Energia jest podstawową cechą materii, wyrażającą jej zdolność do wykonywania pracy. Wyróżniamy różne rodzaje energii, w zależności od własności ciał które są jej źródłem. Dla człowieka najważniejsza jest energia cieplna, elektryczna, mechaniczna, jądrowa i chemiczna, gdyż znaleźliśmy dla nich różnorodne zastosowania, które wpłynęły na ogromny postęp techniczny, a także społeczny. Można powiedzieć, że uzależniliśmy się od energii i bez efektów jej przetwarzania chyba już nie potrafilibyśmy żyć. Można to odczuć np. w momencie, gdy elektrownie na kilka godzin wstrzymają dostawę prądu do mieszkań - 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. A co dopiero gdyby z powodu braku energii przestały pracować wszystkie fabryki, huty oraz inne zakłady pracy, nawet biura, w których przecież podstawowym narzędziem jest zasilany energią elektryczną komputer. Nieodzowna jest dla nas również energia cieplna, czy chemiczna. Wszystko to sprawia, ze zapotrzebowanie na energię w dzisiejszym świecie jest po prostu ogromne. I aż trudno sobie wyobrazić jak wyglądałoby nasze życie bez możliwości dalszego jej wykorzystywania. Musimy jednak pamiętać, że energia ma swoje źródła i większość tych, które do tej pory były najbardziej eksploatowane pomału zaczną się wyczerpywać. Problem ten staje się powoli realny i zagraża dalszemu rozwojowi cywilizacji. Ale istotne jest również inne zagrożenie, nad którym, nie zastanawialiśmy się na początku eksploatacji źródeł energii. Mianowicie nad skażeniem i zanieczyszczeniem środowiska naturalnego, których przyczyną są skutki uboczne wykorzystywania źródeł energii w procesach spalania, a także postępująca degradacja terenów ich wydobywania i zbyt mała troska o bezpieczeństwo transportu wielu paliw.

Zanim omówimy dokładnie wpływ eksploatacji źródeł energii na środowisko naturalne naszej planety, przyjrzyjmy się jeszcze ogólnemu ich podziałowi.

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.

Energia pozyskiwana z wyżej wymienionych źródeł jest odpowiednio do swojej postaci, zamieniana w elektrowniach, ciepłowniach lub elektrociepłowniach na:

  • energię elektryczną,
  • energię cieplną.

Charakterystyka energii pod względem jej źródła i szkodliwości dla środowiska:

  1. Węgiel - Do tej pory najbardziej eksploatowane źródło energii, niestety również najbardziej wyczerpane i szkodliwe dla środowiska naturalnego, a głównie atmosfery. Eksploatacja węgla powoduje skażenia wód gruntowych i ekosystemu oraz zmiany w użytkowaniu ziem. Natomiast wydzielający się w czasie jego spalania dwutlenek węgla CO2, przedostając się w ogromnych ilościach do atmosfery powoduje tzw. efekt cieplarniany czyli zmiany klimatu, a także w wyniku tzw. kwaśnych deszczy zakwaszanie jezior i degradację lasów. Proces wydobywania węgla na powierzchnię ziemi odbywa się w kopalniach, w których pomimo znacznego unowocześnienia technologii i sprzętu, praca jest bardzo niebezpieczna. Górnicy pracują w szkodliwych dla zdrowia warunkach, są narażeni na niebezpieczeństwo wybuchów pokładów metanu, a na dodatek znaczną część pracy nadal wykonują ręcznie.

2. Biomasa 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, rośliny oleiste, odpady z produkcji spożywczej 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.

  1. Ropa naftowa jest obecnie najważniejszym surowcem energetycznym, nazywanym surowcem strategicznym, o stosunkowo dużej kaloryczności. Odgrywa zasadniczą rolę jako źródło energii dla transportu. Wydobywa się ją dopiero od 100 lat, ale przy jej ogromnym i w ciągle rosnącym eksploatowaniu, przewiduje się, że może jej zabraknąć już za kilkadziesiąt lat. Wydobywanie ropy naftowej ze złóż na lądzie lub też spod dna oceanów, wymaga transportu na duże odległości. Wykorzystuje się w tym celu rurociągi, lub transport tankowcami, cysternami, itp. Obecnie jej wydobycie nie jest już tak kosztowne jak na początku jej eksploatacji, co wpływa również na popyt. Głównym problemem pojawiającym się przy wydobyciu i transporcie ropy jest jej szkodliwość dla środowiska naturalnego. Wycieki ropy prowadzą do rozległych skażeń środowiska, wód oraz fauny i flory, określanych często mianem katastrof ekologicznych. Największe złoża ropy naftowej występują na Bliskim Wschodzie - Zatoka Perska, Arabia Saudyjska, Irak, Kuwejt; a także w Rosji, Zatoce Meksykańskiej, Północnej Afryce, Alasce, Morzu Północnym i na Borneo, Sumatrze i Jawie.
  2. Gaz ziemny jest z kolei najmniej szkodliwy spośród paliw kopalnych. W wyniku jego spalania powstaje dużo mniej substancji szkodliwych niż w procesie spalania ropy, emituje też dwukrotnie mniej CO2 niż węgiel, przy sprawności większej o 20%.

Wykorzystywanie paliw kopalnianych na szeroką skalę, prowadzi niestety do wielu szkodliwych dla człowieka i całego środowiska naturalnego zjawisk. Głównym powodem zanieczyszczeń, są produkty uboczne spalania paliw kopalnych. W procesach tych ulatniają się ogromne ilości szkodliwych dymów, gazów i pyłów. Ze względu na skład np. węgla, w czasie jego spalania ulatnia się nie tylko dwutlenek węgla, ale również dwutlenek siarki. Niestety reaguje on z wodą w atmosferze, tworząc tzw. kwaśne deszcze. Spływając na powierzchnie ziemi powodują one niszczenie wielu roślin, upraw, lasów, a także korozję metali, itp. Nadmiar dwutlenku węgla w atmosferze powoduje z kolei tzw. efekt cieplarniany, w wyniku którego następuje ocieplenie klimatu Ziemi, topnienie lodowców, a także szereg innych zmian biologiczno - geograficznych, jak również zagrożenie coraz większą przenikalnością szkodliwego promieniowani nadfioletowego ze Słońca.

Dopiero w dobie XX w. tak naprawdę my ludzie, zaczęliśmy dostrzegać, że skażenie środowiska ma ogromny wpływ na istnienie całej planety, jak również na nasze zdrowie i życie. Zapoczątkowało to intensywne poszukiwania bezpiecznych dla środowiska źródeł energii, a także ograniczenia jego degradacji przez dotychczas stosowane paliwa. Powstało wiele urządzeń katalizujących - oczyszczających spaliny, a także szczegółowe programy dotyczące wymogów ochrony środowiska, nakładane na głównych "trucicieli" w przemyśle, jak również zwykłych obywateli.

Ważnym krokiem do zmian w eksploatacji energii było odkrycie tzw. energii jądrowej, która pochodzi z rozszczepienia 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 z 2,5 tony tradycyjnego paliwa. 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 "ciemne" 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. 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.

Dane statystyczne wskazują, że aż około 90% produkowanej na świecie energii elektrycznej wytwarza się przy użyciu paliw kopalnianych i przemian jądrowych. Stosunkowo, więc bardzo rzadko korzystamy z innych dostępnych źródeł energii, które równie obficie występują na Ziemi i są zupełnie nieszkodliwe dla środowiska naturalnego. Są to m.in. słońce, woda, wiatr i niektóre rośliny.

  1. Woda ma stanowi olbrzymi magazyn energii, która uwalnia w czasie swego ruchu. Jej charakterystyczną cechą jest to, że zawsze płynie z miejsca położonego wyżej do leżącego niżej, stąd zawsze niesie w sobie energię potencjalną i kinetyczną. Fakt ten wykorzystywano już bardzo dawno temu, budowano np. młyny, których koła napędzane były siłą przepływającej wody. Do wytwarzania energii wykorzystuje się zarówno spokojny bieg rzeki, jak również gwałtowne spadki wody z dużych wysokości - wodospady, zapory, tamy, itp. Budowy dużych elektrowni wodnych często wymaga zalania niżej położonych terenów, a tym samym ingerencję w równowagę przyrodniczą. Jednak duże nadzieje wiąże się z planami budowania małych wodnych elektrowni, które lokalnie zasilałyby w energię elektryczną. A miejsc do ich utworzenia jest bardzo dużo. Takie małe elektrownie wodne mają szanse powodzenia zwłaszcza w krajach rozwijających się, ale nie tylko. Pozyskiwanie energii z wody ma wiele zalet: z jej użytkowaniem nie wiążą się problemy magazynowania energii, wręcz przeciwnie - budowa zapór jako magazynów energii może być najskuteczniejszym sposobem wypełnienia przerw w dostarczaniu energii przez inne źródła. Ponadto hydroelektrownie mają wielką wydajność wynoszącą 85% lub więcej.
  1. Fale i pływy morskie - są również wykorzystywane do wytwarzania energii. Pływy morskie i oceaniczne są skutkiem przyciągania, a może nawet bardziej obrazowo "przeciągania na swoja stronę" wód oceanicznych i morskich przez Księżyc i Słońce. To oddziaływanie tworzy dwa wały pływowe, z których jeden jest zwrócony w kierunku do Księżyca, a drugi równoważący (przeciwny) powstaje po przeciwnej stronie Ziemi. W skrócie można powiedzieć, że ruch wirowy Ziemi powoduje, że te spiętrzenia wody przemieszczają się, powodując przy wybrzeżu dwa przypływy i dwa odpływy w ciągu każdej doby. Jednak wysokość podnoszenia się lub opadania wody nie jest wszędzie jednakowa. Waha się od ok. 1m na otwartym oceanie do 20m w szelfie. Z ruchem tak olbrzymiej masy wody jest oczywiście związana energia, która w sumie wynosi około 2,4 . 104 TWh. Na świecie powstaje coraz więcej elektrowni czerpiących energię z pływów i fal wielkich zbiorników wodnych. Posiadamy coraz większe doświadczenie w ich właściwej budowie i lokalizacji. Stwierdzono np., że taka inwestycja jest opłacalna jedynie tam, gdzie poziom wody waha się nie mniej niż o 5m, a teren pozwala na budowę tamy. Idealnych pod względem tych wymogów miejsc na Ziemi jest niestety tylko 30. Pracujące już elektrownie pływowe wybudowano między innymi we Francji (największa taka elektrownia znajduje się przy ujściu rzeki La Rance do Kanału La Manche ), Kanadzie, Chinach, Rosji, Norwegii i Szwecji. W planie budowy jest coraz więcej obiektów. Przewiduje się również wykorzystanie energii prądów morskich.
  1. Różnica temperatury wody oceanicznej na powierzchni i w głębi oceanu, może być również źródłem energii. Idealną lokalizacją dla takich nowatorskich elektrowni - nazywanych matermicznymi są oceaniczne obszary równikowe. Na pływającej platformie instalowany jest specjalny generator, w którym znajduje się np. amoniak, freon lub propan. Substancje te parują pod wpływem ogrzania w temperaturze wody powierzchniowej, a następnie są skraplane za pomocą wody wydobytej z głębokości 300 - 500 m. Wytworzona w ten sposób energia elektryczna jest przesyłana na ląd kablem podmorskim.
  1. Energia wiatru - jest również przykładem energii od wieków wykorzystywanej przez człowieka. Budowano wiatraki, które napędzały młyny zbożowe i tartaki. Wiatraki w szczególny sposób wpisały się w krajobraz Holandii, gdzie zasilano nimi pompy odwadniające podmokłe tereny wzdłuż wybrzeża. Z kolei na innych terenach energia wiatru wykorzystywana była w odwrotnym celu - do napełniania kanałów nawadniających pola. Obecnie buduje się coraz więcej elektrowni wiatrowych, ale gównie z przeznaczeniem na energię elektryczną, a nie mechaniczną. Elektrownie te wymagają oczywiście w miarę stałej obecności wiatru oraz znacznych przestrzeni. SA widoczne z dużych odległości jako pola z "rozczapierzonymi" wiatrakami. Napędzane siła wiatru generatory prądu przesyłają go bezpośrednio do sieci lub do akumulatorów, umożliwiających późniejsze jego wykorzystanie. Szczególnie w sytuacji znacznego spadku siły wiatru.
  2. Energia słoneczna, tzw. solarna, to najbezpieczniejsze źródło energii. Jej ilość dostarczana na Ziemię przez Słońce jest ogromna, problemem jest tylko jej znaczne rozproszenie. Do jej "zbierania" wykorzystuje się specjalne ogniwa solarne - ich budowa opiera się na konstrukcji płaskiej płytki, zbudowanej z dwóch warstw. Promienie słoneczne padając na płytkę wywołują powstanie prądu elektrycznego, który dalej trafia bezpośrednio do obwodów lub akumulatorów. Niestety duże elektrownie słoneczne są bardzo drogie w eksploatacji. Dlatego też inwestuje się raczej w małe instalacje, przeznaczone dla indywidualnych odbiorców. Kolektory słoneczne umieszcza się na dachach domów, zgromadzona w nich energia słoneczna swobodnie wystarcza do ogrzania wody do temperatury 400C. Wodę tę można spożytkować do mycia lub też ogrzewania. Przy ogrzewaniu podłogowym zgromadzona energia wystarcza do ogrzania całego domu
  3. powierzchniowa warstwa Ziemi - coraz częściej jest wymieniana jako źródło tzw. energii geotermicznej. Ziemia jako planeta o gorącym wnętrzu, posiada ogromne ilości energii cieplnej. Pewna część tej energii wydostaje się na powierzchnię poprzez gorące źródła oraz cieplne przewodnictwo skał. Z powierzchni energia cieplna rozprasza się w atmosferze. Szacuje się, że w powietrzu rozmywa się aż ok. 32,3 TW. Jest to niewątpliwie spory zasób energii, której "pochwycenie" znacznie zaspokajałoby potrzeby na Ziemi. Dodatkowym plusem jest to, że energia ta jest cały czas odnawiana we wnętrzu Ziemi. W całej jej objętości zachodzą reakcje rozpadu pierwiastków promieniotwórczych, którym towarzyszy emisja ogromnej ilości energii. Energia geotermiczna jest wykorzystywana m. in. w rejonach wulkanicznych, gdzie występują bardzo gorące skały i to blisko samej powierzchni. Umożliwia to łatwe przygotowanie terenu do stworzenia sztucznego obiegu wody przekazującej energię cieplną do odpowiednich turbin. W przypadku wykrycia innego rodzaju gorących skał - tzw. skał porowatych, wykonuje się wywierty na głębokość nawet do 3km. Skały te są twarde, ale przepuszczają wodę przez pory jak gąbka. Dzięki temu można używać je jako zbiorniki wody, którą po nagrzaniu odprowadza się przez specjalne otwory w celu przetworzenia jej energii cieplnej na elektryczną.
  1. Bioenergia - jest to korzystna dal środowiska energia wytwarzana z odnawialnych surowców pochodzących z roślin i zwierząt. W wyniku fermentacji beztlenowej (kontrolowane kopostowanie) odpadów biologicznych roślinnych lub zwierzęcych, a osuszonych osadów kanalizacyjnych, itp., uzyskuje się tzw. biogaz, który po odpowiedniej obróbce może być używany do:
  • produkcji energii elektrycznej w silnikach iskrowych lub turbinach,
  • produkcji energii cieplnej w specjalnych kotłach gazowych,

lub jako paliwo do:

  • silników gazowych w układach wytwarzania energii elektrycznej,
  • silników trakcyjnych/pojazdów.

Poprzez spalanie odpadów z produkcji rolnej i spożywczej, odchodów zwierząt, osadów ściekowych, wodorostów (specjalnie w tym celu hodowanych) i słomy otrzymuje się znaczne ilości energii cieplnej, która może być wykorzystana bezpośrednio lub też zamieniona na energię elektryczną. Z odpadów można również wytwarzać paliwa stałe, ciekłe i gazowe, a nawet materiały termoizolacyjne.

Również 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 wyczerpywalność 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.