Środowisko naturalne, a metody wytwarzania energii
W dzisiejszych czasach nie w sposób sobie wyobrazić codziennego życia, bez wykorzystania energii, jest to dla nas tak samo niezbędne jak picie wody, czy oddychanie tlenem. Sam termin energia pochodzi z języka greckiego, gdzie dosłownie oznaczał działalność. W otaczającym nas świecie, wszystkie urządzenia, fabryki, a także człowiek, aby działać muszą wykorzystywać i przetwarzać energię. A dlatego że takich fabryk i urządzeń jest coraz więcej, zapotrzebowanie na energie jest także ogromne. Energia może być wykorzystywana w najróżniejszy sposób, formy jakie może przybrać, także są różnorakie. Jest wykorzystywana przede wszystkim w procesach przemysłowych, bezpośrednio przy produkcji różnego rodzaju urządzeń, korzystamy z niej podczas ogrzewania naszych domów, czy w przypadku oświetlenia. W początkowych fazach rozwoju cywilizacji, energii dostarczało nam samo środowisko, w postaci naturalnych surowców opałowych, takich jak węgiel kamienny, węgiel brunatny, czy zwykłe drewno. W ostatnich czasach wykorzystujemy także w celu produkcji energii inne surowce naturalne, takie jak ropa naftowa, czy gaz ziemny. Spośród wszystkich form energii z jakich korzystamy możemy wyróżnić następujące: energia pierwotna, energia słoneczna, energia wodna, wiatrowa, a także energia pochodząca od pływów morskich i ciepła oceanów, a także pochodząca z wnętrza Ziemi, czyli geotermalna. Energia pierwotna, to szeroki zakres energii, która zawiera w sobie energię geotermalną, a także wszelkie formy energii odnawialnych, takich jak energia słoneczna, wodna, czy wiatrowa.
Najbardziej rozpowszechnionym sposobem otrzymywania energii, jest otrzymywanie jej poprzez spalanie węgla. Jest to najtańszy sposób, jednak najbardziej przyczyniający się do zanieczyszczenia środowiska naturalnego. Jego nadmierne spalanie prowadzi do zanieczyszczenia atmosfery, skażenia ekosystemu, w tym wód gruntowych i samej gleby. Samo spalanie węgla powoduje emisje dwutlenku węgla do atmosfery, co z kolei prowadzi do powstania tzw. efektu cieplarnianego, który prowadzi do poważnych zmian klimatycznych naszej planety. Innym szkodliwym efektem, jest także sposób wydobycia węgla kamiennego, który jest wydobywany przez ludzi. Jego wydobycie prowadzi do powstania u nich różnego rodzaju chorób, z czego najgroźniejszą jest pylica płuc.
Jedną z najprostszych metod otrzymywania energii, jest wykorzystywanie do jej produkcji tzw. biomasy, czyli materiału jaki otrzymuje się z różnego rodzaju roślin, drzew, a także odpadów organicznych. Taka biomasa, może być wykorzystywana przez człowieka do produkcji metanu, a ten z kolei spalając, można otrzymać cenną energię.
W przypadku wykorzystania energii w transporcie, to prym tutaj wiedzie ropa naftowa. To na jej bazie powstają wszelkie paliwa płynne napędzające różnego rodzaju silniki spalinowe. Jednak jest to bardzo niebezpieczny surowiec dla środowiska. Często zdarzają się przykre katastrofy, przy transportowaniu tego surowca. Katastrofy te prowadzą do skażenia środowiska naturalnego i często do śmierci wielu zwierząt. Jej eksploatacja obecnie jest prowadzona na bardzo szeroką skalę, która jest wymuszona olbrzymim światowym zapotrzebowaniem. Jednak nie będzie się to ciągnąć w nieskończoność. Ropę naftową człowiek wydobywa dopiero od stu lat, a już się szacuje, że za ok. 30 lat, może jej całkowicie zabraknąć. Spośród wszystkich paliw kopalnych, które wydobywa się z Ziemi, najmniej szkodliwy dla środowiska jest gaz ziemny. Proces otrzymywania energii, polegający na jego spalaniu prowadzi do powstania dużo mniejszej ilości substancji szkodliwych niż jest to w przypadku ropy naftowej. A i emisja dwutlenku węgla do atmosfery, jest także o połowę mniejsza. W przypadku spalania paliw wydobywanych z Ziemi, do atmosfery uwalniane są olbrzymie ilości substancji szkodliwych i toksycznych dla człowieka. Są to różnego rodzaju pyły i dymy. W przypadku spalania węgla, bardzo często jest tak, iż jest on zanieczyszczony związkami siarki. W wyniku spalania takiego węgla do atmosfery dostają się związki siarki, które przy kontakcie z wodą zawartą w chmurach, mogą prowadzić do powstania tzw. kwaśnych deszczy. Takie kwaśne deszcze powodują poważną dewastację środowiska, niszcząc faunę i florę, są także bardzo szkodliwe dla człowieka a nawet dla konstrukcji metalowych, ponieważ powodują ich przyśpieszoną korozję.
Jako, że paliwa kopalne nie będą w nieskończenie wydobywane z Ziemii, ponieważ wkrótce skończą się ich zasoby, powstają inne sposoby otrzymywania energii. Najbardziej przyszłościową metodą tutaj, jest wykorzystywanie energii jądrowej. Człowiek w tym wypadku wykorzystuje energię jądrową jaką posiada każdy atom. Energia jądrowa jest źródłem wszelkich procesów obserwowanych we Wszechświecie. To min. dzięki niej gwiazdy świecą. Sposób jej otrzymywania opiera się na fakcie, iż podczas rozszczepienia jądra atomu, uwalniana jest energia, która utrzymywała całe to jądro w całości. Energia ta jest ogromna i może zostać wydzielona w postaci ciepła, które z kolei można wykorzystać do innych celów, co się robi w elektrowniach jądrowych. Jednak nie wszystko tak pięknie wygląda. Otóż w wypadku rozszczepienia jądra atomowego, powstają dwa inne jądra. Jądra te najczęściej są jądrami pierwiastków promieniotwórczych, które dla człowieka są wysoce szkodliwe. Pierwiastki tak powstałe, są określane mianem odpadów promieniotwórczych, odpady takie mogą być szkodliwe dla człowieka przez bardzo długi czas, nawet przez tysiące lat. Głównym problemem jest znalezienie odpowiedniego miejsca dla składowania takich odpadów. Istnieje także ryzyko wystąpienia awarii, która może prowadzić do katastrofalnych zmian w środowisku naturalnym, tak jak to było w przypadku awarii elektrowni jądrowej w Czernobylu. Jednak proces otrzymywania energii w ten sposób przy odpowiednim składowaniu odpadów i kontroli elektrowni jest bardzo czysty i bezpieczny. Dlatego też wykorzystanie energii jądrowej, jawi się jako przyszłość ludzkości.
Ostatnie dane pokazują iż w 90 % energia wykorzystywana przez człowieka, jest otrzymywana w wyniku spalania różnego rodzaju paliw kopalnych. Prowadzi to do ogromnego zanieczyszczenia środowiska. Dlatego też człowiek powinien coraz poważniej pomyśleć o innych sposobach otrzymywania energii, które w obecnych czasach wykorzystuje się raczej bardzo rzadko. Sposobami takim jest wykorzystywanie energii tzw. odnawialnej, czyli energii wodnej, słonecznej, czy wiatrowej.
W przypadku wody, otrzymywanie energii wykorzystującej jej ruch, jest obecnie najczęściej spotykane spośród metod wykorzystywania energii odnawialnych. W tym wypadku wykorzystuje się fakt, że woda zawsze płynie z miejsca wyżej położonego do miejsca niżej położonego. Taki ruch, czy jest to nagły spadek wody, czy leniwa rzeka, może być bezpośrednio wykorzystywany do produkcji energii. Metody otrzymywania energii korzystające z ruchu wody, były już znane w czasach starożytnych, na początku naszej ery. Wtedy do wodę, a dokładnie jej spadek, wykorzystywało się do poruszania kół młyńskich. Kierowało się wtedy strumień wody na koło, zaopatrzone w łopatki. Spadająca na takie łopatki woda, przekazywała im swoją energię, co prowadziło do ruchu obrotowego koła. Taki sposób produkcji energii jest czysty i nie musimy się martwić, że kiedyś zabraknie nam takiej formy energii, ponieważ woda cały czas płynie na naszej planecie. Ostatnie badania pokazują, że zasoby energii potencjalnej wszystkich wód mogą dostarczyć mocy na poziomie 3TW, a jednak wykorzystuje się tylko 10 % tych zasobów. Jednak gdyby człowiek chciał wykorzystać te zasoby na szerszą skalę, musiałby w drastyczny sposób zniszczyć środowisko poprzez zalanie wielu powierzchni. W tych badaniach jednak nie uwzględniono niezliczonej liczby małych spadków wodnych, które mogłyby zostać wykorzystane do lokalnego zasilania. I sądzi się, że w przyszłości w krajach rozwijających się, będzie to metoda otrzymywania energii, bardzo często spotykana. W budowanych dziś elektrowniach wodnych, proces otrzymywania energii opiera się na zamianie energii wody na energię mechaniczną turbin wodnych. Energia mechaniczna, jest z kolei zamieniana, za pomocą różnego rodzaju prądnic na energię elektryczną, która jest rozsyłana do odbiorców. Nie istnieje tutaj także problem magazynowania energii, poprzez zastosowanie zapór wodnych, co z kolei prowadzi do zniwelowania przerw w dostawach prądu. Wydajność takich elektrowni jest także bardzo wysoka, bo wynosi aż 85%.
Wykorzystanie wody do produkcji energii nie kończy się na wykorzystaniu spadków wody, ale także można tutaj wykorzystać naturalne pływy morskie. Pływy te powstają w wyniku przyciągania jakie odczuwają morza i oceany ze strony Księżyca i Słońca. W wyniku tego oddziaływania na Ziemi obserwujemy przypływy i odpływy. Jest to bezpośrednie następstwo ruchu obrotowego Księżyca wokół Ziemi. Taki ruch wody zależy także od nieregularnego kształtu naszej planety oraz oddziaływania grawitacyjnego Słońca. Jednak nie zaprzeczalnym faktem jest to, iż ruch tak olbrzymiej masy wody może dostarczyć energii na poziomie 2,4*104 TWh. Jednak nie jest łatwo zbudować elektrownię która wykorzystywała by taki rodzaj energii. Kłopot jest ze znalezieniem odpowiedniego miejsca, ponieważ elektrownia ta byłaby efektywna tylko wtedy, gdy wysokość spiętrzenia wody w wyniku pływów wynosi 5m. Elektrownia taka musiałaby znajdować się w jakiejś zatoczce, lub innym podobnym miejscu. A jak na razie miejsc które odpowiadają takiemu opisowi jest 30 na całym świecie. Największą taką elektrownią wykorzystującą pływy morskie jest elektrownia położona we Francji, mieści się ona w miejscu ujścia rzeki La Rance do kanału La Manche. Inne taki elektrownie zostały także zbudowane w Kanadzie, Chinach, a także Rosji. Kolejne projekty przewidują ich budowę w Wielkiej Brytanii, w Indiach, a także w Korei Południowej. Oprócz wykorzystania pływów morskich buduje się także elektrownie wykorzystujące prądy i fale morskie. W takich elektrowniach fale morskie, skierowane na turbiny powodują ich ruch. Elektrownie takie pracują na wyspach w pobliżu Norwegii i Szwecji. Energię produkuje się także wykorzystując naturalne ciepło oceanów, a dokładnie różnicę temperatur pomiędzy powierzchnią oceanu, a jego głębią.
Oprócz wody, coraz bardziej rozpowszechnionym sposobem wykorzystywania energii odnawialnej, jest wykorzystanie energii wiatru. Takie wykorzystanie wiatru, do produkcji energii, było już znane dawno temu, kiedy to wiatr napędzał olbrzymie wiatraki, które w ten sposób poruszały swoimi kołami młyńskimi. Sposób ten był najbardziej rozpowszechniony w Holandii, gdzie energia ta była używana do pracy pomp odwadniających nadmorskich pól. W dzisiejszych czasach, nowoczesne elektrownie wiatrowe nie zamieniają już energii wiatru na energię mechaniczną, ale bezpośrednio dokonują jej przemiany na energię elektryczną, magazynując ją w odpowiednich akumulatorach.
Kolejnym źródłem energii odnawialnej jest z powodzeniem wykorzystywana energia słoneczna. W tym sposobie otrzymywania energii, korzystamy z naturalnego jego źródła – Słońca. Jest to najbezpieczniejszy i najczystszy sposób otrzymywania energii, nie wymagający budowania olbrzymich infrastruktur do jej otrzymywania. Energia docierająca ze Słońca do Ziemi jest ogromna, jednak jest bardzo rozproszona. Aby ją wykorzystać buduje się specjalne ogniwa słoneczne. Ogniwa takie to płaskie płyty, ich zasada działania opiera się na tym, że padające światło na takie płyty powoduje przepływ prądu, który jest z kolei magazynowany w odpowiednich akumulatorach. Jednak 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.
Mało popularnym, aczkolwiek coraz bardziej docenianym sposobem otrzymywania energii, jest wykorzystanie energii samej Ziemii. Tak otrzymana energia jest określana mianem energii geotermalnej. Metoda ta wykorzystuje fakt, że wnętrze Ziemi jest bardzo gorące i może dostarczyć niezliczonej ilości ciepła. O istnieniu takiego ciepła możemy się przekonać obserwując gorące źródła, czy wulkany. Część tego ciepła jest wydzielana bezpośrednio jako promieniowanie cieplne planety, a tak emitowana energia może dostarczyć mocy 32,3 TW. Jest to całkiem pokaźna ilość energii, jednak energia ta jest rozproszona na całej powierzchni Ziemi. Ziemia nie oziębia się tylko dzięki temu, że w jej wnętrzu cały czas zachodzą przemiany jądrowe dostarczające jej energii. Energia geotermalna jest wykorzystywana najczęściej w przypadkach, gdy mamy do czynienia z gorącymi skałami w pobliżu wulkanów, oraz gdy są to skały porowate przepuszczające wodę. W pierwszym wypadku możemy dokonać niezbyt głębokich wierceń, aby już efektywnie wykorzystać tą energię, natomiast w drugim przypadku takie porowate skały mogą posłużyć jako zbiorniki z ciepłą wodą, która potem może posłużyć do wytworzenia energii elektrycznej.
Ciężko sobie wyobrazić nasze życie bez dostaw energii. Jej otrzymywanie wiąże się bardzo często z zanieczyszczeniem środowiska, jednak patrząc w przyszłość można zauważyć, iż powstaje coraz więcej elektrowni wykorzystujących czyste sposoby otrzymywania energii. Jako, że naturalne surowce, które dotychczas dostarczały nam niezbędnej energii wkrótce się wyczerpią, człowiek powinien na coraz większą skalę wykorzystywać inne źródła energii, takiej jak energia jądrowa, czy różnego rodzaju odnawialne formy energii.
katarzyna282