Wpływ procesów wytwarzania energi na środowisko przyrodnicze

Trudno w dzisiejszych czasach wyobrazić sobie życie bez użytkowania energii elektrycznej. Energia ta jest nam tak samo potrzebna jak woda i powietrze. Samo słowo energia pochodzi z języka greckiego i oznacza działalność. Dlatego aby funkcjonował współczesny świat, aby mogły działać wszystkie maszyny, fabryki i człowiek mógł spokojnie i wygodnie żyć, potrzebna jest ogromna ilość energii. Jej postać, forma czy wykorzystanie może być różne, ale przede wszystkim potrzebujemy jej przy produkcji przemysłowej, transporcie, ogrzewaniu domostw czy oświetleniu. Początkowo dostarczało nam ją środowisko w postaci zasobów naturalnych nieprzetworzonych opału i paliw np. drewna, węgla brunatnego, kamiennego, ropy naftowej czy gazu. Większość energii dostarczają nam także surowce energetyczne: ropa naftowa, gaz ziemny i węgiel. Wyróżniamy kilka rodzajów energii: pierwotna, słoneczna, wiatrowa, wodna, energia pływów morskich i ciepła oceanów, geotermiczna. Energia pierwotna to tzw. odnawialne źródła energii i energia geotermalna. Do tych źródeł należą: energia wodna, słoneczna, wiatrowa, energia pływów i ciepła oceanów i biomasa.
Najwięcej energii wytwarza się z węgla, ale jest on również największym źródłem zanieczyszczeń atmosfery. Powoduje skażenia wód gruntowych i ekosystemu oraz zmiany w użytkowaniu ziem. Zużycie tlenu i emisja CO2 powoduje tzw. efekt cieplarniany czyli zmiany klimatu, zakwaszanie jezior i degradację lasów. W kopalniach węgla dochodzi do wypadków, a górnicy narażeni są na pylicę płuc. Chorobę spowodowaną przez długotrwałe wdychanie pyłów kopalnianych.
Biomasa należy do najprostszych metod otrzymywania energii. Otrzymuje się ją z drzew, roślin i odpadów organicznych. Gospodarstwa rolne mogą wykorzystywać odpady do wytwarzania metanu, a potem spalając go, ogrzewać pomieszczenia.
Ropa naftowa to główne źródło energii w transporcie. Podczas przewozu ropy czasami dochodzi do katastrof, które wyrządzają duże szkody w środowisku naturalnym oraz skażenia wód i zanieczyszczenia fauny i flory. Ropę naftową wydobywa się dopiero od 100 lat, przy czym w ostatnich czasach jej zużycie znacznie wzrosło i szacuje się, że za kilkadziesiąt lat może jej zabraknąć. Jej eksploatacja jest nie tylko bardzo kosztowna, ale niesie także za sobą wielkie niebezpieczeństwa dla środowiska.
Gaz ziemny jest najmniej szkodliwy spośród paliw kopalnych. W wyniku jego spalania powstaje dużo mniej substancji szkodliwych niż w procesie spalania ropy, emituje też dwukrotnie mniej CO2 niż węgiel.
Kiedy paliwa kopalniane są spalane, zanieczyszczają powietrze, bo wydzielają wtedy szkodliwe dla człowieka dymy, gazy i pyły. Ponieważ węgiel zanieczyszczony jest siarką, w wyniku jego spalania oprócz dwutlenku węgla, powstaje również dwutlenek siarki, który jest szkodliwy, bo reaguje z wodą i w postaci opadów atmosferycznych spada na ziemię jako tzw. Kwaśny deszcz, który powoduje między innymi korozję metali, niszczy też świat organiczny.
Przyszłością energetyki jest tzw. Energia jądrowa, pochodząca z rozszczepienia jąder atomowych uranu. Stanowi ona główne źródło energii całego wszechświata. Wykorzystuje energię zawartą w jądrach atomów. W niektórych bowiem bardzo ciężkich atomach jądro może być rozbite na dwie mniejsze cząstki. W tym procesie rozszczepiania jądra wyzwala się ogromna ilość ciepła, które można użyć w elektrowni jądrowej do pozyskiwania energii elektrycznej. Niestety, po wytworzeniu energii jądrowej pozostają radioaktywne odpady, które są niebezpieczne dla zdrowia istot żywych, odpady te muszą być odpowiednio składowane przez dziesiątki tysięcy lat. Wytwarzanie energii w elektrowniach jądrowych nie powoduje emisji szkodliwych gazów do atmosfery. Największe promieniowanie występuje wewnątrz reaktora, dlatego istotne jest, aby osłony ze specjalnych materiałów były stale kontrolowane. Niebezpieczeństwo skażenia jest tylko w przypadkach awarii. Zniszczenia po takich eksplozjach są bardzo wielkie i trwałe. Jak miało to miejsce w 1986 r. w Czarnobylu na Ukrainie. Dużym problemem są też odpady promieniotwórcze, na których składowanie brakuje miejsca.
Dane statystyczne wskazują, że aż około 90% produkowanej na świecie energii elektrycznej wytwarza się przy użyciu paliw kopalnianych i przemian jądrowych. Dlatego człowiek powinien w pełni wykorzystać inne, przyjazne dla środowiska przyrodniczego źródła energii, których nie brakuje na naszej planecie. Są to m.in. słońce, woda, wiatr i niektóre rośliny.
Woda ma olbrzymie zasoby energii. Płynie ona zawsze z miejsca położonego wyżej do leżącego niżej. Taki jej ruch może być wykorzystywany do wytwarzania energii, przy czym może to być zarówno spokojny bieg rzeki, jak i gwałtowne spadanie wody z dużej wysokości, na przykład w wodospadzie czy zaporze. Już około 2000 lat temu wykorzystywano siłę przepływającej wody, np. w młynach, do obracania kół młyńskich. W tym celu wody strumieni lub rzek kierowano na koła bezpośrednio połączone z młynem. Woda spadała na koło młyńskie z góry i napędzała je swoją energią potencjalną. Do wytwarzania energii wykorzystuje się także nieustanny ruch fal morskich i przypływów. W przeciwieństwie bowiem do wielu innych źródeł energii woda nigdy się nie wyczerpuje i zawsze będziemy mieli na Ziemi tanią dostawę poruszającej się wody.
Na podstawie wyników badań zasobów energii wodnej szacuje się ich potencjalną moc na 3 TW, z czego wykorzystuje się około jednej dziesiątej. Pobieranie takiej mocy wymagałoby jednak zalania dużych, niżej położonych obszarów żyznych gruntów i spowodowałoby zniszczenie środowiska naturalnego. Ale żadna z analiz nie obejmowała licznych, rozsianych po świecie miejsc nadających się do budowy małych elektrownii wodnych. Takie małe elektrownie wodne mają szanse powodzenia zwłaszcza w krajach rozwijających się, a także w wielu innych państwach. Dziś w elektrowniach wodnych przetwarza się energię mechaniczną, która przesyła się przez energię mechaniczną wody na energię elektryczną, która przesyła się przez sieć elektryczną. Energia wód ma wiele cech dodatnich, m. in. z jej użytkowaniem nie wiążą się problemy magazynowania energii. Wprost przeciwnie użycie zapór jako urządzenia magazynującego energię może być najskuteczniejszym sposobem wypełnienia przerw w dostarczaniu energii przez inne źródła słonecznej. Ponadto hydroelektrownie mają wielką wydajność wynoszącą 85% lub więcej.
Pływy morskie i oceaniczne powstają dzięki przyciąganiu Księżyca i Słońca, przy czym znacznie większa jest siła grawitacji Księżyca, w wyniku tego przyciągania tworzą się dwa wały pływowe, z których jeden jest zwrócony do Księżyca, a drugi równoważący powstaje po przeciwnej stronie Ziemi. W skutek obrotu Ziemi wokół jej osi te spiętrzenia wody przesuwają się i powodują przy wybrzeżu dwa przypływy i dwa odpływy w ciągu każdej doby. W rzeczywistości obraz ten jest trochę bardziej skomplikowany przez oddziaływanie Słońca i nieregularny kształt Ziemi. Wysokość wspomnianych spiętrzeń wody nie jest wszędzie jednakowa. Na otwartym oceanie rzadko przekracza metr, natomiast w szelfie osiąga nawet 20m. Z ruchem tak olbrzymiej masy wody jest oczywiście związana energia, która w sumie wynosi około 2,4 . 104 TWh.
Uzyskane doświadczenia z już istniejących elektrowni wykorzystujących energię pływów wskazują jednak, że elektrownie takie powinny być budowane w miejscach, w których wysokość pływów nie jest mniejsza niż 5 m. Musi się tam jeszcze znajdować odpowiednia zatoka lub lejkowate ujście rzeki, gdzie można zbudować tamę. Takie warunki istnieją jedynie w 30 miejscach na świecie.
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 była w przeszłości najczęściej wykorzystywana do lokalnych celów gospodarczych. Wiatrem napędzano mechanizmy młynów zbożowych i tartaków. W szczególny sposób wykorzystywano energię wiatru w Holandii, gdzie pracowały liczne pompy wodne służące do ciągłego odwadniania nadmorskich polderów. Od tysięcy lat energia wiatru w wiatrakach była wykorzystywana do pompowania wody lub mielenia ziarna. Za pomocą energii wiatru napełniano kanały nawadniające pola. Współcześnie elektrownie wiatrowe nie służą do wytwarzanie energii mechanicznej, lecz do „produkcji” energii elektrycznej. Podstawową rolę w tych elektrowniach pełnią najrozmaitszych kształtów gigantyczne wiatraki, które napędzają generatory prądu, kierując w ten sposób powstały prąd bezpośrednio do sieci lub akumulują go w akumulatorach na okres, gdy siła wiatru bardzo osłabnie.
Energia słoneczna, tzw. solarna, jest najbezpieczniejsza ze wszystkich źródeł energii. Jest ogromna, ale bardzo rozproszona. By wytworzyć z niej energię elektryczną buduje się ogniwa solarne. Ogniwo solarne to płaska płytka składająca się z dwóch cienkich warstw. Padające na nią promienie słoneczne powodują powstanie prądu elektrycznego przesyłanego do obwodów elektrycznych lub akumulatorów.
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. Za pomącą kolektorów słonecznych można również wytwarzać energię elektryczną.
Jako potencjalne źródło energii wymienia się także powierzchniową warstwę Ziemi. Energia pochodząca z tego źródła nazywana jest geotermiczną. Biorąc pod uwagę rozmiary ziemi możemy wnioskować, że zawiera ona ogromne ilości energii cieplnej. Część tej energii dochodzi do powierzchni Ziemi dzięki cieplnemu przewodnictwu skał oraz w niewielu miejscach - na skutek wypływu na powierzchnię gorących źródeł. Z powierzchni Ziemi ciepło to przechodzi następnie do atmosfery, przy czym ilość odpływającej masy wynosi aż 32,3 TW. Ogólna ilość odpływającego ciepła jest więc bardzo duża, ale energia ta jest bardzo rozproszona. Mimo utraty ciepła Ziemia nie oziębia się, ponieważ stale dochodzi nowe ciepło z rozpadu atomów promieniotwórczych, które znajdują się w całej jej objętości. Energia geotermiczna może być wykorzystywana m. in. w dwóch następujących przypadkach. Pierwszy wiąże się z występowaniem w wielu rejonach wulkanicznych niezwykle gorących skał znajdujących się blisko powierzchni Ziemi. Wówczas niepotrzebne są głębokie wiercenia ani też zakładanie dużych ładunków wybuchowych, by stworzyć zadowalający sztuczny układ cyrkulacyjny dla krążącej wody. W drugim przypadku wykorzystuje się porowate, gorące skały rozmieszczone na głębokościach nie większych niż 3 km. Przepuszczają one wodę, a zatem stanowią coś w rodzaju zbiornika gorącej wody. Tę gorącą wodę i parę odprowadza się przez otwory wiertnicze i używa do wytwarzania energii elektrycznej.
Bardzo korzystna dla środowiska przyrodniczego jest energia uzyskiwana z odnawialnych surowców pochodzenia roślinnego, tzw. Bioenergia. Pochodzi ona głównie z roślin i odchodów zwierzęcych.
Również rośliny stanowią źródło energii, nie tylko służąc za pożywienie, ale również jako źródło biogazu, zaś hodowla wodorostów daje możliwość wykorzystywania ogromnych powierzchni wód
Produkcja energii i jej wykorzystywanie wpływa na podniesienie poziomu naszego życia, ale jednocześnie powoduje degradację i niszczenie środowiska naturalnego. Energia jest niezbędna by zaspokoić nasze potrzeby i realizować pragnienia.