Obnovitelné zdroje energie se v dnešním světě stávají stále důležitějším tématem. Kromě rostoucích cen fosilních paliv a hrozby změny klimatu došlo v této oblasti také k pozitivnímu vývoji, který zahrnuje zlepšení účinnosti a také snížení cen.
To vše zvýšilo poptávku po alternativní energii a urychlilo přechod k čistším a udržitelnějším metodám elektrické energie. Je však důležité poznamenat, že je jich mnoho druhů – biomasa, solární, větrná, přílivová a geotermální energie – a že každý má svůj vlastní podíl výhod a nevýhod.
biomasa:
Nejpoužívanější formou obnovitelné energie je biomasa. Biomasa jednoduše odkazuje na využití organických materiálů a jejich přeměnu na jiné formy energie, které lze využít. Přestože se některé formy biomasy používají po staletí – například spalování dřeva – jiné, novější metody se zaměřují na metody, které neprodukují oxid uhličitý.
Biomasa – která zahrnuje přeměnu organických materiálů na energii – může pocházet z různých zdrojů. Kredit: ecoble.com
Existují například biopaliva s čistým spalováním, která jsou alternativou k ropě a plynu. Na rozdíl od fosilních paliv, která jsou produkována geologickými procesy, se biopalivo vyrábí prostřednictvím biologických procesů – jako je zemědělství a anaerobní vyhnívání. Běžnými palivy spojenými s tímto procesem jsou bioetanol, který vzniká fermentací sacharidů získaných z cukru nebo škrobových plodin (jako je kukuřice, cukrová třtina nebo sladký čirok) za vzniku alkoholu.
Další běžné biopalivo je známé jako bionafta, která se vyrábí z olejů nebo tuků pomocí procesu známého jako transesterifikace – kdy se molekuly kyseliny vyměňují za alkohol pomocí katalyzátoru. Tyto typy paliv jsou populární alternativou k benzínu a lze je spalovat ve vozidlech, která byla přestavěna na provoz na ně.
Solární energie:
Solární energie (neboli fotovoltaika) je jedním z nejoblíbenějších a nejrychleji rostoucích zdrojů alternativní energie. Zde proces zahrnuje solární články (obvykle vyrobené z plátků krystalického křemíku), které se spoléhají na fotovoltaický (PV) efekt, který absorbuje fotony a přeměňuje je na elektrony. Mezitím solární tepelná energie (jiná forma solární energie) spoléhá na zrcadla nebo čočky, které koncentrují velkou plochu slunečního světla nebo solární tepelné energie (STE) na malou plochu (tj. solární článek).
Zpočátku se fotovoltaická energie používala pouze pro malé až středně velké provozy, od solárních zařízení (jako jsou kalkulačky) až po domácí pole. Od 80. let 20. století se však komerční koncentrované solární elektrárny staly mnohem běžnějšími. Nejen, že jsou relativně levným zdrojem energie tam, kde je napájení ze sítě nepohodlné, příliš drahé nebo prostě nedostupné; zvýšení účinnosti solárních článků a klesající ceny činí solární energii konkurenceschopnou s konvenčními zdroji energie (tj. fosilními palivy a uhlím).
Ivanpah Solar Power Facility v Kalifornii, ukazuje své tři věže dodávající koncentrovanou solární energii. Kredit: Wikipedia commons/Sbharris
Solární energie se dnes také stále více využívá v situacích připojených k síti jako způsob dodávání nízkouhlíkové energie do sítě. Do roku 2050 bude Mezinárodní energetická agentura předpokládá, že solární energie – včetně STE a PV operací – bude tvořit více než 25 % trhu, což z ní udělá největší zdroj elektřiny na světě (s většinou instalací v Číně a Indii).
Síla větru:
Větrná energie se používá po tisíce let k tlačení plachet, pohonu větrných mlýnů nebo k vytváření tlaku pro vodní čerpadla. Využití větru k výrobě elektřiny bylo předmětem výzkumu od konce 19. století. Avšak teprve s velkým úsilím o nalezení alternativních zdrojů energie ve 20. století se větrná energie stala ústředním bodem značného výzkumu a vývoje.
Ve srovnání s jinými formami obnovitelné energie je větrná energie považována za velmi spolehlivou a stabilní, protože vítr je rok od roku konzistentní a během špiček poptávky neubývá. Zpočátku byla výstavba větrných elektráren nákladným podnikem. Ale díky nedávným zlepšením začala větrná energie určovat špičkové ceny na velkoobchodních trzích s energií po celém světě a omezovat je výnosy a zisky průmyslu fosilních paliv.
Podle zprávy vydané letos v březnu ministerstvem energetiky by růst větrné energie ve Spojených státech mohl vést k ještě více vysoce kvalifikovaným pracovním místům v mnoha kategoriích. S názvem „Wind Vision: Nová éra pro větrnou energii ve Spojených státech“ Dokument uvádí, že do roku 2050 by toto odvětví mohlo představovat až 35 % elektrické výroby v USA.
V Dánsku představuje větrná energie 28 % elektrické výroby v zemi a je nyní levnější než uhelná energie. Kredit: denmark.dk
Kromě toho v loňském roce, Globální rada pro větrnou energii a Greenpeace International se sešli, aby zveřejnili zprávu s názvem „Globální výhled na větrnou energii 2014“ . Tato zpráva uvádí, že celosvětově by větrná energie mohla do roku 2050 poskytovat až 25 až 30 % celosvětové elektřiny. V době psaní zprávy měla komerční zařízení ve více než 90 zemích celkovou kapacitu 318 gigawattů (GW), asi 3 % celosvětové nabídky.
Energie přílivu a odlivu:
Podobně jako větrná energie je přílivová energie považována za potenciální zdroj obnovitelné energie, protože příliv a odliv je stálý a předvídatelný. Podobně jako větrné mlýny se i přílivové mlýny používaly již od dob starověkého Říma a středověku. Přitékající voda se skladovala ve velkých rybnících, a když příliv ustupoval, otáčeli vodními koly, která vyráběla mechanickou energii k mletí obilí.
Teprve v 19. století byl v USA a Evropě zaveden proces využívání padající vody a točících se turbín k výrobě elektřiny. A teprve od 20. let byly tyto druhy operací upraveny pro výstavbu podél pobřeží a nejen řek.
Tradičně trpěla energie přílivu a odlivu relativně vysokou cenou a omezenou dostupností míst s dostatečně vysokými rozsahy přílivu a odlivu nebo rychlostí proudění. Mnoho nedávných technologických vývojů a zlepšení, jak v konstrukci, tak v technologii turbín, však naznačuje, že celková dostupnost energie z přílivu a odlivu může být mnohem vyšší, než se dříve předpokládalo, a že ekonomické a environmentální náklady mohou být sníženy na konkurenceschopnou úroveň.
Umělecký koncept série přílivového systému Carnegie Wave Energy, kde se bóje ukotvují k mořskému dnu a využívají vlnění k pohybu řady čerpadel. Kredit: Carnegie Wave Energy
První rozsáhlou přílivovou elektrárnou na světě je Rance Tidal Power Station ve Francii, která byla uvedena do provozu v roce 1966. A ve skotských Orknejích bylo v roce zřízeno první světové testovací zařízení mořské energie – Evropské centrum mořské energie (EMEC). 2003 k zahájení rozvoje odvětví energie z vln a přílivu ve Spojeném království.
V roce 2015 byla u pobřeží Západní Austrálie spuštěna první vlnová elektrárna na světě připojená k síti (CETO, pojmenovaná po řecké bohyni moře). Vyvinuto společností Energie vln Carnegie Tato elektrárna funguje pod vodou a využívá podmořské bóje k čerpání řady čerpadel ukotvených na mořském dně, která zase vyrábí elektřinu.
Geotermální:
Geotermální elektřina je další formou alternativní energie, která je považována za udržitelnou a spolehlivou. V tomto případě je tepelná energie získávána ze Země – obvykle z vedení magmatu, horkých pramenů nebo hydrotermální cirkulace – pro roztočení turbín nebo vytápění budov. Je považován za spolehlivý, protože Země obsahuje 1031joulů tepelné energie, která přirozeně proudí na povrch vedením rychlostí 44,2 terawattů (TW) – více než dvojnásobek současné spotřeby energie lidstva.
Jednou nevýhodou je skutečnost, že tato energie je difúzní a lze ji levně využít pouze na určitých místech. V určitých oblastech světa, jako je Island, Indonésie a další regiony s vysokou úrovní geotermální aktivity, však jde o snadno dostupný a nákladově efektivní způsob, jak snížit závislost na fosilních palivech a uhlí při výrobě elektřiny. Mezi země, které vyrábějí více než 15 procent své elektřiny z geotermálních zdrojů, patří Salvador, Keňa, Filipíny, Island a Kostarika.
Krafla je geotermální elektrárna na Islandu. Kredit: Wikipedia Commons / Ásgeir Eggertsson
Od roku 2015 dosahuje celosvětová kapacita geotermální energie 12,8 gigawattů (GW), přičemž se očekává, že do roku 2020 vzroste na 14,5 až 17,6 GW. A co víc, Asociace geotermální energie (GEA) odhaduje, že pouze 6,5 procenta z celkového globálního potenciálu zatím využito, zatímco IPCC uvedl, že potenciál geotermální energie je v rozmezí 35 GW až 2 TW.
Problémy s adopcí:
Jedním z problémů mnoha forem obnovitelné energie je to, že závisí na přírodních okolnostech – větru, zásobování vodou a dostatečném slunečním záření – což může znamenat omezení. Dalším problémem byly relativní náklady mnoha forem alternativní energie ve srovnání s tradičními zdroji, jako je ropa a zemní plyn. Až donedávna bylo provozování uhelných nebo ropných elektráren levnější než investice milionů do výstavby velkých solárních, větrných, přílivových nebo geotermálních operací.
Pokračující zlepšování výroby solárních článků, větrných turbín a dalšího vybavení – nemluvě o zlepšení množství vyrobené energie – však vedla k tomu, že mnoho forem alternativní energie se stalo konkurenceschopnými vůči jiným metodám. Po celém světě národy a komunity stupňují, aby urychlily přechod k čistším, udržitelnějším a soběstačným metodám.
Napsali jsme mnoho zajímavých článků o alternativní energii na Universe Today. Zde je Co je to alternativní energie? , Co je to solární energie? a Odkud pochází geotermální energie? , Mohl by svět běžet na solární a větrnou energii? , a Sklizeň solární energie z vesmíru .
Měli byste se také podívat Národní laboratoř pro obnovitelné zdroje energie a Projekt politiky obnovitelné energie.
Astronomy Cast má také epizodu na toto téma. Zde je Epizoda 51: Země .
Prameny: