Енергийните източници, базирани на слънчева радиация (биомаса, вода, вятър и слънчева енергия), са в състояние да покрият изцяло потреблението на всички видове енергия в почти всяка страна по света. Те са екологични и не замърсяват околната среда.
Намаляващите доставки на изкопаеми горива, увреждането на околната среда и човешкото здраве, както и етичното измерение на проблема дали имаме морално право да извличаме и изгаряме всички запаси от нефт и да насочваме бъдещите поколения към спомени, призовават за промяна в сегашната ситуация. Стремежът към промяна обаче изисква нови технологии, а те изискват нов начин на мислене. В момента автомобилният транспорт се основава на технология с двигатели с вътрешно горене - технология, която се е появила в своята същност преди сто години и продължава и до днес. „Начинът, по който консумираме енергия, трябва да се промени“.
Топлината и електричеството не са трудни за производство. Настоящият метод на производство от въглища, нефт, природен газ или уран обаче не е нито чист, нито устойчив, тъй като се използват само източници на изкопаеми горива. Обаче осигуряването на устойчиво развитие и надеждно снабдяване с гориво изисква производството на енергия с използване на възобновяеми (алтернативни) енергийни източници. Днес е ясно, че възобновяемите енергийни източници биха могли напълно да заместят изкопаемите горива.
Биомаса
Органичните вещества, независимо дали са под формата на дърво, растения или остатъци, могат да ни осигурят всички полезни форми на енергия - електричество, топлина и течни горива за моторни превозни средства. Биомасата е основно запазена слънчева енергия, която растенията превръщат в органична материя благодарение на фотосинтезата. Потенциалът, скрит в него, е наистина голям, средното енергийно съдържание в един килограм сухо дърво или слама е около 4,5 кВтч, което означава, че за замяна на 1 литър масло са необходими около 2 кг биомаса (като същевременно се гарантира същата ефективност на използване ). Интересни са не само потенциалът и екологичната устойчивост, но особено цената на това гориво, тъй като дървесината днес е най-евтиното гориво, използвано за световните резерви на биомаса, също е огромна и количеството енергия, генерирано всяка година от фотосинтезата на биомаса, е до десет пъти по-голямо отколкото глобалното потребление на енергия.
Биомасата може да играе важна роля в бъдеще, ако се трансформира в съвременни енергийни носители - главно електричество, газообразни и течни горива. Има няколко причини то да бъде разбрано в този смисъл. Един от тях е, че биомасата е по-широко достъпна от изкопаемите горива и технологиите за нейното използване са доказани на практика. В развитите страни отглеждането на биомаса за енергийни цели също може да осигури изход от настоящата криза в резултат на свръхпроизводството на селскостопански продукти. Ако биомасата се отглежда и използва устойчиво, няма да има увеличение на CO2 в атмосферата, тъй като при изгарянето му се отделя само толкова CO2, колкото растението извлича от атмосферата по време на растежа си чрез фотосинтеза. Биомасата обаче вече е важен източник на гориво днес, тъй като осигурява една седма от световното потребление на енергия. Понастоящем се използва главно за отопление, а в развиващите се страни делът на енергийния пазар е от 40% до 90%. Той е основният източник на гориво за почти половината от световното население.
Биомасата обаче е и важен източник на енергия в развитите страни. В САЩ това гориво покрива повече от 4% от потреблението на първична енергия (топлина, електричество, течни горива и т.н.) - то е приблизително толкова енергия, колкото се произвежда в атомните електроцентрали. 8% в Канада и 14% в Швеция. Замяната на 90 милиона тона петролен еквивалент с биомаса би означавала годишно намаляване на въглеродните емисии в атмосферата със 100 милиона тона.
Производство на електроенергия от биомаса
Дървото и сламата могат да се използват за производство на електроенергия в големи парни електроцентрали. Този метод е много разпространен напр. в САЩ, където в такива съоръжения е инсталирана до 8000 MW електрическа мощност, което съответства на капацитета на 8 атомни електроцентрали. За това производство се използват предимно дървесни отпадъци. За разлика от конвенционалния водогреен котел, който често има ефективност над 80%, ефективността на превръщането на енергията, съдържаща се в дървесната маса в електричество, е значително по-ниска - само около 20%.
Друг процес, който в момента е много обещаващ, е неговата газификация с последващо производство на електроенергия в газова турбина. Важен източник на гориво, получен от органични отпадъци, също е биогазът, който може да се използва за производство на електричество и топлина.
Вятърна енергия
Вятърната енергия произхожда от слънчевата активност. Чрез нагряване на въздуха и след това изкачване на височина въздушната маса тече около Земята. Преди откриването на парната машина вятърът е бил важен източник на механична енергия, използвана напр. вятърни мелници или платноходки. Много интересно развитие се случи в Дания, където в момента около 24 000 души са заети в производството на вентилирани турбини. През 1997 г. в Дания работеха 4900 турбини, покриващи 7% от вътрешното потребление на електроенергия.
Потенциалът за вятърна енергия обаче е много по-голям. Би било възможно да се покрие цялото потребление на електроенергия в страните от ЕС само с вятърни паркове, построени на морското дъно. Офшорните вятърни паркове се превърнаха в истински хит и нарастват неимоверно от 1995 г. насам - увеличение от 27% всяка година. Дания планира да изгради около 4000 MW (мощността на 4 големи атомни електроцентрали) до 2030 г. и да покрие 40% от вътрешното потребление на електроенергия. Тази стъпка би направила възможно спирането на централите за изкопаеми горива. Подобни планове се изпълняват във Великобритания, където според някои проучвания вятърната енергия може да покрие до 6 пъти по-голямото потребление на електроенергия в страната. Важно е обаче, че цената на електроенергията, произведена от вятър, на много места е сравнима или дори по-ниска от цената на електроенергията, произведена от въглища, газ или уран. Опитът на Германия и Дания ясно потвърждава това, което е и основната причина за масовото развитие на вятърните турбини в тези страни. Бариерата пред по-широкото приложение на тази технология у нас е преди всичко ниската изкупна цена на електроенергията и произтичащият от това дълъг период на изплащане на инвестициите, който често се основава на до 20 години.
Хидроенергия
Хидроенергията също произхожда от енергията, падаща на Земята от Слънцето. Слънчевата енергия кара водата да се изпарява от океаните, моретата, езерата и потоците. Водните пари се движат над земната повърхност и охлаждането им води до кондензация и валежи. Те осигуряват създаването на потенциална енергия от високо разположени водоизточници, която се превръща в кинетична енергия чрез движение в реките. Кинетичната енергия на водата обикновено се използва за генериране на електричество във ВЕЦ. Хидроенергията е най-модерната от възобновяемите източници.
Той обхваща повече от 18% от електроенергията, произведена в световен мащаб, и е най-важният възобновяем енергиен източник (делът на производството на електроенергия от други възобновяеми източници е само 1,1%). Хидроенергията е практически единственият възобновяем енергиен източник, който се използва широко у нас. През 1996 г. от хидроенергията в Словакия са произведени над 4,4 милиарда кВтч, което е приблизително 15% от нашето потребление .
Хидроенергията има много предимства. Най-важните от тях са:
- ВЕЦ имат дълъг живот, някои от които са в експлоатация от 70 години или повече,
- Въпреки дългата възвръщаемост на инвестициите (10-15 години), поради ниските оперативни разходи и дълъг живот се постига висока възвръщаемост на инвестициите,
- по отношение на бързото покритие на промените в натоварването, хидроенергията е много гъвкава, което е важно за интегрираните енергийни системи.
Енергия на морските вълни
Вълнова енергия, която също е възобновяем източник, използваем за производство на електроенергия. Тази енергия се създава от действието на слънчевите лъчи, които загряват въздуха, създавайки вятър, който причинява вълни в моретата. Енергията на вълните варира от място на място и като цяло може да се каже, че колкото по-голямо е разстоянието от екватора, толкова по-голяма е енергията на морските вълни. Тази енергия се оказва с голям потенциал в световен мащаб. Големите приливни електроцентрали обаче, като големите водноелектрически централи, също представляват значителни екологични проблеми. Промените, причинени от регулирането на приливите и отливите чрез изграждане на бариери, могат да окажат въздействие върху околната среда. Изградените язовири увеличават съдържанието на сол във водата, както и увеличават утаяването и концентрацията на други замърсители. Други технологии, използващи морска енергия като Проектът за използване на топлинния градиент в океаните в момента се разглежда само.
Геотермална енергия
Геотермалната енергия в истинския смисъл на думата не е възобновяем енергиен източник. Този тип енергия произхожда от горещото ядро на Земята, от което топлината излиза през вулканични пукнатини в скалите. Основната температура се оценява на 7000 градуса по Целзий и поради огромните, почти неизчерпаеми запаси от енергия в недрата на Земята, този вид енергия често се класифицира като възобновяем източник. Земята непрекъснато отделя топлината си на всяко място, докато температурата на земната обвивка се увеличава с увеличаване на дълбочината.
Въздействието на експлоатацията на геотермалните съоръжения върху околната среда обаче може да бъде значително поради високото съдържание на минерали в добиваната вода. На практика тези проблеми се елиминират чрез повторно инжектиране на вода обратно в дълбок кладенец.
Слънцето, основата на всичко
Слънцето е единственият източник на енергия, на който човечеството може да разчита напълно. Смята се, че нашето Слънце изчезва след 5 милиона години, така че слънчевата енергия е неизчерпаема за човешкия живот. Моментната мощност на слънчев източник в атмосферата е 1,7 .10 17 W или 1,5 .10 18 kWh годишно. В нашите географски условия енергията, падаща на площ от 1 m 2, достига стойност от 1000 до 1250 kWh/годишно (приблизително 5 GJ). Това е значително количество енергия. Слънчевата енергия може да ни осигури всичко, от което се нуждаем от енергия, често много просто, чисто и без риск. Това не е само електричество, топлина и светлина за нашите домове, но и гориво за експлоатация на екологични автомобили.
Количеството слънчева светлина, падащо на Земята за една година, е до 20 000 пъти по-голямо от потреблението на енергия в света. Дори енергията, падаща на покрива на семейна къща в райони, бедни на слънчева радиация (например, Северна Европа), е до 10 пъти по-висока от потреблението й за отопление и работа на електрически уреди.
Има няколко начина за производство на топлина или електричество от възобновяеми източници. Електричеството може да се произвежда директно от слънчева радиация, напр. използвайки т.нар слънчеви (фотоволтаични) клетки. Косвено слънчевата енергия може да се използва, независимо дали е под формата на биомаса (растенията използват слънчева радиация чрез фотосинтеза за растежа си), вятърна енергия, която възниква поради неравномерно нагряване на земната повърхност от слънчевите лъчи и последваща циркулация на въздуха или водна енергия, който произхожда от изпаряване на водни тела (морета, океани) поради слънчева радиация и последващи валежи, попадащи на Земята, което от своя страна дава сила на водните течения. Възможно е да се произвежда топлина и електричество от всички тези източници, като се използват наличните в момента технологии. Слънчевата енергия може да бъде уловена, например, чрез фотоволтаични клетки. Те се намират например в калкулатора.
Утопия или близка реалност?
Цялата енергия се върти около Слънцето. Слънцето е основата на целия живот. Слънцето е дало на планетата живот, както и източник на енергия. Използваме слънчева енергия за своите нужди от незапомнени времена. Нека просто вземем обичайното загряване на слънце. Това също е форма на използване на енергия. Човечеството трябва да спре, да се огледа и да се чуди защо Земята е толкова замърсена. Използвахме естествена енергия, но по грешен и неприятен начин. Време е да поправите грешките си и да измислите нещо ново, революционно. Което би произвело енергия за човешки нужди, без да замърсява Земята. Въпреки че концепцията за производство на енергия е неточна. Всъщност става въпрос за преобразуване на енергия от една форма в друга. Енергията е навсякъде около нас, за което можем да благодарим на Слънцето. Просто трябва да се научим да преобразуваме енергията. Ако всички знаят, няма от какво да се притесняваме. В намалена форма можем да си представим електрическата мрежа в нашата къща като неограничен източник на енергия. Тогава си представяме електроцентралата като неограничен източник на енергия за нашите къщи. И накрая, слънцето е неограничен източник на енергия за тези електроцентрали. Ако можем да го използваме правилно. Независимо дали е под формата на пряка слънчева енергия или хидро, вятърна, геотермална и биоенергия. Но всички те произхождат от слънчевата енергия.
Днес в автомобилната индустрия се изразходват много енергия и свързаните с това емисии. И алтернативните енергийни източници няма да работят тук толкова скоро. Слънцето е добра идея, но не е достатъчно само по себе си. Мога да си представя, че съчетавам слънчевата енергия с химическата под формата на разделяне на водата на водород и кислород, които са вещества, които са много богати на енергия. Това при определени условия би могло да покрие енергийното търсене на автомобилите. Тук сме засегнали и химическата енергия, но не мисля, че тя е възобновяем енергиен източник. Определено по-издръжлив и по-екологичен, но не и възобновяем. Това е само временно решение, докато човечеството не измисли нещо друго. И с днешното развитие на науката и информационните технологии няма да отнеме много време. Все още обаче не знаем как да използваме подходящо някои материали или това е доста финансово взискателно. Но в близко бъдеще определено трябва да продължим в тази посока.
Защо се нуждаем от възобновяеми енергийни източници?
Изгарянето на изкопаеми горива (въглища, нефт, природен газ), които допринасят най-много за потреблението на енергия, не е изключение, но правило в това отношение. Изменението на климата, киселинните дъждове, замърсяването на водата, въздуха и почвата не само засягат здравето ни, но ще бъдат усетени и от поколенията, които идват след нас. Човечеството консумира толкова фосилни горива годишно, колкото природата е произвела за един милион години. Запасите от тези горива, особено петролът, намаляват с невероятна скорост. Тези запаси не са вечни и според много експерти повече от половината от тях са изчерпани по време на един човешки живот. Следователно използването на ограничени запаси от изкопаеми горива също има морално измерение. Но в момента много хора са безразлични към това, защото получаването на енергия например. масло е много по-удобно, отколкото да се направи скъпа волта клетка. Ако, но бързо, хората не си спомнят бързо, няма да има от какво да се възползват и от какво да произвеждат енергия. Ядрените централи също са добра идея и се казва, че енергията от тях е чиста. Това е вярно, но само докато горивната клетка в реактора трябва да бъде заменена.
За щастие има хора, които се интересуват от това как да "прочистим" нашата планета. Вече има автомобили, работещи на бензин или слънчева енергия.
Освен ако не се измисли по-добър начин за използване на горивата, това ще окаже влияние върху бъдещите поколения. Алтернативните енергийни източници и алтернативните горива са добра идея, те са екологични и следователно за здравословния живот на жителите на синята планета това е само плюс.