A geotermikus energia jövője Magyarországon tervek szerint növekedési pályán van, a kormányzati energiastratégia egyik legfontosabb sarokköve lett. Hazánk a kedvező elhelyezkedése miatt jó geotermikus adottságokkal rendelkezik, az iparág fejlődése: 2025-ben a hazai földhőfelhasználás elérte a 8,2 petajoule-t (PJ), amivel idő előtt teljesült a 2026-ra kitűzött 8 PJ-os célszám.
Egy innováció talán megmenti a helyzetet: fűtés és ipari víz, öntözővíz
A Pannon-medencében már vízhiány van az Alföldön, de bőségesen van annyi sós geotermális rétegvíz, amiből érdemes lenne édesvizet gyártani, ami közepesen drága, és megtérülő folyamat. A medence mélyén, különösen a 2000–3000 méter alatti tárolókban nagy mennyiségű, sós (2–3 g/l oldott só tartalmú, míg a tengerek átlagosan ~34 g/l-esek), és 120–190 °C-os rétegvíz található. A rétegvíz emberi fogyasztásra vagy mezőgazdasági öntözésre közvetlenül teljesen alkalmatlan. A hőmérséklete pedig alacsony a villamosenergia termeléshez, csak fűtésre, sótalanításra alkalmas.
Az aszály miatti édesvíz hiány kikényszeríti a Pannon-medencében is vízpótlást. Az alacsony sótartalom miatt sokkal kevesebb (nap-) energiával, olcsón állítható elő öntöző víz, mint a tengervízből, pl. D-Olaszországban. A fordított ozmózis vagy más membránszűrési eljárások során kis nyomásra és kevesebb energiára van szükség a só elválasztásához, mint egy klasszikus tengerparti sótalanító üzemben. A feltörő termálvíz saját hőenergiáját fel lehet használni a víz sótalanítási eljárásához (lepárlás esetén), a maradék hő pedig fűtésre használható.
A geotermikus energia kinyerése során a megvalósítás legnagyobb akadálya a víz kémiai összetétele, a vízkőkiválás: a mélységi vizek nemcsak konyhasót, hanem sok egyéb ásványi anyagot, gázokat (például metánt), nehézfémeket és fenolokat tartalmaznak. A felszínre hozatalkor a nyomás- és hőmérséklet-csökkenés miatt azonnal vízkő- és ásványi anyag kiválás kezdődik, ami inhibitorok nélkül órák alatt tönkre tenné a fúrókutakat. A magas hőfokú termálvíz sótalanítására a legcélszerűbb és leggazdaságosabb módszer a bepárlásos (termikus) sótalanítás. Mivel a víz eleve magas hőmérsékletű, a klasszikus, membrán alapú fordított ozmózis (RO) technológia közvetlenül nem alkalmazható, mert a standard RO-membránok maximum 45 °C-ig működőképesek.
A termikus sótalanítás, bepárlás a legkézenfekvőbb megoldás, mert a víz magas energiatartalmát (entalpiáját) közvetlenül hasznosítja. A vizet csökkentett nyomású terekbe vezetik, ahol a nyomáscsökkenés hatására a víz azonnal forrni kezd (villanó elgőzölgés), a keletkező tiszta gőzt pedig lekondenzálják. Kihasználja a víz saját hőjét, így minimális külső hőenergia szükséges hozzá. Kiváló minőségű, szinte teljesen sótalan vizet ad. Hátránya: a csővezetékekben intenzív a vízkőképződés (szulfátok, karbonátok kiválása), ami folyamatos vegyszeres adagolást igényel.
A maradék sűrítményt kötelező visszasajtolni, ez egy sűrű, mérgező, koncentrált sós lé (brine, amiből az USA-ban lítiumot vonnak ki). Míg a tengerparti országok jobb híján visszapumpálják az óceánba (károsítva a környezetet), addig a szárazföld belsejében fekvő Pannon-medencében ezt a veszélyes hulladék kezelésének egyetlen legális és biztonságos megoldása kötelezően a mélyrétegekbe való visszasajtolása, ami plusz energiát és hálózatot igényel.
A 3 g/l sótartalmú geotermikus víz (brakkvíz) sótalanításának teljes üzemeltetési és termelési költsége -hűtés esetén- nagyüzemi fordított ozmózisos technológiával köbméterenként körülbelül 0,30–0,60 USD (kb. 110–220 Ft/m³) közé tehető. A költség szerkezete és összetevői:
- Energiafogyasztás (35–45%): a brakkvizek (3 g/l) sótalanítása jóval kisebb nyomást és így kevesebb energiát igényel, mint a tengervíz (amely általában 35 g/l sótartalmú). Az átlagos áramfogyasztás 0,5–1,5 kWh/m³ között mozog.
- Előkezelés: a geotermikus vizek gyakran tartalmaznak magas hőmérsékletű oldott szilikátokat, vasat, mangánt vagy kalciumot, amelyek gyorsan eltömíthetik a membránokat. Az előkezelés (vegyszeres adagolás, szűrés) drágíthatja az eljárást.
- Membráncsere és karbantartás (10–15%): a fordított ozmózis membránjait a vízminőség függvényében 3–5 évente cserélni kell.
- A koncentrátum (sóoldat) kezelése: a sótalanítás során keletkező sűrű, sós hulladékvíz (zagy) visszasajtolásának költsége.
Rendszer mérete Átlagos működési költség ($/m³) Jellemző felhasználás
Kisüzemi / Konténeres (5–25 m³/nap) 0,80 – 1,50 USD (~290–550 Ft) Kisebb mezőgazdasági gazdaságok, szállodák
Közepes üzem (100–1000 m³/nap) 0,50 – 0,80 USD (~180–290 Ft) Ipari parkok, nagyobb kertészetek, távfűtési
Nagyüzemi / Városi (10 000+ m³/nap) 0,30 – 0,50 USD (~110–180 Ft) Városi ivóvízellátás, kiterjedt öntözőrendszerek
Megjegyzés: Ha a geotermikus víz hőenergiája a sótalanítás előtt (például hőszivattyúval, főleg hőcserélővel) hasznosul, az a kinyert energia miatt javítja a gazdaságosságot.
Következtetés: a pannon geotermális sós vízkészlet egy óriási rejtett tartalék. Normál gazdasági körülmények között a hazai édesvíz-bőség (felszíni folyók, karsztvizek, talajvizek) miatt értelmetlen lenne hozzá nyúlni, de most már az aszályok, szárazságok miatt, technológiailag, és a készletek mennyiségét tekintve is egy menekülési utat tesz lehetővé. Az eljárás szerint sótalanítás, fűtés (hőcserélők) után a hűtött sós vizet vissza kell nyomni a föld alá, az eredeti helyére. A sós vizet a termálvíz saját hőenergiájával célszerű sótalanítani, -és fűtésre használni-, amikor csak a kevesebb sóoldatot kell visszanyomni, ami valóban innováció: nyereség energiában és vízben. Szakaszos működés esetén napenergiával is működtethető.
Szegeden a távhőrendszerben használt termálvizet* visszanyomják (visszasajtolják) a mélybe, a különböző hőkörzetekben, jellemzően 1400 és 1950 méter közötti talpmélységű visszasajtoló kutakon keresztül a Pannon-homokkőbe. Amennyiben az egyik visszasajtoló üzem elé építenének egy kísérleti sótalanító üzemet, és a sótlan vizet kertek öntözésére, a csápos kutak táplálására, vagy ipari folyamatvízként használhatnák, akkor a csak kevesebb, de sósabb vizet kéne visszasajtolni. Azonban ha túl kevés vizet sajtolnak vissza, a föld alatti víztározó rétegben csökken a nyomás, ami a kitermelő kutak elapadásához és a rendszer összeomlásához vezethet. A visszasajtolás biztosítja, hogy a geotermikus energia megújuló maradjon.
*
A fűtésre használt, közel 2000 méter mélyről feltörő szegedi termálvíz (nátrium-hidrogén-karbonátos, gázos, és nagyjából 1500–4000 mg/l összes oldott ásványianyag-tartalommal bír) sótalanítására a fordított ozmózis (RO – Reverse Osmosis) a leghatékonyabb, gazdaságos és iparilag bejáratott technológia. Mivel a vizet jelenleg fűtésre használják, a sótalanítási folyamatot technológiailag és energetikailag a hőcserélők után (a már lehűtött, de még meleg, kb. 35–45 °C-os vízen) érdemes elvégezni. A szegedi geotermikus víz sajátosságai miatt a teljes technológiai láncnak a következő lépésekből kell állnia:
1. Előkezelés és gázmentesítés (Kritikus fontosságú) A nyers szegedi termálvíz jelentős mennyiségű oldott metángázt, valamint agresszív szén-dioxidot tartalmaz. Direct RO membránra engedve a gázok tönkretennék a rendszert és buborékosodást (kavitációt) okoznának. Gázleválasztás: gázszeparátorok alkalmazása a kísérő metán kinyerésére. Hűtés/Hőhasznosítás: az RO-membránok általában maximum 35–45 °C-ig üzemeltethetők tartósan. A fűtési kaszkádból kilépő, már részben lehűtött vizet szükség esetén további hőcserélőkkel kell a membránok számára optimális hőmérsékletre hűteni. Vastalanítás és szűrés: az oldott vas és mangán oxidálása és kiszűrése, hogy megelőzzük a membránok korai eltömődését.
2. A fő sótalanítási fázis: fordított ozmózisos eljárás: mivel a szegedi víz sótartalma a tengervízénél jóval alacsonyabb, de az ivóvíz-határértéknél magasabb, az úgynevezett BWRO (Brackish Water Reverse Osmosis – brakkvizes fordított ozmózis) membrántechnológia a tökéletes választás. Hőmérsékleti előny: a 30–35 °C-os tápvíz csökkenti a víz viszkozitását, ezáltal a nagynyomású szivattyúknak kisebb nyomást kell kifejteniük, ami jelentős elektromos árammegtakarítást eredményez a hideg vizes RO-hoz képest. Sókiszűrés: az RO 98-99%-os hatékonysággal távolítja el a nátriumot és a hidrogén-karbonát ionokat.
3. Utókezelés: Az RO-ból kilépő tisztított víz szinte teljesen sótalan, agresszív lágy víz, hiányoznak belőle az emberi szervezet számára szükséges ásványi anyagok. Visszasózás: ha ivóvíz a cél, a vizet kalciummal és magnéziummal kell visszadúsítani (pl. dolomit- vagy mészkőszűrőkön keresztül), valamint be kell állítani a pH-értékét. Termikus desztilláció esetén a termálvíz saját hője közvetlenül használható lenne a párologtatáshoz, de magas a beruházási költség, hatalmas helyigény, és a szegedi 70–90 °C-os hőfok kiegészítő fűtés nélkül alacsony hatásfokú lenne a vákuumdesztillációhoz is. A szegedi geotermikus rendszer alapelve a teljes visszasajtolás a földtani rétegekbe a nyomás fenntartása érdekében. Ha a víz egy részét sótalanítva elvesszük a körforgásból, a megmaradt sűrű sós vizet környezetvédelmi okokból nem lehet a felszíni vizekbe (Tisza) engedni. A megváltozott sűrűségű és összetételű koncentrátum visszasajtolása pedig komoly geokémiai (vízkőképződési, kiválási) kockázatot jelent a visszasajtoló kutaknál. A fűtés előtti lepárlás nem jó technológia, mert elpazarolja a fűtési energiát és azonnali, súlyos vízkövesedést okoz a rendszer legdrágább pontján. Ha a hőenergiát szeretnénk használni a sótalanításhoz, azt kizárólag a fűtési kör utáni maradékhőre szabad ráépíteni.
**
A geotermikus viz 100 °C-os hőmérséklete a legideálisabb állapot a lepárlásos (termikus) sótalanításhoz, mert a víz a légköri forrásponton van. A technológia alkalmazása nemcsak indokolt, hanem kiemelkedően energiatakarékos és gazdaságos is. Minimális az energiaigény, a betáplált hőt szinte teljes egészében a fázisváltozásra (magára az elpárologtatásra) lehet fordítani. Ha a 100 °C-os vizet egy alacsonyabb nyomású (vákuum alatti) kamrába vezetik, az a nyomáscsökkenés hatására azonnal, külső hő közlése nélkül is heves forrásba, úgynevezett „villám-elpárologtatásba” (flash desztilláció) kezd. Kombinált energiatermelés és sótalanítás: a hőmérséklet tökéletesen alkalmas arra, hogy a víz először egy bináris (ORC) geotermikus erőműben áramot termeljen, majd a kilépő, még mindig forró vízből egy integrált MED (többszörös effektusú desztilláció) rendszerben tiszta ivóvizet és ipari vizet állítsanak elő. Míg a membrános eljárások (például a fordított ozmózis) kifejezetten rosszul viselik a magas hőmérsékletet – a legtöbb membrán 40-45 °C felett károsodik vagy tönkremegy –, addig a 100 °C-os geotermikus forrásnál a termikus lepárlás jelenti a magasan legészszerűbb alternatívát.
A 100 °C-os vízhez leginkább passzoló lepárlási technológiák (pl. MED vagy MSF) működési elve: A 100 °C-os geotermikus vízből lepárlással nyert desztillált víz túl tiszta és túl drága ahhoz, hogy közvetlenül öntözésre vagy ivásra használjuk, az ipar számára azonnal tökéletes alapanyag. Az iparnak eleve ultra-tiszta vízre van szüksége, a geotermikus hővel végzett lepárlás kiváltja a rendkívül drága és vegyszerigényes laboratóriumi/ipari ioncserélő és fordított ozmózisos (RO) tisztítórendszereket. Ha a gyárnak meleg ipari vízre van szüksége, a kondenzáció során felszabaduló hőt közvetlenül vissza lehet vezetni a gyári folyamatokba.
***
Az 1900-as évek elejére a történelmi Magyarország területén már több mint ezer, az 1950-es évekre pedig több mint 20 000 működő artézi kút biztosította a lakosság, a vasút és az állatállomány vízellátását. Magyarországon a klasszikus, közvetlen fogyasztásra alkalmas artézi ivóvíz általában 30 és 500 méter közötti mélységből származik, míg a kifejezetten sós, magas ásványianyag-tartalmú hévizek nagyjából 1000–1500 méteres mélységtől lefelé kezdődnek.
500–1000 méter között van az átmeneti zóna. A víz hőmérséklete a mélységgel emelkedik (akár 50–70 °C-ra), és nő az oldott ásványi anyagok (fluor, arzén, metán vagy nátrium-hidrogén-karbonát) mennyisége is. Bizonyos tisztítási eljárások után ez még lehet ivóvíz (pl. a hódmezővásárhelyi vagy szegedi kutak egy része), de gyakran már inkább hévíznek minősül. Nagyjából 1000–1500 méteres mélység alatt a feltörő víz szinte kivétel nélkül sós (nátrium-kloridos), aminek két fő oka van: a Pannon-tó öröksége (a fosszilis sós vizek) és a kioldás.