RECETOX, Masaryk University, Brno, CR holoubek@recetox.muni.cz; http://recetox.muni.cz Ivan Holoubek Chemie životního prostředí II Chenie technosféry a atmosféry (II_03) Technosféra - Výroba energie a její vliv na životní prostředí Adobe Systems Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Globální primární produkce E ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Globální primární produkce E ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz globairpol Globální atmosférické koncentrace CO2 ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz eartcapol2 earth earth Globální spotřeba paliv a globální emise CO2 z různých typů paliv, 1970- 2020 Enerfueltygy5 ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Enerelec Enerturbgy3 Spalování fosilních paliv ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Enecregiom4 Spotřeba E v rozvojových zemích, 1995-2020 ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz refinery coal_pwrplant oilwell oilrig1 Egasstnergy2 Enercoal Ecostde2 reserves Fosilní paliva ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Zdroje znečištění prostředí TĚŽEBNÍ ČINNOST Äuhlí - hlušina Äkovy, rudy - hlušina Äropa – úniky Änarušení krajiny ZPRACOVÁNÍ UHLÍ Ätěžba – (S), hlušina,zásahy do krajiny Ädoprava využití: Ävýroba energie a tepla Ävýroba koksu Ävýroba plynu Äúprava Äsurovina pro chemický průmysl ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Povrchový důl na hnědé uhlí ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Povrchová těžba uhlí ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Výroba energie primární Energetické zdroje sekundární Primární - získané přímo z přírody (dřevo,uhlí, ropa, uranová ruda) Sekundární - úpravou primárních zdrojů a jejich přeměnou (svítiplyn, brikety, benzín, nafta, topné oleje ) ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Obnovitelné – prakticky nevyčerpatelné – sluneční záření, E vodních toků, větrná E, geotermální Přírodní zdroje energie Neobnovitelné – vyčerpatelné – uhlí, ropa, zemní plyn Výroba energie ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Obnovitelné zdroje Primární Využitelná forma E Rozpad radionuklidů uvnitř země Geotermální Sluneční Vodních toků Záření z kosmického prostoru Ledovců Větrná Mořských vln a proudů Chemická Pohyb planet Příliv, odliv ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Nárůst počtu obyvatel a spotřeby E 1950 1980 1990 2000 Nárůst Počet obyvatel (mld) 2,5 4,4 5,2 6,1 2,44-krát Spotřeba primární E (mld. tmp) 2,0 11,8 19,0 29,0 16,94-krát Spotřeba E /obyv. (tmp /obyv.) 1,04 2,7 3,65 4,75 ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Růst spotřeby primárních zdrojů ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Vývoj energetiky ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Skladba spotřeby primárních zdrojů v ČR a EU ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Ävyčerpané prvotní energetické zdroje Äzanedbatelná zásoba ušlechtilých paliv Äenergetická náročnost ekonomiky Ärelativně nižší úroveň zhodnocení paliv a energie Možná opatření: Äzvýšení účinnosti při využívání E a orientace na úsporná opatření (krátkodobé hledisko) Ävývoj a zavádění technologií usnadňujících přechod a zplynování (střednědobé) Äuplatnění nefosilních zásob E (dlouhodobé) Ärestrukturalizace průmyslu Äsnížení energetické náročnosti Energetické problémy ČR ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Elektrárna Mělník ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Distribuci stopových prvků v okolí tepelné elektrárny ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Možná opatření pro snížení vlivů tepelných elektráren na ŽP Äzvýšení rozptylu – extrémně vysoké komíny Ä Äjednorázová opatření k dočasnému zlepšení: - na vstupu – použití kvalitnějšího paliva - na výstupu – chemické vázání škodlivin Äpoužití kontinuálních metod odsiřování méně hodnotných paliv a tuhých paliv s vysokým obsahem síry Ä Äpoužití bezodpadových technologií ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Äodsiřování paliv - zplyňování paliv s následným zachycením H2S Ädesulfurace spalin 200 MW – spaliny 1 – 1,2 mil. m3.h-1 plynu (T = 130 – 180 °C) ČR: Hnědé uhlí – popel, S, As Jedno z hlavních paliv do roku 2000: Äzhoršující se kvalita Äsoustředění jeho spalování do elektráren vybavených odsiřovacím zařízením Äzplyňování uhlí s velkým obsahem síry Hlavní způsoby omezování plynných emisí ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Ropa: Änejpoužívanější energetický zdroj Äsurovinová základna petrochemického průmyslu Äspalování odpadů z petrochemie Ätěžké topné oleje – S – odstranění technologicky možné vyšší cena (hydrogenace H2S) Älehké topné oleje – malospotřebitelé ve městech Zemní plyn: - nejušlechtilejší palivo – náročné technologické procesy, komunální bytová sféra, surovina pro chemický průmysl Hlavní způsoby omezování plynných emisí ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Kombinace výroby tepla a elektřiny: účinnost klasické elektrárny – max. 40% kombinace - ~ 70% rozvod tepla - emise se nezmenšují, ale jsou soustředěny na jedno místo Hlavní problémy: SO2, NOx, prach, těžké kovy, PAHs ….. Vliv energetiky na ŽP Uhlí Topný olej Zemní plyn SO2 (bez odsíření) [t.r -1] 120 000 38 600 20 SO2 (odsíření) [t.r -1] 24 000 2 000 0 NO2 (bez) [t.r -1] 27 000 26 000 13 400 TČ (bez) [t.r -1] 270 000 26 000 518 TČ ( s čistěním) [t.r -1] 2 000 150 4 Radioaktivní látky [Mbq.r -1] 740 18,5 0 Odpadní teplo [mld kWh.r -1] 15% 1,64 1,71 2,2 Spotřeba chladící vody [mld l.r –1] 10 000 10 000 10 000 ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Výroba energie Alternativní způsoby ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Alternativní způsoby výrovy energie Experimentální Poloprovoz Prototyp Průmylově Geotermální X X X X E přílivu a odlivu X X X X E mořských vln - ~ 1990 1995 – 2000 > 2000 Větrná X X 1985 > 1995 Sluneční x 1980 – 1985 ~ 1985 > 1985 Jaderní štěpení – tepelné reaktory X X X X - rychlé reaktory X X X X Termojaderná fůze. X X ~ 1990 - 2000 Zplyňování uhlí X X X X Vodíkové hospodářství x > 1985 ~ 1990 > 2000 Fotosyntéza CH4 X X ~ 1990 > 2000 ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Předpokládaný příspěvek nových obnovitelných zdrojů Alternativní způsoby výrovy energie Předpokládaný příspěvek nových obnovitelných zdrojů energie ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Výhody: Äprakticky nevyčerpatelné zdroje E Äčistý zdroj Äžádné palivové náklady Nevýhody: Ämalá výkonová hustota Äproměnlivost intenzity záření Ävysoké náklady na skladování E Ävysoké měrné investiční náklady Možnosti využití: Äohřev vody Äsušení zemědělských produktů Äčerpání vody Ävytápění a klimatizace budov Ävýroba elektřiny Ätavba kovů Využití sluneční energie ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Využití sluneční energie ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Využití sluneční energie ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Využití sluneční energie ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Využití sluneční energie ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Využití sluneční energie ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Využití sluneční energie ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Využití větrné energie ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Výhody: Äžádné palivové náklady Äminimální vliv na ŽP (narušení vzhledu, nebezpečí pro ptáky) Nevýhody: Ämalá výkonová hustota Äproměnlivá intenzita větru Ävysoké náklady na skladování Možnosti využití: Äzásobování odlehlých oblastí elektrickou energií (zemědělské farmy v rozvojových zemích Využití větrné energie ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Využití větrné energie ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Využití větrné energie ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Využití větrné energie ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Využití větrné energie ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Využití větrné energie ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Využití větrné energie ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Využití větrné energie ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Geoenergetické systémy ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Využití geotermální energie ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Výhody: Äžádné palivové náklady Nevýhody: Äomezený počet vhodných lokalit Ärelativně nízký výkon bloku Äkorozní problémy (obsah chemikálií ve vody a v páře) Äemise H2S, NH3…. Možnosti využití: Ävytápění domů a skleníků Ävýroba elektřiny Využití geotermální energie ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Geotermální pole ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Využití geotermální energie ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Využití geotermální energie ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Využití geotermální energie ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Systémy získávání primárních zdrojů zemského tepla ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Systémy získávání primárních zdrojů zemského tepla ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Systémy získávání primárních zdrojů zemského tepla ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Plošná klasifikace ČR z hlediska vhodnosti využití zemského tepla ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Výhody: Äžádné palivové náklady Äčistý zdroj E Nevýhody: Änízká účinnost přeměny E Äkorozní problémy zařízení Äproblémy s vývojem velkoplošných výměníků tepla, turbin, čerpadel Možnosti využití: Ävýroba elektřiny a její využití na produkci H2, N2, U z mořské vody Využití tepelné energie oceánů ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Využití tepelné energie oceánů ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Výhody: Äžádné palivové náklady Äčistý zdroj E Nevýhody: Ämalá výkonová hustota Možnosti využití: Ävýroba elektřiny a její využití na produkci H2, U …. Využití kinetické energie oceánů – energie mořských vln ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Využití kinetické energie oceánů – energie mořských vln ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Využití vodní energie ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Využití vodní energie ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz FOTOSYNTÉZA A PŘEMĚNA BIOLOGICKÉ HMOTY: Výhody: Ämaximální využití zemědělských, lesních a městských odpadů na výrobu E Ämožnosti využití dosud neobdělávané půdy Nevýhody: Änízká účinnost přeměny sluneční E Ävyžaduje velké plochy na pěstování rychle rostoucích rostlin a dřevin Änákladná příprava půdy (odvodňování bažin a močálů) Využití biomasy ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Možnosti využití: Ävýroba kapalných a plynných paliv Äpyrolýzou (plyn, topný olej) Äfermentací Využití biomasy ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Energetický potenciál biomasy ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Výroba bioplynu ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Výroba bioplynu ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Předpokládaný vývoj využití biomasy v ČR ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Předpokládaná skladba bioenergetických zdrojů v ČR v roce 2010 ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Elektrolýza vody ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Elektrolýza vody ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Elektrolýza vody ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Elektrolýza vody ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Vysokoteplotní rozklad vody ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Biologické metody výroby vodíku ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Biologické metody výroby vodíku ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Porovnání měrných akumulačních kapacit pro různé typy skladování vodíku ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Porovnání vlastností důležitých pro spalování pro vodík a methan ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Tepelná čerpadla ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Tepelná čerpadla ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Tepelná čerpadla ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Jaderná energetika ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Enenucl Enernuc nuc11 Jaderná energetika ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz pwnccr The Pressurized Water Reactor (PWR) The Boiling Water Reactor (BWR) bwr Jaderná energetika ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz nefig11 Jaderná energetika ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Jaderná energetika ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Jaderná energetika ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Jaderná energetika ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Jaderná energetika ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Jaderná energetika ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Jaderná energetika ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Jaderná energetika ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Jaderná energetika ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Jaderná energetika ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Jaderná energetika ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Jaderná energetika ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Termonukleární syntéza ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Termonukleární syntéza ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Nukleární reakce CNO cyklus: 12C + p ® ( g) ® 13N 13N + p ® ( e+, n) ® 13C 13C + p ® ( g) ® 14N 14N + p ® ( g) ® 15O 15O + p ®( e+, n) ® 15N 15N + p ® ( g) ® 12C + a (4He) p-p proces (hoření vodíku – 10 milionů K): p + p ® ( e+, g, n) ® 2H 2H + p ® ( g) ® 3He 3He + 3He ® 4He + 2 p ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Těžké prvky Äpomalý záchyt neutronů – s-proces (slow) Ärychlý záchyt neutronů – r-proces (rapid) – následně b– rozpad Äzáchyt protonů – p-proces ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Předpokládaný příspěvek nových obnovitelných zdrojů E a jejich podíl na všech primárních energetických zdrojích ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Měrná produkce CO2 při spalování různých paliv ‹#› Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz OPVK_MU.tif Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky