Zdroje elektrického napětí v přírodě

Alternativní zdroje energie v přírodě jsou klíčem k udržitelnější budoucnosti. Obnovitelné zdroje, jako je slunce, vítr, voda či biomasa, přinášejí ekologicky šetrné řešení pro výrobu elektřiny i tepla. Obnovitelné zdroje energie - často označované také jako alternativní zdroje energie - se přirozeně obnovují a jsou prakticky nevyčerpatelné. Na rozdíl od fosilních paliv, jako je uhlí, ropa nebo zemní plyn, které jednoho dne dojdou, jsou obnovitelné zdroje k dispozici pořád. Mezi ty základní patří slunce, vítr, voda, biomasa nebo třeba teplo ze země. Jejich využití nám pak umožňuje vyrábět elektřinu, aniž by to mělo výrazný dopad na naši planetu.

Alternativní zdroje energie se často označují také jako ekologické zdroje energie, protože jejich provoz produkuje minimální množství emisí skleníkových plynů. Využití těchto zdrojů tak jednoznačně přispívá k ochraně klimatu. Navíc s nimi snižujeme svou závislost na dovozu fosilních paliv a podporujeme vlastní energetickou soběstačnost.

Druhy obnovitelných zdrojů energie

Sluneční energie

Sluneční záření je jedním z nejdostupnějších a nejčastěji používaných obnovitelných zdrojů. Solární panely přeměňují sluneční světlo na elektřinu prostřednictvím fotovoltaických článků. Ty obsahují různé polovodičové materiály - například křemík - se kterými sluneční záření reaguje. Tento obnovitelný zdroj energie využívá sluneční záření k tvorbě tepla či elektřiny.

1. Fotovoltaické (PV) panely: Když sluneční záření dopadá na fotovoltaický článek, dochází k uvolnění elektronů a vytvoření elektrického proudu. Tento proud pak může být shromážděn a využíván pro napájení elektrických spotřebičů nebo dodáván do elektrické sítě.
2. Sluneční tepelná energie: Tato energie se využívá pro ohřev vody nebo vzduchu za pomocí slunečního záření.

Nicméně, skladování energie na horší časy pořád není zcela vyřešené.

Větrná Energie

Větrné turbíny využívají k výrobě energie pohybu vzduchu. V Evropě se větrné elektrárny využívají hlavně v Německu, Španělsku nebo ve Velké Británii. I větrná energie je důležitou součástí obnovitelných energetických zdrojů České republiky. Větrné elektrárny využívají pohyb vzduchu k pohánění větrných turbín, které generují elektrickou energii. Na našem území se nacházejí především na kopcovitých územích a na hřebenech hor. Pokud v lokalitě dostatečně neproudí vzduch, nebude to nic moc.

Čtěte také: Vliv Energie na Přírodu

Vodní Energie

Vodní energie se využívá po staletí - ať už jde o mlýny nebo o přehrady. Využívají se k tomu přehrady, přirozený průtok řeky nebo třeba příliv a odliv moře. V Česku patří voda k největším zdrojům alternativní elektrické energie. Vodní elektrárny jsou v Česku významným zdrojem obnovitelné energie a přispívají k celkovému energetickému mixu země. Přesto je důležité zmínit, že toky v České republice nemají potřebný spád ani dostatečné množství vody. Proto je podíl výroby elektrické energie ve vodních elektrárnách na celkové výrobě v ČR poměrně nízký.

Geotermální Energie

Geotermální energie stojí na teplu z nitra Země. To se využívá jak k vytápění, tak k výrobě elektřiny. Systém suché páry používá k pohonu turbíny přímo páru získanou ze země. Systém mokré páry nejdřív přemění vodu na páru, která pak pohání turbínu. Geotermální energie je populární hlavně v oblastech, kde se daří sopkám. Třeba na Islandu je geotermální energie zdrojem číslo jedna jak pro elektřinu, tak pro teplo.

Energie z Biomasy

Energie z biomasy využívá k výrobě elektřiny organické materiály, jako je dřevo, rostlinný odpad, hnůj nebo bioplyn. Biomasa se spaluje nebo se zpracovává na zmiňovaný bioplyn a umožňuje tak výrobu tepla nebo elektřiny. V České republice je biomasa využívána především ve formě pevného paliva (např. dřevní pelety nebo štěpky) a biomasy tekutých paliv (např. biolíh, biopaliva). Biomasa může být spalována pro vytápění, elektřinu nebo teplou vodu, což ji činí všestranným zdrojem obnovitelné energie. Bioplyn je u nás využíván k výrobě elektřiny a tepla v bioplynových stanicích. Jde o plynnou směs, která vzniká anaerobním rozkladem biomasy za přítomnosti bakterií a enzymů. Bioplynové stanice jsou často postaveny na zemědělských farmách nebo například skládkách odpadů.

Podíl obnovitelných zdrojů v ČR

Podíl obnovitelných zdrojů energie v ČR se pohybuje kolem 17 %, což není mnoho. Jsme dokonce pod průměrem Evropské unie, který je na 37 %. Pomalu ale jistě se však situace mění. V posledních letech se v Česku rozvíjí hlavně instalace solárních panelů a to jak na výrobních halách firem a velkých provozů, tak na střechách rodinných domů. Zvyšuje se tak podíl alternativních zdrojů energie pro domácnosti a to i díky různým dotačním programům jako je například Nová zelená úsporám.

Možnosti využití pro domácnosti

Jako běžná domácnost máte hned několik možností, jak využívat alternativní zdroje pro výrobu elektrické energie ke snížení výše vašich účtů i závislost na fosilních palivech.

Čtěte také: Které zdroje energie jsou nejméně škodlivé?

• Solární panely: Ideální pro výrobu elektřiny nebo ohřev vody.
• Biomasa: Kamna na dřevo nebo pelety jsou oblíbenou alternativou k plynovému vytápění a to hlavně na venkově.
• Zelená elektřina: Velcí dodavatelé v České republice nabízí tzv. zelenou elektřinu. Pokud tedy sami nemůžete investovat do obnovitelných zdrojů, můžete alespoň používat jejich energii.

Cena technologií pro využití energie z obnovitelných zdrojů neustále klesá, takže jsou čím dál víc dostupnější.

Galvanické články a akumulátory

Kov obsahuje neutrální atomy, kladné ionty a volné elektrony. Kladné ionty působí tlakem na styčnou plochu kovu a elektrolytu a tlačí ionty Zn++ do elektrolytu. V elektrodě přebývá záporný náboj a v elektrolytu kladný náboj. Zároveň přitažlivé síly mezi kladnými ionty elektrolytu a zápornými ionty kovu brání trvalému přechodu iontů do roztoku. Mezi elektrodou a elektrolytem vznikne rozdíl potenciálů a proto i elektrické napětí. Ponoříme-li do roztoku měděnou elektrodu, dojde ke stejnému jevu. Mezi elektrodou a elektrolytem vznikne elektrické napětí. Zinková elektroda se ale bude rozpouštět rychleji, proto na ní bude víc elektronů. Potenciál obou elektrod bude tedy různý a vznikne mezi nimi elektrické napětí, které se nazývá elektromotorické napětí. Napětí vznikne i mezi volnými konci obou elektrod - naměříme tzv. svorkové napětí.

První stálý článek sestavil v roce 1836 Daniell. Zinek ponořil do slabé kyseliny sírové, měď do roztoku skalice modré. Oba roztoky oddělil měchýřem. Později na radu londýnského kupce Gassiota použil místo měchýře pórovitou nádobu. Roku 1828 zavedl William Sturgeon ochranné amalgamování zinku, roku 1839 nahradil Grove měď platinou v kyselině dusičné, Robert Bunsen doporučil přidat ke kyselině sírové dvojchroman draselný. Z roku 1868 pochází článek od Georgese Leclanchéa. O dvacet let je mladší suchý článek, který vytvořil Gassner. Nejrozšířenější dělení galvanických článků je na suché a alkalické.

Suchý článek nedokáže dodávat napětí po nekonečnou dobu. Po čase se napětí mezi elektrodami sníží. Příčinou je polarizace elektrod. Současně s vybíjením článku probíhá na anodě elektrolýza, díky níž se anoda pokrývá vyloučenou látkou. To má za následek zmenšení kladného potenciálu anody a snížení napětí zdroje. Aby takový článek pracoval trvale, je třeba průběžně odstraňovat z kladné elektrody vznikající látku, čili depolarizovat článek.

Alkalické články (zásadité, oproti akumulátorům, které jsou kyselé) mají delší životnost a lze z nich získat více elektrické energie. Záporná elektroda lisovaná z práškového zinku je obklopena kladnou elektrodou, kterou tvoří směs burelu a grafitu. Elektrolytem je hydroxid draselný KOH rozpuštěný v gelu.

Čtěte také: Význam obnovitelné energie

Vyhovující řešení předložil teprve Gaston Planté v roce 1860. Za elektrody si zvolil olověné desky a za elektrolyt roztok kyseliny sírové a vody. Sestrojil tak první olověný akumulátor (z lat. accumulator - hromaditel). Tento první akumulátor se musel pořád nabíjet a vybíjet, aby chemické reakce probíhaly hlouběji a hlouběji v olověných elektrodách. Akumulátor se stává zdrojem napětí teprve po nabití. Vodík, který obalil anodu, způsobil, že po dobu připojení ke zdroji napětí nejsou v elektrolytu dvě elektrody ze stejného kovu, ale z materiálů různých. Mají mezi sebou elektromotorické napětí. Po odpojení elektrod od zdroje proudu - po nabití, se akumulátor stává zdrojem elektrického proudu jako galvanický článek. Vzniklý článek má po nabití napětí asi 2,1 V. Postupné snižování napětí akumulátoru může jít až na hodnotu 1,85 V. Pak je třeba akumulátor znovu nabít. Pokud by napětí kleslo pod 1,85 V, došlo by k nevratnému sulfatizačnímu procesu a akumulátor by nebylo možné znovu nabít. Poněvadž kyselina sírová při vybíjení akumulátoru reaguje s elektrodami za vzniku vody, snižuje se současně hustota elektrolytu. Měřením hustoty elektrolytu areometrem lze orientačně zjistit, do jaké míry je akumulátor vybit. Během provozu se z akumulátoru odpařuje voda, proto je nutné ji přilévat. Účinnost olověného akumulátoru je asi 75 - 80 %.

S novinkou přišli Thomas Edison a Jungner, kteří sestavili akumulátor, jehož katodou je deska železná a anodou deska niklová, elektrolytem roztok louhu draselného ve vodě.

Palivové články

Elektrolýzu využívá i palivový článek, který se skládá ze dvou elektrod z pórovitého materiálu, mezi nimž je elektrolyt. K vnějším stěnám elektrod je pod tlakem přiváděn plynný vodík a kyslík. V pórech kyslíkové elektrody vznikají reakcí kyslíku a vody aniony OH-, které přecházejí do elektrolytu. V pórech vodíkové elektrody se ionizují molekuly vodíku na kationy H+, které přecházejí do elektrolytu a reagují s OH- za vzniku vody. Na vodíkové elektrodě přebývá jeden záporný elektron. Jestliže obě elektrody vodivě spojíme, získáme zdroj elektrické proudu.

Elektrické napětí v přírodě

Zajímavé chemické zdroje napětí najdeme i v přírodě, počet živočišných druhů schopných vytvořit elektrické napětí dosahuje nejméně 5000, většinou to jsou ryby a paryby. Zdroj elektrického napětí je speciální tkáň vyvinutá z příčně pruhované svaloviny. Zpravidla kopíruje páteř. Velikost elektrického výboje je závislá většinou na věku zvířete (čím starší, tím větší výboj). Živočichové využívají elektrický výboj nejen k obraně nebo omráčení kořisti, ale také k orientaci a komunikaci.

Parejnok elektrický (torpedo marmorata) loví potravu pomocí elektrického orgánu, kterým kořist omráčí. Orgán je složen ze svalových vláken, která jsou přeměněna v elektrické články zvané elektroplaxy. Napětí samostatného článku je nepatrné, avšak po sečtení všech článků dosahuje výboj napětí až 300 V a intenzity proudu 7 až 8 A. Pro člověka není smrtelně nebezpečný, většinou způsobí jen momentální šok bez dalších následků.

Už ve starověku byl znám z povodí jihoamerické řeky Orinoko ještě úhoř elektrický (electrophorus electricus) dlouhý kolem 2,5 m, ohrožující své okolí napětím až 600 V, a africký sumec elektrický (clarius gariepinus), který žije v Nilu a produkuje napětí až 200 V. Elektrických šoků, způsobených touto rybou, údajně používali tehdejší lékaři k léčbě nervových onemocnění.

Lithium-iontové baterie

V současnosti patří k nejpoužívanějším lithium-iontové baterie. Vyznačují se velmi dobrým poměrem mezi hustotou energie a objemem. Poprvé spatřil tento druh baterií světlo světa v polovině 60. let 20. století v Bellových laboratořích. Nejprve byla použita kladná elektroda vyrobená ze sulfidu kovů a záporná elektroda z kovového lithia. Tato kombinace ale vykazovala řadu špatných vlastností, proto postupně došlo k výměně materiálu elektrod. V roce 1990 firma SONY představila novou technologii. Pro zápornou elektrodu použili směs uhlíku obohacenou o lithium a polyolefin. Těmto bateriím začal ředitel SONY K. Tozawa říkat Li-Ion. Označení Ion je kvůli kladným iontům lithia, které putují během nabíjení z kladné elektrody na zápornou. Při vybíjení je postup opačný. Poprvé se nový typ baterie objevil v roce 1991 u mobilního telefonu SONY Handyphone HP-211.

Běžně se dnes používají jako materiály kladných elektrod LiCoO2, LixMn2O4, LiNiO2 a LiV2O5. S prototypem nové generace lithium-iontových baterií s označním SCIB přišla firma Toshiba. Nový druh baterie dokáže po 5000 nabíjecích cyklech uchovat až 90 % kapacity. Baterie je tvořena lithiovou anodou a katodou tvořenou oxidy titanu a niobu. Další skvělou vlastností je rychlost nabíjení, která se pohybuje v řádu několika minut.

Závěr

Žijeme v době, kdy se konečně přehodnocuje způsob výroby a spotřeby energií s ohledem na planetu a udržitelnost a obnovitelné zdroje se stávají klíčovým krokem v této proměně. Sluneční, větrná nebo třeba vodní energie nabízí slibnou cestu ke snížení emisí skleníkových plynů, menší závislosti na fosilních palivech a posilování energetické soběstačnosti. Energetické zdroje, které jsou přirozeně dostupné a je možné je bez vyčerpání využívat do aleluja. Řeč je o obnovitelných zdrojích energie. Ty mají ve srovnání s konvenčními zdroji energie minimální dopad na životní prostředí.

Podle Ministerstva životního prostředí jsou navíc obnovitelné zdroje energie domácího původu a nespoléhají se tak na dostupnost konvenčních energetických zdrojů v budoucnosti. Přispívají tak ke zmírnění energetické závislosti na dodávkách energie ze zahraničí. Obnovitelné zdroje mají nižší dopad na životní prostředí než těžba a spalování fosilních paliv.

Nic ale není černobílé, tak se pojďme podívat i na nějaká ta negativa obnovitelných zdrojů energie. Slunce ne vždy svítí, vítr ne vždy fouká, a voda ne vždy proudí. Například instalace větrných turbín nebo solárních panelů může měnit celkový vzhled krajiny. Za zmínku na konec stojí to, že povolovací procesy pro stavbu např. větrných elektráren dnes v Česku mohou trvat i víc než 7 let.

tags: #zdroje #elektrickeho #napeti #v #prirode #druhy

Oblíbené příspěvky:

• Fond Ohrožených Dětí
• Ekologické materiály ve výrobě
• Komunální odpad Medlovice
• Zpracování odpadu z tabákových listů
• Elegantní odpadkový koš KIS Chic Bin L