Źródła energii

Źródła energii

start

Autorzy: Agata Stypa, Karolina Rembecka, Karol Ptaszyński, Mikołaj Kunert

RODZAJE ŹRÓDEŁ

Źródła energii dzielimy na odnawialne, czyli takie, których zasoby mimo użytkowania ulegają samoodtwarzaniu w toku naturalnych procesów zachodzących na Ziemi, oraz nieodnawialne, czyli - najprościej mówiąc - takie, które mogą się wyczerpać, ponieważ czas ich powstawania jest bardzo długi.

ŹRÓDŁA

ODNAWIALNE

NIEODNAWIALNE

Źródła odnawialne

Do odnawialnych źródeł energii zaliczamy energię wiatru, Słońca i wody oraz energię geotermalną i biomasy.

ENERGIA SŁONECZNA

Energia słoneczna, czyli energia pozyskiwana dzięki promieniowaniu elektromagnetycznemu Słońca, może być później przekształcana w energię elektryczną. Do wykorzystania bezpośredniego energii słonecznej potrzebny jest specjalistyczny sprzęt, np. ogniwa fotowoltaiczne (wykorzystywane do produkcji energii elektrycznej) czy kolektory słoneczne (wykorzystywane do pozyskiwania energii cieplnej).

Na zdjęciu: ogniwa fotowoltaiczne

Całkowita ilość energii słonecznej padającej na Ziemię znacznie przekracza obecne i przewidywane zapotrzebowanie na energię na świecie. Odpowiednie wykorzystanie tego silnie rozproszonego źródła może zaspokoić wszystkie przyszłe potrzeby energetyczne. Oczekuje się, że w XXI wieku energia słoneczna stanie się coraz bardziej atrakcyjna jako odnawialne źródło energii

ze względu na jej niewyczerpane zasoby i jej niezanieczyszczający charakter, w przeciwieństwie do ograniczonych zasobów paliw kopalnych.

Na zdjęciu: panele fotowoltaiczne

Wiele osób myli panele fotowoltaiczne z kolektorami termicznymi (słonecznymi). Kolektory termiczne służą najczęściej do podgrzewania wody. Te urządzenia, mówiąc najprościej, konwertują energię promieniowania słonecznego na ciepło. Energia słoneczna, która dociera do kolektora, jest zamieniana na energię cieplną nośnika ciepła - cieczy (np. wody) lub gazu.

Na zdjęciu: działanie kolektorów termicznych

ENERGIA WODNA

Elektrownie wodne generują energię elektryczną z energii płynącej wody. Woda nieustannie ulega przemianom w cyklu obiegu wody w przyrodzie, który możecie zobaczyć na ilustracji - parując z jezior i oceanów, tworząc chmury, następnie spływając z deszczem lub śnieniem z powrotem do oceanu. Co ważne, woda nie jest zużywana w tym procesie i można ją ponownie wykorzystać, dlatego energia wodna jest uważana za energię odnawialną.

Na zdjęciu: obieg wody w przyrodzie

Wady energii wodnej: - wysokie koszty inwestycji; - zależność od hydrologii (opadów); - w niektórych przypadkach może spowodować zalanie terenów i siedlisk dzikich zwierząt; - modyfikacja, zajmowanie siedlisk ryb.

Zalety energii wodnej: - paliwo (woda) nie jest spalane, więc zanieczyszczenie jest minimalne; - energia wodna odgrywa główną rolę w ograniczaniu emisji gazów cieplarnianych; - woda do zasilania elektrowni jest wodą pozyskaną z natury, więc ma stosunkowo niskie koszty eksploatacji i utrzymania; - ta technologia jest niezawodna i wykorzystywana już od wielu lat; - ten sposób pozyskiwania energii jest odnawialny.

Na zdjęciu: elektrownia wodna

Energia mechaniczna płynącej wody napędza turbiny w elektrowniach wodnych i jest przetwarzana na energię elektryczną. Można ją także wykorzystywać bezpośrednio do napędu maszyn.

Na zdjęciu: turbina wodna

ENERGIA WIATRU

Energia wiatru to energia kinetyczna przemieszczających się mas powietrza, która jest przekształcana w energię elektryczną za pomocą turbin wiatrowych, stanowiących główny element elektrowni wiatrowej.

Na zdjęciach: turbiny wiatrowe

Na zdjęciu: elektrownia wiatrowa

Energia wiatrowa ma wiele zalet, co wyjaśnia, dlaczego jest jednym z najszybciej rozwijających się źródeł energii na świecie.

Zalety energii wiatrowej:- nie zanieczyszcza środowiska i jest odnawialna;- energia wiatrowa jest opłacalna - jeśli weźmiemy pod uwagę skalę przemysłową, jest jednym z obecnie najtańszych dostępnych źródeł energii; - przemysł wykorzystujący energię wiatrową tworzy miejsca pracy - amerykański sektor wiatrowy zatrudnia ponad 100 000 pracowników, a technik turbin wiatrowych jest jednym z najszybciej rozwijających się zawodów w Ameryce; - turbiny wiatrowe można budować na istniejących farmach lub ranczach, gdzie farmerzy wciąż mogą uprawiać ziemię, ponieważ turbiny wiatrowe wykorzystują tylko jej ułamek. Właściciele elektrowni wiatrowych płacą czynsz rolnikowi lub farmerowi za użytkowanie ziemi, zapewniając właścicielom ziemi dodatkowy dochód.

ENERGIA GEOTERMALNA

Energia geotermalna to energia cieplna skał, wody i gruntu pod powierzchnią Ziemi - jądro Ziemi ma bowiem podobną temperaturę do powierzchni Słońca (choć im dalej od niego, tym temperatura jest niższa) i to właśnie z niego pochodzi energia geotermalna. Energia cieplna gromadzi się w skałach i wodzie znajdującej się pod skorupą Ziemi.

Na zdjęciu: pozyskiwanie energii geotermalnej

Na zdjęciu: pozyskiwanie energii geotermalnej

Aby pozyskać tą energię, wykonuje się dwa odwierty o głębokości kilku kilometrów, wydobywa się z niej bardzo gorącą wodę (może mieć aż 250°C), która jest następnie przepompowywana przez turbinę w celu wytworzenia energii elektrycznej. Istnieje możliwość tworzenia elektrowni geotermalnych tam, gdzie nie ma podziemnych zbiorników, ale naukowcy przypuszczają, że mogą one zwiększać

ryzyko trzęsienia ziemi. Ponadto, szkodliwe gazy mogą uwolnić się do atmosfery lub wód powierzchniowych i głębinowych jako efekt uboczny korzystania z energii geotermalnej.

ENERGIA BIOMASY

Biomasa to materiał organiczny pochodzący z roślin i zwierząt. Podczas spalania biomasy energia chemiczna jest uwalniana w postaci ciepła i może wytwarzać energię elektryczną za pomocą turbiny parowej. Choć biomasa jest często uznawana za odnawialne, nieszkodliwe dla środowiska źródło energii, badania naukowców wykazują, że wiele form biomasy powoduje jeszcze większą emisję dwutlenku węgla niż paliwa kopalne. Z drugiej strony, są też niskoemisyjne źródła biomasy, takie jak np. trociny i wióry.

Na zdjęciu: źródła biomasy

NIEODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII

Do nieodnawialnych źródeł energii zaliczamy paliwa kopalne, takie jak węgiel kamienny i brunatny, gaz ziemny oraz ropę naftową. Paliwa te powstawały wiele milionów lat temu. Dla przykładu, węgiel powstawał w karbonie, czyli okresie od 358 do 289 milionów lat temu, ze szczątków roślin.

Na zdjęciu: węgiel

Jednakże zasoby różnych paliw kopalnych mogą wkrótce się wyczerpać. Według prognoz światowe zasoby ropy naftowej nie wystarczą nam nawet na 50 lat. Na niewiele dłużej wystarczy nam gazu ziemnego, a węgla zabraknie nam za niecałe 200 lat. Choć niektóre kraje są bardzo zasobne w paliwa kopalne, nie ulega wątpliwości, że dalsze użycie tych źródeł w tak dużej ilości, jak ma to miejsce obecnie, doprowadzi do tego, że ich w końcu zabraknie.

Na zdjęciu: wykres "Na ile wystarczą światowe zasoby paliw kopalnych?"

Z kolei do nieograniczonych, odnawialnych zasobów przyrody, każde państwo ma dostęp. Możemy więc dojść do wniosku, że wykorzystanie odnawialnych źródeł energii mogłoby być bardzo korzystne dla państw mniej zasobnych w surowce naturalne, które w ten sposób zmniejszyłyby swoją zależność od innych państw, ze względu na brak dalszej konieczności importu tych surowców.

Na zdjęciu: ropa naftowa

Podczas produkcji 1 kWh energii elektrycznej z węgla, do atmosfery zostaje wprowadzone aż 4,6 kg dwutlenku węgla. Ta wartość jest nieco mniejsza dla paliw ciekłych - są to 3 kg - oraz dla gazu ziemnego - 1,8 kg. Wciąż jest to jednak bardzo duża wartość.

Kolejną, a zarazem jedną z najważniejszych wad nieodnawialnych źródeł energii, jest zagrożenie zarówno dla środowiska, jak i zdrowia ludzi. Przykładowo, spalanie węgla skutkuje zanieczyszczeniem powietrza szkodliwymi gazami, a to, według najnowszych szacunków, w samym 2018 roku przyczyniło się do blisko 9 mln zgonów. Wydobycie ropy naftowej za pomocą górnictwa odkrywkowego może z kolei być przyczyną trzęsienia ziemi i zanieczyszczenia wody, do czego doszło podczas eksplozji na platformie wiertniczej Deepwater Horizon w 2010 roku, w zatoce meksykańskiej. Konsekwencją była śmierć 11 osób, ogromny wyciek ropy, który spowodował straty w przemyśle rybnym na 2,5 mld $ ze względu na to, że w niektórych miejscach zakazano połowu ryb i 3 mld $ w turystycznym, nie mówiąc już o ilości zabitych zwierząt. Była to największa katastrofa ekologiczna w historii Stanów Zjednoczonych Ameryki. Należy też podkreślić, iż wykorzystywanie tych surowców jako źródło energii przyczynia się do globalnego ocieplenia.

Na zdjęciu: Wyciek ropy naftowej na platformie wiertniczej Deepwater Horizon w 2010r.

Skoro te źródła mają tak wiele wad, dlaczego ludzie postanowili z nich korzystać? Tak jak już mówiliśmy, wydawały się one wtedy bardziej opłacalne. Czy jednak jakiekolwiek pieniądze są w stanie wynagrodzić nam wręcz tragiczny w wielu miejscach stan środowiska i zagrożenie katastrofą klimatyczną?

Na zdjęciu: dym z fabryk

Inną przyczyną takich decyzji mogło być to, że elektrownie wykorzystujące paliwa kopalne są w stanie wyprodukować więcej energii na żądanie. Z kolei dostępność źródeł odnawialnych jest w danym momencie ograniczona. Jak widać wygrała ludzka wygoda i próba zdobycia energii za najniższą możliwą cenę. Jednak naukowcy już od jakiegoś czasu poszukują alternatywy dla źródeł kopalnych. Dla przykładu, amerykańscy naukowcy pracują nad znalezieniem sposobu na magazynowanie energii ze źródeł odnawialnych, gdy zapotrzebowanie na nią jest niższe, by móc wykorzystać ją, gdy zapotrzebowanie wzrośnie.

ENERGIA ATOMOWA

Energia atomowa wzbudza wśród uczonych kontrowersje ze względu na trudności w określeniu, czy jest to źródło dobre dla środowiska, czy też nie. Naukowcy twierdzący, że nie jest to najlepsze źródło energii, zwracają uwagę na fakt, iż wymaga ono kosztownego wydobycia paliwa ze skorupy ziemskiej do reaktorów.

Na zdjęciu: elektrownia atomowa

Warto podkreślić, że źródeł energii atomowej używa się także do produkcji broni jądrowej - są one śmiertelnie niebezpieczne dla człowieka, nawet w bardzo małej dawce.

Naukowcy twierdzą, że jest to niekorzystne dla środowiska źródło również dlatego, że podczas pozyskiwania energii atomowej produkowane są odpady promieniotwórcze, których przechowywanie jest problematyczne i niebezpieczne.

Na zdjęciu: elektrownia atomowa

Z drugiej strony, wytwarzanie energii atomowej nie powoduje zanieczyszczenia powietrza, gdyż nie emituje dwutlenku węgla. Energia jest wytwarzana w wyniku rozszczepienia atomów. Zwolennicy energii jądrowej twierdzą, że tylko dzięki niej jesteśmy w stanie zapobiec najgorszym skutkom zmian klimatycznych.

Nieodnawialne źródła energii a zmiany klimatyczne

na zdjęciu: globalne ocieplenie

Spalane w celu wytworzenia energii paliwa kopalne emitują gazy, które zatrzymują ciepło – gazy cieplarniane. Jest to między innymi dwutlenek węgla, o którym w ostatnim czasie tak wiele się mówi. To właśnie ten proces napędza zmiany klimatyczne.

Na czym one polegają? Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu uważa, że jeśli nie wprowadzimy ograniczeń, już za maksymalnie 19 lat pojawi się problem naprawdę poważnych niedoborów wody, jeszcze większego zanieczyszczenia powietrza, podnoszenia się poziomu mórz, zniszczenia raf koralowych i topnienia pokrywy lodowej w niektórych miejscach na Ziemi. Już teraz średnia temperatura powierzchni Ziemi wzrosła o ponad 1°C w stosunku do jej wartości z epoki przedprzemysłowej, po 10 latach może wzrosnąć o 1,5°C, a później będzie już tylko gorzej.

Źródła energii elektrycznej w Polsce w 2016 roku

Porównanie wykresów

W roku 2018 na świecie tylko ok. 17% energii pochodziło ze źródeł odnawialnych. W Polsce ta wartość wynosiła prawie 10%, lecz – na szczęście – co roku ta wartość wzrasta, co zaraz udowodnimy. Aby potwierdzić słuszność podawanych przez nas informacji, przyjrzyjmy się dwóm wykresom. Jeden z nich ukazuje dane Głównego Urzędu Statystycznego z 2016r. i przedstawia zużycie energii w Polsce. Drugi wykres, ten na brązowym tle, również ukazuje zużycie energii w naszym kraju, jednak dane są bardziej aktualne – pochodzą z roku 2020.

Już na pierwszy rzut oka można zauważyć, że w zeszłym roku do produkcji energii wykorzystywaliśmy o 19% więcej węgla niż w roku 2016. Te dane nie napawają optymizmem – w końcu aż 70% źródeł stanowi węgiel. Pocieszające jest jednak to, że praktycznie wyeliminowaliśmy ropę naftową na rzecz energii wiatrowej oraz biomasy. Jesteśmy w stanie szacować, że procentowy udział odnawialnych źródeł energii będzie z roku na rok stopniowo wzrastać. Dlaczego? Ponieważ w Polsce powoli kończą się złoża węgla, a co za tym idzie, ten surowiec podrożeje. Już wkrótce wydobywanie węgla w Polsce przestanie się opłacać, bo będzie on położony tak głęboko, że cena jego wydobycia będzie wyższa niż cena, za jaką można go sprzedać. Duży wpływ będą miały na to też ograniczenia nakładane przez Unię Europejską. Większy procent niż aktualnie będą więc stanowiły odnawialne źródła energii, takie jak energia wody, wiatru czy Słońca.

Polska a inne państwa ue

Z kolei ten wykres przedstawia nam procentowy udział odnawialnych źródeł energii w poszczególnych krajach Unii Europejskiej w 2018 r. Nietrudno zauważyć, że udział procentowy tych źródeł w Polsce nie należał do najwyższych we wspólnocie i wynosił ok. 12 lub 13%. Był on niższy nawet od średniej wszystkich państw Unii. Jeszcze gorsza sytuacja była tylko w 5 krajach Unii: w Niderlandach, na Malcie, w Luksemburgu, Belgii i Irlandii. Jednak Polska miała w 2020r. poprawić ten wynik do ok. 16% udziału procentowego odnawialnych źródeł energii (ten cel został zaznaczony czarną kreską). Z poprzedniego wykresu być może pamiętacie, że Polsce się to udało – w tamtym roku udział źródeł odnawialnych wynosił 18%.

DZIĘKUJEMY ZA UWAGĘ

BIBLIOGRAFIA

• Podręcznik do biologii dla klas 8, WSiP • http://elve.pl/ • https://ec.europa.eu/ • https://www.innogy.pl/ • https://www.kqed.org/ • https://www.nrdc.org/ • https://pl.wikipedia.org/ • https://wysokienapiecie.pl/ • https://www.zielonywybor.pl/