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. Samo słowo energia pochodzi od greckiego słowa "energeia" i oznacza działalność.
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 mln 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 węgla 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.
Obecnie by sprostać wymaganiom ludności całego świata której przybywa w tempie 90 min na rok większość energii pozyskuje się z paliw pochodzenia organicznego. Złoża te są ograniczone i w zastraszającym tempie maleją. Lecz nie jest to jedyne zagrożenie dla nas i dla naszego otoczenia. Z użytkowaniem konwencjonalnych źródeł wiążą się skutki uboczne.
Poniżej przedstawione są korzyści wynikające z korzystania z odnawialnych źródeł energii i niekorzyści wynikające ze stosowania źródeł konwencjonalnych.
KORZYŚCI WYNIKAJĄCE Z KORZYSTANIA Z ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII | NIEKORZYŚCI WYNIKAJĄCE Z KORZYSTANIA Z KONWENCJONALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII |
|---|---|
Elektrownia wiatrowa nie wydziela zanieczyszczeń. Energia elektryczna uzyskana z wiatru jest ekologicznie czysta, gdyż jej wytworzenie nie pociąga za sobą spalania żadnego paliwa. Alternatywne źródła energii są niewyczerpywalne. Energia słoneczna jest najbezpieczniejsza. Ogniwa słoneczne są niezawodne i nie wymagają konserwacji przez wiele lat. Pojedyncze turbiny wiatrowe to doskonałe źródła energii w miejscach oddalonych od centrów cywilizacyjnych, a gdzie brak jest połączenia z krajową siecią energetyczną. Energia fal morskich jest ogromna (np. wyżłobione przez fale skały nadbrzeżne) Olbrzymie ilości energii można otrzymać ze spalania, a produktem tej reakcji jest tylko woda- nieszkodliwa dla środowiska. Wodór jest uważany za paliwo przyszłości. 2H2O = 2H2O UWAGA: Reakcja ta jest wybuchowa i przyczyniła się do wielu katastrof (m.in. eksplozja sterowca w 1937r., w której zginęło 35 osób). W elektrowniach jądrowych uzyskuje się ogromne ilości energii w wyniku reakcji jądrowych rozpadu takich pierwiastków jak Uran (235U) i pluton (239Pu). Elektrownie jądrowe istnieją w 35 krajach świata i produkują 17% energii. UWAGA: Awarie w elektrowniach jądrowych mogą być przyczyną katastrof (np. w 1986r. w Czarnobylu). Odpady promieniotwórcze stanowią duży problem w wypadku energetyki jądrowej. | Są wyczerpywane. W wyniku spalania węgla, ropy naftowej i gazu ziemnego do atmosfery trafiają następujące tlenki: tlenek węgla (II) o wzorze CO to trujący gaz ziemny zwany czadem; tlenek węgla (IV)- CO2, przyczynia się do powstawania efektu cieplarnianego; tlenki azotu i siarki prowadzą do powstawania kwaśnych opadów. 2C + O 2 = 2CO (czad) C + O 2 = CO 2 (efekt cieplarniany) S + O 2 = SO2 2SO 2 + O 2 = 2SO 3 KWAŚNE DESZCZE: CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3 (kwas węglowy) SO 2 + H 2 O = H 2 SO 3 (kwas siarkowy) SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 (kwas siarkowy (IV) ) N 2 O 5 + H 2 O = 2HNO 3 (kwas siarkowy (V) ) Duże stężenia tlenków azotu oraz czadu pod wpływem promieni słonecznych w klimacie tropikalnym prowadzi do powstawania smogu typu „Los Angeles”. W klimacie umiarkowanym w wyniku nagromadzenia się tlenków siarki i tlenków węgla dochodzi do powstawania smogu typu „Londyńskiego” (smog siarkowy). Ze spalania węgla kamiennego otrzymuje się maksymalnie 33 906,6 kJ, a ze spalania 1kg ciekłego wodoru otrzymuje się aż 120 556,8 kJ. |
Taka wizja przyszłości nie stanowi pozytywnej perspektywy dla rozwoju cywilizacji, stanowić może jedynie nową wizje apokalipsy do której doprowadzą sami ludzie poprzez swój brak wiedzy i pogoń za tańszymi a nie zawsze lepszymi dla Ziemi rozwiązaniami. Dlatego też powinniśmy już teraz zacząć pracować nad odpowiednim uświadomieniem społeczeństwa i nad rozwojem alternatywnych sposobów pozyskiwania energii co przy zbliżającym się nieuchronnym wyczerpaniu zasobów naturalnych ( 40 lat do wyczerpania zasobów ropy naftowej ) jest już koniecznością.
Możemy temu zapobiec, istnieją już technologie umożliwiające produkcje energii w sposób ekologiczny a zarazem ekonomiczny. Energie taką możemy pozyskiwać dzięki:
- elektrowniom wodnym,
- elektrowniom wiatrowym,
- biomasie,
- elektrowniom słonecznym,
- ciepłu geotennalnemu
- oraz wykorzystując energie atomową.
ENERGIA ATOMOWA
Mimo niewątpliwie słusznych " przeciw " korzystaniu z energii atomowej istnieje również duża grupa czynników " za " , które warto poważnie rozważyć. Przede wszystkim jest to niesłychanie ekonomiczne rozwiązanie - z tony 235U 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 238U 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.
ELEKTROWNIE WIATROWE
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 początkowy w porównaniu z innymi urządzeniami do wytwarzania energii
BIOMASA
Innym źródłem taniej i ekologicznej energii może być tzw. biomasa. Biomasa są to suche rośliny. Na ogół jest to słoma bądź drewno z drzew szybko rosnących jak np. wierzba. Przy ich spalaniu emisja CC>2 jest równa ilości tego związku jaką pobrała roślina w czasie wzrostu, co w bilansie końcowym wychodzi na "O". 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 min. ton słomy z czego gnije bądź jest spalane na polach 8-12 min. 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
Biomasa i elektrownie wiatrowe stanowią bardzo dobrą alternatywę dla konwencjonalnych metod pozyskiwania, ale nie jedyną. Równie ekologiczne i ekonomiczne są 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.
Energia ta jest praktycznie niewyczerpywalna, 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.
ELEKTROWNIE WODNE
Równie olbrzymie jak zapasy energii słonecznej są zapasy energii zgromadzonej w wodzie. 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.
CIEPŁO GEOTERMALNE
Kolejnym niekonwencjonalnym źródłem energii zasługującym na rozpatrzenie jest energia wnętrza Ziemi - energia geotermalna, czyli naturalne ciepło wnętrza naszej planety zgromadzone w skałach i wypełniających je wodach.
Jest to stosunkowo młoda metoda pozyskiwania energii gdyż, po raz pierwszy energię geotermalną 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 H2S, 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.
PODSUMOWANIE
Podsumowując należy stwierdzić, iż ludzkość znajduje się na dobrej drodze -drodze dalszego rozwoju metod pozyskiwania energii z niekonwencjonalnych źródeł. Przy czym należy dodać, iż ze względu na stosunkowo niski poziom rozwoju ekonomicznego - co powoduje podniesienie kosztów produkcji - obecnie alternatywne źródła energii opłaca się stosować jedynie lokalnie.
Stosunkowo duży koszt budowy elektrowni zasilanych źródłami odnawialnymi jest spowodowany koniecznością stosowania trudnych technicznie, jeśli chodzi o budowę urządzeń, co spowodowane jest z kolei uwzględnieniem zmieniających się warunków atmosferycznych. Dopiero w niedalekiej przyszłości, gdy nastąpi odpowiedni rozwój technologiczny będą one mogły być wykorzystywane na szerszą skalę.
Mimo olbrzymich zasobów, jakie niesie ze sobą energia odnawialna, nie możemy zapominać o racjonalizacji użytkowania energii w naszym codziennym życiu. Przemawia za tym m.in. fakt, że w krajach rozwijających się mieszka 75% ludności świata, a zużywa jedynie 20% paliw i energii. Kolejnym argumentem potwierdzającym konieczność stosowania alternatywnych źródeł energii jest fakt, iż roczna produkcja energii elektrycznej przez odnawialne źródło o mocy 160 kW zapobiega wyemitowaniu do atmosfery następujących zanieczyszczeń:
- dwutlenek siarki 2.000 kg
- dwutlenek azotu l. 500 kg
- dwutlenek węgla 250.000 kg
- pyły i żużle 17.500 kg
W świetle powyższych argumentów należy stwierdzić, iż przy obecnych perspektywach rozwoju technologicznego i niewątpliwie pozytywnym aspekcie, jakim jest ekologiczność niekonwencjonalnych źródeł energii przejście na ten system w niedalekiej przyszłości będzie nie tylko nieuniknione - ale i opłacalne. Z tego względu przyszłość należy do alternatywnych źródeł energii.