ikona
1. Stupeň
Studijní témata pro 1. stupeň základní školy.

Neobnovitelné zdroje energie

Jako neobnovitelný zdroj energie označujeme suroviny, jejichž vyčerpání se předpokládá během maximálně stovek let, jejich obnovení by však trvalo mnohonásobně déle. Jejich těžba  zpracování navíc poškozují životní prostředí.

tezba_uhli_velka

Jsou to především fosilní paliva – uhlí, ropa, zemní plyn, rašelina, hořlavé písky, hořlavé břidlice. Mezi neobnovitelné zdroje patří i jaderná energie, protože zásoby štěpných materiálů jsou také neobnovitelné. Dle BP Statistical Rewiew 2011 existuje přes 860 ml. tun prokázaných uhelných zásob; tzn., že existuje dost uhlí, aby pokrylo spotřebu po asi 118 let při současném tempu těžby.

Na rozdíl od životnosti zásob uhlí, životnost prokázaných zásob ropy a zemního plynu je asi 46,2 a 58,6 let při současné úrovni exploatace.

Uhelné zásoby jsou celosvětově dostupné v téměř každé zemi, s těžitelnými zásobami v asi 70 zemích. Největší zásoby jsou v USA, Rusku, Číně a Indii.

Uhlí

Uhlí vznikalo z velkých stromovitých rostlin v době před mnoha miliony roky. Tehdy bylo podnebí teplé a vlhké. Odumřelé či vichřicemi vyvrácené kmeny padaly do bahnité vody, kde nemohly tlít. Časem přibývaly stále nové vrstvy a dřevo se dostávalo hluboko pod povrch. Pod tlakem a za zvýšené teploty se dřevo po miliony roků měnilo v uhlí. Většina světových zásob uhlí se začala tvořit v období karbonu (prvohory), geologické epoše, která začala před 360 milióny let a skončila před 286 milióny let. Hnědé uhlí je o něco mladší, vznikalo před 250 mil. lety na počátku druhohor.

Uhlí je hnědá, černá nebo hnědočerná hořlavá hornina. Získává se těžbou z povrchových nebo hlubinných dolů. Uhlí je složeno především z uhlíku, vodíku a kyslíku, obsahuje však také další chemické prvky především síru a příměsi radioaktivní (uran a thorium).

Uhlí je nejčastěji používané pro výrobu tepla a elektřiny. Velká část světové výroby elektřiny (42%) využívá spalování uhlí, které probíhá v klasických uhelných respektive v tepelných elektrárnách.

Druhy uhlí

  • Lignit –  také označovaný jako hnědé uhlí je nejméně kvalitní druh uhlí. Užívá se výhradně pro výrobu elektřiny nebo výrobu technologického tepla. Je třetihorního původu.
  • Hnědé uhlí – používá se k vytápění domácností nebo k výrobě tepla a elektřiny
  • Černé uhlí – má vysokou hustotu, jeho barva je obvykle černá až hnědočerná. Je prvohorního a druhohorního původu.
  • Antracit – jde o nejkvalitnější uhlí, používá se na vytápění a k výrobě chemikálií.

Uhlí ve světě

Odhady zásob uhlí na světě se pohybují od 1004 bilionů t (zásoba na 130 let) po 861 bilionů t (zásoby na 112 let). Zásoby jsou cca v 70ti zemích světa. Největší zásoby má USA, Rusko, Čína a Indie.

Kolem ¾ uhlí vytěženého na světě je použito na výrobu elektrické energie a přes 20 % je využito železářským průmyslem. Uhlí poskytuje 41 % světové elektřiny a zůstalo klíčovým přírodním zdrojem pro výrobu elektřiny během posledních čtyř desetiletí. Uhlí je také užívané jako zdroj energie pro produkci 64 % oceli a 30 % hliníku světa.

Uhlí v ČR

ČR patří k zemím, jež těží černé i hnědé uhlí. Podle České geologické služby je v těžebních lokalitách 206 mil. t vytěžitelných zásob černého uhlí a 863 mil. t vytěžitelných zásob hnědého uhlí. V roce 2011 Česko vytěžilo 11,3 mil. tun černého a 46,6 mil. tun hnědého uhlí.

Za hranicemi tzv. ekologických limitů se potom v rámci zmíněných podkrušnohorských pánví nachází ještě cca 3,8 miliard tun v současnosti využitelného hnědého uhlí. Ekologické limity- územní limity těžby hnědého uhlí byly stanoveny usnesením vlády České republiky č. 444 z roku 1991. Usnesení definuje dobývací prostory a oblasti, které by měly zůstat nevytěženy. Hlavním důvodem byla ochrana životního prostředí a krajiny v oblasti severních Čech.

Celkem bylo dosud historicky v ČR do konce roku 2010 vytěženo 5,168 miliard tun hnědého uhlí. Na sokolovskou hnědouhelnou pánev připadalo 1,119 miliard tun a severočeskou hnědouhelnou pánev potom 4,049 miliardy tun.

Ze statistik Českého statistického úřadu (ČSU), uhelných společností a expertních výpočtů vyplynulo, že v roce 2010 bylo pro oblast energetiky a teplárenství celkem dodáno 44,025 milionů tun hnědého uhlí. Nejvíce z toho – 60,3 % tj. 26,530 milionů tun směřovalo do energetických zařízení společnosti ČEZ, a.s. Velcí nezávislí výrobci elektrické energie a tepla (instalovaný výkon vyšší než 20 MWe, případně spotřeba uhlí vyšší než 30 000 tun za rok) odebrali 13,535 milionů tun (30,7 %). Ostatní dodávky včetně maloodběratelů a domácností představovaly 2,802 milionů tun (6,4 %). Nepatrné množství z celkového objemu bylo též exportováno – 1,160 milionu tun (2,6 %).

Nejvíce hnědého uhlí bylo v roce 2010 spotřebováno k výrobě elektřiny (83 %) – 62 % zdroje ČEZ, 21 % ostatní nezávislí. Výroba tepla spotřebovala 17 % uhlí (15 % nezávislí výrobci, 2 % ČEZ). Na výrobě elektřiny v ČR se hnědé uhlí podílí zhruba jednou polovinou. Jeho podíl na centrální výrobě tepla v ČR pak představuje cca 43 %.

Uhelné elektrárny však životní prostředí zatěžují emisemi, které lze rozdělit na plynné a pevné. Z plynných emisí je nejzávažnější koncentrace oxidu siřičitého (SO2), oxidů dusíku (oxid dusičitý: NO2, oxid dusnatý: NO), uhlovodíků (CxHy) a oxidu uhelnatého (CO). Pevné škodliviny představují prašné částice, které známe jako popílek a saze, dále je nezanedbatelný úlet těžkých kovů.

Spalování uhlí je zdrojem největší škály emisí, při spalování ropy vznikají prakticky shodné škodliviny ovšem bez popílku, při spalování zemního plynu vzniká více oxidů dusíku, méně oxidu uhličitého a tvoří se saze.

Ropa

Ropa je směsí přírodních látek, která vznikla fyzikálně chemickými procesy během mnoha milionů let. Původ ropy je převážně organický a přepokládá, že ropa je tvořena rozloženými zbytky malých organismů, jež žily v oceánech před miliony let. Po svém uhynutí byly překryty vrstvou sedimentů. Časem tíha těchto vrstev přeměnila těla mrtvých organismů a dala vzniknout surové ropě.

ropna_plosina

Ropa se dobývá čerpáním z hloubkových vrtů provedených různými postupy a zařízeními. Těžba a přeprava ropy s sebou nesou ekologická rizika v podobě možné havárie a zamoření velkých území.

Ropa je pro současnou civilizaci především zdrojem energie. Ropa je také jednou z nejdůležitějších surovin pro chemický průmysl. Zpracováním ropy v rafineriích se zajišťuje výroba topných plynů a olejů, pohonných hmot pro vozidla, letadla a lodě, výroba motorových, průmyslových a topných olejů, výroba rozpouštědel, parafínu, polymerů, asfaltu a výroba základních chemikálií pro navazující odvětví chemického průmyslu.

Produkce ropy

Celková produkce ropy je více než 80 tis. barelů ropy denně. 1 barel ropy v závislosti na druhu ropy váží od 96,972 kg do 166,92 kg.

Odhady světových zásob se velmi liší, nejvíce ověřených zásob ropy se předpokládá ve Venezuele, Saudské Arábii, Íránu, Iráku a Kuvajtu.

V ČR se v současné době pohybuje těžba ropy mezi 300 – 400 tis. m3. Ložiska se nachází na Moravě v převaze na jihu.

Budoucnost ropy

Je skutečností, že těžba, nejenom, ropy se blíží svému vrcholu. Se vzrůstající cenou výrazně ovlivněnou rostoucí poptávkou, se hledají zásoby ve stále složitějších oblastech (ať již hloubkou, přístupností nebo vydatností ložisek) a také se hledají způsoby jak těžbu z existujících ložisek prodloužit a optimalizovat.

Ekologické havárie související s ropou

Dne 20. dubna 2010 v důsledku nedbalosti explodovala Ropná plošina Deepwater Horizon v Mexickém zálivu a krátce nato se potopila. Výbuch zabil 11 lidí a od toho dne až do 4. srpna uniklo z poškozeného nově vyhloubeného vrtu v hloubce 1500 m do moře téměř 800 milionů litrů ropy. Poškozeno bylo pobřeží pěti amerických států, v délce asi 650 km, včetně ekologicky citlivých mokřadů v deltě Mississippi. Podle Amerického centra pro biodiverzitu zahynulo na 6 tisíc mořských želv, 26 tisíc delfínů a velryb, 82 tisíc ptáků a nespočetné množství ryb a bezobratlých živočichů. Ekologická katastrofa, kterou únik ropy způsobil, je největší v dějinách USA.

Název Exxon Valdez nesl ropný tanker společnosti Exxon Mobil, jehož havárie je považována za jednu z největších ekologických katastrof způsobenou člověkem. Dne 24. 03. 1989 loď ztroskotala po najetí na útes v zálivu prince Williama u pobřeží Aljašky. Z vraku uniklo 42000 t ropy, které zamořili jak oceán (28000 km2), tak pobřeží (v délce 2100 km) a především tisíce živočichů zde žijících. Příčinou byla především vina kapitána lodi. Na odstraňování následků se podílelo více než 11000 dobrovolníků.

Moře a pobřeží od Španělska až po Skotsko znečistilo cca 63000 t topného oleje z havárie tankeru Prestige, který se dostal do problémů v bouři 13. listopadu 2002. Běžná tekutá ropa by nenadělala tolik škody jako těžký topný olej – mazut. Na pobřeží se z něj utvořil tuhý asfalt, obsahující polyfenily, těžké kovy a další toxické prvky, z nichž velké množství snadno proniká do živých buněk a je karcinogenních. Většina mořských měkkýšů se pod nánosem mazutu udusila, zahynuly desítky malých delfínů a vodních želv. Údajně zahynulo až 250000 ptáků, což by byla největší ekologická katastrofa svého druhu v Evropě.

Zemní plyn

Zemní plyn je přírodní hořlavý plyn. Jeho hlavní složkou je methan (obvykle přes 90 %) a ethan (1–6 %). Díky tomu, že obsahuje především methan, má v porovnání s ostatními fosilními palivy při spalování nejmenší podíl CO2 na jednotku uvolněné energie. Je proto považován za ekologické palivo.

Ve vozidlech se využívá ve stlačené (CNG) nebo zkapalněné podobě (LNG). Jelikož se zemní plyn vyskytuje velice často spolu s ropou (naftový zemní plyn) nebo s uhlím (karbonský zemní plyn), přiklánějí se teorie jeho vzniku nejčastěji k tomu, že se postupně uvolňoval při vzniku uhlí nebo ropy jako důsledek postupného rozkladu organického materiálu. Těží se ze země nebo z mořského dna, obvykle z mnohasetmetrových hloubek.

Prokázané (prověřené) zásoby zemního plynu, které jsou ekonomicky těžitelné při současné technické úrovni, dosahují 164 tisíc miliard m3 a vydrží při současné těžbě cca do roku 2060. Největšími zásobami se mohou chlubit Rusko, Írán, Katar, Saudská Arábie a USA.

Uran

Uran je radioaktivní chemický prvek, kov, patří mezi aktinoidy. Prvek objevil v roce 1789 Martin Heinrich Klaproth, v čisté formě byl uran izolován roku 1841 Eugene-Melchior Peligotem.

Prvek byl pojmenován podle tehdy nově objevené planety Uran, která dostala jméno podle boha Urana v řecké mytologii (otec Titánů a první bůh nebes, manžel bytosti Gaia). Uran se tak stal prvním prvkem pojmenovaným podle planety – později následovaly ještě neptunium a plutonium.

Energie v atomu

Obrovské množství energie lidé objevili v atomu – a naučili se tuto energii využívat k výrobě elektrické energie.  Místo fosilních paliv se v atomových elektrárnách k ohřívání vody využívá štěpení uranu (dosud izotopu 235), při kterém se uvolňuje velké množství energie.

Namísto 1 tuny uhlí se spotřebuje jen přibližně 10g  gramů jaderného paliva. 

Zdálo by se tedy, že je vše vyřešeno – vždyť z atomových elektráren žádný oxid uhličitý, ani jiné plyny neunikají. Bylo by to výborné, kdyby však s těmito elektrárnami nebyly spojeny obrovské obavy z  jejich havárií a nejistota, že by při jejich rozsáhlém využívání mohlo docházet i k celkovému zvyšování radioaktivity v prostředí vzhledem k dosud nevyřešenému způsobu nakládání s vyhořelým jaderným odpadem.

jaderna_elektrarna

Jaderná energie

Jaderná energie je energie, která existuje a uvolňuje se z jaderných reakcí v atomovém jádře. Jaderné zdroje mají nyní přibližně 17% podíl na světové výrobě elektřiny a přibližně 7% podíl na spotřebě energie celkově.

V současnosti se průmyslově využívá štěpná reakce uranu nebo plutonia, uvažuje se rovněž o využití thoria. Předmětem intenzivního výzkumu je praktické využití termonukleární syntézy (především přeměna vodíku na hélium).

Jaderné reaktory se také používají k pohonu lodí a ponorek, k výrobě izotopů pro další využití a k výzkumu, ojediněle k odsolování mořské vody, zároveň se (většinou jako vedlejší produkt při výrobě elektřiny) využívají k vytápění či ohřevu vody.

V souvislosti s obavami z globálního oteplování se význam jaderných elektráren neustále zvyšuje. Jde totiž o elektrárny, které vyrábějí elektřinu v základním zatížení, a přitom neemitují skleníkové plyny. V současné době provoz jaderných elektráren ve světě snižuje emise CO2 o 2,6 mld. tun a mnoho milionů tun SO2, NOx a prachových částic ročně. Např. německé jaderné elektrárny zamezily jen v roce 1997 emisím 160 mil. tun CO2 (za léta 1961 až 1997 emisím 2,6 mld. tun tohoto „skleníkového“ plynu). V případě USA jde za rok o 5 mil. tun SO2  a 2,5 mil. tun NOx.

V USA se v roce 1998 na snižování emisí CO2 podílely jaderné elektrárny z 47,2 %, ostatní typy elektráren z 28,5 % (alternativní zdroje energie z 17,5 % a ostatní průmysl z 4,7 %).

Zvýšení výroby elektřiny v jaderných elektrárnách je tedy nejjistější a nejrychlejší cestou ke snižování emisí CO2. Bez jaderné energie nelze dosáhnou ani cílů obsažených v protokolu z Kjóta.

Jaderná energetika může přispět ke snížení ekologického zatížení i jinak, např. spoluprací s uhelným průmyslem. Jednou z možností je zplyňování uhlí pro výrobu čistějšího paliva využitelného ekonomičtějším způsobem. Pro zplyňování je nutné dodat 50 % další energie. Pokud by touto energií bylo zase uhlí, byl by proces neefektivní a nadále neekologický (uvolňoval by se CO2.)

Synergické využití jaderné energie a energie z fosilních paliv je již dnes proveditelné a efektivní. Nelze opomenout ani fakt, že přinese omezení závislosti zemí EU na dovozu ropy a zemního plynu (značná část dovozu prochází z regionů, které jsou považovány za politicky a ekonomicky nestabilní).

Evropská komise odhaduje, že v roce 2020 bude EU muset dovážet asi 70 % uhlí (oproti dnešním 50 %) a závislost na dovážené ropě a zemním plynu bude v tomtéž roce dosahovat 80 až 90 %.

0

Diskuse


Zapojte se do diskuse!