Az új kutatás szerint az iskolák tetején és a kampuszokon országszerte megcsillanó napfény olyan kihasználatlan erőforrás, amely segíthet a villanyszámlák csökkentésében.
A napelemek árnyékot és energiát biztosítanak a Casey Middle School-ban Boulderben, Colorado államban. (Képhitel: Dennis Schroeder / NREL)
A tanulmány, amely az Environmental Research Letters című szakfolyóirat áprilisi számában jelent meg, azt mutatja, hogy a napelemek számára minden megvalósítható terület kihasználásával az iskolák akár 75 százalékban is fedezhetik villamosenergia-szükségletüket, és akár 28 százalékkal csökkenthetik az oktatási ágazat szén-dioxid-kibocsátását.
A napelemek ugyanakkor segíthetnének az iskoláknak, hogy leváljanak a földgáz- és szénerőművek által táplált hálózatokról, amelyek részecskéket, kén-dioxidot és nitrogén-oxidokat termelnek – olyan légszennyező anyagokat, amelyek hozzájárulhatnak a szmoghoz és a savas esőhöz, valamint súlyos egészségügyi következményekkel járhatnak, beleértve a szívrohamot és a csökkent tüdőfunkciót. “Ez egy olyan intézkedés, amelyet megtehetünk, és amely a környezet és az emberi egészség számára valódi, jelentős előnyökkel jár” – mondta Gabrielle Wong-Parodi, a Stanford viselkedéskutatója, a tanulmány egyik szerzője.
Az új napenergia-projektek könnyen lecsúszhatnak a prioritások listájáról, amikor a tanárok széles körű tiltakozásai miatt az iskolák finanszírozásának növelését, kisebb osztálylétszámokat és magasabb béreket követelnek. Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának becslése szerint azonban a K-12 iskolák évente több mint 6 milliárd dollárt költenek energiára, és az energiaköltségek sok körzetben a fizetések után a második helyen állnak. A felsőoktatási szektorban az éves energiaköltségek több mint 14 milliárd dollárra rúgnak.
A jelenlegi dokumentum szerint a megfelelő napenergia-projektekbe történő beruházások – a megfelelő állami ösztönzőkkel – felszabadíthatják az iskolák költségvetésében a nagyon szükséges pénzt. “Az iskolák úgyis fizetnek az áramért” – mondta Wong-Parodi, a Stanford School of Earth, Energy & Environmental Sciences (Stanford Earth) földrendszertudományi adjunktusa. “Ez egy módja annak, hogy bizonyos esetekben csökkentsék a költségeiket. Ha van kedvezmény vagy támogatás, akkor ez gyorsabban megtörténhet.”
Elhanyagolt előnyök
Az oktatási intézmények az amerikai épületek energiafogyasztásának mintegy 11 százalékáért és a nemzet szén-dioxid-kibocsátásának 4 százalékáért felelősek. De míg az otthonok és vállalkozások napelemekben rejlő lehetőségeit széles körben tanulmányozták, a korábbi kutatások nagyrészt kihagyták az iskolaépületeket.
Az új becslések 132 592 iskola adatain alapulnak, beleértve több mint 99 700 állami és 25 700 magán K-12 iskolát, valamint közel 7 100 főiskolát és egyetemet. A kutatók először is megbecsülték az egyes intézmények napelemek számára rendelkezésre álló tetőfelületét, az óránkénti villamosenergia-termelést a napsütés mennyisége mellett, valamint az egyes intézmények óránkénti villamosenergia-igényét.
Nem meglepő módon a tanulmány szerint három nagy, napsütéses állam – Texas, Kalifornia és Florida – rendelkezik a legnagyobb potenciállal az iskolák tetőin elhelyezett napelemekkel történő villamosenergia-termelésre, az intézmények közel 90 százalékának van legalább némi telepítésre alkalmas tetőfelülete. Eközben a középnyugati államok, köztük Wisconsin és Ohio lakosai számíthatnak a legfontosabb légszennyező anyagok – és a kapcsolódó egészségügyi hatások kezelésével kapcsolatos költségek – legnagyobb mértékű csökkenésére, ha az iskolák a hálózatról napenergiára váltanak.
A légszennyezésre és a villanyszámlákra gyakorolt mérhető hatásokon túl a napelemes berendezések új tanulási lehetőségeket is biztosíthatnak a diákok számára. Egyes iskolák már most is használják a helyszíni napenergia-rendszerek adatait, hogy segítsék a diákokat például a törtek számolásában, vagy hogy első kézből lássák, hogyan befolyásolhatja a panel szögének változása az energiatermelést. “A megújuló energiaforrások absztrakt elképzelését, mint olyasvalamit, ami csökkentheti az üvegházhatást okozó gázok kibocsátását, hazaviszi” – mondta Wong-Parodi.
Nagy megtakarítások
A tanulmány szerint az oktatási intézmények számára egyik államban sem gazdaságos a tetőtéri napelemes rendszerek teljes megvásárlása. A projekteknek inkább akkor lehet pénzügyi értelme az iskolák számára, ha szerződést kötnek egy céggel, amely telepíti, birtokolja és üzemelteti a rendszert, és meghatározott áron eladja a villamos energiát az iskolának.
A kutatók előrejelzése szerint az iskolaépületek napelemes berendezéseinek teljes körű elterjedéséből származó előnyök évente akár 4 milliárd dollárt is érhetnek, ha minden egyes tonna levegőbe kibocsátott szén-dioxid 40 dollárba kerül a társadalomnak, és egy statisztikai emberi élet értékét – a szabályozók és közgazdászok számításai szerint – 10 millió dollárra becsüljük. A becsült hasznok az erőművekből származó légszennyezéssel összefüggő korai halálozások és egyéb egészségügyi hatások költségeit foglalják magukban.
A csoport becslései nem veszik figyelembe a nyersanyagok nemzetközi bányászatához és szállításához, illetve a napelemek gyártásához és ártalmatlanításához kapcsolódó környezeti és egészségügyi hatásokat. Egy ilyen holisztikus szemlélet – írják – “egészen más eredményekhez vezethet.”
A kutatók az Egyesült Államokon belüli valószínű hatásokat vizsgálva arra a következtetésre jutottak, hogy szinte minden államban az iskolai napenergia-projektek sokkal nagyobb értéket képviselhetnek, mint amennyit támogatásokra és kedvezményekre költenek. A tanulmány szerint ez még akkor is igaz, ha figyelembe vesszük a telepítés, karbantartás, üzemeltetés és a hardverek rutinszerű cseréjének tipikus költségeit.
“Érvek szólnak amellett, hogy növeljük az ösztönzők szintjét a napelemek oktatási szektorban történő elterjedésének növelése érdekében” – mondta a tanulmány szerzője, Inês Azevedo, aki társigazgatója a Carnegie Mellon Egyetem Éghajlat- és Energiaügyi Döntéshozatal Központjának, és 2019 júliusában csatlakozik a Stanford Earth tanszékéhez.
Kalifornia és New York azonban kivételt képez. Ebben a két államban a kutatók arra a következtetésre jutottak, hogy a jelenleg elérhető kedvezmények meghaladják azokat a pénzügyi, egészségügyi, környezeti és éghajlatváltozási előnyöket, amelyeket az iskolák tetőn elhelyezett napelemes rendszerek nyújtanak a társadalomnak – legalábbis a szén-dioxid-kibocsátás más eszközökkel történő ellensúlyozásának mai árai mellett.
“Kalifornia és New York fantasztikus munkát végez a napenergia ösztönzésében, de még mindig nem látunk 100 százalékos elterjedést” – mondta Wong-Parodi. “Jól használhatnák az idejüket és az erőforrásaikat, ha kiértékelnék az összes olyan iskolát, ahol még nincs ilyen, és megpróbálnák megérteni, hogy miért.”
Wong-Parodi a Stanford Woods Institute for the Environment Center Fellow-ja is. A társszerzők, Nichole Hanus és Parth Vaishnav a Carnegie Mellon Egyetem munkatársai. A társszerző Naïm Darghouth a Lawrence Berkeley National Laboratory munkatársa.
A kutatást a National Science Foundation, a Carnegie Mellon University és a National Renewable Energy Laboratory támogatta.
A Stanford tudományáról szóló összes cikket a kéthetente megjelenő Stanford Science Digest előfizetéssel olvashatja.
A Stanford Science Digest előfizetéssel olvashatja.