Dodatečná Energie v Přírodě: Zdroje a Udržitelnost

V ekonomicky a ekologicky propojeném světě se ve všech oblastech stává důležitým tématem trvale udržitelný rozvoj. Ten ovšem není možný bez moderních technologií, které uspoří materiály i energie a ochrání životní prostředí.

Obnovitelná Energetická Infrastruktura pro Evropu

Země EU se dohodly na novém rámci politiky v oblasti klimatu a energetiky do roku 2030, včetně cílů a politických záměrů pro celou Unii týkajících se emisí skleníkových plynů, obnovitelné energie, energetické účinnosti a propojení elektrických sítí.

Jako jednu z hlavních priorit představila Komise rámcovou strategii k vytvoření odolné energetické unie s pomocí progresivní politiky v oblasti změny klimatu. Tato strategie má pomoci Evropské unii dosáhnout jejích cílů a záměrů pro rok 2030 a poskytnout evropským spotřebitelům přístup k bezpečné, udržitelné, konkurenceschopné a cenově dostupné energii a umožnit jim těžit z pokračující zásadní transformace evropského energetického systému.

Aby bylo dosaženo cílů a záměrů pro rok 2030, je nezbytné modernizovat evropská zařízení pro přenos a skladování energie. Zastaralé a špatně propojené infrastruktury představují hlavní omezení evropského hospodářství. Rovněž se předpokládá, že bude narůstat nebezpečí případů přerušení dodávek a plýtvání a s tím spojené náklady, pokud EU nebude investovat do inteligentních, účinných a konkurenceschopných energetických sítí a nevyužije svůj potenciál ke zvýšení energetické účinnosti.

Nová politika EU týkající se energetické infrastruktury pomůže koordinovat a optimalizovat rozvoj sítí v kontinentálním měřítku, a tak umožní Evropské unii plně využít přínosy integrované evropské sítě, které značně přesahují hodnotu jejích jednotlivých složek.

Čtěte také: Montáž WC krok za krokem

Aby pomohla uskutečnit tuto významnou skokovou změnu v oblasti přenosu energie, přijala EU v roce 2013 nové nařízení o transevropských energetických sítích (EU) č. 347/2013. To poskytuje komplexní rámec EU pro plánování a realizaci energetické infrastruktury. Stanoví devět prioritních koridorů strategické infrastruktury v oblasti elektřiny, zemního plynu a ropy a tři prioritní tematické oblasti pro celou EU, a to elektrické dálnice, inteligentní sítě a sítě pro přepravu oxidu uhličitého, za účelem optimalizace rozvoje sítí na celoevropské úrovni do roku 2020 a v dalším období.

Výzvy v Oblasti Infrastruktury

Úkol propojit energetickou infrastrukturu Evropy a přizpůsobit ji novým potřebám se týká všech odvětví a všech druhů zařízení pro přenos energie.

Elektrorozvodné Sítě a Ukládání Elektrické Energie

Elektrorozvodné sítě bude potřeba zdokonalit a zmodernizovat, aby uspokojovaly rostoucí poptávku. Sítě je rovněž nutno rozšířit a zdokonalit, aby se podpořila integrace trhu a zachovala stávající úroveň zabezpečení systémů, ale zejména aby bylo možno zajistit přenos a vyvážené využívání elektřiny vyrobené z obnovitelných zdrojů, u které se očekává, že se její množství mezi lety 2007 a 2020 více než zdvojnásobí.

Současně je nezbytné, aby sítě byly také inteligentnější.

Využití Biomasy

Jedním z nejdůležitějších zdrojů, které ve svých energetických koncepcích pro Českou republiku předpokládají organizace Duha a Greenpeace, je využití biomasy. Biomasa je jedním z nejdéle využívaných zdrojů energie.

Čtěte také: Vliv Energie na Přírodu

V následujícím textu tak budeme označovat organickou hmotu vzniklou během procesu fotosyntézy v zelených rostlinách, kterou lze využít pro získávání energie. Na biomasu se lze v tomto ohledu dívat na konzervovanou energii slunečního záření. Její výhodou je možnost relativně snadného uložení a možnost využít ji později. Z toho vyplývá i nezávislost na aktuálním počasí, denní a roční době. Využít ji lze pro výrobu elektřiny, produkci tepla, v oblasti transportu i v řadě průmyslových procesů.

Využívání biomasy je často líčeno jako obnovitelné a environmentálně příznivé. Jestli je to i ve skutečnosti, velmi silně závisí na konkrétních případech a realizaci. Nejproblematičtější z tohoto hlediska jsou právě velké projekty s transportem surovin na obrovské vzdálenosti. I proto bude následující rozbor zaměřen hodně na environmentální aspekty.

Nejdříve se podívejme na jednotlivé druhy využitelné biomasy. Velmi efektivní a ekologicky přínosné může být energetické využití odpadní biomasy.

Další možností je záměrné pěstování biomasy pro energetické účely. Zde může jít o produkci pevné biomasy pro spalování při výrobě tepla i elektřiny, produkci biopaliv i bioplynu.

Možnosti Využití Biomasy

• Přímé spalování: To a následné využívání nízkopotenciálového tepla pro vytápění a přípravu teplé užitkové vody, je nejefektivnější způsob využití energie biomasy vůbec, zejména pokud je zdroj paliva v nevelké vzdálenosti maximálně desítky km.
• Peletování: Je postup, při kterém se organická hmota (dřevo, dřevěné piliny, sláma, seno, a jejich směsi) rozmělní a poté se pomocí výkonného lisu protlačuje přes matrici. Výsledkem je trvanlivé výhřevné palivo, umožňující komfortní vytápění pomocí automatických kotlů.
• Fluidní kotle: Biomasa se proto často spaluje společně s málo kvalitním fosilním palivem - lignitem. Pokud je kotel provozován na čistou biomasu, je jeho výkon nižší - typicky o desítky procent.
• Anaerobní fermentace: Druhý způsob je v podstatě anaerobní fermentace za přesně řízených podmínek, kdy je působením mikroorganismů organická hmota přeměňovaná na bioplyn. Plyn se nejčastěji spaluje v kogenerační jednotce, což je zpravidla zážehový spalovací motor, pohánějící elektrický generátor, s využitím zbytkového tepla.
• Úprava na biometan: Vyšším stupněm zušlechťování bioplynu je úprava na biometan. Bioplyn se zbaví vodní páry, CO2, H2S a výsledný biometan má pak prakticky totožné vlastnosti jako zemní plyn a dá se používat pro pohon motorových vozidel, pro přímé spalování a jakékoli jiné využití, při kterém se používá zemní plyn.
• Kapalná biopaliva: Další možností, která se široce využívá, jsou kapalná biopaliva, například ta, která se přidávají v současné době do benzínu a nafty. Bioethanol (biolíh) vzniká kvasnou fermentaci jednoduchých cukrů z cukrové třtiny, cukrovky, obilnin a brambor.
• Transesterifikované oleje a tuky (bionafta): Jde o esterifikované mastné kyseliny získávané jako rostlinný olej lisováním nebo extrakcí ze semen některých rostlin - řepka, slunečnice, palma olejná, sója, podzemnice olejná apod.

Biomasa a Její Perspektivy

Biomasa je často prezentována jako perspektivní zdroj z několika důvodů. Je to domácí zdroj, je obnovitelná, je to trvale udržitelný zdroj, šetrný k životnímu prostředí, je CO2 neutrální. Domácím zdrojem je jednoznačně v České republice.

Čtěte také: Udržitelná Budoucnost

Šetrnost k životnímu prostředí úzce souvisí s efektivitou využívání primárního zdroje. U energetické biomasy, je tím primárním zdrojem sluneční záření, zachycené zelenými rostlinami pomocí fotosyntézy.

Nejlepší využití získané energie biomasy představuje prosté spálení co nejblíže místa vzniku a využití nízkopotenciálového tepla. Stručně řečeno, pokud budete bydlet blízko lesa, je nejlepší, když dřevo použijete k vytápění. Jakýkoli další způsob přináší ztráty a/nebo nutnost vložit do procesu další energii, jejíž množství může být významné.

Energetické Vstupy a Ztráty

Podívejme se na některé způsoby získávání energie z biomasy podrobněji. Jak už bylo uvedeno výše, je nejefektivnější využívání palivového dřeva z blízkého lesa, kdy je dodatková energie malá. Kácení a přibližování dřeva z lesa a transport k místu spotřeby představuje maximálně jednotky % ze získané energie. Moderní kotle na dřevo jsou schopny reálně využít kolem 85 % energie.

Automatické kotle na pelety mohou mít vlastní spotřebu elektrické energie až kolem 1 kWh denně (řídící elektronika, odtahový ventilátor, oběhová čerpadla). Dodatečná energie na využití pelet se pohybuje na úrovni 20 - 40 % plus 10 % na vlastní ztráty kotle.

V roce 2015 bylo z České republiky vyvezeno přes 200 000 tun pelet do zahraničí. Z toho přes 100 000 tun do Itálie, tedy na vzdálenost cca 1000 km. Na přepravu 1 tuny pelet bylo tedy spotřebováno cca 15 litrů nafty.

Bude-li vstupní surovinou cíleně pěstovaná biomasa, mohou být dodatečné energetické vstupy mnohem vyšší. Agrotechnické práce na pěstování vyžadují 5 - 10 litrů nafty na tunu biomasy.

Při spalování biomasy v tepelné elektrárně s účinnosti 30 %, jsou palivové náklady cca 1,4 Kč/kWhe (0,8 - 1,8 Kč/kWhe).

U bioplynové stanice se získaný bioplyn spaluje nejčastěji v motorové kogenerační jednotce. Z celkových vstupů (energie surovin a energie na pěstování) je po odečtení vlastní technologické spotřeby dodáno do sítě 23 % elektřiny a k dispozici je rovněž cca 30 % tepla.

Agrivoltaika: Spojení Zemědělství a Solární Energie

Lze na poli vybudovat fotovoltaickou elektrárnu a zároveň zachovat plnohodnotnou zemědělskou produkci? Podle rakouského hlavního města ano. Spojení výroby obnovitelné energie a pěstování zemědělských plodin od roku 2019 testují ve Vídni.

Využití zemědělských ploch pro pěstování plodin a současně i výrobu obnovitelné energie, zkráceně agrovoltaiku, testuje vídeňský energetický podnik Wien Energie ve spolupráci s přírodně-technickou univerzitou BOKU Wien od roku 2019. V rámci testu vyrostlo před dvěma lety na jednom z polí na severovýchodním předměstí Vídně kolem 400 vertikálních oboustranných fotovoltaických panelů, které tvoří největší agrovoltaickou elektrárnu svého druhu v Rakousku.

Takzvané bifaciální moduly postavené v řadách vedle sebe přeměňují sluneční světlo na elektřinu z přední i zadní strany. V roce 2021 po výstavbě panelů zaseli zemědělci nejprve vojtěšku pro zlepšení kvality půdy. V loňském roce následovaly různé druhy obilovin (pšenice, špalda a ječmen) a sója, letos pokus pokračuje podle principu střídání plodin.

Rakouské hlavní město si již dříve stanovilo za cíl dosáhnout do roku 2040 uhlíkové neutrality a sází při tom na zvyšující se produkci solární energie. Městský energetický podnik Wien Energie nyní provozuje kolem 400 fotovoltaických elektráren s výkonem 116 megawattů, do konce roku má přibýt dalších 60 zařízení. Cílem Wien Energie je dosáhnout do roku 2030 celkového výkonu 1 000 megawattů výkonu z obnovitelných zdrojů.

„Samotné fotovoltaické systémy na střechách nebudou v budoucnu stačit k pokrytí poptávky po elektřině z obnovitelných zdrojů. Aby bylo možné využít veškerý potenciál, je nutné zvolit vhodný fotovoltaický systém v závislosti na okolnostech. Agrární fotovoltaika v kombinaci s digitalizovaným zemědělstvím nabízí zemědělcům nové možnosti v jejich hospodaření, včetně dodatečného příjmu a velkého technologického pokroku. Zelenou energii lze například využít přímo pro výrobu potravin, což znamená další snížení emisí CO2. Kombinované využití pozemku zvýšilo díky výnosům z elektřiny jeho celkovou ekonomickou efektivnost.

Vertikální panely podle Wien Energie produkují stejné množství proudu jako tradiční panely směřované jižním směrem. Díky orientaci na východ a západ ale vyrábí nejvíce energie v době nejvyšší poptávky.

Skladování Energie a Vodíkové Hospodářství

Díky cenovým výkyvům na trhu ropných produktů, omezeným zásobám fosilních paliv, globálnímu oteplování a lokálnímu znečištění, geopolitickým tlakům a růstu spotřeby energie se důležitějšími než kdy dříve v historii stávají obnovitelné zdroje energie a efektivnější využívání fosilních paliv.

Využívání obnovitelných zdrojů energie se jeví jako perspektivní varianta, která však má minimálně dvě velké úskalí: (i) kapitálové náklady, (ii) proměnlivý výkon při výrobě elektrické energie. U větrné a solární energie se množství produkované energie mění s ročním obdobím, měsícem, dnem, hodinou, atd.

K překonání problému proměnlivosti výkonu je kromě přesunu spotřeby možno vyráběnou energii uskladnit. Elektrická energie může být uskladněna pouze tehdy, jestliže je převedena na jiné formy energie, jako jsou chemická energie akumulátoru, kinetická energie setrvačníku, elektrostatická energie superkapacitoru atd.

Vodík se pro roli úložiště energie hodí výborně, protože je to jedno z nejúčinnějších, nejčistších a nejlehčích paliv, ale na druhou stranu se v přírodě volně nevyskytuje a musí být vyroben z primárních zdrojů energie.

Koncept vodíkového hospodářství (energetický systém založený na rozsáhlém využití vodíku jako úložiště energie a dopravního média), se objevil v první polovině 70. let.

Ve světě existuje množství hybridních systémů s kombinací fotovoltaika/elektrolyzér/úložiště vodíku/palivový článek. Tyto systémy mohou být připojeny do energetické sítě, nebo pracovat v nezávislých ostrovních systémech. V těchto systémech bývá často používán akumulátor jako krátkodobé úložiště energie, nebo bioplyn jako druhé palivo pro palivový článek.

Velký technologický pokrok byl v posledních dvou desetiletích uskutečněn v oblasti PEM (Polymer Electrolyte Membrane) elektrolyzérů, které jsou nyní komerčně k dispozici při tlacích vodíku vhodných k dalšímu skladování.

Funkce PEM elektrolyzéru je ukázána na obr. 3. Voda je přiváděna k anodě, kde se elektrolyticky rozloží na kyslík, protony, a elektrony. Atomy kyslíku se na povrchu elektrody spojují v plynný O2, zatímco protony prostupují přes membránu. Elektrony, pro které je membrána nepropustná, procházejí vnějším obvodem. Na katodě se protony spojují s elektrony a vyvíjí se plynný vodík.

Palivový článek je jeden z moderních elektrochemických zdrojů proudu, který umožňuje přímou konverzi energie chemické na elektrickou. Výhodou palivového článku je skutečnost, že elektrody nevstupují do chemické reakce, tudíž nedochází provozem článku ke strukturálním změnám elektrod a článek má teoreticky nekonečnou životnost. Aktivní látky jsou k elektrodám přiváděny z vnějšku a doba činnosti závisí pouze na přivádění reaktantů.

Schematické znázornění PEM palivového článku je uvedeno na Obr. 4. Při reakci palivového článku je palivo (vodík a kyslík, resp. vzduch) dodáváno k elektrodám, vytváří se elektrická energie, teplo a voda jako reakční produkt.

Zatímco elektrolýza je klíčem k funkčnosti celého systému, efektivní uchovávání vodíku je klíčem k praktické implementaci. Chceme-li dosáhnout jak technického tak obchodního úspěchu, je nutné, aby způsob skladování vodíku kombinoval náklady, životnost, montáž a další faktory v takové míře, která je přijatelná pro danou aplikaci.

Termoregulační Panely

Přispívají ke snížení spotřeby energie při vytápění domu a tím omezují emise skleníkových plynů. Kromě toho zlepšují vnitřní klima, neboť dokáží optimalizovat teplotu vzduchu v interiéru.

pracují na principu fázové přeměny (PCM) směsi parafínu a polymeru s nízkou teplotou tání (asi 22 °C). Při překročení této teploty začne parafín měnit skupenství z pevného na kapalné a přitom pohlcuje velké množství tepelné energie. Při poklesu teploty parafín mění své skupenství na pevné a odevzdává přitom naakumulované teplo zpět do okolního prostředí.

Jsou vhodné zejména pro stavby „s nízkou setrvačností“, například dřevěné a ocelové budovy či stavby s hliníkovými rámy, protože dokáže snížit teplotu v interiéru až o 7 °C.

Příkladem praktické aplikace termoregulačních panelů je jejich využití v nízkoenergetických nebo energeticky pasivních rodinných domech. Zdrojem tepla je zde například tepelné čerpadlo s rekuperací tepla z odpadního vzduchu a solární kolektor.

"Strom na Čipu"

První "strom na čipu" se podařilo vyrobit inženýrům z Massachusettského technologického institutu. Malé zařízení je analogem stejných procesů, díky kterým ve stromech cirkulují živiny - díky tomu umí "strom na čipu" pasivně přečerpávat vodu po celé dny. "Smyslem této práce je levná komplexnost, jakou pozorujeme v přírodě," říká o objevu profesorka Anette Hosoi z MIT, spoluautorka studie.

tags: #dodatečná #energie #v #přírodě #zdroje

Oblíbené příspěvky:

• Praktický pomocník pro domácnost
• Aktuální informace o poplatcích za odpad v Chýni
• Budoucnost bydlení
• Co dělat při nadýchání se nebezpečných látek?
• Výroba parfémových sáčků doma