A földből kiásott vagy kiszivattyúzott, aztán motorokban és kazánokban elégetett fosszilis tüzelőanyagok - a szén, az olaj és a földgáz - a legtöbb ipari országban az energia 90 százalékát vagy még többet, világszerte pedig az energia 75 százalékát.Közülük a legkényelmesebb és a legáltalánosabban előforduló kőolaj áll az élen, ez a XX. századot alakító és jelenleg pótolhatatlannak látszó energiaforrás.

A műszaki, közgazdasági, társadalmi és környezeti irányzatok tüzetes vizsgálata azt sugallja, hogy immár a korai szakaszában lehetünk egy világméretű energiaváltozásnak, mely valószínűleg a következő évszázad elején fel fog gyorsulni.

Bár a jövő, mint mindig, nem látható előre, előbukkanhatnak már egy új energiarendszer homályos körvonalai, részben egy sor forradalmian új technológiának és megközelítési módnak köszönhetően. Ezek a fejlemények azt vetítik előre, hogy a jövendő energiagazdaságunk nagyon hatékony és decentralizált lehet sokféle kifinomult elektronikai újdonság alkalmazásával. E rendszer számára az elsődleges erőforrások a Föld legbőségesebb kincsei lehetnek: a napfény, a szél és más megújuló energiaforrások. A fő üzemanyag és energiaforrásként pedig a XXI. században a hidrogén, a világegyetem legkönnyebb és legbőségesebben előforduló eleme lehet; vagy a napenergia, amely hatékonyan felhasználva “kimeríthetetlen” forrást biztosít.

Lehet, hogy a következő évszázadot éppen úgy alakítja a fosszilis tüzelőanyagoktól való eltávolodás, mint amennyire ezt a századot jellemezte a feléjük való haladás. Bár egy másik rendszer teljes kifejlődése és kiépítése több évtizedik is eltarthat, az alapot jelentő piacok a következő néhány évben hirtelen válthatnak, hiszen egy-két éven belül elsorvaszthatják a hagyományos erőművek és autók kereskedelmét, és befolyásolhatják számos vállalat részvényeinek árfolyamát. Az országok gazdasági egészsége - és politikai hatalma - jelentős mértékben erősödhet vagy gyengülhet. Az iparágak, a városok, a falvak és az otthonok átalakulásának módjait pedig ma még épp csak sejteni lehet.

A történelmi korok folyamán az emberi társadalmak fejlődése és az energiafogyasztási szokások változásai kölcsönösen befolyásolták egymást. A következő energiaforrás váltása viszont különösen nagy jelentőségű lesz. A mai energiarendszer teljesen megkerül mintegy kétmilliárd embert, aki nélkülözi a modern üzemanyagokat vagy a villanyáramot, és rosszul szolgál ki további kétmilliárdot, aki nem engedheti meg magának az energia legtöbb jótéteményét, például a hűtést vagy a melegvizet. Ráadásul a nem megújuló erőforrások gyors kimerítésével és több milliárd tonna kipufogógáz légkörbe juttatásával olyan folyamatokra építettük a gazdaságot, melyek nem tarthatók fenn még egy évszázadig. Az új energiarendszer alapjainak letételére ma tett erőfeszítések több milliárd ember életére fognak hatni a huszonegyedik században és azután.

Az energiaváltás nem légüres térben megy végbe. Az elmúlt váltásokat a műszaki változás, valamint társadalmi, gazdasági és környezetvédelmi erők egész sora hajtotta. Egy olaj alapú gazdaság kibontakozását e század elején például gyors tudományos előrelépések, az ipargazdaság növekvő szükségletei, a füst és trágya alakjában halmozódó városi környezeti gondok, továbbá az embermilliók magasabb életszínvonalra és nagyobb mozgási szabadságra törekvése befolyásolta.

A forrás korlátai olyan erőt jelentenek, mely segíthet abban, hogy a világ a következő évtizedekben eltávolodjon a fosszilis tüzelőanyagoktól. Ma a kereskedelemi fogyasztás 30 százalékát kitevő olaj a fő energiaforrás; a földgáz környezeti szempontból előnyben részesített alternatívaként merült fel sok felhasználási területen, s részesedése 23 százalék; a szén megtartotta kulcsszerepét az áramtermelésben, és 22 százalékos arányt képvisel a teljes energiafogyasztásban. Mind a földgázból, mind a szénből elegendő mennyiség van ahhoz, hogy a huszonegyedik század végéig vagy azon is túl kitartson - az olaj viszont nem. Ma az olcsó kőolaj kimerülésének veszélyével állunk szemben.

Bár az olajpiacok több mint egy évtizedig viszonylag stabilak voltak, a valós árak pedig 1998-ban megközelítették a történelem folyamán feljegyzett legalacsonyabb értékeket, az alapot adó erőforráskészlet nagyon kis mértékben növekedett. A ma termelt olajnak körülbelül 80 százaléka 1973 előtt felfedezett mezőből származik, melyek közül a legtöbb leszálló ágban van. A világ össztermelése 10 százaléknál kisebb mértékben növekedett két évtized alatt. Geológusok nemrég a világ olaj- erőforrásainak adatait elemezve úgy becsülték, hogy durván egybillió hordó olajat lehet még kitermelni, 800 milliárdnyit már elhasználtunk. Ez azt jelenti, hogy az eredetileg kitermelhető készletnek majdnem a fele elfogyott. E számokból következtetve előrevetíthető, hogy a világtermelés 2010- ben fogja elérni a csúcsot, aztán pedig hanyatlani kezd. Vannak olyan olajszakértők, akik derűlátóbbak az erőforrások tekintetében. Becsléseik alapján is mindössze egy évtizeddel tolódna későbbre a termelés csúcsa.

A gond nemcsak az, hogy jelenleg a fogyasztás elég nagy - naponta 67 millió hordó - , hanem az, hogy túl sok, többségében saját olajjal nem rendelkező fejlődő ország növelni akarja a személy - és teherautó- használatott. Ha Kína, India és a fejlődő világ többi részének növekvő szükségleteit az ipari országok igényeinek mai szintjén akarnák kielégíteni, akkor a világ olajtermelését meg kellene háromszorozni, még ha az ipari országok fogyasztásában nem is tételeznénk fel semmiféle növekedést.

Viszont jóval a fosszilis tüzelőanyagok teljes kifogyása előtt a használatukkal járó környezeti és egészségügyi terhek egy tisztább energiarendszer felé kényszeríthetnek bennünket. A fosszilis tüzelőanyagok égetése a légszennyezés fő forrása, s a víz és a talaj minőségromlásának egyik vezető oka. A szén és az olaj égetése szén- monoxidot és apró részecskéket termel, melyeket tüdőrákkal s más légzőszervi betegségekkel hoztak összefüggésbe; a nitrogén és a kén- oxidok városi szmogot és az erdőket nagymértékben károsító savas esőt hoznak létre. Az olajszivárgások, a finomítási műveletek és a szénbányászat a vízminőséget rontó, mérgező anyagokat szabadítanak fel. Az olajkutatás egyre inkább széttöri az ökológiai rendszereket, a szénbányászat pedig a területeket - hegyeket tűntet el. A szennyezés- szabályozás az utóbbi évtizedekben a legtöbb ipari országban javította a levegő minőségét, de viszont a fejlődő világ országaiban (Mexikó, Brazília, India, Kína stb.) a növekvő szénfogyasztásuk miatt a levegő minősége igencsak romlott. Így összesítve a Föld levegőminősége erőteljesen romlik. A szén égetése becslések szerint csak Kínában évente 178000 embert öl meg idő előtt.

E helyi gondikon túl a halmozódó világméretű környezeti hatások megkérdőjelezik a fosszilis tüzelőanyagra épülő gazdaságot. Csak az utóbbi időben vált nyilvánvalóvá, hogy a fosszilis tüzelőanyagok által termelt szén felborítja a Föld sugárzási egyensúlyát, és a bolygónk melegedéséhez vezet. A fosszilis tüzelőanyagok égetése 30 százalékkal növelte meg a hőt csapdába ejtő szén- dioxid gáz légköri koncentrációját az ipari kor előtti idők óta. A földgolyónkon mért hőmérsékletek elérték a legmagasabb szintet a középkor óta. A szakemberek úgy vélik, hogy az emberi tevékenység véget vethet az utóbbi 10000 év folyamán tartó viszonylagos éghajlati stabilitás időszakának, mely a mezőgazdasági és ipari társadalom felemelkedését lehetővé tette. A légköri szén- dioxid- koncentráció biztonságos szinteken való stabilizálása a jelenlegi szénkibocsátás 60-80 százalékos csökkentését követeli meg a legjobb tudományos becslések szerint.

Az utóbbi években a tudósok széles körben dokumentáltak olyan folyamatokat - hátráló gleccsereket, emelkedő tengerszinteket, pusztuló korallzátonyokat, terjedő fertőző betegségeket, vándorló növényeket és állatokat -,melyek egy melegebb világ előjelei lehetnek. Az 1998- as rendkívüli hőség a szokatlanul heves El Nino jelenséggel állt kapcsolatban, de jóval túl is mutatott azon. Az El Nino hozzájárult számos szélsőséges időjárási eseményhez, így szárazsághoz és rendkívüli tüzekhez a trópusi és szubtrópusi erdőkben Indonéziától Mexikóig; történelmi árvizekhez Kínában és Bangladesben; heves viharokhoz és járványokhoz Afrikában; valamint Észak-, Közép- és Dél- Amerikában; továbbá halálos hőhullámokhoz az Egyesült Államokban, Dél- Európában és Indiában. Az éghajlat nem lineáris rendszer, és a múltban hirtelen - akár néhány évtizeden belül - váltott át másféle egyensúlyba, egy hőmérsékleti küszöb átlépése után. Az ilyen váltások magukban hordozzák mind a természeti világ, mind az emberi társadalom szétrombolásának lehetőségét. A korábbi változások valóban egybeestek számos ősi civilizáció összeomlásával.

Ma a gazdaság gyorsan növekvő ágazatai nem az élelmiszer- vagy a gépkocsigyártás, hanem a szoftver, a telekommunikáció és a szolgáltatások - a pénzügyektől és hírektől az oktatásig és szórakoztatásig. Az információs forradalomnak is meglesz - ahogy az ipari forradalomnak is megvolt - a saját energiaszükséglete, és díjazni fogja a megbízhatóságot. A mai rendszerek is központosítottak, míg a szolgáltató gazdaság nagy része távoli, az interneten keresztül összekapcsolt telephelyekről irányítható, és helyhez kötöttebb, önállóbb energiaellátást igényelnek, mint amit az elektromos hálózatok vagy gázvezetékek nyújtani tudnak. Ahogy a vízkerék esetében, úgy az olajnál is: lehet, hogy az új gazdaság növekvő igényeit nem fogja kielégíteni az az energiarendszer, amely elindulását segítette.

A fejlődő országok igényeit minimális költséggel kielégíteni képes technológiák ezért kiemelkedő szerepre számíthatnak az új energiarendszer kialakulásának időszakában.

Ma új energiarendszer van születőben az elektronika, a szintetikus anyagok, a biotechnológia és a szoftver századvégi történetében. Az elektronikus eszközök megnövekedett feldolgozó képességét és kicsinyítését ígérő szilikon félvezető chip lehetővé teszi, hogy az energiafogyasztás közelebb kerüljön a szükségletekhez. A chipek szélesebb körű használata a hatékonyságot növeli készülékek, épületek esetében, s az iparban és a szállításban, lehetővé téve majdnem minden energiafogyasztó eszköz pontos vezérlését.

Az elektronikus szabályzók révén egy sor kis léptékű moduláris technológia képes felvenni a versenyt a huszadik század nagyüzemi energetikai eszközeivel.

A szélenergia akkor merült fel komoly lehetőségként villamos áram előállítására, amikor dán mérnökök fejlett műszaki eljárásokat és anyagokat kezdtek alkalmazni az 1970 -es években. A későbbiekben már változtatható hajlásszögű, üvegszálas, 40 méter hosszúságú lapátokkal, elektronikusan változtatható sebességű hajtóművekkel és kifinomult mikroprocesszoros szabályozókkal működnek. A szélenergia jelenleg fel tudja venni a gazdasági versenyt a fosszilis tüzelőanyagból előállított villamos árammal, az 1998 -ban durván 2 milliárd főszerep dollárosra értékelt piac pedig több mint 25 százalékkal növekszik évente.

A vegyiparban és anyagtudományokban elért eredmények is főszerepet játszanak az energia területén azzal, hogy kifinomult, pehelykönnyű anyagokat kínálnak, melyek a mozgó alkatrészek kopása nélkül működnek. Például a legújabb elektrokémiai ablakburkolatoknál az időjárási viszonyoknak és a napszaknak megfelelően állítható be a hő és fény tükrözése vagy elnyelése.

A Nap energiaforrásként való használatát a modern technológia szintén megújította. A fotovoltaikus napelemet - a napsugarat közvetlenül elektromos árammá alakító félvezető eszköz - széles körben használják hálózaton kívül például műholdak és távolsági kommunikációs rendszerek áramforrásaként, továbbá elektromos fogyasztási cikkekben, például zsebszámológépekben és órákban. Az elem hatékonyságának növelése és az anyagok fejlesztése 80 százalékkal csökkentette a költségeket az elmúlt két évtizedben, s a napelemeket zsindelyekbe, tetőcserepekbe és ablaküvegbe építik be, lehetővé téve, hogy az épületek megtermeljék saját villanyáramukat. A paicok fellendülőben vannak. A napelemek árának további 50 - 75 százalékkal kell esniük, hogy teljesen versenyképesek legyenek a szénből előállított villamos árammal, de az automatizált gyártás, a nagyobb gyárak és hatékonyabb elemek további költségcsökkenést ígérnek a közeljövőben. A félvezetőkutatás a napelem egy közeli unokatestvére, “termofotovoltaikus” elem kifejlesztését is táplálja, mely ipari hulladékhőből tud áramot előállítani.

Az energiarendszer átalakítására leginkább képes technológiát, az üzemanyagcellát először 1829 -ben, öt évtizeddel a belső égésű motor előtt találták fel. Az üzemanyagcella számottevő érdeklődést keltett a századfordulón, de javítani kellett a hatékonyságán, mielőtt az Egyesült Államok űrprogramja az 1960 -as években elsőként alkalmazta. Az üzemanyagcellák egy elektrokémiai eljáráson alapulnak, mely a hidrogén és az oxigén vegyítésével vizet és villamos áramot termel. Az égéssel járó rossz hatásfokot elkerülve a mai legjobb cellák nagyjából kétszer olyan hatékonyak, mint a hagyományos motorok, nincsenek mozgó alkatrészeik, kevés karbantartást igényelnek, szinte zajtalanok, és csak vízgőzt bocsátanak ki. A mai erőművektől eltérően majdnem olyan gazdaságosak, mint nagyüzemin.

Bár az első üzemanyagcellák most földgázzal működnek - mely hidrogénre és szén -dioxidra bontható -, hosszú távon a víztől villamos áram segítségével elválasztott, tiszta hidrogén hajthatja őket - ez az elektrolízisként ismert eljárás. A kutatók különböző katalizátorokat is vizsgálnak, melyek napfénnyel megvilágított vízbe helyezve egyszer majd olcsó hidrogént állíthatnak elő. A vegyészek a közelmúltban kifejlesztettek egy napenergiával működő “ vízbontót”, mely majdnem kétszeresére növeli a napenergia hidrogénné alakításának hatékonyságát. Egyes tudósok megjegyzik, hogy ha megtalálnák a víz elektrolizálásának olcsó és hatékony módját, az olyan uralkodó energiahordozóva tehetné a hidrogént a huszonegyedik században, amilyen az olaj volt a huszadikban.

Míg a huszadik századra a nagyobb létesítmények, valamint az energiaforrás és felhasználás közötti hosszabb távolságok voltak jellemzőek, az új technológiák oda helyeznék a megfizethető, megbízható és megközelíthető áramellátót, ahol arra szükség van. Egy decentralizált, kis léptékű áramtermelésről lenne szó. A mai monokultúrás áramtermeléssel ellentétben egy megosztott energiarendszer az új készülékek egész sorát egyesítené: kis turbinákat üzemekben, üzemanyagcellákat alagsorokban, háztetőre szerelt napelemeket, legelőken szétszórt turbinákat.

Az információs kor - mely maga is az apró méretek és a decentralizáltság kora - segíthetne egy megosztott, megbízható energiarendszer létrehozásában az azonnali telekommunikáció és kifinomult elektronikus szabályozás réven, amely több millió egyedi generátort hangol össze, az internet jelenlegi működéséhez nagyon hasonlóan. A számítógépes és telekommunikációs cégek olyan “értelmes” energiarendszereket fejlesztenek ki, melyek telefonvonalakon, tv-kábeleken és elektromos vezetékeken küldik a jeleket. A mikrogenerátorok, sőt még az otthoni készülékek is beprogramozhatóak arra, hogy elektronikus úton továbbított árinformációkra válaszoljanak, miközben a hálózatot energiával látják el, és - hidrogén vagy egy lendkerék mozgási energiája formájában - az energiát az igények ingadozásához igazodva raktározzák el. Az áramellátás és a szükséglet közötti egyensúly e finom szabályozása növelné az új rendszer hatékonyságát, és csökkentené a szennyezést, valamint energiát és pénzt takarítana meg.

Egy megosztott energiarendszer lehetővé tenné, hogy az épületek kielégítsék saját energiaszükségletük túlnyomó részét a tetőre szerelt napelem -rendszerekkel, üzemanyagcellákkal - sőt nettó energiatermelőkké válhatnák, s a felesleges energiát az áramhálózatnak adhatnák át. Az alagsori üzemanyagcellák villanyáramot és hőt tudnának szolgáltatni napközben, az autók és az elektromos kerékpárok pedig a háztartásban előállított hidrogénnel vagy villamos árammal tölthetők fel éjszaka.

Valószínűleg az autó is át fog alakulni. A mai motorok utódai is - legyenek azok akkumulátorok vagy turbinák, lendkerekek vagy üzemanyagcellák - ösztönözni fogják a mérnököket, hogy a lehető legkönnyebbé tegyék a jármű többi részét. AZ első kereskedelmi forgalomba kerülő “hibrid elektromos” jármű, a Toyota Prius, felváltva használ motort és akkumulátort, s az üzemanyag-felhasználása kétszer olyan jó hatásfokú, mint az átlagos amerikai autóé.

Egy előregyártott elemekből összeállított energiarendszer megújuló erőforrásokkal való üzemeltetése meg fogja követelni, hogy a rendszer alkalmazkodjon a források időszakos természetéhez. Átmeneti intézkedés lehet hatékony gázturbinák, üzemanyagcellák vagy szivattyúzott vizet tároló rásegítő generátorok építése; az olyan új technológiáknak is jut szerepe, mint a sűrített levegős, a műanyag akkumulátoros, a lendkerekes és más energiaraktározó berendezések. De a megbízható, sokféleségen és megújuló forrásokon alapuló energiarendszer kulcsa a hidrogén használata lesz fő energiahordozó és raktározó közegként.

Egy hidrogén-raktározó és -szállító rendszer kifejlesztése jelentős vállalkozás lesz. Hosszú távon nagy mennyiségű hidrogén raktározására képes anyagokat, így fémötvözeteket vagy szén “nanocsöveket” fognak kifejleszteni a villamos járművek és más alkalmazási területek számára. Azt pedig, ha hidrogént nyernek földgázből az üzemanyagcellák első generációja számára, lehetővé tenné, hogy a hidrogén-gazdaságot kezdetben a kiterjedt földgáz-vezetékekre és más, már meglévő berendezésekre alapozzák. A földgázt hidrogénné átalakító, kis léptékű egységeket lakásokban, hivatali épületekben és töltőállomásokon lehetne elhelyezni. Ebből az átalakításból sokkal kevesebb szén -dioxid szabadulna fel, mint a belső égésű motorokból, és az feldolgozható lenne műanyaggá, vagy külön lehetne tárolni zárt föld vagy tenger alatti tartályokban.

A földgáz hidrogénhez vezető “hídként” való használata lehetővé tehet egy viszonylag zökkenőmentes átmenetet a megújuló energiákon alapuló rendszerbe. A hidrogént összekeverve földgázzal ugyanazokban a csövekben lehetne vezetni, majd később újjáépített, tiszta hidrogén szállítására tervezett vezetékeken és kompresszorokon keresztül továbbítani. Nagy mennyiségű hidrogént termelhetnének távoli szélgazdaságok vagy naptelepek, és azt föld alatt tárolnák; a háztulajdonosok tetőre szerelt napelemekkel termelhetnének hidrogént, és az alagsorban raktározhatnák azt.

Lehet, hogy a rendszer megváltoztatása lassan kezdődik, de gyorsan lendületbe jöhet. Az energia - átmenet ütemét és irányát azonban nemcsak a műszaki fejlesztés határozza meg, hanem az is, hogy az iparágak, a kormányzatok és a társadalmak hogyan válaszolnak rá.

A szénhidrogén század vége újrarajzolhatja az elmúlt néhány évtizedet élesen meghatározó hibás nemzetközi vonalakat. Az olaj egyenlőtlen elosztása aránytalan hatalommal ruházza fel azokat, aki ezekhez az összpontosított készletekhez hozzáférnek - különösen az Egyesült Államokat, Oroszországot és a Közel- Keletet. De mihelyt a kőolajat nem annyira “díjnak”, mint inkább veszélyes függőségnek tekintik, a nyugati gazdaságok kevésbé függenek majd a közel- keleti olajtól, és kevésbé figyelnek a térség politikai fejleményeire. A világgazdaság újabb válságba süllyedésének lehetősége is csökkenthető lenne - ma ugyanis a világ olajának több mint a fele a nemzetközi kereskedelemben cserél gazdát.

A napenergia-hidrogén gazdaság bőségesebb és egyenletesebben elosztott forrásokon alapulna. Egyes országok adottságai jobbak, mint másokéi: Mexikó, India, és Dél-Afrika kiváltképp jó helyzetben van a napenergia kihasználásához, Kanada, Kína és Oroszország pedig különösen nagy szélenergiával rendelkezik. Viszont míg egyes országok megújuló forrásokból előállított áramot vagy hidrogént tudnának exportálni, néhányan valószínűleg főként importra szorulnak majd. A nemzetközi energiamérleg inkább a világ mai élelmiszer-gazdaságához lehet majd hasonló, amelyben egyes országok nettó exportőrök, mások pedig importőrök, de a többség megtermeli saját tápláléka legnagyobb részét. Más szavakkal: az energia “közönségesebb” árucikké válna, mely nem áll folyton a nemzetközi válság határán.

Mivel a megújuló energiaforrások eloszlása viszonylag egyenletes, kevésbé valószínű, hogy az új iparágak vezető szerepét a legtöbb erőforrással rendelkező országok fogják játszani. Inkább azok melyek pénzt nem kímélve és a szakértő munkaerő birtokában nyitottak az újításra, hatékony pénzügyi felépítményük van és stratégiai előrelátással fognak hozzá az új korszakban való elhelyezkedéshez. Ma a világ három vezető műszaki hatalma - Németország, Japán és az Egyesült Államok - jár elől sok kulcsfontosságú eszköz fejlesztésében. De nem kell nagy vagy erős országnak lenni ahhoz, egy stratégiai “fészket” találjanak, mint ahogy azt Dánia kiváló mai teljesítménye mutatja a szélenergia hasznosításban. A globális szélenergia-piacnak több mint felét ma dán cégek vagy szerződéses partnereik fedezik - ezt az eredmény a kormány és az ipar közötti két évtizedes stratégiai társulás tette lehetővé.

Az energiaváltás feltételei különösen érettek a fejlődő országokban , melyek legtöbbje sokkal jobban el van látva megújuló energiaforrásokkal, mint fosszilis tüzelőanyagokkal. Ezen országok nagy részében kezdetleges az energiarendszer és rossz a lakosság kiszolgálása, ezért sokkal nagyobb piacot jelenthetnek a műszaki újdonságok számára. A fejlődő országok olyan helyzetben vannak, hogy meg tudják előzni vagy átugorni a gyorsan elavuló huszadik századi rendszereket - s közülük többen, így Costa Rica, a Dominikai Köztársaság és Dél-Afrika is már előretört valamelyik technológiával. Nagy népessége és növekvő energiaigényei okán Kína és India különösen jó helyzetben van ahhoz, hogy a következő energiarendszer vezető központjává váljon. Ez megfordíthatná a kezdeményezés és újítás áramlatát Kelet és Nyugat között - s talán meggyorsíthatná a világ gazdasági és politikai tömegvonzási központjának visszatérését oda, ahol egy évezreddel ezelőtt volt: Ázsiába. Az Újvilágban a hatalmas megújuló erőforráskészletekkel rendelkező Brazília szintén jelentős játékossá válhat.

Az, hogy a megújuló energiaforrások viszonylag szétszórtan találhatók és világszerte fel kell gyorsítani alkalmazásukat, segítheti a nemzetközi viszály mérséklését és ösztönözheti az együttműködést. Az energiarendszer fejlődését nem annyira az OPEC kartellek és olajbérletekről folyó csatározások határozhatják meg, mint inkább a nemzetközi éghajlatvédelmi tárgyalások, ahogy a világgazdaság “széntelenítése” egy nagyobb, saját díjait kitermelő “geopolitikai paranccsá” válik.

Az idők folyamán a decentralizált energiarendszerre való áttérés segíthet igazságosabban elosztani a bevételeket és regionális vagy helyi szintre áthárítani a döntéshozatalt. Dániában a szélenergia támogatása egy decentralizált, közösségre támaszkodó mintán alapul, melyben a gépeket helyi vállalatok építik, helyi bankárok adnak rá pénzt, s helyi gazdálkodók veszik birtokba és állítják munkába őket. A világ másik végén lévő társaságok hagyományos, nagy energiaprogramjaitól eltérően a dán megoldás növelte a bevételeket és munkahelyeket teremtett a közösségekben. A nagyszabású, központosított programok felé eltérített jelenlegi pénzügyi rendszerben külön erőfeszítéseket kell tenni, ha a helyi decentralizált közösségek meg akarják szerezni az új rendszer kiépítéséhez szükséges pénzt.

A gazdaság és a hatalom összpontosításán kívül a mai, fosszilis tüzelőanyagokon alapuló rendszer nagy egyensúly-hiányokat is előidéz az energiafogyasztásban és a társadalom jólétében. A rendszer előnyei nem terjedtek ki a világ durván 2 milliárdnyi szegényére - a világnépesség harmadára -, aki még mindig biomasszát használ a főzéshez, és nem jut hozzá a villanyáramhoz. Ma az emberiség leggazdagabb ötöde fogyasztja a világ energiájának 58 százalékát, míg a legszegényebb ötöd fogyasztása a 4 százalékát sem éri el. Az Egyesült Államok, ahol a világnépesség 5 százaléka él, a globális energiakészleteknek majdnem a negyedét használja fel; fejenként számolva kétszer annyi energiát fogyaszt, mint Japán, és 12 -szer annyit, mint Kína.

Egy decentralizáltabb, megújuló erőforrásokon alapuló energiarendszernek jobb esélye lehet az energiaszolgáltatások szélesebb körében való elterjesztésére. A korszerű üzemanyagot vagy villanyáramot nélkülöző 2 milliárd ember, és további 2 milliárd rosszul kiszolgált ember szükségleteinek kielégítése új társadalmi paranccsá válhat - ahogy 1930-as években az Egyesült Államokban falusi területeinek villamosítása. A tiszta, fejlett energiaszolgáltatás ösztönözné a fejlődést a világ szegényebb részeiben, falusi foglalkoztatást eredményezne, és csökkentené a mindennapos fagyűjtés jelenleg több száz millió nőre és gyermekre nehezedő terhét. A Világbank, mely az elmúlt évtizedekben több tízmillió dollárt áldozott városok villamosítására központi erőművek létesítésével, az utóbbi időben a kezdeményezések egész sorát vállalta több száz millió falusi ember decentralizált, megújuló energiával való ellátása érdekében.

Jóval könnyebb lesz kielégíteni a világ energiaszükségleteit az eljövendő években, ha az elegendő elve lép a tékozlás helyére a következő energiaparadigma etikájaként. Ez áttörést követel nem annyira a tudományban vagy a műszaki megoldásokban, mint inkább az értékekben és az életmódban. Olyan szerény változásokkal, mint kisebb autókkal és lakásokkal, vagy kevesebb autózással és több kerékpározással, életmódunk történelmi mércével nézve még mindig fényűző maradna, de sokkal jobban illeszkedne egy fenntartható energiarendszerbe. Számos tanulmány azt mutatja, hogy a feltétlen fogyasztás helyett inkább az emberi jólét javítására összpontosító társadalmak tudják elérni sokkal kisebb energiaigényeikkel a fejlődési célokat. Oroszországban például nagyobb a fejenkénti energiafogyasztás, de sokkal alacsonyabb az életszínvonal, mint Japánban, melynek 1970 -es és 1980 -as évekbeli gazdasági sikerét nagymértékben segítette energiafogyasztásának és fejlődésének “szétkapcsolása”.

A fosszilis tüzelőanyagokon alapuló modell is veszít tekintélyéből, ahogy az emberek egyre inkább tudatára ébrednek kedvezőtlen társadalmi és környezeti hatásainak, valamint az általa kínált korlátozott választási lehetőségeknek. Az új energiarendszer alulról felfelé kell kiépíteni, több millió ember részvételével, az energetikai döntéshozatali folyamat demokratizálásával. Csak egy másfajta szereposztásban, a levegőszennyezés ellen tüntető környezetvédők, a kisebb számlára törekvő fogyasztók, az energiát igénylő falusiak és a nyereséget hajszoló ipari vezetők fáradozásaival válhat képessé a társadalom egy fenntartható energiarendszer kiépítésére.

A földi népesség és vele az energiaszükséglet növekedése egyre - világviszonylatban is - sürgetőbbé teszi mind az ásványi készletek, mind a környezet kímélését az emberi túlhasználástól. Ezért a ma emberének kötelessége a huszadik századi energiaforrások felhasználását - tehát a fosszilis energiaforrásokat - csökkenteni, illetve megszüntetni. Helyébe új megújuló energiaforrásokat kell találnia, s ezek közül az egyik legígéretesebb forrás a napenergia.

A napsugárzásból nyerhető energia évente országonként 300 - 600 -szor több energia jut , mint az egyes országok energia -szükségletei. A Nap energiája nagy méretben egyenlőre csak az évmilliók alatt felgyűlt fosszilis tüzelőanyagok, a biomassza vagy közvetlenebb módon geotermikus energia formájában hasznosul. A napelemek alkalmazástechnológiája az elmúlt évtizedben szintén gyorsan fejlődésnek indult.

A Napból érkező energiának, sugárzásnak az összegyűjtése, koncentrálása az elsődleges cél. A Nap széles spektrumú hőt és fényt nyújtó energiaforrás. A földfelszínt érő sugárzás 4 százaléka a közeli ultraibolya tartományban (300 - 400 nm ), körülbelül 45 százaléka a látható (400 - 760 nm ), megmaradó fele a közeli infravörös és az infravörös (760 -1400 nm fölötti ) hullámhosszak tartományába esik. A spektrum látható és közeli ultraibolya része, nagy energiatartalmánál fogva fotokémiai , az infravörös sáv hőforráskénti felhasználásra alkalmas.

A napsugárzás használható változatlan formában vagy nyalábbá fókuszálva, amellyel 2000 Celsius fokig terjedő hőmérséklet állítható elő. A sugárnyaláb homogén kémiai reaktorba vagy heterogén, katalitikus közegbe vezetve fotonokkal árasztja el a közeget, illetve közvetlenül hevíti a katalizátorstruktúrát. Mind a hőmérséklet, mind a foton a napkollektor megválasztásával szabályozható.

A napenergián alapuló rendszerek természeténél fogva “modulos” felépítésűek, azaz szükség szerinti méretben készíthetők és alkalmazhatók. A tervezéshez és a számításhoz részletes adatbázisokat és felügyelő programokat fejlesztettek ki a világszerte rendelkezésre álló napsugárzásról és annak helyi eloszlásáról. Mivel a napsugárzás az évszakok, az időjárás és a földrajzi hely szerint változik, ezekkel tervezéskor számolni kell. Megoldás lehet egy másfajta energiaforrás, például: ultraibolya lámpák beiktatása a kiesések pótlására.

A napkollektorok a nem fókuszált energián alapuló úgynevezett napegységben (“sun”) kifejezve 1 -től 50000 -ig terjedő sugárzástartományban vannak forgalomban. Eredetileg termikus alkalmazásokra készültek, de bizonyos módosításokkal a fotokémiai reakciók céljainak is megfelelnek. A napkollektorok lehetnek:

Fő probléma: A napenergia szállítása és tárolása.

A napenergia tömeges alkalmazásához viszonylag olcsó energiatároló és szállító rendszerekre van szükség. Ha a napenergiát sikerül átalakítani kémiai energiává normális hőmérsékleten tárolható és szállítható vegyületek formájában, akkor elhárult a folyamatos hasznosítás fő akadálya (az évszakos ingadozás ). Az alkalmas vegyi anyag az energia leadása és eloszlása után, visszaalakulva és visszaállítva új ciklust kezdhet. Az előbbi célokra felhasználható a metán szén -dioxidos katalitikus reformálása:

1954 óta, amikor az első félvezető napelemet előállították, a napelemek technológiája és alkalmazása számottevő fejlődésen ment keresztül. A kezdetben alkalmazott egykristály-napelemek elterjedését azok magas ára korlátozta. A nyolcvanas évek elején indult meg a polikristályos vékonyréteg napelemcellák kutatása és alkalmazása.

Az aktív cella vastagsága néhány m m csupán, szemben az egykristályos cellákkal, amiket a megfelelő mechanikai szilárdság miatt 0,2-0,3 mm kell méretezni. Ez az anyagmegtakarításon kívül azzal is jár, hogy csökkenti a kivezető érintkező előtti soros ellenállás értékét, mert a fotonoknak kisebb utat kell megtenniük, hogy a záróréteget elérjék. A következő anyagokból állítanak elő ilyen cellákat:

A vékonyréteg cellák általában gyengébb hatásfoka az egykristályos cellák 10-15 százalékos értékeivel szemben, a kihasználható viszonylag szűk optikai spektrumnak tulajdonítható. Az amorf szilícium tiltottsávszé-lessége 1,7 eV, ami a 720 nm-es hullámhossznak felel meg. Az átalakító legfeljebb 320 nm-ig képes működni, így az a ráeső sugárzásnak csak egy részét hasznosítja. A legnagyobb érzékenység 550 nm körül van. A cella üresjárási feszültsége 0,58 V. A kristályos szilíciumcella tiltottsávszélessége 1,1 eV, a működési tartománya 1100 nm-400 nm között van, az érzékenységi maximuma pedig 850 nm-en. Üresjárási feszültsége 0,82 V.

Az amorf szilícium szennyezésével módosítani lehet tiltottsávjának szélességét, az így elkészített cella működési tartományát is. Lényegesen nagyobb érzékenységű cellát lehet létrehozni két-három megfelelően elkészített kisebb cella egymás után kapcsolásával, így a beeső fénysugárzást jóval nagyobb hányadát lehet hasznosítani. A szennyezett celláknak a hátránya, hogy a soros felépítés következtében a leggyengébb cella határozza meg a maximális kimenő áramot, és a megfelelő szimmetria elérése a technológiával szemben támaszt szigorú követelményeket. Egy további probléma, hogy a záróréteget az azt megelőző réteg előállítási hőmérsékleténél alacsonyabb hőmérsékleten kell létrehozni, a nemkívánatos diffúzió miatt. Ezek a nehézségek kiküszöbölhetők, ha a cellákat külön az optimális technológiai paraméterek mellett állítják elő, és csak később illesztik össze. Az Alco Solár cég már 1985 óta foglalkozik ilyen cella fejlesztésével. Ez a cella két részből készül, amiket laminálással illesztenek össze. A sugárzással közvetlenül érintkező rész a hátoldalán egy átlátszó, villamosan vezető cink-oxid réteget, egy szilíciumból kialakított PIN átmenetet és egy újabb cink-oxid réteget tartalmaz. Az utóbbi réteg vastagságát az 550 és 1300 nm közötti optimális optikai áteresztőképességnek megfelelően állítják be. A másik rész egy átlátszó cink-oxid rétegből, alatta egy CIS rétegre felvitt kadmium-szulfid rétegből és egy érintkezésre szolgáló átlátszó molibdén rétegből áll, amit közvetlenül az üveghordozóra gőzölnek fel. A két részt egy speciális fóliával laminálják össze, majd a cellákat párhuzamosan kapcsolják. Így az előálló kettős cellában a szilícium és a réz-indium-/II/-szelenid cella az optimális munkapontban működhet. A beeső fény változásának csak igen kis hatása van, mert a két cella áramai minden esetben összeadódnak. Egy ilyen szerkezetű 65 cm2-es felületű cellával 14-16 százalékos hatásfokot értek el. Más cégek az egyrétegű cellák hatásfokának a javításán fáradozik. Például 12 százalékos hatásfokú átalakítót állított elő. Ennek a felső felületi fényelnyelő képességét kémiai eljárással növelték meg, míg az alsó érintkezőfelületet tükrözővé alakították ki. Így a beeső fényt - mivel az alsó felületről visszaverődik - jobb hatásfokkal lehet hasznosítani. Míg korábban csak néhány cm2-es felületű, jó hatásfokú egyrétegű cellákat tudtak előállítani, ma már néhány cég kb. 0,1 m2 -es, illetve annál nagyobb méretű, 9 -23 és 24 százalékos hatásfokú cellákat állítottak elő.

Az amorf szilíciumcellák jellegzetessége a nem megfelelő stabilitás, ami a hatásfok csökkenésében nyilvánul meg. Az amorf szilícium szerkezete lehet ezért a felelős.

A megújuló energiaforrások hasznosítása nem oldhatja meg az ország távlati energia gondjait, azonban jelentős szerepe lehet az energiatakarékosságban, a környezetkímélő technológia és a szemléletmód elterjedésében. Alapvető energiapolitikai célkitűzés: az energiatakarékosság és a megújuló energiaforrások igénybevétele.

E célkitűzés megvalósításához többek között az szükséges, hogy megfelelő műszaki megoldások, javaslatok álljanak rendelkezésre a megújuló energiaforrások hasznosításához és ezek gazdaságilag is indokoltak legyenek. A legismertebb megújuló energiaforrás-hasznosítási mód a napenergia igénybevétele különféle formában: aktív, passzív vagy fotovillamos felhasználási területeken. Mindhárom hasznosítási eljáráshoz számos műszaki megoldás, a fejlett országokban évtizedes gyakorlat és tapasztalat áll rendelkezésre. A kutatásfejlesztés, a gyártás és felhasználás szintjén az elért eredményeket komoly kormányszintű gazdasági támogatások segítették és segítik elő. Központi támogatással és svéd-magyar együttműködéssel készült például 1985. És 1990. Között az ún. “Kalocsa - projekt”. Közép-Európai földrajzi és meteorológiai feltételek esetén aktív napenergia hasznosítással komoly eredmények érhetők el: éves szinten a használati melegvíz előállításához szükséges energia 56-60 százalékát lehet napenergiával kiváltani. A következőkben a rendelkezésre álló napenergia mennyiségéről, a hasznosítás lehetséges módjairól és alkalmazásukról lesz szó.

A nap sugárzó teljesítménye 1023 kW nagyságrendű, ez a teljesítmény a föld felszínére érve a nagy távolság miatt már “csak” 1012 kW. A földi légkör határán a sugárzás intenzitása 1310—1400 W/m2, számításainkban ennek átlagával, a napállandóval számolunk, értéke: 1353 W/m2. A beérkező sugárzás egy része a légkörön áthaladva szóródik, a fennmaradó közvetlen sugárzás intenzitása a légkörben megtett út hosszától függően tovább csökken, ezt az ún. homályossággal ( T ) vesszük figyelembe. A homályosság a földrajzi adottságoktól, a beépítettségtől, a helyi szennyezettségtől és a széljárástól is függ, ennek megfelelően értéke mindig változó: tiszta zavartalan természet esetén T=2,0 , ipari környezetben T=6,5. Budapest levegője közismerten szennyezett, itt a homályossági tényező általában megközelíti az ipari környezetre érvényes értéket.

Az elnyelő-felületre érkező - tehát hasznosítható - sugárzás tényleges értéke az előbbieken túl még függ az elnyelő szerkezetétől, földrajzi helyzetétől ( a Nap magasságától, azimut szögétől ), az elnyelő lejtőszögétől, déli iránytól való eltérési szögétől is.

Tiszta időben Magyarországon maximum 900—1000 W/m2 körüli sugárzás intenzitás értékek mérhetők, számításainkban a nemzetközileg elfogadott 800 W/m2 átlag értéket vesszük figyelembe. A valóságban a tényleges sugárzási idő az időjárási viszonyok változása miatt kevesebb a lehetségeshez képest. Az ábra egy 2 m2 -es síkkollektorra eső lehetséges átlagos napi energianyereséget mutatja.

A rendelkezésre álló napenergia hasznosításának legismertebb módja az aktív, a passzív és a fotovillamos hasznosítás. Aktív és passzív hasznosítás esetén az érkező energiát hő formájában hasznosítjuk, az első esetben gépészeti eszközökkel, hőcserélők alkalmazásával melegvizet állítunk elő, a másodikban az épületek hőtároló képességét növeljük főleg főleg építészeti eszközökkel. Fotovillamos hasznosításkor az érkező energiát villamos energiává alakítva használhatjuk fel. A három hasznosítási forma lehetséges hatásfok határai a technika ma ismert szintjén:

Szezonális létesítményeknél, pl. kempingek, szállodák, nyaralók, uszodák esetében a napenergia segítségével teljes egészében kiváltható a melegvíz előállításához szükséges hagyományos energia, családi házaknál, többlakásos épületeknél, szociális létesítményeknél az egész évben működő napenergia-hasznosító rendszer hagyományos energiával kombinálva kb. 50-60 százalékban biztosítja a melegvíz előállításához szükséges energiát.

Az aktív, melegvíz-készítő napenergia-hasznosító rendszerek legfontosabb jellemzői:

Ezekkel az előnyökkel szemben áll az egyszeri beruházási költség, a hosszú “megtérülési idő”. A megtérülési időt úgy számítják ki, hogy az aktuális hagyományos energiahordozó árakkal megszorozzák a rendszerrel kiváltható energia mennyiségét egy adott időszakra és az így jelentkező megtakarítást viszonyítják a szükséges befektetéshez.

Az aktív napenergia-hasznosító rendszerek elterjedésének egyik akadálya az a felületes szemléletmód is, amely egyoldalúan ítéli meg a felmerülő költségeket.

A környezeti károk megelőzése - tehát például a megújuló energiaforrások hasznosítása - biztosan olcsóbb, mint a már bekövetkezett károk helyreállítása. Ezen a területen azonban főleg központi intézkedésekre lenne szükség: kedvező hitelfelvételi lehetőségek, adókedvezmények biztosításával a lakossági megtakarítások egy részét a megújuló energiaforrások hasznosítására, a növekvő környezeti károk megelőzésére lehetne mozgósítani.

Ezeket, és más, a fenntartható fejlődést szolgáló központi tennivalókat, az oktatás fejlesztését, a közvélemény objektív tájékoztatásának fontosságát hangsúlyozzák a szakemberek is.

Magyarországon a napsugárzásból érkező energia éves értéke négyzetméterenként ( vízszintes felületre ) 1200 és 1450 kWh között ingadozik. A napsugárzás éves értéke Magyarország egész területén belül lényegesen nem változik.

A napelemek piacának várható bővülését indokolja a viszonylag magas importfüggőségünk a villamos energiánál és az energiaárak emelése is. Ahhoz, hogy a teljes belföldi szükségletet a jelenlegi fényelem-technológiával fedezni tudjuk, Magyarország területének csupán 0,24 százalékát kellene napelemekkel befedni.

Az energiaárakat - szociális és politikai okokból - erőteljesen támogatták az előző évtizedekben, ami pazarláshoz vezetett. Egyidejűleg a támogatásokkal előnyben részesítették az ún. hagyományos erőművek ( szén, kőolaj, földgáz és atom ) termelését a megújuló energiaforrásokra épülő vagy az energiafelhasználás szempontjából hatékonyabb technológiákkal szemben.

Környezetvédelmi indokok is a napelemek elterjedése mellett szólnak, hiszen a teljes életutat figyelembe véve környezetterhelésük - a többi energiaforráshoz képest - alacsony. Az évezred végéig Magyarországnak teljesítenie kell, továbbá a különböző nemzetközi szerződésekben foglalt kötelezettségeit ( a nitrogén-oxidok és a kénkibocsátások csökkentéséről, az éghajlat-változtatás megelőzéséről ).

A tapasztalatok szerint a legfontosabb felhasználási területek a következők:

Szükség van egy nemzeti napelem-programra. A finanszírozást nem csupán közvetlen támogatásból állhat; a célt széleskörű adókedvezményekkel, illetve az önkormányzatok és egyéb finanszírozási intézmények bevonásával is el lehet érni.

Napelemgyártó hazai vegyes vállalatok létrehozása nagy mértékben segítené a program megvalósítását. Jól képzett szakemberek, megfelelő infrastruktúra, kutatási és fejlesztési tapasztalatok, valamint a közép-európai kiaknázatlan piacok közelsége mind-mind a magyar gyártási kapacitások mellett szólnak.