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=mc2.
- energia (jednostka międzynarodowa):
1J, jest to energia = pracy wykonanej na drodze 1m przez siłę 1N w kierunku jej działania,
1J = 1N * 1m = 1m2 *kg*s2
- 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).
,
Przetwarzanie energii na pochodne
(elektrownie, ciepłownie, gazownie,
rafinerie, itp.)
Wtórne nośniki energii (energia finalna)  przedmiot zakupu  prąd elektryczny Ciepło,
.
benzyna, gaz, itd.
Przesyłanie (sieci elektryczne, gazowe,
cieplne, sieci paliw ciekłych i
przetwarzanie ostateczne w
odbiornikach elektrycznych (silniki,
grzejniki, żarówki).
Energia użytkowa  energia mechaniczna, ciepło, światło, dz
więk.
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.
y
ródła 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, Wyzwania dla ograniczenia
bezpieczeństwo, łatwy w emisji CO
2
transporcie i magazynowaniu.
Ropa. A
atwa do transportu i Emisja CO , zmienność cen,.
2
magazynowania, brak Niestabilność polityczna,
substytutu w wykorzystywaniu koncentracja zasobów.
w transporcie.
Gaz. Wydajny, wygodny. Emisja CO zmienność cen,
2 ,
niestabilność polityczna,
koncentracja zasobów.
Paliwo jądrowe. Brak emisji. Akceptacja społeczna, odpady,
kapitałochłonność.
Odnawialne. Niskie emisje na bazie cyklu Wysokie koszty, nieciągłe
życia. 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.
- z
ródła 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 CxHy
Tlenki siarki So2, SO3
Tlenki azotu NO, NO2, N2O
Emisje
ze
spalania
paliw
Tlenki węgla CO, CO2
Para wodna H2O
Popiół, sadza, koksik ,
Cząstki stałe
pierwiastki śladowe
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. A
ącznie 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 , zmniejsza ilość odpadów produkowanych przed elektrownię oraz poprawia
2
sprawność termiczną procesu (przez do redukuje emisję CO ).
2
Wzbogacanie węgla.
Węgiel surowy
(niesort) cele
wzbogacania
Ograniczenie Przygotowanie
Ograniczenie
zawartości substancji odpowiedniej klasy
substancji szkodliwych
balastowych (sub. ziarnowej na potrzeby
, związki siarki
mineralna) 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 i parą wodną, wytwarzając gaz syntetyzowany (CO, H ). Gaz ten jest
2 2
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 , np. wodne zawiesiny wapna 
2
produkt końcowy siarczanu wapnia, gips  do wykorzystania!
Redukcja tlenków azotu  emisja NO zależy głównie od technologii spalania, dodatkowo metody
x
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 przed spalaniem. Usuwanie z gazów, np. absorpcja chemiczna, fizyczna.
2
Karbon dioxide Capture and Storage
Jedną z bardziej obiecujących technologii skupiających się na redukcji emisji CO powstającego
2
podczas wytwarzania energii z paliw kopalnych jest technologia wychwytywania i składowania
dwutlenku węgla (CCS).
CCS = wychwytywanie CO , transportowanie i wtłaczanie do pod ziemię (miejsca po złożach
2
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 z
ródła ropy naftowej  złoża piasków bitumicznych
- paliwa z węgla
- biopaliwa