Przewodnik po 6 odnawialnych źródłach energii

Czym jest energia odnawialna i jak dokładnie funkcjonuje?

Czy kiedykolwiek zastanawialiście się, co dokładnie oznacza termin „energia odnawialna”? Energię odnawialną można pozyskiwać ze światła słonecznego, powietrza oraz z oceanów. Stanowią one elementy fizycznej struktury naszej planety, co oznacza, że nieustannie, samorzutnie się odnawiają. Nigdy się nie skończą. Te zasoby nazywa się często także „energią alternatywną”, ponieważ stanowią alternatywę dla tradycyjnie używanych paliw kopalnych, takich jak ropa naftowa czy węgiel.

Fakt, że dane źródło jest zaliczane do odnawialnych nie oznacza jeszcze, że jest w 100% bezpieczne dla środowiska. Przykładowo tamy, wykorzystując energię z płynącej wody, mogą szkodzić rybom i innym organizmom. Turbiny wiatrowe, korzystając z siły wiatru, produkują czystą energię, ale ich produkcja ma negatywny wpływ na środowisko. Mimo wszystko, alternatywne źródła energii mają o wiele mniejszy wpływ na środowisko naturalne niż paliwa kopalne. Dlatego korzystanie z nich jest tak istotnym krokiem na drodze do mniej zanieczyszczonego świata – skutki zmiany klimatu mogą nie dotykać nas bezpośrednio, ale zanieczyszczone środowisko w wyraźnie negatywny sposób oddziałuje na nasze zdrowie.

To, co dobre dla środowiska, przynosi korzyści także dla domu czy firmy. Korzystanie z energii słonecznej lub wiatrowej pozwala na znaczące oszczędności w porównaniu do korzystania z paliw kopalnych. Koszt korzystania z nich spada co rok.

Jak właściwie funkcjonuje energia odnawialna? Poniżej przedstawiamy w skrócie sześć źródeł czystej energii, z których można korzystać pośrednio lub bezpośrednio, aby przyczynić się do zmiany na lepsze oraz walczyć z globalnym ociepleniem.

Czyste źródła energii odnawialnej:

W przypadku czterech typów alternatywnej energii wykorzystywana jest energia ze zjawisk naturalnych, takich jak światło słoneczne czy morskie fale. Energia pozyskiwana na takiej drodze jest najbardziej zrównoważona ze wszystkich dostępnych.

Energia słoneczna

Światło słoneczne jest źródłem energii odnawialnej. W najprostszym ujęciu pozyskiwanie z niego prądu polega na zatrzymaniu energii słonecznej. Do przekonwertowania światła i ciepła słonecznego na energię używane są rozmaite technologie: naświetlanie, podgrzewanie wody, elektryczność i (paradoksalnie) systemy chłodzące dla firm i przemysłu.

Przechwytywanie wiatru

Wiatr może być klasyfikowany jako forma energii słonecznej, ponieważ jego powstawanie powodowane jest nierównomiernym ogrzewaniem i ochładzaniem się atmosfery. Wpływ na to zjawisko ma także ruch obrotowy Ziemi i inne uwarunkowania topograficzne. Ruch wiatru może być przechwytywany przez turbiny wiatrowe i konwertowany na energię elektryczną. Na mniejszą skalę wiatraki są także używane do pompowania wody w gospodarstwach.

Komercyjne systemy prądotwórcze napędzane wiatrem są przystosowane do rozmaitych zastosowań. Pojedyncze turbiny wiatrowe mogą generować energię elektryczną w formie źródła komplementarnego dla istniejącego systemu zasilania. Przy wietrznych warunkach energia generowana przez system stosowana jest jako uzupełnienie energii przesyłanej z sieci. Farmy wiatrowe o skali przemysłowej generują elektryczność, którą można zakupić na rynku hurtowym, na podstawie umowy lub na drodze procesu ofertowego.

Od koła młyńskiego do elektrowni wodnych

Hydroenergia nie jest nowym wynalazkiem, chociaż koła młyńskie używane niegdyś przy młynach zbożowych i tartakach stanowią dziś już raczej eksponaty w muzeach. Dziś energia kinetyczna pozyskiwana z przepływu wody w rzekach jest przechwytywana w zupełnie odmienny sposób i konwertowana na hydroenergię. Prawdopodobnie najbardziej znanym typem hydroenergii jest ta generowana przez system, w którym konstruowane są tamy zatrzymujące wodę w zbiorniku. Przy uwolnieniu woda przepływa przez turbiny produkujące elektryczność. Elektrownie szczytowo-pompowe wykorzystują przepływ wody między zbiornikami usytuowanymi na różnych wysokościach w celu kontrolowania generowania prądu w zależności od zapotrzebowania.

Elektrownie wodne przepływowe korzystające z naturalnej różnicy wysokości w rzece bazują na przepływie wody na odcinku rzeki i nie wymagają użycia tamy.

Elektrownie wodne mogą różnić się między sobą rozmiarem: od elektrowni na skalę mikro po ogromne projekty, takie jak zapora Hoovera. Bezpośrednie użycie hydroenergii jest naturalnie zależne od lokalizacji geograficznej. Zakładając, że źródło wody jest niezawodne i wciąż dostępne, można utworzyć elektrownię wodną zasilającą gospodarstwo lub małą gminę. Niewielkie miasta mogą korzystać z energii w lokalnych drogach wodnych, budując średniej wielkości elektrownie wodne.

Energia z oceanu

Istnieją dwa typy energii, którą można wyprodukować, korzystając z oceanu: energia termalna z ciepła słonecznego oraz energia mechaniczna ruchu fal i przypływów.

Energia termalna z oceanu może być przekształcana na energię elektryczną za pomocą kilku różnych systemów bazujących na ciepłej wodzie przy powierzchni. Mechaniczna energia z oceanu powstaje przy przechwytywaniu odpływów i przypływów powodowanych obracaniem się Ziemi oraz grawitacji wynikającej z sąsiedztwa Księżyca. Energia z fal powodowanych wiatrem może być także konwertowana i używana do obniżenia kosztów korzystania z energii elektrycznej.

Istnieją również mniej rozwinięte technologie bazujące na prądach oceanicznych, wiatrach przy oceanie oraz gradientach zasolenia. Zimna woda oceaniczna z głębokich warstw może być używana do chłodzenia budynków (przy jednoczesnym powstawaniu wody odsolonej jako produktu ubocznego). Społeczności żyjące nad morzem mogą korzystać z tych metod w celu przechwytywania naturalnej energii oceanicznej opisanej powyżej i uzupełniać prąd z innych źródeł.

Pozyskiwanie energii z oceanów wciąż jest rozwijane jako alternatywny sposób na produkcję energii elektrycznej. Oceany pokrywają ponad 70% powierzchni naszej planety, więc przyszłość tych metod rysuje się obiecująco.

Inne alternatywne źródła energii

Wymienionej niżej dwa typy energii odnawialnej bazują na mechanice, zamiast na procesach naturalnie zachodzących w środowisku.

Bioenergia to energia odnawialna pozyskiwanej z biomasy, z której produkuje się ciepło oraz elektryczność lub płynne paliwa, takie jak etanol czy biodiesel wykorzystywane w transporcie. Termin biomasa odnosi się do każdej masy organicznej pochodzącej z martwych roślin lub zwierząt. Pomimo tego, że z bioenergia powoduje powstawanie zbliżonej ilości dwutlenku węgla, jak paliwa kopalne, rośliny zastępcze sadzone w celu tworzenia biomasy pochłaniają mniej więcej taką samą ilość dwutlenku węgla z atmosfery. Dzięki temu ich wpływ na środowisko jest minimalny.

Istnieje wiele systemów wykorzystywanych do produkowania tego rodzaju energii: od tych bezpośrednio spalających biomasę do przechwytujących metan powstały przy naturalnym kompostowaniu materii organicznej.

W jaki sposób korzysta się z bioenergii? Firmy i organizacje zajmujące się transportem towarów i ludzi mogą budować flotę z pojazdów napędzanych biopaliwami, takimi jak etanol czy biodiesel.

W zakładach produkcyjnych system do spalania biomasy i tworzenia pary przechwytywanej przez turbiny może być stosowany do produkcji energii elektrycznej. W niektórych przypadkach ten proces może mieć dwojaki cel: zasilać zakład, a także ogrzewać go. Przykładowo w papierni do produkowania elektryczności i pary do ogrzewania mogą być używane odpadki drewniane. Odpadki z hodowli na farmach mogą być używane do produkowania elektryczności za pomocą małych systemów modułowych. W miastach metan powstający przy fermentacji anaerobowej na wysypiskach może być przechwytywany i używany do generowania prądu.

Wodór: Dużo energii przy małym zanieczyszczeniu

Wodór jest najmniej złożonym (składa się tylko z jednego protonu i jednego elektronu) oraz najpowszechniej występującym pierwiastkiem wszechświata, a mimo to nie występuje naturalnie w formie gazu na Ziemi. Można go znaleźć w związkach organicznych (węglowodorach takich jak benzyna, gaz ziemny, metanol czy propan) oraz w wodzie. Wodór może być także produkowany w niektórych warunkach  z alg i bakterii oraz za pomocą światła słonecznego.

Wodór jest bogatym źródłem energii, powodując zarazem minimalne lub zerowe zanieczyszczenie przy spalaniu. Płynny wodór był używany do wysyłania statków kosmicznych i innych rakiet na orbitę od lat 50. ubiegłego wieku. Ogniwa paliwowe zasilane wodorem przekształcają potencjalną energię chemiczną wodoru na elektryczność, a jedynymi produktami ubocznymi tej reakcji są czysta woda i ciepło.

Komercjalizacja ogniw wodorowych będzie prawdopodobnie ograniczona do momentu obniżenia kosztów korzystania z nich oraz poprawienia ich żywotności. Wodór używany w USA jest niemal w 100% wykorzystywany w przemyśle do rafinacji benzyny, obróbki metalu, produkcji nawozów i przetwarzania żywności. Dodatkowo ogniwa paliwowe zasilane atomami wodoru i tlenu są łączone w celu generowania elektryczności. Aktualnie działa także kilkaset pojazdów zasilanych wodorem używanych w USA – ich liczba może się zwiększyć, jeśli koszt produkcji ogniw zasilanych wodorem zmaleje, a liczba stacji zasilania wodorem się zwiększy. Inne zastosowania praktyczne tego typu odnawialnej energii obejmują duże ogniwa paliwowe zapewniające awaryjne zasilanie dla budynków, silniki elektryczne oraz statki zasilane z ogniwami wodorowymi.