A levegőszennyezés csökkenteti a napenergia potenciált Kínában.

Kína gyorsan bővíti a napelemes áramtermelési kapacitását, mert céljuk, hogy 2030-ra az ország energiaigényének a 10%-át napenergia segítségével lássák el. Van azonban egy probléma: a súlyos levegőszennyezés gátolja a napsugárzást, jelentősen csökkentve az egészség és az életkilátás mellett a kínai napenergia termelést az ország északi és keleti részein.

A jelenség a téli időszakban a legrosszabb. Ekkor – a Princeton Egyetem kutatása szerint – ezeken a területeken a levegőszennyezés a napelem panelekre beeső napfény átlagosan 20 százalékát blokkolja. A téli levegőszennyezés olyan jelentős mértékben befolyásolja a napenergia termelést, mint a felhők. A felhőket régóta a napenergia termelés legfőbb akadályának tekintjük.

Az Országos Tudományos Akadémiai folyóiratban publikált tanulmány kimutatta, hogy Kína északi és keleti legszennyezettebb területein az aeroszolszennyezés a napenergia termelés potenciálját akár négyzetméterenként másfél kilowattórával vagy akár 35 százalékkal is csökkentheti naponta. Ez elegendő lenne egy porszívó egy órás áramellátásához, 12 kilogrammnyi ruha mosásához vagy egy laptop 5-10 órás működéséhez.

A fosszilis tüzelőanyagok égése növeli az aeroszol koncentrációját a légkörben. Más kutatók felismerték, hogy ezek az aeroszolok, amelyek például a szulfátok, a nitrátok, a fekete széntartalmú részecskék és a barna szerves vegyületek, hozzájárulnak a napsütés csökkentéséhez Kína nagy területein. De semmiféle korábbi kutatás nem számolta ki, hogy a levegőben levő aeroszolok milyen mértékben csökkentik a kínai napenergia termelés hatékonyságát.

„Azok a súlyos légszennyezésű fejlődő országok, mint például Kína és India, gyorsan bővítik napenergia kapacitásaikat, gyakran elhanyagolják az aeroszol szerepét a tervezésben, pedig ez fontos tényező lehet” – mondta Xiaoyuan (Charles) Li, a Princeton Építő és Környezetmérnöki Tanszékének Ph .D. hallgatója, a tanulmány vezető szerzője.

Számítógépes modellezés a levegőszennyezés elemzésére.

Ahhoz, hogy kiszámítsák, a nap sugárzásának mekkora része éri el a földfelszínen levő napelem paneleket a tudósok egy úgynevezett szolár teljesítménymodellt használnak. Ez kombinálja a NASA napsugárzást, a légkörben az aeroszol összetevőket és a felhőket mérő műholdas műszereinek adatait. 2003 és 2014 között Kína teljes területére kiterjedő, kilenc külön elemzést hajtottak végre, hogy összehasonlítsák az aeroszolok hatását a felhőkkel szemben a napenergia előállító technológiákra. Az analíziseket napkövető technológiák felhasználásával és anélkül is elvégezték.

A napenergia alapú energiatermelésben „az erőművekből, a járművekből, a biomassza égetéséből és a természeti eseményekből, mint például a porviharokból származó részecske szennyezés” jelentősen gátolhatja a napenergia előállítását, mondta Daniel Kammen, az 1935-ös év Kitüntetett Energetikai Professzora és a Kaliforniai Berkeley Egyetem Megújuló és Előirányzott Energia Laboratórium vezetője, aki maga nem vett részt a kutatásban. Szerinte a tanulmány „szigorú légköri kémiai modellezést alkalmaz”, hogy számszerűsítse, hogyan befolyásolja a szennyezés a talajra jutó napsugárzás mennyiségét. „Ez ironikus módon felhasználható, hogy meghatározzuk a tiszta energia előnyeit a széndioxid kibocsátás csökkentésében.

Nemzetközi továbblépés.

Li elmondta, hogy a tanulmány megállapításainak tovább kell ösztönözniük az olyan országokat, mint Kína és India, hogy csökkentsék az aeroszol kibocsátást és így gyorsabban növeljék napenergia alapú energiatermelésüket így kiegészítve a már ismert egészségügyi előnyöket. Öngerjesztő ciklusra is van lehetőség. A napenergia termelés bővítése csökkentheti a fosszilis energiahordozókra való támaszkodást, csökkentve ezzel a napenergia termelést gátló kibocsátásokat, mondta Li. Ez több napelem energiát bocsátana a hálózatba – ami viszont tovább csökkentené a fosszilis üzemanyagok iránti igényt.

A megállapítások abban is segíthetnek, hogy meghatározzuk, hol építsünk új napelem parkokat. Az aeroszol szennyezés Kínában erősen koncentrált az iparosodott, urbanizált régiókban, míg a távoli, ritkábban lakott területeken sokkal tisztább a levegő. Ha a kutatás számszerűsíteni tudja, mennyi a légszennyezés miatt a napenergia teljesítményének csökkenése, a politikai döntéshozók mérlegelhetik a tisztább régiókból a villamos energiának a szennyezettebbek felé történő továbbításának költségeit. Szembeállíthatják azzal a haszonnal, amikor ott telepítünk és használunk erőműveket, ahol nagyobb teljesítmény állítható elő, mert több napfény ér el a földfelszínre.

„Régebben a felhők miatti napelem energiatermelés csökkentés volt az elsődleges fókusz” – mondta Denise L. Mauzerall, a Környezetmérnöki Tudományok és Nemzetközi Kapcsolatok professzora, aki Li tanszékvezetője, és aki segített a tanulmány kidolgozásában. „De ez az első olyan alkalom, amikor a légköri levegőszennyezést figyelembe vették a napelemes cellák villamosenergia termelő képességének meghatározásakor.”

A következő projektjük során a kutatók bővítik elemzésüket a világ más régióira, köztük Indiába. Ott a levegőszennyezés szintje olyan magas, mint Kínában. Amellett, hogy a levegőben lévő légszennyező anyagok mennyire csökkentik a villamosenergia termelést a napfény elnyelésével, megvizsgálják azt is, hogy a légszennyező anyagok mennyire csökkenthetik az energiatermelést a napelemek elpiszkolódásával.