Czyste źródła energii to takie, które możemy - w uproszczeniu - traktować, jako niewyczerpalne. To też taka energia, która w toku produkcji, przesyłu, dystrybucji, przetwarzania, nie przynosi - wprost - negatywnych skutków czy zagrożeń dla naturalnego środowiska.

 Rozwój cywilizacji jest ściśle związany ze zużyciem energii przez człowieka. Zużycie energii służy głównie zaspokojeniu potrzeb egzystencjonalnych oraz zapewnieniu postępu technicznego. Jak dotychczas ludzkość korzysta głównie z energii nieodnawialnej.
Wzrastające zużycie energii na świecie, przy określonych zasobach
energii nieodnawialnej, wymusza w coraz większym stopniu działanie prowadzące do oszczędności energii nieodnawialnej oraz intensyfikacji wykorzystania energii odnawialnej, przy równoczesnym zwiększeniu sprawności konwersji energii pierwotnej na wtórną.
Stan zasobów energetycznych świata powinien stać się punktem wyjścia do pobudzenia społecznej świadomości inspirującej działania instytucjonalne i osobiste zaangażowanie - czemu może się przysłużyć przedstawione opracowanie.

Czysta energia uzyskiwana poprzez wykorzystanie odnawialnych źródeł energii takich jak :

1. Energia słoneczna:

• Kolektory słoneczne

• Systemy pasywne

• Stawy słoneczne

1. Energia wiatrowa :

• Pola wiatraków + elektrownie wiatrowe

1. Energia wodna :

• Elektrownie wodne ( małe mew i duże)

1. Energia z biogazu

2. Energia z biomasy

3. Energia geotermalna :

• Hydrotermiczne

• Petrotermiczne

1. Energia wodorowa.

1. Energia słoneczna

Energia słoneczna jest energią czystą, pomijając minimalne zanieczyszczenia środowiska

naturalnego powstające przy produkcji ogniw fotowoltaicznych. Podobnie jednak jak w przypadku

energii wiatrowej należy uwzględnić uwarunkowania ściśle związane z wykorzystywaniem energii

słonecznej na większą skalę. Są nimi uzależnienie natężenia promieniowania słonecznego od

położenia geograficznego terenu elektrowni oraz koszt zakupu bądź dzierżawy ziemi pod budowę

elektrowni słonecznych (coraz częściej spotykanym rozwiązaniem tego problemu jest instalowanie

kolektorów słonecznych lub ogniw fotowoltaicznych w nowych budynkach). Trzeba też pamiętać,

że moc elektrowni uzależniona jest od nasłonecznienia – przy niekorzystnych zmianach

atmosferycznych lub w nocy drastycznie maleje ilość wytwarzanej energii. Dlatego z reguły

wytwarzaniu energii elektrycznej z energii słonecznej muszą towarzyszyć dostawy energii z innych

źródeł, najczęściej z akumulatorów. Duże akumulatory są kosztowne, a wykorzystanie energii

słonecznej zazwyczaj wymaga większych akumulatorów niż w przypadku zastosowania technologii

wiatrowych.

W zależności od pory dnia i roku do powierzchni Ziemi dociera na skutek odbicia, absorpcji i rozproszenia średnio ok. 50 [%] tej energii. Natężenie promieniowania słonecznego na powierzchni Ziemi jest zmienne w zależności od wysokości Słońca nad horyzontem. W zależności od stosowanej technologii, energię promieniowania słonecznego można wykorzystać do produkcji energii cieplnej jak i energii elektrycznej. Technologia termicznego wykorzystania energii słonecznej jest w tej chwili tak zaawansowana, że staje się coraz bardziej konkurencyjna w stosunku do ogrzewania tradycyjnego. 

Kolektory słoneczne

Energia słoneczna może być przetwarzana na energię cieplną, elektryczną i mechaniczną w instalacjach i urządzeniach skonstruowanych do tego celu. Są to tak zwane aktywne systemy wykorzystania energii słonecznej, do których zaliczane się także kolektory słoneczne. Kolektory słoneczne są najpopularniejszymi i najtańszymi urządzeniami do aktywnego wykorzystania energii słonecznej. Składają się z: absorbera, osłony, izolacji, obudowy, instalacji, zaworów i króćców pomiarowych. Absorber odbiera największą ilość energii, gdy płaszczyzna kolektora ustawiona jest prostopadle do promieni słonecznych. W Polsce optymalny kąt pochylenia mieści się w granicach 30 – 45st, przy czym dla instalacji typowo letnich (baseny kąpielowe), zalecane są niższe wartości kąta alfa

Systemy pasywne

Systemy pasywne są bezpośrednim wykorzystaniem energii słonecznej do ogrzewania budynków, podgrzewania wody i suszenia (np. drewno, wyroby ceramiczne, płody rolne). W systemach pasywnych nie stosuje się dodatkowych urządzeń ani nie dostarcza energii z zewnątrz np. do napędu wentylatorów. Konstrukcje budynków, zbiorników i suszarni muszą spełniać ich funkcje.

Stawy słoneczne

Stawy słoneczne są zaliczane do aktywnych systemów wykorzystania energii słonecznej. W przeciwieństwie do zwykłego stawu w stawie słonecznym energia jest kumulowana a nie oddawana do otoczenia (głownie nocą i zimą). Taką własność uzyskano dzięki dużemu stężeniu soli w wodzie. Solanka zbiera się na dnie stawu i nie transportuje ciepła na drodze konwekcji do jego powierzchni a dalej do otoczenia. Stawy słoneczne wykorzystuje się do ogrzewania hal sportowych, basenów, szklarni a także do centralnego ogrzewania budynków mieszkalnych, osiedli oraz dostarczania ciepłej wody użytkowej. Stawy słoneczne napędzają także elektrownie (np. w Izraelu).

Zalety

• powszechny dostęp – brak problemów z przesyłaniem

• bardzo niskie koszty eksploatacji

• brak negatywnych oddziaływań na środowisko

• darmowa energia

• brak wpływu na bilans energetyczny Ziemi (w przeciwieństwie do źródeł konwencjonalnych nie wyczerpuje się)

Wady

• cykliczność dzienna, roczna (konieczność przetwarzania na inne formy energii)

• niska średnioroczna sprawność

• duże koszty inwestycyjne

• zmienna koncentracja i niskie natężenie

2.Energia wiatrowa

Energia wiatru jest jedną z najstarszych energii wykorzystywanych przez człowieka. Wiatr był wykorzystywany do napędzania wiatraków pompujących wodę czy też mielących zboże a także jak napęd statków żaglowych. Energia wiatru jest energią pochodzenia słonecznego. Wiatry wiejące nad powierzchnią lądów mają potencjał energetyczny równy 40 TW. Aby wykorzystanie energii wiatru było opłacalne średnia roczna prędkość wiatru musi być większa od 4 m/s – dla małych turbin wiatrowych lub większa od 5,5 m/s – dla elektrowni wiatrowych. W Polsce odpowiednie warunki panują na Pomorzu, Suwalszczyźnie, w Tatrach i w centralnej Polsce. Lokalizacja elektrowni wiatrowej musi uwzględniać szorstkość terenu oraz wpływ przeszkód terenowych na przepływ wiatru. Należy unikać lokowania konstrukcji wirnika w strefie turbulentnej, gdzie zawirowania powietrza zmniejszają znacznie wydajność elektrowni oraz mogą naruszać jej konstrukcję.

Zalety

• brak zanieczyszczeń środowiska

• energia wiatru jest darmowa

• możliwość lokalizacji na nieużytkach i terenach zanieczyszczonych

• zmniejszenie bezrobocia (stałe zatrudnienie dla ok. 5000 osób)

Wady

• cykliczność pracy (z powodu zmiennej prędkości wiatru)

• wysokie koszty inwestycji

• wysokie koszty eksploatacji

• hałas

• zagrożenie dla ptaków

3.Energia wodna

W Polsce wykorzystuje się energię spadku wód na rzekach. Na świecie oprócz tego korzysta się z energii fal morskich oraz energii pływów morskich. Możemy wyróżnić małe i duże elektrownie wodne. Małe to takie, których zainstalowana moc nie przekracza 5 [MW], natomiast duże produkują większe ilości energii elektrycznej. Przepływająca woda wprawia w ruch turbiny, które z kolei napędzają generator prądotwórczy i energia elektryczna przesyłana jest do sieci.

Duże elektrownie :

W celu zwiększenia mocy elektrowni wodnych buduję się na rzekach jazy i zbiorniki wodne, które spiętrzają wodę i zwiększają jej energię potencjalną. Zbiorniki wodne mogą być wykorzystywane także w zależności od potrzeb do innych celów. Mogą służyć jako regulator biegu rzek, zbiornik przeciwpowodziowy, zbiornik wody pitnej a także jako tereny służące do rekreacji i wypoczynku. Należy jednak pamiętać o tym, że tak duży sztuczny obiekt nie pozostanie bez wpływu na lokalne środowisko – np. uniemożliwia on złożenie ikry składanej przez ryby w górnych częściach rzeki.

Wyróżniamy duże elektrownie wodne takie jak:

• przepływowa – bez zbiornika (budowana na rzekach nizinnych)

• regulacyjna – z dużym zbiornikiem

• zbiornikowa – z małym zbiornikiem

• pompowo – szczytowa

• kaskadowa – z wieloma zbiornikami

Zalety

• brak zanieczyszczeń środowiska

• oszczędność paliw naturalnych

• niższe koszty eksploatacji niż w rozwiązaniach konwencjonalnych

• niższe koszty wytwarzania energii elektrycznej (ok. 8 razy)

• większa sprawność niż w elektrowniach konwencjonalnych

Wady

• ingerencja w środowisko

• 2–3 razy większe koszty inwestycyjne w porównaniu z elektrowniami konwencjonalnymi

• zmiana struktury biologicznej w rzekach

• zamulanie zbiorników

Małe elektrownie wodne (MEW)

Małe elektrownie wodne w dużym stopniu nieposiadaną wad ich większych odpowiedników. Energia produkowana przy ich pomocy może zasilać lokalne społeczności. Ich ingerencja w środowisko naturalne jest znacznie mniejsza a ich liczność może w znaczącym stopniu poprawić bilans hydrologiczny i hydrobiologiczny kraju, który został zachwiany wskutek polityki rolnej PRL–u i eksploatacji kopalni odkrywkowych.

Podział ze względu na moc:

• mikro–energetyka > 70 [kW]

• makro–energetyka > 100 [kW]

• mała–energetyka < 5 [MW]

Podział ze względu na wielkość spadku wód:

• derywacyjne

• pływające po rzece

• nisko–spadowe 2–20 [m]

• średnio–sadowe < 150 [m]

• wysoko–spadowe > 150 [m]

4.Energia z biogazu

Biogaz pochodzi głównie z oczyszczalni ścieków, składowisk odpadów oraz z gospodarstw rolnych. Gaz ten powstaje podczas fermentacji metanowej związków pochodzenia organicznego, które posiadają w swoim składzie celulozę, białka, węglowodany i skrobię (np. osady ściekowe, miejskie i przemysłowe odpady organiczne, odchody zwierząt). Biogaz składa się głównie z metanu, który jest gazem palnym i dwutlenku węgla. Pozostałe składniki, które może zawierać w mniejszych ilościach to siarkowodór, wodór, azot, tlen i tlenki węgla. W zależności od składu przetwarzanej masy organicznej i prawidłowości przeprowadzonego procesu fermentacji biogaz zawiera ok. 60% metanu, ok. 40% dwutlenku węgla i ma wartość opałowąwynoszącą 17–23 MJ/m³.

Jak wcześniej już pisano biogaz jest produktem fermentacji metanowej związków pochodzenia organicznego. Fermentacja metanowa jest procesem biochemicznym prowadzonym przez mikroorganizmy w warunkach anaerobowych (beztlenowych). Wysokocząsteczkowe substancje organiczne zawarte w osadach zmineralizowane są przez bakterie do chemicznie ustabilizowanych związków prostych: metanu i dwutlenku węgla.

Możemy wyróżnić 4 fazy fermentacji metanowej:

1. hydroliza, substancji wielkocząsteczkowych

2. acidogeneza, rozkład produktów pierwszej fazy przy udziale bakterii kwasogennych do kwasów tłuszczowych

3. acetogeneza, przy udziale bakterii octanogennych z produktów pośrednich powstają substancje metanogenne biorące udział w tworzeniu kwasu octowego

4. metanogeneza, wytwarzanie metanu z kwasu octowego przy udziale bakterii metanogennych

Fermentacje powodują bakterie, które muszą mieć zapewnione odpowiednie warunki. W przetwarzanej materii nie może być tlenu oraz światła, musi być także utrzymywana odpowiednia temperatura. Proces powstania biogazu prowadzi się w wydzielonych komorach fermentacyjnych (WKF).

Energię chemiczną zawartą w biogazie można wykorzystać przetwarzając ją w:

• energię cieplną (kocioł, palnik)

• energię elektryczną (generator napędzany silnikiem na biogaz, ogniwa paliwowe)

• energię mechaniczną (silnik spalinowy na biogaz)

Zalety

• energia czysta niezanieczyszczająca środowiska

• zmniejszenie emisji metanu do atmosfery (metan zwiększa efekt cieplarniany)

• decentralizacja produkcji energii

• biogaz może być wykorzystywany w krajach rozwijających się niemających surowców naturalnych

Wady

• konieczność przestrzegania ścisłych wymogów procesu fermentacji

• nakłady inwestycyjne

5.Energia z biomasy

Biomasa jest najtańszym źródłem energii odnawialnej. Jej produkcja może przebiegać samoczynnie lub być wspomagana przez odpowiednie zabiegi (np. nawożenie, walka ze szkodnikami). Biomasę produkuje się z kukurydzy, pszenicy, ryżu, trzciny cukrowej, obornika, drewna przemysłowego oraz energetycznego. Biomasa powstaje w wyniku reakcji fotosyntezy przebiegającej pod wpływem promieniowania słonecznego(hv).

Reakcja fotosyntezy jest zapisywana w następujący sposób:

CO₂ + 2H₂O —› (+hv) O₂ + H₂O + CH₂O + 470 kJ

W skład biomasy wchodzą węglowodany, skrobia oraz lignina. Węglowodory oraz skrobia są pokarmem dla zwierząt i ludzi, stanowią także surowce do produkcji etanolu, który może stanowić źródło energii. Reszta biomasy niemająca właściwości odżywczych (lignina, celuloza, hemiceluloza) jest bardzo dobrym surowcem energetycznym. W wyniku przetwarzania w ciepło, energii chemicznej zawartej w biomasie powstaje produkt uboczny jakim jest dwutlenek węgla (CO₂). Nie jest to jednak dwutlenek węgla szkodliwy dla środowiska, nie powoduje on efektu cieplarnianego, lecz krąży w przyrodzie w obiegu zamkniętym, dzięki procesowi fotosyntezy.

Zasoby biomasy kształtują się na poziomie 3 * 1015 MJ ⁄ a. Ich wykorzystanie na świecie to jednak około 7%. W krajach rozwijających się zużywa się 35% zasobów biomasy, natomiast w krajach uprzemysłowionych zaledwie 3%. Szacuje się, że całkowity potencjał energetyczny biomasy w Polsce wynosi ok. 407,5 PJ – w tym: rolnictwo 195 PJ, leśnictwo 101 PJ, sadownictwo 57,6 PJ i przemysł drzewny 53,9 PJ.

Zalety

• pewna dostaw surowca z kraju (w przeciwieństwie do importu ropy i gazu)

• możliwość uzyskania dochodu przy nadprodukcji żywności

• nowe miejsca pracy i aktywacja lokalnych społeczności (głównie na wsi)

• zmniejszenie emisji CO₂ z paliw nieodnawialnych, który (w przeciwieństwie do CO₂ z biomasy) może zwiększać efekt cieplarniany

• decentralizacja produkcji energii (bezpieczeństwo energetyczne)

Wady

• ryzyko wprowadzenia monokultury w uprawie roślin

• spalanie każdych paliw także biopaliw powoduje wydzielanie tlenków azotu (NO_x)

• spalanie biomasy zawierającej pestycydy, tworzyw sztuczne czy związki chloropochodne powoduje powstanie związków o toksycznym i rakotwórczym działaniu

6. Energia geotermalna

Według obecnej wiedzy przyjmuje się, że w jądrze Ziemi panuje temperatura od 3500 ^oC do 6600 ^oC. Przyczyną tak wysokiej temperatury jest rozpad pierwiastków promieniotwórczych znajdujących się w tym jądrze. Średnia temperatura Ziemi wynosi ok. 15 ^oC. W wyniku różnicy temperatur między wnętrzem a powierzchnią Ziemi, następuje przepływ strumienia ciepła geotermalnego. Przy obecnie dostępnej technice zasoby energii geotermalnej możliwej do wykorzystania szacuje się na ok. 3·10²⁶ J. Jest to wartość przewyższająca obecne zapotrzebowanie na energię na świecie ponad 9000 razy. Nie w każdym rejonie świata jest jednak możliwe wykorzystanie energii geotermalnej. Zależy to od rodzaju skał i warunków geologicznych istniejących na danym obszarze. Możliwe jest wykonywanie odwiertów w skorupie ziemskiej do głębokości 5 km, ale opłacalne są tylko do głębokości ok. 2 km. W niektórych rejonach, gdzie występują gejzery nie ma konieczności wierceń.

Rozróżniamy dwa rodzaje zasobów energii geotermalnej:

• zasoby hydrotermiczne

• zasoby petrotermiczne

Zasoby hydrotermiczne zawarte są w wysokotemperaturowej mieszaninie wody i pary wodnej o temperaturze 200 – 300 ^oC oraz w warstwach gorącej wody o temperaturze 50 – 70 ^oC. Natomiast do zasobów petrotermicznych należy energia cieplna zawarta w ogrzanych skałach. Aby można było wykorzystać te zasoby wykonuje się odwierty w skorupie ziemskiej.

Źródła energii geotermalnej mogą być klasyfikowane w zależności od rodzaju i stanu skupienia nośnika ciepła oraz wartości temperatury. W tej klasyfikacji wyróżniamy następujące grupy:

• skały i grunty do głębokości 2500 m

• wody gruntowe

• wody gorące i ciepłe z otworów wiertniczych

• para wodna z otworów wiertniczych

• wysady solne

• gorące skały

• sztuczne geologiczne zbiorniki ciepła

8.Wodór

Zalety

• nie zanieczyszcza środowiska, produktem spalania jest woda

• jest tańszy i łatwiejszy w magazynowaniu od energii elektrycznej

• jest praktycznie niewyczerpalny, gdyż jego zapasy znajdują się w wodzie

• ma małą energię inicjacji zapłonu, przez co spalanie jest sprawniejsze

Wady

• tworzy mieszaninę wybuchową z powietrzem

• podczas spalania tworzą się tlenki azotu

• dyfunduje przez metale

Pierwsze dwie wady nie występują w bezpłomieniowym spalaniu wodoru w ogniwach paliwowych, gdzie produktami spalania jest woda i prąd elektryczny.

Oczywiście podobnie jak inne alternatywne źródła energii, również i wodór nie jest prosty ani tani do otrzymania. Pierwszy problem to metoda jego produkcji na masową skalę. Najprostszą metodą wydaje się być, pozyskiwanie go z wody, jednak proces ten pochłania ogromne ilości energii. Dochodzi również kolejny problem, mianowicie jego magazynowanie, gdyż gaz uzyskany w ten sposób jest wyjątkowo wybuchowy. Można go ochładzać by przeszedł w stan ciekły, jest to jednak jeszcze bardziej kosztowny proces. Z wielu metod otrzymywania wodoru, najprostsza i najrozsądniejsza wydaje się być elektroliza wody. W dodatku można by ją przeprowadzić przy pomocy ogniw fotoelektrycznych, które dostarczałby niezbędnej energii, co całkowicie wyeliminowało by udział paliw kopalnych w produkcji wodoru (pomijając oczywiście paliwa kopalne potrzebne do wytworzenia urządzeń produkujących czystą energię). Zastosowanie tej metody w życiu codziennym mogłoby rozwiązać wiele problemów, gdyż każda stacja benzynowa mogłaby posiadać własny system produkujący wodór. Można by zrezygnować z sieci rurociągów, którymi byłby on transportowany, podobnie „cysterny” nie były by już potrzebne. Takie rozwiązanie ma tylko jedną wadę, wodór musiałby być przechowywany pod ogromnym ciśnieniem lub w temperaturach bliskim zeru absolutnemu (poniżej 14 stopni Kelvina). Wodór w takim stanie jest w dodatku znacznie bardziej wybuchowy niż benzyna, co wymagałoby stosowania niezwykle rygorystycznych środków bezpieczeństwa.

Pokłada się jednak wielkie nadzieje w tym pierwiastku i to nie ze względu na jego niszczącą moc, a możliwości wytwarzania czystej energii. Wodór mógłby napędzać samochody jak obecne paliwo, spalałby się w silniku, a w wyniku zastosowania ogniwa wodorowego wytwarzany byłby prąd elektryczny. Takie rozwiązanie całkowicie wyeliminowałoby niebezpieczne gazy, a w dodatku znacznie obniżyłby się poziom hałasu. Co więcej wodór mógłby być wytwarzany bezpośrednio w pojeździe. Wodór jest więc niewątpliwie wielką nadzieją na zażegnanie problemów z kurczącymi się zasobami ropy naftowej, gdyż można go uznać praktycznie za niewyczerpalny surowiec.