2. Ekologiczne konsekwencje pozyskiwania energii.

Historia ludzkości – pozyskiwanie energii.
Dzieje przetwarzania energii są starsze niż dzieje cywilizacji.

Energia była i jest podstawowym czynnikiem rozwoju cywilizacji,
- przemysł,

- transport,
- prąd elektryczny: ogrzewanie domów, oświetlenie.

Czym jest energia ?

Energia – wielkość fizyczna.

Energia (z greckiego – aktywność, działanie).

Energia – zdolność ciała do wykonywania pracy lub spowodowania przepływu ciepła.
Prawo zachowania masy i energii: całkowita ilość masy i energia nie zmienia się w czasie przemian

E=mc

2

.

- energia (jednostka międzynarodowa):

1J, jest to energia = pracy wykonanej na drodze 1m przez siłę 1N w kierunku jej działania,

1J = 1N * 1m = 1m

2

*kg*s

2

- energia cieplna:

kaloria (cal), 1kcal = 1 000cal, 1Mcal, itd.

1kWh – energia elektryczna ilość energii jaką zużywa urządzenie o mocy 1kW w ciągu godziny,
ilość zużytej energii (kWh) = moc urządzenia (kW) x czas pracy urządzenia (h).

Przeliczanie.

Jednostki energii można wzajemnie przeliczać według poniższych:
1J = 0,2389cal, 1 cal = 4,1856J

1kWh = 3 600 kJ = 3,6MJ
1kWh = 0,86Mcal

Schemat przemian energii.

Energia pierwotna – energia czerpana z przyrody w postaci odnawialnej i nieodnawialnej

(energia paliw organicznych i jądrowych, wiatru, geotermalna, słoneczna).

Wtórne nośniki energii (energia finalna) – przedmiot zakupu – prąd elektryczny. Ciepło,

benzyna, gaz, itd.

Energia użytkowa – energia mechaniczna, ciepło, światło, dźwięk.

Przetwarzanie energii na pochodne

(elektrownie, ciepłownie, gazownie,

rafinerie, itp.)

Przesyłanie (sieci elektryczne, gazowe,

cieplne, sieci paliw ciekłych i

przetwarzanie ostateczne w

odbiornikach elektrycznych (silniki,

grzejniki, żarówki).

Energia elektryczna.

Energia finalna – energia będąca przedmiotem zakupu celu zaspokojenia potrzeb człowieka na
energię użytkową, do energii bezpośredniej zalicza się zwykle energię elektryczną, ciepło grzejne.

Energia elektryczna – wartość rynkowa jako towar (pieniądze) + cechy zdecydowanie odróżniające

od innych towarów na rynku.

- brak możliwości obserwacji bezpośredniej za pomocą zmysłów,

- brak możliwości magazynowania (przy praktycznie jednoczesnej produkcji i konsumpcji energii
elektrycznej),

- szczególne warunki transportu bez użycia zwykłych środków przewozowych lecz przy użyciu
środków specjalnych (sieć elektryczna),

- wszechstronność zastosowania, do celów przemysłowych, militarnych, naukowych, itp. w
rolnictwie i gospodarstwach domowych.

Źródła energii pierwotnej.

Energia pierwotna – energia czerpana z przyrody w postaci odnawialnej i nieodnawialnej.
a) paliwa pierwotne:

- węgiel kamienny
- węgiel brunatny

- ropa naftowa
- gaz ziemny

---------- > energia nieodnawialna

b) paliwa jądrowe (materiały rozszczepialne):
c) woda

d) wiatr
d) gorące skały i oda zewnątrz Ziemi

f) słońce
---------- > energia odnawialna

Obecnie ciągle jeszcze zasadniczym rodzajem wykorzystywanej energii jest energia chemiczna

paliw pierwotnych.

Pozytywne i negatywne strony przetwarzania energii nośników pierwotnych.

NOŚNIK ENERGII

CECHY POZYTYWNE

CECHY NEGATYWNE

Węgiel.

Obfitość zasobów,

bezpieczeństwo, łatwy w
transporcie i magazynowaniu.

Wyzwania dla ograniczenia

emisji CO

2

Ropa.

Łatwa do transportu i
magazynowania, brak

substytutu w wykorzystywaniu
w transporcie.

Emisja CO

2

, zmienność cen,.

Niestabilność polityczna,

koncentracja zasobów.

Gaz.

Wydajny, wygodny.

Emisja CO

2 ,

zmienność cen,

niestabilność polityczna,

koncentracja zasobów.

Paliwo jądrowe.

Brak emisji.

Akceptacja społeczna, odpady,

kapitałochłonność.

Odnawialne.

Niskie emisje na bazie cyklu

życia.

Wysokie koszty, nieciągłe

zasoby, problem z lokalizacją.

Rozłożenie surowców energetycznych na kuli ziemskiej.
Udział poszczególnych krajów w światowych rezerwach węgla kamiennego i brunatnego.

a) Pozostałe kraje 7%
b) Niemcy 8%

c) Indie 9%

d)

Australia 12%

e) Chiny 16%

f) Rosja 25%
g) USA 23%

Rozłożenie surowców energetycznych na kuli ziemskiej.

1. Udział poszczególnych kontynentów w światowych rezerwach ropy naftowej

a) Ocenia 0,3%

b) Azja 5,9%
c) Europa 6,6%

d) Afryka 7,0%
e) Ameryka Płn. 8,0%

f) Ameryka Płd. 8,3%

g)

Środkowy Wschód 63,9%

2. Udział poszczególnych kontynentów w światowych rezerwach gazu:

a) Ocenia 1,1%

b) Ameryka Płd. 4,0%
c) Ameryka Płn. 6,2%

d) Afryka 6,8%
e) Azja 10,9%

f) Środkowy Wschód 34,1%
g) Europa 36,9%

Produkcja elektryczności w podziale na paliwa.

- źródła odnawialne 2%
- ropa 7%

- energia wodna 16%
- energia jądrowa 16%

- gaz 20%
- węgiel 40%

Udział węgla w produkcji elektryczności jest znacząco coraz większy, niż w całości energii,

użytkowanie ropy do produkcji elektryczności jest marginalne, jej wykorzystanie dominuje za to w
transporcie.

Węgiel jako paliwo kopalne.

Antracyt

(ok. 96%) – Ukraina, USA, Czechy, Chiny, stosowany jako pawio i do produkcji elektrod;

Węgiel kamienny

(78%-92% C) – paliwo energetyczne i surowiec chemiczny;

Węgiel brunatny

(65%-78% C)- tanie paliwo opałowe, surowiec chemiczny, w ogrodnictwie;

Torf

(ok. 60%) – w medycynie (jako borowina), ogrodnictwie (wyrób doniczek torfowo-ziemnych) i

rolnictwie (w produkcji nawozu organicznego, ściółki torfowej).

Wysokotemperaturowy rozkład węgla, bez dostępu powietrza – pirolizą (suchą destylacją węgla):
koks, smoła pogazowa, woda pogazowa, gaz świetlny.

Koks – stała, porowata substancja, zawiera około 90% C ora wodę, siarkę, małe ilości fosforu,
składniki mineralne (popiół) i gazowe. Koks jest również materiałem opałowym.

Zagrożenia wynikające z wydobywania i spalania węgla.

1. Wydobycie – emisja metanu do atmosfery, obniżenie poziomu wód gruntownych.
Kopalnie odkrywkowe – degradacja środowiska.

Legnica – 3000ha terenu (wykop, zwałowisko, place zagospodarowania, przenośniki, drogi),
likwidacja okolicznych wsi i przesiedleniem ok. 1500 mieszkańców. Aby dostać się do surowca

trzeba zdjąć wierzchnią, przeważnie kilkudziesięciometrową warstwę nakładu. W efekcie powstanie
dziura w ziemi powierzchni ok. 700ha i głębokości nawet 200m.

Kopalnie głębinowe – szkody górnicze.

Zagrożenia wynikające ze spalania węgla.

Węgiel – ze względu na sposób zachowania się w procesie spalania przyjęło się umownie dzielić

substancje tworzące węgiel na substancję palną oraz balast. Do balastu zalicza się wilgoć i części
mineralne, z który powstaje popiół.

Spośród pierwiastków budujących węgiel za palne uważa się tylko C, H, S oraz N.

Węglowodory

Emisje

ze

spalania

paliw

Popiół, sadza, koksik ,

pierwiastki śladowe

Cząstki stałe

H2O

Para wodna

CO, CO2

Tlenki węgla

NO, NO2, N2O

So2, SO3

CxHy

Tlenki azotu

Tlenki siarki

Kogeneracja – racjonalne wykorzystanie energii.

Elektrownie konwencjonalne, szczególnie węglowe, wykorzystują energię paliwa bardzo
nieefektywnie. W energię elektryczną zamieniane jest często tylko 1/3 energii zawartej w

paliwie, reszta energii nie jest wykorzystywana i jako ciepło podgrzewa atmosferę.

Dobrym sposobem na lepsze wykorzystanie energii paliwa jest produkcja prądu z
jednoczesnym wykorzystaniem ciepła, np. do ogrzewania mieszkań, jest to tak zwana

KOGENEREACJA – elektrociepłownia produkuje prąd, a ciepło jest produktem ubocznym, (należy
jedynie doliczyć koszt instalacji zbierających i sieci ciepłowniczej rozprowadzającej ciepło na

odległość wieli kilometrów).
Promowanie kogeneracji o wysokiej sprawności stanowi priorytet Unii Europejskiej.

Znaczenie węgla.

‘Nie ma się bo łudzić, węgiel musi pozostać głównym surowcem energetycznym ze względów
politycznych, ekonomicznych i społecznych. Trzeba tylko umiejętnie wdrażać nowoczesne,

proekologiczne technologie w myśl zrównoważonego rozwoju’ – dr inz. Aureliusz Miklaszewski z
Polskiego Klubu Ekologicznego.

Węgiel brunatny ma dziś strategiczne znaczenie dla polskiej elektroenergetyki.

Ok. 30% produkowanej energii elektrycznej pochodzi z elektrowni opalanych węglem brunatnym. Ok. 30%
tańsza energia niż z węgla kamiennego.

Złoża Legnica.

W I etapie zagospodarowania złoża ‘Legnica’ przewiduje się eksploatację o zdolności wydobywczej ok. 25-30mln
ton rocznie,. Zakłada się, po 7 latach od rozpoczęcia budowy, w zależności od koniunktury i potrzeb

energetycznych kraju podwojenie wydobycia. Łącznie może ono osiągnąć poziom ok. 50-60mln ton rocznie
(największa na świecie kopalnia węgla brunatnego), w pełni zastępując po roku 2030 obecne elektrownie

pracujące w Polsce w oparciu o węgiel brunatny,

Kolejne kroki:
- uwzględnienie kopalni w planach zagospodarowania przestrzennego

- wyznaczenie inwestora strategicznego
- zdobycie środków finansowych na opracowanie programu rozpoznania zasobów praz nowych ekologicznych

technologii przetwarzania węgla na bezemisyjną energię elektryczną.

Sposoby minimalizacji działalności górniczej na otaczające środowisko.

Czyste technologie węglowe – procesy i technologie, prowadzące do zmniejszenia negatywnego

wpływu spalania węgla na trzech etapach: przed spalaniem, w trakcie spalania oraz po spalaniu.

Etap I. wzbogacanie węgla:

- ogranicza emisje SO

2

, zmniejsza ilość odpadów produkowanych przed elektrownię oraz poprawia

sprawność termiczną procesu (przez do redukuje emisję CO

2

).

Wzbogacanie węgla.

Węgiel surowy

(niesort) cele

wzbogacania

Ograniczenie

zawartości substancji

balastowych (sub.

mineralna)

Ograniczenie

substancji szkodliwych

, związki siarki

Przygotowanie

odpowiedniej klasy

ziarnowej na potrzeby

odbiorcy

Etap II. nowoczesne efektywne technologie spalania:
- we współczesnych elektrowniach węgiel spalany jest pod postacią pyłu węglowego – poprawa

sprawności z 25% do ok. 40%.
Spalanie w cyklu kombinowanym ze zgazowaniem – węgiel nie jest spalany bezpośrednio, ale

uprzednio reaguje z O

2

i parą wodną, wytwarzając gaz syntetyzowany (CO, H

2

). Gaz ten jest

oczyszczany i spalany wytwarzając energię el. oraz parę wodną – znaczna poprawa sprawności (do

ok. 50%). Obniżenie emisji gazów – do ok. 90%.

Etap III. technologie redukcji emisji:
Odpylanie – usuwanie popiołów z gazów spalinowych – odpylacze mechaniczne, filtry.

Odsiarczanie – metody mokre, suche, półsuche. Absorbenty SO

2

, np. wodne zawiesiny wapna –

produkt końcowy siarczanu wapnia, gips – do wykorzystania!

Redukcja tlenków azotu – emisja NO

x

zależy głównie od technologii spalania, dodatkowo metody

specjalne, metody katalityczne.

Ograniczenie emisji CO

2

….

5% redukcji – poprawa jakości węgla

20% redukcji – poprawa sprawności elektrowni
25% redukcji – zaawansowane technologie, np. spalanie w cyklu kombinowanym ze zgazowaniem

– usuwanie CO

2

przed spalaniem. Usuwanie z gazów, np. absorpcja chemiczna, fizyczna.

Karbon dioxide Capture and Storage
Jedną z bardziej obiecujących technologii skupiających się na redukcji emisji CO

2

powstającego

podczas wytwarzania energii z paliw kopalnych jest technologia wychwytywania i składowania
dwutlenku węgla (CCS).

CCS = wychwytywanie CO

2

, transportowanie i wtłaczanie do pod ziemię (miejsca po złożach

ropy i gazu, ‘nie nadające się do eksploatacji’ pokłady węgla, aby odizolować go od atmosfery.

Jednym z elementów Pakietu Klimatyczno Energetycznego UE jest projekt Dyrektywy zakładającej
obowiązek stosowania CCS.

Potencjalne rozwiązania.

- niekonwencjonalne źródła ropy naftowej – złoża piasków bitumicznych
- paliwa z węgla

- biopaliwa