Джерела енергії, засновані на сонячній радіації (біомаса, вода, вітер та сонячна енергія), здатні повністю покрити споживання всіх видів енергії практично в усіх країнах світу. Вони екологічні та не забруднюють навколишнє середовище.
Зменшення поставок викопного палива, шкода навколишньому середовищу та здоров’ю людей, а також етичний вимір проблеми того, чи маємо ми моральне право видобувати та спалювати всі запаси нафти та посилати майбутні покоління на спогад, закликають до змін в ситуації, що склалася. Однак прагнення змін вимагає нових технологій, а вони вимагають нового способу мислення. В даний час автомобільний транспорт заснований на технології двигунів внутрішнього згоряння - технології, яка, по суті, з’явилася сто років тому і триває донині. "Спосіб споживання енергії повинен змінюватися".
Тепло та електроенергію виробляти не складно. Однак сучасний спосіб виробництва вугілля, нафти, природного газу чи урану не є чистим та стійким, оскільки використовуються лише джерела викопного палива. Однак забезпечення сталого розвитку та надійного постачання палива вимагає виробництва енергії з використанням відновлюваних (альтернативних) джерел енергії. Сьогодні очевидно, що відновлювані джерела енергії зможуть повністю замінити викопне паливо.
Біомаса
Органічна речовина у вигляді деревини, рослин або залишків може забезпечити нас усіма корисними видами енергії - електрикою, теплом та рідким паливом для автотранспорту. Біомаса - це в основному збережена сонячна енергія, яку рослини перетворюють в органічну речовину завдяки фотосинтезу. Потенціал, прихований у ньому, справді великий, середній вміст енергії в одному кг сухої деревини або соломи становить близько 4,5 кВт-год, що означає, що для заміни 1 літра олії потрібно близько 2 кг біомаси (при цьому забезпечуючи однакову ефективність використання ). Цікавим є не лише потенціал та екологічна стійкість, але особливо ціна на це паливо, адже деревина сьогодні є найдешевшим паливом, що використовується для глобальних запасів біомаси, і величезна кількість енергії, що виробляється щороку завдяки фотосинтезу біомаси, до десяти разів більша ніж глобальне споживання енергії.
Біомаса може зіграти важливу роль у майбутньому, якщо її перетворити на сучасні енергоносії - переважно електроенергію, газоподібне та рідке паливо. Існує кілька причин, щоб його розуміти в цьому сенсі. Один з них полягає в тому, що біомаса є більш доступною, ніж викопне паливо, і технології її використання перевірені на практиці. У розвинених країнах вирощування біомаси для енергетичних цілей також може забезпечити вихід із поточної кризи, що виникає внаслідок перевиробництва сільськогосподарської продукції. Якби біомасу вирощували і використовували на стійких засадах, не було б збільшення СО2 в атмосфері, оскільки при її згорянні виділяється лише стільки СО2, скільки рослина витягує з атмосфери під час свого росту за допомогою фотосинтезу. Однак біомаса вже сьогодні є важливим джерелом палива, оскільки вона забезпечує одну сьому світового споживання енергії. В даний час він використовується в основному для опалення, а в країнах, що розвиваються, його частка на енергетичному ринку становить від 40% до 90%. Це основне джерело палива майже половини світового населення.
Однак біомаса є також важливим джерелом енергії в розвинених країнах. У США це паливо покриває понад 4% споживання первинної енергії (тепло, електроенергія, рідке паливо тощо) - це приблизно стільки енергії, скільки виробляється на атомних електростанціях. 8% у Канаді та 14% у Швеції. Заміна 90 мільйонів тонн нафтового еквівалента біомасою означала б щорічне скорочення викидів вуглецю в атмосферу на 100 мільйонів тонн.
Виробництво електроенергії з біомаси
І деревина, і солома можуть використовуватися для виробництва електроенергії на великих парових електростанціях. Цей метод дуже поширений, напр. у США, де на таких об'єктах встановлено до 8000 МВт електроенергії, що відповідає потужності 8 атомних електростанцій. Для цього виробництва в основному використовуються деревні відходи. На відміну від звичайного водогрійного котла, який часто має ефективність понад 80%, ефективність перетворення енергії, що міститься в деревній масі, в електричну значно нижча - лише близько 20%.
Ще одним перспективним процесом є його газифікація з подальшим виробництвом електроенергії в газовій турбіні. Важливим джерелом палива, отриманого з органічних відходів, є також біогаз, який можна використовувати для виробництва електроенергії та тепла.
Енергія вітру
Енергія вітру бере свій початок від сонячної активності. Нагріваючи повітря, а потім піднімаючись на висоту, повітряна маса обтікає Землю. До відкриття парової машини вітер був важливим джерелом механічної енергії, що використовувалася, наприклад вітряки або вітрильники. Дуже цікавий розвиток відбувся в Данії, де на сьогодні виробництвом вентильованих турбін зайнято близько 24 000 людей. У 1997 році в Данії працювало 4900 турбін, які покривали 7% внутрішнього споживання електроенергії.
Однак потенціал енергії вітру набагато більший. Покрити все споживання електроенергії в країнах ЄС можна було б лише за допомогою вітрових електростанцій, побудованих на морському дні. Морські вітроелектростанції стали справжнім хітом і надзвичайно зростають з 1995 року - щороку збільшуючись на 27%. Данія планує побудувати близько 4000 МВт (потужність 4 великих атомних електростанцій) до 2030 року і покрити 40% внутрішнього споживання електроенергії. Цей крок дозволить зупинити електростанції на викопному паливі. Подібні плани реалізуються у Великобританії, де, за деякими дослідженнями, енергія вітру може покрити до 6 разів споживання електроенергії в країні. Однак важливо, що ціна на електроенергію, вироблену з вітру, у багатьох місцях порівнянна або навіть нижча, ніж ціна на електроенергію, вироблену з вугілля, газу чи урану. Досвід Німеччини та Данії це чітко підтверджує, що також є основною причиною масового розвитку вітрогенераторів у цих країнах. Перешкодою для більш широкого застосування цієї технології в нашій країні є головним чином низька закупівельна ціна на електроенергію та довгий термін окупності інвестицій, який часто базується на до 20 років.
Гідроенергетика
Гідроенергетика також бере свій початок в енергії, що падає на Землю від Сонця. Сонячна енергія призводить до випаровування води з океанів, морів, озер і потоків. Водяна пара рухається над земною поверхнею і її охолодження призводить до конденсації та опадів. Вони забезпечують створення потенційної енергії з високо розташованих джерел води, яка перетворюється в кінетичну енергію, рухаючись у річках. Кінетична енергія води зазвичай використовується для виробництва електроенергії на гідроелектростанціях. Гідроенергетична технологія є найдосконалішим з відновлюваних джерел.
Він охоплює понад 18% виробленої електроенергії у всьому світі, а також є найважливішим відновлюваним джерелом енергії (частка виробництва електроенергії з інших відновлюваних джерел становить лише 1,1%). Гідроенергетика - це практично єдине відновлюване джерело енергії, яке широко використовується в нашій країні. У 1996 році в Словаччині з гідроенергії було вироблено понад 4,4 млрд кВт-год, що становить приблизно 15% нашого споживання .
Гідроенергетика має багато переваг. Найважливіші з них:
- ГЕС мають тривалий термін служби, деякі з яких експлуатуються 70 років і більше,
- Незважаючи на тривалу рентабельність інвестицій (10-15 років), завдяки низьким експлуатаційним витратам і тривалому терміну служби досягається висока рентабельність інвестицій,
- з точки зору швидкого охоплення змін навантаження, гідроенергетика є дуже гнучкою, що важливо для інтегрованих енергетичних систем.
Енергія морських хвиль
Хвильова енергія, яка також є відновлюваним джерелом для виробництва електроенергії. Ця енергія створюється під дією сонячних променів, які нагрівають повітря, створюючи вітер, який викликає хвилі в морях. Енергія хвиль змінюється залежно від місця, і загалом можна сказати, що чим більша відстань від екватора, тим більша енергія морських хвиль. Ця енергія, як виявляється, має великий потенціал у всьому світі. Однак великі приливні електростанції, як і великі гідроелектростанції, також представляють значні екологічні проблеми. Зміни, спричинені регулюванням припливів та відпливів через будівництво бар'єрів, можуть вплинути на навколишнє середовище. Побудовані дамби збільшують вміст солі у воді, а також збільшують седиментацію та концентрацію інших забруднюючих речовин. Інші технології, що використовують морську енергію, такі як Проект використання теплового градієнта в океанах наразі лише розглядається.
Геотермальна енергія
Геотермальна енергія не є, у справжньому розумінні цього слова, відновлюваним джерелом енергії. Цей тип енергії бере свій початок у гарячому ядрі Землі, з якого тепло виходить через вулканічні тріщини гірських порід. Температура ядра оцінюється в 7000 градусів Цельсія, і завдяки величезному, майже невичерпному запасу енергії в надрах Землі, цей тип енергії часто класифікується як поновлюване джерело. Земля постійно виділяє своє тепло в будь-якому місці, тоді як температура земної оболонки зростає із збільшенням глибини.
Однак вплив експлуатації геотермальних об'єктів на навколишнє середовище може бути значним через високий вміст мінералів у видобутій воді. На практиці ці проблеми усуваються шляхом повторного закачування води в глибоку свердловину.
Сонце, основа всього
Сонце - єдине джерело енергії, на яке людство може повністю покластися. Вважається, що наше Сонце зникне через 5 мільйонів років, тому сонячна енергія невичерпна для людського життя. Миттєва потужність сонячного джерела в атмосфері становить 1,7,10 17 Вт або 1,5,10 18 кВт-год на рік. У наших географічних умовах енергія, що потрапляє на площу 1 м 2, досягає значення від 1000 до 1250 кВт-год/рік (приблизно 5 ГДж). Це значна кількість енергії. Сонячна енергія може забезпечити нас усім, що нам потрібно від енергії, часто дуже просто, чисто і без ризику. Це не тільки електрика, тепло і світло для наших будинків, але і паливо для експлуатації екологічно чистих автомобілів.
Кількість сонячного світла, що падає на Землю за один рік, до 20 000 разів перевищує споживання енергії у світі. Навіть енергія, що падає на дах сімейного будинку в районах, бідних сонячною радіацією (наприклад, на півночі Європи), до 10 разів перевищує її споживання на опалення та експлуатацію електроприладів.
Є кілька способів виробництва тепла або електроенергії з відновлюваних джерел. Електроенергію можна виробляти безпосередньо із сонячної радіації, наприклад використовуючи т. зв сонячні (фотоелектричні) елементи. Побічно сонячну енергію можна використовувати у вигляді біомаси (рослини використовують сонячне випромінювання за допомогою фотосинтезу для свого зростання), енергії вітру, яка виникає внаслідок нерівномірного нагрівання земної поверхні сонячними променями та подальшої циркуляції повітря або енергії води, що бере свій початок при випаровуванні водойм (морів, океанів) внаслідок сонячної радіації та подальших опадів, що падають на Землю, що в свою чергу надає сили водотокам. Можна виробляти тепло та електроенергію з усіх цих джерел, використовуючи наявні в даний час технології. Сонячну енергію можна уловлювати, наприклад, за допомогою фотоелектричних елементів. Вони містяться, наприклад, у калькуляторі.
Утопія або близька реальність?
Вся енергія обертається навколо Сонця. Сонце - основа всього життя. Сонце дало планеті життя, а також джерелом енергії. Ми використовуємо сонячну енергію для своїх потреб з незапам’ятних часів. Візьмемо просто звичайне прогрівання на сонці. Це також вид використання енергії. Людству слід зупинитися, озирнутися навколо і здивуватися, чому Земля така забруднена. Ми використовували природну енергію, але неправильно і недоброзичливо. Пора виправити свої помилки і придумати щось нове, революційне. Який виробляв би енергію для потреб людини, не забруднюючи Землю. Хоча поняття виробництва енергії є неточним. Насправді йдеться про перетворення енергії з однієї форми в іншу. Енергія є навколо нас, за що ми можемо подякувати Сонцю. Нам просто потрібно навчитися перетворювати енергію. Якщо всі знають, нам нема про що турбуватися. У зменшеному вигляді ми можемо уявити електричну мережу в нашому будинку як необмежене джерело енергії. Тоді ми уявляємо електростанцію як необмежене джерело енергії для наших будинків. Нарешті, сонце є необмеженим джерелом енергії для цих електростанцій. Якщо ми зможемо його правильно використовувати. Будь то у формі прямої сонячної енергії або гідроенергії, вітру, геотермальної та біоенергії. Але все це походить від сонячної енергії.
Сьогодні в автомобільній промисловості споживається багато енергії та пов'язаних з цим викидів. І альтернативні джерела енергії тут не запрацюють так скоро. Сонце - це гарна ідея, але цього недостатньо само по собі. Я міг уявити собі поєднання сонячної енергії з хімічною у вигляді розщеплення води на водень та кисень, які є дуже багатими енергією речовинами. Це за певних умов могло б покрити енергетичні потреби автомобілів. Ми також торкалися тут хімічної енергії, але я не думаю, що це відновлюване джерело енергії. Безумовно, більш довговічний та екологічний, але не відновлюваний. Це лише тимчасове рішення, доки людство не вигадає чогось іншого. І з сучасним розвитком науки та інформаційних технологій це не займе багато часу. Однак ми ще не знаємо, як правильно використовувати деякі матеріали, або це досить фінансово. Але найближчим часом нам неодмінно слід рухатись у цьому напрямку.
Навіщо нам потрібні відновлювані джерела енергії?
Спалювання викопного палива (вугілля, нафта, природний газ), яке найбільше сприяє споживанню енергії, не є винятком, але правилом у цьому відношенні. Зміна клімату, кислотні дощі, забруднення води, повітря та ґрунтів впливають не тільки на наше здоров’я, але і це відчуватимуть покоління, що приходять після нас. Людство споживає на рік стільки викопного палива, скільки природа виробила за один мільйон років. Запаси цих видів палива, особливо нафти, зменшуються неймовірними темпами. Ці запаси не вічні, і на думку багатьох експертів, більше половини з них виснажується протягом одного людського життя. Тому використання обмежених запасів викопного палива також має моральний вимір. Але в даний час багато людей до цього байдужі, оскільки отримання енергії, наприклад. олія набагато зручніше, ніж виготовлення дорогої комірки вольта. Якщо, але швидко, люди не пам’ятають швидко, не буде з чого виграти і з чого виробляти енергію. Атомні електростанції - також гарна ідея, і кажуть, що енергія від них є чистою. Це правда, але лише до тих пір, поки паливний елемент у реакторі не потребує заміни.
На щастя, є люди, яких цікавить, як «очистити» нашу планету. Вже є машини, що працюють на бензині чи сонячній енергії.
Якщо не буде розроблений кращий спосіб використання палива, це матиме вплив на наступні покоління. Альтернативні джерела енергії та альтернативні види палива - це гарна ідея, це екологічно, а тому для здорового життя жителів блакитної планети це лише плюс.