Wpływ wytwarzania energii na środowisko

Wpływ wytwarzania
energii na środowisko
Aleksander Gendarz
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.
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
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
3. Energia wiatru
Energia wiatru znajduje zastosowanie od bardzo dawnych czasów. 4000 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
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
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)
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 U235 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 1986. 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 km2. 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
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.
http://elektrownia-jadrowa.pl/
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.
Źródła, z których korzystałem:
A. Tekst
http://www.sciaga.pl/tekst/63769-64wplyw_procesu_wytwarzania_energii_na_srodowisko_naturalne
http://www.bryk.pl/teksty/liceum/fizyka/energia_jej_przemiany_i_transport/19599wp%C5%82yw_proces%C3%B3w_wytwarzania_energii_na_%C5%9Brodowisko_przyrodnicze.html
http://www.bryk.pl/teksty/gimnazjum/fizyka/energia_jej_przemiany_i_transport/10129procesy_wytwarzania_energii_i_ich_wp%C5%82yw_na_%C5%9Brodowisko_naturalne.html
B. Obrazki
Str. 1 - http://fakty.interia.pl/polska/news/elektrownia-atomowa-w-polsce-za-13-lat,1223811,3
Str. 2 - http://ziemianarozdrozu.pl/artykul/931/niemcy-w-europejskiej-czolowce-wykorzystaniaodnawialnych-zrodel-energii
Str. 3 - http://agroenergetyka.pl/?a=article&id=119
Str. 4 - http://www.mojeopinie.pl/energia_ze_slonca,3,1202144352
Str. 5 - http://www.zgapa.pl/zgapedia/Elektrownia_wiatrowa.html
Str. 6 – http://www.compte-fortech.pl/PL/energies_normes.html
Str. 7 – http://www.bryk.pl/teksty/liceum/fizyka/energia_jej_przemiany_i_transport/13326czym_jest_energia_geotermalna.html
Str. 8 http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Nuclear_Power_Plant_Cattenom.jpg&filetimestamp=
20100719110801