Energetyka w Środowisku Naturalnym Energia w Środowisku -technika ograniczenia i koszty Wykład 7-17.XI.2015 Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów szef@fuw.edu.pl http://www.fuw.edu.pl/~szef/
Wykład 7 Żywność i rolnictwo 17.XI.2015 EwŚ - Wykład 7 2/21
Odżywianie Dzienne zużycie energii i moc: Spoczynek 80 W 16 h 1,3 kwh/d Intensywna praca 500 W 8 h 4 kwh/d Razem 5,3 kwh/d Rekomendowana dawka kalorii 2600 kcal 3 2600 10 cal 10,8MJ E 10,8MJ 3kWh cal MJ 0,24 3,6 J kwh 2600 kcal= 3kWh Oznacza to pracę o mniejszej intensywności 200W Jakie odżywianie zapewni 3 kwh/d? 17.XI.2015 EwŚ - Wykład 7 3/21
Odżywianie Rekomendowana dzienna dawka kalorii: 2600 kcal = 3kWh 0,5 l mleka 0,35 kwh 50 g sera 0,35 kwh 2 jajka 0,2 kwh 250 g mięsa 0,5 kwh Warzywa + owoce+ zbożowe 1,6 kwh --------------------------------------------------------------------------------------------------- Razem 3,0 kwh Z tablic wartości odżywczych: 1 kg białka lub węglowodanów dostarcza 4000 kcal (17 MJ 4,7 kwh) 1 kg tłuszczu dostarcza 9000 kcal (37 MJ 10,2 kwh) 17.XI.2015 EwŚ - Wykład 7 4/21
Koszty energetyczne produkcji mleka 0,5 l mleka i 50 g sera (z 0,5 l mleka) to 1 l mleka. Krowa daje średnio 16 litrów mleka dziennie. Wyżywienie 1 osoby to 1/16 krowy. Krowa o masie 450 kg zużywa paszę roślinną o energii równoważnej 8 osobom. 450kg/60kg 8 Ponieważ koszt energetyczny 1 osoby to 3kWh/d, to dla krowy będzie 24 kwh/d, a 1/16 krowy to 1,5 kwh/d. Mimo wartości odżywczej 1 l mleka 0,7 kwh Potrzebujemy do produkcji 1 l mleka energii 1,5 kwh (pomijamy koszt wytwarzania sera, transport etc.) 17.XI.2015 EwŚ - Wykład 7 5/21
Koszty energetyczne produkcji jaj Kura zjada 110 g paszy roślinnej o energii 15 MJ/kg, co oznacza 4 kwh/kg, i niesie 290 jajek rocznie. 4 kwh/kg 0,11kg 365/290 0,55kWh / jajko 2 jajka to 1,1 kwh Potrzebujemy do produkcji 2 jajek energii 1,1 kwh. Zjedzone dają zaledwie 0,2 kwh. (pomijamy koszt gotowania smażenia, transport etc.) 17.XI.2015 EwŚ - Wykład 7 6/21
Koszty energetyczne produkcji mięsa Wyobraźmy sobie spożycie 250 g mięsa dziennie. To jest 250 kg/1000d, 100kg/400d i 12,5 kg/50d. Befsztyk, kurczak, szynka, kiełbasa. Drób (kura) rośnie przez 50 dni Świnia rośnie przez 400 dni Wołowina rośnie przez 1000 dni 12,5 kg/50d 100kg/400d 250kg/1000d Wyobraźmy sobie dietę mieszaną (drób, wieprzowina i wołowina po 1/3) Oznacza to, że hodujemy: 4 kg drobiu (12,5/3) 33 kg wieprzowiny (100/3) 83 kg wołowiny (250/3) 17.XI.2015 EwŚ - Wykład 7 7/21
Koszty energetyczne produkcji mięsa Oznacza to, że hodujemy: 4 kg drobiu 33 kg wieprzowiny 83 kg wołowiny Razem 120 kg mięsa zwierząt Zwierzęta będą ważyły 50% więcej, czyli 180 kg Ale wyżywienie paszą roślinną 180 kg zwierząt, przy 3kWh/60kg (tak jest dla człowieka), będzie oznaczało E 9kWh/d, a wartość energetyczna to 0,5 kwh. 17.XI.2015 EwŚ - Wykład 7 8/21
Odżywianie, koszty energetyczne Produkt Wartość odżywcza Koszt energetyczny produkcji Mleko 1l, w tym 50g sera 0,7 kwh 1,5 kwh 2 jajka 0,2 kwh 1,1 kwh 250 g mięsa 0,5 kwh 9,0 kwh Warzywa, owoce i produkty zbożowe 1,6 kwh 1,6 kwh ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Razem 3,0 kwh 13,2 kwh 17.XI.2015 EwŚ - Wykład 7 9/21
Podsumowanie (wykł. 7) Dzienne zużycie energii na osobę: Oświetlenie Elektronika (dom, praca) Żywność o energii 3kWh/d Nawozy dla rolnictwa -------------- Razem 4 kwh/d 5 kwh/d 13 kwh/d 2 kwh/d 24 kwh/d Pominięte wydatki energetyczne: Straty energii elektrycznej przy przesyłaniu energii elektrycznej (wyjaśnienie dalej) Przetwarzanie, transport i dystrybucja żywności 17.XI.2015 EwŚ - Wykład 7 10/21
Linie wysokiego napięcia Słup przelotowy linii 750 kv. Sieć wysokiego napięcia (WN) elektroenergetyczna sieć przesyłowa, w której wynosi od 60 do 220 kv (w Polsce 110 kv). Sieć ta służy do przesyłania energii elektrycznej na duże odległości. Sieć najwyższych napięć (NN) to sieć przesyłowa, w której napięcie elektryczne jest równe lub większe niż 200 kv 17.XI.2015 EwŚ - Wykład 7 11/21
Linie wysokiego napięcia Rozważmy linię o napięciu 400kV ze Śląska do Warszawy z prądem 500 A. Przesyłanie mocy to: 5 2 8 P U I 4 10 V 5 10 A 2 10 W 200MW Opór linii przesyłowej to 0,1 /km. Przy 300 km R=30. Straty na ciepło wydzielone na linii przesyłowej to: U I R P U Wobec tego moc tracona na ciepło to: I 2 I R I I R 2 6 500A 30 7,5 10 W 7, MW 2 P I R 5 Straty to 3,25% mocy dostarczanej!!! Wyższe napięcie to wyższa moc dostarczana, dłuższa linia to większe straty 17.XI.2015 EwŚ - Wykład 7 12/21
Czerwone linie -istniejące 400kV Zielone linie -220 kv Przerywane -planowane Źródło: http://www.pse.pl 17.XI.2015 EwŚ - Wykład 7 13/21
Dotychczasowe obliczenia Policzone dzienne zużycie energii: Spoczynek i praca 5 kwh/d Transport codzienny 27 kwh/d (1 kwh/d) Transport wakacyjny 6 kwh/d Higiena osobista 6 kwh/d Posiłki, Pranie, zmywanie 5 kwh/d Ogrzewanie, dom i praca 40 kwh/d Oświetlenie i elektronika 9 kwh/d Żywność o energii 3kWh/d 15 kwh/d -------------------------------------------------------------------------------- Razem 113 kwh/d 1 kwh=3,6 MJ 113 kwh/d= 406 MJ, 406 MJ to ok. 13 kg węgla a to 48 kg CO 2 dziennie, Nasz wkład to 17,5 ton CO 2 rocznie!!! 17.XI.2015 EwŚ - Wykład 7 14/21
Zwierzęta domowe Zwierzęta -gadżety: Koń 400 kg, pasza roślinna 20 kwh/d Pies 200 g mięsa dziennie 7 kwh/d Kot 50 g mięsa dziennie 2 kwh/d Zostało do oceny: Wytwarzanie rzeczy Transport rzeczy Usługi publiczne 17.XI.2015 EwŚ - Wykład 7 15/21
Emisja CO 2 -kraje Polska Ok. 6 t/rok/osobę 17.XI.2015 EwŚ - Wykład 7 16/21
Wykład 7 Wytwarzanie rzeczy, Produkcja energii wiatrowej 17.XI.2015 EwŚ - Wykład 7 17/21
Fazy życia rzeczy I etap istnienia rzeczy określamy jako dobra konsumpcyjne. Kiedy rzecz zostaje kupiona i przyniesiona do domu, przechodzi transformację z dobra konsumpcyjnego w rupieć. Rupieć towarzyszy swojemu właścicielowi przez miesiące, a nawet lata. Ostatecznie rupieć przeistacza się w swą ostateczną postać staje się śmieciem. Na każdym z etapów ponosimy koszty energetyczne, wytwarzania, transportu, eksploatacji i wreszcie utylizacji. O całkowitym koszcie zwykle decyduje 1 lub dwa etapy 17.XI.2015 EwŚ - Wykład 7 18/21
Fazy życia rzeczy Faza S: Surowce - przygotowanie. Koszt energetyczny tej fazy zawiera również transport surowców do miejsca ich przetwarzania. Faza P: Produkcja. W koszt energetyczny tej fazy należy wliczyć także pakowanie i dalsze transportowanie. Faza W: Wykorzystywanie. Faza U: Utylizacja. Ten etap wiąże się nie tylko z wydatkowaniem energii na umieszczenie rzeczy na wysypisku lub recyklingu, ale również na eliminację związanych z tym zanieczyszczeń. 17.XI.2015 EwŚ - Wykład 7 19/21
Wybieramy do analizy: Zamiast szacować szczegółowo, jak wiele energii pochłania stała produkcja i transport wszystkich rzeczy, rzućmy okiem na kilka typowych przykładów: opakowania z napojami, komputery, tablety, baterie, Prasa, książki, ulotki, samochody, domy. Skupimy się na kosztach energetycznych faz S i P. Energię zużytą do wyprodukowania rzeczy określa się czasem mianem szarej energii lub energii zawartej w rzeczach. 17.XI.2015 EwŚ - Wykład 7 20/21
Szara energia zawarta w Materiał materiałach Energia wewnętrzna [kwh/kg] Paliwa kopalne 10 Drewno 5 Papier 10 Szkło 7 Plastik -PET 30 Aluminium 40 kkk Stal 6 1 kwh=3,6 MJ, przyjmujemy 1 kwh 4 MJ 17.XI.2015 EwŚ - Wykład 7 21/21
Opakowania Typ opakowania Puszka od piwa, coli etc. Butelka PET ½ l Opakowanie styropianowe Szara energia 0,6 kwh 0,7 kwh 0,2 kwh Średnia szara energia to ok. 10 kwh/kg Wyrzucamy dziennie 200 g opakowań 2 kwh/d miasto wieś 300 g 100 g 17.XI.2015 EwŚ - Wykład 7 22/21
Komputery, tablety, baterie Sprzęt Komputer Tablet Telefon komórkowy Baterie AA (0,001 kwh) Szara energia 1800 kwh 600 kwh 300 kwh 1 kwh Średnia szara energia to ok. 10 kwh/kg Co 3 lata komputer 2kWh/d Co 2 lata tablet 1kWh/d Co 2 lata telefon 0,5 kwh/d 2 baterie AA miesięcznie 0,1 kwh/d Razem elektronika 3,5 kwh/d 17.XI.2015 EwŚ - Wykład 7 23/21
Prasa, książki, ulotki Przykłady i masa papieru Szara energia GW 80 str. (150g) Polityka 110 str (200g) Gala (kolorowy brukowiec) 0,15 kwh 0,2 kwh 0,2 kwh Ulotki, brak ksiażek Średnia szara energia to ok. 10 kwh/kg Kupujemy lub dostajemy 200 g papieru dziennie, co daje 2 kwh/d Recykling oszczędza połowę energii!!! 17.XI.2015 EwŚ - Wykład 7 24/21
Materiał budowlany Drewno budowlane Płyta MDF, sklejka etc. Opakowanie styropianowe Granit budowlany Cement Cegła Plastik generalnie Szkło Stal Aluminium Dom Szara energia/kg 0,7 kwh 3 kwh 0,2 kwh 2,5 kwh 1,5 kwh 0,6 kwh 25 kwh 4 kwh 12 kwh 47 kwh Dom budujemy dla 3 osób na 100 lat. 120 000 kwh/3 os= 40 000kWh/osobę. 100 lat to 36 500 dni więc mamy: 1 kwh/d 17.XI.2015 EwŚ - Wykład 7 25/21
Samochód Samochód to ok. 80 000 kwh szarej energii Jeśli wymieniamy co 15 lat 5000 dni, dostajemy 16 kwh/d Drogi Koszt 1m drogi to: Utrzymanie przez 40 lat to: Razem: 10 000 kwh 25 000 kwh 35 000 kwh 35000kWh 35000kWh 2kWh / d 40lat 40 365 dni Razem samochód i drogi 16+2 kwh/d 18 kwh/d 17.XI.2015 EwŚ - Wykład 7 26/21
Transport W/g danych brytyjskich koszty energetyczne transportu na osobę dziennie wynoszą: Typ transportu Transport drogowy Transport wodny Woda i oczyszczanie ścieków Sprzedaż rzeczy (transport) Energia/d 7 kwh/d 4 kwh/d 0,5 kwh/d 0,5 kwh/d Całkowite koszty energetyczne transportu na osobę dziennie wynoszą 12 kwh/d 17.XI.2015 EwŚ - Wykład 7 27/21
Podsumowanie zużycia (wykład 7) Dzienny koszt wytwarzania i transportu rzeczy: Opakowania Elektronika -wytwarzanie Prasa, ksiązki, ulotki Dom Samochód+drogi Transport rzeczy -------------- Razem 2 kwh/d 3 kwh/d 2 kwh/d 1 kwh/d 18 kwh/d 12 kwh/d 38 kwh/d 17.XI.2015 EwŚ - Wykład 7 28/21
Dotychczasowe obliczenia zużycia Policzone dzienne zużycie energii: Spoczynek i praca 5 kwh/d Transport codzienny 27 kwh/d (1 kwh/d) Transport wakacyjny 6 kwh/d Higiena osobista 6 kwh/d Posiłki, Pranie, zmywanie 5 kwh/d Ogrzewanie, dom i praca 40 kwh/d Oświetlenie i elektronika 9 kwh/d Żywność o energii 3kWh/d 15 kwh/d Wytwarzanie i tranport rzeczy 38 kwh/d -------------------------------------------------------------------------------- 151 kwh/d Razem 1 kwh=3,6 MJ 151 kwh/d= 543 MJ, 543 MJ to ok. 18 kg węgla a to 67 kg CO 2 dziennie, Nasz wkład to 24,5 tony CO 2 rocznie!!! 17.XI.2015 EwŚ - Wykład 7 29/21
Emisja CO 2 -kraje Polska Ok. 6 t/rok/osobę 17.XI.2015 EwŚ - Wykład 7 30/21