Mali obrazovni priručnik
Riječ energija nastala je od grčke riječi energos što znači aktivnost. Energija je uzrok svemu što se događa oko nas. Sve što nas okružuje zasnovano je na korištenju energije. Energija je potrebna svim živim bićima. Nama je potrebna da bi smo se mogli kretati. Energiju dobijamo od hrane koju uzimamo. Biljke dobijaju energiju od Sunčeve svjetlosti, životinje jedu biljke ili druge životinje. Strojevi dobijaju energiju sagorjevanjem goriva (nafte, uglja, plina i dr.). Energija se ne može poništiti ni stvoriti, već samo može promijeniti svoj oblik. 2
3
Obnovljiva energija je dobivena iz prirodnih procesa koji se konstantno obnavljaju. U svojim različitim oblicima, dobiva se direktno iz sunca ili iz topline stvarane duboko u Zemlji. To još uključuje električnu struju i toplinu dobivenu iz izvora poput sunčeve svjetlosti, vjetra, oceana, hidroenergije, biomase i geotermalne energije te biogoriva i hidrogena dobivenog iz obnovljivih izvora. Obnovljivi izvori energije uključuju prirodne fenomene kao što su: sunčeva svjetlost, vjetar, valovi, geotermalna toplina.
Energiju vjetra pretvaramo u korisni oblik energije, električnu energiju, pomoću vjetroelektrana. Iskorištavanje vjetra putem vjetrenjača je jedan od popularnijih načina iskorištavanja zemljine energije, koja se putem vjetra i njegove kinetičke energije, uz pomoć turbine, pretvara u električnu energiju i na taj način predstavlja još jedan alternativni i obnovljivi izvor energije. Kako se koristi energija vjetra? Vjetar okreće jedrilice ili vjetrenjače. Ako se vjetrenjače koriste za proizvodnju električne energije, nazivamo ih vjetroelektranama. Kako rade vjetroelektrane? Vjetar okreće lopatice vjetroturbine pričvršćene na osovinu povezanu s mjenjačkom kutijom. U mjenjačkoj kutiji se pomoću mehanizma s zupčanicima povećava brzina vrtnje osovine. Mjenjačka je kutija s jedne strane spojena na osovinu turbine, a s druge na osovinu velike brzine vrtnje. Ta osovina okreće rotor generatora te se tako proizvodi električna energija. Prednosti: vjetroelektrane ne ispuštaju onečišćujuće plinove u okoliš. Vjetar je obnovljiv izvor energije-neće nikad nestati.
Sunce je nama najbliža zvijezda te, neposredno ili posredno, izvor gotovo sve raspoložive energije na Zemlji. Ono ima oblik velike užarene kugle koje se sastoji od smjese plinova te u svom kemijskom sastavu sadrži pretežno vodik i helij, a od ostalih elemenata u njemu se nalaze kisik, ugljik, željezo, neon, dušik, silicij, magnezij i sumpor. Osnovni principi direktnog iskorištavanja energije Sunca su: solarni kolektori - pripremanje vruče vode i zagrijavanje prostorija fotonaponske ćelije - direktna pretvorba sunčeve energije u električnu energiju fokusiranje sunčeve energije - upotreba u velikim energetskim postrojenjima 6
Hidroelektrane su postrojenja u kojima se potencijalna energija vode pretvara u mehaničku energiju vrtnje rotora, a zatim u električnu energiju u generatoru. Snaga koju hidroelektrana razvija ovisi o neto padu vode, odnosno razlici razine gornje vode (zahvat) i donje vode (turbina), umanjenom za hidrauličke gubitke prilikom protoka vode. 7 Korištenje vode kao izvora energije seže u daleku povijest, u otprilike 100. godinu prije Krista, kada su Grci i Rimljani počeli koristiti vodene kotače koji su se postavljali vertikalno i uzduž rijeke ili potoka, a koristili su se za mljevenje kukuruza između njegovih zupčanika. Prema načinu korištenja vode hidroelektrane se dijele na: akumulacijske - voda se akumulira kako bi se mogla koristiti kada je potrebnija protočne - voda se iskorištava kako dotječe, nema akumulacije reverzibilne ili crpnoakumulacijske
Energija valova je obnovljivi izvor energije. To je energija uzrokovana najvećim dijelom djelovanjem vjetra o površinu oceana. Snaga valova se razlikuje od dnevnih mijena plime/oseke i stalnih cirkularnih oceanskih struja. Za korištenje energije valova moramo odabrati lokaciju na kojoj su valovi dovoljno česti i dovoljne snage. Elektrane na valove su elektrane koje koriste energiju valova za proizvodnju električne energije. 8
Biomasa je obnovljiv izvor energije, a čine ju brojni proizvodi biljnog i životinjskog svijeta. Može se izravno pretvarati u energiju izgaranjem te tako proizvesti vodena para za grijanje u industriji i kućanstvima te dobivati električna energija u malim termoelektranama. Dodatne su prednosti zbrinjavanje i iskorištavanje otpada i ostataka iz poljoprivrede, šumarstva i drvne industrije, smanjenje uvoza energenta, ulaganje u poljoprivredu i nerazvijena područja i povećanje sigurnosti opskrbe energijom. Biogoriva su goriva koja se dobivaju preradom biomase. Za razliku od ugljika koji oslobađaju fosilna goriva mijenjajući klimatske uvjete na Zemlji, ugljik u biogorivima dolazi iz atmosfere, odakle ga biljke uzimaju tijekom rasta. Biogoriva postaju popularna zbog rasta cijena nafte, potrebe za sigurnijom dobavom energije, zabrinutosti zbog štetnih emisija stakleničkih plinova... 9
Ispod Zemljine površine nalaze se ogromne zalihe toplinske energije - geotermalna energija. Naziv geotermalno dolazi od grčkih riječi geo, što znači zemlja i therme, što znači toplina. Geotermalna energija je toplinska energija koja se stvara u Zemljinoj kori polaganim raspadanjem radioaktivnih elemenata, kemijskim reakcijama ili trenjem pri kretanju tektonskih masa. Količina takve energije je tako velika da se može smatrati skoro neiscrpnom, pa je prema tome geotermalna energija obnovljivi izvor energije. 10
Neobnovljivi izvori energije su izvori energije koji se ne mogu regenerirati ni ponovno proizvesti. To su: ugljen, nafta, prirodni plin i nuklearna energija.
Nafta je nastala iz ostataka biljaka i životinja koje su živjele prije mnogo milijuna godina u vodi. Nafta, kao vrsta fosilnog goriva, je tamna i viskozna tekućina koja se obično pronalazi ispod površine Zemlje ili morskog dna. Nagla potrošnja naftnih derivata je ubrzala razvoj metoda prerade nafte (frakciona destilacija, kreking, itd.). Nafta se najviše koristi za pokretanje vozila (obično u obliku benzina i drugih derivata) te za dobivanje električne energije u termoelektranama. Također je značajna sirovina za mnoge proizvode (plastika, umjetno gorivo, razni razrjeđivači i ostale kemikalije). Industrija koja se bavi preradom nafte se naziva petrokemijska industrija.
Ugljen je nastao od davnih biljaka. Prije 300 milijuna godina, znači prije dinosaura, ogromne biljke taložile su se u močvarama. Milijunima godina preko tih ostataka taložilo se blato koje je stvaralo veliku toplinu u pritisak, a to su idealni uvjeti za nastanak ugljena. Od svih fosilnih goriva ugljena ima najviše, a ima i najdužu povijest upotrebe. Danas se ugljen većinom nalazi ispod sloja stijena i blata, a da bi se došlo do njega probijaju se rudnici. Dvije najvažnije upotrebe ugljena su proizvodnja čelika i električne energije. Ugljen daje oko 23% ukupne primarne energije u svijetu. 38% generirane električne energije u svijetu dobiveno je od ugljena. Za oko 70% proizvodnje čelika u svijetu potreban je ugljen kao ključni sastojak. 13
Zemni ili prirodni plin je fosilno gorivo koje se najvećim dijelom (85% do 95%) sastoji od metana (CH 4 ), koji je najjednostavniji ugljikovodik bez mirisa i okusa. Smjesa metana i zraka je eksplozivna. Preostali udio (5% do 15%) su složeniji ugljikovodici, etan, dušik, ugljični dioksid itd. Prirodni plin nema boje, okusa, mirisa ni oblika u svojoj prirodnoj formi, pa je prema tome ljudima neprimjetan. Zbog toga im kompanije dodaju kemikaliju koja ima miris pokvarenog jaja. Taj miris omogućava ljudima laku detekciju puštanja plina u kući. Kao fosilno gorivo, prirodni plin ima ograničene zalihe. 14
Nuklearna energija je energija čestica pohranjena u jezgri atoma. Nuklearne elektrane su objekti u kojima je čovjek prvi put u povijesti neposredno iskoristio energiju atomskih jezgara za proizvodnju toplinske i električne energije. Posredno korištenje nuklearne energije, odnosno energije fuzije atoma vodika na suncu, osnov je gotovo cjelokupne energije koja je kroz povijest bila dostupna čovječanstvu (mala iznimka je geotermalna energije iz Zemljine kore). 15 Utjecaj nuklearne energije na okoliš se zasniva na radu nuklearnih elektrana, ciklusu nuklearnog goriva i mogućim posljedicama nuklearnih katastrofa. Radioaktivni otpad iz postrojenja nuklearne energetike sačinjavaju sve radioaktivne otpadne tvari koji nastaju u procesima nuklearnog gorivnog ciklusa i tijekom pogona nuklearnih elektrana.
16