Wpływ wytwarzania energii na środowisko. Aleksander Gendarz

Transkrypt

1 Wpływ wytwarzania energii na środowisko Aleksander Gendarz

2 Energia termin pochodzący z języka greckiego oznaczający działalność. Energia jest podstawową cechą materii, wyrażającą jej zdolność do wykonywania pracy. Energia może być wykorzystywana w najróżniejszy sposób, nie ma określonego kształtu. Jest bardzo ważna dla człowieka. Stosujemy ją do ogrzewania naszych domów, do oświetlania ich a także do wielu innych czynności. We wczesnych fazach rozwoju cywilizacji energię dostarczało nam środowisko w postaci np. złóż węgla kamiennego, brunatnego. Dzięki ogromnemu postępowi technologicznemu do produkcji energii używamy dziś wielu innych surowców mineralnych (np. ropa naftowa, gaz ziemny). Można powiedzieć, że w dzisiejszych czasach człowiek jest uzależniony od energii. Gdy w elektrowni na kilka godzin wstrzymają dostawę prądu mamy duży problem. Wydaje nam się nagle, że nie mamy za bardzo, co z sobą zrobić, nie działa żadne urządzenie elektryczne, nie możemy ani prać, ani prasować, jeśli zapadł już zmrok, to przed potykaniem się w ciemnościach staje się zwykłą świeczka, lodówka zaczyna się rozmrażać i nawet nie można się zrelaksować przy telewizorze. Dopiero, gdy ponownie zaświeci żarówka, oddychamy z ulgą, bo wszystko wraca do normy. Jak widzimy energia jest niezbędna do życia człowieka. Musimy pamiętać, że energia ma swoje źródła i wiele z nich, które do tej pory były eksploatowane zaczynają się wyczerpywać. Ale istotne jest również inne zagrożenie skażenie i zanieczyszczenie środowiska, których przyczyną są skutki uboczne w procesach ich spalania. Pomówmy najpierw na temat podziału energii. Źródła energii dzielimy na: odnawialne - ich zasoby same się odnawiają, czyli można je uważać za praktycznie niewyczerpalne: energia spadku wody, energia słoneczna, energia wiatru, biomasy, biogazu, pływów morskich, energia geotermiczna, ciepła oceanów i inne. Źródła odnawialne dają zawierają energię tzw. pierwotną. nieodnawialne - ich wykorzystanie postępuje znacznie szybciej niż naturalne odtwarzanie, gdyż proces ten jest bardzo długotrwały i wymaga szczególnych warunków. Przykłady źródeł energii nieodnawialnych: surowce kopalne: węgiel kamienny, węgiel brunatny, torf, ropa naftowa i gaz ziemny.

3 Charakterystyka poszczególnych energii: 1. Energia wody Energia spadku masy wody jest od dawna wykorzystywana przez człowieka. Dawniej siła spadku wody poruszała młyny, warsztaty sukiennicze i garbarnie, z czasem również elektrownie wodne. Jest opłacalna w krajach, dysponujących odpowiednimi warunkami terenowymi, czyli wystarczająco dużymi różnicami wzniesień, tj. Norwegia, Szwecja, Szwajcaria oraz niektóre kraje Ameryki np. Meksyk, Brazylia, Argentyna. Energia wodna, należąca do zasobów odnawialnych, umożliwia uprzemysłowienie państw pozbawionych kopalnych surowców energetycznych. Działanie elektrowni wodnych jest dość proste. Woda z rzek spływa z wyżej położonych terenów takich jak np. góry, czy wyżyny do zbiorników wodnych (mórz lub jezior) położonych np. na nizinach. Przepływ wody w rzece spowodowany jest różnicą energii potencjalnej wód rzeki w górnym i dolnym biegu. Energia potencjalna zamienia się w energię kinetyczną płynącej wody. Fakt ten wykorzystuje się właśnie w elektrowni wodnej przepuszczając przez turbiny wodne płynącą rzeką wodę. Pobieranie tej energii jest bardzo korzystne zarówno ze względu na ekologiczny, jak i ekonomiczny charakter, bowiem dostarcza ona ekologicznie czystej energii i reguluje stosunki wodne zwiększając retencję wód powierzchniowych, co polepsza warunki uprawy roślin oraz warunki zaopatrzenia ludności i przemysłu w wodę. Energia elektryczna produkowana w elektrowniach wodnych zazwyczaj wprowadzana jest do krajowego systemu przesyłu energii. Budowa elektrowni wodnej: 1 Schemat budowy elektrowni wodnej

4 2. Energia słoneczna Spośród wszystkich metod otrzymywania energii, ten sposób jest najbezpieczniejszy i w najmniejszym stopniu prowadzi do zmian w środowisku naturalnym. Podstawowym źródłem światła na naszej planecie jest Słońce. Bez jego obecności życie na Ziemi nie byłoby możliwe. Słońce jest gwiazdą, olbrzymią kulą gazową we wnętrzu której nieustannie zachodzą procesy jądrowe wyzwalające ogromne ilości energii. Tylko połowa energii, jaka nadlatuje ze Słońca w kierunku Ziemi jest absorbowana przez jej powierzchnie. Reszta jest albo odbijana od atmosfery, albo przez nią pochłaniana. Człowiek zauważył, iż w pewien sposób można wykorzystać tą energię do swoich celów. Urządzeniami służącymi do przetwarzania energii słonecznej na energię elektryczną, są tzw. baterie słoneczne. W bateriach tych wykorzystuje się zjawisko tzw. fotowoltaiczne, polegające na zamianie promieniowania słonecznego na prąd elektryczny. Każde takie ogniwo dostarcza niewielką ilość energii elektrycznej, jednak w przypadku zastosowania wielu takich ogniw, wydajność może znacznie się poprawić. Baterie słoneczne, to ogniwa, które zbudowane są z dwóch warstw półprzewodników, najczęściej jest to krzem. Promieniowanie słoneczne dochodzi do Ziemi, mając tylko połowę swojej energii. Dlatego też baterie słoneczne znalazły szerokie zastosowanie w przypadku urządzeń znajdujących się w przestrzeni kosmicznej, gdzie promieniowanie słoneczne dociera do nich bez żadnych strat. W przypadku instalacji naziemnych ich masowe wykorzystanie wiąże się z dużymi kosztami, dlatego też w tym wypadku najbardziej opłacalnym sposobem, jest instalowanie takich ogniw bezpośrednio w gospodarstwach domowych. W tym wypadku są to małe instalacje, jednak na tyle wydajne, że mogą posłużyć do ogrzania wody. Przy wykorzystaniu takich ogniw słonecznych, jako kolektorów na dachu budynku, mogą one posłużyć, jako źródło energii potrzebnej do ogrzania domu. Kolejnym atutem takich baterii słonecznych jest ich niezawodność, praktycznie nie wymagają żadnej konserwacji. Raz zamontowane i uruchomione mogą działać bez przerwy przez wiele lat. 2 Baterie słoneczne

5 3. Energia wiatru Energia wiatru znajduje zastosowanie od bardzo dawnych czasów lat temu starożytni Babilończycy pompowali wodę przy pomocy wiatraków, nawadniając pola i osuszając mokradła, o wiele wcześniej zaś wykorzystywano wiatr w żegludze. Aby móc wykorzystywać energię wiatru do produkcji prądu niezbędne są odpowiednie warunki, to znaczy stałe występowanie wiatru o określonej prędkości. Elektrownie wiatrowe pracują zazwyczaj przy wietrze wiejącym z prędkością od 5 do 25 m/s, przy czym prędkość od 15 do 20 m/s uznawana jest za optymalną. Zbyt małe prędkości uniemożliwiają wytwarzanie energii elektrycznej o wystarczającej mocy, zbyt duże zaś przekraczające 30 m/s mogą doprowadzić do mechanicznych uszkodzeń wiatraka. Najodpowiedniejsze warunki dla energetyki wiatrowej istnieją zazwyczaj w okolicach nadmorskich takich jak na przykład Dolna Saksonia, skupiająca ponad 40% niemieckich elektrowni wiatrowych - i na terenach podgórskich. Energia wiatru jest odnawialnym źródłem energii - niewyczerpywalnym i niezanieczyszczającym środowiska. Nie znaczy to jednak, że jest dla środowiska neutralna. Jak się okazuje, elektrownie wiatrowe mogą wywierać negatywny wpływ na otoczenie na ludzi, na ptaki, na krajobraz. Problemem jest na przykład wytwarzany przez turbiny wiatrowe stały, monotonny hałas o niskim natężeniu, niekorzystnie oddziaływujący na psychikę człowieka. By zneutralizować jego wpływ, wokół masztów elektrowni wiatrowych wyznacza się strefę ochronną o szerokości 500 metrów. Inna kwestia to niebezpieczeństwo, stwarzane przez elektrownie wiatrowe dla ptaków. Mimo, że zdania naukowców w tej sprawie są podzielone i - jak utrzymują niektórzy migrujące ptaki umieją omijać elektrownie, inni szacują, że farma wiatrowa o mocy 80 MW może zabić nawet 3500 ptaków w ciągu roku. Wspomnieć należy także o ujemnym wpływie wywieranym przez elektrownie wiatrowe na krajobraz: zajmują one duże powierzchnie i zlokalizowane są często w turystycznych rejonach nadmorskich i górskich. 3 - Wiatraki

6 4. Energia biomasy Biomasa jest to zarówno określenie masy materii organicznej pochodzącej z roślin lub zwierząt, a także nazwa technologii energetycznych, które ją wykorzystują, jako najprostsze źródło energii cieplnej i mechanicznej. Biomasę tworzą np.: drewno opałowe, odpady drzewne, słoma, śmieci komunalne, i wiele innych substancji. Istnieją różne sposoby pozyskiwania energii z biomasy, np.: spalanie w piecach, kotłach; gazyfikacja w celu wytworzenia gazu palnego, wykorzystywanego następnie w kotłach lub nawet silnikach spalinowych; produkcja olejów opałowych np. z rzepaku; wytwarzanie alkoholu etylowego do paliw silnikowych w procesie fermentacji alkoholowej np. trzciny cukrowej, ziemniaków. Niekorzystne dla środowiska skutki wykorzystywania biomasy, jako źródła energii, wynikają głównie ze zbyt ekspansywnego wycinania lasów, wyjaławiania gleby przez intensywność upraw, a także zanieczyszczenia atmosfery w wyniku spalania poszczególnych surowców. 4 Obieg biomasy w przyrodzie

7 5. Energia geotermiczna Energia geotermiczna jest to energia wydobytych na powierzchnię ziemi wód geotermalnych. Energię tę zliczamy do kategorii energii odnawialnej, ponieważ jej źródło (gorące wnętrze kuli ziemskiej) jest praktycznie niewyczerpalne. W celu wydobycia wód geotermalnych na powierzchnię wykonuje się odwierty do głębokości zalegania tych wód. W pewnej odległości od otworu czerpalnego wykonuje się drugi otwór, którym wodę geotermalną po odebraniu od niej ciepła, wtłacza się z powrotem do złoża. Wody geotermiczne są z reguły mocno zasobne, jest to powodem szczególnie trudnych warunków pracy wymienników ciepła i innych elementów armatury instalacji geotermicznych. Energie geotermiczną wykorzystuje się w układach centralnego ogrzewania, jako podstawowe źródło energii cieplnej. Drugim zastosowaniem energii geotermicznej jest produkcja energii elektrycznej. Jest to opłacalne jedynie w przypadkach źródeł szczególnie gorących. Zagrożenie jakie niesie za sobą produkcja energii geotermicznej to zanieczyszczenia wód głębinowych, uwalnianie się rodanu, siarkowodoru i innych gazów. Gorące źródła tzw. gejzery są charakterystycznym elementem krajobrazu Islandii, która wykorzystuje je jako źródło ogrzewania i ciepłej wody. Nie wpływa to ujemnie na środowisko naturalne. 5 Gejzer (jedno z miejsc wydobycia energii geotermicznej)

8 6. Energia jądrowa Energia jądrowa pochodzi z rozszczepienia (lub syntezy) jąder atomowych niektórych pierwiastków (np. uranu). Reakcje te są źródłem energii dla całego Wszechświata. Pierwiastki promieniotwórcze mają bardzo ciężkie atomy, które w momencie rozszczepiania emitują ogromne ilości energii. Wykorzystywanie tego procesu jest niesamowicie wydajnym źródłem energii. Przykładowo z jednego grama uranu U 235 można otrzymać tyle samo energii, co spalając 300 wagonów węgla (wagon waży ok. 40 ton). Odkrycie tych właściwości pierwiastków promieniotwórczych, zapoczątkowało w latach 60 - tych XXw. gwałtowny rozwój energetyki jądrowej. Do roku 1985 w elektrowniach tego typu uzyskiwano ok. 14% całkowitej produkcji energii. Jednak rozwój równie gwałtownie jak się zaczął, tak i gwałtownie został zahamowany. Obecnie w elektrowniach jądrowych produkuje się ok. 17% całkowitej energii. Wszystko, dlatego, że energetyka jądrowa ma niestety swoje złe strony. W czasie wytwarzania energii powstają bardzo szkodliwe produkty uboczne. Głównym problemem są radioaktywne odpady, stanowią one zagrożenie dla zdrowia, a nawet życia wszelkich istot żywych. Dlatego też bardzo kosztowne i trudne jest ich długoletniego (nawet przez dziesiątki tysięcy lat) składowanie w warunkach zupełnej izolacji. Poza odpadami, największym zagrożeniem są możliwe awarie reaktorów jądrowych. W ich wnętrzu panuje bardzo duże promieniowanie, dlatego też reaktory posiadają specjalistyczne osłony, które wymagają bardzo dokładnej i ciągłej kontroli. Na dodatek w czasie pracy reaktora konieczne jest jego intensywne chłodzenie. Nawet zaawansowany i najnowocześniejszy sprzęt może zawieść w utrzymywaniu bezpieczeństwa w elektrowniach jądrowych, a koszty ich budowy i właściwego utrzymywania są ogromne. Nie sposób też zabezpieczyć znacznej powierzchni terenów w pobliżu elektrowni przez możliwymi awariami i skażeniem. Dlatego też coraz rzadziej powstają takie elektrownie. Drastyczne zahamowanie rozwoju energetyki jądrowej nastąpiło po tragicznej awarii elektrowni w Czarnobylu, na Ukrainie w roku W czasie tej katastrofy do atmosfery przedostały się pierwiastki promieniotwórcze takie jak: jod 121, cez 137 i stront 90. Skażenie, które spowodowała radioaktywna chmura złożona z tych pierwiastków miało zasięg 100 tysięcy km 2. Zginęło kilka tysięcy osób, z terenów najbliższych elektrowni wysiedlono 130 tysięcy osób, trudno byłoby zliczyć ile osób straciło zdrowie i zapadło na dziwne choroby oraz jak bardzo zniszczone zostało środowisko naturalne. Skutki katastrofy w Czarnobylu są odczuwane do dziś, gdyż skażenie pierwiastkami promieniotwórczymi bardzo wolno ustępuje. Lecz trzeba zauważyć, że w Czarnobylu żyje bardzo dużo zwierząt, a w rejonie elektrowni nadal pracują ludzie (pracują, co drugi dzień w miesiącu). Od tragicznego zdarzenia na Ukrainie wiele społeczeństw przestało akceptować produkcję energii w reaktorach jądrowych. Coraz częściej zamyka się takie elektrownie. Chociaż w takich krajach jak Francja czy USA, społeczna akceptacja energetyki jądrowej wpływa korzystnie na sprawne i solidne budowy nowych elektrowni, umożliwia im to szybkie wkroczenie na rynek energii i zdobywanie kolejnych środków na ulepszanie zabezpieczeń. Stosowane reaktory mają hermetyczną obudowę i wiele systemów chłodzących oraz alarmowych. Nowoczesne elektrownie jądrowe i ich dalszy rozwój daje pewne nadzieje na pozyskiwanie z nich energii w przyszłości. Jednak postęp w tej dziedzinie inżynierii energetycznej wymaga znacznych nakładów pieniężnych i rozważnego stawiania bezpieczeństwa ludzi i środowiska ponad korzyścią energetyczną. 6 Współczesna elektrownia jądrowa

9 Elektrownia jądrowa w Polsce W Polsce do dziś nie została wybudowana elektrownia jądrowa. Wg. Danych statystycznych do 2030 roku zapotrzebowanie na energię elektryczną wzrośnie o 57%. Ceny ropy naftowej i gazu ziemnego rosną, więc powstały plany budowy elektrowni w Polsce. Zostało wybranych kilkadziesiąt możliwych lokalizacji. Ponadto powstała pierwsza oficjalna Polska strona o budowie elektrowni jądrowej w Polsce. Spalając odpady z produkcji rolnej i spożywczej, odchodów zwierząt, otrzymuje się znaczne ilości energii cieplnej, która może być wykorzystana bezpośrednio lub też zamieniona na energię elektryczną. Również z odpadów można wytwarzać paliwa stałe, ciekłe i gazowe, a nawet materiały termoizolacyjne. Wysypiska komunalne tak naprawdę są źródłem odnawialnej energii w postaci gazu wysypiskowego. Odzyskiwanie ulatniającego się z wysypisk gazu nie tylko zapobiega nieprzyjemnemu ich zapachowi, ale również może być wykorzystywany do wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej. Właściwe wykorzystanie biomasy i biogazu przynosi podwójną korzyść - jako źródło energii i sposób na utylizację wielu milionów ton odpadów. Dzięki temu nie tylko nie szkodzimy środowisku, ale je dodatkowo oczyszczamy. Ważny jest również fakt, że spalanie biomasy nie jest tak szkodliwe jak spalanie np. węgla. Wszystko, dlatego, że spalająca się biomasa emituje dużo mniej szkodliwej siarki, a z kolei ulatniający się dwutlenek węgla w lepszy sposób asymiluje się ze środowiskiem, niż ten pochodzący ze spalania węgla. Spowodowane jest to tym, że dwutlenek z biomasy jest częścią cyrkulacji biomasy w środowisku, natomiast ten pochodzący z węgla pojawia się w tych procesach jak "intruz" milionach lat "wylegiwania się, jako pokład biomasy przekształcanej w paliwa stałe. Energia jest dla nas ludzi nieodzownym środkiem do życia, który ułatwia nam funkcjonowanie i rozwój. Jednak negatywne skutki wykorzystywania jej nieodnawialnych źródeł oraz ich możliwego wyczerpania nie mogą umknąć naszej uwadze. A nawet powinny stać się impulsem do promowania i rozbudowy systemów wykorzystywania energii, która może być nawet potrójnie korzystna - odnawialna, nieszkodliwa dla środowiska, a nawet go oczyszczająca.

10 Źródła, z których korzystałem: A. Tekst wplyw_procesu_wytwarzania_energii_na_srodowisko_naturalne wp%c5%82yw_proces%c3%b3w_wytwarzania_energii_na_%c5%9brodowisko_przyrodnicze.html procesy_wytwarzania_energii_i_ich_wp%c5%82yw_na_%c5%9brodowisko_naturalne.html B. Obrazki Str Str Str Str Str Str. 6 Str. 7 czym_jest_energia_geotermalna.html Str