Nieodnawialne źródła energii
Nieodnawialne źródła energii to wszelkie źródła energii, które nie odnawiają się w krótkim okresie. Ich wykorzystanie jest znacznie szybsze niż uzupełnianie ich zasobów.
Źródłami nieodnawialnymi są przede wszystkim paliwa kopalne: węgiel kamienny, węgiel brunatny, torf, ropa naftowa i gaz ziemny.
Nieodnawialne źródła energii pod postacią paliw kopalnych są podstawowym źródłem dla przemysłu, energetyki, transportu i gospodarstw domowych.
Przykłady nieodnawialnych źródeł energii
Węgiel kamienny – skała osadowa pochodzenia roślinnego, zawierająca 75-97% pierwiastka węgla, powstała w karbonie ze szczątków roślinnych, które bez dostępu tlenu uległy uwęgleniu. Ma czarną barwę, matowy połysk, czarną rysę.
Węgiel kamienny stosowany jest powszechnie jako paliwo. Jego wartość opałowa waha się od 16,7 do 29,3 MJ/kg i silnie zależy od jego składu (zawartości popiołu, siarki i
wilgotności). Wartość opałowa czystego pierwiastka węgla wynosi ok. 33,2 MJ/kg.
Mamy kilkanaście typów węgla kamiennego.
Węgiel jest w Polsce surowcem strategicznym, bo zaspokaja 65% zapotrzebowania energetycznego kraju. W roku 2002 w Polsce wydobyto 104mln ton tego surowca energetycznego.
Węgiel brunatny to skała osadowa pochodzenia organicznego roślinnego powstała w trzeciorzędzie ze szczątków obumarłych roślin bez dostępu powietrza. Zawartość węgla 62-75%. Często stosowany jako paliwo. Jego wartość opałowa waha się od 7,5 do 21 MJ/kg. Węgiel brunatny podzielono na 7 sortymentów ze względu na wielkość ziarna.
Węgiel brunatny używany jest na rynkach lokalnych, ponieważ w czasie transportu kolejowego mokry i zapopielony węgiel pod wpływem wilgoci „zbija” się w masę trudną do rozładowania, a w porze zimowej masa ta zamarza.
Skutkiem tego elektrownie opalane węglem brunatnym najczęściej stawia się w pobliżu złóż, a surowiec dostarczany jest do nich przenośnikami taśmowymi.
Wydobycie w Polsce na rok 2001 wyniosło 59,5mln.
Torf – skała osadowa powstała w wyniku zachodzących w szczególnych warunkach przemian obumarłych szczątków roślinnych. Szczątki drzew żyjących przed setkami i tysiącami lat zostały pochłonięte przez bagna, tworząc powłokę, która pod naporem kolejnych warstw osadów została stopniowo sprasowana. Po usunięciu tlenu, powstał torf. W wyniku kolejnych procesów, po upływie milionów lat zmienia się w węgiel brunatny a potem w kamienny.
Ropa naftowa – ciekła kopalina, złożona z naturalnych węglowodorów gazowych, ciekłych i stałych. Złoża ropy naftowej występują w porowatych skałach w głębi ziemi. W normalnych warunkach ponad złożem ropy tworzy się warstwa zawierająca gaz ziemny. W płytkich złożach ropa naftowa przesiąka do powierzchni ziemi, gdzie bardziej lotne frakcje odparowują, pozostawiając oleiste, na wpół stałe substancje jak np. asfalt. Jest podstawowym surowcem przemysłu petrochemicznego stosowanym do otrzymywania m.in. benzyny, nafty, olejów, parafiny, smarów, asfaltów, mazutów, wazelin.
Ropa naftowa podzielona jest na 5 typów związanych z różnymi zależnościami.
Gaz ziemny jest to paliwo kopalne pochodzenia organicznego, gaz zawierający się w skorupie ziemskiej w pokładach wypełniających powierzchnie, niekiedy pod wysokim ciśnieniem. Pokłady gazu ziemnego występują samodzielnie lub towarzyszą złożą ropy naftowej albo węgla kamiennego. Jego głównym składnikiem jest metan. Podzielony jest on ma 3 typy ze względu na zawartość różnych składników.
Odnawialne źródła energii
Odnawialne źródła energii to źródła energii, których używanie nie wiąże się z długotrwałym ich deficytem.
Najważniejszym ze źródeł odnawialnych jest energia spadku wody. Pozostałe źródła odnawialne - energia słoneczna, energia wiatru, biomasy, biogazu, pływów morskich, energia geotermalna i inne - są używane na mniejszą skalę.
Energia odnawialna jest przez niektóre środowiska przedstawiana jako synonim energii przyjaznej dla środowiska. Nie jest to jednak pełny obraz. Ze stosowanych dziś na dużą skalę źródeł energii najmniejszy efekt ekologiczny ma energetyka jądrowa, duże szkody wyrządzają zaś zarówno energetyka oparta na surowcach kopalnych - głównie w postaci zanieczyszczeń atmosferycznych, jak i na energii spadku wody - przez zmiany w ekosystemach spowodowane utworzeniem zapór i sztucznych zbiorników wody.
Przykłady odnawialnych źródeł energii
Energia kinetyczna prądów morskich. Moc prądów morskich jest oceniana na 7 TW. Jednak jej wykorzystywanie jest bliskie zeru z powodu problemów technicznych i obawy przed zaburzeniem naturalnej równowagi. Wielu badaczy uważa, że prądy morskie mają fundamentalne znaczenie dla klimatu i uszczuplenie jej energii, choćby niewielkie, mogłoby prowadzić do nieobliczalnych zmian klimatycznych.
Energia pływów. Pływy są źródłem energii o mniejszym potencjalnie (szacuje się, że możliwe do wykorzystania jest 200 GW) niż prądy morskie, ale za to bezpieczniejszym i lepiej poznanym.
Energia falowania. Moc fal ocenia się na 3 TW, jednak wykorzystywanie taj energii sprawia pewne trudności pomimo, iż opracowano wiele teoretycznych metod konwersji energii falowania na energie elektryczną. Największym problemem jest zmienność wysokości fal i wytrzymałość elektrowni.
Energia geotermalna (energia geotermiczna). Polega na wykorzystywaniu cieplnej energii wnętrza Ziemi, szczególnie w obszarach działalności wulkanicznej i sejsmicznej. Woda opadowa wnika w głąb ziemi, gdzie w kontakcie z młodymi intruzjami lub aktywnymi ogniskami magmy, podgrzewa się do znacznych temperatur. W wyniku tego wędruje do powierzchni ziemi jako gorąca woda lub para wodna.
Woda geotermiczna wykorzystywana jest bądź bezpośrednio (doprowadzana systemem rur) lub pośrednio (oddając ciepło chłodnej wodzie i pozostając w obiegu zamkniętym).
Energetyka słoneczna – gałąź przemysłu zajmująca się wykorzystywaniem promieniowania słonecznego.
Do ziemi dociera promieniowanie słoneczne zbliżone widmowo do promieniowania ciała doskonale czarnego o temperaturze ok. 5700 K.
Graniczną mocą, jaką można uzyskać bezpośrednio z energii słonecznej na jednym metrze kwadratowym jest tzw. stała słoneczna, która wynosi średnio 1 367 W/m2 i jest mocą promieniowania słonecznego docierającą do zewnętrznej warstwy atmosfery. Część tej energii jest odbijana lub pochłaniana przez atmosferę, więc efektywnie wykorzystać przy powierzchnie Ziemi do 1000 W/m2.
Jest kilka metod konwersji promieniowania słonecznego, np. konwersja fotowoltaiczna, konwersja fototermiczna pasywna, konwersja fototermiczna aktywna, konwersja fotochemiczna.
Elektrownia wodna to zakład przemysłowy zamieniający energię spadku wody na elektryczną.
Elektrownie wodne dzielimy na „duże” i „małe”, przyjmując, że małe elektrownie wodne (skrót MEW) to te o mocy poniżej 5 MW.
Energia wiatru. Współcześnie stosowane turbiny wiatrowe przekształcają ją na energię mechaniczną, która dalej zamieniana jest na elektryczną.
Elektrownia wiatrowa to zespół urządzeń produkujących energię elektryczną, wykorzystując do tego turbiny wiatrowe. Energia elektryczna uzyskana z wiatru jest uznawana za ekologicznie czystą, gdyż, pomijając nakłady energetyczne związane z wybudowaniem takiej elektrowni, wytwarzanie energii nie pociąga za sobą spalania żadnego paliwa.
Biomasa w ekologii ten termin oznacza ogólną masę materii organicznej, zawartej w organizmach zwierzęcych i roślinnych w danym siedlisku. Pod tym pojęciem rozumie się także całość występującej w przyrodzie materii pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego nie wliczając w to materii organicznej zawartej w kopalinach.
Przez fotosyntezę energia słoneczna jest akumulowana w biomasie. Energię zawartą w biomasie można wykorzystać dla celów człowieka. Podlega ona przetwarzaniu na inne formy energii poprzez spalanie biomasy lub spalanie produktów jej rozkładu. W wyniku spalania uzyskuje się ciepło, która może być przetworzona na inne rodzaje energii, np. energię elektryczną.
Biogaz, gaz wysypiskowy – gaz palny, produkt fermentacji anaerobowej związków pochodzenia organicznego (np. ścieki, m.in. ścieki cukrownicze, odpady komunalne, odchody zwierzęce, gnojowica, odpady przemysłu rolno-spożywczego, biomasa) a częściowo także ich gnicia powstający w biogazowni. W wyniku spalania biogazu powstaje mniej szkodliwe tlenki azotu niż w przypadku spalania paliw kopalnych.
Energia jądrowa i termojądrowa
Trudno jednoznacznie zaliczyć energię jądrową i termojądrową do źródeł odnawialnych bądź nieodnawialnych. Ilości uranu i toru na Ziemi są niewyczerpane – większość znajduje się jednak w skałach w bardzo niskich stężeniach – a tylko nieliczne złoża o relatywnie dużym ich stężeniu są dziś wykorzystywane. Jeszcze większe są ilości dostępnego deuteru – występującego w dość wysokich stężeniach w wodzie oceanicznej. Zasoby te, jakkolwiek duże by były, nie podlegają jednak samoistnej odnowie.
Energia jądrowa to energia uzyskiwana na drodze kontrolowanych przemian jądrowych. Uzyskiwana jest głównie w wyniku rozszczepiania ciężkich jąder atomowych (głównie uranu-235) w niewielkim stopniu w wyniku rozpadów promieniotwórczych.
Garść uranu daje tyle energii, co 70 t węgla lub 90 baryłek ropy. Elektrownia atomowa zasilająca w energię milionowe miasto zużywa tylko 3 kg uranu dziennie, uran jest zatem na razie najbardziej skondensowanym źródłem energii wykorzystywanym przez człowieka.
Reakcja termojądrowa, synteza jądrowa lub fuzja jądrowa – zjawisko polegające na złączeniu się dwóch lżejszych jąder w jedno cięższe jądro, w wyniku fuzji mogą powstawać obok nowych jąder też wolne neutrony, protony, cząstki elementarne i cząstki alfa.
