Fosílne z dreva na benzín a obnoviteľné palivá vo veľkom porovnaní - Watson
Stále žijeme vo veku fosílnych palív: štyri pätiny globálnej spotreby energie pokrývame ropou, plynom a uhlím. V porovnaní s fosílnymi palivami majú obnoviteľné zdroje energie stále svoju medzeru. To je problematické nielen z dôvodu obmedzených fosílnych zdrojov, ale ešte viac z dôvodu ich rozhodujúceho príspevku k globálnemu otepľovaniu.
Tento príspevok však nie je rovnaký pre rôzne fosílne palivá a emisie CO2 sa môžu vyskytnúť aj pri obnoviteľných zdrojoch energie. Tento prehľad ukazuje výhody a nevýhody rôznych palív.
Emisie CO2 sú obzvlášť vysoké v uhoľných elektrárňach. Obrázok: Shutterstock
Palivá a palivá
Energiu uloženú v týchto nosičoch energie využívame ich spaľovaním. V závislosti od zamýšľaného použitia sa hovorí o Palivá - ak je to o termálna energia funguje ako kúrenie - alebo z Palivá, ak mechanická energia sa používa napríklad na riadenie stroja. Často sa na to používa tento výraz palivo.
Fosílne zdroje energie
Fosílne palivá pozostávajú z pozostatkov mŕtvych živých vecí, ktoré žili veľmi dávno. Napríklad čierne uhlie, najstaršia z týchto surovín, sa vyrábalo z rastlín, ktoré rástli v močaristých lesoch karbónskeho a permského pohoria pred 350 až 280 miliónmi rokov. Ich zvyšky sa hromadili a vytvorili hrubé vrstvy sedimentu, z ktorých sa v priebehu dlhého procesu tvorili uhoľné sloje. Takto vzniklo aj hnedé uhlie, ale iba pred 65 až 2 miliónmi rokov. Ropa a zemný plyn sú tiež organické zvyšky, ktoré pozostávajú hlavne z planktónu.
Vznikli pred miliónmi rokov: uhoľná sloj. Obrázok: Shutterstock
Rovnako ako predtým, nové ložiská sa neustále formujú, pravda, v takom malom rozsahu, že fosílne zdroje sa musia považovať za obmedzené. Pri spaľovaní fosílnych palív sa CO2, ktorý sa pred miliónmi rokov odstránil z atmosféry rastom rastlín, uvoľňuje späť do ovzdušia.
Viac informácií o zmene podnebia:
uhlie
Uhlie, najmä čierne uhlie, má pomerne vysokú výhrevnosť, aj keď je nižšia ako ropa. Surovina nemusí byť spracovaná zložitým spôsobom a v súčasnosti sa používa hlavne v elektrárňach na výrobu elektriny. Veľké množstvá sa používajú aj pri výrobe ocele. Uhoľné elektrárne sú schopné základného zaťaženia, čo znamená, že môžu dodávať energiu trvale a spoľahlivo.
Čierne uhlie. Obrázok: Shutterstock
K dispozícii sú najväčšie zásoby tohto fosílneho paliva na svete: Ak sa použijú rovnako, odhaduje sa, že by vydržali 150 až 200 rokov. Ale pretože sa pri spaľovaní uhlia uvoľňuje do atmosféry viac CO2 ako v prípade ropy a zemného plynu, tieto zásoby sa nedajú vyčerpať, inak hrozí klimatická katastrofa. Metódy zachytávania a skladovania skleníkových plynov (technológia CCS) sú v súčasnosti príliš drahé.
Pri spaľovaní uhlia sa uvoľňuje nielen extrémne veľké množstvo CO2. Vyrába sa tiež oxid siričitý (SO2) a oxidy dusíka (NOx), najmä s lignitom. Okrem toho sa do životného prostredia uvoľňujú ťažké kovy a jemný prach - v menšom množstve, a to aj pri použití moderných systémov na čistenie spalín.
Viac o uhlí:
olej
Surová ropa vyťažená z ložísk sa spracováva v rafinériách na palivo a palivá, ale aj na suroviny pre chemický priemysel. Medzi výhody ropy patrí jej veľmi vysoká energetická hustota a porovnateľne nízke výrobné náklady (pri konvenčnej výrobe). Navyše sa ľahko prepravuje a dá sa použiť na výrobu tepla, výrobu elektriny a ako palivo.
Pri spaľovaní ropy sa, podobne ako pri uhlí, uvoľňuje CO2, aj keď v menšej miere. To platí aj pre plasty vyrobené z ropy. Financovanie je tiež spojené s emisiami CO2, a to v obzvlášť vysokej miere v prípade spôsobov financovania, ako je frakovanie. Ďalšia nevýhoda spočíva v konečnej povahe tohto zdroja - vývoj je čoraz zložitejší a riskantnejší. Okrem toho existujú značné vklady v politicky nestabilných regiónoch.
Viac informácií o rope:
Vykurovací olej
Vykurovací olej sa vyrába z ropy a dodáva sa v rôznych stupňoch kvality. Ťažký vykurovací olej zvyčajne obsahuje viac síry, ktorá pri spaľovaní vytvára oxid siričitý (SO2). V opačnom prípade vykurovací olej horí hlavne za vzniku CO2 a vodnej pary. Emisie CO2 a znečisťujúcich látok nie sú také vysoké ako v prípade uhlia, ale výrazne vyššie ako v prípade zemného plynu.
Nádrže na vykurovací olej zaberajú veľa miesta. Obrázok: Wikimedia
Vykurovací olej sa vyznačuje veľmi vysokou výhrevnosťou, musí sa však zložito vyrábať a odsírovať v rafinériách. Zaberá tiež veľa miesta na ukladanie. Ďalšou nevýhodou vykurovacieho oleja je, že už pri malom množstve môže byť veľké množstvo pitnej vody nepožívateľné. Môže sa to stať napríklad v prípade netesnosti olejovej nádrže a prieniku vykurovacieho oleja do zeme.
benzín
Automobilový benzín je zmesou relatívne ľahkých uhľovodíkov, má veľmi vysokú výhrevnosť a - v porovnaní s inými palivami rafinovanými zo surovej ropy - nízke emisie CO2 na kWh. Emisie CO2 však vznikajú aj pri výrobe z konvenčne získavaného oleja; sú okolo 10 percent tých, ktoré sa vyskytujú počas spaľovania.
Automobilový benzín je dôležité palivo. Obrázok: Shutterstock
Benzín môže viesť k zvýšeniu oktánového čísla a odolnosti proti nárazom. Pretože to vedie k ďalším toxickým výfukovým emisiám, vo Švajčiarsku je iba bezolovnatý benzín - s výnimkou leteckého paliva. Benzín však môže obsahovať aj prísadu až do 10 percent etanolu, čo je zvyčajne bioetanol získaný z rastlín. Na výrobu takéhoto benzínu sa používa menej ropy a emisie CO2 zo spaľovania sú o niečo nižšie. Výfukové plyny navyše obsahujú menej oxidu uhoľnatého.
Viac o benzíne:
nafta
Svojím zložením je nafta podobná vykurovaciemu oleju. Rovnako ako v prípade benzínu, aj pri výrobe nafty sa vytvárajú emisie CO2, ktoré tvoria asi 10 percent emisií vznikajúcich pri spaľovaní. Palivo je v porovnaní s benzínom horľavejšie; pretože sa tiež odparuje menej rýchlo, je menej emisií z odparovania.
Čo sa týka objemu, nafta má o niečo vyššiu hustotu energie ako benzín. Obrázok: Shutterstock
Výhrevnosť nafty na liter je o niečo vyššia ako u benzínu kvôli vyššej hustote a vzhľadom na hmotnosť je o niečo nižšia. Tento vyšší obsah energie spolu s zvyčajne lepšou účinnosťou naftových motorov vedie k nižšej spotrebe v porovnaní s benzínom. Počas spaľovania sa však do životného prostredia uvoľňuje viac CO2 a častíc, ako je jemný prach. V lodných motoroch sa často používa lacnejšia lodná nafta, ktorá obsahuje podstatne viac síry.
Viac o nafte:
Petrolej
Petrolej - tiež známy ako letecké palivo - sa vyrába zo surovej ropy v rafinériách a odsíri sa ako vykurovací olej. Je chemicky podobný motorovej nafte, ale má nižšiu hustotu. Vďaka vyššej teplote varu ako benzín sa petrolej nezapáli príliš skoro a horí takmer bez zvyškov. Kvapalné palivo sa používa hlavne v plynových turbínach, najmä v leteckých motoroch. Palivo sa tiež menej často používa v špeciálne navrhnutých naftových motoroch.
Petrolej sa používa hlavne v leteckých motoroch. Obrázok: Shutterstock
Kalorická hodnota je mierne nižšia ako výhrevnosť benzínu a extra ľahkého vykurovacieho oleja, ale vyššia ako výhrevnosť ťažkého vykurovacieho oleja. Rovnako ako u iných fosílnych palív, aj pri spaľovaní petroleja vzniká hlavne CO2 a vodná para - na kilogram paliva je to okolo 3,15 kilogramu CO2 a 1,23 kilogramu vodnej pary. To zhruba zodpovedá pomeru, ktorý sa vyskytuje aj v naftových motoroch.
Viac o petroleji:
zemný plyn
Horľavý plyn pozostáva hlavne z metánu (CH4), pričom H-plyn (vysoko kalorický plyn) obsahuje najmenej 87 percent metánu, a preto má vyššiu výhrevnosť ako plyn L. Celkovo je výhrevnosť zemného plynu pomerne vysoká; je vyššia ako u čierneho uhlia, ale je nižšia ako v prípade benzínu alebo nafty. Zemný plyn sa ťaží z podzemných zásobníkov, zvyčajne spolu s ropou. Takto je zemný plyn obmedzeným zdrojom, ktorý vydrží asi 70 rokov, ak zostane rovnaká spotreba.
Cisterny na zemný plyn. Obrázok: v leteckých motoroch
Zo všetkých fosílnych palív má zemný plyn najnižšie emisie CO2 a spaľuje s nízkymi emisiami. Počas ťažby a prepravy sa však uvoľňujú aj skleníkové plyny - najmä nespálený metán, ktorý je asi 30-krát klimaticky účinnejší ako CO2. Zemný plyn je možné využiť rôznymi spôsobmi: vďaka krátkym dobám nábehu je vhodný na výrobu elektriny v elektrárňach, ale je možné ho dobre kombinovať aj so solárnou tepelnou energiou. Ďalšou výhodou je, že sa dá distribuovať po sieťach.
Viac o zemnom plyne:
Obnoviteľné zdroje energie
Medzi obnoviteľné energie patrí nielen biomasa - tu chápaná v energeticko-technickom zmysle - a drevo, ale aj vodná energia, veterná energia, geotermálna energia a fotovoltaika. Tu sa však berú do úvahy iba obnoviteľné palivá. Na rozdiel od fosílnych palív je drevo a biomasa obnoviteľné, to však neznamená, že nevyhnutne musia mať neutrálnu rovnováhu CO2.
Ak je drevo obhospodarované udržateľným spôsobom, je obnoviteľným zdrojom energie. OBRÁZOK: KĽÚČOVÝ KAMEŇ
Viac informácií o prechode na energiu:
Drevo je jedným z najdlhšie používaných palív, ktoré ľudstvo používa; Ako obnoviteľná surovina je ako súčasť biomasy jedným z obnoviteľných zdrojov energie. Drevo pozostáva hlavne z celulózy a lignínu, ale má tiež značné množstvo vody. Chemicky sa drevo skladá hlavne z uhlíka, vodíka, kyslíka a dusíka. Spaľovanie preto primárne produkuje CO2 a vodné pary - hoci emisie CO2 z dreva sú významné iba vtedy, ak surovina pochádza z neudržateľnej výroby.
Drevené pelety pred pecou. Obrázok: Shutterstock
Okrem CO2 sa pri spaľovaní uvoľňujú do životného prostredia aj toxické znečisťujúce látky, vrátane oxidu uhoľnatého (CO), malého množstva ťažkých kovov a jemného prachu. Predovšetkým znečistenie tuhými časticami by sa nemalo podceňovať, napríklad v prípade otvorených krbov. K tejto záťaži prispieva najmä drevná kôra, ktorá by sa preto nemala spaľovať.
Výhrevnosť dreva sa líši od druhu dreva k druhu dreva a závisí tiež od obsahu vody. Pri 50 percentách vody je výhrevnosť iba o polovicu vyššia ako pri suchom dreve s obsahom vody 15 percent. Celkovo je však výhrevnosť výrazne nižšia ako výhrevnosť vykurovacieho oleja alebo zemného plynu. V prípade menších spaľovacích systémov sa drevo prednostne spracováva na pelety, ktoré sa dajú ľahko prepravovať a skladovať. Veľké priemyselné závody však majú tendenciu pracovať s väčšími guľatinami alebo drevnou štiepkou. Relatívne nízka hustota energie dreva znamená, že priestor potrebný na sklad dreva je podstatne väčší ako priestor na nádrž s vykurovacím olejom s rovnakým energetickým obsahom.
Viac o dreve:
Biomasa
Biomasa je najuniverzálnejšou z obnoviteľných energií - obsahuje pevné, kvapalné a tiež plynné látky, ktoré sa používajú na výrobu elektriny, na vykurovanie alebo ako palivo. Všetky sú biologického pôvodu. To platí aj pre fosílne palivá, ktoré sa však nepočítajú ako biomasa, pretože sa zvyčajne oddeľujú od biosféry a pochádzajú veľmi dávno. Na druhej strane sa biomasa nemenila geologickými procesmi. Väčšina biomasy je fytomasa, teda rastlinného pôvodu. Rozlišuje sa medzi lignifikovanou a inou biomasou, ktorá zahŕňa aj biomasu živočíšneho pôvodu, ako je tekutý hnoj alebo odpad z bitúnkov.
Elektráreň na biomasu. Obrázok: Shutterstock
Asi desať percent globálneho energetického dopytu pokrýva biomasa. Palivá vyrobené z biomasy preto významne prispievajú k ochrane podnebia, pretože pri spaľovaní neuvoľňujú viac CO2, ako ich predtým absorbovali rastliny - ide o uzavretý cyklus CO2. Mimochodom, CO2 sa uvoľňuje aj vtedy, keď sa biomasa nepoužíva a hnije. Je preto v zásade neutrálny z hľadiska klímy. Jednou výhodou biomasy je, že nie je kolísavá ako iné obnoviteľné zdroje energie, t. J. Ako solárna energia alebo veterná energia, je závislá od slnečného žiarenia a sily vetra.
Biomasa však nie je klimaticky neutrálna, ak napríklad lesy rúbu, ale nie sú regenerované. To platí aj v prípade, keď sa energetické plodiny - ako kukurica alebo repka - pestujú špeciálne na výrobu energie a fosílne palivá sa používajú na pestovanie, zber, konverziu a prepravu. Okrem toho existujú emisie N2O z pôdy, ktoré poškodzujú klímu, počas intenzívneho hnojenia dusíkom. Potreba pôdy - často na úkor prírodných ekosystémov - a konkurencia pri pestovaní potravín sú tiež problematické pri týchto energetických plodinách.
Energetické plodiny, ako napríklad repka, spotrebujú veľké množstvo ornej pôdy. Obrázok: Shutterstock
Bioplyn, etanol (alkohol) alebo bionafta, ktoré sa získavajú z biomasy rôznymi procesmi, sú obzvlášť vhodné ako priame náhrady za fosílne palivá. Bioplyn je možné vylepšiť na kvalitu zemného plynu zložitým procesom. Jeho výhrevnosť je asi taká vysoká ako v prípade zemného plynu. Ak sa tento takzvaný biometán vyrába z odpadových produktov, má najlepšiu ekologickú rovnováhu zo všetkých biopalív.
Bionafta. Obrázok: Shutterstock
Bionafta sa často pridáva do konvenčnej nafty, od ktorej sa chemicky líši. Jeho energetická hustota je o niečo nižšia, ale neobsahuje žiadnu síru. Na rozdiel od nafty je tiež ľahko biologicky odbúrateľný.