Solarna energija

Uvod

Solarna energija je energija Sunčevog zračenja koja se reflektuje u obliku svetlosne i toplotne energije. Za iskorišćavanje ove energije koriste se razne tehnike od kojih su najčesće korišćeni solarni paneli i solarni kolektori.

Solarna energija je  važan izvor obnovljive energije a tehnike koje se koriste za iskorišćavanje ove energije se dele u dve glavne grupe: aktivne i pasivne tehnike. Aktivne tehnike podrazumevaju korišćenje solarnih panela, solarnih kolektora, koncentrirajućih solarnih kolektora kako bi se iskoristila solarna energija. Pasivne tehnike uključuju orijentisanje objekta ka suncu, dizajniranje prostorija sa prirodnom cirkulacijom vazduha.

U 2011 godini, Internacionalna Energetska Agencija je rekla da ce razvoj pristupačnih, neiscrpnih i čistih tehnologija za korišćenje solarne energije, imati ogromne benefite na duže staze. To će povećati državnu energetsku stabilnost kroz oslanjanje na domaći, neiscrpni, i nezavisni resurs. Solarna energija može: povećati samoodrživost, smanjiti zagadjenje, smanjiti globalno zagrevanje, i zadržati cene fosilnih goriva na nižimvrednostima. Ove prednosti su globalne.

Sunčeva energija

Planeta Zemlja prima 174PW dolaznog sunčevog zračenja u gornjoj atmosferi. Približno 30% se reflektuje nazad u svemir dok se ostalo apsorbuje od strane oblaka, okeana i zemljane mase. Spektar sunčevog zračenja na Zemljinoj površini se prostire od vidljive do približno infracrvene svetlosti sa malim delom u skoro ultravioletnoj svetlosti.

Zemljina površina, okeani i atmosfera apsorbuju solarnu radijaciju, i to podiže njihovu temperaturu. Topao vazduh koji sadrži vodenu paru iz okeana se podiže, što prouzrokuje atmosferske cirkulacije. Kada vazduh dostigne velike visine, gde je temperatura niska, vodena para se kondezuje u oblake, iz njih kasnije pada kiša na Zemljinu površinu, kompletirajući vodeni ciklus. Vodena para iz okeana utiče i na atmosferske fenomene poput vetra, ciklona i anti - ciklona. Sunčeva energija koja je apsorbovana od strane okeana i zemljane mase održava temepaturu Zemljine površine na  14 °C. Pomoću fotosinteze zelene biljke pretvaraju solarnu energiju u hemijsku energiju, koja proizvodi hranu, drva i biomasu iz koje se fosilna goriva dobijaju.

Solarno grejanje

Tehnologije za solarno grejanje se mogu koristiti za grejanje vode, grejanje prostora, hladjenje prostora.

Sistemi za solarno grejanje koriste sunčevu energiju za grejanje vode. Na lokacijama sa niskom geografskom sirinom (ispod 40 stepeni) od 60 do 70% sanitarne vode u domaćinstvu se mogu obezbediti pomoću sistema za solarno grejanje vode. Najčešće korišćeni solarni kolektori su vakumski solarni kolektori i pločasti solarni kolektori.

Proizvodnja električne energije

Solarna električna energija se dobija konverzijom sunčeve energije u električnu energiju, bilo direktno korišćenjem solarnih panela ili indirektno korišćenjem koncentrirajućih solarnih elektrana. Koncentrirajuće solarne elektrane koriste ogledala i sisteme za praćenje sunca kako bi fokusirali veliku površinu osvetljenu sunčevom svetlošću u mali snop.

Geotermalna energija

Uvod

Geotermalna energija je toplotna energija koja se stvara i akumulira u Zemljinoj unutrašnjosti. U svom središtu temperatura Zemljine unutrašnjosti iznosi 4000-7000C, što je približno temperaturi površine Sunca. Geotermalna energija je toplotna energija koja nastaje radioaktivnim raspadanjem i konstantnim gubitnom toplote Zemljinog jezgra.

Još od doba paleolita geotermalna energija se koristila za kupanje, Rimljani su je koristili za grejanje prostora, a sada je najpoznatija po upotrebi u proizvodnji električne energije. Po podacima iz 2013, širom sveta 11700MW električne energije se dobija iz geotermalnih izvora energije. Dodatno se je još 28GW geotermalne energije koristi u različitim sistemima grejanja, industrijskim procesima, sušarama i poljoprivredi.Geotermalna energija je jeftin, pouzdan, održiv i ekološki izvor energije. Geotermalna energija se najčešće koristi za grejanje prostora i proizvodnju električne energije.

Resursi

Resursi geotermalne energije na planeti Zemlji su više nego dovoljni da zadovolje ljudske potrebe za energijom, ali samo veoma mali deo ovih resursa se može profitabilno iskoristiti. Kopanje i istraživanje dubinskih resursa je veoma skupo. Potencijal geotermalne energije je veliki, geotermalne energije ima 50000 puta više od ukupne energije koja se može dobiti iz nafte i plina. Resursi geotermalne energije se nalaze na različitim dubinama, od nekoliko metara plitkih do više kilometara dubokih rezervoara tople vode i pare koja se može izvući na površinu . U prirodi se geotermalna energija najčešće pojavljuje u formi gejzira, vulkana i izvora vruće vode.

Ekonomska isplativost

Geotermalna energija nezahteva gorivo (osim za pokretanje pumpi), pa je zbog toga imuna na promenu cena nafte. Medjutim troškovi izgradnje postrojenja su veliki.

Prednosti

Geotermalna energija ima dosta prednosti u poredjenju sa tradicionalnim izvorima energije baziranim na fosilnim gorivima. Velika prednost geotermalne energije je što je čista i nezagadjuje okolinu. upotrebom gerotermalne energije se smanjuje upotreba fosilnih goriva. Takodje velika prednost geotermalne energije su njene zalihe, koje su praktično neiscrpne.

Geotermalne elektrane zauzimaju manje prostora nego hidroelektrane. Prednost geotermalne energije u odnosu na druge obnovljive izvore energije je i to što nezavisi od vremenskih uslova za razliku od hidroelektrana, vetrenjača ili solarnih elektrana. Geotermalna energija je dostupna 24 sata na dan. Geotermalne elektrane imaju veoma niske troškove proizvodnje, potrebna je samo energija za pokretanje vodenih pumpi.

Mane

Najveći nedostatak geotermalne energije je mali broj prikladnih lokacija za iskorišćavanje ove energije. Geotermalnu energiju je nemoguće transportovati, i zbog toga se koristi za grejanje obližnjih naselja ili za proizvodnju električne energije. Kao dodatni problem pri korišćenju geotermalne energije javlja se ispuštanje materijala i plinova iz dubine zemlje koji mogu biti štetni kada izadju na površinu. Takodje, statistike pokazuju da je povećana pojava zemljotresa u područjima gde se iskorišćava geotermalna energija. 

Biogoriva

Uvod

Biogoriva su goriva dobijena iz biomase. Konverzijom biomase se mogu dobiti: čvrsta, tečna i gasna goriva. Popularnost biogoriva raste iz dana u dan zbog konstantnog rasta cene nafte i potrebe za energetskom sigurnošću.

U 2010-toj godini, proizvdonja biogoriva je iznosila 105 milijardi litara. Najveći proizvodjači etanola na svetu su amerika i Brazil, najveći proizvodjač biodizela je Evropska Unija. Proizvodnja biogoriva prouzrokovala je i promene u automobilskoj industriji tako da većina današnih automobila ima hibridne motore koji se mogu pokretati i na etanol ili biodizel pored benzina.

Tečna biogoriva za transport

Većina transportnih goriva su tečna, jer vozila zahtevaju visoku energetsku gustinu. Ovo se prirodno dešava u tečnim i čvrstim agregatnim stanjima. Visoka energetska gustina se može postići i u motorima sa unutrašnjim sagorevanjem. Ovi motori zahtevaju goriva koja čisto sagorevaju. Goriva koja sagorevaju čisto su uglavnom tečna goriva i gasovi. Dakle, tečna goriva ispunjavaju oba uslova imaju i visoku energetsku gustinu i čisto sagorevaju. Takodje, tečna goriva (i gasovi) se mogu upumpavati, što znatno olakšava rukovanje.

Biogoriva prve generacije

Biogoriva prve generacije ili konvencionalna biogoriva se dobijaju od šećera, skroba ili biljnog ulja.

Etanol

Biološki dobijeni alkoholi, najčešće etanol, redje propal i butil alkohol, se dobijaju usled delovanja mikroorganizama i enzima tokom procesa fermentacije šećera, skroba ili celuloze.

Etanol je najrasprostranjenije biogorivo na svetu, pogotovo u Brazilu. Alkoholna goriva se dobijaju fermentacijom šećera iz pšenice, kukuruza, šećerne repe, šećerne trske ili neke druge biljne vrste od koje se mogu dobiti i alkoholna pića.

Etanol se može koristiti u benzinskim motorima kao zamena za benzin, takodje se može miksovati sa benzinom. Većina današnjih benzinskih motora može raditi na mešavini benzina i etanola do 15%. Etanol ima manju energetsku gustinu od benzina, što znači da je potrebna veća količina etanola da bi se proizvela ista količina energije. Prednost etanola u odnosu na benzin je veća oktanska vrednost.

Etanol se takodje koristi i za grejanje, odnosno sagorevanje u bioetanol pećima. Pošto za sagorevanje bioetanola nije potreban dimnjak, veoma je pogodan za grejanje u novoizdradjenim domovima ili apartmanima bez dimnjaka. Mana grejanja na etanol je što je toplota koja se dobija njegovim sagorevanjem manja nego toplota dobijena grejanjem na električnu energiju ili na plin, kao i to što je potrebno preduzeti odedjene mere predostrožnosti kako ne bi došlo do trovanja ugljen dioksidom.

Biodizel

Biodizel je najzastupljenije biogorivo u Evropi. Biodizel se proizvodi od ulja ili masnoća. Biodizel se može koristiti u bilo kom dizel motoru kada se pomeša sa mineralnim dizelom. U nekim državama, proizvodjači automobila pokrivaju svoje dizel motore garancijom za korišćenje B100 biodizela. U većini slučajeva biodizel je kompatibilan sa dizel motorima od 1994 godine i mladjim, koji koriste "Viton" sintetičku gumu u sistemima za ubrizgavanje goriva.

Elektronski kontrolisani sistemi ubrizgavanja goriva koji su se koristili od kasnih 1990tih, mogu koristiti biodizel samo pomešan sa konvencionalnim dizelom. Većina današnjih dizel motora su napravljeni tako da mogu koristiti B100 bez naknadnog prilagodjavanja motora. Pošto biodizel efektno sagoreva i čisti ostatke ostale od mineralnog dizela, možda će biti potrebno češće menjati filtere, jer biodizel razgradjuje stare naslage u rezervoaru i cevima. Takodje efikasno čisti komoru za sagorevanje od naslaga ugljenika, i tako pomaže održanju efikasnosti. U mnogim evropskim državama , mešavina od 5% biodizela je širom rasprostranjena i dostupna na mnogim benzinskim pumpama.

Biodizel je takodje bezbedan za rukovanje i transport pošto nije otrovan i biorazgradiv je. U Americi, više od 80% komercijalnih kamiona i gradskih autobusa se pokreće na biodizel.

Ostali bioalkoholi

Metanol se trenutno dobija od plina, neobnovljivog fosilnog goriva. Očekuje se da će u budućnosti da se dobija iz biomase kao biometanol. Ovo je tehnički izvodljivo, ali je i dalje ekonomski neisplatljivo.

Butanol proizvodi više energije i navodno se može sagorevati direktno i postojećim benzinskim motorima, manje je korozivan i manje vodeno - rastvorljiv od etanola a može se distributirati postojećom infrastrukturom.

Ostala biogoriva prve generacije

U ostala biogoriva prve generacije spadaju: zeleni biodizel, biogas, biljna ulja.

Čvrsta biogoriva

Primeri čvrstih biogoriva su drva, piljevina, pokošena trava, otpad iz domaćinstva, ugalj, poljoprivredni otpad i slično.

Kada je neobradjena biomasa u odgovarajućem obliku (kao recimo ogrevno drvo), ona se može sagorevati direktno u peći kako bi se podigla temperatura ili proizvodila vodena para. Kada neobradjena biomasa nije u formi pogodnoj za sagorevanje (piljevina recimo), biomasa se obradjuje kako bi se dobili oblici pogodni za sagorevanje. Biomasa se najčešće preradjuje kako bi se dobili briketi, pelet ili neki slični oblici.

Biogoriva druge generacije

Druga generacija biogoriva, poznata i pod nazivom napredna biogoriva, su goriva koja se mogu dobiti od raznih vrsta biomase. Biomasa je širok pojam i podrazumeva bilo koji organski izvor ugljenika koji se brzo obnavlja. Biomasa se dobija uglavnom iz biljnog materijala ali i iz životinjskog.

Prva generacija biogoriva se dobija iz šećera i biljnih ulja, koji se lako mogu ekstraktovati pomoću konvencionalne tehnologije. U poredjenju sa prvom, druga generacija biogoriva se dobija od lignocelulozne biomase ili drvenastih useva, poljoprivrednog otpada koji je teže ekstraktovati.

Održiva biogoriva

Tečna biogoriva koja se dobijaju od biljaka se već nalaze na tržištu, njihov razvoj i upotreba su podstaknuti potrebom za smanjenjem zagadjenja životne sredine, kao i stalnim skokovima cene nafte kao i potrebom za većom energetskom stabilnošću. Medjutim, većina biogoriva koja su danas u upotrebi kritikovana su zbog uticaja na životnu sredinu, bezbednost hrane i iskorišćenje zemljišta.

Izazov je podržati zazvoj biogoriva, uključujući i razvoj novih celuloznih tehnika, sa odgovornošću i ekonomskom isplatljivošću kako bi se osiguralo da biogoriva budu komercijalno održiva.

Biomasa

Uvod

Biomasa je biološki materijal koji se dobija iz živih, ili nedavno uginulih živih organizama. Najčešće se pojam biomasa odnosi na biljke ili materijale bazirane na biljkama. Kao energetski izvor, biomasa se može koristiti kao izvor toplote direktrim sagorevanjem, ili indirektno kada se konvertuje u različite vrste biogoriva. Konverzija biomase u biogoriva može se ostvariti na različite načine koji su široko klasifikovani u: toplotne, hemijske i biohemijske metode.

Drvo je najveći izvor biomase kroz istoriju, naprimer uginula stabla u šumi, ostaci prilikom sečenja šuma (granje), ili ostatci prilikom obrade drveta. U drugom smislu, pod biomasom se podrazumeva biljni ili životinjski otpad koji se može pretvoriti u vlakna ili druge idustrijske hemikalije, uključujući i biogoriva. Industrijska biomasa se može dobijati od velikog broja različitih biljaka.

Biomasa se može pretvoriti u iskoristive oblike energije poput metan gasa ili transportnih goriva poput etanola ili biodizela. Otpad koji truli, kao i poljoprivredni i ljudski otpad, svi oslobadjaju metan gas. Usevi, poput kukuruza ili šećerne trske, mogu biti fermentisani kako bi se dobilo transportno gorivo etanol. Biodizel, drugo transportno gorivo, može se proizvoditi od ostataka hrane poput biljnih ulja i životinjskih masnoća.

Biomasa za proizvodnju električne energije se koristi širom sveta. U Americi se praktikuje sagorevanje ostataka iz šuma, poljoprivredni otpad se koristi na Mauricijusu i jugoistočnoj Aziji a u Velikoj Britaniji se koristi otpad životinjskog porekla.

Resursi biomase

Istorijski gledano, ljudi koriste biomasu kao izvor energije još otkada su počeli da sagorevaju drva kako bi se zagrejali. Čak i u današnjem modernom svetu, biomasa je jedini izvor energije u domaćinstvima u mnogim zemljama u razvoju. Biomasa je kompletno biološki izvor energije koji se zasniva na ugljeniku, vodoniku i kiseoniku.

Po izvoru biomase od koje se dobijaju, biogoriva se dele u dve glavne kategorije: biogoriva prve generacije i biogoriva druge generacije. Biogoriva prve generacije se dobijaju iz izvora poput kukuruza ili šećerne trske. Šećeri prisutni u biomasi se fermentuju da bi se dobio bioetanol, alkoholno gorivo koje se dalje može koristiti za dobijanje električne energije ili se može koristiti kao aditiv benzinu. Biogoriva druge generacije kao izvor za dobijanje goriva koriste biomasu od nejestivih otpada poput: poljoprivrednih otpadaka ili otpadaka nastalih prilikom obrade drveta. Iako biogoriva druge generacije imaju veliki potencijal, ekonomski još uvek nisu isplatljiva za proizvodnju zbog nesavršenosti u tehnološkom procesu proizvodnje.

Za proizvodnju biomase uzgajaju se specijalne sorte biljaka koje se kasnije koriste kao gorivo a koje daju visok prinos biomase po hektaru sa malom potreošnjok djubriva za uzgoj. Odličan primer za ovakvu biljnu kulturu je pšenica, koja u proseku daje 7,5-8 tona pšenice po hektaru i 3,5-5 tona slame po hektaru. Pšenica se može iskoristiti za dobijanje tečnih transportnih goriva, dok se od slame može dobiti toplotna ili električna energija. Od biljne biomase se takodje može od celuloze dobiti glukoza kroz seriju hemijskih tretmana, a dobijeni šećer se može iskoristiti kao biogorivo prve generacije.

Toplotna konverzija biomase

Pri procesu toplotne konverzije toplota se koristi kao primarni mehanizam za konvertovanje biomase u drugi hemijski oblik. Energija koja se dobija sagorevanjem biomase (npr. sagorevanjem drva) pogotovo je pogodna za korišćenje u zemljama gde drveće raste brzo, odnosno u tropskim zemljama. U tipičnoj elektrani na čistu biomasu efikasnost je od 7-30%, dok ukoliko se biomasa kombinuje sa ugljem efikasnost raste na 40%.

Hemijska konverzija biomase

Hemijski procesi se koriste da bi se biomasa konvertovala u neki oblik pogodniji za upotrebu - najčešće za proizvodnju goriva koje se najviše koristi. Najčešće je prvi korak u hemijskoj konverziji biomase plinifikacija, a taj korak je i najrizičniji i najskuplji. Plinifikcija se odvaja pri atmosferskom pritisku i prouzrokuje nepotpuno sagorevanje biomase pri čemu nastaje mešavina gasova koja se sastoji od ugljen monoksida, vodonika i metana. Dobijena mešavina gasova se može koristiti u motorima sa unutrašnjim sagorevanjem ili kao zamena za lož ulje.

Biohemijska konverzija biomase

Kako je biomasa prirodni materijal, mnogi visoko efikasni biohemijski procesi su razvijeni u prirodi kako bi se razgradili molekuli biomase. Mnogi od ovih biohemijskih procesa se mogu podsticati i kontrolisati. Za ove procese koriste se različiti mikroorganizmi, bakterije i enzimi.

Uticaj na životnu sredinu

Biomasa je deo zatvorenog ugljeničkog kruga. Ugljenik koriste biljke tokom rasta, prilikom spaljivanja biomase ugljen dioksid se ponovo oslobadja u atmosferu. Ukoliko se konstantno sadi ista količina drveća koja se spaljiuje, ovaj oblik energije neće imati značajniji uticaj na zagadjenje životne energije.

Biomasa se smatra obnovljivim izvorom energije, ali ukoliko se spaljivanje mase vrši nekontrolisano i bez obnavljanja šuma, može se doprineti zagadjenju životne energije.