Gymnázium Dr. J. Pekaře Mladá Boleslav Globální problémy světa IV. ročník PROBLEMATIKA NEOBNOVITELNÝCH ZDROJŮ seminární práce Jméno a příjmení: Adam SVOBODA Třída: 8.O Datum: 18.3.2015
Problematika neobnovitelných zdrojů 1. Úvod Problém závislosti lidské populace na fosilních zdrojích nespočívá pouze v omezené velikosti jejich zásob, ale i v tom, že těžba fosilních paliv ničí přírodní charakter krajiny a vážně ohrožuje životní prostředí některých živočišných druhů. Dále také poškozuje zdraví samotných těžařů, například horníci těžící uhlí jsou dennodenně ve styku s obrovským množstvím uhelného prachu. Lidstvo se v budoucnu musí připravit na nevyhnutelnou ztrátu energetického zdroje ve formě fosilních paliv, mělo by jí pokud možno co nejvíce oddálit a během získaného času přejít na používání obnovitelných zdrojů energie, které nás mohou v lidském měřítku energeticky zajistit na neomezenou dobu. 2. Charakteristika neobnovitelných zdrojů a) Obecné informace Za neobnovitelný zdroj se považuje jakýkoliv zdroj energie, který se získává těžbou v nalezišti, jeho vytěžitelné zásoby na Zemi se ve výhledu maximálně stovek let vyčerpají a jejich obnovení by trvalo mnohonásobně delší dobu. (1) b) Uhlí Uhlí je sedimentární hořlavá hornina černé barvy, vyskytuje se ve dvou formách. V podzemní černé formě a v povrchové hnědé. Jeho hlavními složkami jsou uhlík, kyslík a vodík. Největšími světovými producenty uhlí jsou Čína, USA a Indie. Podle informací ze serveru www.ecotricity.co.uk budou současné známé zásoby uhlí vyčerpány kolem roku 2088, avšak do té doby budou s největší pravděpodobností objevena další naleziště. Uhlí slouží hlavně jako palivo v tepelných elektrárnách, dále se také používá v domácnostech pro vytápění a v některých odvětvích průmyslu. V České republice je největším zdrojem uhlí lokalita Vršany, podle odhadů se zde nachází přibližně 295,5 milionů tun uhlí a jeho těžba by měla pokračovat až do roku 2052. (2) II
Pořadí na světě Země Produkce (mil. tun) Světový poddíl x Svět 6 395,6 100% 1 Čína 2 536,7 39,7% 2 USA 1 039,2 16,2% x Evropská Unie 590,5 9,2% 3 Indie 478,2 7,5% 4 Austrálie 393,9 6,2% 5 Rusko 314,2 4,9% c) Ropa Tabulka 1 Produkce uhlí v roce 2007 (2) Ropa je vysoce hořlavá kapalina s přirozeným výskytem. Vzniká rozkladem organického materiálu během několika tisíců let. Jejími hlavními složkami jsou uhlovodíky. Největšími těžaři ropy jsou Rusko, Saudská Arábie, USA a Mexiko. Ropa slouží nejen jako zdroj energie, ale také se z ní vyrábějí umělé materiály, paliva pro dopravní prostředky a hnojiva podporující zemědělskou produkci. V České republice se ropa těží na Jižní Moravě. (3) Mapa 1 - Státy těžící ropu Zdroj: http://cs.wikipedia.org/wiki/ropa#/media/file:oil_producing_countries_map.png d) Zemní plyn Zemní plyn je přirozená směs uhlovodíků vyskytujících se v plynném skupenství, jejichž hlavní část tvoří metan a ethan. V různých nalezištích se poddíly látek liší a tím je ovlivněna kvalita plynu. Nejvíce metanu obsahuje zemní plyn na Aljašce, je tedy nejkvalitnější. Používá se jako palivo v dopravních prostředcích, pro výrobu vodíku, při vytápění domácností a pro ohřev vody. (4) III
e) Rašelina Rašelina je směs částečně rozložených rostlin, největší podíl ve směsi tvoří rašeliník. Rašeliniště pokrývají přibližně 2% povrchu zemského. Používá se jako palivo, v zemědělství se přidává do půdy pro udržení vlhkosti a podestýlá se s ní dobytek. Využívá se i v lázeňství, zejména pro léčbu kloubů. (1) f) Jaderná paliva Hlavním palivem v jaderných elektrárnách je uran. Energie se zde tvoří štěpením atomových jader. V roce 2012 vyráběly jaderné elektrárny 13 % světové energie na Zemi. Jedná se o jeden ze současně nejvýhodnějších zdrojů elektrické energie získané z neobnovitelných zdrojů, avšak vyhořelé palivo stále vyzařuje radioaktivitu a tak je nutno ho uložit na nějaké bezpečné místo. (1) V současné době tvoří těžba uranu ve státech vyznačených na následující mapě přes 90% světové produkce. Mapa 2 - Státy těžící uran Zdroj: http://cs.wikipedia.org/wiki/uran_(prvek)#/media/file:karteurangewinnung.png 3. Technologie zpomalující vyčerpávání paliv S postupem technologií jsou stále objevovány nové způsoby využívání energetických zdrojů.především se zvyšuje efektivita produkce energie z fosilních paliv. Tento proces přináší větší výnosnost do oblasti energetiky, avšak rostoucí lidská populace spotřebovává s každým dnem více energie a tak se navzdory technickému pokroku zásoby neobnovitelných zdrojů stále rychleji tenčí. Dalším důvodem velké spotřeby energie je také nízká efektivita elektrických zařízení, příkladem může být obyčejná žárovka, která je asi nejrozšířenějším elektrickým spotřebičem, její efektivita dosahuje pouhých 5%, zbylých 95% je vyzářeno ve formě tepla. Jednou z novějších technologií, které markantně přispívají k lepšímu hospodaření s přírodním bohatstvím, je například fluidní spalování uhlí, což je způsob spalování směsi IV
jemně rozemletého uhlí a vzduchu ve speciálním kotli, palivo během tohoto procesu nabývá vlastností tekutin a díky tomu mnohem lépe hoří a produkuje méně zplodin. V dnešní době tento způsob výroby elektřiny tvoří velkou část z celkové světové energetické produkce. Dalšími novými technologiemi v oblasti uhlí jsou jeho destilace či přeměna na ušlechtilé (= plynné či kapalné) palivo, oba tyto způsoby zvyšují efektivitu při jeho dalším užití. (5) Řešení nabízejí také stále více se vyskytující elektromotory pro pohon automobilů, efektivnější zateplovaní obydlí a lepší hospodaření s energií z finančních důvodů. Podle předpokladů by měla těžba fosilních paliv rapidně klesnout během současného století z důvodů vyčerpání dostupných nalezišť a také díky jejich nahrazením alternativními zdroji energie. (6) Produkce fosilních paliv Gb/a Ropný ekvivalent Konec dekády oil = ropa, gas = zemní plyn, coal = uhlí, total = celkem Graf 1 - Předpokládaná produkce fosilních paliv během 21. Století Zdroj: http://www.sustainablescale.org/areasofconcern/energy/energyandscale/quickfacts.aspx V
4. Obnovitelné zdroje energie g) Větrná energie Větrné elektrárny v posledních letech značně přispěly k posílení podílu alternativních zdrojů na výrobě energie, lze je však budovat pouze na místech se stálým prouděním vzduchu, například v přímořských oblastech, na hřebenech hor či na pláních. Nadměrné výkyvy v rychlosti větru je poškozují, tudíž jsou speciálně projektované pro místní podmínky, realizace jejich stavby je velice nákladná. Existují zde ale i rizika spojená s využíváním větrných elektráren pro generování elektřiny. V současnosti probíhají výzkumy zabývající se zvýšeným úhynem ptáků v oblastech s hustou sítí větrných elektráren a také je zde problém infrazvuku, který mohou rotory generovat. (7) h) Solární energie Dalším typem obnovitelného zdroje energie je sluneční. Získává se pomocí fotovoltaických elektráren, které generují elektřinu ze slunečního záření. Slunce jako zdroj veškeré energie přinášející zemi schopnost udržet život slouží již 4,6 miliard let a ještě přibližně 5 až 7 miliard let bude. Jedná se tedy o lukrativní zdroj obnovitelné energie, avšak tuto skutečnost narušuje současná nízká efektivita fotovoltaických článků, nerovnoměrnost produkce elektřiny během ročních období, vysoké náklady na realizaci a potřeba rozlehlé plochy pro umístění solární elektrárny. (7) i) Geotermální energie V oblastech s aktivní vulkanickou činností je možné získávat energii z teploty zemské kůry, ta se následně využívá zejména pro vyhřívání domácností či skleníků a v mnohem menší míře pro tvorbu elektřiny Nevýhoda této alternativy pro fosilní paliva je evidentní lze jí využívat pouze v několika oblastech na světě (např. Island), navíc je její realizace velice nákladná a nepříliš efektivní. (7) Obrázek 1 - Geotermální elektrárna Nesjavellir na Islandu (13) VI
j) Termonukleární energie Zdroj termonukleární energie není obnovitelný v pravém slova smyslu, avšak jako palivo pro termonukleární reaktor by mohlo sloužit například deuterium, které je dostupné ve vodě, tudíž lze hovořit o energetickém zdroji, který by uživil zemi na dlouhou dobu. (7) Problém výroby energie pomocí termonukleární reakce spočívá v jejím stabilním udržení, které současná věda zatím není schopná zajistit. Dále je také nebezpečná velmi vysoká teplota během reakce, která se pohybuje v miliónech až desítkách milionů C. (7) Pro tuto alternativní cestu zdroje energie přispívá například v současnosti budovanýtokamak (= zařízení sloužící pro uchovávání plazmatu) ITER. Poprvé by měl být uveden do provozu v roce 2020, pokud budou všechny pokusy úspěšně, mohli bychom první termojaderné elektrárny očekávat kolem roku 2050. (8) Na termojaderném výzkumu se podílí i ČR, v jejímž vlastnictví jsou dva tokamaky, ten větší je na území Británie a slouží jako zdroj dat pro předpověď parametrů ITERu a druhý menší GOLEM, který se nachází na Fakultě jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT. (8) k) Přílivová energie Pokud to přírodní podmínky dovolují, lze využívat pro generaci elektřiny pohybovou energii přílivu a odlivu v přímořských oblastech. K tomu je zapotřebí velký rozdíl hladin vody přílivu a odlivu. Realizace probíhá přehrazením pobřežní oblasti, což má negativní dopad vodní režim v oblasti, dochází ke zhoršení podmínek pro migraci živočichů a ovlivnění místní salinity. Dalším problémem je přesun vyrobené elektřiny k mnohdy velmi vzdáleným spotřebitelům. (7) Obrázek 2 - Přílivová elektrárna Strangford Lough (14) l) Vodní energie Posledním alternativním zdrojem je energie získávaná z vodních toků, její výroba jde snadno regulovat a lze praktikovat ve více oblastech na světě, tudíž lze elektrárny rozptýlit a je snadnější vyrobenou elektřinu dopravit do hustě osídlených oblastí. Stavba vodních elektráren ale také částečně ovlivňuje životní prostředí dochází ke změně územních podmínek v přilehlé oblasti, tudíž může být narušeno mikroklima, dále se může změnit výška podzemní vody, nebo je možné, že dojde k nárůstu seizmické aktivity. (7) VII
5. Řešení V současnosti je lidstvo rozhodně závislé na elektrické energii, proto by mělo směřovat svojí pozornost k vývoji nových, šetrnějších a efektivnějších technologií pro její výrobu. Stále rychlejší technologický pokrok, by měl podle všeho zajistit, abychom se nedostali do energetické krize, která by měla za následek kolaps mnoha zásadních částí infrastruktury lidské civilizace. Bohužel honba ropných a uhelných baronů za penězi stále hýbe obří masou obyvatel Země, která nevědomky podporuje toto jednání kupováním produktů z ropy, topením pomocí uhlí a podobnými skutky. Nicméně podle mého názoru, je přechod lidstva na obnovitelné zdroje energie naprosto nevyhnutelný. V této věci by měli národy pracovat společně a zasadit se o čistší a efektivnější živobytí na této planetě, aby zde mohli alespoň stejně spokojeně jako my teď žít i stovky dalších následujících lidských pokolení. 6. Použité zdroje 1. Neobnovitelný zdroj energie. Wikipedia. [Online] [Citace: 18. 1 2015.] http://cs.wikipedia.org/wiki/neobnoviteln%c3%bd_zdroj_energie. 2. Coal by country. Wikipedia. [Online] [Citace: 18. 1 2015.] http://en.wikipedia.org/wiki/coal_by_country. 3. Ropa. Wikipedia. [Online] [Citace: 18. 1 2015.] http://cs.wikipedia.org/wiki/ropa. 4. Zemní plyn. Wikipedia. [Online] [Citace: 16. Únor 2015.] http://cs.wikipedia.org/wiki/zemn%c3%ad_plyn. 5. Fluidní kotel. Wikipedia. [Online] [Citace: 18. Únor 2015.] http://cs.wikipedia.org/wiki/fluidn%c3%ad_kotel. 6. Quick Facts: Energy. Stustainable scale. [Online] [Citace: 16. Březen 2015.] http://www.sustainablescale.org/areasofconcern/energy/energyandscale/quickfacts.aspx. 7. Univerzita Hradec Králové. Neobnovitelné a obnovitelné zdroje energie. [Dokument PDF] Hradec Králové : autor neznámý, 2015. 8. Tokamak. Wikipedia. [Online] [Citace: 15. Březen 2015.] http://cs.wikipedia.org/wiki/tokamak. 9. Ecotricity. The end of Fossil Fuels. [Online] [Citace: 18. 1 2015.] https://www.ecotricity.co.uk/our-greenenergy/energy-independence/the-end-of-fossil-fuels. 10. Státy produkující ropu. Wikipedia. [Online] [Citace: 26. Únor 2015.] http://cs.wikipedia.org/wiki/ropa#/media/file:oil_producing_countries_map.png. 11. Uran. Wikipedia. [Online] [Citace: 18. 1 2015.] http://cs.wikipedia.org/wiki/uran_(prvek). 12. Obnovitelné zdroje energie. Wikipedia. [Online] [Citace: 18. 1 2015.] http://cs.wikipedia.org/wiki/obnoviteln%c3%bd_zdroj_energie. 13. Nesjavellir power plant. Wikipedia. [Online] [Citace: 2015. Březen 16.] http://en.wikipedia.org/wiki/file:nesjavellirpowerplant_edit2.jpg. 14. Strangford Lough. Wikipedia. [Online] [Citace: Březen. 14 2015.] http://en.wikipedia.org/wiki/tidal_power#/media/file:seagen_installed.jpg. Seznam tabulek: Tabulka 1 Produkce uhlí v roce 2007 (2)... III VIII
Seznam map: Mapa 1 - Státy těžící ropu... III Mapa 2 - Státy těžící uran... IV Seznam obrázků: Obrázek 4 - Geotermální elektrárna Nesjavellir na Islandu (13)... VI Obrázek 5 - Přílivová elektrárna Strangford Lough (14)... VII Seznam grafů: Graf 1 - Předpokládaná produkce fosilních paliv během 21. Století... V IX