AZ ÁRAMOK HARCA

AZ ÁRAMOK HARCA

Lakája szemében a nagy ember is kicsi – mondja egy aforizma, ami Thomas Alva Edison esetében fején találja a szöget. A nagy (vagy nagynak tartott), de legalábbis termékeny feltaláló gátlástalan üzletember is volt, ami Teslával való kapcsolatában és az Amerikában „Áramok harca” néven ismert konfliktusban szembetűnően megmutatkozott. A transzformátor feltalálásakor az Edison-féle egyenáramú rendszer New York több pontján működött már a gazdag emberek lakásaiban és néhány ipari üzemben. Pár év telt csak el, hogy az egyenáramú rendszert elkezdték bevezetni, de máris megjelent a rivális váltóáram. Edison szilárdan kitartott az egyenáramú áramellátó rendszer életképessége mellett, ami alighanem élete legnagyobb tévedése volt. A váltakozóáram megjelenése, majd térnyerése komolyan veszélyeztette cégeinek jövőjét, amelyek mindegyike egyenáramú gépeket gyártott vagy üzemeltetett. Az egyenáramot és váltakozóáramot szolgáltató erőművek tulajdonosai között kíméletlen konkurenciaharc indult a fennmaradásért, ill. a minél nagyobb piaci részesedés megszerzéséért. Edisonnak már igen sok találmánya volt, egész életében több mint ezer, melyek közül a legtöbb jelentéktelen, de a legjövedelmezőbbek mind az egyenáramú gépekkel és energiaellátással voltak kapcsolatosak. Az akkor már világhírű feltaláló mindent megtett, hogy megállítsa a konkurenciát, amelyet először a gáztársaságok jelentettek, hiszen akkoriban a gázvilágítás volt az egyeduralkodó, gőzgépek mellett gázmotorokkal hajtották az üzemekben a munkagépeket, és sok helyen gázzal fűtöttek. Edison újságírókat fizetett meg, hogy nagy hírveréssel jelentsenek be minden gázrobbanást, minden gázzal kapcsolatos balesetet és sérülést, így a kemény propaganda segítségével lassan visszaszorította és tönkretette a gáztársaságokat. Minden befolyását latba vetve barátai segítségével New York állam törvényhozásában megpróbálta elérni, hogy ne lehessen 800 voltnál nagyobb feszültséget használni, ami persze ellehetetlenítette volna a váltóáram nagyobb távolságra történő szállítását, hiszen a váltakozóáram előnyei ily módon nem mutatkozhattak volna meg. 1888 elején kiadott egy 84 oldalas propagandaanyagot a váltóáram veszélyességéről, melyben tényszerűen leírta a nagyfeszültség használatának veszélyeit. A váltóárammal villamosított épületek lakóit azzal ijesztgette, hogy ha a feszültségcsökkentést végző transzformátor nem működik megfelelően, akkor az egész ház egy halálkamrává alakul át. Azt sugalmazta az olvasóknak, hogy a váltóáram terjesztői gonosztevők, akik nem törődnek az emberek testi épségével. 1888 decemberében Edison iskolás gyerekekkel darabonként 25 centért kutyákat és macskákat lopatott, és megengedte Harold P. Brown villamosmérnöknek, hogy kísérleteket végezzen a Menlo Parkban működő laboratóriumában. A háziállatokat váltóárammal kivégezték, majd Edison visszadobatta őket tulajdonosaik udvarába azt a látszatot keltve, hogy a házba bevezetett váltóáram ölte meg őket véletlenül. Edisonnak kedvezett az a körülmény, hogy éppen akkoriban kerestek új módszereket a halálbüntetések végrehajtására. A kérdéssel foglalkozó hivatal az elektromos áram okozta balesetek alapján úgy gondolta, hogy a váltóárammal végrehajtandó kivégzés humánusabb lehet az akasztásnál, ezért Edisonhoz fordultak segítségért. Bár Edison eleinte hallani sem akart arról, hogy neki ehhez bármi köze legyen, később mégis minden eszközt felhasznált riválisai – Westinghouse és Tesla – megállítására, és javasolta a hivatalnak, hogy legmegfelelőbb módja a kivégzésnek a Westinghouse cég generátora által fejlesztett váltóáram. 1888-ban a kongresszus elfogadta az elektromos árammal történő kivégzést és 1889. január 1.-én be is vezették. A villamosszékben végrehajtott kivégzésekre vonatkozólag Edison az újságokban elterjesztette a „Westinhousálni” kifejezést, ami nyilvánvalóan nem növelte a váltakozóáram népszerűségi indexét. Westinghouse és Tesla nem kapcsolódtak be az acsarkodásba. Ehelyett keményen dolgoztak és Tesla több mint negyven szabadalmat jelentett be ebben az időszakban a váltakozóáram termelésével és elosztásával kapcsolatban. 1888-ban Tesla előadást tartott az Amerikai Mérnökegyletben, „Váltóáramú generátorok és transzformátorok új rendszere” címmel, amelyben ismertette a váltóáram előállítását és hatékony szállítását lehetővé tevő fejlesztéseket. Bár az áramok harca (War of Currents) Amerikában folyt,

A háború Európában dőlt el. 1891. május 16.-a és október 19.-e között Németországban a Majna menti Frankfurtban Nemzetközi Elektrotechnikai Kiállítást rendeztek. Helyszínéül az akkor már használaton kívül helyezett Wstbahnhöfe azaz Nyugati-Pályaudvar területét választották. Az Elektrotechnische Gesellschaft (Elektrotechnikai Egyesület) 1881-ben Frankfurtban alakult azzal a céllal, hogy elősegítse a villamosenergia termelésével, szállításával kapcsolatos kutatásokat, különös tekintettel az ipari felhasználás technológiáira. 1890 körül már létrejött néhány olyan vállalkozás Frankfurtban, amelyek később elismert tekintélyek lettek az elektrotechnikában: Hartmann & Braun, Staudt&Voight (1891-től Voight&Haefner), és a W Lahmeyer& Co. (1893-tól Elektrizitats-AG). Ez volt a második ipari forradalom, amely – mint száz évvel korábban a gőzgép – most az elektromos áram által hozott jelentős változásokat az emberiség életébe, mely változások közös nevezője: az energia. Németország elektrotechnikai ipara készen állt arra, hogy bizonyítsa képességeit a világ számára, ezt szolgálta Frankfurtban a Nemzetközi Elektrotechnikai Kiállítás, valamint azt, hogy eldöntse az áramok harcát.

A kiállítás egyik csúcspontja és kiemelt látványossága volt a háromfázisú váltakozóáram lehetőségeit és előnyeit demonstráló, a Neckar menti Lauffen és a Majna menti Frankfurt között kiépített 175 km-es távvezeték. A vezetéken a Lauffen városa mellett, a Neckar folyón épített vízerőmű áramát szállították háromfázisú rendszerben Frankfurtba. A vízturbinával hajtott 32 pólusú, 300 lóerős (220 kW-os) háromfázisú generátor 55 V kapocsfeszültséget állított elő, amit olajtranszformátorral feltranszformáltak 8000 V vonali feszültségre. (Később 25.000 V feszültségen végeztek kísérleteket). A német posta segítségével épült távvezetékhez 3000 oszlopon, 9000 szigetelőn 60 tonna 4 mm átmérőjű rézvezetéket használtak fel. Frankfurtban, a kiállításon a 8 kV-os feszültséget szintén olajtranszformátorral letranszformálták a szokásos kisfeszültségre, amivel a világításon kívül egy háromfázisú motorral hajtott szivattyúval mesterséges vízesést működtettek. Az átlagosan 75%-os kihasználtsággal lefolytatott öthónapos kísérleti üzem során bebizonyosodott a váltakozóáram feszültséglépcsőzésen alapuló, Ganz szabadalomra épülő rendszere, illetve annak háromfázisú rendszerré fejlesztett változatának, s általában a távolsági energiaátvitelnek életképessége. Ettől kezdve a háromfázisú villamos erőátvitel rendszere a közcélú villamos hálózatokon egyeduralkodóvá vált, amely már főleg Nikola Tesla érdeme.                                                                                                                  

Érdekes, hogy amikor a megmérettetés ötlete fölmerült, a német villamosipari körök egyenesen elutasították a vetélkedés gondolatát – mintegy érezve vereségüket – ők ugyanis az egyenáram oldalán küzdöttek Emil Rathenau mérnökkel az élen. A Német Edison Társaság, a későbbi AEG ugyanis magáénak érezte az európai piacot, és féltékenyen küzdöttek az üzleti ellenség ellen. Végül külföldi anyagi és műszaki támogatással vált lehetővé a megmérettetés végrehajtása. A kísérletek során Frankfurtban összeült egy nemzetközi bíráló bizottság, mely a korszak legkiválóbb és nemzetközileg elismert elektrotechnikusaiból és fizikusaiból állt, s a műszaki kérdéseket véglegesen tisztázta. Megállapították, hogy nagyobb távolságra csak váltakozóáram szállítható, hogy a váltakozóárammal táplált ívlámpák egyenértékűek az egyenárammal tápláltakkal, és a váltakozóáramú elektromotorok is minden kívánalomnak megfelelnek. A kísérletekhez Ganz gyártmányú váltakozóáramú motorokat használtak, mert mindenki egyenáramú gépeket gyártott, így mást egyszerűen nem tudtak beszerezni.

A frankfurti kiállítás másik csúcspontja volt a 220 kW-os Ganz gyártmányú háromfázisú motor (ugyancsak nem tudtak más gyártmányt beszerezni), amely 175 km távolságból érkező energiával hajtott meg egy szivattyút, az pedig egy mesterséges vízesést működtetett. A falon lévő térképen a távvezeték nyomvonala látható.

A Lauffen-Frankfurt 175 km-es távvezeték nyomvonala.

 

A váltakozóáram, kiváltképp a Tesla által feltalált és Dolivo-Dobrovolsky által lelkesen támogatott háromfázisú rendszer előnyeit természetesen mások is észrevették, és egymás után kezdték lopkodni Tesla szabadalmait, mások pedig azt állították, hogy ők találták ki, mégpedig hamarabb.

Michail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky (1862-1919) háromfázisú indukciós motorja 1889-ből. (Reprodukció.)

Miért három a fázis? Miután az áramok harca egyszer s mindenkorra eldőlt, az egyenáram hívei vereséget szenvedtek a váltakozóáram elleni harcukban, de még hosszú évek teltek el, mire teljesen kiszorultak a villamos világítás területéről. Az első, aki nem csak gyakorlati tapasztalatok alapján, hanem elméleti síkon is mélyen megértette a háromfázisú rendszer hatékonyságát, Charles Proteus Steinmetz (1865-1923) porosz származású amerikai matematikus, a General Electric Co. mérnöke volt. Kiszámította, hogy a többfázisú rendszerben akkor leggazdaságosabb az energia átvitel, ha a fázisok száma: „e”, vagyis a természetes alapú logaritmus alapszáma, ami 2,718… Ez persze fizikailag nem értelmezhető, mert a fázisok száma csak természetes szám lehet, a legközelebbi természetes szám pedig: a 3. Ezért használunk ma is háromfázisú rendszert.                                                                       

Növekvő feszültségszintek Az erőátviteli hálózatokon kezdetben ugyanolyan porcelánszigetelőket alkalmaztak, mint a távíró-és telegráf-vonalakon. Ezek alkalmazhatóságának határt szabott a szigetelők anyagából és méretéből adódó átütési szilárdság, ami 40 kV-ra adódott. 1907-ben Harold W. Buck és Edward M. Hawlett feltalálták a tányér alakú szigetelőt, amelyekből többet sorba kapcsolva tetszőleges hosszúságú szigetelőláncot lehet kialakítani. A villamos erőátvitel feszültségszintjei az egész XX. század során emelkedtek. 1914-re már 55, 70 kV-nál nagyobb feszültségszintű hálózat működött, a legnagyobb feszültségszint 150 kV volt. Az első közcélú háromfázisú erőátviteli távvezeték 1912-ben létesült Németországban Lauchammer és Riesa között 110 kV feszültséggel. Az iparilag fejlett országokban a XX. század eleji gyors iparosodás a villamos távvezetékeket és hálózatokat a gazdasági infrastruktúra stratégiailag fontos részévé tette. A helyi erőművek és a regionális hálózatok összekapcsolásának a legnagyobb lökést az első világháború/olajháború adta. A kormányok ugyanis a fogyasztói igényeket sokszorosan meghaladó, nagy teljesítményű erőműveket építtettek, hogy energiával láthassák el a lőszergyárakat. A háború után, amikor már nem volt szükség a hadiipar kiszolgálására, ezeket az erőműveket a közcélú hálózatra kapcsolták, hogy ellássák a lakossági igényeket.

1929. április 17.-én elkészült az első 220 kV-os távvezeték Németországban, a Köln melletti Brauweiler és a Frankfurt melletti Kelsterbach-on, a Mannheim melletti Rheinau-n keresztül Ludwigsburg-Hoheneck között, Ausztriában. A távvezeték nagyrészét úgy tervezték, hogy feszültségét később 380 kV-ra lehessen emelni, de erre csak 1957. október 5.-én került sor a rommerskirchen-i alállomás és Ludwigsburg-Hoheneck között. Az első ultra nagyfeszültségű távvezetéket 1967-ben helyezték üzembe 735 kV feszültségen, ez volt a Hydro-Quebec vezeték. Az első 1200 kV-os átvitel 1982-ben létesült a Szovjetúnióban a mai Kazahsztán területén, amely ma 400 kV-on üzemel.

Újra előtérbe kerül az egyenáram A nagytávolságú, nagyfeszültségű váltakozóáramú energiaátvitelnek aztán megmutatkoztak a korlátai is, nevezetesen az, hogy a nagy térerősség általi lüktető kisugárzás és ohmos levezetés, valamint az ún. koronakisülés miatt jelentős veszteségek keletkeznek. Aki hallott már távvezetéket, vagy vasúti felsővezetéket zizegni a ködben, az tudja, miről van szó. 400 kV-tól kezdve már gondot okoz a vezeték kapacitása is, illetve az ebből származó kapacitív töltőáramoknak a terheléshez viszonyított nagy értékei, továbbá az induktív feszültség összetevők is veszélyeztetik a rendszer stabilitását és az átvitel gazdaságosságát. Mivel az energia (de nem az áram) a vezető felületén fénysebességgel terjed, ezért pl. 1500 km-re a tápponttól az 50Hz-es váltakozófeszültség már egy negyed periódussal lemarad. Az efféle jelenségekből származó problémák leküzdésének kényszere új műszaki megoldások kidolgozására sarkallta a mérnököket, aminek eredményeként poraiból feltámadva újra előkerült az egyenáramú erőátvitel koncepciója. Ez persze egyáltalán nem jelenti azt, hogy Edisonnak igaza lett volna, mert az új koncepció most már nagyfeszültségű kivitelben reinkarnálódik, minőségi ugrást jelent, s ily módon elmaradnak a föntebb említett, reaktanciákból származó veszteségek. Ráadásul a vezetékelrendezés és a kapcsolóberendezések kialakítása is egyszerűbb, mint háromfázisú átvitel esetén. A régi elgondolásból született első, nem kísérleti, hanem már közüzemi egyenáramú átvitel az 1950-es években valósult meg a Balti-tengerben a parttól 96 km-re fekvő Gotland sziget ellátására. A sziget 30 kV-os, 20 MW-os háromfázisú hálózatát 100 kV-os egyenáramú tengeralatti kábellel kötötték össze a szárazföld 132 kV-os háromfázisú alaphálózatával. Szintén egyenáramú erőátvitelt valósítottak meg a volt Szovjetúnió több területén az egyes regionális rendszerek között, ahol a legnagyobb egy 500 km hosszú, 400 kV-os egyenáramú vezeték. A kisebb szigetek energiaellátását is gyakran tengeralatti egyenáramú kábelekkel valósítják meg, akár kisebb (30 km körüli) távolságok esetén is. Az egyenáram előállítására és visszaváltására a szilícium félvezetők kifejlesztése előtt ún. mutátorokat és transzvertereket, később higanygőz egyenirányítókat használtak, ma diódákat és tirisztorokat. A nagytávolságú transzkontinentális villamosenergia átvitel a technika jelenlegi állása szerint gazdaságosan nagyfeszültségű egyenárammal oldható csak meg.

HOL TEREM A KŐOLAJ?

HOL TEREM A KŐOLAJ?

(Ez a cikk megjelent a Víz, Gáz, Fűtéstechnika c. lap 2017. január 27.-i számában.)

Bizonyára hosszú idő fog még eltelni, mire a jövő embere kimondhatja majd elfogulatlan ítéletét abban a korántsem egyszerű elméleti kérdésben, amelynek középpontjában az immár másfél évszázada a politikai és gazdasági vetélkedés tárgyául szolgáló ásványi kincsek legértékesebbike áll – melyre számos szerző mutat rá, mint Eris almájára – s amelynek neve: petróleum vagy kőolaj.     Honnan jön hát az a csodálatos anyag, amely alaposan gyanúsítható felbujtással és bűnrészességgel a kereken egy évszázaddal ezelőtt három világrészre kiterjedő öldöklésben és a világ újrafelosztásában, s Földünk kérgének nem csak legértékesebb, hanem nyugodtan mondhatjuk ma is, legrejtélyesebb terméke is egyben?

Az uralkodó organikus elmélet 
A kőolaj és földgáz keletkezésének 260 éve Lomonoszov által megfogalmazott, ma is uralkodó elmélete szerint az ásványi szénhidrogének a történelem előtti időkben élt élőlények szerves maradványaiból évmilliók alatt keletkeztek. Ez így él a köztudatban, de kevesen tudják, hogy egyes kutatók szerint a „folyékony arany” a metán nagy nyomáson spontán kialakuló változata lehet, s ily módon akár folyamatosan is keletkezhet a földkéregben. A biológusok nyitottak a kérdésre, míg a geológusok többsége szerint ez sületlenség. Mégis vannak tekintélyes szakemberek, akik megkérdőjelezik az uralkodó elméletet és azt állítják, hogy a felszínre kerülő földgáz és kőolaj nagyrésze nem fosszilis eredetű, hanem rendkívül nagy mélységben és nyomáson szervetlen anyagokból képződött. Ezt a lehetőséget az 1950-es, 60-as években ukrán kutatók komolyan vizsgálták és máig is folynak ilyen kutatások. Egyes beszámolók szerint a szervetlen keletkezés elméletére alapozva sikeres kutatófúrások történtek a Kaszpi-tenger térségében, Nyugat-Szibériában, és a Dnyeper-Donyeck medencében. A Lomonoszov által 260 évvel ezelőtt megfogalmazott tézis szerint a földmozgások által mélybe kerülő szerves anyagokat tartalmazó üledékes rétegek az extrém nyomás és magas hőmérséklet hatására évmilliók alatt alakulnak át. Orosz és ukrán kutatók viszont azzal érvelnek, hogy az olajmezők kialakulása olyan rendkívüli nyomást igényel, amilyen mélységbe nem juthattak le földmozgások által az élőlények maradványai. Ezen kívül az üledékes rétegek nem tartalmaznak olyan mennyiségű szerves anyagot, hogy kialakulhattak volna az óriási olajmezők.       

A kőolaj szervetlen keletkezésének elmélete eredetileg nem jelentéktelenebb személyiségtől származik, mint amilyen Dimitríj Mengyelejev. A kémiában azóta is nélkülözhetetlen periódusos rendszer kitalálója megfigyelte, hogy ha vaskarbid tartalmú vasat sósavval reagáltat, akkor a hidrogén mellett különböző szénhidrogének is keletkeznek. Földünk fajsúlyára és mágneses tulajdonságaira alapozva már régóta feltételezik, hogy a Föld magvában széntartalmú vasnak kell lennie. Mengyelejev 1877-ben kialakult véleménye szerint a mélységbe hatoló víz, vízgőz alakjában hat a karbidokra és azokból a szenet szénhidrogének alakjában kioldja. Sajnos ezt a hipotézist a nagy tudós kísérleti eredményekkel nem tudta alátámasztani. Egyelőre legfeljebb csak elgondolhatjuk, hogy a víz 1000 C fok hőmérsékleten H+ és OH ionokra disszociál és így némileg a sósavhoz hasonló hatást fejt ki a mélyben. Legalábbis akkor, ha a kis mélységben lapító vízzáró rétegek a víz nagyobb mélységbe hatolását meg nem akadályozzák.

Sikeresebb volt Charicskoff kísérleti eredményekkel alátámasztott elgondolása, mely szerint a nagy nyomáson a Föld mélyébe hatoló magnézium-kloridot tartalmazó tengervíz váltotta ki a kőolaj keletkezését. A magnézium-klorid ugyanis magas hőmérsékleten víz jelenlétében sósavat ad, mely reagálva a vaskarbiddal, szénhidrogének keveréke keletkezik. Lehetséges az is, hogy Földünk mélyében nem csak vaskarbid, hanem másféle fémkarbidok is, pl. kalcium-karbid vagy alumínium-karbid is vannak. A kalcium-karbid vízzel acetilént, az alumínium-karbid pedig metánt ad, amely a földgáz és a mocsárgáz legfőbb összetevője. Ezekből a gáz halmazállapotú anyagokból azután kondenzáció útján keletkezhettek a folyékony szénhidrogének. Már az 1920-as években tudták és az elmélet támogatására felhozták, hogy a színképelemzés tanúsága szerint az üstökösök csóvájában vannak szénhidrogén gőzök, és a földbe csapódott meteoritok is tartalmaznak néha aszfaltszerű anyagokat, amelyekben találtak már naftalint és antracént. Szigorúan véve ez utóbbi tény csak annyit bizonyít, hogy más bolygókon is előfordulhatnak szénhidrogének, vagy ha merészebbek akarunk lenni azt, hogy ezeken is lehetséges szén alapú élet.                                                                                                                        

Egy harmadik kutató Sabatier, a nagy francia kémikus pedig kimutatta, hogy az acetilén katalizátorok jelenlétében attól függően, hogy jelen volt-e víz, vagy sem, és hogy milyen magas a hőmérséklet, a legkülönbözőbb szénhidrogénekké alakítható át, melyek pennsylvaniai, orosz, galíciai, vagy jávai kőolajhoz hasonlítottak. Mindezek az elméletek azonban, amelyek a kőolajat szervetlen anyagokból keletkezettnek vélik, egy hibában mégiscsak szenvednek: abban ugyanis, hogy a hasonló módon keletkezett és kísérletileg is előállított olajszerű anyagok optikailag inaktívak, ezzel szemben a természetes kőolajok optikailag mindig aktívak, vagyis a poláros fény síkját mindig elforgatják. Az anorganikus elméletek védői azzal érvelnek, hogy a Földben keletkezett kőolaj úgy válhatott optikailag aktívvá, hogy bizonyos hatásokra a jobbra forgató szénhidrogének nagyobb mértékben bomlottak föl, mint a balra forgatók, vagy pedig az olaj vándorlása közben optikailag aktív anyagokat oldott föl. Viszont kimutatták, hogy az olaj aktivitását a koleszterin okozza, amely tudvalevőleg az élő anyag terméke.

                                                                                                                            

Bár annak a valószínűsége, hogy a kőolaj szervetlen anyagokból keletkezett termék, ilyen módon elég csekéllyé vált, továbbra is akadtak az anorganikus elméletnek tekintélyes és elhivatott szószólói.

                                                                                                                          

Mint láttuk, a Föld mélyében különféle karbidok vannak jelen, amelyek víz hatására a helyi viszonyoknak megfelelően a mindenütt megtalálható fém katalizátorok (vas, nikkel, kobalt) közreműködésével a legkülönbözőbb összetételű kőolajokká alakulhatnak. Egy másik szaktekintély, Vladimir Nikolaevich Ipatieff, aki a moszkvai tüzérakadémia kémia tanáraként kezdte petrolkémiai kísérleteit, majd az 1930-as évektől a Northwestern Egyetemen tanított Amerikában és az újvilágbeli szénolaj gyártás egyik atyja volt - az etilénből indult ki, és szintén a Föld mélyében uralkodó nagy nyomást, karbidokat, és katalizátorokat vett segítségül elméletéhez. Mindezen elméletek, ha a mesterséges szénhidrogének ipari méretű gyártásának beindításához közelebb vitték is a petrolkémiát, a kőolaj keletkezésének izgalmas kérdését mégsem oldották meg.                                                                       

Egészen a közelmúltig sokkal reményteljesebbnek látszott azoknak a kutatóknak a munkája, akik az ellentábort, az organikus elméletet képviselték. Ennek az irányzatnak legkiválóbb képviselője az 1930-as években egy ismert olajszakértő, Engler volt. A mikor állati zsírokat magas hőmérsékletű cső-retortákban desztillált, azt tapasztalta, hogy ezek az állati zsírok fokozatosan olajszerű anyagokba mennek át – és ez volt kísérletének legfontosabb eredménye – optikailag aktívak voltak. A geológus Höferrel pedig nagy kutató körutakat tett elméletének támogatására, és hatalmas anyagot gyűjtve lényegében a szerves keletkezés elméletét megerősítő eredményekre jutott. A következő évtizedekben keletkezett nézeteket mérlegelve Engler és Höferrel elméleteit találták legmegfelelőbbnek a kőolaj keletkezésének megmagyarázására a szakemberek, amit Taylornak a kalcium-alumínium-szilikátokból álló fedőrétegekre vonatkozó tanítása egészített ki.                                                                                                                                

Ezek a meggyőzőnek látszó elméletek nem mindenkit elégítenek ki, ezért a kőolaj szervetlen keletkezésének elmélete az elmúlt években Engler és Höferrel nézeteinek ellenére nyugaton is érdeklődésre talált.

Az elhallgatott anorganikus elmélet 
Thomas Gold, a Cornell egyetem nyugalmazott csillagásza, a neutroncsillagok elméletének kidolgozója szerint a Föld keletkezése során a mélyben rekedt szén és hidrogén a kőzet repedésein keresztül fokozatosan a felszín felé, ember által elérhető mélységbe szivárgott. Az abiogenezis elméletének Gold-féle változata szerint a szénhidrogének már ott voltak a Földet alkotó anyagok között, amikor a szilárd halmazállapotú anyagok felhalmozódásával létrejött a Föld, mintegy 4,6 milliárd évvel ezelőtt. Gold szerint a kőolajat alkotó szerves anyagok jelenléte magyarázható az extrém körülmények között életképes baktériumok anyagcseréjével. Ezek szerint a kőolaj és földgáz, vagy legalábbis azok alkotóelemei már a Föld keletkezése óta mélyen a Föld belsejében vannak.                                                                                                                                 

A szervetlen keletkezés elméletének támogatói emlékeztetnek arra, hogy néhány jelenségre az uralkodó elmélet nem ad megfelelő magyarázatot, például arra, hogy az olajmezők szinte mindig tartalmaznak biológiailag semleges héliumot. Az elméletre alapozva Gold rávette a svéd állami energia tanácsot, hogy végezzenek próbafúrásokat olyan sziklában, amelyet egy ősi meteorit becsapódása repesztett meg nagy területen. A szikla bizonyosan nem volt üledékes eredetű és nem tartalmazott sem növényi, sem tengeri életforma maradványokat. A fúrást sikeresnek minősítették, bár a talált olaj mindössze 80 hordó volt, aminek eredetéről eltérnek a vélemények, ami az egész projekt sikerét megkérdőjelezi.                                                                                                                                   

Orosz kutatók eközben elméleti megfontolásokra és kísérletekre alapozva is igazolni látják az anorganikus elméletet. Az Orosz Tudományos Akadémia kutatói egy houstoni olajvállalat vezetőjével, J. F. Kenney-vel együttműködve elsőként a kőolajat alkotó szénhidrogének energia tartalmát tekintették át. Álláspontjuk szerint a szerves anyagok, pl. a cukor lebomlásakor csak a legegyszerűbb szénhidrogén, azaz metán keletkezik, valamint széndioxid. Az elhullott élőlények testét alkotó erősen oxidálódott szénvegyületek lebomlásakor a hosszú szénláncú szénhidrogének komplex keverékének képződése természetes körülmények között termodinamikai okokból elvileg nem lenne lehetséges. A kutatók a Proceedings of the National Academy of Sciences című szaklapban megjelentetett beszámolójukban mégis azt állítják, hogy a metánból nagy nyomáson keletkezhet etán és oktán. Ily módon a kőolaj a metán nagy nyomáson kialakuló módosulata lehet, mint ahogy a grafit nagy nyomáson gyémánttá alakul át. A kőolaj képződéséhez alkalmasnak tartott körülmények a földkéregben mintegy 100 km mélységben uralkodnak, de nem állnak fenn a felszíni üledékes rétegekben, amelyek hagyományosan a kőolaj keletkezési helyének számítanak.                                                                                               

Az organikus elmélet szószólói – a geológusok legtöbbje – azzal érvelnek, hogy a föllelt olajmezőkről kitermelt olaj szénhidrogénjei a szárazföldi és tengeri élőlények testét alkotó szénhez hasonlóan szegények 13 C izotópban. A szervetlen eredetű szénhidrogének, például a metán ezzel szemben magasabb 13 C izotóp arányt mutatnak. A kérdés eldöntésére nem vállalkozunk, de jelezzük, hogy az uralkodó szerves keletkezés elmélete egyáltalán nem hézagmentes és, hogy a dolgok nem csak egyféleképpen lehetnek logikusak. Az emberek nem szívesen látják be, ha valamint nem tudnak, ebben az esetben mégis jobb elismerni: valójában senki sem tudja, hogyan keletkezik a kőolaj, de ha az anorganikus elmélet helytállónak bizonyulna, az a politikusokban és a gazdaság főszereplőiben azt a félelmet keltené, hogy felborítja a Föld maradék olajkészletére vonatkozó becsléseket. Márpedig a készletekre vonatkozó becsléseknek súlya van, hiszen egyrészt alapvetően meghatározza azt a csapásirányt, amely irányba a világ menekülni akar a globális olajhiány réme elől, másrészt pedig a nagybefektetők piaci magatartására is hatással van.

                                                                                                                                          2013 elején az USA Energiaügyi Minisztériumának élére Dr. Ernest Monizt nevezték ki, aki a Massachusettsi Műszaki Egyetem atomfizikusa volt, de dolgozott már korábban is a minisztériumban. Moniz amellett, hogy a zöld fizika professzora, közismerten elkötelezett a fosszilis energiahordozók mellett, ami a környezetvédők szerint veszélyezteti az éghajlatváltozás elleni globális harcot és a megújuló energiák terjedését. Jelölése ellen a Greenpeace és a neves Sierra Club is felszólalt. Az amerikai kormány energiapolitikája nem változik, és az már most látható, hogy az energiahiány fenyegető réme elől nem a megújuló energiák felé, hanem a szénhidrogének hagyományos és nem hagyományos formáinak irányába menekül. A szénhidrogének keletkezésének biológiai (organikus) elmélete olyannyira közkedveltté vált az Egyesült Államokban és Európa sok országában, hogy ez az előítélet gyakorlatilag megakadályozta az ettől eltérő nézőpontok alapos megvizsgálását. Más volt a helyzet az egykori Szovjetúnióban, ahol folytak anorganikus kutatások. Thomas Gold szerint ez azért volt így, mert a nagyra becsült orosz kémikus – Mengyelejev professzor – az anorganikus elméletet képviselte. Úgy tűnik, Gold megfeledkezett arról, hogy a Lomonoszov óta uralkodó organikus elmélet is orosz tudóstól származik, de ami az anorganikus elmélet lényegét illeti, szimpatikusnak tűnik. Távol áll tőlünk, hogy ennek az akadémikus kérdésnek az eldöntésére vállalkozzunk, de szükségesnek tartjuk jelezni, hogy ilyen elmélet is van. Ha azonban valaki szavazásra bocsátaná a kérdést, az anorganikus elmélet igazsága mellett tennénk le a garast azzal a meghagyással, hogy ha az elmélet igaz is, a szénhidrogének keletkezésének üteme akkor is nagyságrendekkel elmarad a kitermelés üteme mögött, ezért nem fogja fölborítani az olajkészletekre vonatkozó becsléseket, így nem érdemes a kérdésnek gazdasági felhangot adni. Az olaj tehát így is, úgy is fogytán van! Az anorganikus elmélet ugyanakkor nem zárja ki, hogy élő szervezetek bomlása útján is létrejöhetnek kőolajhoz hasonló bonyolult szénhidrogén elegyek, mindössze arról van szó, hogy a Föld kőolaj készletében nem ez dominál.                                                                                                                                     

A termonukleáris magyarázat 
A szénhidrogének szervetlen keletkezésének anorganikus folyamatára részletesebb és kielégítő magyarázat olvasható ki a Föld magjában végbemenő termonukleáris folyamatokból kiindulva arra a tényre vonatkozólag, hogy az olajmezők szénhidrogénjei szinte mindig tartalmaznak biológiailag semleges héliumot, valamint arra, hogy a szervetlen eredetű szénhidrogének magasabb arányban tartalmazzák a szén 13-as számú izotópját. A magyarázat az, hogy a Föld belsejében működő szabályozott és lefojtott természetes atomreaktorból, amely a Föld melegét is szolgáltatja, a reakció fölfelé törekvő sok-sok bomlásterméke között el nem bomlott hélium maradványok is megtalálhatók, a hélium tehát ezért van ott. A 13 C izotóp pedig azért fordul elő nagyobb arányban a szervetlen eredetű szénhidrogénekben, mert a szerves eredetűnek tartott természetes szénhidrogéneknek akár többszáz millió év is rendelkezésükre állt, hogy a Föld mélyéből magukkal hozott radioaktív termékek, köztük a 13 C is, elbomoljanak. Ezek az érvek az anorganikus elmélet oldalán nyomják a mérleg serpenyőjét.                                                                                     

A Föld voltaképpen egy szabályozott és lefojtott atomreaktorként működik. Kellő mennyiségű energia befektetésével bármely atom széthasítható részeire, az egyes tömegszámú hidrogén kivételével. A Föld belsejében zajló maghasadási reakciók elindításához szükséges energia idegen égitestek becsapódásából származik, amely valamikor a földtörténeti régmúltban ment végbe.

Kiindulási elem	Atomsúly	1.hasadási termék	Atomsúly	2.asadási termék
Vas (Fe)	26	Alumínium (Al)	13
Nikkel (Ni)	28	Szilícium (Si)	14	Nitrogén (N)	7
Germánium (Ge)	32	Kén (S)	16	Oxigén (O)	8
Kripton (Ke)	36	Argon (Ar)	18	Fluor (F)	9
Cirkónium (Zr)	40	Kalcium (Ca)	20	Neon (Ne)	10
Kadmium (Cd)	48	Króm (Cr)	24	Magnézium (Mg)	12
		Szén (C)	6	Lítium (Li)	3
		Berillium (Be)	4	Hélium (He)	2
		Hélium (He)	2	Hidrogén (H)	1

A maghasadás során létrejövő magas hőmérséklet folyamatosan gerjeszti a láncreakciót, amely a Föld magjában uralkodó extrém körülmények között önfenntartó. A keletkező új atomok tömege és súlya megegyezik a széthasadt atom súlyával, de térfogata nem. Az új atomok lényegesen nagyobb, nagyjából kétszeres térfogatot töltenek ki, ami az anyaghalmaz tágulását okozza. A tágulás hatására növekszik a nyomás az aktív zóna körül. A környezet, mivel olvadt állapotban van, enged a nyomásnak, és a felszín felé irányuló mozgással teret enged az anyaghalmaz térfogat növekedésének. E térfogat növekedés okozta anyagvándorlás viszi el a keletkező hőmennyiséget a reakciótérből, úgy szabályozva azt, hogy a folyamatot megváltoztató túlságosan magas vagy alacsony hőmérséklet ne alakuljon ki. Az így kialakult hosszantartó inherens folyamat - azonos súlyviszonyok mellett – folyamatosan növeli a Föld térfogatát. E beláthatatlanul bonyolult folyamatban a különféle kémiai elemek folyamatosan keletkeznek és hasítják egymást, amelyek közül egyesek - mint a szén, hidrogén, kén, és az oxigén – igyekeznek elfoglalni a sűrűségüknek megfelelő magasságot. Ezért a könnyebb elemek áthaladva a nagyobb sűrűségű elemek olvadt rétegein, elindulnak fölfelé. A hidrogén normál körülmények között nemigen vegyül semmivel, de az itt uralkodó extrém nyomáson és hőmérsékleten viszont szinte mindennel, ami az útjába kerül. Ezt teszi a szén, a kén, az oxigén is, de ugyanígy vándorolnak fölfelé, keverednek és vegyülnek a könnyűfémek is: alumínium, magnézium, nátrium, kálium, és a kalcium is. Ezzel a felszálló keveredő mozgással a vegyületek végtelen sorát hozzák létre, egy részük pedig elemi állapotban marad. E vegyületek az alacsonyabb hőmérsékletű felsőbb régiókba érve, mikor elérik olvadási illetve fagyási pontjukat, kiválnak, vagyis megszilárdulnak. Megközelítőleg kétezer kőzetalkotó ásványt ismerünk, ebből mintegy kétszáz jellemzően nagy mennyiségben fordul elő. A képződő ásványok kiválási sorrendjét kísérleti úton Norman Levi Bowen határozta meg, s 1928-ban megjelent „A magmás kőzetek evolúciója” c. könyvében tette közzé, ami azután a geokémia és a geofizika egyik alapműve lett. 

         

A Bowen sorozat

                                                                                                                                                         

Az ember által készített atomreaktorban idővel olyan mértékben felhalmozódnak a hasadáskor képződött anyagok, hogy több, neutront nyelnek el, mint amennyi keletkezik, és ha ki nem cserélnék, a láncreakció leállna. A fűtőanyagot ekkor kiégettnek tekintik, és kicserélik. Az ember által készített atomreaktorban tehát a kiégett fűtőelemekben visszamaradt hasadási termékek nincsenek stabil sugárzásmentes állapotig hasítva, ezek még több ezer éves felezési idővel tovább sugároznak. A Föld mélyében zajló termonukleáris folyamatokban azonban sokkal nagyobb tömegek vesznek részt, és sokkal hosszabb a rendelkezésre álló idő. Az önfenntartó folyamatban a maghasadás évmilliókon át zajlik, mert a folyamat önfenntartó. Keletkeznek ebben a folyamatban nem stabil atomok is, amelyeket izotópoknak nevezünk. A rendelkezésre álló idő hosszúsága lehetővé teszi, hogy sokszori feleződéssel a keletkezett instabil izotópok nagyrészt stabil, sugárzásmentes atomokká bomoljanak. Ez a bomlás párhuzamosan zajlik a magban folyó láncreakcióval, de ez a folyamat a felsőbb rétegekben megy végbe, hatásuk hosszantartó. A bomláson átesett atomokból fölépült kőzetek és más vegyületek már nagyrészt stabil, sugárzásmentes állapotban jutnak a felszín közelébe. Ez alól csak a nagyon hosszú, több milliárd éves felezési idejű atomok jelentenek kivételt, mint az uránium 238, vagy a tórium 232. Ezek az anyagok még nagyon hosszú idő elteltével is sugárzóképes állapotban jutnak a felszínre. Folyamatosan keletkeznek a mélyben olyan vegyületek is, amelyek nem válnak ki és nem szilárdulnak meg, a felszín közeli hőmérsékleten. Ilyen vegyület az élet szempontjából egyik legfontosabb anyag: a víz. A maghasadás isteni kohójában teremtett hidrogén először a nyomás, később a gravitációs szelekció hatására fölfelé nyomul, és elegyedik a szénnel, kénnel, oxigénnel, és a többi anyaggal, melyekkel különféle vegyületeket alkot. Ilyen vegyület a víz, valamint a szénhidrogének és kénhidrogének is, de így jönnek létre a karbonátok, szulfidok, oxidok, stb. Mindnyájan a sűrűségük által meghatározott magasságban helyezkednek el. Amikor a víz eléri a szilárd kéreg alját, akadályba ütközik. Nincs egyedül, mert minden vegyület, amelynek sűrűsége nem éri el a 2,7 g/c3-t, itt gyülemlik fel. Amíg nem képesek továbbhaladni, addig tovább elegyednek és szelektálódnak, miközben évmilliókig várják az alkalmat, hogy tovább haladjanak fölfelé. Vannak vegyületek, amelyeknek kicsi a viszkozitásuk és be tudnak szívódni a földkéreg repedéseibe és azokon haladnak fölfelé. Ezek a földgáz, a víz, a kőolaj, és a különféle sóoldatok, s így bukkan föl újra a kőolaj szervetlen keletkezésének teóriája, noha nem azt kerestük.                                                                                                                       

Más, sűrűbb anyagok, mint a bazalt, várakoznak. A bazalt sűrűsége 3,3 g/cm3, a földkéregé átlagosan 2,7 g/cm3, a bazalt mégis följut a felszínre. Ahogy egyre több olvadt magma gyűlik föl, megnövekszik a Föld belsejének a nyomása, és mivel a szilárd földkéreg rideg, ezért szétreped, ezen a repedésen türemkedik ki a magma, majd kihűl és megszilárdul. A magma felszínre törése után a nyomás lecsökken, a láva pedig kihűl és megszilárdul. Saját anyagával kitölti és begyógyítja a Föld kérgén esett repedést, ezért a bolygó állandóan szilárd kéreggel van borítva. Ugyanez a mechanizmus növeli a tengerfenék felszínét, ennek következtében a Föld térfogatát is. A bazalt, mivel sűrűbb, nehezebb anyag, mint a Föld-kéreg átlagosan, ezért tartósan a mélyben marad és a tetején felgyülemlett vízzel a mélyebb tereket tölti ki. A lassan, de folyamatosan növekvő nyomás hatására, amikor a Föld-kéreg újra és újra megreped és szétválik, földrengések pattannak ki. A kisebb viszkozitású anyagok, mint a kőolaj és különféle sóoldatok, de a földgáz is, a kéregben megközelítik a felszínt, de a tengerfenéki üledékeken ritkán törnek át, mert felhajtó erejük többnyire a fajsúlykülönbségből adódik. Ezek a vegyületek főként a felszín alatti kőzetrétegekben torlódnak fel, csak néha egy-egy hasadékon át jutnak a felszínre. A víz is előbb-utóbb eléri a felszít, már csak azért is, mert rengeteg keletkezik belőle, és részben kiáramlik, részben tovább tárolódik a kéregben. Egyes kutatók szerint az óceánok víztömegének többszöröse rejtőzik a szilárd kéreg alatt. A kiáramló víz a tengerfenéki hőforrások formájában áramlik ki a kéregből. A feloldott és magával hozott ásványokat szétteríti az óceán mélyén. Hőmérsékletével, gazdag ásványi anyag tartalmával életlehetőséget nyújt számos mélytengeri élőlény fennmaradásához, a felszínre vagy közelébe kerülő része pedig az ember szolgálatába áll, és úgy hívják: termálvíz. Ez az a víz, amely kitölti a folyamatosan növekvő óceáni medence űrtartalmát, s amely létrehozta az ősrégi kozmikus ütközések energiájának és a bolygó saját anyagának átalakításával évmilliók százai során a világóceánokat. A Föld hőháztartásának változásai, a légkör vastagsága és összetétele szorosan összefüggenek egymással, és fenntartják az élővilágot.                                                                                  

A Föld mélyében működő termonukleáris reakciók hatására nem csak folyamatosan keletkező anyagok – köztük víz és kőolaj – áramlanak a felszínre, hanem jelentős mennyiségű hő is, amit geotermikus energia néven ismerünk.

Néhány európai ország különféle időpontokban becsült kőolajkészletei:                  (Millió tonnában).

Ország	1950	1960	1970	1975
Ausztria	11	36	21	24
Dánia	na	na	na	32
Franciaország	1	28	21	12
NSZK	37	73	81	52
Nagy-Britannia	1	1	1	2198
Olaszország	na	44	37	103
Hollandia	7	29	40	37
Norvégia	na	na	33	940
Spanyolország	na	na	na	34
Törökország	na	10	93	70

Földünk legfontosabb feltárt olajlelőhelyei országonként a következők:                                  (Milliárd barrel és tonna).

Ország	Feltárt készlet
Szaúd-Arábia	332,7 /46,27/
Egyesült Államok	216,5 /30,11/
Oroszország	192,6 /26,80/
Irán	135,9 /18,90/
Venezuela	130,6 /18,16/
Kuvait	125,1 /17,40/
Irak	122,8 /17,08/
Egyesült Arab Emírségek	113,3 /15,76/
Mexikó	70,9 /9,86/
Kína	42,9 /5,97/
Líbia	41,9 /5,83/
Nigéria	33,4 /4,65/
Kanada	21,2 /2,95/
Indonézia	21.0 /2,92/
Kazahsztán	20,5 /2,85/
Algéria	18,3 /2,55/
Norvégia	17,6 /2,45/
Nagy-Britannia	16,9 /2,35/