Obnoviteľné a neobnoviteľné zdroje energie

Využívanie obnoviteľných zdrojov energie

Všetky obnoviteľné zdroje energie majú jedno spoločné – stále sa hľadajú efektívnejšie, jednoduchšie, ľahšie a lacnejšie spôsoby, ako ich využívať na získavanie tepelnej a elektrickej energie. Súčasné poznatky vedy kombinované s technickým pokrokom sú už relatívne efektívne.

Problémom ostáva nestabilita dostupnosti niektorých obnoviteľných zdrojov energie (najmä slnečného žiarenia a vetra, ale aj vodnej energie).

Výzvou je aj vyriešenie problému uskladnenia alebo iného využitia energie získanej z obnoviteľných zdrojov, v prípade, že sa v reálnom čase nespotrebuje nimi vyrobená kapacita.

Význam obnoviteľných zdrojov energie z pohľadu kvality života

Dnes si už nikto nedovolí spochybňovať reálnosť klimatickej krízy, ktorej čelí celá planéta. A málokto pochybuje o tom, že jednou z kľúčových ciest je čo najrýchlejšie nahradenie fosílnych, neobnoviteľných zdrojov energie obnoviteľnými.

Vieme, že tento proces nebude bezbolestný a bude si vyžadovať značné finančné prostriedky. No čím skôr sa s prechodom na obnoviteľné zdroje energie začne, tým to bude lacnejšie.

Skupina spoločností PPA CONTROL už dnes robí veľa aktivít smerujúcich k získavaniu energie cestou nulových emisií. „Riešenia na dosiahnutie uhlíkovej neutrality budú určite lacnejšie než odstraňovanie škôd, ktoré by vznikli, ak by sa teraz nerobili žiadne opatrenia,“ je presvedčený zástupca generálneho riaditeľa PPA CONTROLL, Ing. Erik Vicena.

Dôkazy o pravdivosti jeho slov sa dajú nájsť napríklad v štatistikách škôd spôsobených prírodnými katastrofami. Reálnym zrkadlom sú aj štatistiky o zhoršujúcom sa zdravom stave obyvateľov planéty, najmä nárast takzvaných civilizačných chorôb, s ktorými súvisia predčasné úmrtia.

Spoločným menovateľom tohto stavu sú enormne rastúce emisie škodlivých látok v ovzduší, ktoré spôsobujú aj zmeny klimatických podmienok.

Využitie obnoviteľných zdrojov energie na Slovensku

V roku 2020 sa podľa údajov Eurostatu Slovensku podarilo prelomiť rekord, keď dosiahlo 17,4-percentný podiel výroby elektrickej energie z obnoviteľných zdrojov. Splnili sme tak aj záväzok, ktorý sme dali voči EÚ.

Číslo je to pekné, ale viažu sa k nemu minimálne dve ALE.

Prvým „ale“ je, že Slovensko zásadne nezmenilo podiel výroby energie z obnoviteľných zdrojov. Zmenili sa len spôsoby zbierania a triedenia dát, takže zmena čísla je kozmetická.

Druhým „ale“ je fakt, že sme zďaleka nedosiahli kapacitu, ktorú Slovensko vďaka svojej polohe, rozlohe, klimatickým podmienkam a prístupe k technológiám, má. Obnoviteľné zdroje môžeme teoreticky na výrobu elektrickej energie a tepla využívať v oveľa väčšej miere.

Aké obnoviteľné zdroje energií máme k dispozícii na Slovensku? V prvom rade slnečnú energiu, v niektorých lokalitách je čiastočne využiteľná veterná energia. Slovensko má veľký potenciál využívať vodnú energiu a geotermálnu energiu.

Určite väčšiu podporu a edukáciu si vyžaduje využívanie biomasy ako zdroja energie dostupného napríklad pre domácnosti. A v oblasti priemyslu treba diskusiu, vedomosti aj finančné prostriedky sústrediť napríklad na zelený vodík.

Solárna energia, respektíve energia zo Slnka, je jednou z najdostupnejších a najčistejších foriem energie, ktoré môžeme využívať.

Množstvo slnečnej energie, ktorá dopadá na Zem, mnohonásobne prevyšuje súčasnú celosvetovú spotrebu energie. Kým Slnko nevyhasne, ide o nevyčerpateľný zdroj energie. Navyše využívanie slnečnej energie má nulový negatívny dopad na životné prostredie.

Existuje veľa spôsobov, ako solárnu energiu využiť na výrobu elektriny alebo ohrev vody. Jedným zo spôsobov využívania solárnej energie, populárny aj na Slovenku, je priama premena slnečnej energie na elektrickú vo fotovoltických článkoch.

Fotovoltické články pracujú na princípe fotoelektrického javu – fotóny (častice svetla) dopadajú na fotovoltické články, kde dajú do pohybu elektróny a vzniká jednosmerný elektrický prúd. Ten sa dá využívať na napájanie malých domácich spotrebičov (napríklad) lampy, ale aj elektrární s výkonom v megawattoch (MW).

Už sme spomínali, že energiu vody využívali na pohon už naši predkovia. Či už pomáhala roztočiť mechanizmus v obecnom mlyne, alebo premenená na paru poháňala lokomotívy, umožňovala ľudstvu napredovať.

Vedeli ste, že s výrobou elektrickej energie z vody sa začalo v septembri 1882 na rieke Fox v Appletone v americkom štáte Wisconsin?

Výstavbu vodnej elektrárne inicioval majiteľ miestnej papierne H.J. Rogers, ktorý sa inšpiroval plánmi Thomasa Edisona na výstavbu elektrárne v americkom New Yorku.

V čase otvorenia produkovala prvá hydroelektráreň 12,5 kW elektrickej energie, čo vystačilo na osvetlenie továrnikovho domu, samotnej elektrárne a priľahlých budov s papierenskými strojmi. Neskôr pridali ďalší generátor a svetlo aj za tmy si užívali aj obyvatelia ostatných domov.

Z toho sa tešili, naopak rozčuľovalo ich, že musia za elektrinu platiť (paušál, elektromery neexistovali) a tiež nutnosť stále vymieňať žiarovky, ktoré kvôli nestabilnej intenzite elektrického prúdu, ktorý sa menil v závislosti od mohutnosti vodného toku, praskali.

V priebehu prvého roka sa tieto problémy podarilo odstrániť a dnes považujeme vodné elektrárne za spoľahlivý obnoviteľný zdroj na výrobu elektrickej energie.

Výhody a nevýhody vodnej energie

Jednoznačnou výhodou využívania vodnej energie na výrobu elektriny je flexibilita vodných elektrární a taktiež skutočnosť, že pri výrobe elektriny neprodukujú škodlivé emisie.

Pri veľkých vodných elektrárňach a vodných dielach sa však preukázali aj ich negatívne dopady na životné prostredie a lokálne ekosystémy.

Z hľadiska klímy, ekológie a udržateľnosti sa preto za najvhodnejšie považujú elektrárne s menším inštalovaným výkonom (takzvané malé vodné elektrárne).

Európska únia stanovila ich výkon na 10 MW, niektoré jej členské štáty však stlačili hodnotu ešte nižšie. Napríklad Nemecko na 5 MW a Taliansko 3 MW.

Kým veterné mlyny sa v minulosti využívali na mletie obilia, či čerpanie vody, moderné veterné turbíny dokážu vyrábať elektrickú energiu.

Ide o pomerne mladý zdroj, prvá veterná turbína bola postavená v roku 1939 (v štáte Vermont, USA) s vtedy smiešnym výkonom 1,25 MW.

Pre porovnanie, najmodernejšie veterné turbíny, ktoré sa stavajú pri pobrežiach oceánov (Atlantik), majú výkon od 8 do 20 MW a sú schopné vyprodukovať elektrickú energiu pre tisícky domácností.

Veterné turbíny sú vysoké aj 60 metrov, čo je výška 20-poschodovej budovy a hoci na pohľad vyzerajú jednoducho, skladajú sa až z 8 000 rôznych komponentov. Mnohé z nich vedia meniť orientáciu „vrtule“ podľa smeru vetra.

Ako vlastne vyrábajú elektrickú energiu? Premenou kinetickej energie vetra na mechanickú. Tú potom generátory premieňajú na elektrickú.

Najviac inštalovaného výkonu veternej energie je v Nemecku a za ním nasleduje Španielsko. Doháňajú to aj USA a Čína. Ak sa táto dynamika rastu udrží, bude veterná energia schopná do roku 2050 splniť jednu tretinu globálnych energetických požiadaviek.

Samozrejme, pod podmienkou, že bude fúkať vietor, pretože napríklad v roku 2021 boli Nemecko aj Francúzsko nútené riešiť dodávky elektrickej energie kvôli bezvetriu využívaním takmer už odstavených uhoľných a jadrových elektrární a nákupom od zahraničných výrobcov.

Výhody a nevýhody veternej energie

Medzi výhody využívania veternej energie patrí minimálna záťaž pre životné prostredie a minimálne prevádzkové náklady po postavení turbín.

Okrem súše sa dajú stavať aj na mori a na plávajúcich plošinách. Ide síce o väčšiu investíciu, ktorá si okrem iného vyžaduje inštaláciu podmorských káblov, ale so zaručeným výkonom v podstate 24/7.

Zaujímavé pritom je, že vietor na mori je zvyčajne silnejší počas dňa, čo umožňuje stabilnejšiu a efektívnejšiu výrobu energie, keď je dopyt spotrebiteľov na vrchole. Naopak väčšina suchozemských veterných zdrojov je silnejších v noci, keď sú nižšie nároky na elektrinu.

Veterné turbíny majú aj svojich odporcov a kritikov, lebo spôsobujú hluk a rušia obyvateľov v okolí. Pomaly sa pohybujúce lopatky turbín sú tiež kritizované za škodenie vtákom a netopierom.

Podľa informácií Centra pre biologickú diverzitu sú každý rok zabité stovky dravcov (orlov, sokolov, jastrabov), ktorí sa dostanú do stretu s lopatkami turbín postavených pozdĺž ich každoročnej migračnej trasy.

Ďalšou nevýhodou vetra ako zdroja energie je nestálosť. Ak z nejakého dôvodu nefúka, výroba elektriny sa zastaví a dodávky energie do siete sa musia nahradiť inými zdrojmi.

Nielen gejzíry (teda prúdy horúcej vody uvoľňované z útrob zeme), ale aj sopky, horúce pramene a parné výrony sú označované ako zdroje geotermálnej energie.

Zem ju získala už pri svojom vzniku z materskej hmloviny a následnými zrážkami s kozmickými telesami. Čiastočne je táto energia generovaná aj rádioaktívnym rozpadom niektorých prvkov vnútri planéty.

Ľudstvo využíva geotermálnu energiu najmä v podobe termálnych vôd (niekde aj pár horúcich 150 °C). Využíva sa na vykurovanie aj výrobu elektrickej energie.

Výhody a nevýhody využívania geotermálnej energie
Výhody geotermálnej energie sú vysoký výkon a nulová produkcia škodlivín.

Nevýhodou je, že využívanie tejto energie zvyšuje množstvo zemetrasení, prepadávanie sa zemskej kôry, riziko úniku jedovatých zlúčenín z vrtu a finančná náročnosť procesu „skrotenia“ horúcej vody alebo pary.

Hoci slovo biomasa by mohlo evokovať, že ide o všetko živé, v kontexte energií, výroby tepla a elektrickej energie sa pojmom biomasa označuje biologicky rozložiteľná zložka výrobku alebo zvyšku rastlín a živočíšnych látok z poľnohospodárstva, lesníctva, priemyselného a komunálneho odpadu.

Povedané ľudskou rečou sú to biologicky rozložiteľné produkty prírody alebo ľudskej činnosti, v ktorých je naakumulovaná energia.

Nachádza sa napríklad v dreve, drevnej štiepke, briketách a peletách, v slame a ďalších poľnohospodárskych plodinách (kukurica, obilie, repka), ale aj v odpadoch.

Pevná biomasa sa u nás zatiaľ využíva najmä na vykurovanie. Čoraz viac domácností prechádza z tuhých fosílnych palív ako sú uhlie či ekohrášok, na drevné brikety a pelety, ktoré sa vyrábajú z pilín a hoblín, teda z čistého dreveného odpadu.

Ide o biopalivá s neutrálnym uhlíkovým cyklom, čo znamená, že pri ich spaľovaní sa síce uvoľňuje CO2, ale iba toľko, koľko ho stromy (prípadne iné rastliny), do seba počas života absorbovali, keď premieňali oxid uhličitý na kyslík (fotosyntéza).

Pri splyňovaní biomasy a spálení plynu v kogeneračných jednotkách sa dá energia z biomasy využiť aj na výrobu elektrickej energie.

Veľká pozornosť sa aktuálne venuje vodíku, ktorý má potenciál byť zeleným palivom budúcnosti.

Vodík je najľahší plynný, chemický, bezemisný a netoxický prvok, z ktorého sú zložené až dve tretiny všetkej vesmírnej hmoty.

Napriek tomu, že ide o jeden z najrozšírenejších prvkov aj na našej planéte (nachádza sa vo vode, vo vzduchu, v zemnom plyne, etanole), takmer nikdy sa nevyskytuje ako samostatná molekula – vždy tvorí zlúčeninu.

Kým v čase svojho objavu (1776, Henry Cavendish) nenašiel vodík využitie v priemysle, dnes sa kontúry využitia vodíka v priemysle aj doprave črtajú čoraz jasnejšie.

Skúsenosti sú bohaté, veď ako palivo pre rakety, ale aj zdroj energie na výrobu elektriny, tepla a vody sa využívali vodíkové palivové články už počas kozmických letov misií Apollo v 60. rokoch 20. storočia.

Vďaka tomu, že sa vodík veľmi ľahko viaže s inými látkami, dá sa využiť na skladovanie elektrickej energie. Ideálne vyrobenej zeleným spôsobom, ale v danom momente nespotrebovanej odberateľmi.

Slovensko sa na klimatickej konferencii v Glasgowe zaviazalo, že z uhlia už v roku 2023 elektrickú energiu vyrábať nebude.

Nielen prevádzkovatelia uhoľných elektrární, ale aj výkonná moc v štáte teraz musí vyriešiť problém, čím špinavé, ale energeticky výdatné uhlie nahradiť.

„Nahradiť uhlie ako lacný zdroj energie nebude jednoduché. Zelené zdroje nemajú také parametre, na aké sme boli pri uhlí zvyknutí,“ skonštatoval expert z PPA CONTROLL.

Ako reálna náhrada sa javí byť biomasa, konkrétne spaľovanie dendromasy, teda biopalív z dreveného dopadu a spaľovanie upraveného komunálneho odpadu.

„Naše skúsenosti nás utvrdzujú v presvedčení, že spaľovanie odpadu v moderných spaľovniach je efektívne a ekologické riešenie. Namiesto hromadenia na skládkach a nečisťovania ovzdušia a vody sa môže odpad využiť na výrobu tepla aj elektrickej energie,“ pokračuje V. Lásik.

Je to bezfarebná, vysokohorľavá látka v plynnom skupenstve. Pri kontrolovanom dokonalom spaľovaní sa mení na zmes oxidu uhličitého a vodnú paru, pričom vzniká teplo.

Zemný plyn sa využíva na vykurovanie, varenie aj ohrev vody, v elektrárňach, v teplárňach, v kongeneračných jednotkách aj v doprave.

Zemného plynu je podľa pôvodu, spôsobu ťažby, spôsobu spracovania a chemických vlastností viacero druhov. V súčasnosti sa najviac využíva tzv. naftový zemný plyn, ktorý vznikal spolu s ropou.

Na výrobu elektrickej energie, tepla alebo pohonných hmôt sa využívajú aj nekonvenčné zdroje energie. Ide o fosílne a vyčerpateľné zdroje, ktorých hlavným charakteristickým znakom je ich úzka previazanosť na lokalitu.

Medzi nekonvenčné zdroje energie patrí napríklad rašelina, bituminózne bridlice a piesky a hydráty zemného plynu.

Rašelina

Pozostáva zo zvyšku odumretých machov, tráv a stromov. Tvorí asi 2 % zemského povrchu a je v nej ukrytých asi 8 miliárd terajoulov energie.

Obsahuje však aj veľa minerálov, preto sa využíva najmä v poľnohospodárstve (hnojivo, kompost), ale aj v chemickom priemysle.

Rašelina zlisovaná do tvaru brikety sa využíva aj ako palivo. V neprospech širšieho využívania rašelinových brikiet na kúrenie však hovorí ich vysoký, až 50-percentný podiel nespáliteľných látok (popola), devastácia životného prostredia pri ťažbe rašeliny a tiež fakt, že Európska únia označila tento nekonvenčný zdroj energie za fosílne palivo (jeho zdroje sa neobnovujú).

Bituminózne bridlice a piesky

Obsahujú ropné látky nazývané bitúmeny. Hovorí sa im aj dechtové alebo živicové piesky.

Ich ložiská sa nachádzajú na celom svete, ale zatiaľ nie sú dostatočne preskúmané. Zmapovanie týchto nekonvenčných zdrojov energie komplikuje fakt, že pokiaľ sa nenachádzajú priamo pod povrchom zeme, ich ťažba je komplikovaná, neekonomická a neekologická.

Ide totiž o tuhú hmotu, ktorá sa dá z útrob zeme získať iba vtedy, keď sa zmieša s horúcou vodnou parou. To si vyžaduje masívnu injektáž horúcich vodných pár priamo do ložiska, čo nie je možné bez bezprostrednej blízkosti výdatného vodného zdroja.

Výsledkom je nielen vyťažená ropná látka, ale aj enormné množstvo znečistenej vody.

Dostatočné množstvo horúcej vody treba aj v prípade, že sa bituminózne piesky ťažia v povrchových baniach.

Vyťažený materiál sa následne premiešava s horúcou vodou, aby sa z neho uvoľnili ropné bitumény. Sú oveľa hustejšie ako ropa. Aby sa mohli ďalej transportovať ropovodom, musia sa zmiešať s ľahkou ropou alebo sa štiepia krakovaním.

Na výrobu jedného barelu bridlicovej ropy je potrebné vyťažiť až dve tony bridlicových pieskov.

Hydráty zemného plynu

Sú to štruktúry podobné ľadu, ktoré obsahujú plyn, najčastejšie metán. Okrem toho, že sú potenciálne zdrojom obrovskej energie, sú aj vysoko explozívne a málo preskúmané, pretože sa nachádzajú v zemskej kôre, ktorá je navyše zaliata masou vody oceánov.

Každý zdroj energie má svoje výhody a nevýhody. Týka sa to aj jadra.

Jadrové elektrárne produkujú 15 % celosvetovej spotreby elektrickej energie, pričom platí, že takto získaná energia je nízkouhlíková (v porovnaní napríklad s uhlím sa pri zohľadnení celého palivového cyklu dokonca považuje za bezuhlíkatú).

Výhodou je mimoriadne vysoká energetická účinnosť tohto zdroja. Z 500 g obohateného uránu sa získa rovnaké množstvo energie ako z 1 000 ton uhlia.

Medzi nevýhody patria vysoké náklady na výstavbu jadrových elektrární, vysoké náklady na ich likvidáciu po skončení životnosti, doteraz nevyriešené problémy s uskladnením (využitím) vyhoreného rádioaktívneho odpadu a nebezpečenstvo úniku rádioaktívnych látok.

Všetky tieto problémy ešte treba vyriešiť. To, že sa vedú dlhé diskusie o tom, či je jadro ekologické palivo, alebo nie, je dobré a užitočné, pokiaľ sú to debaty opreté o fakty.

Veľa odpovedí určite prinesie aj projekt ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor – Medzinárodný termonukleárny experimentálny reaktor), ktorého súčasťou je aj skupina spoločností PPA CONTROLL.

Ide o najambicióznejší energetický projekt vo svete. Jeho cieľom je dokázať možnosť jadrovej fúzie ako veľkého a bezuhlíkového zdroja energie.

Kým sa dozvieme ďalšie odpovede o jadre, ktoré odkryje ITER, presviedča o význame a bezpečnosti jadra záver Európskej komisie, podľa ktorej je jadro klasifikované ako udržateľný zdroj na výrobu energie.

Toto rozhodnutie prinieslo úľavu krajinám, ktoré sa vybrali cestou budovania nových a bezpečných jadrových elektrárni. Patrí medzi ne napríklad aj ekologicky vyspelé Fínsko a ďalšie škandinávske krajiny, ale aj Česká republika alebo Maďarsko.

Zelená energia sa často používa ako synonymum pre obnoviteľné energie, avšak v skutočnosti existuje rozdiel medzi týmito pojmami.

Zelená energia pochádza z obnoviteľných zdrojov, ktoré neprodukujú emisie CO2. Obnoviteľné energie sú také zdroje energie, ktoré pochádzajú z obnoviteľných zdrojov, pričom sa neberie ohľad na ich dopad na životné prostredie alebo produkciu CO2.

Nie všetky obnoviteľné zdroje energie sú aj zelenými energiami. Za zelené zdroje energie môžeme považovať solárnu energiu, pretože je obnoviteľná a jej proces vytvárania energie neprodukuje skleníkové plyny. To isté platí aj pre malé vodné elektrárne.

Veterné elektrárne taktiež zaraďujeme k zeleným energiám, aj keď majú negatívny vplyv na vtáctvo, oproti ostatným zdrojom energie je iba minimálny. Geotermálna energia síce uvoľňuje oxid uhličitý, ale jeho množstvo je zanedbateľné, takže ju považujeme za zelený zdroj energie.

Na druhú stranu obnoviteľné zdroje energie, ktoré majú negatívny dopad na prostredie, sú veľké vodné elektrárne, keďže ich výstavba produkuje skleníkové plyny a obmedzujú prúd vody, teploty a pohyb vodných živočíchov.

Medzi zelené zdroje energie sa nezaraďuje ani biomasa, ktorá využíva prevažne drevené palivo na spaľovanie. Stromy síce zachytávajú z ovzdušia CO2 a následne počas spaľovania ho vracajú naspäť, čo znamená, že biomasa je minimálne uhlíkovo neutrálna, ale niektorí vedci nepovažujú biomasu za zelenú, keďže sa obávajú zvýšenej intenzity odlesňovania bez vysádzania nových stromov, čo v konečnom dôsledku zníži kapacitu ukladania uhlíka a zvýši jeho množstvo v atmosfére.