. Hátrány: Jelenleg a fémhidridek mindegyike erős redukálószer és így erőteljes reakcióba lép a levegő oxigénjével, vagy víztartalmával. Ez azt jelenti, hogy bármilyen meghibásodás az üzemanyagellátó rendszerben a reakció megindulását, az energiatartalom csökkenését, elvesztését eredményezi, aminek megelőzése vákuumbiztos rendszer kiépítését igényli. • Az első szóba jöhető

könnyű hidrid a nátrium-alanát, amely esetében, TiCl 3 -dal aktiválva olyan hidrogén abszorpció/deszorpció egyensúly és sebesség érhető el, ami lehetővé teszi az alkalmazást. A teljes reakciósor a következő: 3 NaAlH 4 ↔ Na 3 AlH 6 + 2 Al + 3 H 2 ↔ 3 NaH + 3 Al + 4,5 H 2 A hidrogén felszabadulása két lépésben megy végbe. A readszorpció is kétlépéses A folyamatba a fém alumínium csapadékként jelenik meg, a gond azonban az, hogy a regenerálási reakcióban (300°C hőmérsékleten), azaz „újratöltéskor”, ebből a csapadékból kell létrehozni az alanát-fázist. A hidrogénnyomás növelésekor az Al-csapadék direkt reakcióba lép hidrogénnel, valamilyen átmeneti fázis képződése közben, ami aztán elvezet az alanát fázisig. Pontosan nem tudni, hogy mi a szerepe a TiCl 3 -nak; egyesek szerint katalizátorként működik, mások véleménye az, hogy beépülve a kristályszerkezetbe azt stabilizálja. A nátrium-alanát jelenlegi

ára 50 USD/kg, ami igen drágának mondható. • Hasonló folyamat jellemzi a lítium-imid/hidrid rendszert is: -11- LiNH 2 + 2 LiH ↔ Li 2 NH + H 2 + LiH ↔ Li 3 N + 2 H 2 Problémája az, hogy a LiN 3 túlságosan stabilis, pl. termikus bontásakor argonban az első bomlási lépés 700 Ken következik be További hátránya, hogy a folyamatban ammónia képződhet mellékreakcióként, ami a hidrogéntartalom gyors elvesztését is eredményezheti. • Hasonló lehetőséget jelentenek a borohidridek, pl. a LiBH 4 , aminek a fajlagos hidrogéntartalma 18,5 % (a reverzibilis H-tartalom azonban csak 13,8%), a következő reakciónak megfelelően: LiBH 4 ↔ LiH + B + 1,5 H 2 A képződő LiH termodinamikailag stabil. A reakció ugyan reverzibilis • A borohidridek közül a nátrium-borohidrid alkalikus közegben vízzel, katalizátor (valamilyen platinafém) jelenlétében reagálva szolgáltat hidrogént: NaBH 4 + 2 H 2 O 4 H 2 + NaBO 2 A reakció heterogén katalizátor

jelenlétében megy végbe, amit akkor kell az oldathoz adni, ha indítani akarjuk a reakciót, viszont ha nem akarjuk, hogy a hidrogén tovább fejlődjön (a gépkocsi megállításakor), akkor a katalizátort ki kell venni az oldatból. A végtermék a nátrium-metaborát oldat a töltőállomáson leereszthető és friss borohidrid oldattal tölthető fel a tank, vagy tartálycserével végezhető a feltöltés. Ez a rendszer ideális lenne az üzemanyag-cellás rendszerhez, hiszen vízgőzön kívül más szennyezéssel nem kell számolni, ami viszont éppen szükséges a membrán nedvesítéséhez. A nátrium-borohidrid oldat továbbá biztonságos, sokkal kevésbé veszélyes, mint a korábban bemutatott hidridek, sőt a szénhidrogénekkel összehasonlítva is tiszta, így ideális üzemanyag is lehetne. Hátránya, hogy túl drága, 80 USD/kg. Nagyfelületű pórusos anyagok alkalmazása a H 2 adszorpciós tárolására: A fiziszorbeált molekuláris hidrogén jelenti a másik

potenciális lehetőséget, amihez megfelelő adszorbenst kell találni. Ennek a kritériumai azok lennének, hogy a szobahőmérséklettől nem túlzottan eltérő körülmények között játszódjék le a szorpciós folyamat, a deszorpció a felhasználásnak megfelelő ütemben megvalósítható legyen. Azonban ez valószínűtlennek látszik, hogy az adszorpciót szobahőmérsékleten meg lehessen valósítani. A nyomás növelésével az adszorbeált anyagmennyiség növelhető, azonban a tárolási kapacitás nem éri el azt az értéket, amit gázkompresszióval kaphatunk, akkor pedig az adszorbens jelenléte értelmetlen. Elvileg kemiszorpcióval is megköthető a hidrogén nagyobb mennyiségben, azonban a kémiai kötés erősségével kötődő atomos hidrogén deszorpciója szobahőmérsékleten nehezen kivitelezhető. A nehézségek leküzdésére két megoldás jöhet szóba. Az egyik a hidrogén adszorber hőmérsékletének csökkentése 80 K körüli értékre, míg a

másik olyan felületnek az alkalmazása (megtalálása) melyre esetében az izosztérikus adszorpciós hő jelentősen nagyobb, mint ami a normál fiziszorpció esetén jellemző. Adszorbensként olyan anyagok jöhetnek számításba, melyek extrém nagy fajlagos felülettel rendelkeznek, továbbá az adszorpciós hő értéke jelentősen nagyobb, mint a szokásos fiziszorpcióé, és így másféle mechanizmussal kapcsolódik a hidrogén a felülethez. Ennek egyik lehetőségét jelentik a szén-nanocsövek, a zeolitok, fémoxid-vázis fémorganikus vegyületek, ill. aktivált szénszálak jöhetnek számításba -12- Katalitikus kipufogógáz-kezelés; a benzinüzemű gépkocsi-katalizátorok fejlesztési irányai A gépjárművek emissziójának csökkentése katalizátorokkal Katalizátorokat a gépkocsik káros kibocsátásainak csökkentésére, ill. ipari véggázok katalitikus kezelésére használnak A katalizátoroknak ma már fontos előírásai vannak, amiknek meg kell

felelniük: 1. a benzinüzemű gépkocsinál élettartamát 160000 km-re (100000 mérföld) kell növelni a korábbi 80 000 km helyett, a káros kibocsátások jelentős csökkentése mellett; 2. a dízelüzemű gépjárművekbe olyan „utókezelő” egységeket kell beépíteni, amelyek koromszűrésre és a nitrogén-oxidok katalitikus redukciójára is alkalmasak; 3. a szennyezések csökkentése érdekében az új típusú motorhajtóanyagok bevezetése miatt, új katalitikus technológiák bevezetése. Az USA-ban és az EU-ban a 2003 után gyártott gépkocsikra előírták a 160.000 km-ig üzemképes katalizátorok beépítését, továbbá a nem-metán szénhidrogén emisszió 0,08 g/km-re (korábbi: 0,25 g/km), a CO-kibocsátást 1 g/kmre (korábbi: 2 g/km), míg a nitrogén-oxid emissziót 0,125 g/km-re (korábbi: 0,625 g/km) csökkentését. A benzinüzemű gépjárművek (Otto-motorok) által okozott emisszió csökkentése: A kipufogógáz által okozott légszennyezés

csökkentésére katalitikus konvertereket építenek be a kipufogó-rendszerbe, melyeken az összes távozó gáz áthalad. A szikragyújtású Otto-motoroknál oxidációs katalizátorokat tartalmazó konvertereket alkalmazták. Ezeknél a CO és a tökéletlen égés következtében megmaradó szénhidrogének katalitikusan CO 2 -dá és vízzé alakíthatók. A katalizátoron lejátszódó reakciók: CO + ½ O 2  CO 2 szénhidrogének + O 2  CO 2 + H 2 O H2 + O2  H2 O Ezek nem alkalmasak a NO X emisszió csökkentésére, ezért később a „kétkonverteres” megoldásokat alkalmazták, melyek az NO x redukcióját egy külön katalizátorágyban oldották meg. Ezt felváltották a „kétágyas” berendezések, amelyekben az oxidációs és redukciós katalizátort egymástól térben elválasztva, de ugyanabban a konverterben helyezték el. Hordozós katalizátort használtak (γ-Al 2 O 3 szemcsékre felvitt platinafém katalizátorokat). Később felváltották őket

a háromutas konverterek. A háromutas katalizátor feladata az oxidációs reakciók és a nitrogén-oxidok párhuzamos (egymással megvalósított) redukciójának katalizálása, azaz a három fő szennyező komponens egyidejű átalakítása. Az oxidációs reakciókon túl a nitrogén-oxidok nitrogénné végbemenő redukcióját is elősegítik. A legfontosabb paraméter a két reakció párhuzamos lejátszódásában a levegő/benzin keverékarány A reakciók 80% fölötti konverzióval mennek végbe. Manapság nemesfém-komponenseket (Pt, Rh, Pd) kerámiából készített monolitvázon rögzített hordozóra viszik föl. A konverter hasznos térfogata általában megegyezik a motor hengerűrtartalmával. Fontos, hogy a monolitváz és a hordozó hőtágulása megegyezzen, hiszen a gépkocsi szakaszos üzemben működik, azaz a katalizátorágy igen sokszor melegszik fel és hűl le, ami nagy fizikai igénybevételt jelent. A háromutas katalizátorok akkor működnek

hatásosan, ha a kipufogógáz hőmérséklete 400-600°C között van. Ilyen körülmények mellett a következő reakciók lejátszódásával számolhatunk: A katalizátor aktív komponensei: A háromutas katalizátorok aktív komponensei: - a NO nitrogénné végbemenő redukcióját promotáló ródium, hátránya, hogy drága és kevés van belőle, ill. csak meghatározott hőmérséklettartományban hatásos, 600oC fölött ugyanis aktivitása jelentősen csökken. -13- - a CO és CH oxidációs aktivitását biztosítja a platina, különösen a hidegindítást követő felmelegedési szakaszban. a palládium a platinához hasonlóan viselkedik, de a megfelelő hatásfok eléréséhez nagyobb mennyiség jelenléte szükséges. Olcsó A szabályozóegység kialakítása, a λ-szonda szerepe: A katalizátor csak adott paraméterek biztosítása mellett képes hatékonyan működni. Fontos a kipufogógázösszetétele, ami akkor megfelelő, ha éppen sztöchiometrikus, azaz

pontosan olyan mennyiségű levegőt keverünk a benzinhez, mint amennyi a teljes égéshez szükséges. Korábban a keverékarányt a porlasztóval szabályozták, ma már ehelyett befecskendező és szabályozóegység végzi. A kipufogó-rendszerbe építve található a katalizátor előtt a lambda-szonda, melynek feladata a kilépő gáz oxigéntartalmának mérése. Az oxigéntartalom függvényében történik a levegő-ellátó rendszer pillangószelepének elektronikus szabályozása, lehetővé téve a pontos beállítást A λ-szonda kerámiatestének csúcsa platina-bevonattal van ellátva, és fémház védi. A bevonattal ellátott kerámiatest külső felülete közvetlenül érintkezik a kipufogógázban levő oxigénnel, a belsejébe pedig a külső levegőből jut oxigén. Eme két pont oxigéntartalma közötti különbség a szondában feszültségkülönbséget hoz létre Ha ez a feszültség alacsony, az magas oxigéntartalmat és szegény keveréket jelez. Az

információt a szonda elküldi a gépkocsi elektromos vezérlőegységének, amely folyamatosan ennek megfelelő módon szabályozza az üzemanyag/levegő keveréket. A szonda működésének elengedhetetlen feltétele, hogy kb 300°C-ra melegedjen fel Amíg ez be nem következik, a gépkocsi elektromos vezérlőegysége „szabályozatlanul” üzemel és az üzemanyag/levegő keveréket előre meghatározott értékek szerint állítja be. Ezek a hideg motorüzemnek megfelelő, kissé dús keveréket biztosítanak. A hőmérséklet hatása a katalizátor működésére: A katalizátorok szempontjából az az optimális, ha egy rövid „felfutási” szakasz után közel állandó hőmérsékleten üzemel, mert így stacionárius körülmények biztosíthatók. Azonban a lassítás és gyorsítás instacionárius körülményeket teremt. Hidegindításkor a kipufogógázban lévő égéstermékek megkötődnek, így előbb a víz, majd 300oC körül a CO 2 is deszorbeálódik,

lehetőséget nyújtva a CO és az NO adszorpciójának. 350°C körül „indul be” katalizátor működése Ha a hőmérsékletete 700°C fölé emelkedik, akkor dezaktiválódás történik. Ilyen pl részecskeméret növekedés, vagy felületcsökkenés. Az optimális hőmérséklet így a 450-650°C tartomány, ami úgy érhető el, hogy a konvertert kb. 1 m távolságra helyezik el a motortól Ekkor a hidegindítást követően, kb 100 sec után érik el a minimális működési hőmérsékletet. Ezalatt a CO és a CH-ek változatlanul haladnak át a rendszeren A cél az, hogy minél „gyorsabban” melegedjenek föl. Ennek lehetőségei a következők:  a motorhoz közel elhelyezett katalizátor;  elektromosan fűthető fém monolit;  szénhidrogén csapda (adszorpció);  kémiailag fűtött katalizátor;  előkonverter alkalmazása;  előmelegítő égők;  hidegindítás gyújtás késleltetéssel, vagy kipufogó utáni égetés;  égőtér

változtatható szeleppel;  duplafalú kipufogócső. o - A konverter motorhoz közeli elhelyezése azt eredményezi, hogy a katalizátor tartósan 950-1000 C körüli hőmérsékletnek van kitéve, ami viszont az élettartamot jelentősen csökkentheti. - A katalizátorrendszer elektromos előmelegítése csak úgy valósítható meg, ha a kerámia alapváz helyett valamilyen stabilis fémvázra viszik fel a hordozót és a nemesfémet. Így az akkumulátorról működtetett ellenállás-fűtőrendszer a gépkocsi indítása előtt vagy aközben melegítheti fel a katalizátorágyat a szükséges hőmérsékletre. - A szénhidrogén-tárolás úgy valósítható meg, hogy a kilépő gázáramba egy olyan adszorpciós egységet építenek be, ami megakadályozza, hogy a szénhidrogének belépjenek a konverterbe addig, amíg az el nem érte az üzemi hőmérsékletet. - Gyakran alkalmazzák, a kipufogóblokkba épített indítókatalizátort, ami kapcsolódik konverterhez. -14- -

Másik megoldás, hogy egy fűthető fémszitát, mint „előkatalizátort” helyeznek el a normál katalizátor elé, és amit elektromosan előmelegítenek így részben átalakítják a konverterbe belépő kipufogógázt. A katalizátor dezaktiválódása, élettartamának növelése: A lehetséges dezaktiválódási folyamatok: - a monolitváz szerkezeti romlása (töredezés); - a katalizátor mennyiségi csökkenése; - a hordozó fázisátalakulása – α-Al 2 O 3 képződés; - a katalizátorméreg (benzineredetű adszorpció); - termék adszorpció; - oxidációs állapot változás; - felületi szennyeződés; - felületi kokszosodás; - platinafém szintereződés; - aktív komponensek felületi vándorlása. Minden olyan hatás, ami az aktív fémfelület csökkenését eredményezi, rontja a katalizátor hatásfokát. Ezek a hatások lehetnek reverzibilisek, mint pl. az alacsony hőmérsékleten lejátszódó H 2 O vagy CO 2 adszorpció, vagy a felületi

szénképződés („kokszosodás”, illetve irreverzibilisek, melyek közül a katalizátor mérgeződését és a magas hőmérsékleten lejátszódó folyamatokat kell kiemelnünk. A katalizátor mérgező komponensei (ólom, Si, P, Zn, S) a hordozóval reakcióba lépnek, s ennek eredményeként jelentősen csökken a felület. A magas hőmérsékletű folyamatok megrövidítik a katalizátor élettartamát. Ilyen folyamatok akkor következnek be, ha például benzin kerül a működő katalizátorra (műszaki hiba következtében a hengerből égés nélkül kerül ki az üzemanyag). Ha a katalizátor élettartama lejár, akkor utána ki kell cserélni, ill a gépkocsit ki kell vonni a forgalomból előírás. A gépkocsikatalizátorok környezeti hatásai: A katalizátorok bevezetése és az ólmozott benzin forgalmazásának megszüntetése nagyságrendekkel csökkentette a gépjárművek szennyezőanyag-kibocsátását. Újabb probléma merült fel: a katalizátorral

felszerelt gépjárművek platinát, palládiumot és ródiumot tartalmazó kipufogógázt bocsátanak ki. A katalizátor felületéről a fizikai és kémiai elhasználódás, a kopás hatására kerülnek a környezetbe ezek az elemek, melyek erősen mérgező fémek. Azonban légköri koncentrációja kicsi (10-12 g/km3). Légköri viselkedésükről nincs még tudományos megítélés, azonban citotoxikus (sejtméreg) és allergizáló hatásúak a platinafémek. Másik probléma az elhasználódott konverterek elhelyezése, újrahasznosítása. A bennük lévő platinafém-tartalom miatt értékes anyagként kezelendők, de a visszanyerése még nem megoldott. Az elválasztáshoz ugyanis vagy a Ptfémeket, vagy a kerámiavázat a hordozóval együtt oldatba kellene vinni Magyarországon ezzel jelenleg nem foglalkoznak, a tönkrement, elhasználódott konvertereket jobb esetben külföldre (Nyugat-Európa) szállítják Ptvisszanyerésre, rosszabb esetben egyszerűen kidobják.

-15- A dízel motorok kipufogógázainak kezelése: koromszűrők, katalizátorok A dízelüzemű gépjárművek emissziójának csökkentése: A dízelmotorok azonos igénybevétel mellett még mindig több részecske- és NO X -emissziót bocsátanak, mint a benzines motorral ellátott gépjárművek. • A szilárd részecskék elsősorban kormot, nagy szénatomszámú (aromás) CH-eket és alkáli/alkáliföldfém szulfátokat tartalmaznak. • A folyékony CH-ek az el nem égett, vagy részlegesen elégett üzemanyagból, valamint a motorolajból tevődnek össze. Ezek kikondenzálódhatnak a kipufogórendszerben, aeroszolt képezhetnek, vagy adszorbeálódhatnak a korom-szemcséken. • A dízelmotorok meghatározó emisszióját a magas hőmérsékleten (1300-1450°C) keletkező NO X -ok jelentik. Ezek képződés gyakorlatilag elkerülhetetlen, mert az üzemanyag-takarékosság és az energetikai hatásfok növelése érdekében a dízelmotorok a szegény

keverékkoncentrációjú üzemmódban működnek. • Kén-dioxid és kén-trioxid a gázolaj kéntartalmának elégésekor képződik. A SO 3 a kipufógáz lehűlésekor reagál vízzel vagy a rendszerben lévő fém-oxidokkal, szulfátképződés közben. Az NO X -emisszió olyan megoldásokkal csökkenthető, amivel egyrészt az égési hőmérséklet alacsonyabb értékre állítható, pl. a táplevegő hűtésével, vagy dús keverék alkalmazásával Ezek a megoldások rontják az energetikai hatásfokot, ill. növelik a PM és a szénhidrogén kibocsátást Azok a megoldások, amik elősegítik a PM és a szervesanyag kibocsátás csökkentését, az NO X képződését növelik. Így a megoldás olyan véggázkezelési eljárások alkalmazása, amelyekkel mindhárom szennyező emissziója csökkenthető. Ezt koromszűrőkkel vagy olyan oxidációs katalizátorokkal érhetjük el, amelyek alkalmasak az oldható szerves frakció oxidatív átalakítására. A koromszűrők vagy

részecskeszűrők porózus kerámia vagy fém-anyagúak, és a korom 60-90 %-ának eltávolítására alkalmasak. Az áramlási ellenállásuk azonban fokozatosan növekszik, és ha ez egy adott értéket elér, a szűrőt regenerálni kell, amit a korom leégetésével oldanak meg. Hátrányuk a rövid élettartamuk, a szervetlen anyagoknak a kerámiaszűrőbe történő beépülésére való hajlamuk, valamint magas üzemeltetési költségűek. Ehelyett ma már oxidációs katalizátorok alkalmazásával elérték az emisszió határérték alá történő kibocsátását, és képesek az oldható szerves frakciók átalakítására. A dízel-oxidációs katalizátorok a szilárd kibocsátást 30-40 %-kal képesek csökkenteni az oldható szerves frakció 5080 %-ának oxidációjával. A konverterek emellett a gázalakú szénhidrogének 30-80 %-át, a CO-nak pedig 40-90 %-át képesek átalakítani. A NO X -ra nézve viszont teljesen hatástalanok, és csak kismértékben

csökkentik a koromemissziót A dízel-katalizátorokat fém- vagy kerámiavázra viszik fel. A dízel-konvertereknek nemcsak gáz-, hanem folyadékállapotú és szervetlen maradékot tartalmazó szilárd állapotú anyagokat is át kell alakítaniuk. A konverternek 200-600°C hőmérséklettartományban működik. Ez érintkezésbe lép az üzemanyag maradék kéntartalmával, a motorolajból származó egyéb komponensekkel (pl. P, Zn, Mg, Ca), amelyek mérgező hatásuk révén jelentősen csökkenthetik az élettartamot. Ennek elkerülésére az oxidációs katalizátort koromszűrővel védik a káros hatásoktól. A részecske- és az NO X -összetevők csak külön-külön, csak egymás rovására csökkenthetőek, ezért a hatékony beavatkozás csak a kipufogógáz részecske- és NO X -tartalmának egyidejű redukálása esetén lehet eredményes. • A kombinált megoldás egyik lehetősége a NO X -ok adszorpciós megkötése (tárolása), majd redukciója olyan

körülmények között, amikor a koromszűrő regenerálása is történik. A NO X -tároló felületén a gáz NOtartalmát NO 2 -dá oxidálja, és báriumsó formájában tárolja A regeneráláskor bevezetett O 2 egy része, a kipufogógáz koromrészecskéinek egy részét CO 2 -dá oxidálja. A többségükből azonban nagy koncentrációjú CO és szénhidrogén keletkezik, ami a megkötött NO X -ot N 2 -né redukálja, miközben CO 2 -dá oxidálódik. Az NO X -adszorpciós-katalitikus rendszerrel 70 % körüli NO X -emissziócsökkenés érhető el. • Az NO X -emisszió csökkentésének másik lehetősége a szelektív katalitikus redukciós (SCR) módszer -16- alkalmazása. Itt ammóniát használ redukálószerként, és a nitrogén-oxidokkal lejátszódó reakcióban, megfelelő katalizátor jelenlétében 350oC körüli hőmérsékleten nitrogén és víz képződik: 6 NO + 4 NH 3 = 5 N 2 + 6 H 2 O. Katalizátorként Al 2 O 3 hordozóra vitt V 2 O 5 /TiO 2 vagy

réztartalmú zeolit került alkalmazásra. Biztonsági okokból azonban a gépkocsik „fedélzetén” sűrített ammóniát nem tanácsos tárolni, ezért fedélzeti ammóniagenerátort alkalmaznak. A dízelüzemű haszongépjárművek katalizátorának 480.000 km-ig kell hatásosan működnie, ami közel háromszorosa a benzinüzemű személygépkocsikra vonatkozó értéknek. A dízel-oxidációs katalizátorok élettartamát a kenőolajok fejlesztésével, az üzemanyag kéntartalmának redukálásával, és magának a katalizátornak a módosításával (felületi tulajdonságok, pórus-szerkezet, fajlagos felület, stb.) lehet növelni -17- Illékony szerves vegyületek (VOC) (VOC = Volatile Organic Compounds) Mivel az 1970-es évekig nem volt semmiféle szabályozás ezekre a vegyületekre, így mennyiségük a légkörben erőteljesen növekedett. Az illékony szerves vegyületek közé soroljuk: - az üzemanyagok előállításakor és használatakor képződő alifás

és aromás szénhidrogéneket, - a festékek és lakkok különböző komponensei: - alifás, aromás szénhidrogének, - oxigéntartalmú vegyületek (ketonok, észterek, éterek), - nitro- vagy halogén-származékok, - klórtartalmú zsíroldószerek, - freonok (korábban hűtőkben, ill. töltőgázként), - tűzoltókészülékek halon töltetei, - növényvédőszerek (permetezéskor), - különböző szaghatású anyagok. Klórtartalmú vegyületek és környezeti hatásaik: A klórtartalmú szénhidrogéneket korábban a növényvédelemben (DDT), műanyagok gyártásában (PVC, klórozott polietilén) vagy a hűtéstechnikában (freonok) használták. Előnyös tulajdonsága a szén-klór kötés erőssége, ami stabil vegyületté teszi. A tömeges elterjedése és felhasználása nagy károkat okozott/okoz a környezetben, mivel ezek a vegyületek lassan bomlanak le. • DDT (diklór-difenil-triklór-etán) és hasonló vegyületek: Korábban úgy vélték, hogy a szer nem

ártalmas a melegvérű állatokra és az emberre. Azonban Paul Müller kutatásokat végzett és orvosi Nobel-díjat is kapott érte. A szer nem szelektív hatású, a hasznos rovarokat is pusztítva ökológiai zavarokat okozott. A kártékony rovarokban rezisztencia alakult ki (a génállomány megváltozása révén), aminek ellensúlyozására a kiszórt adagok mennyiségének növelésével próbálkoztak. Kedvezőtlen tulajdonsága, hogy hosszú ideig nem bomlik le. A talajvízzel a folyókba és tavakba jutva felhalmozódott az algákban, és a táplálékláncon át a halakba, majd a madarakba került, szervezetükben felhalmozódott, és vagy a pusztulásukhoz vezetett, vagy gátolta szaporodásukat. A 60-as években megjelent a Néma tavasz című könyv, ami a DDT káros következményeire utalt. Ezután a 60-as évek végén a fejlett országokban betiltották (hazánkban 1968-ban) a DDT használatát és mellette a HCH (hexaklór-ciklohexán) használatát is. • Freonok

környezeti hatásai: A klór-fluor-szénhidrogéneket (CFC-k) az 1930-as években fejlesztették ki az ammónia és a kén-dioxid hűtőanyagok biztonságos alternatívájaként. Ezek a szén-klór kötés miatt stabilis vegyületek, nem reakcióképesek, nem mérgezők, nem gyúlékonyak, szagtalanok, íztelenek, kicsi a hővezető képességük, stb. Felhasználási területeik a következők: - hűtőközegek hűtő- és légkondicionáló berendezésekben, - aeroszolok (szórópalackok) hajtógázai, - műanyag habok gyártása: habosítók, szigetelőanyagok, - tűzoltóanyagok, - elektronikai berendezések, nyomtatott áramkörök, precíziós mechanikai elemek tisztítása, - száraz vegytisztítás, textiltisztítás -18- A freon nevét az első gyártó, a DuPont cég adta, aki le is védette. A CFC egy nemzetközileg elfogadott jelölés: clorofluorocarbons. A hidrogéntartalmú vegyületeknél ez HCFC, és a klórt nem tartalmazóaknál HFC. A jelölések után két (az

egy szénatomos), ill három (több szénatomos) számjegy áll, ami a vegyület összetételére ad következtetést: pl. CFC-12 = CCl 2 F 2 vagy HFC-134a = CH 2 F-CF 3 (a kisbetű az izomert jelenti, az a szimbólum asszimetriára utal). A freonok káros hatásaira először 1974-ben Molina és Rowland a Nature című folyóiratban publikált cikke hívta fel a figyelmet. Ebben megállapították, hogy a levegőbe kerülő, kémiailag nagyon stabil freon molekulák nem bomlanak el, átlagos élettartamuk a 100 évet is meghaladja. Eközben lassan a magas légkörbe, a 20-40 km magasban lévő sztratoszférába kerülnek, ahol az ultraibolya sugárzás erőssége már elég a szén-klór kötés elbontásához (a szén-fluor kötés erősebb, az itt sem bomlik el). A keletkező klóratom, mint párosítatlan elektronnal rendelkező, nagyon reakcióképes szabad gyök elbontja az ózon molekulákat. Ez az ózonpajzs „elvékonyodásához” vezet: CCl 3 F + h·ν ·CCl 2 F + Cl· ·

Cl + O 3 ClO + O 2 ClO + O ·Cl + O2 A freonok élettartama 75 és 380 év közötti. Később az ENSZ Környezeti Programja Bizottságot hozott létre azzal a céllal, hogy rendszeresen értékeljék az ózonréteg állapotát. Mivel a jelentések fokozatos romlást jeleztek, ezért 1985-ben Bécsben megállapodás született arról, hogy sürgős védelmi lépésekre van szükség. Ennek hatására született meg 1987 szeptember 16-án a híres Montreáli Jegyzőkönyv: Ez egy nemzetközi egyezmény, mely arra született, hogy megvédje a sztratoszférikus ózonréteget. A Jegyzőkönyvet 1990-, 1992-, 1995-, 1997-, és 1999-ben módosították, bővítették. A szerződés megegyezés a károsanyag-kibocsátás ellen, mint pl a CFC-k, a halogének, a szén-tetraklorid és a metil-kloroform mennyiségének csökkentése érdekében. Ez a legsikeresebb környezetvédelmi program világszerte. Ausztrália vezető szerepet töltött be a szerződés létrejöttében (kezdeményezte).

1996-tól a fejlődő országokban tilos a CFC-k használata. Legalább 50 év kell ahhoz, hogy a légkörben a klór koncentráció visszaálljon a freonok használata előtti szintjére, és az eredeti ózonmennyiség újra kialakulhasson. A betiltott freonokat helyettesítése: - pumpás megoldások (kozmetikai iparban), - hajtógázként CO 2 , propán-bután, pentánok azonban ezek gyúlékonyak és tűz-veszélyesek, - cseppfolyós szénhidrogénekkel a hűtőiparban, - „zöld” freonok alkalmazásával (napjainkban HFC-134a van a hűtőkben). Megoldás a még meglévő berendezések freonjainak elhelyezéséről: - Ha elegendő mennyiségű és megfelelő tisztaságú freon áll rendelkezésre, akkor a legjobb módszer a hidrogénes redukcióval történő átalakítás, a katalitikus hidrodeklórozás. Ennek során a CFC-ből HCFC, ill. HFC állítható elő A redukció alapja, hogy C-F kötések erősebbek a C-Cl kötéseknél, ezért csak a Cl atomok cserélődnek H-re, a

F atomok nem. Hidrogénező katalizátorként aktívszén hordozóra felvitt fém palládium használható. - Ha a tisztaság nem megfelelő az átalakításhoz, akkor oxidatív lebontással katalitikus úton vagy hulladékégetéssel ártalmatlanítható. Katalitikus módszerekkel alacsonyabb hőmérsékletre kell felmelegíteni az anyagot, mint hulladékégetésnél. Utóbbi esetben CO 2 , HCl, Cl 2 , HF és F 2 a végtermékek, amelyeket lúgos közegben történő elnyeletéssel kell ártalmatlanítani. Nagyon lényeges, hogy az égetés során 1200oC-ot el kell érni, vagy ilyen hőmérsékletű utóégetőt kell alkalmazni, hogy biztosan ne képződjenek dioxinok. • Poliklórozott aromás vegyületek környezeti hatásai Ezek közé tartoznak a poliklórozott bifenilek (PCB-k), a poliklórozott dibenzo-dioxinok (PCDD-k) és dibenzo-furánok (PCDF-k). A poliklórozott bifenileket szigetelő folyadékként a 30-as évek kezdete óta használják transzformátorokban és

kondenzátorokban. Transzformátortüzek alkalmával derült ki, hogy belőlük nagyon veszélyes PCDD-k és PCDF-k képződnek. -19- A poliklórozott dibenzo-dioxinoknak és dibenzo-furánoknak csak melléktermékként keletkeztek, pl. Vietnamban az amerikaiak által használt lombtalanító anyag, a hírhedt „agent orange” esetében. Másik forrásuk az, hogy nagy termodinamikai stabilitásuk miatt könnyen képződnek klórtartalmú aromás vegyületek égetése során 500-800oC-os tartományban. 1200oC felett viszont már nem stabilak és elbomlanak. VOC Szagok, szag- és bűzcsökkentés • Szag: A levegőben levő és terjedő olyan szennyezőanyagok, amelyek a szaglószervekben (többnyire kellemetlen) ingereket okoznak (szag-anyag). - Illat: kellemes szag - Bűz: nagyon kellemetlen és tartós hatás esetén szagártalmat is okozó szag. Levegőtisztaság védelmi szempontból egy szagkeverék jellegét, összhatását az egyes komponensek együtthatása alakítja ki. A

szaglás az egyik eleme az érzékszervi tulajdonságoknak is. • Szaganyag (Ozmofor anyag): Tágabb értelemben minden, szagérzetet keltő, szagingert okozó, szagot terjesztő (szagos) anyag, elsősorban azonban az erősen szagos és szándékos szaghatást kiváltó anyag. A szaganyagok kellemetlen szaghatása, súlyosabb esetben a szagártalom valamely jellegzetes szaghordozó (ozmofor) funkciós csoportjával (pl. -SH, -SR, -CHO stb) hozható kapcsolatba A szaglás: Az orr fő funkciója a szaglás és a légzés. Az orrban található a szaglóhám (Bowman sejtek, alapsejtek, szaglósejtek), ill. az V agyideg orrüregi végződések A szaglás mechanizmusa: Az orrüregben levő szaglósejtek membránjában receptor-fehérjék találhatóak, amelyek a szagkötő fehérjékkel lépnek kapcsolatba. Egy szaglósejt érzékenységét a membránjában lévő receptorfehérjeszám határozza meg Egy-egy szagra több receptor is érzékeny, ill egy-egy receptor ingerlése több

receptort is ingerületbe hozhat. A receptorok ingerlésének bonyolult kombinációi alakítják ki a szagérzetet A szaglósejtek az ingerületet a szaglógumóba továbbítják (agyba), ahol az ingerület a mitriális sejtekre vagy gátló idegsejtekre tevődik át. Ezenkívül keresztkapcsolat biztosító idegsejtek is találhatóak itt Az ingerület innen az uncusba, majd a thalamusba, nagyagy homloki lebenyébe, limbikus rendszerbe és a hypothalamusba szállítódik. Szaganyagok keletkeznek különböző légszennyező forrásokból kikerülő gázok és gőzök által. A bűzös gázok között megtalálhatók pl. aldehidek, merkaptánok, ketonok, aminok, kis molekulájú zsírsavak, észterek, szerves savak, egyszerű és aromás kéntartalmú vegyületek. Ezek a szaganyagok már kis koncentrációban is jelentős szaghatást okoznak a szagforrások környezetében. Műszeres koncentrációméréssel és érzékszervi vizsgálatokkal meghatározták az egyes szaganyagok

szaglási küszöbértékét (szaglási határ), amely azt a szaganyag koncentrációt jelenti, amelyet egy átlagos orral rendelkező ember már érzékelni tud. A szaghatást kiváltó összetevők meghatározásánál kb 400 féle szaghatást okozó vegyületet különítettek el. Ilyen pl záptojás szagú (kén-hidrogén), szúrós szagú (ammónia), orrfacsaró (klór, formaldehid) stb. Ezeket a szaganyagokat általában több vegyület keveréke eredményezi Szaganyagok hatásai: Allergiás reakciók, köhögés, légzési zavarok, légzésszám változás, kapkodó légzés, kábultság, alvászavarok, fejfájás, láz, rosszullét, gyomorpanaszok, étvágytalanság, élelem- és folyadékfelvétel csökkenése, émelygés, hányinger, hányás. A kellemetlen szaganyagok - megzavarhatják a mindennapi életvitelt, - állandó konfliktusok és viták az állattartó szomszédokkal, - a levegő szennyezettségétől való vélelem, - ablakok zárva tartása, - a látogatók

elmaradása, hiánya egy turisztikai célpont esetében. -20- A szag mérése: A bűzös anyagok azonosítására, mennyiségi meghatározása gázkromatográfiás elemzéssel történik. Ennek során a szétválasztott szennyező anyagok érzékelésére és azonosítására lángionizációs detektort használnak. A kiértékelést tömegspektrométeres vizsgálatokkal lehet még biztosabban elvégezni A szag koncentrációjakor mérésekor fellép nehézségek: - a vizsgálat hosszú, idő-, anyag- és műszerigényes, - csak laborban végezhető, ezért költséges is, - az egyes komponensek koncentrációiból nem lehet a tényleges szag jellegére/nagyságára következtetni. - a koncentráció gyakran a mérési határ alatt van: 10-12 M – 10-18 M Ezzel párhuzamosan érzékszervi vizsgálatot is végeznek. Ilyenkor egyszerre több ember munkájára van szükség, hogy a szagkeverék szaghatását kiértékelhessék, így az eredmény megalapozottabb. A vizsgálat során

nehézségek is fellépnek: - a megítélés szubjektív, egyénhez kötött, - az orr elfárad egy idő után, Az érzékszervi vizsgálatot többféleképp lehet elvégezni: - közvetlen szagészlelés - olfaktomertia - statikus - dinamikus A nehézségek kiküszöbölése végett „mesterséges orr”-ral próbálják a vizsgálatokat még pontosabban elvégezni. Dinamikus olfaktometria: - Hígítási szám meghatározása: Z  Vm  Vh , ahol V m a mintagáz térfogatárama [m3/s], V h a hígítógáz Vm térfogatárama [m3/s]. - Szagkoncentráció: Z = Z’ · *c 0 , ahol Z [SZE/m3], c 0 a szagküszöbnél mért szagkoncentráció [SZE/m3]. - Szagkibocsátás: E = Z* · V sz , ahol E [SZE/s], V sz a szennyezett levegő térfogatárama [m3/s]. - A szennyezett levegő térfogatárama: V sz = v* · A, ahol v a szennyezett levegő áramlási sebessége [m/s], A az áramlási keresztmetszet [m2]. - Fajlagos szagkibocsátás: E’ = E / n, ahol E’ [SZE/s*SZÁ], n az

istállóban tartott állatok összes testtömege [SZÁ]. A dinamikus olfaktometria elvégzésére egyszerre 4 személy szükséges. Folyamatosan a felére hígítják a mintákat, melyeket úgy kell érzékelni, hogyha a maszkban megérzi a szagot az illető, akkor egy gomb megnyomásával regisztrálja az értéket, amit számítógéppel kiértékelnek. A hígítást is a számítógép végzi A mérésre alkalmas személyek 18-50 év közöttiek, nem szenved meghűléses betegségben, a mérés előtti 30 percben nem étkezett és nem dohányzott, nem evett erősen fűszeres ételt a vizsgálat napján, nem használt erős illatú kozmetikumot a mérés előtt. A kor, a nem, a szaglóképesség és az idegi állapot jelentősen befolyásolja a szag hatására kiváltott reakciót. Ahhoz, hogy egy anyag szaghatást okozzon a környezetben az szükséges, hogy koncentrációja a szagküszöbérték szintjét elérje, víz- és zsíroldható legyen. Bűzforrások: - állattenyésztő

üzemek, - állati hulladékokat feldolgozó üzemek, - növényi hulladékokat feldolgozó üzemek, - hulladéklerakó telepek, - szennyvíztisztítók, - vegyipari folyamatok (pl. lakk- és festékgyártás), - biokémiai ipar, - élelmiszeripari folyamatok (pl. hús- és halfüstölő üzemek) stb A szag kialakulását és a keletkezett szaghatás mértékét pl. állattartás esetén befolyásolja - a tartott állat faja, - a tartási mód: almozott, almozatlan, -21- - a takarmányozás módja, - a takarmány minősége, - a trágya minősége, nedvességtartalma, - itató- és etető berendezések minősége, - a trágyaeltávolítás gyakorisága, stb. A szag kibocsátásának csökkentésére két alapvető módszer alkalmazható: az aktív és a passzív védelem. - Aktív megoldások (már a technológiai tevékenység során csökkentjük a szaganyagok keletkezésének lehetőségét): - zárt technológiai folyamat. - megfelelő alapanyagok megválasztása, - technológiai

változtatással, - telephely kijelölése - településen kívül, - makro/mikroklimatológiai viszonyok figyelembevétele, - geográfia - védősáv, védőgyűrű fákból - kibocsátó folyamat jobb kézbentartása - készülékek szivárgásának megelőzése, - szívásos rendszerek (nyomásos helyett), - helyes nyersanyag tárolás és adagolás, - hőmérséklet csökkentése (illékony vegyületeknél), - más műveletek a technológiai sorban - pl. bepárlás helyett fagyasztva szárítás, - jelölőgáz az istállóban: NH 3 , - Passzív megoldások (utólagosan kezeljük a szagszennyezett levegőt): - csővégi megoldások, - szagszennyezett levegő utólagos kezelése, - termikus oxidáció, - katalitikus oxidáció, - nedves mosás, - adszorpció, - biológiai tisztító eljárások, pl. bioszűrők, - maszkírozás (elfedés) vagy közömbösítés, - általában igen költségesek, továbbá felléphetnek másodlagos szennyezési problémák. -22- Az illékony

szerves vegyületek (VOC) eltávolításának lehetőségei és megoldásai Egy adott gáztisztítási módszer kiválasztását technológiai és gazdasági megfontolások alapján tehetjük meg. VOC-szennyezés kinyerése kondenzációval: Viszonylag magas VOC koncentráció és kis áramlási sebességek esetén kondenzációval is próbálkozhatunk, ami lehetővé teszi az oldószer-visszanyerést. Ez környezetvédelmi és gazdaságossági szempontból is előnyös. Pl csőköteges hőcserélőn (a csövekben ütközőfelületeket vannak a cseppleválás elősegítésére) átvezetve a szennyezett levegőt, az ütközőfelületekről 75-80%-os folyadékleválás is elérhető, ha a hűtőközeg cseppfolyós nitrogén. A visszanyert oldószer újrahasznosítható, de nagy a hidegenergiaigénye Alacsony hőmérsékleten számolni kell a víz és a CO 2 kondenzációjával és kifagyásával, ami duguláshoz vezethet. VOC-szennyezés kinyerése adszorpcióval: Csak alacsony

hőmérsékleten hatásos, ezért az elszívott levegőt a porleválasztás után hűteni kell. Ezután az adszorberbe vezetik (ami lehet állóágyas vagy forgóágyas) a levegőt Az adszorbens általában aktívszén, amit éles vízgőz bevezetésével regenerálnak. A megkötött oldószer tiszta, mely újrahasznosítható. VOC-szennyezés kinyerése abszorpcióval: A gáz-folyadék abszopció alkalmazása is alacsony hőmérsékletet igényel, az igazi probléma azonban a megfelelő oldószer megtalálása, hiszen szerves anyagok eltávolítására a víz alkalmatlan. A szerves oldószerek köre szűk és drága Elsősorban könnyű szénhidrogének elnyeletése nehézolajban elvégezhető; erre a célra használatos a töltetes abszorpciós kolonna. Napjainkban N-metil-pirrolidont alkalmaznak leginkább, azonban ez rendkívül drága, de jól működő oldószer-visszanyeréssel a veszteségek minimálisra csökkenthetők. VOC-szennyezés kinyerése membráneljárással: Egy

megfelelő polaritású membránnal elérhető, hogy a szennyezett levegőből csak a szerves komponensek lépjenek át a membránszűrés vagy a fordított ozmózis elvén működő berendezésben. A szennyezett levegőt először egy porszűrőn vezetjük át, mivel a membránok nagyon érzékenyek a porszennyezésre, majd a hőcserélőben felmelegítjük 50-60°C-ra, ami az elválasztás és a víz kondenzációjának kizárása szempontjából optimális. A vákuumkamrában levő membránokon csak az apoláros komponensek haladnak át, a levegő fő alkotói viszont nem. Az áthaladt oldószergőzök egy hűtőkondenzátorba kerülve összegyűjthető. VOC-szennyezés ártalmatlanítása kémiai eljárásokkal: A kémiai eljárásokkal a szennyező, veszélyes komponenseket a környezetre ártalmatlan vegyületekké alakíthatjuk át. Ilyen pl az oxidáció, mivel a szerves komponensek oxidálhatók, égethetők, s a reakció végtermékei a CO 2 és a víz nem jelent környezeti

problémát A szerves szennyezés oxidációját többféle módon végezhetünk el, de feltétlenül figyelembe kell venni a nagymértékű levegőfelesleget, ami ugyan a teljes oxidáció szempontjából kedvező, de a szükséges hőmérséklet eléréséhez, mondjuk a termikus oxidációnál, nagy mennyiségű levegőt kell felmelegíteni, amihez az égésből származó exoterm hő nem elégséges. a) Ártalmatlanítás termikus oxidációval (égetéssel): Pl. egy üzem energiaellátására szolgáló kazánok levegőellátása biztosítható az elszívott levegő felhasználásával, hiszen a táplevegőt egyébként is elő kell melegíteni, erre a kilépő füstgázok hulladékhője szolgál. A levegő (és gáz-tüzelés esetén a gáz) előmelegítése regeneratív és rekuperatív módon lehetséges. A regeneratív hőcserélőben szakaszosan, azonos térben, de különböző időben játszódik le az előmelegítés, ill. hőhasznosítás, míg a rekuperatív módszerrel

folyamatosan, külön térben, de egyidejűleg megy végbe Rekuperatív hőcserekor a felmelegítendő gázokat olyan csöveken áramoltatják keresztül, amelyeket kívülről a berendezésből távozó forró füstgázokkal fűtenek. -23- Regeneratív előmelegítéskor a berendezésből távozó forró füstgázokat tűzálló téglákkal bélelt kamrákon áramoltatják keresztül, ahol a téglák az izzás hőmérsékletére hevülnek, majd átvezetik ezeken a kamrákon a fűtőgázt és a levegőt. A technológia előnye, hogy a szennyezés energetikailag hasznosul. Hátránya, hogy klórtartalmú szennyezések esetén nem alkalmazható, mert dioxinok képződhetnek. Segédtüzeléses termikus égetés is alkalmazható, ahol a földgáz a segéd tüzelőanyag, s az égéshőt a belépő szennyezett levegő előmelegítésére használják. Ha egy üzem levegője „telített” a VOC tartalmú szennyeződésekkel (pl. szénhidrogéniparban), akkor fáklyán történő

elégetés jöhet szóba. Ennek feltétele a visszaégés megakadályozása (visszaégésbiztos égőkkel, ill. a kilépő vezetékekbe épített vízzárakkal) b) Ártalmatlanítás katalitikus oxidációval: A nagymennyiségű levegő felmelegítése költséges, ezért a reakció hőmérsékletét csökkenteni kell, ami katalizátorok alkalmazásával érhető el. A gyakorlatban alkalmazható katalizátorok: V 2 O 5 /Al 2 O 3 , V 2 O 5 -TiO 2 , (hordozó nélkül), V 2 O 5 -WO 3 /TiO 2 vagy Pt/Al 2 O 3 , Pt/SiO 2 350-400oC körüli hőmérsékleten a teljes oxidációt segítik elő. A katalitikus oxidációs egységek nem érzékenyek az áramlási sebességre és a VOC koncentrációra. Energiaigényüket részben fedezi az égéshő, de a belépő szennyezett levegőt elő kell melegíteni. c) Ártalmatlanítás biológiai oxidációval (biofilter): Az oxidáció hőmérséklete jelentősen csökkenthető, ha a VOC szennyezés mikrobiális úton is oxidálható (mint pl. a

szennyvíztisztításnál, csak itt a szerves anyag nem a vízből, hanem a levegőből érkezik). A biológiai oxidáció töltetes oszlopos eljárással és eleveniszapos technológiával megvalósítható. A levegőből érkező szerves komponensek általában nem jelentenek teljes értékű tápanyagot a mikrobák számára, ezért ezeket pótlólagosan kell hozzáadni a rendszerhez. Ez úgy is elérhető, hogy a töltetes oszlopokban természetes eredetű, levegővel átjárható szerkezetű töltetet alkalmaznak, ilyen például a tőzeg, vagy a komposzt, melyeknél csak a kellő mértékű nedvesítésről kell gondoskodni. Ilyen „biofiltereket” gyakran alkalmaznak természetes eredetű, nagy szagterhelésű technológiák (sertéstelepek, állati fehérje feldolgozók, stb.) elszívott levegőjének kezelésére d) Ártalmatlanítás nagyhatékonyságú oxidációs eljárásokkal: Környezeti hőmérsékleten működnek a nagyhatékonyságú oxidációs eljárások, melyek

során valamilyen aktív oxidálószer (vagy katalizátor) alkalmazásával, környezeti hőmérsékleten valósítható meg a VOC emisszió oxidatív ártalmatlanítása. „A környezeti hőmérsékleten és nyomáson megvalósított vízkezelési eljárások, melyek során a hatékony víztisztításhoz elegendő mennyiségű hidroxilgyök képződik”. Ezek az eljárások mára már az illékony szerves vegyületek oxidációjára is használatosak, azonban egyes esetekben a reakció maga vizes fázisban játszódik le. Napjainkban a következő technológiákat sorolhatjuk a nagyhatékonyságú oxidációs eljárásokhoz : - nedves levegős oxidáció; - elektrokémiai oxidáció; - szuperkritikus nedves oxidáció; - oxidáció ózonnal és hidrogén-peroxiddal – peroxon eljárás; - Fenton-reakció; - UV fotolízis; - hidrogén-peroxid-UV; - ózon-UV; - ózon-hidrogén-peroxid-UV; - fotokatalitikus lebontás vizes félvezető diszperzióban; - foto-Fenton reakció; -

ultrahangos kezelés. Ezekben a folyamatokban oxidáló ágensként a levegő oxigénje, a hidrogén-peroxid vagy az ózon játszik szerepet, ezen komponensek aktív oxigéntartalma jelentősen meghaladja a szokásos oxidálószerekét, ráadásul nem képződik káros, vagy környezetszennyező melléktermék. Ózonnal működő technológia: A szennyezett levegő egy porleválasztó egységen át lép be a készülékbe, majd az ózon diffúzőrön keresztülhaladva keveredik ózontartalmú, az ózongenerátorból -24- származó levegővel. Ezután a gázelegy oxidációs katalizátoron halad keresztül (100°C) Az O 3 nagy része itt elhasználódik. Szükséges egy második katalizátorágy, ami a megmaradt O 3 -t semlegesíti Ez a reakció aktívszénre vitt palládiummal valósul meg. Fotokatalitikus oxidatív lebontás: UV sugárzás segítségével fotokatalizátor (általában TiO 2 ) felületén lejátszó oxidációs reakciókban megy végbe a szerves anyag lebontása.

Fosszilis energiahordozók kénmentesítése Kőszén: A szeneket elégetve gáz és kátrány keletkezése közben koksz képződik. Az elégetésből származó gázokban több olyan komponens is van, ami felhasználható egyéb ipari alkalmazásokra (pl. CH 4 , H 2 , SO 2 ) A szén pirit és organikus formában tartalmaz kenet. A pirites kén, amely az összes kéntartalomnak 40-60 %-a, fizikai és kémiai eljárásokkal távolítható el. A fizikai eltávolítás nedves és száraz módszereivel a pirites kéntartalom 60-80 %-a vonható ki. A fejlettebb nedves eljárások a pirit és a szén eltérő sűrűségét használják ki, technológiájuk őrlésből, hidrociklonos vagy flotációs szeparációból és szárításból áll. A kevésbé fejlett száraz eljárás (mágneses vagy elektrosztatikus szeparáció) a szén és a pirit eltérő villamos vezetőképessége miatt lehetséges. Kémiai eljárásokkal a pirites kén gyakorlatilag teljesen kivonható Ha a szenet vizes

vasklorid vagy vasszulfát oldattal kezelik, akkor a pirites kén szulfáttá és elemi kénné alakul át. Jelenleg a szén kéntelenítése inkább csak elvi lehetőséget jelent, az eljárások magas költségei és alacsony hatásfoka miatt általánosan nem alkalmazzák. Kőolaj: Katalitikus kéntelenítő hidrogénezés (HDS) során a kőolajpárlatok szerves kéntartalmát kén-hidrogénné alakítjuk, amiből később a Claus-eljárással elemi kén nyerhető. A kőolaj kéntartalma, merkaptánok, szulfidok, diszulfidok és tiofén-származékok alakjában fordul elő. Az eljárás során, 300 - 400°C-on, hidrogén-nyomás mellett molibdén, nikkel vagy kobalt tartalmú katalizátorokat alkalmaznak, amiket előzőleg kén-hidrogénnel, merkaptánnal kezelnek (szulfidálnak). Ezek csak kénfelesleg esetén őrzik meg hatékonyságukat. A különböző vegyületek kéntartalma egységesen kénhidrogénné alakul, amit a Claus-eljárás segítségével oxidálnak elemi kénné

500oC-on, kétlépéses folyamatban. Katalizátorként Al 2 O 3 hordozóra felvitt Fe 2 O 3 -ot használnak. A folyamatban először a kén-hidrogén 1/ 3 -át levegővel elégetik, ekkor SO 2 keletkezik, és ezzel oxidálják katalitikusan a kénhidrogén maradék részét elemi kénné: 2 H 2 S + 3 O 2 = 2 SO 2 + 2 H 2 O 2 H 2 S + SO 2 = 3 S + 2 H 2 O A kőolajpárlatok, motorhajtóanyagok kéntelenítését különféle célokra, pl. kénsavgyártásra, gumivulkanizálásra, gombairtószerek (fungicidek) gyártására és egyéb célokra lehet felhasználni. Jelenleg hazánkban 50 ppm a benzin és a gázolaj megengedett kéntartalma. Földgáz: A földgáz összetétele nagymértékben függ az előfordulás helyétől. Vannak nagy mennyiségű kén-hidrogén tartalmú földgázok (pl. Franciaországban, Kanadában), amelyek kénsavgyártás alapanyagául is szolgálhatnak A földgázt megfelelő előkészítést követően: kén-hidrogén eltávolítás, etán, propán-bután, ill.

gazolin elválasztás után többnyire eltüzelik, mert ez a legtisztább és a legegyszerűbben szállítható energiahordozó. A földgázból vízgőzös bontással H-t és CO-ot tartalmazó szintézisgáz nyerhető, ebből ammónia, vagy metanol. Technológiák: - abszorpcióval: A kezelendő gáz vagy gőzt túlnyomáson kén-hidrogén elnyelő folyadékon keresztül vezetik át, abszorbenstől függően -30°C - 120°C-on (metanol, dimetil-éter, polyetilén glikol) Visszanyerés: - kén-hidrogén tartalmú oldatot: kimelegítve, csökkentett nyomáson, - kivont kén-hidrogént: koncentrált formában nyerjük vissza, amely az oxidáló üzembe kerül. -25- - adszorpcióval: aktívszénen vagy zeolit katalizátoron keresztülvezetve. SO X eltávolításának lehetőségei és megoldásai A levegő kénmentesítésének technológiai megoldásai: Jelenleg az antropogén forrásból származó kénkibocsátás meghaladja a természetes kibocsátást. A légkör kéntartalma

elsősorban SO 2 formájában van jelen. Források: - Antropogén források: - fosszilis tüzelőanyagok elégetése, motorhajtóanyagok felhasználása, - biomassza égetése, - egyes technológiai folyamatok, elsősorban kéngyártás. - Természetes források: - vulkáni tevékenység, - kénes vízlelő helyek, források (szolfatára) - talaj-emissziók, - biológiai bomlások, - szerves anyagok bomlása. A légkörből a SO 2 nedves és száraz kihullással távozik ill. a légkörben található OH- gyökkel és számos oxidálószerrel szulfátot, aeroszolt képez és koagulálva kihullik A tüzelőanyagokban a kén jelen lehet szerves (merkaptánok, szulfidok, diszulfidok, heterociklusos komponensek), vagy szervetlen (szulfidok, szulfátok, piritkén) vegyületekben, ill. elemi kén formájában A SO 2 hatása: - káros az egészségre, - talaj és felszíni vizek savanyodása, - káros a növényzetre és az épített környezetre, - károsítja a NO X -ok

ártalmatlanítására használt katalizátorokat, - szmog. A fosszilis tüzelőanyag égetésével kis mennyiségben SO 3 is keletkezhet, ami vízzel reagálva közvetlenül kénsavat képez. De SO 3 így is keletkezhet a tűztérben: 2 NO + SO 2 = N 2 O + SO 3 A füstgázban jelen levő SO 3 és SO 2 aránya függ a levegőfeleslegtől. Széntüzeléskor csak a szerves kéntartalom ég el és ez kerül a füstgázba is, a szervetlen kéntartalom többnyire a hamuban marad. Jelenleg még csak a szervetlen kéntartalom csökkentésére vannak technológiák A szerves kén azonban reagálhat a szénben található bázikus vegyületekkel így nem jelent problémát a füstgázban. 1987-ben a Szófiai jegyzőkönyvben több ország is vállalta, hogy csökkentik SO 2 kibocsátását. 1994-től már minden ország a saját ütemezése szerint csökkenti a kibocsátását. A jegyzőkönyv megkövetelte: - a szénről való átállást földgázra, - a fosszilis tüzelőanyagok

felhasználásának csökkentését, helyettesítését alternatív energiaforrásokkal - a kőolajipari termékek kéntartalmának csökkentését, - a füstgáztisztítási technológiák alkalmazását, fejlesztését. SO 2 kibocsátás csökkentése tűztéri folyamatokkal: A széntüzelésű hőerőművekben a keletkező SO 2 egy része természetes úton, a szénben található bázikus vegyületeken megkötődik, ez általában CaO. Ha a szén összetétele ezt nem teszi lehetővé, akkor mesterséges úton kell bejuttatni a tűztérbe a CaO-ot, amit nagy feleslegben kell adagolni ez költségessé teszi ezt a technológiát. A -26- folyamat során nagy mennyiségben keletkezik CaSO 3 , ugyanis nincs ideje tovább oxidálódni CaSO 4 -é. Mivel a CaSO 3 veszélyes, elhelyezése speciális depóniákat igényel (költség-növekedés). Ezeket úgy tudjuk elkerülni, hogy a tüzelés közbeni kénleválasztást fluidágyas kazánoknál alkalmazzuk. A fluidágyat általában

homok alkotja. A fluidágy hőmérsékletén (850°C) direkt kén-dioxid megkötődés is lejátszódik: CaCO 3 + SO 2 + ½ O 2 = CaSO 4 + CO 2 A kénmegkötés szempontjából ennél sokkal fontosabb az indirekt folyamat, melynek során a mészkő első lépésben CaO és CO 2 -dá bomlik (kalcinálódik) és a létrejövő CaO köti meg a SO 2 -ot: CaCO 3 CaO + CO 2 A reakció során a CO 2 eltávozik a szemcséből, így az pórusossá válik és nagy szabad felület áll rendelkezésre a SO 2 megkötődéséhez. A probléma az, hogy a keletkező CaSO 4 gyorsan elzárja a pórusokat, ami azzal jár, hogy a mészkőszemcsék belseje kihasználatlan marad, vagyis a mészkőport feleslegben kell adagolnunk. A fluidágyas kénleválasztás függ: - a hőmérséklettől, - a fluidágy sűrűségétől és a recirkulációs aránytól, - a Ca/S aránytól, - a füstgáz tartózkodási idejétől a tűztérben (tűztérmagasság), - a tűztér kialakításától, a levegő aránytól,

bevezetési magasságától, a levegőfelesleg-tényezőjétől, - tűztérnyomásától, CO 2 -koncentrációtól, - az adalékanyag összetételétől, szemcseméretétől és eloszlásától, - a kőszén összetételétől és fizikai tulajdonságaitól. A SO 2 megkötődése 800-850°C-on a leghatékonyabb. E fölött már romlik a hatásfok a pórusok eltömődése miatt A másik fontos tényező, ami befolyásolja a hatásfokot az a füstgáz tartózkodási ideje a tűztérben. Kb 3-4 sec szükséges a megfelelő leválasztási hatásfok eléréséhez, ami cirkulációs fliudággyal elérhető. Tüzelés utáni SO 2 eltávolítás füstgázokból: Akkor szükséges ez a technológia, ha a kéntelenítés nem valósítható meg tüzelés vagy az elgázosítás során. Ezek az eljárások általában költségesek, hiszen egy felhígult közegből kell eltávolítanunk a SO 2 -ot. Az elválasztás a vízfelhasználástól függően lehet: - nedves eljárások, - félszáraz

módszerek, - száraz technológiák, a) SO 2 eltávolítás nedves eljárásokkal: Nedves eljárások során vízzel vagy vízben szuszpendált komponensekkel történő kemiszorpcióval tudjuk a SO 2 -ot és SO 3 -ot megkötni. Mivel ezek savas karakterűek lúgos közeget kell alkalmaznunk az eltávolításhoz. Olyan oldószert kell alkalmazni, amely szelektíven köti meg a SO 2 -ot és SO 3 -ot 1) A legrégebbi eljárás a mésszel vagy krétával lúgosított víz alkalmazása SO 2 kinyerésére. Az eljárás részfolyamatai: - gázelőkezelés (porleválasztás, hűtés), - reagens-előkezelés (mészkő-őrlés), - abszorpció/reakció porlasztásos mosótoronyban, - termékfeldolgozás (gipsz előállítás). Jellemző reakciók: SO 2 + H 2 O H 2 SO 3 CaCO 3 + H 2 SO 3 CaSO 3 + CO 2 + H 2 O CaSO 3 + ½ O 2 CaSO 4 CaSO 4 + 2 H 2 O CaSO 4 · 2 H 2 O A kéntelenítés hatásfoka 90-95 %. A termék 95 %-os CaSO 4 · 2 H 2 O, ami értékes építőipari anyag (gipsz,

gipszkarton). Az eljárás hátránya: -27- - a mosótoronyból kilépő füstgáz hőm. 50°C újra fel kell melegíteni, hogy a víz ne kondenzálódjon a kéményben (korrózió) - magas beruházási költség Mivel a folyamatban az érintkezési felületek nagysága a meghatározó paraméter, ezért törekedni kell a minél kisebb cseppek beporlasztására, a nagyobb reagáló felület kialakítására. 2) A nedves füstgáz kéntelenítés másik változata a bázikus nátrium vegyületekkel történő tisztítás: - abszorbensként nátronlúgot vagy nátriumsók vizes oldatát alkalmaznak, - a nátrium sók és a belőlük keletkezett anyagok oldhatósága jó, ezért nincsenek lerakódási, dugulási, eróziós problémák - ezek akkor alkalmazhatók, ha olcsó Na forrás áll rendelkezésre Az eljárás hátránya: - a nátronlúgos technológiák drágábbak, mint a CaCO 3 vagy a CaO, ezért a regenerálást mészadagolással oldják meg (kettős lúgos eljárás: a SO 2

kinyerését Na 2 CO 3 -mal történik, majd a regenerálást oltott mésszel oldják meg). 2.1 Wellman-Lord eljárás: - Na 2 SO 3 + SO 2 + H 2 O ↔ 2 NaHSO 3 NaHSO 3 ↔ Na 2 S 2 O 5 + H 2 O regeneráláskor SO 2 szabadul fel, ami kénsavgyártásra használható; a mosófolyadék Na-veszteségét NaOH-dal pótolják; az abszorber alján összegyűlő biszulfitos oldatot bepárlóba töltik a kristályzagyot elválasztják az anyalúgtól; a kristályos Na 2 SO 3 az oltótartályba jut, majd onnan oldatként kerül vissza az abszorpciós kolonnára; a bepárlóból távozó vízgőz 10 tf% SO 2 -ot tartalmaz víz kondenzáltatása után 60 tf% SO 2 ; a kondenzált vizet a nátriumszulfit-oldó tartályba vezetik, így az oldatban levő SO 2 is hasznosul. 2.2 Kobe-Steel eljárás: - mosófolyadékként CaCl 2 -ot használnak; - a SO 2 kinyerése porlasztásos abszorberrel történik többszörös recirkulációval; - a CaSO 3 tartalmú oldat egy oxidáló toronyba kerül, majd a

szulfát-szuszpenzióból ülepítés és centrifugálás után nyerik ki a kristályvizes kalcium-szulfátot, ami égetés után gipsz lesz. 2.3 Walther-féle ammóniás kéntelenítés: SO 2 + 2 NH 3 + H 2 O (NH 4 ) 2 SO 3 (NH 4 ) 2 SO 3 + ½ O 2 (NH 4 ) 2 SO 4 NH 3 + HCl NH 4 Cl, NH 3 + HF NH 4 F A termék műtrágyaként hasznosítható. b) SO 2 eltávolítás félszáraz eljárásokkal: LIFAC eljárás: A kazán magas hőmérsékletű részein mészkövet fúvatnak be a tűztérbe, ahol CaO képződés és szulfatizáció is lejátszódik, azonban a rövid tartózkodási idő miatt alacsony a kénmegkötés hatásfoka. Ezért a kazán alacsonyabb hőmérsékletű részein vizet fecskendeznek be, ami a CaO-dal reagál és mészhidrát jön létre, ami megköti a maradék SO 2 -ot. A keletkezett CaSO 3 , CaSO 4 és a maradék mészhidrát a porleválasztóban leválasztható. Az eljárás hátrányai: - az alacsony hatásfok, - a nagyobb mértékű mészkőfelhasználás, - a

termékek nem értékesíthetők elhelyezés depóniában. Az eljárás előnyei: -28- - a beruházási és üzemeltetési költsége alacsony, - utólagosan is telepíthető már működő erőművekbe, - üzembiztonsága kimagasló. c) SO 2 eltávolítás száraz eljárásokkal: 1) Reinluft eljárás: - aktívszén adszorbenst használ, - 150°C hőmérsékleten kénsav képződése közben kötődik meg a SO 2 : SO 2 + ½ O 2 + H 2 O H 2 SO 4 - az aktívszén töltetet 400°C-on regenerálják a H 2 SO 4 elpárologtatásával 2) Bergbau-Forschung eljárás: - a SO 2 és NO X együttes eltávolítására szolgál, - a SO 2 megkötése aktívszénen történik, - az aktívszén regenerálása 600°C-on történik, ahol a kénsav már elbomlik, és a NO X ammóniával katalitikusan elbontható. 3) H 2 S CS 2 eltávolítására szolgáló magas hőmérsékletű száraz eljárások: - főleg cink bázisú regenerálható szorbenseket használnak (cinkferrit), - akár 99%-os

kénmegkötés is elérhető, - cinkferrit használatakor a maximális hőmérséklet 650°C, mert itt a Fe 2 O 3 tartalom FeO-dá redukálódik, ill. 670°C felett már a ZnO bomlása is megindul -29- NO X eltávolításának lehetőségei és megoldásai (DENOX-eljárások) A NO X vegyületek jelentős mértékben hozzájárulnak a környezet szennyezéséhez, így pl. a fotokémiai szmog kialakulásához. NO X vegyületek: N 2 O, NO, NO 2 Forrásai: - Természetes forrásai: - villámlás, - vulkáni tevékenység, - denitrifikáló baktériumok. - Antropogén források: - üvegipar, - salétromsavgyártás, - szerves kémiai eljárások, - fosszilis tüzelőanyagok égetése (pl. belső égésű motorok, repülőgépek, hőerőművek stb), - biomassza égetése (ezek felelősek a légkörbe kerülő NO X jelentős hányadáért), - a diesel motorok NO X kibocsátása nagyobb, mint az Otto motoroké. - A hőerőművek füstgázaiban ill. a gépjárművek kipufogógázaiban

megjelenő NO X eredete szerint háromféle lehet: - Termikus NO X : magas hőmérsékleten a betáplált levegő N 2 és O 2 -jének reakciója során keletkezik. A hőmérséklet emelésével nő a reakciósebesség - Tüzelőanyag NO X : a tüzelőanyag nitrogéntartalmú vegyületeinek oxidációjával képződik. - Indukált NO X : az átmeneti termékként képződő HCN oxidációja során jön létre. A NO a füstgázzal lép ki a levegőbe, ahol a hőmérséklet csökkenésével reakcióba lép az O 2 -nel és fokozatosan NO 2 -dá alakul át: NO + ½ O 2 NO 2 Ez exoterm folyamat, vagyis az alacsony hőmérséklet kedvez a képződésének, ráadásul a reakció sebessége is növekszik a hőmérséklet csökkenésével. A NO X -ok károsító hatásai: sztratoszférában ózonbontó hatásúak: NO 2 + h·ν NO + O· NO +O 3 NO 2 + O 2 fotokémiai szmog (Los Angeles típusú füstköd) akkor keletkezik, ha hőmérsékletinverzió lép fel a CH-ekkel és NO X -okkal

szennyezett légtér felett erős UV sugárzás mellett: NO 2 + O 2 ↔ O 3 + NO A NO 2 és az O 3 reakciói során salétromsav, peroxisalétromsav és peroxi-acetil-nitrát (PAN) képződik: NO 2 + ·OH HNO 3 NO 2 + HO 2 · HO 2 NO 2 NO 2 + R-C(O)O 2 R-C(O)-O-O-NO 2 Ezek agresszív vegyületek, melyek kiülepednek (savas esők) az atmoszférából elsavasítva így a vizeket és a talajokat. -30- - Egészségkárosító hatásúak: szemet és nyálkahártyát irritálják, kötőhártya-gyulladást, tüdővérzést okoznak, a nyirokszövetek megduzzadnak, lépmegnagyobbodás következhet be. A NO X emisszió csökkentését szolgáló eljárások: - elsődleges: közvetlenül a keletkezést gátolják meg; - másodlagos: közvetett módon a véggáz kezelése fizikai-kémiai, kémiai eljárásokkal. NO X csökkentés elsődleges módszerekkel: Az elsődleges eljárások az égés szabályozása köré csoportosíthatók. Három lehetőség: - a relatív oxigénkoncentráció

csökkentése, - a lánghőmérséklet, ill. az égési zónában a tartózkodási idő redukálása, - a tüzelőanyag nitrogéntartalmának csökkentése. Elsődleges eljárások: - gőz vagy víz injektálása az égéstérbe, - füstgáz recirkuláció, - alacsony levegőfelesleggel történő égetés, - szakaszos égetés, - kazánon belüli redukció (másodlagos üzemanyaggal), - ezek kombinációja. Az égési hőmérséklet csökkenthető adiabatikus lánghőmérséklet szabályozásával, pl. hideg levegővel történő égetéssel vagy levegőfelesleg alkalmazásával, továbbá inert anyag bekeverésével. Másik módszer a NO X szegény égő kialakítása, ami a tényleges égési hőmérséklet csökkentésével oldható meg, de lehet intenzívebb hűtéssel (fajlagos tűztér-terhelés csökkentése) vagy az égés elnyújtásával (többfokozatú tüzeléssel, az üzemanyag lassú bekeverésével, vízbefecskendezéssel, O 2 koncentráció csökkentésével) is. NO X

csökkentés nedves és száraz elválasztási módszerekkel: 1) Nedves DENOX eljárások: - kis mennyiségű NO X abszorpciójára alkalmasak, - nem katalitikusak, - párhuzamosan el lehet távolítani a nitrogén- és kén-oxidokat. Hátrányaik: - nincs megfelelő oldószer (a NO nem oldódik vízben abszorpció előtt NO 2 -dé kell oxidálni (költséges), - a képződő termékek nitritek vagy nitrátok, amelyek a szennyvízbe kerülnek eltávolításuk nehézkes (levegőszennyezési problémából vízszennyezési problémát csinál). Típusai: - oxidációs-redukciós módszer: az oxidáció elvégezhető - katalitikusan, - gázfázisban ózon vagy klór-dioxid oxidálószerrel, - folyadékfázisban KMnO 4 , NaClO 2 vagy HNO 3 felhasználásával. Ezután a NO 2 tartalmú gázt NaOH, NH 3 vagy Ca(OH) 2 tartalmú oldatokkal érintkeztetjük. Először a kéntelenítés savanyított ammónium-szulfit oldattal, majd a gáz NO tartalmát ózonnal oxidáljuk, ezután a képződő

NO 2 -t ammónia oldatban elnyeletjük, végül a maradék O 3 -t és NO 2 -ot elnyeletjük az első lépés során képződő oldatban. - komplex abszorpciós módszernél vas(II)etiléndiamin-tetraacetát oldatban nyeletjük el a kén- és nitrogén oxidokat. Mellékreakciók lépnek fel a folyamat során: - a szulfit szulfáttá és ditionáttá oxidálódik, - a vas(II) inaktív Fe(III)EDTA komplexszé alakul, - a NO N- és S-tartalmú összetevőkké vagy N 2 O-dá redukálódik. 2) Száraz DENOX eljárások: Előnyei: -31- - kisebb befektetési költség, - egyszerűbb, - kevesebb hulladék képződése, - magasabb NO X eltávolítási hatásfok. NO X csökkentés kémiai redukciós módszerekkel: Jelenleg a kilépő gázok NO X komponenseit elemi N-né redukálják. Ilyen eljárások a a) nemszelektív, nemkatalitikus redukció (NSNCR) b) szelektív nemkatalitikus redukció (SNCR) c) nemszelektív katalitikus redukció (NSCR) d) szelektív katalitikus redukció (SCR) a) NO

X csökkentése NSNCR eljárással: Az eljárás során nagy redukálószer felesleget (szénhidrogén) alkalmazunk. A redukálószer először a véggázban levő O 2 -t fogyasztja el, majd reakcióba lép a NO X -kal. A folyamat viszonylag magas hőmérsékleten játszódik le (750-800°C), így energiaigényes. b) NO X csökkentése SNCR eljárással: Ammóniát használunk redukálószerként, ami preferáltan a NO X -kal reagál és a gázfázisú reakcióban a NO X -okat elemi N-né és vízzé alakítja: 6 NO + 4 NH 3 5 N 2 + 6 H 2 O 6 NO 2 + 8 NH 3 7 N 2 12 H 2 O A reakció szűk hőmérsékleti intervallumban (850-1050°C) játszódik le, ráadásul magas NH 3 /NO X arányt igényel, ami NH 3 emisszió és sóképződéshez vezet. Az eljárás mozgó források esetén nem alkalmas, mert az ammóniát tárolni és adagolni kell, ill. széntüzelésű erőművekben sem alkalmas, mert a szálló hamu adszorbeálja az ammóniát. c) NO X csökkentése NSCR eljárással: Főleg

gépjárművek konvertereinél alkalmazott megoldás háromutas katalitikus konverter alakítja át a szennyező komponenseket a kipufogógázokból. Az NO redukciója: 2 NO + 2 CO N 2 + 2 CO 2 NO + CH N 2 + CO 2 + H 2 O 2 NO + 2 H 2 N 2 + 2 H 2 O A szegény keverék (levegőfelesleg) alkalmazása csökkenti az NO X redukciót d) NO X csökkentése SCR eljárással: A NO x -okat ammónia segítségével alakítjuk N-né és vízzé az ammónia szelektíven reagál. A reakciót 150 – 450°C-on működő katalizátor segítségével végezzük (V 2 O 5 /TiO 2 , módosított zeolitok): 4 NO + 4 NH 3 + O 2 4 N 2 + 6 H 2 O 6 NO 2 + 8 NH 3 7 N 2 + 12 H 2 O A V 2 O 5 /TiO 2 katalizátor előnye, hogy nagy aktivitással rendelkezik és SO 2 -dal szemben ellenálló. Ezek elsősorban stacionárius forrásoknál alkalmazható (pl. erőművi füstgázok kezelésére) A katalizátor aktivitása idővel csökken (dezaktiválódás): - magas hőmérséklet miatti öregedés, -

katalizátormérgek (320°C alatt képződnek: ammónium-szulfát, ammónium-hidrogén-szulfát) - a poros közeg mechanikai koptató hatása. A katalizátor átlagos élettartama: - széntüzelés esetén: 2-3 év - fűtőolajtüzelés esetén: 4-5 év - gáztüzelés esetén: 5-6 év -32- A katalizátor számára a kedvező hőmérséklettartomány 350-370°C között van. A maximális élettartam elérése érdekében a különböző egységeket a lehető legoptimálisabban kell kapcsolnunk egymás után a porleválasztó egység és a kéntelenítő megelőzi az SCR-t. Energetika és légszennyezés Energiatermelés: Ma már az energia utánpótlás nélkül az ipari, mezőgazdasági létesítmények, városok, közlekedési hálózatok teljesen megbénulnának. Az emberiség számának és igényeinek növekedésével az energiatermelés és felhasználás is egyre növekszik, károsítva ezzel az atmoszférát, hidroszférát, a geoszférát és a bioszférát. A növekvő

energiaigény két okra vezethető vissza:  A fejlődő országok jelenleg a világ teljes energiafelhasználásából csak mintegy 20-25 %-ban részesednek, viszont népességük a világ népességének 75-80 %-át teszi ki. Fejlődésükhöz egyre több energiára van szükségük.  A világ népessége egyre kevesebb idő alatt folyamatosan megduplázódik, ami főként a fejlődő országokban megy végbe. Ha a Föld energiamérlegét nézzük, akkor elmondható, hogy a beérkező és távozó energiákhoz képest az emberiség által felhasznált energia mennyisége elhanyagolható. Az energiaproblémát jelenleg a gazdaságosan felhasználható és megfelelő sűrűségű energiakészletek hiánya jelenti, ill. az energiatermelés kisebb-nagyobb mértékben a környezetbe történő beavatkozással, környezetszennyezéssel jár, tehát törekedni kell a készletek célszerű, gazdaságos, takarékos felhasználása mellett, új, alternatív energiaforrások

bevezetésére, alkalmazására is. A világ energiafelhasználása: Az energiafelhasználást tekintve a Földön nagy eltérések vannak: Kínában pl. télen nem fűtenek, s nyáron nem használnak légkondicionálást, ezzel ellentétben, az USA-ban nyáron több energiát használnak fel, mint télen, mivel a légkondicionálás költségei 2-3-szor nagyobbak, mint a fűtési költségek. Energiahordozók, energiaformák: Az energiahordozók osztályozása: • elsődleges (primer) energiaforrások, amelyek a természetben fordulnak elő; • másodlagos energiaforrások, amelyeket az elsődlegesekből mesterségesen állítanak elő (pl. elektromos áram, vízgőz, kőolajpárlatok, sűrített levegő, stb.) Az energiahordozók másik osztályozása: - Kimerülő energiaforrások: - fosszilis tüzelőanyagok (kőszén, kőolaj, földgáz), - nukleáris anyagok (hasadó- és fúzióképes anyagok), - geotermikus energia (kőzetek hőtartalma, konvektív hőhordozók), - Megújuló

energiaforrások: - Napenergia (napsugárzás, fotoszintézis – mikrobiológiai reakciók, szél, felszíni vízfolyások, tengeri áramlások, hőfokkülönbségek és hullámzás), - gravitációs energia (ár-apály). Az energiafajták egymásba átalakíthatók: közvetlen és közvetett energiaátalakítási eljárásokat különböztetünk meg. Az energiahordozók története: Az ember először a biomasszát (minden, a természetben található, szerves eredetű éghető anyag) használta energiaforrásként. Ehhez társult az ember izomereje A háziasított állatok vonóerejét is kihasználták korábban is. Ezután a szél (vitorlás hajók, szélmalmok) és a víz energiáját (vízi malom) kezdte el nagyobb mértékben használni. -33- A gőzgép felfedezése olyan nagy igényeket támasztott a vas- és acélgyártás számára, amit már nem lehetett faszénnel kielégíteni, így felváltotta a szénből előállított koksz. A szén lett a tüzelőanyag is a

különböző gőzgépek, gőzhajók és gőzmozdonyok számára. A II. világháború után a fosszilis energiahordozók, a szénhidrogének (kőolaj és földgáz) vették át a főszerepet Az olaj felhasználás ekkor exponenciálisan nőtt, majd az első olajár-robbanáskor megtört ez a növekedés Miután rájöttek arra, hogy az olajkészletek végesek, elkezdődött az energiatakarékosság időszaka. Kis fogyasztású japán autók és elektromos háztartási berendezések stb. A fosszilis energiahordozók szerepe: Ma a fosszilis energiahordozók (szén, kőolaj, földgáz) felhasználásának aránya még meghaladja a 80 %-ot. Ha az elektromos áram előállításának forrásait nézzük, akkor a földgáz és a kőolaj részaránya kisebb az áram termelésben, mert ezeknek csak egy részét égetjük el erőművekben, másik részét kémiai nyersanyagként hasznosítjuk (pl. műanyagok, gyógyszerek előállítására, üzemanyagként stb) Így a megújuló

energiaforrások részaránya az áram termelésben a napelemek, szélturbinák, vízierőművek révén és a nukleáris energiáé az atomreaktorok révén nagyobb, mint az összes energia mérlegben, de az elektromos áram közel kétharmada is ma még fosszilis energiahordozókból származik. Előnyük: - könnyen szállíthatók, - a Földön egyenletesen oszlik el, - könnyen átalakíthatók egyik halmazállapotból a másikba - a szén cseppfolyósítható és elgázosítható, - az olaj és származékai elpárologtathatók (pl. az üzemanyagok a gépkocsikban), - a gáz cseppfolyósítható, - elégetve őket, a felszabaduló hővel vizet párologtatunk el, vízgőzt termelünk, aminek energiájával megforgatva a gőzturbinákat kapunk elektromos áramot, Hátrányuk: - kimerülő energiaforrások, - környezetszennyező hatásúak, - a bennük levő S elégetéskor SO 2 -dá alakul, ami tovább oxidálódva kénsavat alkot, ami a csapadék savasodását okozza; - a levegő

N-je és O-je részben NO X -okká egyesül, ami szintén hozzájárul az esők savasodásához - üvegházhatású gázok (CO 2 ) szabadulnak fel elégetésükkor. Üvegházhatás: Az üvegházhatás nem negatív jelenség, ugyanis nélküle a Föld átlaghőmérséklete 33°C-kal alacsonyabb lenne. Lényege, hogy a légkörben levő gázok a rövidhullámú sugarakat (pl. fény) átengedik, ennek jelentős része a felszínen hosszúhullámú sugárzássá alakul (hő), amit már a légkör nem enged át. Üvegházhatású gázok: - H 2 O (vízgőz): ez a legjelentősebb, ami alig emberfüggő, - CO 2 : természetes forrásokból pl. légzés, bomlási folyamatok révén, ill antropogén forrásokból pl fosszilis tüzelőanyagok égetése révén, - CH 4 : molekulánként 20-szor hatékonyabb, mint a CO 2 . Forrásai biológiai (bomlás, erjedés -fermentáció-) és antropogén (bányászat, ipar) is lehet - N 2 O: 150 éves légköri tartózkodási idő! - NO 2 , CO, O 3 :

mennyiségük kétszeresére növekedése esetén +0,8°C-kal emelik az átlaghőmérsékletet. - Freonok: hosszú tartózkodási idő - Metil-kloroform, CCl 4 : +0,1°C-kal emelik az átlaghőmérsékletet. A légkör üvegházgázai megakadályozzák azt, hogy az infravörös sugárzás a felszínről közvetlenül eltávozzon a világűrbe. -34- Az üvegházgáz koncentrációi (a vízgőz kivételével) folyamatosan emelkednek az emberi tevékenységek következtében. Főként a szén, az olaj és a földgáz elégetéséből származó szén-dioxid, a mezőgazdasági tevékenység és a földhasználat változásai következtében keletkező metán és nitrogén-oxidok, a gépjárművek kipufogó gázainak hatására képződő ózon, s a gyáripar által előállított CFC-k koncentrációi folyamatosan növekednek. Valószínűleg a légköri vízgőz mennyisége is növekszik a fellépő pozitív visszacsatolási mechanizmus következtében. A klímarendszernek

alkalmazkodnia kell a növekvő üvegházgáz koncentrációkhoz annak érdekében, hogy fenntarthassa a "globális energiamérleg" egyensúlyát. A Földnek ugyanannyi energiától kell megszabadulnia, mint amennyit a Nap sugárzásából elnyel, ezért a klímának valamiképp meg kell változnia ahhoz, hogy visszaállítsa a beérkező és távozó energiák egyensúlyát. Globális felmelegedés: Az üvegházhatás növekedés eredményezheti a globális felmelegedést, ami negatív jelenség. Elmondható, hogy van globális felmelegedés, de mértéke jelentősen kisebb annál, mint amit az 1980-as években jósoltak. Már látszanak bizonyos, a felmelegedést igazoló tendenciák, melynek okozói között lehet az antropogén szennyezés is. De ha a kedvezőtlen éghajlatváltozás nem is következne be, szem előtt kell tartani az elővigyázatosság elvét, ami az időben történő cselekvésre ösztönöz bennünket, azaz csökkenteni kell a fosszilis

energiahordozók felhasználásának mértékét. Az 1997-ben Kyotoban lezajlott klíma konferencia határozatait (amelynek lényege az 1990-es CO 2 kibocsátás 5 %-os csökkentése 2010-re) csak 2005-ben ratifikálta az aláíró országok több, mint 50 %-a, ami a hatályba lépés feltétele (az USA, Kína és India nem). Klímaváltozás: Az éghajlati modellek szerint, ha a jelenlegi kibocsátási trendek folytatódnak, akkor az átlagos felszínhőmérséklet 2100-ra kb. 2°C-kal fog emelkedni Ez az előrejelzés az 1990 évet tekintette bázisévnek A múltbéli kibocsátások ismeretében megállapítható, hogy valamelyes klímaváltozás már bekövetkezett. Az éghajlat nem reagál azonnal az emissziókra. Következésképp, több éven át tovább fog változni a klíma, még akkor is, ha az üvegházgáz kibocsátások csökkenni fognak, s az üvegházgázok légköri koncentrációinak emelkedése megáll. A klímaváltozás néhány fontos következménye, mint pl a

tengerszint előre jelzett emelkedése még hosszabb idő elteltével fog megvalósulni. -35- CO 2 csökkentési lehetőségek A CO 2 kibocsátást korszerű, energiatakarékos eszközök, módszerek kifejlesztésével és bevezetésével érhető el. Pl az acéliparban a Siemens-Martin kemencés acélgyárakat felváltotta a külső energiát nem használó konverteres acélgyártás. Vagy a klasszikus izzókat (az elektromos áramnak csak kb 5 %-át használják a fény előállítására, fogyasztásuk nagy része melegítésre fordítódik), fénycsövekkel és kompakt világítótestekkel váltják fel. - A hőszivattyú használatával kevesebb energiát kell fordítani pl. a fűtésre, melegítésre Működési elve ugyanaz, mint a hűtőszekrényé, azaz hidegebb helyről kell energiát szállítani melegebb helyre, mechanikai energia befektetésével. Ebből következei, hogy mindenkinek van otthon hőszivattyúja, akinél hűtőszekrény vagy légkondicionáló működik.

Akkor alkalmazná hőszivattyúként, ha hasznosítaná azt a meleget, amit a hűtőszekrény (klímaberendezés) hátoldalán a hőcserélő lead. Ma ipari üzemek, nagy intézmények, szállodák használják ezt az elvet, hisz olcsóbb az energiát szállítani, mint előállítani. - Másik lehetőség az eltüzelt fosszilis energiahordozók arányának módosítása. Azonos energiatermelés esetén a szén, kőolaj, földgáz sorrendben csökken a szén-dioxid kibocsátás, mert ebben a sorrendben nő a hidrogén tartalmuk, ami vízzé ég el. Földgáz-tüzelésnél 40 %-kal kevesebb a szén-dioxid kibocsátás, mint széntüzelésnél. - A CO 2 emisszió csökkentése szempontjából a nem fosszilis energiahordozók felhasználásával előállított hidrogén lenne a legtisztább üzemanyag, mert ennek csak víz az égésterméke. Ez akkor fog megvalósulni, ha a hidrogént nem földgázból, hanem vízből fogják előállítani fotokatalitikus vagy mikrobiológiai úton, vagy

elektrolízissel, és az elektrolízishez szükséges áramot nem hőerőművekben termelik szén és szénhidrogének eltüzelésével. A hidrogén ugyan közvetlenül is elégethető, de sokkal célszerűbb üzemanyag cellában közvetlenül áramtermelésre hasznosítani. - Másik csökkentési lehetőség még, hogy az erőművek kéményeikből nem engedik ki a levegőbe a káros anyagot, hanem a füstgáz CO 2 tartalmát kivonják. - Elvileg lehetne pl. abszorpcióval, ami azt jelenti, hogy valamilyen (lehetőleg lúgos) folyadékon átbuborékoltatva elnyeletjük. Ez általában hidegen és nagy nyomáson végezhető Felmelegítve vagy a nyomást lecsökkentve a CO 2 visszanyerhető és felhasználható. - Adszorpciós technológiával, melyek alacsony hőmérsékleten és nagy nyomáson működnek hatásosan pl. szervetlen vagy szerves membránok segítségével - Katalitikus hidrogénezéssel a CO 2 értékes kémiai nyersanyagokká, pl. metanollá, formaldehiddé,

hangyasavvá alakítható, legalábbis elméletileg. Termodinamikailag ezek nem önként végbemenő folyamatok, csak energia-befektetéssel valósíthatók meg, így a bruttó CO 2 mérleget feltétlenül figyelembe kell venni. A CO 2 hasznosítása: - szénsavas üdítőitalokban; - mosóporokban és üveggyártáshoz használt szóda (Na 2 CO 3 ); - a nitrogénműtrágyaként fontos karbamid előállításához (a karbamid előállítását épp a nitrogénműtrágyagyártásban melléktermékként keletkező CO 2 hasznosítására dolgozták ki); - oltott mész előállítására; -36- - regeneratív (metanolos) üzemanyagcellában: a CO 2 -ot hangyasavvá és származékaivá, ill. a cellafeszültségtől függően metil-alkohollá tudjuk alakítani vizes közegű elektrokatalitikus redukcióval, vagyis a vízből nem kell hidrogént készíteni; - fotoszintézis révén a CO 2 -ot felhasználva biomassza állítható elő; A CO 2 tárolása: - kimerült fölgázmezőkben, -

mélytengeri elhelyezés, - a legjobb megoldás a természetes fotoszintézis lenne – erdőtelepítés. Számottevő csökkentése csak úgy oldható meg, ha a szén, földgáz és kőolaj használatát csökkentjük, és a nem fosszilis energiahordozók arányát növeljük: pl. nukleáris energiával termeltetünk elektromos áramot, ill a megújuló energiaforrásokat (nap, szél, vízi energia) hasznosítjuk nagyobb hatásfokkal. Hazánk a legnagyobb lehetőséggel a biomassza termelésben (a mezőgazdaság révén) és a geotermikus energiában (a termálvizek révén) rendelkezik. A kommunális energia kiaknázása is hasznos lenne (a kommunális és termelési hulladékégetők által termelt energiát jelenti). A szén-dioxid emisszió csökkentésére kvóta rendszert dolgoztak ki és ezzel egyfajta kereskedelmet is. Ez azt jelenti, hogy az országok számára megállapítottak egy kvótát, ami megfelel a kyotói megállapodásban előírt csökkentésnek. Az ezen felüli

kibocsátást büntetik A kvóta betartására két dolgot tehetnek: fejlesztésekkel, korszerű beruházásokkal csökkentik a CO 2 kibocsátást, vagy a plusz kibocsátást eladják a központilag meghatározott áron olyan cégnek, országoknak, amelyik nem merítette ki a saját kvótáját. CO 2 csökkentés Magyarországon: A CO 2 kibocsátás csökkentésére és a megújuló energiaforrások arányának növelésére nemzetközi megállapodások is ösztönzik az országokat. Az 1997-ben, Kyotoban aláírt egyezményhez hazánk is csatlakozott, ami 2010-re az 1990-es CO 2 kibocsátás 5 %-os csökkentését írja elő. Az Európai Uniós előírások teljesítése ennél nehezebb feladat. Eszerint a megújuló energiaforrások jelenlegi 3,66 %-os részarányát 2010-re 6 %-ra, 2020-ra 20 %-ra kell növelni. Ezen belül a 0,8 %-os áramtermelést 2010-re 3,6 %-ra. A megvalósításhoz anyagi támogatásra, gazdasági ösztönzőkre (hitelek, adókedvezmények, állami

támogatás, stb.) lenne szükség -37- A levegőszennyezés és csökkentésének technológiai lehetőségei A levegő összetevői közé soroljuk az alapgázokat (N 2 , O 2 , Ar, CO 2 , és egyéb nemesgázok), ill. a vendéganyagokat (gázok, cseppfolyós és szilárd aeroszol részecskék). A levegő az élet feltétele Természeti tevékenységből ered pl. a por vagy homok (SiO 2 ) szennyezés egy része, a H 2 S, SO 2 , HCl, CO, CO 2 csekély hányada, melyek vulkáni tevékenység révén kerülnek a légkörbe. Az NOX a villámlás során, az elektromos ív hőmérsékletén egyesülő nitrogénből és oxigénből is származik. Az erdő- és bozóttüzek során a tökéletlen égés miatt szénhidrogének és aromások is kerülnek a légtérbe. Az elpusztult növények és állatok bomlásából ammónia, aminok, kén-hídrogén és kéntartalmú szerves anyagok jutnak a levegőbe. Ezen anyagok jelenlétének eredménye a levegő „háttérszennyezettsége”. A

légkört szennyező anyagok: - kéntartalmú vegyületek; - nitrogéntartalmú vegyületek; - széntartalmú vegyületek; - halogének vegyületei; - illékony szerves vegyületek; - toxikus anyagok; - nehézfémek; - radioaktív szennyezések. Külön tárgyalandó az üvegházhatást okozó gázok, ill. ózon réteget károsító gázok Az üvegházhatást okozó gázok fontos jellemzője, a globális felmelegedést eredményező hatásuk, amely azt fejezi ki, hogy azonos időbázisra, pl. 100 évre vonatkoztatva a felmelegedést okozó hatásuk hányszorosa a széndioxidénak Ezek főleg az antropogén tevékenység révén kerülnek a légtérbe (ipar, közlekedés, energia-szolgáltatás). A légszennyező anyagok aktuális koncentrációja a levegőben attól függ, hogy - mennyi szennyezőanyag került ki forrásból; - mekkora a befogadó közeg (levegő) térfogata; - hogyan és milyen sebességgel hagyja el a szennyezőanyag az adott légteret. Ez utóbbi a levegő

öntisztulására utal, hiszen a szennyezőanyagot tartalmazó gáztér tiszta levegővel keveredve felhígulhat, a szennyező komponensek kiülepedhetnek, vagy kémiai reakcióba lépve közömbösítődhetnek. A leggyakoribb szennyezőanyagok a SO 2 , a NO, NO 2 és N 2 O, a CO, benzingőzök, a benzolt, az aromás szénhidrogéneke, aldehidek, ketonok, hidrogén-halogenidek, a klór-fluor-tartalmú szénhidrogének (freonok) és egyéb halogéntartalmú szerves vegyületek, továbbá a szilárd halmazállapotú szennyezők amelyek 10 μm-nél kisebb lebegő részecskék vagy szálló porok, aeroszolok. Ezek széntüzelésből származó pernye és korom, valamint a talaj felszínéről, az ipari üzemekből (pl. cementgyár) származó anyagok A levegőben lebegő élő szervezetek (baktériumok, vírusok, algák, spórák) és a pollen szintén légszennyező anyagnak számítanak. A légszennyezés döntő része napjainkban az energiatermelésből ered. -38- A légszennyezés

megszüntetésének elsődleges és másodlagos lehetőségei: A légszennyezés elleni védelem formái az aktív-, ill. a passzív védelem a) Az aktív védelem során már a technológiai folyamatokban a keletkezés helyén csökkentjük vagy teljesen kizárjuk a szennyező anyagok képződését. Ez elérhető az energiahordozó megváltoztatásával, a megfelelő alapanyag megválasztásával, zárt, hulladékmentes/hulladékszegény technológiák bevezetésével és/vagy technológiaváltással. Pl. a tüzelés-technológia úgy módosítható, hogy a kazán forró füstgázai által szállított hőmennyiséget a lehetőség szerint teljes egészében visszanyerjük (pl. előmelegítésre, kommunális melegvíz előállítására stb) Ehhez többfokozatú hőcserélő rendszert kell alkalmazni. A kondenzáció során keletkező vízcseppek pedig szilárd szennyezéseket kötnek meg. b) Passzív védelemről beszélünk akkor, ha a már keletkezett szennyező anyagokat kell

eltávolítanunk valamely folyamat véggázaiból a környezetbe való kibocsátás előtt. Az ipari vég- és hulladékgázok káros, szennyező komponensektől való megtisztítására mindazok a készülékek és eljárások felhasználhatók, amelyeket a vegyipar a gáz-szilárd, gáz-folyadék és gáz-szilárd-folyadék többfázisú reakciók végrehajtására és a fázisok vagy a gázfázis komponenseinek elválasztására kifejlesztett. A gáztisztítási eljárásokat két csoportra oszthatjuk. Az egyikbe azok a megoldások tartoznak, amelyekkel a szennyező komponenseket a kilépés előtt környezetre nézve ártalmatlan anyagokká alakítjuk át, pl. a szénhidrogéneket elégethetjük, vagy az NO-ot átalakíthatjuk N 2 -né és O 2 -né, vagy N 2 , O 2 , CO 2 és H 2 O tartalmú gázeleggyé. A másik megoldás az elválasztás Itt a levegőtől elválasztott anyagokat, ha nem lehet őket közvetlenül újrahasznosítani, időlegesen tárolni kell. Azonban ennél a

megoldásnál további kezelésről és a megfelelő tárolásról is gondoskodni kell. Gáztisztításra fizikai és kémiai módszerek egyaránt alkalmasak. - Fizikai eljárásokkal szilárd anyagokat lehet fluidumoktól és gázokat vagy gőzöket egymástól elválasztani. A szilárd anyagok folyadéktól való elválasztására ülepítők, szűrők és centrifugák alkalmasak. Gázok és gőzök elválasztására az abszorpció, az adszorpció és a kondenzáció - Kémiai eljárásokkal általában gáz és gőz halmazállapotú szennyezők kivonása válik lehetővé. Az eljárások legtöbbjében a kémiai reakció oxidáció. Ez lehet nedves, pl szaganyagok oxidációja hipokloritos oxidálással vizes fázisban. A másik, a száraz megoldás valójában égetés Ezt használják szénhidrogének ártalmatlanítására fáklyákban vagy kemencékben. Lúgos oldatokban való elnyelést alkalmaznak H2 S, SO 2 , Cl 2 megkötésére, amit semlegesítési reakcióként szokás

említeni. Katalitikus redukciós reakciókkal távolíthatjuk el, vagy csökkenthetjük le, pl. a gépkocsik vagy álló motorok kipufogógázainak NO X tartalmát. -39- Porszennyezés, porleválasztás A levegőben levő durvább szilárd frakciók hamar eltávoznak (kihullanak), ezért ezeket ülepedő poroknak is nevezzük. A finomabb frakciók az ún, szálló porok kiülepedése lassú, ezért fontos hogy ezekből minél kevesebbet juttasson az ember a környezetbe. A szilárd anyag (por) leválasztása történhet - értékes termék kinyerése, - technológiai előírás, - biztonsági követelmények betartása - és környezeti szennyezők eltávolítása miatt. A por tetszőleges alakú, struktúrájú és sűrűségű szilárd részecskék gázban diszpergált rendszere. Porszemcséknek azok a részecskék tekinthetők, amelyek 1 bar nyomású, környezeti hőmérsékletű, nyugalomban lévő levegőben 3 m/s-nál kisebb sebességgel süllyednek és legnagyobb méretük

2000 m-nél kisebb. A leválasztókra jellemző az összportalanítási hatásfok ( 0 ), ami megadja, hogy a tisztítandó gázáramban lévő por m m  mk tömegéből mennyi válik le: 0  l 100  b 100 , ahol m l a leválasztott pormennyiség, m b a belépő gázban mb mb levő pormennyiség és m k a kilépő gázban levő pormennyiség. A portalanító berendezések méretezéséhez ismerni kell a gázterhelést (m3/óra, m3/s), ami egységnyi idő alatt átáramlott gázmennyiséget jelent a berendezésben. Mivel a gyakorlatban a porszemcsék nem szabályos gömbformák, ezért különböző átmérőkkel adják meg az egyenértékeket (felületátmérő, térfogatátmérő, ellenállásátmérő). A porleválasztás szempontjából nagy jelentősége van a porszemcsék egymás közötti és a berendezés részegységeihez való tapadó erőknek. Az összetapadás vagy leválasztás elősegítésére gőz bevezetése, víz bepermetezése vagy ultrahangos

kezelés alkalmazható. A porok leválasztására porkamrákat, ciklonokat, multiciklonokat, porszűrőket, elektrosztatikus porleválasztókat és nedves porleválasztókat használnak. Mechanikai porleválasztók: A mechanikai leválasztókban a tehetetlenségi erő okozza a porszemcsék elmozdulását a közeghez képest, az ülepítőkamrákban a nehézségi erő, míg a ciklonokban a centrifugális erő hatására következik be az elválasztás. A közegekben a szilárd részecskék határsebességgel (legnagyobb állandó) ülepednek, amit ülepedési sebességnek is nevezünk. A Stokes-törvényt az ülepedésre itt is felírhatjuk, azonban a gázok sűrűsége a d2    g részecskék sűrűségéhez képest elhanyagolható: uh  h sz , u az ülepedési sebesség, d a test átmérője,  s a 18   szilárd anyag sűrűsége, g a gravitációs gyorsulás, μ a rendszer dinamikus viszkozitása. A legegyszerűbb porleválasztó berendezések a porkamrák, melyek

nagyméretű egységek, azonban teljesítőképességük kicsi. Főleg durvább porral vagy folyadékcseppekkel szennyezett gázok tisztítására használják, elsősorban előkezelési céllal. -40- - - - - - - - A porülepítő kamrákban és csatornákban a gázáram sebessége vizszintes irányban lecsökken (mivel kitölti a rendelkezésére álló teret) és a lassan áramló gázból a porszemcsék a csatorna vagy a kamra aljára ülepednek le. A kivált por eltávolítása szakaszosan történik Ha a gázcsatornába ütköző elemeket építünk, akkor egyrészt a gáz útját ezzel megnöveljük, másrészt a porszemcsék nem képesek követni tehetetlenségük miatt a gáz útját, így a leválasztás hatásfoka növelhető. A porkamrák portalanítási hatásfoka 40-50%. Ha a kamrát vizszintes lapokkal több részre osztjuk, akkor Howard-féle porülepítőről beszélünk. Ezt főleg forró füstgázok előzetes portalanítására használják. A poros gázt

felül vezetik a kamrába, majd vizszintes tálcák között áthalad egy gyűjtőcsatornába, ahonnan egy függőleges gyűjtőcsatornába áramlik és elhagyja a rendszert. A lemezekre lerakódott port időnként el kell távolítani A folyamatos üzemelés úgy biztosítható, hogy a kamrát két különálló részre osztják, s amíg az egyik üzemel, addig a másikat tisztítják. Nagy portartalmú gáz irányterelésére alkalmas a zsalus porleválasztó. A készülékben nagy sebességgel áramló gázt, a ferdén elhelyezett lemezekkel (zsalukkal) keskeny rétegekre osztják. Ezek között a gáz olyan irányváltozást szenved, amit a porszemcsék nem képesek követni, így lemezről lemezre lépve a zsaluzat végére jutnak, ahol az kis mennyiségű gázzal elszívható és ciklonban leválasztható. Hátránya, hogy a zsaluelemek gyorsan kopnak és a rendszer könnyen eldugulhat. Hasonó elven működnek a cseppfogók is, amit gázokban vagy gőzökben lévő

folyadékcseppek visszatartására használnak. - A betétes cseppfogókkal növelhető a hatásfok, ugyanis a cseppeket tartalmazó gázáramot eltérítik, és a cseppek tehetetlenségüknél fogva nem képesek követni a gázáram útvonalát. - A hullámlemezes cseppfogókban a gáz iránytöréses csatornákon áramlik keresztül. A cseppek a hullámlemezhez ütköznek és odatapadnak, majd film formájában az edény aljára folynak. Hasonlóan működik a kátrányleválasztó is, melyben több egymásba helyezett, furatokkal ellátott lemezhengereken áramlik keresztül a kátrányt tartalmazó gáz. A perforált hengereket egymáshoz viszonyítva eltoltan helyeznek el, így az áthaladó gáz mindig falba ütközik. A lemezek felületéről a kátrány egy edénybe folyik, ahonnan az eltávolítható. Az olajos légszűrőben két durvalyukú szitalemez között egy olajjal bevont töltetet helyeznek el. Az átszívott levegő a tölteten többszörös irányváltoztatással

halad keresztül, és a por vagy folyadék-cseppek az olajos felületen megtapadnak. A töltetet oldószeres mosással lehet megtisztítani Porleválasztó ciklonok A ciklonok a centrifugális teret kihasználó gáztisztító berendezések. Hengeres, kúpos fenekű készülék, melybe a portartalmú gáz tangenciálisan lép be, így spirális, örvénylő mozgásra kényszerülnek a részecskék. A centrifúgális erő hatására a fal felé, majd lefelé haladnak a kúpos rész aljára, honnan eltávolítható a szennyeződés. A tisztított gáz a hengeres részegység tengelyében elhelyezett elvezetőcsövön lép ki a készülékből. 4  d  s   f  ut2 egyenlettel írhatjuk le, ahol d átmérő,  s a szemcse sűrűsége, Az ülepedési sebességet uh  3    f  r  f a közeg sűrűsége, u t a tangenciális irányú sebesség,  a közegellenállási együttható, r pedig a sugár. Ha az d 2 s   f  ut2 áramlás

lamináris, azaz Re < 1, akkor az uh  egyenlettel írható le a rendszer működése. 18    r A ciklon szerkezete egyszerű, nem tartalmaz mozgó alkatrészeket. Csak akkor működik megfelelően, ha a betáplált közeg bizonyos sebességgel rendelkezik, és a ciklonoknak jelentős a hidraulikus ellenállásuk. A ciklonokkal történő gáztisztítás sok energiát igényel. A ciklon hatásfokát növelhetjük, ha a méretét arányosan csökkentjük és a gázmennyiséget több, párhuzamosan kapcsolt kisebb ciklonra osztjuk el. Ez a multiciklon Az egyszerű ciklonok a durvább porok eltávolítására jól használhatók. A ciklonok bevezetőnyílása négyszögletes, fedele csavarvonalszerű lejtéssel van kialakítva, a felfelé vezető mellékáramok letörése céljából. A gyűjtőtartály aljáról szakaszosan vagy folyamatosan eltávolítható az összegyűlt por -41- Ha finomabb porok eltávolítása a cél, akkor multiciklont alkalmazunk. Itt a belépő

gázt elosztókamrába vezetik, és ebből lép a poros gáz az egyes elemekbe. Az elemek általában nyújtottabbak ezért perdítőelemek segítik a gáz körmozgását. A levált por közös gyűjtőkamrába kerül, a tisztított gáz pedig a gázgyűjtő egységen keresztül áramlik a kilépő gázvezetékbe. - Alkalmaznak örvénycsöveket is még, melynek átmérője kicsi (10-25 cm). Ezeket egy közös házba építik, ahol a perdületet a kilépő vezetékbe épített terelőlapok biztosítják. 65-98%-os hatásfokkal működnek. - A széntüzelésű kazánok füstgázaiból örvénycsövekkel választják le az el nem égett szenet, ill. a mészkőlisztet tartalmazó durva szemcséket. Porszűrők: A szűrés során a tisztítandó gázt pórusos anyagon vezetjük keresztül, amelyen a porrészecskék megkötődnek. Ezért fontos a szűrőréteg pórusmérete és a felületi hatásra bekövetkező megtapadás. A porszűrés előrehaladtával megnő a szűrőréteg

ellenállása, ezért a port időnként el kell távolítani a szűrőrétegből. Porszűrésre tömlős szűrőket használnak, ami igen érzékeny. A túl nagy szűrési sebesség nagy nyomásveszteséget, kisebb portalanítási hatásfokot és gyors eltömődést okozhat A szűrőréteg anyagának elektrosztatikus feltöltődését meg kell akadályozni, mivel nemcsak a szűrést zavarja meg, hanem szikraképződéssel robbanásveszélyt is okozhat. A töltés elvezetésére elektromos vezetőket építenek be A porszűrők szűrőrétege - lehet szövet, - rostos anyag (pl. filc, szűrőpapírok), - ömlesztett (pl. omokágy) vagy - zsugorított (pl. kerámia szűrőgyertya) szemcsés anyag A szűrők anyaga lehet - természetes (gyapjú, len, pamut, kender), - műanyag (PVC) vagy - ásványi eredetű (üveg, fémszál). - A nagyobb porterhelésű gázok portalanítására leginkább a szövetszűrők alkalmasak, mivel ezek tisztítása a legegyszerűbb. Nyomó és szívó üzemben

egyaránt üzemeltethetők - Agresszív anyagú porok elválasztására vagy magasabb hőmérsékletű gáz tisztítására használhatók a rétehszűrők. Ezek szűrőanyaga legtöbbször éles szemcséjű homok - Pórusos kerámiából készült szűrők a szűrőgyertyák, ezeket főként olaj és vízcseppek leválasztására használják. A porszűrők előnye a széles felhasználási terület, a 99%-ot meghaladó portalanítási hatásfok. Hátrányuk, hogy korlátozott hőmérséklettartományban használhatók. A legtöbb szűrőanyag élettartama rövid, ezért gyakori karbantartást vagy cserét igényelnek. A porszűrők elsősorban a vegyi-, textil- és élelmiszeripari üzemekben, továbbá a cement- és kerámia-iparban használatosak. Elektrosztatikus porleválasztók: Egy elektromos erőtérben levő elhelyezkedő, elektromos töltéssel rendelkező részecskére erő hat. Így rendezett mozgást tudunk előállítani, ami a szennyeződés hatékony elkülönítését

jelenti. Az elektrosztatikus porleválasztó működése a „koronahatáson“ alapul. A hálózati váltakozó áramot feltranszformálják, majd egyenirányítják. A nagyfeszültségű áramforrás negatív pólusát (ami szigetelt) az ionizáló elektródára, a pozitív pólusát pedig a porgyűjtő elektródára kapcsolják, majd ezeket földelik. Az elektródákra kapcsolt feszültség következtében az elektródák között elektromos tér alakul ki, és ezen vezetik át a tisztítandó gázt. A poreltávolítás a készülék alján történik Az elektródák között kialakult elektromos erőtérben egy erő hat a részecskére. Ülepítéshez a részecskének kellő nagyságú elektromos töltést kell biztosítani. Ezt úgy érhetjük el, hogy a gázban gázionokat állítunk elő, melyek a gázban lebegő részecskék felületén megkötődvén azoknak töltést adnak. Az ionizációhoz koronakisülést kell létrehozni, meggátolva azonban a két elektród közötti

szikrakisülést. Erre ezért negatív koronát használnak, ami az elektródok megfelelő geometriai kialakításával érhető el. A korona -42- megjelenése jelzi az önálló ionizáció megindulását. A gázionok ezután az elektromos térerő hatására felgyorsulnak és ütköznek a semleges gázmolekulákkal. Az ütközés miatt újabb gázionok és szabad elektronok képződnek, azaz a gáz ionizálódik, az ionok azonban a részecskék felületén megkötődnek. A porszemcsék általában negatív töltésre tesznek szert és a pozitív porgyűjtő elektróda felé vándorolnak. A pozitív töltésű részecskék száma 1 % alatti. A részecskék töltését az azonos töltésű gázionok között működő taszítóerő korlátozza. Az 1 m-nél nagyobb szemcsék ülepedési sebessége átmérőjükkel arányos, míg az ennél kisebb részecskéké független az átmérőtől. Az 1 m alatti részecskék tehát azonos sebességgel ülepednek, ami meghatározható,

így teljes porleválasztás érhető el. A leválasztási hatásfokot a porgyűjtő elektróda felülete, ill. a por fajlagos ellenállása határozza meg A 104 Ohm/cm-nél kisebb fajlagos ellenállású részecskék rövid idő alatt elveszítik a töltésüket, és rögtön leválnak az elektróda felületéről. Ezek a részecskék ismét bekerülnek a gázáramba, ahol újból töltést vesznek fel, növelve ezzel az áramfelhasználást. A 104 Ohm/cm-nél nagyobb fajlagos ellenállású részecskéknél a töltés elvesztése túlzottan lassú. Ekkor az elektródára rakódott porrétegben potenciálkülönbség lép fel, a porréteg gyakorlatilag leszigeteli az elektródát. Ha a por fajlagos ellenállása nagy, a portartalmú gázt olyan közeggel kell keverni, ami csökkenti az ellenállást. Ezt vízgőz vagy víz beporlasztásával érhetjük el A porterhelés nagysága is befolyásolja a készülékek működését. Nagy koncentráció esetén a részecskék gátolják az

ionizációs folyamatot. - A túlzottan finom porok tisztítására többfokozatú készülékeket kell használni. Ilyenkor az első egységben alig történik kiválás. Itt a szemcsék összetapadnak, s a kiválás csak a további egységekben indul meg - Száraz gázok és nagy gázterhelés esetén lemezes porleválasztókat alkalmazhatunk. Az elektródákat függőlegesen, egymással párhuzamosan 15-40 cm-es távolságokban helyezik el egy kamrában. A gyüjtőelektródák anyag acél. A koronaelektród a gyüjtőelektródok közé vannak felfüggesztve egy elektromosan szigetelt közös tartószerkezetre. Az elektródon a porréteg vastagsága a folyamatos porleválás miatt állandóan növekszik, majd egy bizonyos vastagságot elérve, saját tömegét elérve leszakad az elektródról. Ilyenkor nagymennyiségű por kerülhetne vissza a gázba, de ennek megakadályozása érdekében az elektródokat időnként megrezegtetik és a por a porgyüjtőbe hullik. - Csöves

elektrosztatikus gáztisztítót kis gázmennyiségeknél és nedves leválasztóknál használhatunk. A gyüjtőelektródok 15-30 cm átmérőjű függőleges csövekből áll. A csövek tengelyében vannak a koronaelektródok, amik néhány mm átmérőjűek. A csöves készülékek a gázokat hatásosabban tisztítják Ezekben nincs rázószerkezet, hanem az összegyűlt szennyeződés az elektródák falán lecsorog az alul elhelyezkedő gyűjtőtartályba. Üzemeltetése gazdaságos Nedves porleválasztók: A nedves porlasztók alkalmazásakor a gázban lévő szennyezéseket valamilyen folyadék beadagolásával lehet eltávolítani. Ennek a folyadéknak 3 fő feladata van: - a poros gáz kondicionálása, azaz lehűtése és előkészítése. A gáz lehűtése közben a benne lévő vízgőz kondenzálódik és nedvesíti a porszemcséket. - a porszemcsék nedvesítése, - a nedves és elkülönített porszemcsék eltávolítása. A gázmosók portalanítási hatásfoka csak a

gáz és a folyadék összekeverésére fordított energiától függ. Ezt érintkeztetési teljesítménynek nevezzük, amit időegység alatt átáramoltatott gáz térfogatára szokás vonatkoztatni. A legegyszerűbb berendezések a gázmosók (scrubber), amelyekbe a tisztítandó gázt ellenáramban vezetjük a bepermetezett vízzel szemben. A finoman elporlasztott víz gyorsan elpárolog a gázrészecskékről, így a gáz lehűl és a harmatpont után a vízgőz újra kondenzálódik. Ezek a készülékek csak kis gázsebesség mellett működnek hatásosan. Előnye a kis nyomásesés és az alacsony energiafelhasználás Az üres gázmosók nagyobb porszemcsék eltávolítására alkalmasak. Ha az üres gázmosó tornyokba betétet helyeznek el, akkor a fluidumok tartózkodási idejét és az érintkezési felületet ezzel növelhetjük. Ilyenek pl a tányéros oszlopok - A szitatányéros oszlopok továbbfejlesztett változatai a buborék- vagy habkolonnák. Ebben a folyadékot

szitatányérok tartják és a túlfolyókon jut a tányérokra. Működése közben 3 zóna alakul ki: közvetlenül a -43- - - - - - - perforált tányérok fölött kialakuló buborékzónában a gázbuborékok a felhajtóerő hatására emelkednek, majd stacionárius habzóna jön létre, legfelül pedig a permetzóna helyezkedik el. A habzóna azért keletkezik, mert a felszínre emelkedő gázbuborékok kinetikus energiája nem elegendő a felületi hártyák szilárdságának legyőzésére. A portalanítási hatásfoka erősen függ a szemcsék nedvesíthetőségétől, a porrészecskék szemcseméretétől és a gáz betáplálási sebességétől. A permetezős gázmosóknál a gáz sebességét növelik és kisebb keverőtérrel dolgoznak, így a kondenzáció hatásfoka nő. A berendezés oldalán elhelyezett fúvókán keresztül mosófolyadékot permeteznek, s a poros gázt ezen keresztül, felülről táplálják be. A gázt ezután egy leválasztó egységen

vezetik keresztül, ami legtöbbször egy ütközéses cseppleválasztó. Vízszükséglete elég nagy, ezért a vizet recirkuláltatják A permetezős, betét nélküli porleválasztóknál rövid a tartózkodási idő, mivel a gáz sebessége nagy. Ilyenek pl. a Venturi-mosók, melyeket kis porterhelés esetén alkalmazunk Itt a gázt egy szűk csövőn táplálják be, aminek következtében felgyorsul. A mosovizet a bevezető nyílásnál porlasztják el A porlasztott víz a porszemcsékkel ütközve azokat nedvesíti. A gázból a folyadékcseppeket, ill a porszemcséket a Venturi-cső után elhelyezett leválasztóban nyerik ki. A portalanítási fok a gáz/mosóvíz aránytól és az érintkezési teljesítménytől függ. A töltetes gázmosótornyoknál egy töltethalmaz segíti a gáz és a folyadék közötti érintezést, ezáltal növelhető az átlagos tartózkodási idő is. A portartalmú gázt alul, míg a mosófolyadékot felülről vezetik be úgy, hogy azt a

töltetre permetezik. A tölteten a porszemcsék nedvesednek A tisztított gázt egy cseppleválasztó rétegen vezetik keresztül, majd a készülék tetején távozik. Ez a leválasztó réteg szintén valamilyen töltet. A lebegtetett ágyas gázmosó viszkózus, ragacsos anyagot tartalmazó gázok feldolgozására alkalmas. Könnyű pl. polietilén golyókból álló ágy a „töltet“, amelyet az alulról bevezetett gázáram lebegő állapotban tart. A forgó, egymással állandóan ütköző golyók a mosófolyadék és a gáz intenzív érintkeztetését biztosítják. A golyók elszabadulását felülről egy ráccsal zárják le A gáz és folyadék érintkezését buborékoltatással is meg lehet oldani. Ilyen pl a folyadékzáras gázmosó, ahol a készülék aljára töltik a mosófolyadékot. A gázt ventillátor szívja át a folyadékon Az átáramló gáz erős örvénylést okoz, így erős keveredés következik be. Az ezt követően kialakított irányeltérítés

miatt vízfüggöny képződik, és a gáznak ezen is át kell haladnia. A nedvesített porszemcsék a készülék alján gyűlnek össze, iszap formájában, ahonnan el lehet távolítani. A tisztított gázban lévő folyadékcseppeket cseppfogóval választják le. Ez a készülék tulajdonképpen egy összetett porleválasztó: ülepítőkamra, nedves ciklon, permetező mosó és cseppleválasztó részekből áll. A gáztiszítás hatásos módja a nedvesített felületű töltetes készülékek, ahol olyan olajat használnak, amelynek kicsi a gőznyomása, gyanta- és savmentes, gyakorlatilag nincs szaga. Ezeket a „szűrőket“ időszakosan le kell mosni. Portalanítási hatásfokuk eléri a 90-97%-ot is -44- A szén-dioxid kibocsátás csökkentése és a CO 2 -kvóta A szén-dioxid emisszió csökkentésére kvóta rendszert dolgoztak ki és ezzel egyfajta kereskedelmet is. Ez azt jelenti, hogy az országok számára megállapítottak egy kvótát, ami megfelel a kyotói

megállapodásban előírt csökkentésnek. Az ezen felüli kibocsátást büntetik A kvóta betartására két dolgot tehetnek: fejlesztésekkel, korszerű beruházásokkal csökkentik a CO 2 kibocsátást, vagy a plusz kibocsátást eladják a központilag meghatározott áron olyan cégnek, országoknak, amelyik nem merítette ki a saját kvótáját. ENSZ klímakonferenciák: 1972. Stockholm: Az első környezetvédelmi konferencia, melyben a résztvevők kötelezettséget vállaltak, hogy megóvják, és jobbá teszik az ember környezetét a mai és a jövő nemzedékek számára 1992. Rio de Janeiro: keretegyezmény, 160 ország: A fenntarthatóság elveit foglalja magában a Riói Nyilatkozat Megnyitották aláírásra a Biológiai Sokféleségről szóló Egyezményt és az Éghajlatváltozási Keretegyezményt. 1995. Berlin: konkretizálás, ill az üvegházhatású gázok kibocsátásának mérséklése 1997. Kyoto: 2010-re az 1990-es CO 2 kibocsátás 5 %-os csökkentése

1998. Buenos Aires: piacorientált megoldások, vita az emisszió-kereskedelemről, megegyezés nélkül 2000. Hága: Megállapodás a Kyotói jegyzőkönyvben kitűzött célok gyakorlati megvalósításáról A jegyzőkönyv konkrét csökkentési kvótákat ír elő a 38 legfejlettebb ország számára, amelyeknek a 2008 és 2012 közötti időszakig átlagosan 5,2 %-kal kellene csökkenteniük az üvegházhatást előidéző gázokat, legfőképp a CO 2 kibocsátását az 1990. évi szinthez képest A konferencia teljes kudarcba fulladt 2001. USA: nem fogadja el a kyotói megállapodást 2002. Johannesburg: nyilatkozat a fenntartható fejlődés gazdasági feladatairól, a szegénység felszámolásáról, a globalizáció egyenlőtlen költség és haszonviselésének kiegyenlítéséről, a deklaráltan pusztuló környezet védelmének hangsúlyozásáról. 2005. Montreal: életbelép a kyotoi megállapodás A világ legnagyobb szennyezői, fejenkénti CO 2 kibocsátás szerint:

Katar, Bahrein, Egyesült Arab Emirátusok, Kuvait, Szingapúr, USA, Luxemburg, Ausztrália, Kanada, Szaúd-Arábia stb. Marrakechi megállapodás, 2001.: A Kiotói Jegyzőkönyv lezárása, az emisszió kereskedelem részleteinek lefektetése. A megállapodás szabályozza: - az előírt mennyiségek meghatározását, a kibocsátási egységek kiszámításának módját; - büntetéseket, szankciókat; - nyilvántartási rendszerek felállítását; - a kiotói mechanizmusok (együttes megvalósítás, tiszta fejlesztési mechanizmus, emissziókereskedelem) feltételet, stb. -45- A kiotói rugalmassági mechanizmusok: Az együttes megvalósítás (Joint Implementation) - Az aláíró országok együttesen teljesíthetik kibocsátás-csökkentési vállalásaik egy részét. - Ha a csökkentés nagyobb beruházási költséggel jár otthon, mintha a beruházó ugyanezt a tőkét más országban fektetné be, akkor joga van a tőkét egy másik ország beruházásához felajánlani.

- A csökkenésnek megfelelő emisszió-mennyiséget a beruházó és a befogadó állam között osztják meg. - Lehetnek: - megújuló energiaforrás alapú erőművek, - szemétlerakók gázkibocsátásának csökkentése, - erőművek tüzelőanyag-váltása. - Szigorú ellenőrzés, igazolás - Pl. Kazincbarcika, szén erőmű biomassza (fa) tüzelésre, 2002 A tiszta fejlesztési mechanizmus (Clean Development Mechanism) - Fejlődő országok segítése a fenntartható fejlődés és az éghajlat védelmének elérésében. - Ha valamelyik ország kibocsátás-csökkentő beruházást valósít meg egy fejlődő országban, akkor az így elért emisszió-csökkentést jóváírhatja saját vállalásainak elszámolásakor, azaz a megvalósított emisszió-csökkentő projektek után emissziós jogokra tesz szert. - Az országok a kibocsátás-szabályozási kötelezettségeiknek csak egy részét teljesíthetik ilyen megoldással, de nincs számszerűsítve, hogy mekkora

részét. Az emisszió-kereskedelem - A nemzeti emisszió-kereskedelmi rendszerekben résztvevő vállalatok számára meg kell határozni egy emissziós kibocsátási plafont, és amennyiben az egyes vállalatok ezt a plafont túllépik, vagy esetleg nem érik el, úgy a hiányzó résszel, ill. felesleggel a nemzetközi piacon kereskedhetnek, ami által költségük merül fel, ill. profitot képeznek - A szennyezési jogoknak kialakul egy árfolyamuk, és tőzsdei áruvá válnak. - Magyarország Kiotóban 6%-os csökkentést vállalt 2008-2012-re az 1985-87-es évek átlagához viszonyítva. - Ha ennél a szintnél alacsonyabb lesz a kibocsátásunk, úgy a fennmaradó egységeket a kialakuló nemzetközi piacon értékesíthetjük. A haszonból lejön az elosztási költség Elosztási módok:  Árverés (aukció): • Az állam árverésen értékesíti a kibocsátási jogokat a létesítményeknek. • Nincs szükség bonyolult egyeztetésekre a vállalatok között. • Az

egyes vállalatok eldöntik, hogy mennyi kibocsátási jogot kívánnak eladni, ill. vásárolni, és ennek helyszíne az aukció. • Az aukción értékesített jogokból befolyó bevétel az állam tulajdona, amivel az szabadon gazdálkodhat.  Szétosztás (grandfathering): • A kibocsátási jogok ebben az esetben ingyenesen kerülnek elosztásra. Az állam minden egyes vállalatnak meghatározott mennyiségű kibocsátási jogot ad. • A vállalatok a bázisévhez viszonyított kibocsátásuk szerint kapják meg a kvótákat, és attól függően, hogy alul-, vagy túlteljesítették a számukra kijelölt plafont, kereskedhetnek a jogokkal. • Ez a megoldás lényegesen olcsóbb a vállalatok számára, hiszen a számukra előírt kibocsátási plafonig nem kell fizetniük a jogokért.  Kiigazítás (updating): • Itt sem kell a jogokért fizetni, azonban az egyes vállalatoknak járó jog nagyságát befolyásolja a vállalat teljesítmény mutatója (árbevétel,

energiafelhasználás, stb.) Európai Unió emisszió-kereskedelmi rendszere (Emission Trading Scheme – ETS): Az 1. kereskedési időszak (2005-2007): -46- A rendszer első szakasza sikeresen kialakította a kibocsátási egységek uniós szintű szabad kereskedelmét, valamint létrehozta a nyomon követéshez, jelentéstételhez és hitelesítéshez szükséges infrastruktúrát, ide értve a kibocsátási egység-forgalmijegyzékeket. A rendszer a világ legnagyobb egységes CO 2 -piacává vált, amely mennyiségi szempontból a globális CO 2 piac 67 %-át, értékben pedig 81 %-át teszi ki. Néhány tagállamban és ágazatban túlságosan sok kibocsátási egységet osztottak ki, előrejelzésekre hagyatkoztak, még nem álltak rendelkezésre hitelesített kibocsátási adatok. A 2. kereskedési szakasz (2008-2012): A Balti államok tervezetét kellett legnagyobb mértékben lecsökkenteni. Szlovénia, Franciaország, az Egyesült Királyság, Írország és Spanyolország

megfelelő javaslatokat tettek. A Bizottság a 2005-ös szint alatt átlagosan 6,5 %-ban határozta meg az ETS rendszerbe tartozó ágazatok második kereskedési időszakra vonatkozó nemzeti kibocsátásait. Így mind az EU egésze, mind a tagállamok egyenként előrelépést érnek el a kiotói kvótavállalások teljesítésében. A rendszer jelenleg kb. 12000 ipari létesítményt foglal magába szerte az EU-ban, ideértve erőműveket, olajfinomítókat, acélműveket, amelyek az EU CO 2 -kibocsátásának közel felét teszik ki, és amelyek a kiosztási listák alapján közel 2,1 milliárd tonna CO 2 kibocsátási joggal rendelkeznek. Az irányelv biztosítja a jogi kikényszeríthetőséget is, valamint meghatározza az esetleges bírság mértékét, amely az első kereskedési szakaszban tonnánként 40 euró volt, míg a másodikban 100 euró. A bírság nem mentesíti az üzemeltetőt az alól, hogy a hiányt a következő évben egységek átadásával pótolja. A 3.

kereskedési időszak (2013-2020): Bár az EU ETS harmadik időszaka csak jó pár év múlva kezdődik, az arra vonatkozó változtatási tervek már igen korán megjelentek. Németország indítványozására 2008. január 13-án elfogadásra került a jövőbemutató, 2013-ban kezdődő kereskedési szakaszra vonatkozó javaslatcsomag. A javaslatcsomag három fő pilléren áll: - Az uniós üvegházhatású gázkibocsátás 20%-kal történő csökkentése 2020-ig, illetve 30%-os csökkentés egy új, érdemleges nemzetközi megállapodás esetében, - A megújuló energiaforrások használatának 20%-kal történő növelése, valamint - 10 %-os bioüzemanyag részesedés-növelés a teljes üzemanyag-felhasználásban. Az ETS hatályának kiterjesztése: Jelenleg csak a CO 2 -kibocsátást szabályozza. 1999-ben az EU-ban az üvegházhatású gázok több mint 80 %-át a CO 2 tette ki. A többi üvegházhatású gáz kibocsátásának ellenőrizhetősége eléggé bizonytalan. A

CO 2 emissziója ezzel szemben a tüzelőanyag-fogyasztás mérésével könnyedén számon tartható. Mindez nem csak technikailag egyszerű, de költséghatékony is. Most úgy tervezik, hogy a kőolajszármazékokból, valamint az ammónia- és az alumíniumgyártásból származó CO 2 -kibocsátást is bevonnák a rendszerbe, ugyanígy a salétromsav, az adipinsav és a glioxilsav gyártásából származó NO 2 -kibocsátást és az alumíniumágazat gázkibocsátását is. A légi közlekedés jelentős üvegházhatású gázkibocsátási tényező az EU-ban, tervezik ennek bevonását is a rendszerbe. Magyarország helye az EU ETS rendszerében: Magyarország esetében a bázisév az 1985-1987 évek átlaga. Ekkor az ország 98536 kilótonna nettó üvegházhatású gázt bocsátott ki. A kiotói vállalások szerint ezt 92624 kilótonnára kellene lecsökkenteni. A kiotói konferencia évében, 1997-ben a kibocsátásunk 72649 kilótonna volt, ez a vállalás tulajdonképpen

27,5%-os növelésre adott lehetőséget. Az első magyar kereskedési időszak (2005-2007). A kiosztásra kerülő kvóták a következő elemekből álltak: - a meglévő létesítmények részére ingyenesen kiosztott kibocsátási egységek (95.5 %), - a térítés ellenében kiosztásra kerülő egységek (2,5 %), - az új belépők részére elkülönített egységmennyiség (2%) -47- Az 1. kereskedési időszakban kiosztásra került kvóták száma 30,2 millió t, de ebből csak kb 26 milliónyi volt a tényleges kibocsátás. A többit értékesíthették a vállalatok: - Mátrai Erőmű Zrt., - DUNAFERR Dunai Vasmű Zrt., - Vértesi Erőmű Zrt., - Duna-Dráva Cement Kft., - MOL Nyrt. 2005-höz képest 2006-ban 2 %-kal csökkent a kibocsátás, ami 78,6 milló tonna, 32 %-kal kisebb, mint a rendszerváltás előtt. Az aukciókra vonatkozó jogszabály szerint a bevétel a központi költségvetést illeti úgy, hogy „az árbevételből befolyó összeg kormány által

meghatározott hányadát a kibocsátás-csökkentéssel összefüggő tevékenységekre, ill. a megújuló energiaforrások támogatására kell a költségvetésnek fordítania”. A 2. hazai kereskedési szakasz (2008-2012): Magyarország a kiosztási tervében 30,8 milliónyi kibocsátás engedélyt kérvényezett, de csak 26.9 milliónyit ítéltek meg. - 2008. szeptemberi aukció során 2 millió tonnányi kvóta eladás Belgiumnak - 2008. novemberi aukció során 6 millió tonnányi kvóta eladás Spanyolországnak Az ár titkos. A Point Carbon forrásai szerint hazánk szeptemberben 14-15 euróért (4000 forint körüli összeg) kínált egy egységnyi kvótát. Ezen túlmenően 69-89 millió egységre becsülik a 2012-ig felhalmozódó kvóták mennyiségét. Ha kvótánként 4000 forinttal számolunk, az legalább 276 milliárd forint bevételt jelenthet Magyarországnak, de elérheti a 356 milliárd forintot is. - Az első időszakhoz képest több mint 4 millió egységgel

kevesebbet kapott a villamosenergia-ipar, de jóval kevesebbet kapott a kokszolás és az acéltermelés is. - Lényegesen többet különítenek el az új belépőkre: míg az előző szakaszban 633.218 egységet szántak nekik, a mostani időszakban ez az érték 2 millió fölé emelkedett. - Új elemeket is találunk, mint a földgázszállítás és -tárolás, vagy a bioüzemanyag gyártás. - A teljes mennyiséghez hozzáadható a közös végrehajtású projektek tartalékrésze, ami jelen esetben 507.480 egység lett - 2008. január 1-jétől 4 újonnan bevonandó létesítmény szerepel: - a Tiszai Vegyi Kombinát Rt. pirolízis üzeme, - a Columbian Tiszai Koromgyártó Kft létesítménye, - a Rockwool Hungary Kft. gógánfai és tapolcai létesítményei Érdekesség: CO 2 -kvótákból képez válságtartalékot a zöldtárca (2009.02): A környezetvédelmi minisztérium 20 milliárd forintos megtakarítást vállalt 2009-ben a kormány felé, amit a szaktárca az idén

esedékes, a kiotói jegyzőkönyv szerinti CO 2 -kvóta értékesítés zárolásából fedez, jelentette be Szabó Imre környezetvédelmi miniszter a hétfői kormányszóvivői tájékoztatón. Ez azt jelenti, hogy a 2009-ben eladott CO 2 -kvótákból származó bevétel egészét egyelőre nem fordítják olyan mérhető zöldberuházásokra, amelyek csökkentik a kibocsátást, hanem egy részéből tartalékot képeznek. Az így félretett 20 milliárd forintot ugyanarra a célra költik majd el később, mint amire eredetileg fordították volna, a zárolás tehát nem végleges. A CO 2 -kibocsátás lehet a szennyezés új mértékegysége (MTI): Egy pohár tea, egy bélszín, egy vasúton megtett kilométer: a jövőben bármilyen emberi fogyasztást vagy tevékenységet egy új mértékegységgel, a vele járó CO 2 -kibocsátás grammjával lehet értékelni, számba véve, hogy az adott tevékenység elvégzése mennyivel növeli az éghajlat felmelegedését okozó

gázok mennyiségét a légkörben. -48- A levegő, mint ipari nyersanyag A levegő a vízhez hasonlóan a földi élet feltétele. A levegő technológiai hasznosításának főbb területei: - az égés (oxidációs folyamatok) egyik feltétele, - energiaszállító (fűtő- és hűtőközeg), - szilárd és folyékony halmazállapotú anyagok szállítóközege (pl. fluidizáció, ciklonok), - szárítás, porlasztás, - szabályozás (sűrített levegő) A levegő legfontosabb komponensei: N 2 , O 2 , Ar, CO 2 , Ne, H 2 , He, CH 4 , Kr, NO X , Xe. A levegő alkotórészeinek forráspontja nagyon különböző, ami lehetővé teszi a cseppfolyósítást követő desztillációs szétválasztást. A levegő cseppfolyósítása a Joule-Thompson effektussal lehetséges, melynek lényege, hogy a reális gázok belső energiája függ a térfogatuktól, s ha inverziós hőmérsékletük alatt kiterjednek, lehűlnek. A N 2 és az O 2 inverziós hőmérséklete 700 K, ill. 1000 K körül

van A cseppfolyósításhoz a levegőt először portalanítják, majd töltött oszlopon keresztülvezetve NaOH oldattal kimossák a CO 2 -ot, a vizet pedig szilikagélen vagy zeoliton kötik meg. Linde-eljárás: A komprimálás során felmelegedett levegőt vízzel lehűtik, majd hőcserélőben felveszi az ellenáramban haladó expandált hideg levegő hőmérsékletét. Ezután expanziós szelepen kiterjedve tovább hűl és egy része kondenzálódik. A nem cseppfolyósodott hideg levegőt a hőcserélőn keresztül visszavezetik az újabb kompresszióra és itt vezetik be a friss levegőt is. Energetikailag hatékonyabb az izoentrópikus expanziós cseppfolyósítás, ugyanis ekkor a kiterjedő levegő egy expanziós motorban még külső munkavégzésre is használható. A cseppfolyósodott levegőt ezután rektifikáló kolonnába vezetik, ahol az O 2 fenéktermékként távozik, a fejtermék a gázalakú N 2 , aminek egy részét újra kondenzálják és refluxként vezetik

vissza az oszlop tetejére. Nagyobb kapacitású termelésnél gazdaságos lenne a nemesgázok kinyerése is. A He és a Ne a kolonna tetején gázhalmazállapotban dúsul fel, az Ar-t az oszlop alsó tányérjáról vezetik el oldatpárlatként. A Kr és a Xe kinyerése a legegyszerűbb, mivel a levegő 10 %-ának cseppfolyósítása elég ahhoz, hogy ezeket a „nehéz” nemesgázokat eltávolítsák a levegőből. Nyomáslengetéses adszorpció: Ez a technológia a kriogén eljárás gazdaságos technológiája. Az adszorpciós elválasztás lehet egyensúlyi (az adszorpció erősségének különbsége alapján). Adszorbensként zeolitot vagy szén alapú molekulaszitát használnak A zeoliton az egyensúlyi elválasztás történik, mivel az O 2 kevésbé abszorbeálódik, mint a N. A szén alapú molekulaszitán a két gáz nagyjából azonos erősséggel kötődik, viszont az O 2 diffúziója gyorsabb, mivel kisebb a mérete, mint a N 2 -nek. A nyomáslengetéses adszorpcióval

szén alapú molekulaszitán 95-99 %-os tisztasággal lehet előállítani N 2 -t. Amikor az abszorbens O 2 -nel telítődött, akkor az abszorbens ágyat nyomáscsökkentéssel regenerálják. Ha O 2 előállítása a cél, akkor zeolitot alkalmaznak, amelyen a N 2 abszorbeálódik, míg az O 2 visszamarad a gázfázisban. Ezt az eljárást vákuumos nyomáslengetéses adszorpciónak is nevezik. -49- Membránszeparáció: A levegőkomponensek membránon való diffúziós tényezőjének különbségén alapul. A szennyezésektől, nedvességtől és CO 2 -tól megtisztított levegőt membránmodulokba vezetik. A membránok polimerekből, fémekből, fémoxidokból és kerámiákból készülnek. A folyamat során a N 2 a nagynyomású, az O 2 (a membránon átjutva) a kisnyomású fázisban jelenik meg. A kriogén desztillációs eljárásokat akkor alkalmazzuk, ha nagy mennyiségű terméket akarunk előállítani, ill. ha nagy tisztaságú gáz, vagy cseppfolyós termékek

előállítása szükséges. A levegő alkotórészeinek ipari hasznosítása: Oxigén: tüzeléstechnikában, salétromsavgyártás, ózon előállítása, vasgyártás, acélipar, robbanóanyagipar; Nitrogén: ammónia-szintézis, műtrágyaipar, hűtő- és védőgáz; Hélium: mesterséges levegő, fagyasztás, nukleáris reaktorok hűtése; Ne, Kr, Xe: világítástechnika; Argon: világítástechnika, ívhegesztésnél védőgáz. • A levegő alapvető nyersanyag a vasgyártás során. A kohók 20-30 m magasak, melyben több zónát különíthetünk el. A fő szakasza a redukáló zóna, ahol 600-800°C-os hőmérsékleten játszódnak le a redukciós folyamatok. A CO ennél alacsonyabb hőmérsékleten redukál A redukció a kohóban lépcsőzetesen megy végbe: • Fe 2 O 3 Fe 3 O 4 FeO Fe A redukciós zónában a karbonátok CO 2 képződés közben bomlanak, és a SiO 2 -dal salakot képeznek. A kohó alsó része az olvasztó zóna, ahol 1000-1500°C van és itt ég el

a koksz a befúvatott levegő hatására. A kohó tetején távozó melléktermék a torokgáz, mely 25-30 % CO-ot tartalmaz, N 2 és CO 2 mellett. Megfelelő tisztítás után a kohóba befúvatott levegő előmelegítésre hasznosítható. Hazánkban Dunaújvárosban működik nagyolvasztó. • A modern konverteres acélgyártás során is fontos jelentőséggel bír a levegő felhasználása. Itt ugyanis az olvadt nyersvashoz („oxigénlándzsával”) nagy nyomással oxigént adagolnak, ami ezáltal intenzíven keveri és kémiai kölcsönhatásba is lép a fémmel. A konverteres acélműhöz tartozik egy külön oxigéngyár és egy mészégető üzem is. • A nitrogén előállítása nagynyomású ammóniaszintézissel könnyen megvalósítható: N 2 + 3 H 2 ↔ NH 3 A reakció mechanizmusának lényege a reaktánsok disszociatív adszorpciója a katalizátor felületén. A reakciósor sebességmeghatározó lépése a N 2 molekula hármaskötésének megbontása, azaz az

atomos kemiszorpció. A szintézisgáz előállítása során a N 2 -t a levegő cseppfolyósítását követő desztillációval nyerik. A szintézisgáz tisztítása is szükséges, mert a katalizátor igen érzékeny. Ezért a metanizálás során a CO és CO 2 maradékokat Ni-katalizátoron metánná hidrogénezik, ami a szintézis szempontjából inert gáznak minősül. A szintézis első lépése a gázelegy sztöchiometrikus összetételének beállítása, amit kompresszió követ. A gázelegy ezután lép be a reaktorba, ahol lejátszódik a reakció. A kilépő gázelegyből az ammóniát cseppfolyósítással távolítják el. Az át nem alakult szintézisgázt recirkuláltatják, melynek során az inert gázok (CH 4 , Ar, nemesgázok) feldúsulhatnak, mert a friss gázzal folyamatos az utánpótlásuk, és nem távoznak el, mert csak az ammónia cseppfolyósodik. Ez azért káros, mert csökken a H 2 és a N 2 parciális nyomása, tehát el kell őket távolítani. • A

salétromsav előállítása az ammónia katalitikus oxidációjával történik. Az oxidáció során először NO képződik, amit tovább oxidálnak NO 2 -dá, hogy HNO 3 képződhessen. Az NO oxidációjakor párhuzamosan végzik az NO 2 elnyeletését az abszorpciós oszlopokban, és a képződő nitrogén-oxidok vízzel reagálnak, ami salétromossav képződéséhez vezet. Ez részben újra NO-ra bomlik, ami ismét a gáztérbe kerül, s újabb oxidációt és abszorpciót igényel a folyamat. -50- • A salétromsav a műtrágya alapanyaga, mivel a növények többsége csak a talajból tudja felvenni, mint tápelemet. A nitrogénműtrágya kulcs vegyülete az ammónia A nitrogénműtrágyák lehetnek ammóniumnitrát, ill karbamid alapúak -51-