|
Uvod
Za lakšu usporedbu energetske vrijednosti različitih goriva koristi se British Thermal Unit (btu). 1 btu je energija potrebna da se 1 pound (1 pound = 0,4536 kg) vode zagrije za jedan stupanj fahrenheit (1°F = 0,5556°C).
1 btu = 1055.8 J
1 barel (115.6 litara) sirove nafte = 5.800.000 btu
1 kilovat-sat (kWh) električne energije = 3.412 btu
1 litra dizelskog goriva = 36.720 btu
1 litra benzina = 32.757 btu
1 m2 prirodnog plina = 36.241 btu
1 kratka tona ugljena (907.18 kg) = 20.401.000 btu
1 toe (tonne oil equivalent) = 39.687.200 btu
|
|
Život na Zemlji nastao je i opstao milijunima godina zahvaljujući povoljnim klimatskim prilikama. Klima se može promatrati kao obnovljivi resurs kojemu je energetska komponenta energija sunca, a materijalna komponenta su oceani kao rezervoari za vodu. Energija sunca potiče kruženje vode na Zemlji i time omogućava život. Tamo gdje nema vode nema ni kvalitetnog života, npr. u pustinjama. Klimatske promjene na zemlji dostigle su takav nivo da možemo govoriti o klimatskoj krizi. Vizija izlaska iz te krize je vrlo jasna i to je povratak na manje štetne izvore energije. Međutim, lobiji koji zagovaraju daljnju upotrebu fosilnih goriva i nuklearne energije daleko su premoćni na tržištu energije i trenutno nema nikakvih naznaka usporavanja potrošnje "prljavih" izvora energije. Takav pristup mogao bi u budućnosti znatno promijeniti klimu, a time bi život klimatski osjetljivih biljaka i životinja bio ugrožen. Budući da sve vrste žive u prirodnoj ravnoteži to bi utjecalo na cijeli biološki sustav Zemlje. Da bi se izbjegla takva budućnost Zemlje, neke države počele su poticati programe štednje energije i prelazak na "čiste" izvore energije. Globalno gledano za sada nema velikog napretka u tome jer je količina energije dobivena na taj način zanemariva prema energiji dobivenoj od fosilnih goriva i nuklearnih elektrana.
Na slici 1 prikazana je svjetska potrošnja energije od 1900. do 1997. godine. Na slici se primjećuje da se u prvoj polovici 20. stoljeća potrošnja energije udvostručila, a nakon toga dolazi do znatnog povećanja potrošnje energije u drugoj polovici stoljeća. Ukupno se potrošnja energije povećala deset puta u odnosu na početak stoljeća. Glavni izvori energije u dvadesetom stoljeću su neobnovljivi izvori energije. To su:
Ugljen, nafta i prirodni plin nazivaju se još i fosilna goriva. Dva osnovna problema kod neobnovljivih izvora energije su da ih ima u ograničenim količinama i da onečišćuju okoliš. Sagorijevanjem fosilnih goriva oslobađa se velika količina CO2 koji je staklenični plin. Najvjerojatnije je zbog toga došlo do globalnog porasta temperature na Zemlji. Nuklearna goriva nisu opasna za atmosferu, ali tvari nastale kod nuklearne reakcije ostaju radioaktivne još godinama i trebaju biti uskladištene u posebnim prostorijama. Kod obnovljivih izvora energije nema takvih problema. Najznačajniji obnovljivi izvori energije su:
Obnovljivi izvori energije ne zagađuju okoliš u tolikoj mjeri kao neobnovljivi, ali nisu ni oni svi potpuno čisti. To se poglavito odnosi na energiju dobivenu iz biomase koja kao i fosilna goriva prilikom sagorijevanja ispušta CO2. Ako izuzmemo energiju vode glavni problemi kod obnovljivih izvora su cijena i mala količina dobivene energije. Potencijali obnovljivih izvora energije su golemi, ali trenutna tehnološka razvijenost ne dopušta nam oslanjanje samo na njih.
Efekt staklenika (Greenhouse Effect)
Na slici desno prikazan je efekt staklenika. Dio reflektiranog sunčeva zračenja se apsorbira u stakleničnim plinovima (CO2, N2O, CH4, HFC, PFC, SF6) i taj efekt osigurava da temperatura na Zemlji bude takva kakva je. Da nema efekta staklenika temperatura na Zemlji bila bi 30 °C niža. Budući da se koncentracija ugljičnog dioksida povećala tijekom zadnjeg stoljeća efekt staklenika je sve izraženiji. Posljedica toga je globalno povećanje prosječne temperature. Posljedice globalnog zatopljenja su topljenje polarnih kapa, dizanje razine mora, utjecaj na poljoprivredu i slično. Glavni izvori CO2 su sagorijevanje drva i biomase, deforestacija i sagorijevanje fosilnih goriva. Da bi se smanjila emisija CO2 u atmosferu 1997. godine donesen je Kyoto protokol. Tim protokolom se zemlje potpisnice obvezuju sudjelovati u smanjenju emisije CO2 u atmosferu. Za svaku zemlju je zadan postotak smanjenja emisije CO2, a odnosi se na smanjenje do 2012. u odnosu na 1990. godinu. Prosječno planirano smanjenje do 2012. godine je 5.2%. Do sada je 97 zemalja ratificiralo Kyoto protokol, koje sudjeluju u samo 37% ukupno planiranog smanjenja emisija. Glavni problemi kod Kyoto protokola su da nije opće prihvaćen (SAD) i veliki troškovi zamjene trenutnih "prljavih" izvora energije "čistim" izvorima energije. Pod "prljavi" izvori energije misli se na spaljivanje biomase i na fosilna goriva, dok su "čisti" izvori energije nuklearne elektrane i obnovljivi izvori bez biomase. Hrvatska je potpisala Kyoto protokol 1999. godine, ali ga nije još ratificirala u saboru. Po Kyoto protokolu Hrvatska bi trebala smanjiti emisiju CO2 u atmosferu za 5% do 2012. godine.
Trenutni odnos izvora energije
Glavni izvor energije za pokrivanje trenutnih potreba čovječanstva su fosilna goriva koja daju 85-90% energije. Nafta je najznačajnija sa 35%, a ugljen i prirodni plin su podjednako zastupljeni. Gotovo 8% energije dobiva se iz nuklearnih elektrana, a tek 3.3% energije dolazi od obnovljivih izvora. Ogromna većina energije dobivene iz obnovljivih resursa odnosi se na energiju vode. Ostali obnovljivi izvori energije su trenutno energetski zanemarivi. Budući da ćemo u budućnosti morati podmiriti sve svoje energetske potrebe iz obnovljivih izvora energije, moramo izmisliti neki način kako pretvoriti obnovljive resurse u korisnu energiju. Glavno ograničenje u tome su skupa i dugotrajna istraživanja, a većina primjena svodi se na proizvodnju električne energije. Cijenu istraživanja povećava i raznolikost obnovljivih izvora energije.
Obnovljivi izvori energije (Renewable energy sources)
Obnovljivi izvori energije, ne uključujući hidroenergiju, daju manje od 1% ukupno potrebne energije. Taj udio u budućnosti treba znatno povećati jer neobnovljivih izvora energije ima sve manje, a i njihov štetni utjecaj sve je izraženiji u zadnjih nekoliko desetljeća. Sunce isporučuje Zemlji 15 tisuća puta više energije nego što čovječanstvo u sadašnjoj fazi uspijeva potrošiti, ali usprkos tome neki ljudi na Zemlji se smrzavaju. Iz toga se vidi da se obnovljivi izvori mogu i moraju početi bolje iskorištavati i da ne trebamo brinuti za energiju nakon fosilnih goriva. Razvoj obnovljivih izvora energije (osobito od vjetra, vode, sunca i biomase) važan je zbog nekoliko razloga:
obnovljivi izvori energije imaju vrlo važnu ulogu u smanjenju emisije ugljičnog dioksida (CO2) u atmosferu. Smanjenje emisije CO2 u atmosferu je politika Europske unije, pa se može očekivati da će i Hrvatska morati prihvatiti tu politiku.
povećanje udjela obnovljivih izvora energije povećava energetsku održivost sustava. Također pomaže u poboljšavanju sigurnosti dostave energije na način da smanjuje ovisnost o uvozu energetskih sirovina i električne energije.
očekuje se da će obnovljivi izvori energije postati ekonomski konkurentni konvencionalnim izvorima energije u srednjem do dugom razdoblju.
Nekoliko tehnologija, osobito energija vjetra, male hidrocentrale, energija iz biomase i sunčeva energija, su ekonomski konkurentne. Ostale tehnologije su ovisne o potražnji na tržištu da bi postale ekonomski isplative u odnosu na klasične izvore energije. Proces prihvaćanja novih tehnologija vrlo je spor i uvijek izgleda kao da nam izmiče za malo. Glavni problem za instalaciju novih postrojenja je početna cijena. To diže cijenu dobivene energije u prvih nekoliko godina na razinu potpune neisplativosti u odnosu na ostale komercijalno dostupne izvore energije. Veliki udio u proizvodnji energije iz obnovljivih izvora rezultat je ekološke osviještenosti stanovništva, koje usprkos početnoj ekonomskoj neisplativosti instalira postrojenja za proizvodnju "čiste" energije. Europska zajednica ima strategiju udvostručavanja upotrebe obnovljivih izvora energije od 2003. do 2010. godine. To znači da bi se ukupni udio obnovljivih izvora energije povećao sa sadašnjih 6% na 12% 2010. godine. Taj plan sadrži niz mjera kojima bi se potaknule privatne investicije u objekte za pretvorbu obnovljivih izvora energije u iskoristivu energiju (najvećim djelom u električnu energiju). Zbog trenutne financijske krize u kojoj su se našle najveće države u Europskoj uniji, vjerojatno je da plan neće biti proveden u potpunosti.
Najzanimljiviji obnovljivi izvori energije (energija vjetra, energija Sunca, energija vode i bioenergija) objašnjeni su na posebnim stranicama, a manje interesantne obnovljive izvore opisat ću u nastavku. Sunčeva radijacija glavni je pokretač većine obnovljivih izvora energije, ali ima i nekoliko izvora koji ne potječu od nje. To su geotermalna energija i energija koju možemo dobiti od plime i oseke.
Geotermalna energija (Geothermal energy)
Geotermalna energija odnosi se na korištenje topline unutrašnjosti Zemlje. Da bi se ta energija iskoristila, razvijene su mnoge tehnologije, ali pojednostavljeno možemo izdvojiti dva osnovna načina: izravno i neizravno. Izravno korištenje znači korištenje vruće vode koja izbija (ili se ispumpa) iz podzemlja. Ono može biti raznoliko: od korištenja u toplicama, za grijanje kuća ili staklenika, za pojedine postupke u industriji (npr. pasterizacija mlijeka). Indirektno korištenje geotermalne energije znači dobivanje električne struje. Ovdje se princip rada ne razlikuje bitno od klasičnih termoelektrana na ugljen ili mazut - razlika je samo u načinu na koji se dobiva vodena para. Ovisno o temperaturi vode (ili pare) u podzemlju razvijeno je nekoliko različitih tehnologija. Prednost ovog izvora energije je to da je jeftin, stabilan i trajan izvor, nema potrebe za gorivom, u pravilu nema štetnih emisija, osim vodene pare, ali ponekad mogu biti i drugi plinovi. Slabosti proizlaze iz činjenice da je malo mjesta na Zemlji gdje se vrela voda u podzemlju ne nalazi na prevelikoj dubini - takva područja, tzv. geotermalne zone vezane su uz vulkanizam ili granice litosfernih ploča. Kako su to često i potresna područja sama gradnja postrojenja zahtijeva povećane troškove. Često su udaljena od naseljenih područja, pa se stvaraju troškovi prijenosa energije, a ponekad su zaštićena pa gradnja nije dopuštena (npr. NP Yellowstone). Među zemljama koje prednjače su SAD, Filipini, Meksiko, Japan.
Energija plime i oseke (Tidal power)
Energija plime i oseke dolazi od gravitacijskih sila Sunca i Mjeseca. Za sad još nema većih komercijalnih dosega na eksploataciji te energije, ali potencijal nije mali. Ta se energija može dobivati tamo gdje su morske mijene izrazito naglašene (npr. ima mjesta gdje je razlika između plime i oseke veća od 10 metara). Princip je jednostavan i vrlo je sličan principu hidroelektrane. Na ulazu u neki zaljev postavi se brana i kad se razina vode digne propušta se preko turbine u zaljev. Kad se zaljev napuni brana se zatvara i čeka se da razina vode padne. Tad se voda po istom principu propušta van iz zaljeva. U jednostavnijem slučaju voda se propušta kroz turbine samo u jednom smjeru i u tom slučaju turbine su jednostavnije (jednosmjerne, a ne dvosmjerne). Glavni problemi kod takvog iskorištavanja energije plime i oseke su nestalnost (treba čekati da se razina vode digne dovoljno, ili da padne dovoljno) i mali broj mjesta pogodnih za iskorištavanje takvog oblika energije. Najpoznatija je elektrana na ušću rijeke Rance u Francuskoj (slika) izgrađena 1960-ih koja još uvijek radi. Rusija je izgradila malu elektranu kod Murmanska, Kanada u zaljevu Fundy, Kina nekoliko elektrana, ali niti jedna od tih zemalja nije ostvarila značajan napredak. Alternativni način korištenja odnosi se na lokaciju elektrana u morskim tjesnacima gdje se zbog kanaliziranja plimnog vala povećava njegova energija, a da pogon generatora koristile bi se podvodne turbine slične kao kod vjetroelektrana. Na isti način nastoji se iskoristiti i energija morskih struja, ali je ta tehnologija još u povojima.
Energija valova (Wave power)
Energija valova je oblik transformirane Sunčeve energije koja stvara stalne vjetrove na nekim dijelovima Zemlje. Ti vjetrovi uzrokuju stalnu valovitost na određenim područjima i to su mjesta na kojima je moguće iskorištavanje njihove energije. Veliki problem kod takvog iskorištavanja energije je da elektrane treba graditi na pučini jer u blizini obale valovi slabe. To znatno povećava cijenu gradnje, ali nastaju i problemi prijenosa te energije do korisnika. Rezultati u trenutnoj fazi dospjeli su tek do prototipova i demonstracijskih uređaja. Na slici se vidi princip pretvorbe energije valova u električnu energiju. Prema slici se vidi da se energija valova prvo pretvara u strujanje zraka, a taj vjetar pokreće turbinu. Amplituda valova mora biti velika da bi pretvorba bila učinkovitija.
Neobnovljivi izvori energije (Non-Renewable Energy Sources)
Obnovljivi izvori energije pružaju znatni potencijal za budućnost, ali trenutno su vrlo ograničenih mogućnosti i energija koja dolazi iz njih je skuplja. Zbog toga će proći još neko vrijeme do značajnije upotrebe takvih izvora energije. Do onda se moramo osloniti na neobnovljive izvore energije. To su:
Od toga ugljen, naftu i prirodni plin nazivamo još i fosilna goriva. Samo ime fosilna goriva govori o njihovom nastanku. Prije mnogo milijuna godina ostaci biljaka i životinja počeli su se taložiti na dno oceana ili na tlo. S vremenom je te ostatke prekrio sloj blata, mulja i pijeska. U tim uvjetima razvijale su se ogromne temperature i veliki pritisci, a to su idealni uvjeti za pretvorbu ostataka biljaka i životinja u fosilna goriva. Glavni izvor energije fosilnih goriva je ugljik, pa njihovim sagorijevanjem u atmosferu odlazi puno ugljičnog dioksida. To je glavni problem iskorištavanja fosilnih goriva gledano s ekološkog aspekta. Na slici je prikazan rast koncentracije ugljičnog dioksida u atmosferi u zadnjih 150 godina. Vidljivo je da se koncentracija u tom razdoblju povećala za čak 28%. Zadnjih 150 godina je razdoblje sve većeg povećanja upotrebe fosilnih goriva. Na početku se najviše koristio ugljen, koji je i najopasniji za okolicu jer u atmosferu ispušta uz ugljični dioksid i sumpor te neke druge tvari. Sumpor se u atmosferi spaja s vodenom parom i tvori sumpornu kiselinu, koja pada na tlo u obliku kiselih kiša. Problem kiselih kiša najizraženiji je bio u SAD-u i Kanadi, ali ni europske države nisu bile pošteđene. U Europi su najviše problema imale Njemačka i Velika Britanija. Da bi smanjile mogućnost kiselih kiša SAD su uložile oko dvije milijarde dolara u istraživanje metoda za pročišćavanje ugljena. Tehnologije pronađene tim istraživanjima znatno su smanjile učestalost pojavljivanja kiselih kiša.
Nuklearne elektrane ne ispuštaju ugljični dioksid, ali nakon upotrebe nuklearno gorivo je izuzetno radioaktivno i potrebno ga je skladištiti više desetaka godina (najradioaktivnije i više stotina godina) u sigurnim betonskim bazenima ili podzemnim bunkerima. U normalnim uvjetima nuklearna energija je vrlo čisti izvor energije, ali potencijalna opasnost neke havarije sve više smanjuje broj novoinstaliranih nuklearnih elektrana. Strah od havarije dodatno su povećale dvije do sada najveće nuklearne nezgode: Otok Tri Milje 1979. godine i Černobilj 1896. godine. U oba slučaja do nezgode je došlo zbog niza grešaka na opremi i ljudskih pogrešaka. U zadnje vrijeme sve je manji utjecaj čovjeka na proces u nuklearnoj elektrani jer su se računala pokazala pouzdanija za obavljanje nekih radnji koje ne zahtijevaju konstruktivno razmišljanje. |
Нема коментара:
Постави коментар