První zmínky o obnovitelných zdrojích energie a jejich historie

Historie elektřiny je plná fascinujících objevů a inovací, které daly základ moderním technologiím. Představte si, jak by vypadala naše každodenní rutina, kdyby nás místo teplého jídla zahřívaly pouze vzpomínky na slunce… a to vše zcela bez elektroinstalace! Od prvních jiskřiček, které vznikly při experimentování, až po elektrické židle (což je jiný příběh) - historie elektřiny je plná vzrušujících milníků a nečekaných zvratů. Připravte se na cestu časem, kde si ukážeme, jak se ze „věci nesmírně složité“ stala nedílnou součástí našich životů.

První experimenty s elektřinou

První experimenty s elektřinou se objevily již ve starověku, avšak systematické zkoumání začalo až v 17. století. Významným milníkem byl rok 1600, kdy anglický vědec William Gilbert publikoval dílo „De Magnete“, ve kterém popisoval elektřinu a magnetismus. O více než století později, v roce 1733, francouzský vědec Charles-François de Cisternay du Fay představil teorii dvou typů elektrických nábojů: pozitivního a negativního. Tento objev přispěl k lepšímu pochopení elektrických sil a interakcí mezi těmito náboji. Další průlom přišel s experimenty Benjamina Franklina v 18. století.

Významné osobnosti v historii objevování elektřiny

Historie objevování elektřiny je plná významných osobností, jejichž přínos formoval naše chápání tohoto fascinujícího jevu.

Klíčové milníky ve vývoji elektřiny a elektrických zařízení

Historie elektrické energie je fascinující a plná klíčových momentů, které formovaly způsob, jakým dnes vnímáme a využíváme elektřinu. Vývoj elektrických zařízení se od těchto počátečních objevů rovněž odvíjel a ovlivnil každodenní životy lidí.

Dopad elektřiny na průmyslovou revoluci

Elektřina se stala jedním z klíčových faktorů, které urychlily a transformovaly průmyslovou revoluci. S jejím příchodem do výroby došlo k výraznému posunu v metodách produkce, což vedlo k nástupu nových technologií a strojů. S nástupem elektrických strojů se změnily požadavky na dovednosti pracovníků, což vedlo k vzniku nových pracovních pozic a profesí. V průběhu 19. století a na počátku 20. století byla elektřina integrovaná do různých sektorů průmyslu, jako jsou textilní, strojírenský nebo potravinářský průmysl.

Čtěte také: Metody hodnocení klimatu třídy

Zlomové momenty v elektrotechnice 19. a 20. století

Vývoj elektrotechniky v 19. století přinesl zásadní změny, které ovlivnily nejen technické obory, ale také každodenní život lidí. Tyto objevy a vynálezy nejen že vytvořily základy pro moderní elektrotechniku, ale také otevřely cestu dalším inovacím a technologiím, které dnes považujeme za samozřejmost. Současné technologie, které formují náš každodenní život, mají své kořeny v historickém vývoji elektřiny. V průběhu staletí byly objeveny a zdokonalovány principy, které dnes umožňují široké spektrum aplikací od osvětlení až po moderní elektroniku. Vznik prvního programovatelného počítače v 40. letech 20. století.

Čelíme zásadním změnám v oblasti energetiky, které nejsou pouze technické, ale i ekologické a společenské. Obnovitelné zdroje: Slunce, vítr a voda se stávají hlavními pilíři výroby elekřiny. Vlády a mezinárodní organizace spouštějí programy a pobídky na podporu obnovitelných zdrojů. Naše cesta ke zelené energetice je plná inovací, ale také vyžaduje spolupráci všech aktérů na trhu.

Elektřina dnes hraje klíčovou roli v našem každodenním životě a její praktické aplikace jsou rozmanité. Další zajímavou aplikací elektřiny je využití obnovitelných zdrojů, jako jsou solární a větrné elektrárny, které se snaží nahradit tradiční fosilní paliva a přispět k udržitelnosti. Vzdělávání v oblasti elektřiny a energetiky je v dnešní době klíčové pro udržitelnost a technologický pokrok. Doporučuje se také sledovat novinky a výzkum v oboru, neboť vývoj technologií jde velmi rychle vpřed. Čtení o historii elektřiny nám může otevřít dveře do fascinujícího světa vědy a inovace. Je důležité podněcovat mladé myslitele k prozkoumávání této oblasti a ukazovat jim různé praktické aplikace elektřiny v každodenním životě. Dalším způsobem, jak vzbudit zájem, je sdílení úspěchů a objevů významných vědců, kteří přispěli k rozvoji elektřiny. Učení by mělo být dynamické a zábavné. Přitáhnout pozornost mladé generace k elektřině je klíčové pro budoucí inovace a technologický pokrok.

Otázky a odpovědi

Kdy byla vynalezena elektřina?
Základy elektřiny byly položeny již v antice. První zmínky o elektrických jevech nacházíme v dílech řeckého filozofa Thalésa z Miletu kolem 600 př. n. l., který pozoroval, že když se jantaru třel o látku, měl schopnost přitahovat drobné předměty. Skutečný rozvoj elektřiny jako vědy však přišel až v 17. a 18. století.

Které události byly klíčové ve vývoji elektřiny?
Mezi klíčové události patří například objev Faradayova zákona elektrolýzy v roce 1834 a Maxwellovy rovnice v 19. století, které popsaly elektromagnetismus. Později, na přelomu 19. a 20. století.

Čtěte také: Svojtka: Moje první kniha o přírodě

Proč je elektřina důležitá?
Elektřina je dnes nepostradatelná pro každodenní život a rozvoj technologií. Umožňuje fungování elektronických zařízení, dopravy, komunikací a mnoha dalších aspektů tehdejšího světa.

Jaké jsou současné trendy v energetice?
Dnes se zaměřujeme na udržitelnost a efektivitu využívání elektřiny. Trendy jako elektromobilita, chytré sítě a obnovitelné zdroje energie jako solární a větrná energie jsou na vzestupu.

Jaká je budoucnost elektřiny?
Budoucnost elektřiny se neustále mění. Očekáváme další pokroky v technologiích uchovávání energie, energetické efektivnosti a inteligentních technologiích.

Recyklace a obnovitelné zdroje energie

Mezi rozšířené argumenty zpochybňující obnovitelné zdroje energie patří jejich obtížná či neexistující recyklace. Obnovitelné zdroje jsou bez dalších podmínek obnovitelné, pokud se týče vstupu primární energie. Potřebná zařízení na transformaci energie jsou podmíněně obnovitelná, pakliže se recyklují. Jakákoliv lidská činnost zasahuje do životního prostředí a je na vědě, technologii, ale i politice, aby tyto vlivy minimalizovala. Cestou je cirkulární ekonomie, kterou je třeba aplikovat na veškerou lidskou činnost týkající se materie.

Pro dekarbonizaci energetického sektoru a zajištění odpadu potřebuje obnovitelná energetika udržitelná řešení. Současně je třeba přijmout to, že z termodynamického hlediska není možná 100 % recyklace, a že k této hodnotě se lze jen přibližovat.

Čtěte také: IPO: Průvodce

Je paradoxem, že teprve po 70 letech existence jaderné energetiky bylo uvedeno do zkušebního provozu na světe první úložiště jaderného odpadu ve finském Onkalo. Na světě jsou statisíce tun vyhořených článků v mokrých i suchých skladech a směsného odpadu po recyklaci. Jaderný odpad představuje riziko a vyhořené palivové články je třeba bezpečně izolovat stovky tisíc let od životního prostředí.

Recyklace větrných elektráren

Větrná elektrárna (VE) onshore - na pevnině pozůstává ve většině příkladů ze železobetonového podstavce, stožáru, mechanického, elektrického a elektronického zařízení, gondoly a lopatek. Základ větrné turbíny se ve většině případů po ukončení životnosti z větší části ponechává v zemi. Základy se demontují částečně většinou do jednoho metru a zbytek se ponechá zahrnutý ornicí, někdy se železobetonové základy odstraňují celé a železo se recykluje.

Částečnou variantou k likvidaci betonového základu je repowering, kdy se po zesílení na základy staré turbíny namontuje vyšší turbína s vyšším výkonem. Touto cestou se snižuje počet původních turbín v průměru o 25 % a výkon větrné farmy se více než ztrojnásobí.

Odlišný postup volí firma Goliath, která používá základový systém fixovaný šroubovými piloty, které dokážou turbínu pevně ukotvit do většiny typů půdy, což jim umožní odolat i těm nejnáročnějším povětrnostním podmínkám. Šroubové piloty jsou mnohem stabilnější a snadněji se instalují než tradiční betonové nosné systémy. Není nutné dělat výkop a instalaci turbíny lze provést za jakéhokoliv počasí, šrouby se snadno odstraňují a montáž může začít okamžitě, není třeba čekat na vytvrzení betonu.

S recyklací železných stožárů nebývá problém. Obdobně míra recyklace mědi z velkých elektrických komponent VE bude mnohem vyšší, než je běžný průměr. Současná míra recyklace technických kovů není příliš veliká, u oceli se pohybuje okolo 50 % a u mědi se udává 45 %, takže při průměrné životnosti 50 let zbyde z původního množství mědi při stejné míře recyklace po 150 letech něco přes 9 %.

Jiný problém představují lopatky VE. Doposavad se mnohde ještě skládkují, ale k dispozici jsou lepší možnosti. Největší světový výrobce větrných turbín, dánská firma Vestas, ohlásila novou metodu, která nevyžaduje změnu konstrukce a recyklovaný materiál lze použít vícenásobně. Proces s běžnými chemikáliemi ukázal, že turbínové lopatky na bázi epoxidové pryskyřice lze přeměnit na suroviny pro výrobu nových turbínových lopatek. Po zavedení procesu do praxe se recyklace lopatek větrných turbín bude týkat jak dosluhujících lopatek na větrných turbínách, tak i lopatek, které byly uloženy na skládkách.

RecyclableBlade je první produkt, který nabídl komplexní recyklovatelné řešení a je připraven pro komerční použití. Základem je nová pryskyřice firmy Siemens. Lopatky VE lze nyní využít pro jiné aplikace. První lopatky již byly nainstalovány v roce 2021.

Tým NREL (Národní laboratoř pro obnovitelnou energii) dokázal problém udržitelnosti vyřešit pomocí pryskyřice PECAN, kterou lze vyrobit z biologických materiálů, jako je sorbitol, cukr z rostlinného odpadu. Recyklovatelná pryskyřice na rostlinné bázi se již využila pro výrobu prototypu 9metrové lopatky. Nová pryskyřice produkuje o 40 % méně emisí skleníkových plynů a vyžaduje o 30 % méně energie k výrobě ve srovnání s epoxidem, který se používá v dnešních amerických lopatkách větrných turbín. Pryskyřice PECAN, vykazuje stejný - nebo v některých případech lepší - strukturální výkon ve srovnání s dnešními materiály lopatek větrných turbín. Nový materiál překonal tradiční pryskyřici v testu tečení materiálu (creep), kterým se zjišťuje, jak čepel drží svou tuhost v průběhu času. Nová pryskyřice rovněž snižuje energetickou návratnost celého zařízení.

Přidají-li se nadrcené lopatky VE do rotačních pecí na výrobu cementu, nahradí část vsázky anorganických surovin i část paliva. Výrobci cementu budou pod tlakem snižování emisí, a soustředí se proto na sekundární suroviny.

Jedním z problémů VE je postupná abraze materiálu lopatek daná interakcí povrchu s větrem, deštěm, prachem či pískem, která rovněž snižuje účinnost přeměny energie. Abraze se intenzivně zkoumá a jedním z řešení by mohla být výroba z biodegradabilních materiálů, bambusu a mycelia. Výsledkem by byl samoopravitelný a kompostovatelný materiál lopatek VE.

Recyklace fotovoltaických panelů

Rovněž recyklace fotovoltaických panelů je podle ekonomického průzkumu nadějným a rostoucím odvětvím. Podle Market Research Future poroste během prognózovaného období 2024-2030 trh s recyklací solárních panelů ročně o 12,5 %. Trh recyklace byl v roce 2022 oceněn na 179,2 milionů USD a očekává se, že do roku 2030 dosáhne 461,2 milionů USD.

Sběr a logistiku elektrických a elektronických zařízení zajišťuje evropská nezisková organizace PV CYCLE, reálnou recyklaci na evropském trhu provádí více firem například Sharp Corporation, Sunpower, Trina Solar Co. či Veolia.

Firma Sunrecycle se orientuje na prodej linek na recyklaci fotovoltaických panelů. Linka poskytuje aluminiové rámy a výstupní drť skla, mědi, křemíku a plastů. Nabízí 3 velikosti linek, podle objemu zpracovávaného vstupu, až do 1000 kg/hod.

V loňském roce vyrobila čínská Trina solar ze starých panelů nové. Recyklovaný FV modul má účinnost 20,7 % a výkon 645 W. Podle společnosti se jedná o první plně recyklovaný modul svého druhu na světě.

Recyklace baterií

Velikost trhu recyklace baterií byla v roce 2023 oceněna na 24,11 miliardy USD. Očekává se, že odvětví recyklace baterií vzroste z 26,93 miliardy USD v roce 2024 na 54,2 miliardy USD do roku 2032, přičemž během prognózovaného období bude vykazovat složenou roční míru růstu (CAGR) 9,14 % v letech 2024-2032.

Recyklace baterií různých typů se provádí v mnoha zemích a firmách a s postupující elektrifikací význam baterií poroste.

Bioplyn jako obnovitelný zdroj energie

Bioplyn je směs plynů, v níž podstatnou část tvoří metan (50-75 %) a zbytek je doplněn oxidem uhličitým (25-50 %) a malým množstvím dalších příměsí. Vzniká bakteriálním rozkladem organické hmoty za nepřístupu vzduchu. Tento proces se nazývá anaerobní fermentace. V bioplynu je nositelem energie pouze metan, CO2 a ostatní příměsi jsou balastními plyny. Pro metan izolovaný z bioplynu používáme označení biometan. Energetický obsah 1 m3 biometanu je asi 10 kWh.

I když zmínky o přírodních procesech, při kterých vznikal hořlavý plyn sahají několik století dozadu, bioplyn se poprvé začal vyrábět až na přelomu 19. a 20. století. Poprvé se začal produkovat z kalů splaškových čistíren odpadních vod. Ze začátku byl bioplyn (tehdy označovaný za kalový plyn) využíván především k vytápění a svícení v provozech čistíren odpadních vod. Od dvacátých let 20. století se technologie pro zpracování čistírenských kalů dále zdokonaluje, vznikají samostatná zařízení pro anaerobní vyhnívání, objevují se první vyhřívané reaktory, čímž je zvýšena efektivita anaerobního rozkladu. Kalový plyn je již využíván k pohonu elektrických motorgenerátorů a k pohonu motorových vozidel. Od 30. let potom začíná intenzivní výzkum procesu anaerobní fermentace.

S rozvojem technologií pro výrobu bioplynu se začaly používat k jeho výrobě mimo čistírenských kalů například i odpady ze zemědělství a potravinářství. S tím jak se rozvíjela společnost, rostlo i množství organicky rozložitelného materiálu ukládaného na skládky a proto také postupně nabývá na významu využití skládkového plynu. Cílem bylo snížit nebezpečí spojená s nekontrolovanou tvorbou skládkových plynů a účelně je energeticky využít. Od 70. let 20. století.

Velký potenciál pro produkci bioplynu skýtají biologicky rozložitelné odpady (také bioodpady či zbytková biomasa). čistírny odpadních vod - čistírenské kaly. Podstatná část těchto odpadů se v České republice nijak energeticky nevyužívá a často končí na skládkách.

Následující tabulka ilustruje teoretický a dostupný potenciál energie, který je možné získat ze zbytkové biomasy na území České republiky. Teoretický potenciál je vyčíslená energie z veškerého množství bioodpadů.

Zdroj: MUŽÍK, Oldřich, SLEJŠKA, Antonín: Možnosti využití anaerobní fermentace pro zpracování zbytkové biomasy. Biom.cz [online]. 2003-07-14 [cit. 2009-02-08]. Dostupné z WWW.

Aby tato čísla byla lépe představitelná, převedeme je na elektrický výkon, tepelný výkon a v případě, že bychom biometan použili k pohonu motorových vozidel, tak uvedeme i počet osobních automobilů, který by bylo možné pohánět 3. Výsledek ukazuje následující tabulka.

Následující tabulka ukazuje teoretický potenciál využití energie z výkalů hospodářských zvířat. Pokud bychom například veškeré exkrementy jedné dojnice přeměnili na bioplyn, mohli bychom z toho množství ročně vyrobit 1 188 kWh elektrické energie a 1 800 kWh tepelné energie.

Zdroj: Jan Motlík a kol., Čisté teplo: Příležitost leží ladem, Potenciál výroby tepla z obnovitelných zdrojů energie, vydaly Hnutí Duha a Calla, 2008.

Pro srovnání: v čistírnách odpadních vod je u nás zpracováno asi 21 kg sušiny čistírenského kalu na jednoho obyvatele 4. V roce 2006 bylo na území ČR vyprodukováno 175 000 tun (sušiny) čistírenských kalů z komunální sféry. Na kanalizaci bylo napojeno 8,2 mil. obyvatel ČR 6. Pouze asi 50 % čistírenských kalů je stabilizováno biologickou cestou.

Tam kde jsou čistírenské kaly stabilizovány pomocí anaerobní fermentace, je vzniklý bioplyn většinou používán k pokrytí energetických potřeb čistíren odpadních vod. Zbytkovou biomasu není energeticky ani ekonomicky výhodné vozit na velké vzdálenosti, proto by měla být energeticky zpracována co nejblíže místa svého vzniku. Uvádí se, že bioodpady pro anaerobní fermentaci by měly být transportovány maximálně 5 až 30 km do místa jejich zpracování 7. Tato skutečnost hovoří pro decentralizaci produkce energie z bioodpadů. Vezmeme-li rádius 5 km od bioplynové stanice, na pokrytí území naší republiky by bylo třeba cca 1 000 bioplynových stanic.

Vhodným řešením pro zpracování bioodpadu by mohlo být využití již existujících čistíren odpadních vod s již vybudovanými reaktory pro anaerobní fermentaci. Modernizací bioplynového hospodářství v čistírnách odpadních vod, která spočívá v intenzifikaci procesu zpracováním kalů s vyšším obsahem sušiny, je možné často uvolnit i více než polovinu stávající kapacity fermentorů. Uvolněná kapacita může sloužit ke zpracování bioodpadů. Kofermentace čistírenských kalů s vysokým obsahem dusíku spolu s bioodpadem, který má vysoký obsah uhlíku, může zlepšit chemické vlastnosti zpracovávaného materiálu (poměr C/N) a zlepšit výnosnost bioplynu . Dalším vhodným místem pro umístění bioplynové stanice jsou zemědělské areály, kde je zajištěna celoroční dodávka zpracovávaného materiálu.

Připojení bioplynových stanic do plynové rozvodné sítě, kam by bylo možné dodávat bioplyn vyčištěný na kvalitu zemního plynu, by výrazně zlepšilo efektivitu využití bioplynu. Biomasa jako zdroj obnovitelné energie skýtá v podmínkách České Republiky ze všech obnovitelných zdrojů největší potenciál využití . V rostlinách (biomase) se ukládá přibližně 0,25-1 % slunečního příkonu, který na ně dopadá. V podmínkách České republiky je to okolo 0,5 % 10. Pro srovnání, sluneční kolektory (pro ohřev TUV) dokáží využít asi 30 % energie dopadajícího slunečního záření, zatímco fotovoltaika umí přeměnit v elektrickou energii asi 15 % dopadajícího slunečního záření.

Aby bylo ospravedlnitelné pěstování biomasy pro produkci energie, je nezbytné, aby bylo z tohoto procesu získáno více energie v použitelné formě, než kolik do něho bylo vloženo. Jinak řečeno, energetická bilance (energetický poměr) udávající poměr získané energie k energii vložené by měla být co nejvyšší. Za účelem zjištění energetických vstupů a výstupů se provádí tzv. analýzy životního cyklu. Celková efektivnost závisí na mnoha proměnných, a bude se proto lišit případ od případu. Podle studie vzniklé v rámci projektu CROPGEN 11 má velký vliv na výslednou energetickou bilanci produkce bioplynu volba energetické plodiny, lokální klimatické a půdní podmínky pro její pěstování, a dále použití průmyslových hnojiv a nutnost zavlažování. V rámci tohoto projektu vznikly analýzy životního cyklu pro 8 různých plodin používaných pro výrobu bioplynu. Podle této studie dosahuje nejlepší energetické bilance pěstování kukuřice a triticale. Pozitivní dopad na energetickou bilanci má použití digestátu místo průmyslových hnojiv.

Jsou čtyři základní způsoby, kterými je možné energeticky zužitkovat bioplyn. Nejjednodušším použitím bioplynu je jeho přímé spálení pro výrobu tepla. Účelnějším využitím než pro výrobu tepla je kombinovaná výroba elektrické energie a tepla, tzv. kogenerace. Použití bioplynu do palivových článků je spíše hudbou budoucnosti. Velkým a v naší republice zatím nedoceněným potenciálem je využití bioplynu jako pohonné hmoty pro motorová vozidla. Toto použití vyžaduje vyčištění bioplynu na 98% metan, tzv.

Kogenerace je nejčastějším způsobem využití bioplynu v České republice. Celková účinnost přeměny energie obsažené v bioplynu se uvádí kolem 85% (35% elektrická a 50% tepelná). Výroba elektrické energie z bioplynu v kogeneraci s teplem je v České republice podporována podle zákona č. 180/2005 Sb. Bioplyn je spalován v pístovém spalovacím motoru, který roztáčí generátor elektrické energie.

Bioplyn se jako palivo pro motorová vozidla v České republice zatím nevyužívá. V Evropě jsou v tomto směru nejdále skandinávské země, především Švédsko. V České republice je upřednostňováno použití kapalných biopaliv, bionafty a bioetanolu, protože mohou být přimíchávána do konvenčních pohonných hmot. Biometan je na rozdíl od bionafty a bioetanolu plynným biopalivem.

Zajímavé je srovnání biopaliv z hlediska výtěžnosti energie na 1ha plochy zemědělské půdy. Největších energetických výnosů je v tomto ohledu v současnosti dosahováno přeměnou biomasy pomocí anaerobní fermentace na bioplyn. Bionafta a bioetanol v našich podmínkách se srovnatelnými náklady na vyrobený GJ energie dosahují ve srovnání s bioplynem a Btl ("biomass to liquid", tzv. biopalivo druhé generace) asi třikrát nižšího energetického výnosu z hektaru zemědělské půdy 13.

Následující tabulka srovnává energetické vstupy a výstupy pěstování a zpracování jednotlivých druhů biopaliv. Důležitým údajem je poměr energie získané v celém procesu produkce daného biopaliva a energie do tohoto procesu vložené. V dnešní době můžeme předpokládat, že veškerá vložená energie je fosilního původu. Čím větší je tento poměr, tím je produkce daného biopaliva energeticky výhodnější. S nejnižší energetickou účinností je produkována bionafta z řepky olejky. Dobrého poměru je dosahováno při pěstování kukuřice a triticale k produkci bioplynu.

Zdroj: Renewable energy from crops and agrowastes, D30b: Assessment of the potential for crop-derived biogas as an energy source in the EU, taking into account technical and environmental issues and socio-economic impact, CROPGEN project no.

tags: #prvni #zminky #o #obnovitelnych #zdrojich #energie

Oblíbené příspěvky:

• Dopady klimatických změn na vodní zdroje
• Výběr keřů na slunce
• Atypické obrazy z recyklace
• Boj s Hnijícím Odpadem
• O Krysácích