Źródła energii

Nieodnawialne źródła energii to takie, które nie odnawiają się w krótkim okresie. Ich wykorzystanie jest znacznie szybsze niż uzupełnianie zasobów.

Do źródeł nieodnawialnych zaliczamy przede wszystkim paliwa kopalne:
- węgiel kamienny
- węgiel brunatny
- ropę naftową
- gaz ziemny
- torf

Nieodnawialne źródła energii pod postacią paliw kopalnych są podstawowym źródłem energii dla przemysłu, energetyki, transportu i gospodarstw domowych. W związku z alarmującymi doniesieniami na temat wyczerpywania się zasobów paliw kopalnych, wiele państw promuje wykorzystanie odnawialnych źródeł energii.

Węgiel brunatny to skała osadowa pochodzenia organicznego roślinnego powstała w trzeciorzędzie w erze kenozoicznej ze szczątków roślin obumarłych bez dostępu powietrza.
Często stosowany jako paliwo. Węgiel brunatny jest nieodnawialnym źródłem energii. Węgiel brunatny używany jest na rynkach lokalnych, ponieważ przewożenie go na duże odległości powoduje duże straty surowca, co znacznie zwiększa koszt jego wykorzystania. Skutkiem tego elektrownie opalane węglem brunatnym najczęściej stawia się w pobliżu złóż, a surowiec z kopalni węgla brunatnego dostarczany jest do nich przenośnikami taśmowymi.

Przez wieki jego popularność jako paliwa w domowych piecach rosła szybko. Lecz miękki, łatwo dostępny węgiel miał tę niedogodność, że podczas spalania wydzielał wielkie ilości zanieczyszczeń w postaci dymu i sadzy. Zużycie węgla wzrosło gwałtownie w XVIII wieku w następstwie rewolucji przemysłowej. Powszechnie używano go jako paliwa do silników parowych. A także jako surowca do wytwarzania koksu, materiału użytecznego w metalurgii oraz wykorzystywanego jako paliwo.

Węgiel kamienny - skała osadowa pochodzenia roślinnego, powstała w karbonie (era paleozoiczna). Ma czarną barwę, jest matowy. Węgiel kamienny stosowany jest powszechnie jako paliwo. Jest paliwem kopalnym, zalegającym na różnych głębokościach, ma zróżnicowaną strukturę i różną wartość kaloryczną, co rzutuje na koszty jego wydobycia i opłacalność eksploatacji. 60% światowego wydobycia węgla spalanych jest w elektrowniach, 255 przetwarzanych w koksowniach, a 15% zużywają pozostałe gałęzie przemysłu oraz ludność.

Ropa naftowa jest surowcem kopalnym, węglowodorem. Zbierająca się w porowatych skałach pod powierzchnią ziemi ropa naftowa nazywana bywała dawniej olejem skalnym. W normalnych warunkach ponad złożem ropy tworzy się warstwa zawierająca gaz ziemny. W pewnych warunkach ropa naftowa przesiąka do powierzchni ziemi, gdzie jej bardziej lotne frakcje odparowują , pozostawiając oleiste , na wpół stałe substancje jak np. asfalt. Wiele różnych substancji, włączając w to benzynę i naftę, otrzymuje się z ropy naftowej w trakcie procesu destylacji frakcyjnej, czyli retyfikacji.

Gaz ziemny jest najbardziej ekologicznym paliwem, wygodnym w przesyłaniu i dystrybucji. Należy do paliw kopalnych, występuje w porowatych skałach osadowych, a pozyskuje się go technikami otworowego wydobycia. Jest to paliwo kopalne pochodzenia organicznego, gaz zbierający się w skorupie ziemskiej w pokładach wypełniających przestrzenie, niekiedy pod wysokim ciśnieniem. Pokłady gazu ziemnego występują samodzielnie lub towarzyszą złożom ropy naftowej lub węgla kamiennego. Zawartość składników jest zmienna i zależy od miejsca wydobycia, jednak głównym składnikiem stanowiącym ponad 90% gazu ziemnego jest zawsze metan. Oprócz niego mogą występować niewielkie ilości etanu, propanu, butanu i innych związków organicznych i mineralnych.

Odnawialne źródła energii to takie, których używanie nie wiąże się z długotrwałym ich deficytem. Najważniejszym ze źródeł odnawialnych jest energia spadku wody. Pozostałe źródła odnawialne - energia słoneczna, energia wiatru, biomasy, biogazu, pływów morskich, energia geotermalna i inne - są używane na mniejszą skalę. Energia odnawialna jest przez niektóre środowiska przedstawiana jako synonim energii przyjaznej dla środowiska. Nie jest to jednak pełny obraz. Ze stosowanych dziś na dużą skalę źródeł energii najmniejszy efekt ekologiczny ma energetyka jądrowa, duże szkody wyrządzają zaś zarówno energetyka oparta na surowcach kopalnych - głównie w postaci zanieczyszczeń atmosferycznych, jak i na energii spadku wody - przez zmiany w ekosystemach spowodowane utworzeniem zapór i sztucznych zbiorników wody.

Energia słoneczna - słońce, jedna z miliarda gwiazd, jest źródłem energii wszystkich znanych istot żyjących na Ziemi. Energia słoneczna docierająca na Ziemię w ciągu 40 minut pokrywałaby zapotrzebowanie całoroczne człowieka.Promieniowanie słoneczne: około 30% promieniowania słonecznego dochodzącego do naszej planety jest odbijane przez atmosferę. 20% jest przez nią pochłaniane , a tylko 5% energii dociera do powierzchni ziemi.

Ogrzewanie domów:
wszystkie domy są ogrzewane przez słońce, ale tylko niektóre są skonstruowane w taki sposób, aby uzyskiwać jak najwięcej energii cieplnej. Umożliwi to znaczną redukcję zapotrzebowania energii. W takich domach projektuje się duże okna od strony najbardziej nasłonecznionej, a małe od przeciwnej. W niektórych rozwiązaniach stosuje się zasłony izolujące ciepło, które zamykane na noc nie pozwalają na ucieczkę ciepła nagromadzonego w dzień. Takie rozwiązanie jest tzw. Systemem pasywnym. Inne zastosowania energii słonecznej w domu polega na podgrzewaniu wody. Promienie słoneczne podgrzewają wodę, która przepływała przez płaskie panele tworzące radiatory absorbujące światło. Zimna woda jest pompowana do paneli i tam podgrzewana przez ciepło absorbowane z promieni słonecznych.

Baterie słoneczne:
Są to urządzenia elektroniczne, które wykorzystują zjawisko fotowoltaniczne do zamiany światła na prąd elektryczny. Każde małe ogniwo wytwarza mały prąd , ale duża liczba ogniw , wzajemnie połączonych jest w stanie wytworzyć prąd o użyteczne mocy. Ogniwa są zbudowane z cienkich warstw półprzewodników , zwykle z krzemu. Jest to istotne w zastosowaniach w przestrzeni kosmicznej , gdzie promieniowanie słoneczne jest dużo silniejsze. Baterii używa się również w małych kalkulatorkach i zegarkach.

Energia wiatru - energia elektryczna uzyskiwana z wiatru jest ekologicznie czysta, gdyż jej wykorzystanie nie pociąga za sobą spalania żadnego paliwa. Aby uzyskać 1 MW (megawat) mocy, wirnik takiej turbiny powinien mieć średnicę ok. 50 metrów. Ponieważ duża konwencjonalna elektrownia ma moc sięgającą nawet gigawata tj. 1000MW, to jej zastąpienie wymagałoby użycia nawet do 1000 takich generatorów wiatrowych. W niektórych krajach budowane są elektrownie wiatrowe, składające się z wielu ustawionych blisko siebie turbin. Jednak opinia publiczna bywa niekiedy nieprzychylna takim inwestycjom, gdyż szpecą one krajobraz. Dlatego też przyszłość elektrowni tego typu jest niepewna. Jednak niewielkie pojedyncze turbiny są doskonałym źródłem energii w miejscach oddalonych od centrów cywilizacyjnych , gdzie brak jest połączenia z krajową siecią energetyczną.

Energia pływów - w swym dolnym brzegu rzeki są zbyt leniwe , aby budować na nich elektrownie wodne. Alternatywne źródło energii mogą tam stanowić pływy morskie. Siła pływów , podobnie jak w zwykłej elektrowni wodnej, obraca turbiną , połączoną z generatorem . Jednak w niewielu tylko miejscach budowa takiej elektrowni jest opłacalna, gdyż elektrownie te cechują się znikomą rentownością. Jedna z istniejących, położona we Francji nad rzeką Rance, ma moc zaledwie 100MW, czyli 10 części tego, co duża elektrownia węglowa.

Energia spadku masy wody (hydroenergia)- już od dawna jest wykorzystywana przez człowieka. Dawniej siła spadku wody poruszała młyny, warsztaty sukiennicze, garbarnie, z czasem również elektrownie wodne .Do jej pozyskiwania wykorzystywana jest energia wody również dzisiaj. Energia wodna , należąca do zasobów odnawialnych, umożliwia rozwój transportu wodnego, uprzemysłowienie krajów pozbawionych surowców energetycznych i nawadnianie terenów rolniczych. Jest ona opłacalna w krajach dysponujących odpowiednimi warunkami terenowymi, czyli wystarczająco dużymi różnicami wzniesień , w takich jak: Norwegia, Szwecja, Szwajcaria oraz niektóre kraje Ameryki: Meksyk, Brazylia, Argentyna.

Energia nuklearna - w latach ‘50 wzbudziła wszelkie nadzieje na rozwiązanie problemów energetycznych. Sądzono , że jej produkcja będzie wkrótce nieograniczona, tania, czysta i niegroźna. Pierwsza elektrownia powstała w 1955 r. Na Ukrainie. W 1956 r. Angielska królowa Elżbieta II uruchomiła pierwszą brytyjska elektrownię atomową w Calder Hall, a w następnych latach w bogatszych krajach powstały setki reaktorów jadrowych, które jak np. we Francji- dostarczają 75% energii. Poważnym potencjałem energii z własnych elektrowni nuklearnych dysponują: Francja, Stany Zjednoczone, Wielka Brytania, Szwajcaria, Szwecja, Rosja, Ukraina, Litwa, Armenia.

Energia biomasy - poprzez fotosyntezę energia słoneczna jest akumulowana w biomasie, początkowo organizmów roślinnych, później w łańcuchu pokarmowym także zwierzęcych. Energię zawartą w biomasie można wykorzystać dla celów człowieka. Podlega ona przetwarzaniu na inne formy energii poprzez spalanie biomasy lub spalanie produktów jej rozkładu. W wyniku spalania uzyskuje się energię cieplną, która może być przetworzona na inne rodzaje energii np. energię elektryczną. Do celów energetycznych wykorzystuje się najczęściej: drewno, odchody zwierząt, osady ściekowe, smołę, odpady produkcji rolniczej, odpady organiczne. Spalanie biomasy jest uważane za korzystniejsze dla środowiska niż spalanie paliw kopalnych, gdyż zawartość szkodliwych pierwiastków (przede wszystkim siarki) w biomasie jest niższa, a powstający się w procesie spalania dwutlenek węgla wytworzony został w nieodległej przeszłości z dwutlenku węgla zawartego w biosferze. Natomiast dwutlenek wprowadzony do środowiska przy spalaniu paliw kopalnych jest dodatkowym dwutlenkiem węgla wnoszonym do atmosfery, zwiększającym globalne ocieplenie. Wadą biomasy stosowanej do spalania jest wydzielanie się szkodliwych substancji podczas spalania białek i tłuszczy.

Energia geotermalna (energia geotermiczna) - jeden z rodzajów odnawialnych źródeł energii. Polega na wykorzystywaniu cieplnej energii wnętrza Ziemi, szczególnie w obszarach działalności wulkanicznej i sejsmicznej. Woda opadowa wnika w głąb ziemi, gdzie w kontakcie z młodymi intruzjami lub aktywnymi ogniskami magmy, podgrzewa się do znacznych temperatur. W wyniku tego wędruje do powierzchni ziemi jako gorąca woda lub para wodna. Woda geotermiczna wykorzystywana jest bądź bezpośrednio (doprowadzana systemem rur) lub pośrednio (oddając ciepło chłodnej wodzie i pozostając w obiegu zamkniętym). Energię geotermalną na szeroką skalę wykorzystuje się w Islandii, a w Polsce m.in. na obszarze Podhala.