Alternatywne źródła energii

Zapotrzebowanie na energię w społeczeństwie przełomu XX i XXI wieku jest olbrzymie. Trudno w dzisiejszych czasach wyobrazić sobie życie bez użytkowania energii elektrycznej. Energia ta obecnie jest nam tak samo niezbędna do życia jak woda i powietrze. Energia elektryczna jest energią układu ładunków elektrycznych wzajemnie oddziałujących na siebie. Siły elektrostatyczne i elektrodynamiczne między naładowanymi cząstkami powodują ich przyciąganie lub odpychanie. Wykorzystanie energii elektrycznej polega na celowym uporządkowaniu tych elementarnych oddziaływań. Niezbędne do tego jest dysponowanie ciałami różniącymi się między sobą pod względem potencjału elektrycznego. W dobie tak daleko posuniętego rozwoju techniki gdzie wszystkie urządzenia napędzane są za pomocą energii elektrycznej, a sama energia elektryczna stanowi główną gałąź gospodarki każdego kraju - musimy poszukiwać nowych jej źródeł. Aby nie dopuścić do zaistnienia sytuacji w której by nam jej zabrakło, gdyż miałoby to tragiczne skutki dla nas i dla naszego otoczenia. Z powodu braku surowców umożliwiających wyprodukowanie energii w konwencjonalny sposób i ze względu na niedostateczny rozwój niekonwencjonalnych metod jej pozyskiwania nastąpiłoby załamanie w dziedzinie produkcji i co się z tym bezpośrednio wiąże -handlu - nastąpiłby kryzys w gospodarce który miałby tragiczne skutki, szczególnie dla państw wysoko uprzemysłowionych. Proszę sobie wyobrazić brak możliwości dostarczenia pożywienia i innych środków niezbędnych dla prawidłowego funkcjonowania ludzi np. do Nowego Jorku zamieszkiwanego przez 7,3 min ludzi. Nowoczesne szpitale wyposażone w sprzęt najnowszej generacji przeznaczony do ratowania ludzkiego życia który bez energii elektrycznej nie jest w stanie poprawnie funkcjonować, czy brak oznakowania świetlnego na skrzyżowaniach w wydobycie węgła w 1994 roku dużych miastach z rozbudowaną infrastrukturą komunikacyjną. Służby takie jak policja czy straż pożarna nie byłyby w stanie dotrzeć na czas do potrzebujących pomocy, wywołałoby to nasilenie fali kradzieży i rozbojów. Nastąpiłby całkowity paraliż i to paraliż w skali globalnej. Taka wizja przyszłości nie stanowi jedynie przypuszczeń i domysłów, ma ona swoje realne podstawy. W okresie ostatnich 80 lat zużycie energii na świecie wzrosło 10 krotnie, choć liczba ludzi zwiększyła się tylko 2,5 krotnie. Wzrost jednostkowego zużycia w przeliczeniu na jednego mieszkańca Ziemi rośnie nadal. Coraz większe są również potrzeby energetyczne związane z produkcją żywności.
Węgiel - z niego pochodzi około 30% energii produkowanej na świecie. Na Ziemi pozostały jeszcze bogate złoża tego surowca. Szacuje się że stosunkowo niewielkim kosztem będzie można wydobyć około 910 miliardów ton, natomiast przy większym nakładzie finansowym liczba ta osiągnie nawet 1800 miliardów. Jednakże przy utrzymaniu obecnego zużycia tego paliwa, węgiel powinien nam wystarczyć na zaledwie 200 lat.

Energia wody - energie tą ludzie już od dawien wykorzystywali dla własnych potrzeb. Historia kół wodnych sięga aż do I wieku n. e. służyły one wpierw do napędzania żaren w młynach, 1000 lat później ludzie zaczęli wykorzystywać energie wody do innych celów - napędzania miechów i ciężkich młotów w kuźniach, piły w tartakach i wiele temu podobnych urządzeniach. Dziś ich nowoczesne odpowiedniki w postaci turbin są wykorzystywane do napędzania potężnych generatorów elektrowni wodnych. Ta gałąź przemysłu nosi nazwę hydroenergetyki. Nowoczesne hydroelektrownie wykorzystują olbrzymie zapory oraz zbiorniki wodne dzięki czemu powstaje duża różnica poziomów co gwarantuje stały spad wody z dużej wysokości. Energie tą można pozyskiwać również dzięki falowaniu morza. Wielkie fale oceaniczne niosą ze sobą olbrzymią ilość energii, lecz pojawia się tu problem natury technicznej - nie istnieją jeszcze urządzenia pozwalające na ich efektywne wykorzystanie - niedawno wybudowana elektrownia w szkockim mieście Islay wykorzystująca energie fal morskich ma moc zaledwie 180 kW. Naukowcy są zdania,że przy maksymalnym wykorzystaniu energii wód Ziemi można by uzyskać aż 2,25 mld kW energii elektrycznej. Nie wykorzystywane zasoby energii wodnej znajdują się przede wszystkim w Afryce, Azji, oraz Ameryce Południowej. Największe na świecie elektrownie wodne wybudowano na rzekach: Parana na granicy pomiędzy Paragwajem a Brazylią ( moc 12,6 min kW ), Kolumbia w USA, oraz na Jeniseju w Rosji.

Energia wiatru - Ludzie już stosunkowo dawno zauważyli możliwość pozyskiwania energii z wiatru. Historia mówi o tym iż w VI wieku naszej ery Persowie mełli ziarno używając młynów wiatrowych. W VIII wieku n. e. powstały pierwsze wiatraki w Holandii. Jednak największe znaczenie miały one w XVI i XVII wieku. Po wynalezieniu maszyny parowej ich znaczenie zmalało aby mogły przeżyć ponowny renesans pod koniec XX wieku. Ich liczba ciągle wzrasta a ich produkcja jest obecnie tak duża, ze stanowią np. trzeci główny produkt eksportowy takich "wiatrakowych potęg" jak Dania. Ich liczba w tym kraju wynosi ok. 4000 sztuk. W chwili obecnej wiatraki używane są przeważnie do produkcji energii elektrycznej.
Energia elektryczna pozyskana z wiatru jest ekologicznie czysta, gdyż w procesie jej wytwarzania nie dochodzi do spalania paliwa. Aby uzyskać l MW mocy wirnik turbiny takiego wiatraka powinien mieć średnice około 50 metrów. Ponieważ duża konwencjonalna elektrownia ma moc nawet do 1000 MW to jej zastąpienie wymagałoby użycia wielu wiatraków. W niektórych krajach budowane są elektrownie wiatrowe, składające się z wielu ustawionych obok siebie turbin. Jednak opinia publiczna często bywa nieprzychylna takim inwestycjom ze względu na to iż " szpecą krajobraz " Dlatego też przyszłość takich elektrowni nie jest pewna. Jednakże niewielkie pojedyncze turbiny są doskonałym źródłem energii w miejscach oddalonych od cywilizacji, gdzie brak jest połączenia z krajową siecią. W krajach takich jak Australia czy USA wiatraki są używane już od kilkudziesięciu lat przez rolników i w nie małym stopniu przyczyniły się one do rozwoju i bogactwa tych krajów. Obecnie używanych na skale nie przemysłową jest około miliona tego typu urządzeń w różnych zakątkach tego świata. O ich sukcesie zadecydowały:
niskie koszty eksploatacji
ekologiczna technologia
niski koszt oczątkowy w porównaniu z innymi urządzeniami do wytwarzania energii

Nowoczesny wiatrak jest zupełnie zautomatyzowany co znacznie upraszcza jego obsługę. Do poprawnego działania instalacji wystarczy już wiatr o prędkości 3-5 m/s przy czym wiatraki uzyskują optimum przy prędkości 15 " 20 m/s.

Biomasa są to suche rośliny. Na ogół jest to słoma bądź drewno z drzew szybko rosnących jak np. wierzba. Przy ich spalaniu emisja CO2 jest równa ilości tego związku jaką pobrała roślina w czasie wzrostu, co w bilansie końcowym wychodzi na "0". Jako źródło energii biomasa jest również, przy racjonalnej gospodarce, odnawialna (w przeciwieństwie do pokładów ropy czy gazu). Nie ma również problemu z utylizacja popiołu gdyż Jest znakomitym nawozem. Jest to paliwo stosunkowo wydajne; dwie tony suchej biomasy w postaci słomy lub drewna, są równoważne energetycznie tonie węgla kamiennego. Również ze względów ekonomicznych warto się zastanowić nad zmianą dotychczasowego paliwa:
wytwarzanie energii cieplnej przy pomocy biomasy jest tańsze o 200% - 300%
zwrot kosztów inwestycji w odpowiedni piec waha się od 2 - 4 lat
Obecnie w Polsce mnóstwo biomasy marnuje się; produkujemy rocznie ok. 25 mln. ton słomy z czego gnije bądź jest spalane na polach 8-12 mln. ton. Dodajmy do tego drewno, które mogłoby wyrosnąć na polach stojących odłogiem to otrzymamy stosunkowo dużą ilość paliwa. Paliwo to może być stosowane systemach grzewczych ale również po zamontowaniu turbiny i instalacji towarzyszącej można produkować prąd elektryczny.
Elektrownie słoneczne. Ludzie podobnie jak z energią wiatru już dawno dostrzegli możliwość praktycznego wykorzystania energii jaką niosą ze sobą promienie słoneczne - 400 lat p.n.e. Grecy wykorzystywali promienie słoneczne skupione w szklanej kuli wypełnionej wodą do rozniecania ognia Około 30% energii słonecznej docierającej do Ziemi jest odbijana przez atmosferę, 20% jest przez nią pochłaniane, a tylko 50% dociera do powierzchni ziemi. Te "zaledwie" 50% to aż 27*1.000.000.000 MW, przy czym należy zaznaczyć że zapotrzebowanie ludzkości w energie ( nie tylko elektryczna, również mechaniczna i cieplna ) wynosi 0,01*1.000.000.000 MW. Energii ta jest praktycznie nie wyczerpywalna, a jej pozyskiwanie jest nie szkodliwe dla środowiska. Niestety źródło to ma wadę. Aby zaopatrzyć całą Ziemie w energie pochodzenia słonecznego należałoby pokryć 745.000 km2 Jej powierzchni panelami fotowoltaicznymi. Rozwiązaniem tego problemu jest rozmieszczenie paneli na dachach budynków które mają one zaopatrywać w energie.

Energii promieniowania słonecznego nie musimy przetwarzać tylko w energie elektryczną. Istnieje również możliwość wykorzystywania tej energii w sposób pasywny. Polega to na zastosowaniu takiej architektury domu (lub innego budynku ), aby wpuścić do pomieszczenia maksymalnej ilości światła bądź ciepła w takiej formie w jakiej występują. Dzięki temu zbędne są skomplikowane urządzenia i instalacje przetwarzające energie słoneczną w prąd elektryczny lub ciepło.

Energia geotermalna - energia wnętrza Ziemi - czyli naturalne ciepło wnętrza naszej planety zgromadzone w skalach i wypełniających je wodach. Jest to stosunkowo młoda metoda pozyskiwania energii gdyż, po raz pierwszy energie geotermalna zastosowano do produkcji elektryczności dopiero w 1904 r. w Larderello (Włochy). Eksploatacje tzw. wodno-dominujących studni geotermalnych rozpoczęto uruchomieniem w 1958 roku siłowni o mocy 50 MW w Nowej Zelandii. Większość obecnie pracujących studni geotermalnych pochodzi z lat 70 i 80. tego stulecia. Najbardziej znanym miejscem wykorzystania jest sztuczny geologiczny zbiornik ciepła w Los Alamos (USA), utworzony w skalach o temperaturze 200C, na głębokości 2000 m. Obecnie coraz powszechniej stosowane są pompy cieplne umożliwiające korzystanie z energii geotermalnej niskotemperaturowej. Energia geotermalna niskotemperaturowa występuje poniżej głębokości l do 1,5 m. w skalach i wodach je wypełniających. Pompy cieplne uruchamiane energią elektryczną lub gazową pozwalają na zamianę niskich temperatur uzyskiwanych z ziemi (10C - 30C) temperatury przydatnej w ciepłownictwie (45C - 80C). Powszechność występowania energii geotermalnej pozwala żywić nadzieje, że w przyszłości stanie się ona głównym źródłem ogrzewania budynków wolnostojących, odległych od scentralizowanych systemów ciepłowniczych, tak jak to jest obecnie w USA, Szwajcarii, Szwecji i w wielu innych rozwiniętych krajach świata. Aktualnie w Polsce wody geotermalne wykorzystuje się do celów ciepłowniczych zaledwie w dwóch miejscach: w Banskiej Niżnej koło Zakopanego i w Pyrzycach koło Szczecina. Szacuje się, że Polska powinna pokrywać około 15% swoich potrzeb energetycznych.

Jednakże ten sposób pozyskiwania energii nie jest tak ekologiczny jak energia wiatru czy słońca. Eksploatacja energii geotermalnej powoduje poważne problemy ekologiczne, z których najważniejszy polega na kłopotach wiązanych z emisją szkodliwych gazów uwalniających się z geopłynu. Dotyczy to przede wszystkim siarkowodoru H^S, który powinien być pochłaniany w odpowiednich instalacjach, co podniosłoby oczywiście koszt produkcji energii elektrycznej. Inne potencjalne zagrożenie dla zdrowia powoduje radon, produkt rozpadu radioaktywnego uranu, wydobywający się wraz z parą ze studni geotermalnej. Ograniczenie szkodliwego oddziaływania tego gazu na środowisko naturalne stanowi otwarty, nie rozwiązany do tej pory problem techniczny.

Energia atomowa budzi wiele kontrowersji wśród społeczeństwa a nawet samych naukowców, wiąże się to z możliwością wykorzystania energii atomowej do produkcji broni masowego rażenia, oraz problemu związanemu z przechowywaniem odpadów radioaktywnych. Dyskusje te zostały spotęgowane przez wydarzenie^ które miało miejsce na Ukrainie 26 kwietnia 1986 w Czamobylu " a mianowicie awaria reaktora w elektrowni atomowej. Doszło do niej na skutek błędu człowieka - wyłączenia systemów awaryjnych w trakcie przeprowadzania eksperymentu mającego zwiększyć bezpieczeństwo pracy reaktora, nastąpiła utrata kontroli nad reaktorem. Skutki tego błędu były straszne, wiele osób zginęło na skutek napromieniowania. Ocenia się, że u kilku tysięcy ludzi bezpośrednio narażonych na duże dawki, wywiąże się (w przeciągu 10-20 lat) choroba nowotworowa. Znaczącym skutkiem tego błędu jest również skażenie terenu. Substancje promieniotwórcze rozprzestrzeniały się skażając głównie Białoruś, Ukrainę, Rosje, ale i również kraje skandynawskie oraz kraje Europy Środkowej i Wschodniej. Najwięksi światowi producenci energii jądrowej Mimo tych niewątpliwie słusznych " przeciw " istnieje również duża grupa czynników " za " , które warto poważnie rozważyć. Przede wszystkim jest to niesłychanie ekonomiczne rozwiązanie - z tony uranu 235 można uzyskać więcej energii niż z 12 milionów baryłek ropy naftowej, przy czym należy zaznaczyć iż złoża uranu są olbrzymie i w przypadku dalszego pozytywnego rozwoju technologii pozyskiwania energii z uranu 238 jego zasoby wystarczyłyby na tysiące lat. Ponadto prawidłowo funkcjonująca elektrownia atomowa nie jest szkodliwa dla środowiska. W chwili obecnej staramy się odejść od tego sposobu pozyskiwania energii ze względu na opinię publiczną, która woli rozwiązanie przyszłego problemu energetycznego odnaleźć w bardziej bezpieczniejszych źródłach takich jak np. energia wiatru.