Surse Alternative

De Energie

CUPRINS

1) Introducere ..........................pag 2

2) Energia solară ..........................pag 4

3) Energia eoliană ..........................pag 6

4) Energia geotermică ..........................pag 7

5) Energia nucleară ..........................pag 9

6) Hidrogenul ..........................pag 11

7) Surse alternative de energie ..........................pag 14

8) Bibliografie ..........................pag 19

2

1) Introducere

Societatea actuală este un mare consumator de energie sub diferite forme, în industrie, transporturi,

agricultură, în domeniul casnic etc. Consumul de energie pe cap de locuitor este considerat un indicator al

nivelului de trai.

Descoperirea unor noi surse de energie i-a permis omului să treacă la etape superioare de dezvoltare,

caracterizate prin creșterea productivității, a performanțelor tehnice, a gradului de confort, prin scăderea

gradului de poluare.

În acest moment undeva, pe glob, se naşte un copil. O maşină pe benzină a dus-o pe mama lui în

câteva clipe la maternitate. O termocentrală pe cărbune a iluminat spitalul în care micuţul a venit pe lume. O

centrală termică pe gaz a încălzit salonul în care a respirat el pentru prima oară. Dacă vreuna dintre aceste

surse convenţionale n-ar fi furnizat energia necesară, viaţa micuţului ar fi putut fi în pericol.

Lumea civilizată în care trăim depinde în totalitate de diverse surse de energie. În fiecare zi,

depindem într-un fel sau altul de combustibilii fosili – când mergem la serviciu, când gătim ori când ne

iluminăm, încălzim sau răcim locuinţa.

Energia este indispensabilă vieții pe Pământ. Ea există pretutindeni și reprezintă cauza producerii

unor numeroase fenomene: mișcare, lumină, sunet, căldură etc. Există mai multe forme de energie, dar

aproape întreaga energie de pe Pământ provine direct sau indirect de la Soare.

Spre deosebire de sursele de energie artificiale, obținute de om prin transformarea unei forme de

energie în altă formă de energie (exemple: motoare, centrale termice, centrale eoliene etc.), sursele de

energie primară sunt sursele de energie existente în natură și care pot fi folosiste în mod direct.

Spre exemplu, puţini ştiu că producerea hranei în întreaga lume depinde acum de petrol. Petrolul şi

gazele naturale sunt indispensabile fiecărei etape a agriculturii moderne, de la producerea îngrăşămintelor

până la transportul recoltelor. Dar cât de sigure sunt aceste surse de energie ce ţin în viaţă societatea

modernă?

Dintre combustibilii fosili, cărbunele se găseşte în cele mai mari cantităţi. Se spune chiar că

zăcămintele de cărbune vor putea fi exploatate încă 1000 de ani. Însă cărbunele e combustibilul fosil cu cel

mai mare conţinut de carbon, eliberând în atmosferă în urma arderii cu 30 % mai mult carbon pe unitatea de

energie produsă decât petrolul şi cu 80 % mai mult decât gazele naturale.

3

În cazul petrolului găsim alte neajunsuri. Pentru că până acum s-au consumat cantităţi enorme de

barili, se crede că, în ritmul actual de e xtragere, rezervele de petrol vor dura încă 40 de ani. Totuşi, deşi unii

analişti văd în scăderea rezervelor de petrol o problemă, alţii consideră că, cu cât sfârşitul dependenţei

noastre de petrol vine mai repede, cu atât mai bine. Asta deoarece bioxidul de carbon rezultat în urma arderii

de petrol continuă să încălzească planeta, dar, cu toate acestea, economia şi mediul încă sunt tratate de mulţi

ca două lucruri separate.

Pe de altă parte, în următorii 20 de ani se aşteptă ca principala sursă de energie în lume, cu cel mai

rapid ritm de creştere a producţiei, să fie gazele naturale. E cel mai puţin poluant combustibil fosil şi se

crede că în sol există mari zăcăminte. Totuşi, nimeni nu poate şti cu exactitate ce cantitate de gaze naturale

există în realitate până când acestea nu sunt extrase. Fiecare estimare se bazează pe diverse seturi de ipoteze.

Aşadar, e greu să se dea un răspuns clar la întrebarea cât de mari sunt zăcăminetele de gaze naturale.

Apoi, multe state continuă să se bazeze şi pe energia nucleară. Iar asta în pofida unor posibile

dezastre (mărturie stă cel din 1986 de la Cernobâl, din fosta U.R.S.S.). Se ştie că reactoarele nucleare

folosite pentru furnizarea energiei atomice se fisurează în timp, din cauza coroziunii, astfel că evenimente

catastrofale pot apărea oricând.

Având în vedere că actualele surse de energie sunt limitate şi prezintă riscuri majore, apare

următoarea întrebare: Este omul condamnat să distrugă planeta, încercând să-şi potolească „setea” de

energie? E clar că trebuie căutate alternative sigure, nepoluante. Există astfel de surse ce pot fi folosite pe

scară largă? Din fericire, da.

2) Energia solară

Soarele este doar una dintre miliardele de stele, dar este sursa de energie a tuturor ființelor vii de pe

întregul Pământ. Energia solara care ajunge pe Pământ în 40 de minute ar fi de ajuns pentru a acoperi nevoia

de energie pe un an a întregii omeniri.

Energia solară este energia radiantă produsă în interiorul Soarelui în urma reacțiilor de fuziune

nucleară. Ea este transmisă pe Pământ într-o cuantă de energie numită foton, care interacționează cu

atmosfera și suprafața Pământului. Puterea energiei solare într-un punct al planetei depinde, într-un mod

complicat, de ziua anului, momentul zilei și de latitudinea acelui punct.

S-a demonstrat că sursele de energie care ar putea înlocui combustibilul fosil, energia solară oferă

siguranța și acuratețea cea mai mare.

Radiația solară

Atmosfera reflectă aproximativ 30% și absoarbe 20% din radiația solară; astfel, pe suprafața solului

ajung doar 50% din ea. Chiar și așa însă această cantitate este de 170 de milioane de ori mai mare decât

productivitatea marilor centrale.

4

În zonele tropicale aceasta cauzează arderea tufișurilor, focul izbucnind datorită focalizării razelor

solare prin picăturile de rouă, care se comportă ca niște lentile optice. Grecii au utilizat energia solară incă

din 400 i.e.n pentru aprinderea focului, folosind globuri de sticlă pline cu apă. În 200 i.e.n ei foloseau

oglinzi concave în acest scop.

În cuptorul solar modern, lumina solară este folosită pentru a găti, o oglindă (reflectorul) focalizează

razele soarelui pe mâncare sau pe vas. În unele cuptoare solare în loc de oglinda concavă se folosește un

sistem de oglinzi plate pentru a direcționa razele soarelui pe alimente. Pe aceeași idee se bazează și

funcționarea furnalului solar. În Mont Luis, Franța, s-a construit o clădire cu mai multe nivele, cu o latură

acoperită de oglinzi, astfel încât totalitatea lor să formeze o uriașă oglindă concavă. Camera de încălzire din

focar se poate încălzi până la 3000 grad C- la această temperatură topindu-se majoritatea metalelor.

Bateriile solare

Bateriile solare sunt niște instrumente electronice, care utilizează fenomenul fotoelectric pentru

producerea energiei electrice. Într-o fotocelulă se generează o tensiune mică, de aceea trebuie legate mai

multe astfel de celule în serie, pentru ca bateria solară să se poata folosi ca sursa de energie. Fototcelulele

sunt niște plăci subțiri din materiale semiconductoare, de obicei siliciu. Unele sunt făcute din galiu, arseniu,

care sunt tot semiconductoare. Astfel de celule au randamentul mai scăzut, dar sunt funcționale și la

temperaturi mult mai ridicate. De aceea se folosesc pentru alimentarea cu energie a sateliților, mai expuși

radiației solare. Cei mai mulți sateliți artificiali functionează cu ajutorul panourilor solare, asemenea

calculatoarelor și a majorității ceasurilor cu quartz. Avionul solar Challenger a zburat peste Canalul Mânecii

având ca singură sursă de enegie lumina soarelui, panourile solare care îi acopereau aripile generau suficient

curent pentru a roti cu o turație corespunzătoare elicea.

Curent fără rețea de transport la distanță

În locurile mai puțin accesibile, mai izolate de lume, cea mai mare parte a curentului necesar unei

gospodării este furnizată de panourile solare. O parte din curentul astfel generat este folosită pentru

încărcarea unor acumulatori, astfel alimentarea cu energie electrică nu se întrerupe odată cu lăsarea serii.

Bateriile solare oferă o siguranță mare. Odată montate, aproape nu necesită revizie, ani întregi pot

funcționa fără nicio supraveghere.

Încă din anii 60 sateliții artificiali de telecomunicații sunt

alimentați cu ajutorul unor panouri solare enorme. Varianta cea mai

avansata este stația Freedom , care a fost lansată în jurul Pământului la

sfârșitul secolului trecut. Aceasta a fost echipată cu opt panouri soalre,

asemănătoare unor aripi care să transforme lumina solara într-o putere

electrică de 75 KW.

5

Dacă se va realiza proiectul măreț al inginerului American Dr. Peter Glaser, în secolul XXI un

sistem de centrale cosmice va furniza cantitatea de energie electrică necesară omenirii. După concepția Dr.

Glaser, în jurul Pământului s-ar roti o flotă de 40 de sateliți (SPS), centrale solare generatoare de energie din

radiația solară. Energia generată în fotocelule va fi transformata în microunde și acestea ar fi transmise spre

stații de recepție terestre. Aici s-ar realiza retransformarea microundelor în energie electrică. Potrivit

Biroului European pentru Navigația Cosmică, 40 de SPS-uri ar acoperi un sfert din necesarul energiei

electrice a Uniunii Europene în jurul anului 2040.

Există însă o problemă: această radiație de microunde, de putere mare ar arde orice păsare

sau om întâlnit în cale care nu s-ar afla într-o aeronavă din metal. Cu toate acestea mulți savanți sunt extremi

de convinși că mare parte a energiei va fi furnizata în viitor de centralele cosmice.

3) Energia eoliană

Energia eoliană este o sursă de energie regenerabilă generată din puterea vântului. La sfârşitul anului

2006, capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de 73904 MW, acestea producând ceva mai mult de

1% din necesarul mondial de energie electrică.

Deşi încă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ţărilor, producţia energiei eoliene a

crescut practic de cinci ori între 1999 şi 2006, ajungându-se ca, în unele ţări, ponderea energiei eoliene în

consumul total de energie să fie semnificativ: Danemarca

(23%), Spania (8%), Germania (6%).

Turbine de vânt

Vânturile se formează deorece soarele nu încălzeşte

Pământul uniform, fapt care creează mişcări de aer. Energia

cinetică din vânt poate fi folosită pentru a roti nişte turbine,

care sunt capabile de a genera electricitate. Unele turbine pot produce 5 MW, deşi aceasta necesită o viteză a

vântului de aproximativ 5,5 m/s, sau 20 de kilometri pe oră. Puţine zone pe pământ au aceste viteze ale

vântului, dar vânturi mai puternice se pot găsi la altitudini mai mari şi în zone oceanice.

Energia eoliană este folosită extensiv în ziua de astăzi, şi turbine noi de vânt se construiesc în toată

lumea, energia eoliană fiind sursa de energie cu cea mai rapidă creştere în ultimii ani. Majoritatea turbinelor

produc energie peste 25% din timp, acest procent crescând iarna, când vânturile sunt mai puternice.

Se crede că potenţialul tehnic mondial al energiei eoliene poate să asigure de cinci ori mai multă

energie decât este consumată acum. Acest nivel de exploatare ar necesita 12,7% din suprafaţă Pământul

(excluzând oceanele) să fie acoperite de parcuri de turbine, presupunând că terenul ar fi acoperit cu 6 turbine

mari de vânt pe kilometru pătrat. Aceste cifre nu iau în considerare îmbunătăţirea randamentului turbinelor

şi a soluţiilor tehnice utilizate.

6

În contextul actual, caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de producerea energiei din

arderea combustibililor fosili, devine din ce în ce mai importantă reducerea dependenţei de aceşti

combustibili. Energia eoliană s-a dovedit deja a fi o soluţie foarte bună la problema energetică globală.

Utilizarea resurselor regenerabile se adresează nu numai producerii de energie, dar prin modul particular de

generare reformulează şi modelul de dezvoltare, prin descentralizarea surselor. Energia eoliană în special

este printre formele de energie regenerabilă care se pretează aplicaţiilor la scară redusă.

Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanţe poluante şi gaze cu efect de

seră, datorită faptului că nu se ard combustibili.

Nu se produc deşeuri. Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici unui fel de deşeuri.

Costuri reduse pe unitate de energie produsă. Costul energiei electrice produse în centralele

eoliene moderne a scăzut substanţial în ultimii ani, ajungând în S.U.A. să fie chiar mai mici decât în cazul

energiei generate din combustibili, chiar dacă nu se iau în considerare externalităţile negative inerente

utilizării combustibililor clasici.

În 2004, preţul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime faţă de cel din anii 80, iar previziunile sunt de

continuare a scăderii acestora, deoarece se pun în funcţiuni tot mai multe unităţi eoliene cu putere instalată

de mai mulţi megawaţi. [4]

Costuri reduse de scoatere din funcţiune. Spre deosebire de centralele nucleare, de exemplu, unde

costurile de scoatere din funcţiune pot fi de câteva ori mai mari decât costurile centralei, în cazul

generatoarelor eoliene, costurile de scoatere din funcţiune, la capătul perioadei normale de funcţionare, sunt

minime, acestea putând fi integral reciclate.

În România însă nu pot fi folosite cu

success în majoritatea țării centralele eoliene,

deoarece nu dispunem de această sursă de energie,

vântul , așa cum reiese și din acest tabel:

4) Energia geotermică

7

Energia geotermică este o formă de energie obţinută din căldura aflată în interiorul Pamântului. Apa

fierbinte şi aburii, captaţi în zonele cu activitate vulcanică şi tectonică, sunt utilizaţi pentru încălzirea

locuinţelor şi pentru producerea electricităţii.

Tipuri de Centrale Geotermale

Există trei tipuri de centrale geotermale care sunt folosite la această dată pe glob pentru

transformarea puterii apei geotermale în electricitate: 'uscat'; 'flash' și 'binar', depinzând de starea fluidului:

vapori sau lichid, sau după temperatura acestuia.

Centralele 'Uscate' au fost primele tipuri de centrale construite, ele utilizează abur din izvorul geotermal.

Centralele 'Flash' sunt cele mai raspandite centrale de azi. Ele folosesc apa la temperaturi de 360°

F(182° C), injectând-o la presiuni înalte în echipamentul de la suprafață.

Centralele cu ciclu binar diferă fata de primele două, prin faptul că apa sau aburul din izvorul

geotermal nu vine în contact cu turbina,respectiv generatorul electric. Apa folosită atinge temperaturi de

până la 400° F(200°C).

În sectorul energetic din majoritatea statelor europene s-au produs transformări majore determinate

de necesitatea creșterii siguranței în alimentarea cu energie a consumatorilor, iar în cadrul acestei cerințe,

sursele regenerabile de energie oferă o soluție viabilă, inclusiv aceea de protecție a mediului înconjurător.

Siguranța alimentării cu energie a consumatorilor din statele membre ale Uniunii Europene este asigurată în

mod obligatoriu prin luarea în considerare a importurilor, în condițiile liberalizării pieței de energie și în

conformitate cu nevoia stringentă de atenuare a impactului asupra mediului climatic planetar.

Necesitatea de asigurare a unei dezvoltări energetice durabile, concomitent cu realizarea unei

protecții eficiente a mediului înconjurător a condus – în ultimii 10 – 15 ani – la intensificarea preocupărilor

privind promovarea resurselor regenerabile de energie și a tehnologiilor industriale suport. Politica UE în

acest domeniu, exprimată prin Cartea Albă și Directiva Europeană 2001/77/CE privind producerea de

energie din surse regenerabile, prevede ca, până în anul 2010, Uniunea Europeana lărgită va trebui să își

asigure necesarul de energie în proporție de circa 12% prin valorificarea surselor regenerabile. În acest

context, în multe țări europene dezvoltate (Franța, Italia, Germania, Austria), posesoare de resurse

geotermale similare cu cele ale României, preocupările s-au concretizat prin valorificarea pe plan local /

regional, prin conceperea și realizarea unor tehnologii eficiente și durabile, care au condus la o exploatare

profitabilă, atât în partea de exploatare a resurselor (tehnologii de foraj și de extracție din sondele

geotermale), cât și în instalațiile utilizatoare de la suprafață.

În funcție de temperatura înregistrată la sursele hidrogeotermale (valorificate prin foraj și extracție)

din România, geotermia de „joasă entalpie“ se înregistrează la ape de adâncime (cu temperaturi cuprinse

între 25 grade C și 60 grade C) și, respectiv, geotermia de temperatura medie („ape mezotermale“), cu

temperatura de la 60 grade C până la maximum 125 grade C.

8

Resursele geotermale de joasă entalpie se utilizează la încălzire și la prepararea apei calde pentru

consum, în imobile rezidențiale (locuințe), anexe industriale, terțiare – servicii (birouri, spații de învățământ

și educație, spații comerciale și sociale, spitale etc.) sau construcții agrozootehnice (sere, solarii, ferme

pentru creșterea animalelor s.a.).

Limita economică de foraj pentru ape geotermale nu depăsește, în general, 3.300 m și a fost atinsă

numai în anumite zone (de exemplu, bazinul geotermal București Nord sau perimetrele Snagov – Balotești).

În anul 1990, în România se aflau în exploatare curentă 64 de sonde, pentru utilizari locale diverse, precum

asigurarea încălzirii și apei calde la ansambluri de locuințe, clădiri cu destinație publică sau industriale,

construcții agrozootehnice etc.

În prezent se află în funcțiune aproximativ 75 de sonde de tip hidrogeotermal, în zone geografice

diferite, iar potențialul energetic exploatabil în condiții economice depășește 100 mii tep/an.

În România, gradul de valorificare a surselor de energie de origine geotermală este redus, cauza

principala fiind determinată de lipsa unui suport financiar corespunzător, care nu favorizează dezvoltarea

acestui sector energetic cu efecte economico-financiare superioare.

Avantajele acestui sistem, pe lângă energia asigurată, sunt conservarea rezervei de apă și

conservarea presiunii stratului de apă. În SUA, din energiile obținute din surse regenerabile, 5% proveneau

din sursa geotermală și 1% din sursa solară. Exploatarea apei geotermale trebuie să se realizeze prin

utilizarea pompelor submersibile.

5) Energia nucleară

În timpul celui de-al doilea război mondial, oamenii de ştiinţă din Germania şi America s-au întrecut

pentru a face o bombă puternică, utilizând energia din nucleele atomilor. De atunci, oamenii au învăţat să

folosească energia nucleară pentru e genera electricitate.

În Chicago, SUA, o echipă de oameni de ştiinţă condusă de profesorul italian Enrico Fermi a reuşit

să provoace prima reacţie nucleară controlată. Era anul 1942, şi această realizare a condus la dezvoltarea

bombei atomice. Ceea ce au reuşit să facă oamenii de ştiinţă adesea numim “scindarea atomului”. Dar,

pentru a fi mai precişi, ei au găsit o cale de a scinda nucleul – masa de protoni şi neutroni din centrul unui

atom. În acest proces se distrugea o cantitate mică de materie. Dar, aşa cum prezisese fizicianul Albert

Einstein, în locul ei era eliberata o cantitate mare de energie – sub formă de căldură. În cazul bombei

atomice, procesul avea loc foarte rapid, având ca rezultat o explozie bruscă şi devastatoare de energie. În

centralele nucleare are loc acelaşi tip de reacţie, dar la o rată mai lentă şi controlată cu grijă.

Fisiunea nucleară

Scindarea nucleului unui atom se numeşte fisiune nucleară. Aceasta este provocată prin bombardarea

combustibilului cu neutroni. Un neutron loveşte un nucleu, determinându-l să se scindeze şi să emită mai

mulţi neutroni. Aceştia lovesc alte nuclee, provocând alte scindări şi eliberarea altor neutroni. Această

9

succesiune se numeşte reacţie în lanţ. În cazul unei bombe atomice, reacţiei în lanţ i se permite să continue

necontrolată. Acesta este motivul pentru care energia eliberată în timpul procesului de fisiune se acumulează

pentru a provoca o explozie violentă. La un reactor nuclear, bare de reglare metalice absorb o parte din

neutroni, încetinind reacţia şi rata la care se eliberează energia.

Materiale fisionabile

Numai câteva elemente pot fi utilizate drept combustibili nucleari deoarece, pentru a intra într-o

reacţie de fisiune în lanţ, atomii trebuie să aibă nuclee relativ mari şi instabile.

Asemenea elemente sunt cunoscute sub numele de materiale fisionabile. Unul dintre cele mai larg

folosite la centralele nucleare este uraniu-235, care are 92 de protoni si 143 de neutroni în nucleul său.

Fisiunea nucleară a unei mase de uraniu produce o energie de peste două milioane de ori mai mare decât

cea obţinută prin arderea unei mase de carbune de aceeaşi greutate.

Chiar şi în cazul unui material fisionabil adecvat, o reacţie în lanţ va înceta dacă este prezentă numai

o cantitate mică din material. Numai dacă masa depăşeste o anumită valoare, numita masă critică, reacţia în

lanţ se va autoîntreţine. De exemplu, în cazul uraniului-235 masa critică este de aproximativ 50kg.

Reactorul nuclear al lui Enrico Fermi constă dintr-o masa de grafit şi bare de combustibil de

uraniu. S-a mai adăugat grafit şi uraniu până când cantitatea de uraniu prezentă a fost suficientă pentru a

întreţine o reacţie în lanţ. Grafitul avea rolul unui moderator – un material care încetineşte neutronii pentru

a-i face mai eficienţi în provocarea fisiunii. Pe masură ce neutronii se lovesc de nucleele moderatorului,

pierd energie şi încetinesc, aşa cum o bila de biliard încetineste daca se loveşte de alta. Asemenea neutroni

sunt cunoscuţi sub numele de neutroni termici, deoarece, când sunt încetiniţi, ei au aproximativ aceeasi

energie ca şi energia termică a atomilor şi moleculelor din jur. Barele de reglare din cadmiu au fost inserate

în masa de grafit şi uraniu pentru a controla rata reacţiei prin absorbţia unor neutroni.

Uraniul din pila lui Fermi constă din 0,7% uraniu-235 si 99,3%uraniu-238(92 protoni si 146 neutroni

/ atom). Când uraniul-238 absorbea un neuron, nucleul rezultat de uraniu-239 nu fisiona. În schimb, el

emitea fotoni sub formă de radiaţii gamma, iar apoi emitea electroni (particule cu o încarcatura de

electricitate negativă) când doi dintre neutronii săi deveneau protoni. Nucleul rezultat, cu 94 de protoni şi

145 de neutroni, era un izotop al unui element necunoscut înainte – plutoniu-239, descoperit în anul 1942.

Reactoare moderne

Majoritatea reactoarelor nucleare moderne sunt reactoare cu neutroni termici pentru că ele utilizează

un moderator pentru a încetini neutronii rapizi. Cele trei moderatoare utilizate în reactoarele moderne cu

neutroni termici sunt grafitul, care constă din carbon pur, apa “grea”, care conţine izotopul stabil de

hidrogen numit deuteriu (utlizat deasemenea şi drept combustibil pentru armele nucleare), în locul

hidrogenului obişnuit, şi apa “usoară”, sau obişnuită.

10

Reacții de fuziune

Toate reactoarele nucleare moderne se bazează pe fisiunea nucleară. Un alt tip de reacţie nucleară,

numita fuziune, asigură energia soarelui. În fuziunea nucleară, două nuclee atomice relativ uşoare se unesc

pentru a forma unul mai greu şi eliberează energie. Cea mai uşoară reacţie de fuziune, utilizată ca sursă de

energie este aceea dintre doi izotopi de hidrogen, deuteriu şi tritiu, ale căror nuclee fuzionează pentru a

forma un nucleu de heliu. Tritiul este uşor de obţinut, iar mările conţin cantităţi mari de deuteriu, dar este

nevoie de temperaturi de 100-300 de milioane de centigrade în asemenea reacţii, şi nici un material nu poate

să reziste la o asemenea căldură, astfle încât combustibilul trebuie ţinut departe de pereţii recipientului sau

prin câmpuri magnetice.

Experimentele din anii `90 cu un dispozitiv de fuziune pentru testări, Joint European Torus, a

confirmat faptul că această tehnică funcţionează şi un reactor de fuziune experimental poate fi construit

cândva la începutul sec. XXII.

Această sursă de energie - energia nucleară – a

fost adusă la cunoştinţă omenirii prin forţa distructivă şi

va fi multă vreme privită cu teamă şi suspiciune,

întâmpinând destule obstacole în drumul dezvoltării ei în

scopuri paşnice. De aceea se impune familiarizarea

maselor largi cu probleme nucleare, întrucât aplicaţiile

paşnice ale energiei nucleare se dovedesc esenţiale pentru progresele şi evoluţia societăţii umane.

6) Hidrogenul

Hidrogenul poate stoca energie tot așa cum produsele petroliere stochează energie,(“Purtător de

energie”). Sursa primară de energie poate fi orice sursă reutilizabilă, de exemplu a vântului, biomasei sau

altele, dar avantajul utilizării hidrogenului ca mediu de stocare este că vom putea utiliza energia stocată de

acesta pentru aplicații mobile (auto, aviație etc).

Arderea hidrogenului în motoare cu combustie internă sau turbine de gaze produce emisii neglijabile

de noxe.

Dacă este folosit șîn baterii celulare de joasă temperatură ex PEMFC emisiile pot fi reduse la zero. În

procesul de generare a energiei din hidrogen și aer sau oxigen singurul produs de reacție este apă distilată.

În bacterii celulare de temperatură înaltă, emisiile sunt de o sută de ori mai mici decât în termocentrale

convenționale.

Obținerea hidrogenului

Hidrogenul nu poate fi găsit în natură în stare pură, (adică în starea în care poate fi folosit ca purtător

de energie), deci nu poate fi exploatat la fel ca petorolul sau cărbunele. Deoarece trebuie extras din compuși

chimici, oamenii de știință îl denumesc “purtător de energie secundar”.

11

Cel mai cunoscut compus este apa, ce conține doi atomi de hidrogen și unul de oxigen, dar există și

alte substanțe ce conțin hidrogen, de exemplu metanul, care conține un atom de carbon și 4 atomi de

hidrogen. Biomasa este un alt exemplu de conținut bogat în carbon și hidrogen.

Indiferent de sursa din care extragem hidrogenul, este nevoie de un process de obținere și acesta presupune

un consum de enrgie. Marele avantaj, însă este că pentru generarea hidrgoenului nu este strict necesar să

utilizăm energie provenită din combustibili fosili.

În fiecare an, cca 500 miliarde de metri cubi de hidrogen sunt produși, stocați, transportați și utilizați,

cu precădere în industria chimică și petrochimică. Cea mai mare parte însă este obținută ca un produs

secundar din prelucrarea combustibililor fosili (petrol și gaze naturale).

Electroliza, adică obținerea hidrogenului din apă este în prezent, precum și în viitorul apropiat,

singurul process cu aplicabilitate practică. Deocamdată, din punct de vedere economic, electroliza este o

alternativă bună numai în acele țări în care exsită mari hidrocentreale, deoarece folosește energie electrică,

adică tot un purtător secundar de energie, care trebuie să fie obținută ieftin.

Hidrogenul permite utilizarea energiei provenite din surse regenerabile, jucând rolul unui

combustibil pentru autovehicule sau combustibil în care produc energie electrică sau termică. În viitor

oricine va putea conduce sau găti folosind hidrogen generat din energie solară sau eoliană. În particular,

hidrogenul este singurul purtător de energie (agent energetic) care face posibilă propulsarea aeronavelor

folosind energia solara.

În privința mijloacelor de transport, hidrgoenul poate servi drept combustibil pentru aproape orice

autovehicul. Există două moduri în care

Hidrogenul poate arde în motoarele convenționale în locul benzinei

Hidrogenul poate fi utilizat în baterii FC care genereaza energie electrică pentru mașinile cu motor

electric.

Pe țeava de eșapament nu iese decât apa!

Nu există zgomot și vibrații ca la motorul cu ardere internă

Motoarele electrice au randament mai bun, deci se reduce și consumul de energie.

O mașină cu FC oprită la semafor nu produce zgomot, pur și simplu deoarece motorul ei nu

funcționează.

12

Zgomotul este mult redus la demaraje, deci poluarea fonică a orașelor va fi mult redusă.

Marii producători de automobile au pus deja la punct modele de mașini care merg pe soluția FC, deși

unii încă cercetează motoarele cu combustie. Probabil că în 2005 vom vedea primele autoturisme de serie

funcționând cu FC, dar decizia nu este definitv luată, dacă în FC va fi metanol sau hidrogen. Deocamdată nu

există o infrastructură a stațiilor de alimentare cu FC.

Și pentru autobuze exista cele doua concepte diferite, de motor cu combustie și FC. Ambele sunt mult mai

puțin poluante decât autobuzele diesel.

Hidrogenul a fost descoperit de faimosul fizician englez Henry Cavendish, care era “cel mai bogat

dintre învătați și cel mai învățat dintre bogați”,după cum spunea unul dintre contemporanii săi.

Putem adăuga că era și cel mai meticulos dintre oamenii de știință.Se spune că atunci când Cavendish

la o carte din propia-i bibliotecă întotdeauna își punea în locul ei cartea de vizită.Cel mai liniștit dintre

savanți,devotat în întregime cercetării știintifice,întotdeauna absorbit de știință,avea reputația unui pust-

nic excentric.Ori acestea erau tocmai calitățile care făceau posibilă deacoperirea noului gaz,hidrogenul.

El a făcut descoperirea în 1766,iar în 1783 profesorul francez Charles a făcut să zboare primul

balon cu hidrogen.

.

Combustibil pentru rachete

SSME

În tehnica spaţială hidrogenul lichid este un combustibil obişnuit pentru motoarele criogenice ale

rachetelor, şi este stocat de exemplu în rezervorul de combustibil al rachetei de lansare (SSME) a navetelor

spaţiale americane. În aceste motoare hidrogenul lichid este folosit întâi la răcirea ajutajului şi a altor părţi

ale motorului, înainte de a fi amestecat cu oxidantul, de obicei oxigenul lichid (LOX), şi apoi ars. Din ardere

rezultă apă, ozon şi apă oxigenată.

Arderea se face în amestec bogat, raportul de masă a celor două componente fiind de 1:4 – 1:6, astfel

că în gazele de ardere se mai găseşte hidrogen, ceea ce reduce eroziunea camerei de ardere şi a ajutajului.

Deşi arderea este incompletă, masa hidrogenului nears şi scăderea masei molare a gazelor evacuate

compensează întrucâtva scăderea impulsului specific datorită arderii incomplete. Rezervorul de combustibil

al rachetei navetei spaţiale conţine 515,5 m³ hidrogen şi 554 m³ oxigen. Temperatura în camera de ardere

13

atinge 3300 °C, viteza de evacuare fiind de 4440 m/s în vid, respectiv 3560 m/s la presiune normală. Fiecare

din cele trei motoare principale dezvoltă o tracţiune de 1,8 MN.

Cu mici modificări, motoarele cu ardere internă pot fi adaptate pentru a utiliza hidrogen lichid drept

combustibil. BMW H2R ("Hydrogen Record Car") cu o putere de 210kW (232CP) a atins 300km/h.

Hydrogen 7 al aceleiaşi firme este construit cu un motor de 260 kW, 229 km/h şi 0 - 100km/h in 9.5 sec. Cu

posibilitate dublă de alimentare benzină şi hidrogen. Acest lucru s-a realizat prin montarea unui rezervor de

hidrogen lichid ceea ce a redus capacitatea compartimentului de bagaje de la 500 la 250 l. Hidrogenul

înmagazinat permite o autonomie de 200km, dar la neutilizare în decurs de 9 zile se reduce la o cantitate

suficientă pentru parcurgerea a 20 km. Mazda a echipat modelul său RX-8 cu motor Wankel (piston rotativ)

ce funcţionează cu combustibil hibrid benzină sau hidrogen dezvoltând 184 kW (255 hp).

Combustibil în centrale nucleare de fuziune

Interiorul unui Tokamak

În proiectul JET cu ajutorul camerei toroidale Tokamak s-a realizat la

9 noiembrie 1991 prima reacţie de fuziune cu un amestec de 86:14 deuterium-

tritium, iar în anul 1998 s-a atins un Q=0,7 la un vârf de 16MW pe o durată

mai scurtă de o secundă. ITER constituie un proiect mai evoluat care a fost

lansat în 21 moiembrie 2006 cu semnarea tratatului de colaborare între 7 state industriale pentru realizare

primului reactor de test în Cadarache. Acest reactor este proiectat să producă 500MW pe o durată continuă

de 500 secunde arzând un amestec de circa 0.5g D + T în spaţiul de ~840 m3 al camerei reactorului.

Primele rezultate sunt aşteptate pentru anul 2016. Continuare acestui proiect în caz de success va fi

un reactor de 3000-4000MW

Procedeul Bergius-Pier

Din cărbune amestecat cu ulei greu la 300bar şi 450–500 °C, cu adăugare de hidrogen, în cuptoare

speciale rezultă uleiuri grele, medii şi benzină.

Procedeul Fischer-Tropsch

Din gazul de sinteză (CO/H2) în prezenţa catalizatorului de cobalt sau fier la 20 - 40 bar şi 200°C -

350°C rezultă uleiuri şi benzină. Aceste procedee devin competitive la un preţ al petrolului de peste 50-60$

pe baril. Actualmente în Africa de Sud o mare parte din combustibil este asigurat pe această cale. La fel în

SUA şi China există astfel de instalaţii. Aceste procedee contribuie intens la emisia de CO2.

7) Combustibilii viitorului

14

*O echipă de cercetători din cadrul

Montana State University a identificat în

Patagonia o plantă care produce compuși

asemănători cu cei ai motorinei. Oamenii de

știință sunt încrezători că descoperirea va

revoluționa perspectiva asupra combustibililor.

Denumita myco-diesel, ciuperca poate

reprezenta în viitor o alternativă viabilă a

combustibilului clasic. Gary Strobel, șeful echipei de cercetători, călătorește în lumea întreagă pentru a

identifica plante exotice care conțin microbi benefici. Acesta a găsit ciuperca în pădurile tropicale din

Patagonia. La o analiză mai amănunțită, Strobel a observat ca planta, cunoscutăa sub denumirea științifică

de Gliocladium roseum, poate produce gaze. Testele au arătat că îi condițiile în care nivelul de oxigen este

scăzut, specia produce compuși asociați în mod normal cu motorina, obținută din petrol.

“Acestea sunt primele organisme care au capacitatea de a produce aceiași compuși ca și cei regăsiți în

combustibilul diesel tradițional. Este o descoperire epocală. Întrebarea principală este ce anume îi produce.

Dacă vom identifica mecanismul de funcționare, putem eficientiza producerea acestui nou tip de

combustibil, care va  reprezenta o alternativă viabilă a celor clasici”, a declarat Gary Strobel.

*Într-un experiment de laborator John Kanzius a încercat să elimine sarea din apă cu un generator

de frecvență radio pe care l-a inventat însă rezultatul a fost cu totul diferit de cel așteptat. La un moment dat

apa s-a aprins în tubul de test arzând ca o lumânare.

* Utilizarea bioetanolului drept carburant pentru motoarele cu ardere internă nu este o invenție

recenta, fiind practicată de aproape un secol și jumătate. Ideea folosirii bioetanolului drept carburant pentru

motoarele cu aprindere prin scânteie datează din primele decade ale secolului al XIX-lea. În 1860 Nicolaus

A. Otto a utilizat etanolul pentru alimentarea prototipului motorului său, precursorul motoarelor cu

aprindere prin scânteie de azi.

Din 1925 etanolul o fost comercializat în

Germania ca și aditiv pentru creșterea cifrei

octanice. Astăzi bioetanolul este, de departe, cel

mai important (cantitativ) produs de fermentație.

La nivel mondial se produc anual 45,6 milioane

litri (2005) din care peste 95,5 % sunt de origine

biogenică. Brazilia și SUA sunt cei mai mari

15

producători dând împreună cca. 90 % din totalul monidial (fig. 9.9), Europa situându-se deocamdată la un

nivel modest.

*Etanolul

Cunoscut mai bine ca alcoolul de băut, a început să fie utilizat pe scara din ce în ce mai largă în

amestecuri de motorină etanol care în anumite proporții funcționează în motoarele cu combustie internă.

Avantaje:

regenerabil (produs prin fermentația amidonului sau a celulozei, ultima găsindu-se practic oriunde în

lumea vegetală).

Utilizabil în amestec cu dieselul în motoare clasice.

Bilanț de carbon aparent zero.

mai puțin poluant deoarece în arderi nu rezultă particule poluante de materie (aerosoli).

produce cu 20% mai puțin dioxid de carbon pe unitate de masă decât combustibilii fosili.

* Un arzător cu plasmă folosește gaz și electrozi puternici pentru a crea plasmă, adică gaz ionizat. Uneori

aceasta este numită a patra stare de agregare. În natură putem vedea plasma în

fulgere.

Temperaturile la care poate ajunge un arzător cu plasma pot fi mai

mari decât cele de la suprafață soarelui (peste 6000 de grade Celsius). La

aceste temperaturi, deșeurile nu au nicio șansă. Moleculele sunt descompuse

într-un proces numit disociere moleculară. Când moleculele sunt expuse la

energie intensă (cum ar fi cea generată de un arzător cu plasmă), legăturile moleculare ce țin legăturile

chimice ale moleculelor devin excitate și se rup. Ce rămâne sunt componentele elementare ale moleculelor.

Cianura, de exemplu, se va descompune în atomi de carbon și azot.

Moleculele organice (cele pe bază de carbon) se volatilizează, sau, se transformă în gaz. Acest gaz

sintetic (Syngas) poate fi folosit ca sursă de combustibil dacă este curățat corespunzător.

16

Compușii anorganici se topesc și se vitrifică, sau, se transforma într-o substanță dură, sticloasă, similară la

aspect și greutate cu obsidianul. Metalele se topesc și se combină cu restul materiei anorganice formând

zgura.

Spre deosebire de incineratoare, care folosesc combustia pentru a descompune deșeurile, în procesul

de gazificare nu are loc ardere, sau oxidare. Căldura convertoarelor cu plasma creează piroliza, un process

prin care materia organică se descompune. Arzătoarele cu plasmă pot funcționa în compartimente închise,

fără ventilație. Combustia are nevoie de oxidare, piroliza nu.

Convertoarele de deșeuri cu plasmă pot procesa aproape orice tip de deșeu, inclusiv deșeuri greu de

tratat prin metode tradiționale. Poate procesa deșeuri medicale sau deșeuri contaminate chimic, în urma

procesului rămânând doar gaze și topitură. Singurele deșeuri care nu pot fi procesate în convertorul cu

plasmă sunt materialele grele radioactive utilizate sub formă de bare în reactoarele nucleare. Există

posibilitatea ca, supuse la arzătoarele cu plasma, aceste bare să explodeze.

Produsele finale constau în 3 tipuri principale: gaz sintetic (syngas), topitură și căldură. Să privim fiecare

din cele 3 in detaliu.

Gazul sintetic este o combinație de mai multe gaze dar cea mai mare proporție a acestuia o constau

hidrogenul și monoxidul de carbon. Poate fi folosit ca sursă de energie și unele instalații îl folosesc pentru a

crea electricitate pentru consumul propriu și vânzarea excesului în rețeaua locală/națională de electrificare.

Deșeurile conțin multă energie potențială, iar procesul de gazificare le permite inginerilor să transforme

această energie potențială în energie electrică.

Cât gaz (și implicit energie electrică) generează convertorul cu plasmă?

Aceasta depinde de deșeurile care sunt introduse în camera de “ardere”. Dacă deșeurile conțin mult material

pe bază de carbon (deșeuri organice), atunci se va obține mult gaz. Deșeurile ce au în compoziție mult

material anorganic nu vor produce la fel de mult gaz. Din acest motiv, unele astfel de instalații practică

sortarea deșeurilor înainte ca acestea să ajungă în sistem.

Materia topită scursa din camera de piroliza.

Acest produs solid al procesului de gazificare este numit topitură. Greutatea și volumul materialului

original scad dramatic. Greutatea zgurei este aproximativ 20% din cea a materialelor inițiale, volumul

topiturii este aproximativ 5% din cel al materialului inițial.

Topitura poate lua diverse forme în funcție de metoda de răcire folosită.

Daca este răcita cu aer, formează pietre negre, sticloase ce semăna cu obsidianul și pot fi folosite în

beton sau asfalt. Zgura topită poate fi turnată în forme și apoi răcită creeîndu-se astfel materiale de

construcții prefabricate.

Dacă se folosește o suflantă cu aer comprimat prin fluxul de topitură la curgerea acesteia se obține

vata minerală. Acest produs este de două ori mai eficient la izolații termice decât vata de sticlă. Acest

17

material este de asemenea mai ușor decât apa și foarte absorbant, motiv pentru care poate fi folosit la

decontaminarea apei de produse petroliere.

Căldura creeată șn proces poate fi recuperată prin încălzirea apei și utilizarea aburului în turbine cu

abur pentru generare de energie electrică.

Gazele generate sunt de asemenea folosite în turbine cu gaz, după o curățare prealabilă a acestora în

filtre speciale. Emisiile de poluanți în atmosfera sunt estimate a fi sub 20% din maximul permis la ora

actuală de către legislația europeană în vigoare.

În concluzie, această metodă de procesare a deșeurilor este de departe cea mai avantajoasă. Necesită

un spațiu mult mai mic decât rampele de depozitare deșeuri, produce energie electrică și produse secundare

ce pot fi valorificate, are emisii de gaze inerte, poluează mult mai puțin decât incineratoarele de deșeuri.

Sperăm ca, pe viitor, cât mai puține deșeuri “noi” să ajungă la acest proces terminal de

descompunere.

Două companii din Italia şi din SUA vor construi în România o uzină de gazificare a

deşeurilor. Unitatea, care va fi pusă în funcţiune peste un an,

va produce 20 MW şi va procesa 500 de tone de deşeuri.

Producătorul american de energie din surse alternative

Energy Quest a anunţat semnarea unui memorandum de înţelegere

cu grupul italian COFAMM pentru formarea unei companii mixte

care va investi 73 de milioane de euro în construcţia uzinei de

gazificare din România, potrivit Mediafax.

Emisii aproape de zero

Energy Quest va furniza echipamentul pentru instalaţia de gazificare, în timp ce COFAMM va

contribui cu instalaţii de sortare a deşeurilor. Unitatea ar urma să producă 20 MW din procesarea a 500 de

tone de deşeuri municipale solide. Totodată, instalaţia va recupera pentru reciclare şi deşeurile din sticlă sau

metal.

Gazificarea este un proces chimic şi termic care transformă materiale solide, ca biomasa sau

cărbunele, într-un gaz care poate fi folosit drept combustibil.

18

9) Bibliografie

www.ro.wikipedia.org

www.google.ro

www.referat.ro

www.energia.ro

19