Energia wody

Ważnym źródłem energii jest możliwość korzystania z potencjału wodnego. Ten rodzaj energii znany jest od wielu wieków. Do I wieku wykorzystywano wodę jako siłę napędową w młynach (żarna), a w XI wielu jej zastosowanie znacznie się poszerzyło: np. do napędzania młotów, miechów czy pił.

Obecnie buduje się elektrownie wodne, posiadające turbiny napędzające agregaty prądotwórcze. Przemysł zajmujący się przekształcania energii wodnej na elektryczną to hydroenergetyka. Aby potencjał wody był lepiej wykorzystywany tworzy się ogromne zbiorniki z wielkimi zaporami o dużych różnicach poziomów (czym większy spadek tym większa moc).

Przyszłościowym rozwiązaniem wydaje się wybudowanie elektrowni wodnych obok morza. Fale morskie posiadają ogromną energię. W chwili obecnej podjęto próby uzyskania energii dzięki ruchom wody morskiej, ale rezultaty nie są jeszcze zadowalające (elektrownia wodna wytwarza małą moc, bo ok. 180 kW).

Energia wodna (pochodzenia morskiego)

Zalety:

  • Długa eksploatacja elektrowni (100 lat)
  • Jest odnawialnym źródłem energii
  • Fala posiada duży potencjał

Wady:

  • Dostarcza niezbyt dużo energii
  • Powoduje zasalanie ujść rzek
  • Jest przyczyną erozji
  • Hamuje swobodę poruszania organizmów rzecznych

Energia wodna (pochodzenia rzecznego)

Zalety:

  • Ekologiczna
  • Ekonomiczna
  • Polepsza retencje wód powierzchniowych
  • Dostarcza dużo energii (większa elektrownia wystarczy dla potrzeb kilkutysięcznego miasta)
Energia Słońca

Również inny rodzaj energii, ta czerpana ze słońca była znana od bardzo dawna. Już 400 lat p.n.e. starożytni Grecy potrafili przy jej pomocy rozniecić ogień (szklana kula z wodą).

Do Ziemi dociera ok. 27*109 MW energii. Należy przy tym zaznaczyć, ż jest to 50% energii świetlnej docierającej do naszej planety. Pozostała część jest pochłaniana (20%) lub odbijana (30%) przez atmosferę. Część potencjał słonecznego jest niezbędna dla organizmów żywych, ok. 1*107 MW.

Uważa się ten rodzaj energii za niewyczerpywalny i ekologiczny. Niestety skupianie promieni świetlnych wymaga rozstawienia bardzo dużej ilości paneli fotowoltaicznych (wtedy jej wykorzystanie będzie najbardziej efektywne). Cześć domów jest budowanych w ten sposób, że na dachu zamontowany jest taki panel, a zbierana w ten sposób energia jest wykorzystywana w całym budynku. Oprócz energii elektrycznej, potencjał świetlny wykorzystuje się do ogrzewania specjalnie skonstruowanego domu.

Energia wietrzna

Stosowana jest od VI wieku przez Persów w młynach (do mielenia ziaren zbóż). Państwem słynącym

z dużej liczby wiatraków stała się Holandia. Na masową skalę urządzenia te stosowano w VIII i XVII oraz

u schyłku XX wieku.

Oprócz Holandii (mającej ok. 4000 wiatraków), powszechnie używane również w Danii. Jednak uzyskanie mocy 1 MW wymaga zastosowania turbiny o przekroju 50 metrów. Tak wiec chcąc uzyskać energię, która pozwoli zastąpić konwencjonalne elektrownie wietrznymi należy ustawić wiele wiatraków. Taki krajobraz

nie komponuje się dobrze z architekturą, dlatego ich zastosowanie jest ograniczone.

Energia uzyskana z wiatru zyskała sobie dużą popularność na terenach nie zurbanizowanych, np. w USA.

Zalety elektrowni wietrznych:

  • małe koszty eksploatacji
  • proekologiczna technologia
  • mały nakład środków własnych
Biomasa

Kolejnym, obecnie nagłośnionym w mediach, źródłem energii jest uzyskanie jej z biomasy. Stanowi ona mieszaninę suchych roślin takich jak słoma czy drewno. Ponadto przy spalaniu ilość wydzielonego dwutlenku węgla jest dość niska i równa ilości CO2 pochłoniętego przez roślinę w czasie wzrostu.

Jej niewątpliwą zaleta jest odnawialność.

Nawet popiół, jako pozostałość po spaleniu, można użyć jako nawóz.

Z około 2 ton biomasy uzyskuje się tyle energii ile z 1 tony węgla. Tak więc jest ona wydajna i, jak się okazuje, niedroga, bo 200% - 300% mniej trzeba zapłacić, aby wytworzyć ciepło. Dlatego obecnie stosuje się coraz częściej specjalne piece do spalania biomasy, których koszt zwraca się po 2 - 4 latach.

Niestety wykorzystanie tego surowca jest niewielkie bo z 25 mln ton słomy aż 12 gnije lub jest spalanych

na polach uprawnych.

Zatem jest to ekologiczne źródło energii zarówno cieplnej, jak i elektrycznej.

Energia geotermalna

Ten rodzaj energii jest wykorzystywany od stosunkowo niedawna, bo od 1904 r. przez Larderello'a.

W 1958 r. w Nowej Zelandii uruchomiono pierwszą studnię geotermalną, która produkowała energię o mocy

50 MW.

Jest to energia uzyskiwana dzięki ciepłu wnętrz skał i wód podziemnych.

Obecnie znaczna część studni geotermalnych została zbudowana w latach 70 i 80 XX wielu. Najpowszechniejsza jest studia, znajdująca się w USA w Los Alamos, głęboka na 2000 m i temperaturze 200°C.

W dzisiejszych czasach coraz częściej używa się energii ze źródeł niskotemperaturowych, występujących

na głębokości ponad 1,5 m, uzyskując ciepło 45°C - 80°C poprzez konwersję z temperatury 10°C - 30°C.

Energie geotermalną wykorzystuje się do ogrzewania budynków, zwłaszcza takich, które nie mogą być podłączone do sieci ciepłowniczej dużych miast. System ten jest powszechni wykorzystywany w USA, Szwajcarii, Szwecji, natomiast w Polsce jedynie w Bańskiej Niżnej niedaleko Zakopanego oraz w Pyrzycach obok Szczecina.

Wody geotermalne występują dość powszechnie, dlatego wydawać, by się mogło, że stanowią idealne źródło ciepła, niestety tak nie jest. Przy wydobyciu gorącej cieczy wydostaje się również m. in. siarkowodór, szkodliwy gaz, który jest neutralizowany, a przez to koszty eksploatacji rosną. Ponadto wydziela się także radon, substancja radioaktywna.

Tak więc pozostaje otwarta droga dla naukowców, którzy wyeliminują szkodliwe czynniki.

Energia jądrowa

Pochodzi ona z rozczepienia ciężkich jąder takich jak: uran, pluton czy tor albo z syntezy pierwiastków o małej masie, np. lit, hel. Energia ta związana jest z pękaniem wiązań jądrowych.

Jedynie w węglowych reaktorach udało się kontrolować proces, natomiast w pozostałych przypadkach reakcja jądrowa jest niekontrolowana.

W 1938r. odkryto, że niektóre izotopy ulegają rozczepieniu. Bazując na tym zjawisku prowadzono badawcze projekty militarne, np. Manhattan Project, podczas II Wojny Światowej prowadzące do powstania bomby atomowej.

Po wojnie, w latach 50 i 60 podejmowano próby, w ramach inżynierii jądrowej, tworzenia żelowych kanałów na terenie Ameryki Środkowej czy odwrócenia biegu syberyjskich rzek czy powstawania sztucznych jezior.

Wady:

  • Zakłócenie równowagi w przyrodzie

Badania nuklearne prowadzą do zaburzenia ekosystemu zmieniając warunki klimatyczne i rozwój organizmów.

  • Toksyczny wpływ na żywe organizmy

Wszystkie istoty ziemskie narażone są na promieniowanie jonizujące. Zmiany, jakie powoduje takie promieniowanie zależą od: rodzaju i natężenia promieniowania, jego energii, lokalizacji źródła promieniowania, czasu ekspozycji czy rodzaju tkanki. Za dawkę wywołującą śmierć w 50% uważa się 4 silwerty. Skutkami są zaburzenia przemian zachodzących w organizmie. Bywa, że ujawniają się one w jakiś czas po napromieniowaniu dotyczy to zwłaszcza struktury DNA oraz zmian w chromosomach. Skutkiem ekspozycji na promieniowanie są: białaczka (następuje uszkodzenie szpiku kostnego), złośliwe nowotwory skóry oraz kości, zaburzenia układu pokarmowego, a także zaćma. Radiacja wywołuje liczne zaburzenia genetyczne. Te zaś objawiają się w następnych pokoleniach wrodzonymi wadami genetycznymi, często uniemożliwiającymi prawidłowe funkcjonowanie.

Promieniowanie może mieć swoje źródło na zewnątrz (wtedy jest mniej niebezpieczne, ze względu na możliwość usunięcia podczas mycia) lub wewnątrz organizmu, przedostając się przez skórę, układy oddechowy czy pokarmowy. Jest to dużo niebezpieczniejsze od radiacji zewnętrznej ponieważ nawet niezbyt przenikliwe promieniowanie powoduje silną jonizację.

Człowiek rocznie jest poddawany promieniowaniu 2,4 milisiwertów, co jest związane z naturalnymi procesami, a za dawkę maksymalną uważa się 3 milisiwerty. Od 1945 do 1980r. promieniowanie znacznie zwiększyło się, zwłaszcza w latach sześćdziesiątych, gdy przeprowadzano liczne próby nuklearne. Spowodowało to wzrost stężenia skażenia do 40 kilobekereli w metrze kwadratowym, natomiast w powietrzu 110 milibekereli jednostce przestrzeni. Jednak katastrofalne dla środowiska okazały się wybuchy elektrowni atomowych.

W 1986r. nastąpiła pamiętna, szczególnie dla Polski i jej sąsiadów, awaria elektrowni atomowej na Ukrainie w Czarnobylu. Od końca kwietnia do początków maja do atmosfery przedostały się 131I, 137Cs oraz 90Sr (w małych stężeniach). Szczególnie dla Ukraińców i państw ościennych katastrofa ta miała zasięg największy i duża liczba ludzi straciła życie. Stężenie radioizotopów wzrosło w Polsce 1 000 000 razy w atmosferze, a w wodach 10 000 razy. Oszacowano, iż ok. 25% terenu Rzeczypospolitej Polskiej dotknięte zostało skażeniem o dużej mocy, szczególnie dotyczyło to północno-wschodniej oraz południowej części kraju. Radioaktywność jodu była dość krótkotrwała, natomiast skażenie strontem oraz cerem zastało dezaktywowane w wyniku przekształcenia w bardziej trwałe izotopy dopiero po 30 latach. Przyczyną tej katastrofy był ludzki błąd, źle przeprowadzone doświadczenie, była władza ZSRR nie dała o należyte wyposażenie i ochronę tego typu obiektów tak, więc można obwinić częściowo również tą organizację.

Tragiczne doświadczenia Ukrainy przycinały się do nie uruchomienia planowanych wcześniej elektrowni o napędzie atomowym w Żarnowcu oraz w Klempiczu.

Mieszkańcy terenów przyległych do Czrnobyla są, do dzisiejszego dnia, pod opieka medyczną. Jak już było wspomniane, różne zaburzenia mogą pojawić się po wielu latach od napromieniowania. Na postawie danych lekarskich będzie można przewidzieć skutki izotopów radioaktywnych na poszczególne tkanki, narządy. Promieniowanie przenika przez cytoplazmę oraz znajdujące się w niej organelle. Krótkotrwała jonizacja wywołuje bardzo poważne zaburzenia. Komórka może różnie reagować na radiację: stracić zdolność namnażania się, pełnienia określonych funkcji czy ulec mutacji na, wskutek czego, np. będzie atakować "normalne komórki". Jeśli zbyt duża liczba komórek okaże się niezdolnych do pełnienia swojej dotychczasowej funkcji, wówczas dojdzie do zachwiania równowagi całego organizmu. Napromieniowanie o dużej mocy prowadzi do śmierci, a mniejsze do poważnych uszkodzeń, które objawiają się choroba nowotworową albo, co gorsza, zastają przekazane następnym pokoleniom w materiale genetycznym, jako wady wrodzone.

Radioizotopy działając, w małych dawkach, na określone rodzaje komórek mogą wesprzeć układ odpornościowy czy uregulować poziom hormonalny.

Bardzo wrażliwe na promieniowanie są narządy rozrodcze oraz oczy. U mężczyzn natężenie O, l Sv jest przyczyną okresowej, zaś 2 Sv - stałej bezpłodności. Kobiety są mniej wrażliwe na radioaktywne substancje: narażenie na 3 Sv prowadzi do czasowej niepłodności. Ludzkie oko zapada w stan chorobowy (zaćma) przy 5 Sv, natomiast dawka 2 Sv wywołuje zmętnienie. Najbardziej czułe na promieniowanie są małe dzieci. Prowadzi to do: nieprawidłowego wzrostu (liczne deformacje) albo jego zaniku, zmiany charakteru, zanik pamięci, demencję. Uszkodzenie kory mózgowej następuje

u płodów od 2 do 4 miesiąca ciąży.

Ale nie należy wpadać w panikę, bo dawka ok. l Sv może się okazać odczuwalna w skutkach.

Skutki nadmiernej radiacji w postaci nowotworów oraz chorób genetycznych wiążą się z uszkodzeniem DNA (kwasu deoksyrybonukleinowego). Stanowi on materiał genetyczny, a więc odpowiedzialny jest za dziedziczenie różnych cech. Takie defekty mogą spowodować rozmnożenie się komórek różnych od macierzystej. Wiele takich uszkodzeń naprawiana jest przy pomocy procesów immunologicznych organizmu. Jeżeli komórka niesprawna nie ulegnie samo strawieniu a naprawa okaże się nie skuteczna może ona wymknąć się spod kontroli oraz namnożyć się, wtedy mamy do czynienia z nowotworem, a gdy mutacji ulegnie komórka rozrodcza, wówczas przekazane zostają wody genetyczne przyszłym pokoleniom. Jednak jak się okazało zarówno nowotwory złośliwe jak i dziedziczne nie zależą od ilości dawki promieniowania, wywołanie ich może nastąpić nawet przy bardzo małej radiacji. Symptomy chorobowe występują dopiero po kilku latach, np. białaczka ujawnia się po 5 latach, przy innych rodzajach nowotworów okres rozwoju jest jeszcze dłuższy. Tak, więc nie można jednoznacznie określić przyczyn nowotworów, bo być może wywołał to bardzo słaby czynnik. Badania jakie prowadzono przewidywały moc promieniowania o mocy l greja albo większej, a znaczna liczba ludzi była wystawiona na działanie radiacyjne mniejszych od tej wartości.

Zastosowanie ekologicznych źródeł energii było dawniej jedynie ciekawostką. Obecnie, przy ciągłym dużym eksploatowaniu paliw nieodnawialnych i ich powolnym wyczerpywaniu się, powoli staje się koniecznością.

Większość energii pochodzenia niekonwencjonalnego używa się jedynie lokalnie. Elektrownie przekształcające energię tego typu są nadal zbyt drogie, co związane jest z ciągłą zmianą warunków atmosferycznych. Dopiero rozwój nowych technologii umożliwi stosowanie tych źródeł energii na szeroka skalę.

Ważnym aspektem jest upowszechnianie racjonalizacji energii. Kraje wysoko rozwinięte zużywają jej dużo więcej (nawet 4 razy) od państw rozwijających się.

Stosowanie źródeł energii alternatywnej pozwala uniknąć emisji następujących zanieczyszczeń (rocznie):

  • tlenku siarki (IV) 2 000 kg
  • tlenku azotu (IV) l 500 kg
  • tlenku węgla (IV) 250 000 kg
  • pyłów i żużli 17 500 kg

Źródła te stanowią ekologiczny sposób otrzymywania energii. Jest to bardzo ważny aspekt w obliczu tylu problemów związanych z zanieczyszczeniem środowiska. Szybki rozwój technologiczny pozwala przypuszczać, że korzystanie z tych źródeł będzie łatwe i bardziej opłacalne.