Utjecaj na okoliš

Na okoliš vrlo nepovoljno utječu termoelektrane.

Kod termoelektrana (klasičnih-hlađenih) dva su osnovna učinka koji utječu na onečišćenje okoliša. Prvi i osnovni je učinak koji nastaje zbog izgaranja fosilnih goriva. Drugi i manje bitni jest toplinsko onečišćenje rijeka ili jezera. Kod izgaranja u atmosferu se ispuštaju plinovi kao što su CO2, CO, NOX, SO2, različiti ugljikovodici (CmHn). Od svih navedenih ugljik dioksid (CO2, ) i voda (H2O) nisu direktno otrovni za ljude. No oni izravno utječu svojom koncentracijom na zagrijavanje atmosfere (apsorpcija toplinskog zračenja u atmosferi).

Nuklearne elektrane isto tako proizvode otpad. Jedna vrsta je radioaktivni otpad, dok je druga vrsta otpada vruća voda. Najveći problem se javlja pri skladištenju radioaktivnog otpada. Otpad se mora skladišti u specijalnim bazenima ili suhim kontejnerima, a njegovo razlaganje je prilično dugo.

Najpovoljniji tipovi elektrana sa ekološkog stajališta su hidroelektrane, vjetroelektrane i solarne elektrane. One ne zagađuju okoliš s obzirom da se koriste obnovljivim izvorima energije. U cilju zaštite okoliša, sve veći naglasak stavlja se upravo na elektrane na obnovljive izvore, a u budućnosti, realno je za očekivati da će one preuzeti proizvodnju većine električne energije u svijetu.

Poznate katastrofe

Povijest korištenja atomske energije prepuna je manjih i većih incidenata. Neke od njih bile su posebno dramatične. Donosimo kronološki pregled najvećih nesreća koje su dijelom i promijenile pogled na nuklearnu energiju.

Travanj 1986.
Najteža katastrofa u povijesti Zemlje dogodila se u ukrajinskom Černobilu, tada dijelu Sovjetskog Saveza. U eksploziji grafitnog reaktora na licu mjesta je poginulo 32 ljudi. Tisuće osoba preminule su od posljedica havarije tijekom godina i koje su uslijedile. Oko 120.000 osoba moralo je biti preseljeno iz ozračenog prostora. Vjetrovi i oblaci tada su radioaktivni materijal "transportirali" i na područje zapadne Europe.

Ožujak 1979.
Najveća atomska nesreća na teritoriju Sjedinjenih Američkih Država dogodila se u nuklearki Three Mile Island u Harrisburgu, savezna država Pennsylvania. Radioaktivni "oblak" tada je registriran i nekoliko stotina kilometara od mjesta nesreće. Više od 200.000 ljudi moralo je napustiti svoje domove.

Listopad 1957.
U jednoj nuklearnoj elektrani kod Windscalea u Velikoj Britaniji odjednom je izbio požar u reaktoru koji je služio za proizvodnju plutonija. Radioaktivni plinovi "zatrovali" su područje veliko nekoliko stotina četvornih kilometara. Od posljedica havarije umrlo je najmane 39 ljudi.

Rujan 1957.
Svijet je za jednu od najvećih nuklearnih katastrofa saznao tek nekoliko godina nakon što se ona doista dogodila. U sovjetskoj tvornici plutonija Majak eksplodirao je podzemni spremnik s tekućim, radioaktivnim otpadom. Najmanje 1.000 ljudi je poginulo, više od 10.000 je došlo u kontakt s radiokativnim materijalom. Do danas nema pouzdanih brojki o razmjerima nesreće. Već pola stoljeća je ozračeno područje veliko oko 12.000 četvornih kilometara. Tek 1976. svijet je saznao za ovu neseću, tajnu je odao jedan sovjetski znanstvenik koji je emigrirao. Moskva je tek 1990. službeno priznala havariju.

Ožujak 2011.
Nakon razornog potresa od 9,3 stupnja po Richteru Japan je tog kobnog dana pogodio i razorni 16-metarski tsunami uzrokovan potresom. Tsunami je pogodio nuklearnu elektranu Fukushima Daiichi i oštetio postrojenje što je dovelo do curenja radioaktivnosti iz oštećenih reaktora. Zbog radioaktivnog zračenja vlasti su evakuirale stanovništvo u krugu od 30 kilometara oko nuklearke. Mada su pojedini radnici bili izloženi velikom zračenju, do sada nitko nije preminuo. Radovi na popravku nuklearke trajat će još najmanje trideset godina.

Neobnovljivi izvori energije

Neobnovljivi izvori energije su izvori energije koji se ne mogu regenerirati ni ponovno proizvesti.

To su: ugljen, nafta, prirodni plin i nuklearna energija.

Ugljen, nafta i prirodni plin nazivaju se fosilna goriva. Samo ime fosilna goriva govori o njihovom nastanku. Prije mnogo milijuna godina ostaci biljaka i životinja počeli su se taložiti na dno oceana ili na tlo. S vremenom je te ostatke prekrio sloj blata, mulja i pijeska. U tim uvjetima razvijale su se ogromne temperature i veliki pritisci, a to su idealni uvjeti za pretvorbu ostataka biljaka i životinja u fosilna goriva. Glavni izvor energije fosilnih goriva je ugljik, pa njihovim sagorijevanjem u atmosferu odlazi puno ugljikovog dioksida. To je glavni problem iskorištavanja fosilnih goriva gledano s ekološkog aspekta.

Ugljen
Ugljen je nastao od davnih biljaka prije 300 milijuna godina. Goleme biljke su se taložile u močvarama i milijunima godina preko tih ostataka se taložilo blato koje je stvaralo veliku toplinu i pritisak. Danas se ugljen većinom nalazi ispod sloja stijena i blata, a da bi se došlo do njega probijaju se rudnici. Od svih fosilnih goriva ugljena ima najviše, a ima i najdužu povijest upotrebe. Već u 2. i 3. st. stari Rimljani u Engleskoj su koristili ugljen. Godine 1880. ugljen je prvi put upotrebljen za proizvodnju električne energije.

Nafta
Nafta je tamna tekućina koja se najčešće nalazi ispod površine Zemlje ili morskog dna. Nafta se najviše koristi za pokretanje vozila (obično u obliku benzina i drugih derivata) te za dobivanje električne energije u termoelektranama. Također je značajna sirovina za mnoge proizvode (plastika, umjetno gorivo, razni razrjeđivači i ostale kemikalije). Industrija koja se bavi preradom nafte se naziva petrokemijska industrija.

Prirodni plin
Zemni ili prirodni plin je fosilno gorivo koje se najvećim dijelom (85% do 95%) sastoji od metana (CH4), koji je najjednostavniji ugljikovodik bez mirisa i okusa. Zapaljiv je i eksplozivan. Kao fosilno gorivo, prirodni plin ima ograničene zalihe. Procjene su da bi zalihe prirodnog plina, uz današnju razinu iskorištavanja, mogle potrajati još oko sto godina. Plin se upotrebljava u kućanstvu, koristi se kao sredstvo za grijanje, u industriji itd.

Nuklearna energija
Nuklearna ili atomska energija je naziv za energiju koja se oslobađa pri procesima transmutacije atomskih jezgara. U užem smislu pod nuklearnom energijom se smatra primjena kontroliranih nuklearnih reakcija u svrhu pokretanja različitih uređaja. To se najčešće događa unuklearnim elektranama. Nuklearna energija danas proizvodi 17 % električne energije u svijetu, odnosno 7 % globalne energije. Počela se komercijalno primjenjivati od 1950-ih godina. Nuklearna energija povezana je sa nekoliko velikih ekoloških katastrofa.

Obnovljivi izvori energije

Obnovljive izvore energije možemo podijeliti u dvije glavne kategorije:
- tradicionalne obnovljive izvore energije poput biomase i hidroelektrana
- "nove obnovljive izvore energije" poput energije Sunca, energije vjetra i geotermalne energije

Iz obnovljivih izvora energije dobiva se 18% ukupne svjetske energije (2006), ali je većina od toga energija dobivena tradicionalnim iskorištavanjem biomase za kuhanje i grijanje - 13 od 18%. Od velikih hidroelektrana dobiva se dodatnih tri posto energije.

Prema tome, kad izuzmemo tradicionalne obnovljive izvore energije jednostavno je uračunati da takozvani "novi izvori energije" proizvode samo 2,4% ukupne svjetske energije. 1,3% otpada na instalacije za grijanje vode, 0,8% na proizvodnju električne energije i 0,3% na biogoriva.

Taj udio u budućnosti treba znatno povećati jer neobnovljivih izvora energije ima sve manje, a i njihov štetni utjecaj sve je izraženiji u zadnjih nekoliko desetljeća. Sunce isporučuje Zemlji 15 tisuća puta više energije nego što čovječanstvo u sadašnjoj fazi uspijeva potrošiti, ali usprkos tome neki ljudi na Zemlji se smrzavaju. Iz toga se vidi da se obnovljivi izvori mogu i moraju početi bolje iskorištavati i da ne trebamo brinuti za energiju nakon fosilnih goriva.

Hidroelektrane

Hrvatska ima ukupno 26 aktivnih hidroelektrana. U nastavku slijedi popis svih elektrana poredanih po položaju od sjevera do juga.

rijeka Drava:

HE Varaždin - snage 2x47 MW

HE Dubrava - snage 2x38 MW

HE Čakovec - snage 2x38 MW

rijeka Kupa:

HE Ozalj - snage 5.5 MW

slivno područje Lokvarke i Ličanke:

HE Zeleni vir - snage 1.7 MW

RHE Lepenica - snage 1.25 MW

CHE Fužine - snage 4.6 MW

HE Vinodol - snage 90 MW

rijeka Rječina:

HE Rijeka - snage 36.8 MW

rijeka Ogulinska Dobra:

HE Gojak - snage 55.5 MW

rijeka Gojačka Dobra:

HE Lešće - snage 42.3 MW

rijeka Gacka:

HE Senj - snage 216 MW

rijeka Lika:

HE Sklope - snage 22.5 MW

rijeka Zrmanja:

RHE Velebit - snage 276 MW

rijeka Krka:

HE Golubić - snage 7.5 MW

HE Miljacka - snage 24 MW

HE Jaruga - snage 7.2 MW

MHE Krčić - 0.375 MW

rijeka Cetina:

HE Peruća - snage 60 MW

HE Đale - snage 40.8 MW

HE Zakučac - snage 485 MW

HE Kraljevac - snage 46.4 MW

umjetno jezero Buško Blato:

HE Obrovac - snage 237 MW

rijeka Trebišnjica:

HE Zavrelje - snage 2 MW

HE Dubrovnik - snage 216 MW

Hidroelektrana ili hidroelektrična centrala je postrojenje u kojem se potencijalna energija vode najprije pretvara u kinetičku energiju njezinog strujanja, a potom u mehaničku energiju vrtnje vratila turbine te, konačno u električnu energiju u električnom generatoru. Hidroelektranu u širem smislu čine i sve građevine i postrojenja, koje služe za prikupljanje (akumuliranje), dovođenje i odvođenje vode (brana, zahvati, dovodni i odvodni kanali, cjevovodi itd.), pretvorbu energije (vodne turbine, generatori), transformaciju i razvod električne energije (rasklopna postrojenja, dalekovodi) te za smještaj i upravljanje cijelim sustavom (strojarnica i sl).

Iskorištavanje energije vodnog potencijala ekonomski je konkurentno proizvodnji električne energije iz fosilnih i nuklearnog goriva, zato je hidroenergija najznačajniji obnovljivi izvor energije. U zadnjih trideset godina proizvodnja u hidroelektranama je utrostručena, a njen udio povećan je za 50 %, za to je vrijeme proizvodnja u nuklearnim elektranama povećana za 100 puta, a udio oko 80 puta. Ti podaci pokazuju da se proizvodnja u hidroelektranama brzo povećava, ali značajno zaostaje za proizvodnjom u nuklearnim elektranama (ali i termoelektranama). Razlog takvom stanju leži u činjenici da iskorištavanje hidroenergije ima bitna tehnička i prirodna ograničenja. 

Glavno ograničenje jest zahtjev za postojanjem obilnog izvora vode kroz cijelu godinu, jer je skladištenje električne energije skupo i vrlo štetno za okoliš, osim toga na određenim lokacijama je za poništavanje utjecaja oscilacija vodostaja potrebno izgraditi brane i akumulacije. Njihovom izgradnjom značajno se povećava investicija, utjecaji na okoliš, potrebna je zaštita od potresa, a u zadnje vrijeme postoje i značajne terorističke prijetnje.

Jednom kada je hidroelektrana završena, nije potreban novac za sve skuplje gorivo, ne stvara se opasan otpad (kao kod nuklearnih elektrana) i stvara gotovo zanemarivu količinu stakleničkih plinova (za razliku od termoelektrana). U svijetu je instalirano hidroelektrana sa snagom od 777 GW, koje daju 2998 TWh električne energije, u 2006. To je otprilike 20 % svjetske proizvodnje električne energije svih vrsta, ili 88 % od svih obnovljivih izvora energije.

Korištenje hidroenergije je započelo u Mezopotamiji i drevnom Egiptu prije oko 8000. godina, kada se ona koristila za navodnjavanje. Vodeni sat ili klepsidra se počeo koristiti prije oko 4000. godina. Hidroenergija se koristila za kanat ili turpan, a to su vodovodni sustavi, koji su služili za dovod svježe vode, u vrućim i suhim naseljenim područjima, a to su razvili stari Perzijanci i proširili na druge krajeve, od Maroka do Kine.

Termoelektrane

Termoelektrane su energetska postrojenja koje energiju dobivaju sagorijevanjem goriva, a glavna primjena i svrha termoenergetskih postrojenja je proizvodnja pare koja će pokretati turbinu, a potom i generator električne energije.

Osnovna namjena im je proizvodnja i transformacija primarnih oblika energije u koristan rad, koji se kasnije u obliku mehaničke energije dalje iskorištava za proizvodnju električne energije. Mehanička energija je proizvedena uz pomoć toplinskog stroja koji transformira toplinsku energiju. Imamo pretvaranje kemijske energije u toplinsku koja se pak različitim procesima predaje nekom radnom mediju. Radni medij pak služi kao prijenosnik te energije, često izgaranjem goriva, u energiju vrtnje.

Termoelektrane u Hrvatskoj kao gorivo koriste ugljen, plin i loživo ulje. U nastavku slijedi popis elektrana smještenih od sjevera prema jugu.

KTE Jertovec - ukupne snage 80 MW

EL-TO Zagreb - ukupne snage 88.8 MW

TE-TO Zagreb - snage 440 MW

TE-TO Osijek - snage 89 MW

TE Sisak - snage 420 MW

TE Rijeka - snage 320 MW

TE Plomin - blok 1 snage 120 MW, blok 2 snage 210 MW

Podjela termoelektrana prema vrsti pokretača:

1. Plinsko-turbinsko postrojenje
2. Parno-turbinsko postrojenje
3. Kombinirano postrojenje

Utjecaj termoelektrana na okoliš

Danas je sve manje termoelektrana budući da su veliki onečišćivači prirode. Kod termoelektrana dva su osnovna učinka koji utječu na onečišćenje okoliša. Prvi i osnovni je učinak koji nastaje zbog izgaranja fosilnih goriva. Drugi i manje bitni jest toplinsko onečišćenje rijeka ili jezera. Mi ćemo govoriti samo ovim prvim, odnosno onečišćenjem uslijed izgaranja fosilnog goriva. Izgaranje je proces u kojem se kemijska energija sadržana u gorivu transformira u unutrašnju energiju koja se opet dalje iskorištava u raznim procesima. Kod izgaranja u atmosferu se ispuštaju plinovi kao što su CO, voda, NOx, različiti ugljikovodici,... Od svih navedenih ugljik dioksid i voda nisu direktno otrovni za ljude. No oni izravno utječu svojom koncentracijom na zagrijavanje atmosfere (apsorpcija toplinskog zračenja u atmosferi). Vrsta i sastav plinova nastalih uslijed izgaranja ovisi o sastavu goriva koje izgara u procesu. Elementi koji čine većinu fosilnih goriva su ugljik, vodik i sumpor. Ugljik može izgarati potpuno i djelomično. U potpunom izgaranju imamo CO2kao produkt dok kod djelomičnog izgaranja kao produkt imamo CO. Upravo zbog toga veći udio CO imamo u termoelektranama na ugljen jer je teže osigurati kvalitetno miješanje goriva i zraka. Izgaranjem vodika dobivamo vodu, a izgaranjem sumpora SO2. Kod izgaranja težimo što potpunijem izgaranju. Da bismo to ostvarili cilj je imati što bolje miješanje zraka i goriva.

Energija biomase

Biomasa je sva organska tvar nastala rastom bilja i životinja. Od svih obnovljivih izvora energije, najveći se doprinos u bližoj budućnosti očekuje od biomase. Svake godine na zemlji nastaje oko 2.000 milijardi tona suhe biomase. Za hranu se od toga koristi oko 1,2%, za papir 1%, i za gorivo 1%. 

Ostatak, oko 96% trune ili povećava zalihe obnovljivih izvora energije. 

Od biomase se mogu proizvoditi obnovljivi izvori energije kao što su bioplin, biodizel, biobenzin,(etanol) a suha masa se može mljeti u sitne komadiće pelete, koji se mogu spaljivati u automatiziranim pećima za proizvodnju topline i električne energije. 

U poljoprivrednoj proizvodnji ostaje velika količina neiskorištene biomase. Razni ostaci u ratarskoj proizvodnji kao što su: ostaci pri rezidbi voćki, vinove loze i maslina, slama, kukuruzovina, stabljike suncokreta, i sl. relativno su lako iskoristiv oblik energije. Proizvodnjom i korištenjem biomase u energetske svrhe smanjuje se emisija štetnih tvari i doprinosi se zaštiti tla i voda te povećanju bioraznolikosti. Biomasa je vrlo prihvatljivo gorivo s gledišta utjecaja na okoliš jer sadrži vrlo malo ili čak uopće ne sadrži brojne štetne tvari – sumpor, teške kovine i sl., koje se nalaze u fosilnim gorivima, a koje se njihovim izgaranjem emitiraju u zrak te ugrožavaju naše zdravlje i okoliš. Glavna prednost biomase u odnosu na fosilna goriva je njena obnovljivost.

Računa se da je opterećenje atmosfere s CO2 pri korištenju biomase kao goriva zanemarivo, budući da je količina emitiranog CO2 prilikom izgaranja jednaka količini apsorbiranog CO2 tijekom rasta biljke. U posljednje vrijeme sve više postaje očito da je današnji pristup energiji neodrživ. Od svih obnovljivih izvora energije, najveći se doprinos u bližoj budućnosti očekuje od biomase. Biomasa, kao i njezini produkti – tekuća biogoriva i bioplin, nije samo potencijalno obnovljiva, nego i dovoljno slična fosilnim gorivima da je moguća izravna zamjena.

Biomasa je obnovljivi izvor energije, a općenito se može podijeliti na drvnu, nedrvnu i životinjski otpad, unutar čega se mogu razlikovati:

•  Drvna biomasa

Ostaci i otpad nastao pri piljenju, brušenju, blanjanju,…

Često je to otpad koji opterećuje poslovanje drvno-prerađivačke tvrtke

Služi kao gorivo u vlastitim kotlovnicama, sirovina za proizvode, brikete, pelete

Jeftinije je i kvalitetnije gorivo od šumske biomase

• Ostaci i otpaci iz poljoprivrede

Slama, kukuruzovina, oklasak, stabljike, koštice, ljuske,…

To je heterogena biomasa različitih svojstava

Ima nisku ogrjevnu vrijednost zbog visokog udjela vlage i različitih primjesa (klor!)

Prerađuje se prešanjem, baliranjem, peletiranjem

Danska: instalirana je elektrana na ostatke žitarica od 450 MW!

• Životinjski otpad i ostaci 

Anaerobna fermentacija (izmet – sve vrste životinja + zelena masa)

Spaljivanjem (stelja, lešine – peradarske farme)

Bioplin (60% metana, 35% CO2 te 5% smjese vodika, dušika, amonijaka, sumporovodika, CO, kisika i vodene pare)

• Biomasa iz otpada

Zelena frakcija kućnog otpada

Biomasa iz parkova i vrtova s urbanih površina

Mulj iz kolektora otpadnih voda

KRUTA BIOMASA

Kruta biomasa uključuje drvo, poljoprivredne te ostale organske nusproizvode i otpad.

Kruta biomasa se može spaljivati i tako se iz nje može dobiti toplinska energija za grijanje ili proizvodnju električne energije, a može se raznim postupcima pretvoriti u biogoriva ili bioplin te se kao takva koristiti za dobivanje energije.

• Neki postupci prerade i uporabe biomase

kompostiranje (u svrhu dobivanja gnojiva)

anaerobna digestija (biomasa trune u svrhu dobivanja metana i taloga koji se koristi kao gnojivo)

fermentacija i destilacija (za dobivanje etilnog alkohola)

destruktivna destilacija (proizvodi metilni alkohol iz otpada bogatih celulozom)

piroliza (zagrijavanje organskog otpada bez prisustva zraka u svrhu proizvodnje zapaljivog plina i ugljena)

spaljivanje u svrhu dobivanja topline i električne energije

građevinski materijali

biorazgradive plastike i papir (korištenje celuloznih vlakana)

BIOGORIVA

Biogoriva su goriva koja se dobivaju preradom biomase. U posljednjih nekoliko godina, proizvodnja i potrošnja biogoriva rastu. Ekološki su daleko prihvatljivija od fosilnih, ali im je proizvodnja još uvijek skuplja. Najintenzivnija proizvodnja je u Brazilu, iz šećerne trske, te u SAD-u, iz kukuruza. Glavna biogoriva su bioetanol i biodizel.

Bioetanol predstavlja alternativu benzinu. Proizvodi se iz šećerne trske, kukuruza, ječma, krumpira, suncokreta, žita, drva i još nekih biomasa. Najintenzivnija proizvodnja je u Brazilu. Europska Unija već troši znatne količine bioetanola. Hrvatska ima veliki potencijal za proizvodnju i izvoz bioetanola.

Biodizel predstavlja alternativu običnom dizelu proizvedenom iz fosilnih goriva. Proizvodi se najviše iz uljarica (uljane repice, soje, suncokreta, palminih ulja), biorazgradiv je i nije opasan za okoliš. U nekim zemljama Europske Unije, biodizel je već zastupljen u gorivima (u određenom postotku), te također neka vozila već mogu voziti na 100%-tni biodizel.

Bioplin nastaje fermentacijom otpada iz poljoprivrede, kućanstava i industrije. Sastoji se od približno 60 posto metana, 35 posto ugljičnog dioksida, te 5 posto smjese vodika, dušika, amonijaka, sumporovodika, ugljičnog monoksida, kisika i vodene pare. S obzirom na količinu metana koju sadržava, bioplin se može koristiti kao gorivo. Kalorična vrijednost bioplina razmjerna je količini metana. Bioplin se može koristit za dobivanje električne energije, grijanje vode i prostora te u industrijskim procesima. Ako se komprimira, može zamijeniti prirodni plin koji se koristi u automobilima sa motorima na unutarnje izgaranje.