Wpływ procesu wytwarzania energii na środowisko naturalne. Alternatywne źródła energii.
Wyjaśnienie pojęć :
energia - skalarna wielkość fizyczna służąca do ilościowego opisu różnych procesów i rodzajów oddziaływania.
środowisko naturalne = środowisko przyrodnicze, epigeosfera – według encyklopedii multimedialnej WIEM - ogólny termin oznaczający trójwymiarową powłokę kuli ziemskiej, stanowiącą miejsce przenikania się litosfery, atmosfery, hydrosfery i biosfery. Środowisko przyrodnicze jest miejscem zachodzenia wszystkich procesów geograficznych. Składa się z komponentów: budowy geologicznej (geologia), rzeźby, klimatu, stosunków wodnych (hydrologia), gleb, szaty roślinnej i świata zwierzęcego (fauna). Według różnych poglądów miąższość środowiska przyrodniczego wznosi się od kilkudziesięciu metrów (grubość gleby + warstwa roślin) do ok. 30 km (górna warstwa litosfery, gleba, warstwa roślin i troposfera).
Środowisko przyrodnicze cechuje się silnym zróżnicowaniem, będącym efektem występowania odmiennych cech komponentów w różnych miejscach kuli ziemskiej. Stąd potocznie wyróżnia się środowiska przyrodnicze: leśne, polarne, pustynne, górskie, a także rolnicze, miejskie, itp.
Środowisko przyrodnicze jest miejscem życia i gospodarowania człowieka. Stanowi złożony efekt oddziaływania różnorodnych sił przyrody, podlega stale ewolucyjnym zmianom. Na skutek błędów w gospodarowaniu i rabunkowej eksploatacji zasobów przyrody środowisko przyrodnicze jest współcześnie w wielu miejscach zdegradowane lub silnie zagrożone degradacją. Niekiedy zawęża się pojęcie środowiska przyrodniczego do jego części naturalnej, rozpatrując ją z wyłączeniem oddziaływania człowieka.
Sposoby wytwarzania energii
Na przestrzeni wieków sposoby pozyskiwania energii zmieniały się.
Wiek XIX nazwano wiekiem pary, XX zaś wiekiem elektryczności. Ale energia pary, zamieniona na energię ruchu, to w zasadzie energia takich substancji, jak węgiel kamienny, ropa naftowa, czy też gaz podlegających spalaniu w palenisku kotła parowego. Energia elektryczna, to także energia pary lub spadającej wody. A zatem ani para, ani elektryczność nie są źródłami energii. One wykorzystują jedynie energie materiałów palnych, energię rzek, wiatru.
Ciężką pracą zdobywa ludność niezbędne dla niej ilości energii. I tak np. w 1941 r. wydobyto 2.5 miliarda ton materiałów palnych. Stosując paliwo jądrowe, tę samą ilość energii uzyskalibyśmy kasztem zaledwie tysiąca ton uranu lub toru.
Zapasy paliw chemicznych nie są zbyt duże. Stanowią one resztki starożytnego świata roślinnego. W ciągu milionów lat gromadziła się w nich energia słoneczna. Dziś te zapasy energii praktycznie nie odnawiają się i dlatego, jeżeli nie zostaną odkryte jakieś nowe złoża węgla kamiennego lub ropy, najprawdopodobniej mogą one wystarczyć na 200 –300 lat. Oto dlaczego znaczenie opanowania energii atomowej jest porównywane do znaczenia, jaki miało odkrycie ognia przez człowieka prehistorycznego. Ludzkość otrzymała zupełnie nowe, bogatsze źródła energii.
Wpływ procesu wytwarzania energii na środowisko naturalne
Jednak nowe, bogatsze źródła energii nie są wcale przyjaźniejsze dla środowiska. Kto da gwarancję, że jakiekolwiek miejsce na Ziemi oraz jakikolwiek pojemnik wytrzymają w nienaruszonym stanie pół miliona lat? Bo tyle właśnie pluton -najbardziej śmiercionośna substancja stworzona przez człowieka - powinien być odizolowany od środowiska. Z elektrowni atomowych radioaktywne pary, które przedostają się do środowiska nawet podczas bezawaryjnej pracy, zawierają pierwiastki promieniotwórcze, krążące w przyrodzie przez tysiące lat i zabijające wielokrotnie. Do tego należy dodać wycieki radioaktywne z innych ogniw łańcucha obiegu paliwa jądrowego, bez którego elektrownia działać nie może.
Negatywne skutki ma także energia pary. Przy spalaniu węgla, drewna, ropy naftowej, benzyny powstaje dwutlenek węgla, który powoduje kwaśne deszcze. Spalanie surowców energetycznych i tym samym powstawanie dwutlenku węgla powoduje również tzw. efekt cieplarniany, którego następstwem jest topnienie śniegów, gór lodowych, zalewanie kontynentów, jak i również malejąca ochrona Ziemi przed szkodliwym promieniowaniem słonecznym.
Alternatywne źródła energii
Doskonałym rozwiązaniem problemu negatywnego wpływu wytwarzania energii na środowisko przyrodnicze, wydaje się być wykorzystanie alternatywnych źródeł energii.
Energia słoneczna.
W Kalifornii na pustyni Mojave, 200 km na NE od Los Angeles, w latach 1984-1992 powstał kompleks 13 elektrowni heliotermicznych o różnej mocy. Również w Kalifornii w 1984 r. uruchomiono elektrownię Carissa Plain wytwarzającą energię elektryczną metodą helioelektryczną. Metoda ta polega na bezpośredniej przemianie energii promieniowania słonecznego w energię elektryczną za pomocą ogniw fotoelektrycznych. Ogniwa takie przemieniają w energię elektryczną nie tylko bezpośrednie promieniowanie Słońca, lecz także promieniowanie rozproszone, przy zachmurzeniu.
Elektrownia helioelektryczną o mocy 300 kW pracuje także od 1983 r. na niemieckiej wyspie Pellworm leżącej na Morzu Północnym.
Aktualnie w Europie największa elektrownia słoneczna pracuje we Włoszech, wytwarzając prąd o mocy 3,3 MW. Grecja ma zamiar wybudować do 2003 r. największą na świecie elektrownię słoneczną. Będzie ona wytwarzała prąd o mocy 50 MW, co zapewni energię elektryczną dla 100 tys. mieszkańców (Kronika ekologiczna „Aura” 7/1997).
Elektrownie słoneczne odznaczają się wysokimi kosztami eksploatacyjnymi, co powoduje, że większe nadzieje wiąże się z wykorzystaniem energii słonecznej w małych instalacjach, do produkcji ciepłej wody. Kolektory słoneczne umieszczone na dachu domu umożliwiają ogrzanie wody do 40C, co przy ogrzewaniu podłogowym wystarcza do ogrzania całego domu.
Większe kolektory słoneczne, instalowane m.in. w Stanach Zjednoczonych, podgrzewające wodę do temperatury 65C. Wykorzystywane są w rolnictwie, do ogrzewania basenów kąpielowych oraz do wytwarzania ciepłej wody tam, gdzie nie ma systemów ciepłowniczych.
W Szwajcarii opracowano również nowy sposób spożytkowania energii słonecznej. Na szosie w pobliżu Interlaken oddano do użytku instalację, która “zbiera” latem ciepło z rozgrzanej promieniowaniem słonecznym szosy, natomiast zimą oddaje je i podgrzewa jezdnię, przeciwdziałając jej oblodzeniu. (Kronika ekologiczna “Aura” nr 2/1995).
Inną metodą spożytkowania energii słonecznej jest wykorzystanie fotosyntezy, tj. asymilacji przez rośliny dwutlenku węgla z powietrza, podczas której tworzy się energia biomasy. Najprostszym i powszechnie stosowanym sposobem uzyskania energii z biomasy jest jej spalanie. Dotyczy to takich surowców jak słoma, drewno opałowe i drewno odpadowe. Wysuszona 1 tona biomasy ma wartość opałową 0,7 tony węgla kamiennego. Jest to surowiec przyjazny dla środowiska, ponieważ ma małą zawartość siarki oraz zamknięty cykl obiegu. Dwutlenek węgla wydzielany przy spalaniu biomasy jest absorbowany w czasie wegetacji roślin w tej samej ilości
Biomasa zawierająca dużą ilość wilgoci (nie wysuszona) nie nadaje się do spalania, może natomiast być zużytkowana w procesie fermentacji beztlenowej (metanowej), celem uzyskania produktu zwanego biogazem. Przykładem może być zautomatyzowana i skomputeryzowana instalacja biogazu pracująca na wysypisku śmieci w Toruniu. Instalacja ta produkuje 550 kW energii elektrycznej oraz 800 kW energii cieplnej na godzinę, wykorzystywanej do ogrzewania mieszkań. Wyprodukowana w ciągu roku energia odpowiada energii uzyskanej ze spalenia 2,6 tys. ton węgla (Kronika ekologiczna “Aura” 12/1997).
Innym sposobem uzyskania energii z biomasy jest jej kompostowanie i ujęcie wydzielanego ciepła. W Szwecji opracowano program produkcji biomasy roślinnej, tworząc specjalne plantacje energetyczne.
Energia morza.
Aktualnie wykorzystuje się energię pływów morskich, fal morskich oraz energię cieplną mórz. Przewiduje się wykorzystanie energii prądów morskich. Największa na świecie elektrownia pływowa, uruchomiona w 1967 r., pracuje we Francji przy ujściu rzeki La Rance do Kanału La Manche (k. Saint-Malo). Elektrownie wykorzystujące pływy morskie pracują także w Kanadzie, Chinach i Rosji. Projektowane są w Wielkiej Brytanii, Korei Południowej i w Indiach. Elektrownie wykorzystujące energię fal morskich, napędzających turbiny wodne, pracują np. na norweskiej wyspie Toftestallen k. Bergen, , oraz na wyspie Islay u wybrzeży Szwecji. Energię uzyskuje się też przez wykorzystanie różnicy temperatury wody oceanicznej na powierzchni i w głębi oceanu. Najlepsze warunki do tego celu istnieją na oceanicznych obszarach równikowych Wykorzystanie tej różnicy temperatury odbywa się przy zastosowaniu amoniaku, freonu lub propanu, który paruje w temperaturze wody powierzchniowej i jest skraplany za pomocą wody czerpanej z głębokości 300-500 m. Cała instalacja, wraz z generatorem, znajduje się na pływającej platformie i nosi nazwę elektrowni maretermicznej. Energia elektryczna jest przesyłana na ląd kablem podmorskim.
Energia wiatru.
Od czasu kryzysu energetycznego (1973 r.) powstało na świecie tysiące instalacji wykorzystujących wiatr do produkcji energii elektrycznej.
O opłacalności tych instalacji decyduje duża prędkość wiatru i stałość jego występowania w danym miejscu. Dlatego elektrownie wiatrowe są zazwyczaj budowane na terenach nadmorskich i podgórskich. W Europie Dania, Niemcy, Szwecja i Wielka Brytania znajdują się w czołówce państw wykorzystujących wiatr do produkcji energii elektrycznej. Energia czerpana z wiatraków pokryje zapotrzebowanie pociągów na prąd, co znacznie obniży emisję zanieczyszczeń powietrza przez dotychczas pracujące elektrownie.
Bibliografia:
1. E. Bałabanow, Energia sztucznego słońca, wyd. Ministerstwa Obrony Narodowej 1966
2. T. Rothman, Fizyka - wiedza w pigułce, wyd. Dom Wydawniczy Rebis Poznań 1998
3. Z. Kluz, K. Łopata, Chemia – podręcznik do gimnazjum, wyd. Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne Warszawa
4. Internetowa Encyklopedia Multimedialna WIEM
5. Kronika ekologiczna „Aura” 12/1997