2. Ekologiczne konsekwencje pozyskiwania energii(1).doc

2. Ekologiczne konsekwencje pozyskiwania energii.

Historia ludzkości – pozyskiwanie energii.

Dzieje przetwarzania energii są starsze niż dzieje cywilizacji.

Energia była i jest podstawowym czynnikiem rozwoju cywilizacji,

- przemysł,

- transport,

- prąd elektryczny: ogrzewanie domów, oświetlenie.

Czym jest energia ?

Energia – wielkość fizyczna.

Energia (z greckiego – aktywność, działanie).

Energia – zdolność ciała do wykonywania pracy lub spowodowania przepływu ciepła.

Prawo zachowania masy i energii: całkowita ilość masy i energia nie zmienia się w czasie przemian E=mc2.

- energia (jednostka międzynarodowa):

1J, jest to energia = pracy wykonanej na drodze 1m przez siłę 1N w kierunku jej działania,

1J = 1N * 1m = 1m2  *kg*s2

- energia cieplna:

kaloria (cal), 1kcal = 1 000cal, 1Mcal, itd.

1kWh – energia elektryczna ilość energii jaką zużywa urządzenie o mocy 1kW w ciągu godziny, ilość zużytej energii (kWh) = moc urządzenia (kW) x czas pracy urządzenia (h).

Przeliczanie.

Jednostki energii można wzajemnie przeliczać według poniższych:

1J = 0,2389cal, 1 cal = 4,1856J

1kWh = 3 600 kJ = 3,6MJ

1kWh = 0,86Mcal

Schemat przemian energii.

Energia elektryczna.

Energia finalna – energia będąca przedmiotem zakupu  celu zaspokojenia potrzeb człowieka na energię użytkową, do energii bezpośredniej zalicza się zwykle energię elektryczną, ciepło grzejne.

Energia elektryczna – wartość rynkowa jako towar (pieniądze) + cechy zdecydowanie odróżniające od innych towarów na rynku.

- brak możliwości obserwacji bezpośredniej za pomocą zmysłów,

- brak możliwości magazynowania (przy praktycznie jednoczesnej produkcji i konsumpcji energii elektrycznej),

- szczególne warunki transportu bez użycia zwykłych środków przewozowych lecz przy użyciu środków specjalnych (sieć elektryczna),

- wszechstronność zastosowania, do celów przemysłowych, militarnych, naukowych, itp. w rolnictwie i gospodarstwach domowych.

Źródła energii pierwotnej.

Energia pierwotna – energia czerpana z przyrody w postaci odnawialnej i nieodnawialnej.

a) paliwa pierwotne:

- węgiel kamienny

- węgiel brunatny

- ropa naftowa

- gaz ziemny

---------- > energia nieodnawialna

b) paliwa jądrowe (materiały rozszczepialne):

c) woda

d) wiatr

d) gorące skały i oda zewnątrz Ziemi

f) słońce

---------- > energia odnawialna

Obecnie ciągle jeszcze zasadniczym rodzajem wykorzystywanej energii jest energia chemiczna paliw pierwotnych.

Pozytywne i negatywne strony przetwarzania energii nośników pierwotnych.

Rozłożenie surowców energetycznych na kuli ziemskiej.

Udział poszczególnych krajów w światowych rezerwach węgla kamiennego i brunatnego.

a)      Pozostałe kraje 7%

b)      Niemcy 8%

c)      Indie 9%

d)      Australia 12%

e)      Chiny 16%

f)       Rosja 25%

g)      USA 23%

Rozłożenie surowców energetycznych na kuli ziemskiej.

1. Udział poszczególnych kontynentów w światowych rezerwach ropy naftowej

a)      Ocenia 0,3%

b)      Azja 5,9%

c)      Europa 6,6%

d)      Afryka 7,0%

e)      Ameryka Płn. 8,0%

f)       Ameryka Płd. 8,3%

g)      Środkowy Wschód 63,9%

2. Udział poszczególnych kontynentów w światowych rezerwach gazu:

a)      Ocenia 1,1%

b)      Ameryka Płd. 4,0%

c)      Ameryka Płn. 6,2%

d)      Afryka 6,8%

e)      Azja 10,9%

f)       Środkowy Wschód 34,1%

g)      Europa 36,9%

Produkcja elektryczności w podziale na paliwa.

- źródła odnawialne 2%

- ropa 7%

- energia wodna 16%

- energia jądrowa 16%

- gaz 20%

- węgiel 40%

Udział węgla w produkcji elektryczności jest znacząco coraz większy, niż w całości energii, użytkowanie ropy do produkcji elektryczności jest marginalne, jej wykorzystanie dominuje za to w transporcie.

Węgiel jako paliwo kopalne.

Antracyt (ok. 96%) – Ukraina, USA, Czechy, Chiny, stosowany jako pawio  i do produkcji elektrod;

Węgiel kamienny (78%-92% C) – paliwo energetyczne i surowiec chemiczny;

Węgiel brunatny (65%-78% C)- tanie paliwo opałowe, surowiec chemiczny, w ogrodnictwie;

Torf (ok. 60%) – w medycynie (jako borowina), ogrodnictwie (wyrób doniczek torfowo-ziemnych) i rolnictwie (w produkcji nawozu organicznego, ściółki torfowej).

Wysokotemperaturowy rozkład węgla, bez dostępu powietrza – pirolizą (suchą destylacją węgla): koks, smoła pogazowa, woda pogazowa, gaz świetlny.

Koks – stała, porowata substancja, zawiera około 90% C ora wodę, siarkę, małe ilości fosforu, składniki mineralne (popiół) i gazowe. Koks jest również materiałem opałowym.

Zagrożenia wynikające z wydobywania i spalania węgla.

1. Wydobycie – emisja metanu do atmosfery, obniżenie poziomu wód gruntownych.

Kopalnie odkrywkowe – degradacja środowiska.

Legnica – 3000ha terenu (wykop, zwałowisko, place zagospodarowania, przenośniki, drogi), likwidacja okolicznych wsi i przesiedleniem ok. 1500 mieszkańców. Aby dostać się do surowca trzeba zdjąć wierzchnią, przeważnie kilkudziesięciometrową warstwę nakładu. W efekcie powstanie dziura w ziemi powierzchni ok. 700ha i głębokości nawet 200m.

Kopalnie głębinowe – szkody górnicze.

Zagrożenia wynikające ze spalania węgla.

Węgiel – ze względu na sposób zachowania się w procesie spalania przyjęło się umownie dzielić substancje tworzące węgiel na substancję palną oraz balast. Do balastu zalicza się wilgoć i części mineralne, z który powstaje popiół.

Spośród pierwiastków budujących węgiel za palne uważa się tylko C, H, S oraz N.

Kogeneracja – racjonalne wykorzystanie energii.

Elektrownie konwencjonalne, szczególnie węglowe, wykorzystują energię paliwa bardzo nieefektywnie. W energię elektryczną zamieniane jest często tylko 1/3 energii zawartej w paliwie, reszta energii nie jest wykorzystywana i jako ciepło podgrzewa atmosferę.

Dobrym sposobem na lepsze wykorzystanie energii paliwa jest produkcja prądu z jednoczesnym wykorzystaniem ciepła, np. do ogrzewania mieszkań, jest to tak zwana KOGENEREACJA – elektrociepłownia  produkuje prąd, a ciepło jest produktem ubocznym, (należy jedynie doliczyć koszt instalacji zbierających i sieci ciepłowniczej rozprowadzającej ciepło na odległość wieli kilometrów).

Promowanie kogeneracji o wysokiej sprawności stanowi priorytet Unii Europejskiej.

Znaczenie węgla.

‘Nie ma się bo łudzić, węgiel musi pozostać głównym surowcem energetycznym ze względów politycznych, ekonomicznych i społecznych. Trzeba tylko umiejętnie wdrażać nowoczesne, proekologiczne technologie w myśl zrównoważonego rozwoju’ – dr inz. Aureliusz Miklaszewski z Polskiego Klubu Ekologicznego.

Węgiel brunatny ma dziś strategiczne znaczenie dla polskiej elektroenergetyki.

Ok. 30% produkowanej energii elektrycznej pochodzi z elektrowni opalanych węglem brunatnym. Ok. 30%

tańsza energia niż z węgla kamiennego.

Złoża Legnica.

W I etapie zagospodarowania złoża ‘Legnica’ przewiduje się eksploatację o zdolności wydobywczej ok. 25-30mln ton rocznie,. Zakłada się, po 7 latach od rozpoczęcia budowy, w zależności od koniunktury i potrzeb energetycznych kraju podwojenie wydobycia. Łącznie może ono osiągnąć poziom ok. 50-60mln ton rocznie (największa na świecie kopalnia węgla brunatnego), w pełni zastępując po roku 2030 obecne elektrownie pracujące w Polsce w oparciu o węgiel brunatny,

Kolejne kroki:

- uwzględnienie kopalni w planach zagospodarowania przestrzennego

- wyznaczenie inwestora strategicznego

- zdobycie środków finansowych na opracowanie programu rozpoznania zasobów praz nowych ekologicznych technologii przetwarzania węgla na bezemisyjną energię elektryczną.

Sposoby minimalizacji działalności górniczej na otaczające środowisko.

Czyste technologie węglowe – procesy i technologie, prowadzące do zmniejszenia negatywnego wpływu spalania węgla na trzech etapach: przed spalaniem, w trakcie spalania oraz po spalaniu.

Etap I. wzbogacanie węgla:

- ogranicza emisje SO2, zmniejsza ilość odpadów produkowanych przed elektrownię oraz poprawia sprawność termiczną procesu (przez do redukuje emisję CO2).

Etap II. nowoczesne efektywne technologie spalania:

- we współczesnych elektrowniach węgiel spalany jest pod postacią pyłu węglowego – poprawa sprawności z 25% do ok. 40%.

Spalanie w cyklu kombinowanym ze zgazowaniem – węgiel nie jest spalany bezpośrednio, ale uprzednio reaguje z O2 i parą wodną, wytwarzając gaz syntetyzowany (CO, H2). Gaz ten jest oczyszczany i spalany wytwarzając energię el. oraz parę wodną – znaczna poprawa sprawności (do ok. 50%). Obniżenie emisji gazów – do ok. 90%.

Etap III. technologie redukcji emisji:

Odpylanie – usuwanie popiołów z gazów spalinowych – odpylacze mechaniczne, filtry.

Odsiarczanie – metody mokre, suche, półsuche. Absorbenty SO2, np. wodne zawiesiny wapna – produkt końcowy siarczanu wapnia, gips – do wykorzystania!

Redukcja tlenków azotu – emisja NOx zależy głównie od technologii spalania, dodatkowo metody specjalne, metody katalityczne.

Ograniczenie emisji CO2 ….

5% redukcji – poprawa jakości węgla

20% redukcji – poprawa sprawności elektrowni

25% redukcji – zaawansowane technologie, np. spalanie w cyklu kombinowanym ze zgazowaniem – usuwanie CO2 przed spalaniem. Usuwanie z gazów, np. absorpcja chemiczna, fizyczna. 

Karbon dioxide Capture and Storage

Jedną z bardziej obiecujących technologii skupiających się na redukcji emisji CO2 powstającego podczas wytwarzania energii z paliw kopalnych jest technologia wychwytywania i składowania dwutlenku węgla (CCS).

CCS = wychwytywanie CO2, transportowanie i wtłaczanie do pod ziemię (miejsca po złożach ropy i gazu, ‘nie nadające się do eksploatacji’ pokłady węgla, aby odizolować go od atmosfery.

Jednym z elementów Pakietu Klimatyczno Energetycznego UE jest projekt Dyrektywy zakładającej obowiązek stosowania CCS.

Potencjalne rozwiązania.

- niekonwencjonalne źródła ropy naftowej – złoża piasków bitumicznych

- paliwa z węgla

- biopaliwa