Człowiek w skali geologicznej jest żyje na ziemi bardzo krótko. Jednak podczas tego okresu czasu stał się dominującym gatunkiem. W ciągu ostatnich 100 lat nastąpił gwałtowny wzrost rozwoju. A co za tym idzie poziomu życia. Aby stworzony przez nas świat poprawnie funkcjonował potrzebne są ogromne ilości energii. Energie tą czerpiemy wykorzystując w tym celu dostępne nam paliwa kopalne takie jak węgiel kamienny, ropa naftowa czy gaz ziemny. Jednak źródła te wiążą się z ogromnym skażeniem środowiska naturalnego. Człowiek nie przejmował się tym problemem do czasu aż sytuacja stała się naprawdę niebezpieczna i zagrażająca jemu samemu. Zaczęto poszukiwać innych, tzw. ekologicznych źródeł energii takich jak energia słoneczna, wiatrowa, wodna.

Woda

Olbrzymie niewyczerpalne zasoby energii jakie posiada woda na Ziemi, można ujarzmić i wykorzystać. Nie jest to nowy pomysł, bo już od zarania dziejów człowiek wykorzystywał energie płynącej wody np. do napędzania młynów. Budowano koryto doprowadzające część wody bezpośrednio na łopatki młyńskiego koła, które napędzało młyńskie żarna.. Woda wykonywała pracę pod wpływem grawitacji i swojej energii potencjalnej. Wodę wykorzystywano nie tylko do napędzania młynów. Stanowiła ona napęd różnych maszyn przemysłowych. Największą wadą tego rodzaju energii w tamtych czasach był brak możliwości jej przesyłu. Mogła ona być wykorzystana tylko na miejscu. Rozwój technologiczny wyeliminował ten problem. Dziś prąd produkowany w wielkich elektrowniach wodnych przesyłany jest za pomocą sieci elektrycznej, m.in. do gospodarstw domowych.

Najlepszym sposobem wykorzystania energii rzeki jest wybudowanie tzw. elektrowni szczytowo-pompowej. Składa się ona z 2 sztucznych zbiorników. Musi istnieć spora różnica poziomów tafli wody między nimi. W okresie zapotrzebowania na prąd woda z górnego zbiornika spuszczana jest do dolnego, po drodze napędzając turbinę prądotwórczą z generatorem. W nocy gdy zapotrzebowanie na prąd jest stosunkowo niewielkie, turbina zamienia się w pompę która tłoczy wodę ze zbiornika dolnego do górnego. Energię pobiera wtedy z sieci energetycznej, zużywając nadmiar mocy jaki w tym czasie powstaje. Po ponownym napełnieniu górnego zbiornika, gdy zapotrzebowanie wzrośnie.

ponownie przystępuje się do produkcji energii. W ten sposób produkuje się ok. 6% całej energii na świecie. Jest to sposób całkowicie nieszkodliwy dla środowiska naturalnego. Jest on tez odnawialny. Człowiek powinien w pełni wykorzystać to źródło energii budując coraz więcej hydroelektrowni.

Nie tylko woda rzeczna może być nam przydatna produkcji prądu. Na oceanach 2 razy na dobę dochodzi do znacznych zmian poziomów wody. Zjawisko to wywołane grawitacyjnym oddziaływaniem Księżyca i Słońca nazwano pływami morskimi. Wielkość wahań jest zróżnicowana, i zależy od wielu czynników. Może wynosić od kilku centymetrów do kilkunastu metrów. Pierwszą elektrownię wykorzystującą pływy morskie wybudowano w 1966 roku we Francji u ujścia rzeki rance. Wytwarza ona 544 mln kW energii. Na świecie istnieje mało elektrowni tego typu. Problem polega na trudności lokalizacji. Musi ona znajdować się na wybrzeżu gdzie pływy są odpowiednio wysokie, aby inwestycja była opłacalna.

Wiatr

Energia wiatru podobnie jak wody , wykorzystywana była od tysięcy lat. Wiatraki napędzały pompy oraz młyny. Wiatr stanowił napęd dla statków. Pierwsze tego typu łodzie z pojedynczymi żaglami budowali Egipcjanie. Swój złoty wiek żaglowce przeżywały w XIX wieku. Ogromnie wielożaglowe statki towarowe i pasażerskie przemierzały oceany. Posiadały one dużą powierzchnie żagli co umożliwiało im osiąganie prędkości dochodzących nawet do 40 km/h. Ostatnimi czasy człowiek stara się wykorzystać wiatr do produkcji energii elektrycznej. Do tego celu używane są często gigantycznych rozmiarów wiatraki. Napędzają one generatory prądu. Energia jest wysyłana bezpośrednio do sieci lub może być magazynowana w akumulatorach na czas zwiększonego zapotrzebowania. Elektrownie wiatrowe aby spełniały swoje zadanie muszą być lokalizowane w miejscach ze stałymi i stosunkowo silnymi wiatrami.

Wiatraki nieodzownie kojarzą nam się z Holandią. Tam właśnie budowano ich najwięcej. Służyły do odwadniania terenów rolniczych, oraz do napędzania niewielkich maszyn. Okres ich świetności to XVI i XVII wiek. Podczas rewolucji przemysłowej, głównie w wyniku wynalezienia maszyny parowej, skończyła się era wiatraków. Przypomniano sobie o nich dopiero pod koniec XX wieku, kiedy to środowisko naturalne było w tragicznym stanie i coraz częściej mówiło się o wyczerpywaniu się paliw kopalnych.

W dziedzinie produkcji i wykorzystania wiatraków króluje Dania. Ponad 10% produkowanej energii w tym kraju pochodzi z elektrowni wiatrowych. Znajduje się tak 4000 wiatraków. Wiatraki stały się trzecim produktem eksportowym Danii. Z kolei w U.S.A znajduje się ok. 2000 elektrowni wiatrowych. Produkują one ok. 1700 MW prądu co stanowi 1% całej energii produkowanej w kraju. Istnieją plany mówiące że do roku 2050, ok. 10% energii w stanach zjednoczonych pochodzić będzie z elektrowni wiatrowych.

Na ziemi zasoby energii wiatrowej są ogromne, ok. 1700 razy większe od energii wytwarzanej w sposób konwencjonalny. Oczywiste jest że nie ma możliwości abyśmy wykorzystali cała tą energie. Możemy się jedynie starać wykorzystać jej jak największa część.

Najlepsze warunki do lokalizacji elektrowni wiatrowych znajdują się często nad morskimi wybrzeżami. W Polsce takie warunki istnieją na Bałtyckim wybrzeżu, oraz w górach .

Wiatr był i jest wykorzystywany nie tylko do produkcji energii elektrycznej. Wiatraków używa się często do napędzania urządzeń mechanicznych takich jak pompy wodne. Od dana używano pomp w rolnictwie, w Ameryce Płn. czy Australii. Za ich pomocą nawadniano lub osuszano pola uprawne. W Holandii, której większa część terenów uprawnych leży pod poziomem morza, osuszono za pomocą wiatraków ogromne tereny , wcześniej odgrodzone wałem od morza.

Główną zaletą pompy wodnej napędzanej wiatrakiem, jest niski koszt eksploatacji. Praktycznie darmowa energia, stosunkowo niskie koszty budowy, brak ujemnego wpływu na środowisko naturalne. Dlatego po tego typu rozwiązania sięga się coraz częściej i to też w krajach wysoko rozwiniętych. Pompy wiatrowe stosowane są również w oczyszczalniach ścieków. Eliminują one problem drogiej dostawy energii do lokalizowanych przeważnie na uboczu obiektów oczyszczalni. Za energia wiatrowa przemawia nie tylko aspekt ochrony przyrody ale również ekonomiczny, co jest niewątpliwym atutem wszystkich ekologicznych

źródeł energii.

Słońce

Głównym dostarczycielem energii dla naszej planety jest Słońce. Jest to niewyczerpalne źródło czystej energii. Musimy się tylko nauczyć je w pełni wykorzystywać. W celu zamiany energii promieniowania słonecznego na energie użyteczna dla człowieka, stosuje się tak zwane ogniwa słoneczne. Dzięki swojej budowie padające na nie promienia słoneczne powodują powstanie prądu elektrycznego, który może być magazynowany w akumulatorach bądź wysyłany bezpośrednio do sieci. Trwają prace nad ciągłym udoskonalaniem ogniw słonecznych. W przyszłości elektrownie słoneczne można będzie lokalizować w pustynnych bezludnych obszarach Ziemi. Gdzie przez większość część roku słońce silnie operuje. Stamtąd energia będzie wysyłana w inne miejsca. Energia słoneczna może być wykorzystana do produkcji energii cieplnej za pomocą specjalnych instalacji kolektorów słonecznych. Zbudowane są one z absorberów. Są to płaskie powierzchnie wykonane ze specjalnego czarnego i chropowatego materiału. Pochłaniają one promieniowanie słoneczne zamieniając je na ciepło. Z absorberów za pomocą miedzianej wężownicy przez którą przepływa woda, ciepło jest odbierane i magazynowane w zbiornikach podgrzaną już wodą. Woda ta może być wykorzystywana w gospodarstwach domowych.

Nasz kraj leży w strefie średnich szerokości geograficznych. Roczne średnie nasłonecznienie wynosi dla Polski od 1300-2000 godzin. Na 1m2 pada 1100 kW rocznie. Przy instalacji o powierzchni 6 m2 można uzyskać nawet do 3200 kWh energii, po odliczeniu strat wynikających ze sprawności urządzenia ). Opłacalność budowy kolektora słonecznego jest wysoka jeśli połączymy go z konwencjonalnym systemem ogrzewania. Należy zakładać ze instalacja kolektorów o powierzchni 50m2 pokryje ok. 30% energii potrzebnej do ogrzania budynku i ok. 85% energii służącej do podgrzania wody. Jeżeli zainstalujemy w domu rodzinnym ogrzewanym olejem opałowym, instalacje solarną o powierzchni min. 6m2, możemy się spodziewać oszczędności rzędu 300-400 litrów oleju rocznie. Ceny kolektorów słonecznych w Polsce wahają się w granicach 500-1100zl/m2. Doliczając koszty montażu i innych potrzebnych urządzeń całkowity kosz połączenia konwencjonalnej instalacji z instalacją słoneczną powinien wynieść ok. 8000-12000 zł. Szacowany czas zwrotu inwestycji to od 8 do 10 lat.

W wielu krajach europejskich stwarzane są dogodne warunki (różnego rodzaju ulgi) dla chętnych do inwestowania w budowę instalacji słonecznych. W Niemczech np. realizowany jest program "milion słonecznych dachów". W kraju tym działa ponad 300.000 instalacji słonecznych, zaoszczędzono dzięki temu ok. 100 mln litrów oleju opałowego. Ograniczyło tym samym emisje szkodliwych gazów w tym dwutlenku węgla (100 tyś ton) do atmosfery. Dane te pochodzą sprzed 2 lat, liczba instalacji szybko rośnie, więc oszczędności będą coraz większe. Miejmy nadzieje ze w Polsce powstaną ustawy sprzyjające inwestowaniu w tego typu przedsięwzięcia.

Energia geotermalna

Jest to energia wnętrza Ziemi. Na skutek kontaktu wód głębinowych z rozgrzanymi do wysokiej temperatury skałami lub wręcz z magmą, woda ta osiąga temperatury często ponad 100ºC . Może ona samoistnie wydostawać się na powierzchnie ziemi, tworząc gejzery i źródła termalne. Gejzery to miejsca gwałtownego wypływu podgrzanych we wnętrzu ziemi wód. Są to głębokie kominy, na ich dnie woda w kontakcie z magmą podgrzewa się i zamienia w parę. Gwałtowny wzrost ciśnienia powoduje wybuch i wyrzucenie słupa wody często na znaczne wysokości. Najbardziej znanymi obszarami słynącymi z widowiskowych gejzerów są Park Narodowy Yellowstone w Stanach Zjednoczonych oraz obszary Islandii i Nowej zelandii. Szybkość z jaką rośnie temperatura skał wraz ze wzrostem głębokości określa tzw. stopień geotermalny. Jest to głębokość na której temperatura rośnie o 1ºC. Średnio dla Polski wynosi on 33 metry. Energie geotermalna człowiek nauczył się wykorzystywać. Zasada działanie elektrowni geotermalnej jest bardzo prosta. Wykonuje się 2 głębokie odwierty (nawet na kilka kilometrów), w jeden z nich wpompowywana jest pod ciśnieniem woda, która docierając w głów ziemi ogrzewa się lub nawet zamienia w parę i następnie wydostaje się przez 2 otwór. Na powierzchni specjalna instalacja odbiera ciepło od wody krążącej w systemie zamkniętym. W Polsce tego typu elektrownie znajdują się np. na podhalu. Woda ta może być wykorzystywana do ogrzewania budynków. W elektrowniach które osiągają bardzo duże temperatury, zamieniające wodę w parę, wykorzystuje się ja do napędzania turbin prądotwórczych. Krajem wykorzystujący energie Ziemi na dużą skale jest Islandia. Jest to teren sejsmicznie i wulkanicznie bardzo aktywny. Wiele gospodarstw domowych w tym kraju ogrzewana jest dzięki elektrowniom wykorzystującym naturalne ciepło naszej planety. Podobnie lecz w mniejszym stopniu jest na Nowej zelandii, U.S.A, Japonii i Włoszech.

Biogaz

Bardzo korzystnym dla środowiska odnawialnym źródłem energii jest tzw. bioenergia.

Uzyskuje się ją ze spalania gazów zwanych biogazami. Jest to głównie metan. Powstaje on podczas beztlenowego rozkładu materii organicznej ( substancji roślinnych i zwierzęcych). Buduje się specjalne urządzenia gdzie składane są kompost czy słoma, powstający metan jest zbierany i przechowywany w zbiornikach. energię otrzymuje się p procesie jego spalania. Można ja wykorzystywać do ogrzewania budynków gospodarczych lub do napędu maszyn, przystosowanych odpowiednio do tego celu. Za korzystaniem z bioenergii przemawiają aspekty ekonomiczne jak i ekologiczne. Metan powstający naturalnie podczas procesów gnilnych jest obok dwutlenku węgla najniebezpieczniejszym gazem szklarniowym, przyczyniającym się do przyspieszania efektu cieplarnianego. Spalając go w elektrowniach, możemy w co prawda w niewielkim stopniu, ograniczyć jego emisję.

Człowiek od dawna wykorzystuje naturalne źródła energii. W Indiach jako opał stosuje się zwierzęce odchody. Spalając je w odpowiednich warunkach uzyskuje się biogaz, który służy np. do ogrzewania budynków. Bardzo cenne pod względem wykorzystania do produkcji energii, są niektóre gatunki roślin. Pewien gatunek morszczynu jest hodowany w specjalnych morskich farmach. Osiąga on bardzo duże przyrosty (ok. 50 cm na dobę). Rośliny te poddaje się suszeniu a następnie fermentacji, powstały w tym czasie biogaz wykorzystuję się do produkcji energii elektrycznej.

Naturalne źródła energii, są niewątpliwie szansą dla ludzkości na ocalenie naszej planety, w obecnej chwili posiadają one zbyt mały udział w produkcji energii na świecie.