odnawialne źródła energii

Czym tak właściwie są odnawialne źródła energii? Definiuje się je jako „szeroki zakres samoodnawiających się źródeł energii, takich jak promieniowanie słoneczne, wiatr, przepływ wody, wewnętrzne ciepło Ziemi, biomasa itp., które mogą być wykorzystane przede wszystkim do wytwarzania energii elektrycznej, jak również ciepła oraz magazynowania energii.” Innymi słowy, są to niewyczerpalne źródła energii z punktu widzenia człowieka. „Zielona energia” - jeden z terminów określający energię pozyskaną z odnawialnych źródeł energii - charakteryzuje się znikomym zanieczyszczeniem środowiska podczas procesu pozyskiwania energii, stąd jest ona uważana za przyjazną środowisku.

Przeciwieństwem energii odnawialnej jest energia konwencjonalna. Energia konwencjonalna to energia uzyska z paliw kopalnianych, w tym ciał stałych, węgla kamiennego, brunatnego, czy też cieczy i gazów, ropa naftowa oraz gaz ziemny, a także paliw nuklearnych - uranu. Pozyskiwanie energii ze źródeł konwencjonalnych posiada wiele wad. Miedzy innymi procesowi towarzyszy wytwarzanie ogromnych ilości zanieczyszczeń, które są uwalniane do atmosfery, między innymi tlenki/dwutlenki siarki, tlenki azotu, czy dwutlenek węgla, który jest uważany za główną przyczynę przyśpieszania efektu cieplarnianego. Paliwa kopalniane są jednak o wiele tańsze w pozyskiwaniu i eksploatacji, w przeciwieństwie do zielonej energii, która ciągle jest dość kosztowna.

Energia słońca.

Energia słoneczna jest jedną z najbardziej obiecujących form pozyskiwania energii ze źródeł odnawialnych. Proces pozyskiwania energii polega na konwersji promieniowania słonecznego docierającego do ziemi na energię elektryczną, cieplną bądź chemiczną za pomocą kolektorów, ogniw słonecznych. Promieniowanie słoneczne można zamienić na energię elektryczną za pomocą ogniw fotowoltaicznych. Tego typu ogniwa mają wiele zastosowań:

- mogą być stosowane przez gospodarstwa domowe do produkcji energii

- wykorzystywane w niewielkich urządzeniach jak kalkulatory, zegarki itp.

- wykorzystywane w żeglarstwie, marynarce, do zasilania akumulatorów na łodziach, bojach.

- wykorzystywane do zaopatrywania w energię pojazdów kosmicznych, satelit

- budowa elektrowni fotowoltaicznych, wytwarzających energię elektryczną na dużą skalę

Z promieniowania słonecznego, może być także pozyskiwana energia cieplna, głownie za pomocą kolektorów cieczowych, które mogą służyć do:

- dostarczania ciepłej wody użytkowej, w domkach jednorodzinnych

- ogrzewania budynków

Z promieniowania słonecznego można także uzyskać energię chemiczną. Zachodzi na szeroką skalę w organizmach żywych, za pomocą procesu zwanego fotosyntezą.

Zalety pozyskiwania energii z promieniowania słonecznego:

-energia słoneczna wykazuje najmniejszy wpływ na środowisko i jego zanieczyszczenie

-posiada nieograniczone zasoby (z punktu widzenia człowieka)

-na ziemi występują praktycznie nieograniczone zasoby materiałów niezbędnych do produkcji ogniw słonecznych (Si, Al)

-możliwa jest jej bezpośrednia konwersja na inne formy energii

Wady pozyskiwania energii z promieniowania słonecznego:

-ilość pozyskiwanej energii jest uzależniona od długości dnia i nocy, kąta padania promieni słonecznych w różnych miesiącach w roku, zachmurzenia

-niska sprawność modułów fotowoltaicznych

-wysoki koszt urządzeń niezbędnych do konwersji energii słonecznej

Energia Wiatru.

Energię wiatru wykorzystuje się za pomocą wiatraków wyposażonych w turbiny i zamienia się ją na energię mechaniczną, która następne zamieniana jest na energię elektryczną

Elektrownie wiatrowe wykorzystują moc wiatru przy jego prędkości od 4m/s do ok. 25m/s. Elektrownie wiatrakowe najczęściej budowane są na wybrzeżach i morzach, a także terenach równinnych oraz górzystych. Wpływ elektrowni wiatrakowych na środowisko jest dosyć znikomy, jednak duże nagromadzenie wiatraków na małej powierzchni może mieć wpływ lokalny, powodując obniżanie prędkości wiatru.

Zaletami energetyki wiatrowej jest:

-przyczynianie się do znacznego obniżania zanieczyszczenia środowiska

-oszczędność surowców, zmniejszenie zapotrzebowania surowców nieodnawialnych

-stworzenie nowych miejsc pracy, oraz zagospodarowanie terenów, które nie nadają się do zurbanizowania

Wadami energetyki wiatrowej są:

-wysoki poziom hałasu powodowany pracą turbin

-zakłócenie krajobrazu

-konieczność stosowania akumulatorów energii, ze względu na zmienność prędkości i kierunku wiatru

-wysokie koszty inwestycyjne

-duże rozproszenie elektrowni

Pierwsze wzmianki o wiatrakach pojawiają się już w kodeksie Hammurabiego, wykorzystywane były do melioracji pól oraz pompowania wody

Energia wody.

Jest to wykorzystywanie energii pływów morskich, prądów morskich, czy rzecznych a także energii spadu wody do produkcji energii mechanicznej, elektrycznej.

Wady:

-Ingerencja w środowisko naturalne, niszczenie miejsc tarła dla ryb, bądź uniemożliwianie ich wędrówek czy migracji w rzekach

-duże nakłady finansowe

-uciążliwy hałas

Zalety:

-niskie koszty eksploatacji oraz wytwarzania energii

Energia geotermalna.

Energia wnętrza ziemi powstaje w wyniku rozpadu pierwiastków promieniotwórczych w tym ²³⁸U, ²³⁸U, ²³²Th, ⁴⁰K. Temp. wnętrza ziemi sięga 10000K. Eksploatacja tej energii jest zarówno trudna i kosztowna, niezbędne są odwierty na bardzo duże głębokości, nawet 3-4km. Istnieją dwa źródła energii geotermalnej. Źródła petrotermiczne-warstwy skalne gromadzące ciepło oraz Źródła hydrotermiczne- gorąca woda(50-70°C) i para oraz ich mieszanina(200-300°C). Energia geotermalna o wysokim potencjale temperaturowym wykorzystywana jest do produkcji energii elektrycznej, natomiast energia geotermalna o niskim potencjale (do 40°C ) wykorzystywane są w pompach ciepła, co jest o wiele bardziej opłacalne, niż jej konwersja w energię elektryczną.

Eksploatacja energii geotermalnej może mieć negatywny wpływ na środowisko, co wynika z fakty z emisji szkodliwych gazów- siarkowodoru, radonu oraz dwutlenku węgla, może także powodować zwiększenie zasolenia gleb.

Energia biomasy.

Energię biomasy można uzyskać z odpadów rolnych (słoma, biogaz z gnojowicy, estry oleju rzepakowego, alkohol), odpadów leśnych (kora, chrust, trociny, tarcica) odpadów przemysłu celulozowo-papierniczego, tekstylnego, spożywczego, makulatury czy też biogazu pochodzącego z wysypisk.

Biomasa jest to masa materii organicznej zawarta w organizmach zwierzęcych lub roślinnych określonej przestrzeni, powstaje w wyniku reakcji fotosyntezy.

CO₂ + 2H₂O {CH₂O} + O₂

Biomasę można wykorzystać na kilka sposobów:

-poprzez bezpośrednie spalanie-uzyskujemy energię cieplną, która można następnie przekształcić w energie elektryczną. Jeżeli biomasa jest uważana za złożoną postać węglowodanów, to reakcję spalania można przedstawić w najprostszej postaci równaniem:

{CH₂O} + O₂ CO₂ + H₂O ΔH= -440kJ

-zagazowanie(proces fermentacji, podczas którego powstaje gaz, który można wykorzystać jako paliwo gazowe)

-przetwarzanie na paliwa płynne

Ogniwa paliwowe.

Ogniwo paliwowe jest przetwornikiem energii chemicznej na elektryczną, przeważnie jest to energia pozyskana z syntezy wody. Na ogniwo składa się anoda zasilana paliwem oraz katody do której doprowadza się tlen. Pomiędzy elektrodami znajduje się elektrolit o przewodzeniu jonowym, a elektrody są połączone z obwodem zewnętrznym. Rolę paliwa w tym wypadku spełnia wodór, doprowadzany bezpośrednio w czystej postaci, bądź w procesie reformingu.

Reakcja na katodzie:

O₂ + H₂O 4OH^- - 4e

Reakcja na anodzie:

2H₂ + 4OH 4H₂O +4e

Łączny zapis obu reakcji

2H₂ + O₂ 2H₂O

Jest to proces izotermiczny, bez płomienia o sprawności 75%. Ogniwa paliwowe są uważane za proekologiczne. Istnieje wiele rodzajów ogniw paliwowych, niektóre do swojej pracy wymagają dostarczenia paliw innego typu np. etanolu. Zaletami ogniw są:

-olbrzymie zastosowania: zasilanie w komunikacji, źródła zasilania pomocniczego w energetyce

-małe zużycie wody-duża sprawność, cicha praca, możliwość wytwarzania prądu i ciepła

-długa żywotność, niezawodność pracy

-brak emisji szkodliwych gazów i pyłów

Na podstawie ogniw można stwierdzić, że wodór zostanie paliwem przyszłości.

Polska, a wykorzystanie odnawialnych źródeł energii

Polska jest krajem dosyć zacofanym pod względem wykorzystania energii odnawialnej.

-zasoby energii pozyskiwanej z rzek Polska wykorzystuje jedynie w 12%

-podstawowym odnawialnym źródłem energii w Polsce jest biomasa w około 98%

-ponad 40% obszaru Polski posiada opłacalne złoża geotermalne

---