Γεωλογία - Διαχείριση Φυσικών Πόρων (Α Γενικού Λυκείου - Επιλογής)
 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9
ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
|
|
|
9.1. Εισαγωγή Η άνοδος του βιοτικού επιπέδου των λαών συμβαδίζει με τη μεγαλύτερη παραγωγή ενέργειας που προέρχεται κυρίως από την καύση των ορυκτών καυσίμων, άνθρακα και πετρελαίου. Βέβαια στις αναπτυγμένες χώρες ήδη παράγεται ενέργεια από πυρηνικούς αντιδραστήρες και σε μικρότερο ποσοστό από υδροηλεκτρικά φράγματα, ενώ μικρές ποσότητες παράγονται από τη δέσμευση της ηλιακής, της αιολικής και της γεωθερμικής ενέργειας.Είναι γνωστό ότι η συνολική κατανάλωση ενέργειας στον πλανήτη μας αυξάνει καθημερινά, όπως είναι επίσης γνωστό ότι οι σημερινές |
πηγές ενέργειας όπως το κάρβουνο, το πετρέλαιο, το φυσικό αέριο και τα πυρηνικά καύσιμα επειδή είναι μη ανανεώσιμες προβλέπεται να εξαντληθούν σε ορατό χρονικό διάστημα. Βέβαια στις υπό ανάπτυξη χώρες υπάρχουν μεγάλα αποθέματα ορυκτών καυσίμων που θα χρησιμοποιηθούν, διότι γι αυτές τις χώρες δεν υπάρχουν περιθώρια για άλλες λύσεις. Φαίνεται λοιπόν ότι τα επόμενα χρόνια ο άνθρωπος θα συνεχίσει να καίει τα ορυκτά καύσιμα για να πάρει την ενέργεια που χρειάζεται. Αυτό όμως σημαίνει ότι θα συνεχίσει να ρυπαίνει το περιβάλλον και να κάνει πιο έντονα τα φαινόμενα του θερμοκηπίου, της όξινης βροχής κ.ά.
Ένα είναι βέβαιο. Πρέπει να είμαστε έτοιμοι |
|
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9
|
|
|
να αντιμετωπίσουμε δύο σοβαρότατες κρίσεις, η μία είναι ο κίνδυνος της εξάντλησης των μη ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και η άλλη ο κίνδυνος των τεράστιων οικολογικών καταστροφών που απειλούν τον πλανήτη από τη φρενήρη κατανάλωση των ρυπογόνων και ως εκ τούτου επιβλαβών συμβατικών και πυρηνικών καυσίμων. Η ελπίδα για την αντιμετώπιση αυτής της διπλής κρίσης είναι η βαθμιαία ανάπτυξη και χρησιμοποίηση των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας οι οποίες εκτός του ότι είναι ανεξάντλητες είναι και καθαρές πηγές. Επιπλέον εκείνο που μπορούμε και πρέπει ταυτόχρονα να κάνουμε είναι να ελαττώσουμε την εκπομπή ρύπου στο περιβάλλον και να βρούμε τρόπους αύξησης της απόδοσης στη μετατροπή της θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια. Για να συμβούν όμως όλα αυτά θα πρέπει να γίνει μια έντονη προσπάθεια και να διατεθούν αρκετά κονδύλια για να προχωρήσει η έρευνα σε θέματα προστασίας περιβάλλοντος και αύξησης της απόδοσης. Συγχρόνως προτεραιότητα πρέπει να δοθεί στη μεταφορά ενέργειας ή καυσίμου, αλλά και στους τρόπους αποθήκευσης της ενέργειας.
Μετά το 1970 και την πρώτη πετρελαϊκή κρίση, ο κίνδυνος αισθητής μείωσης των πετρελαϊκών κοιτασμάτων σε συνάρτηση με την περιβαλλοντολογική ευαισθησία στον ορατό πλέον κίνδυνο για έντονη ρύπανση και υποβάθμιση του περιβάλλοντος είχε ως αποτέλεσμα την εκδήλωση έντονου ενδιαφέροντος για την εφαρμογή ήπιων μορφών ενέργειας οι οποίες είναι ως επί το πλείστον ανεξάντλητες. Οι πηγές αυτές είναι η βιομάζα, η αιολική ενέργεια, η ηλιακή ενέργεια, η γεωθερμία, η υδραυλική ενέργεια κ.ά. Πρωτογενείς μορφές ενέργειας λέγονται οι ορυκτοί άνθρακες, το αργό πετρέλαιο, τα φυσικά αέρια, η βιομάζα, οι υδατοπτώσεις, η ενέργεια των παλιρροιών, η αιολική ενέργεια, η ηλιακή, η γεωθερμική και η πυρηνική. Από τις πρωτογενείς αυτές μορφές ενέργειας άλλες χρησιμοποιούνται όπως αυτές προσφέρονται από τη φύση, άλλες μετατρέπονται σε δευτερογενείς μορφές ενέργειας που μεταφέρονται ευχερέστερα και χρησιμοποιούνται πιο οικονομικά, πιο εύκολα. |
Τα αποθέματα πετρελαίου και ανθράκων υπολογίζονται σε τρισεκατομμύρια τόννους, τα κατατάσσουν σε πλούσια και πτωχά κοιτάσματα, με εύκολη ή δύσκολη εκμετάλλευση και προβλέπουν εξάντλησή τους μετά 50-100 χρόνια. Το πετρέλαιο συνεχίζει να κυριαρχεί σαν πηγή ενέργειας κυρίως στις μεταφορές. Η χρήση του αυξάνει με ρυθμό περίπου 2% ετησίως στις αναπτυγμένες χώρες, αλλά με ρυθμό περίπου 50% στις αναπτυσσόμενες χώρες. Το φυσικό αέριο αναμένεται να έχει αυξητική χρήση στα σπίτια αλλά και στη βιομηχανία. Σήμερα είναι ακόμη φθηνό και έχει το πλεονέκτημα να ρυπαίνει λίγο το περιβάλλον σε σχέση με το πετρέλαιο και τα προϊόντα του. Ο άνθρακας χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και στη μεταλλουργία. Και στον άνθρακα έχουμε αυξανόμενη χρήση περίπου 2% ετησίως. Η υδροηλεκτρική ενέργεια καταλαμβάνει περίπου το 20% της χρησιμοποιούμενης ενέργειας. Δεν μπορεί να θεωρηθεί ως οικονομική λύση. Υπάρχει δυσκολία στην εύρεση κατάλληλης θέσης για υδροηλεκτρική εγκατάσταση, η απόδοση είναι περιορισμένη διότι έχει σημασία η ποσότητα του νερού που πρέπει να ελευθερωθεί από το φράγμα κ.ά. Στις αναπτυγμένες χώρες έχουμε μεγάλη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από πυρηνική ενέργεια. Η ανάπτυξη των πυρηνικών σταθμών στις χώρες αυτές έγινε για να μπορέσουν να αποδεσμευτούν από την εισαγόμενη πηγή ενέργειας. Τα ατυχήματα που συνέβησαν και το υψηλό κόστος κατασκευής φαίνεται ότι είναι αποτρεπτικοί παράγοντες στο σχέδιο επέκτασης παλαιών ή δημιουργίας νέων σταθμών πυρηνικής ενέργειας. 9.2 Καύσιμα Καύσιμα καλούνται τα σώματα (στερεά, υγρά και αέρια) από την καύση των οποίων παράγεται εκμεταλλεύσιμη θερμότητα. Το βαθμό ανάπτυξης μιας χώρας τον προσδιορίζουμε με το κατά κεφαλήν εισόδημα ή το ανά κάτοικο καταλισκόμενο νερό ή τον παραγόμενο χάλυβα ή |
|
ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
|
|
|
την κατανάλωση ενέργειας.
9.2.1 Βιομάζα Βιομάζα, είναι ό,τι άμεσα ή έμμεσα προέρχεται από τον φυτικό κόσμο. Ειδικότερα βιομάζα είναι : υλικά, υποπροϊόντα και κατάλοιπα της φυτικής, ζωικής, δασικής και αλιευτικής παραγωγής, τα υποπροϊόντα από τη βιομηχανική επεξεργασία αυτών, τα αστικά λύματα και σκουπίδια, καθώς και οι φυσικές ύλες από οικοσυστήματα ή ενεργειακές καλλιέργειες, όπως αυτοφυή φυτά, σόργο, ευκάλυπτο κ.ά.Μετά την ενεργειακή κρίση του 1973 η βιομάζα άρχισε να θεωρείται σαν μία σοβαρή πηγή ενέργειας, η οποία έχει τη δυνατότητα να συμβάλλει σημαντικά στις ενεργειακές ανάγκες της ανθρωπότητας, ιδιαίτερα εκ του γεγονότος ότι είναι μία ανεξάντλητη πηγή ενέργειας σε αφθονία. Η βιομάζα που παράγεται παγκοσμίως υπολογίζεται σε 172 δισ. τόνους ξηρού υλικού το χρόνο, με δυνατότητα παροχής ενέργειας δεκαπλάσιας εκείνης που καταναλίσκεται σε όλο τον κόσμο. Το τεράστιο αυτό ενεργειακό δυναμικό, που παρέχει η βιομάζα, αξιοποιείται κατά ένα μικρό ποσοστό, που καλύπτει περίπου το 14% της παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας, και αντιστοιχεί σε 3 εκατομμύρια τόνους πετρελαίου τη μέρα. Η παραγωγή ενέργειας από τη βιομάζα σε αντίθεση με την καύση ορυκτών ανθράκων δεν συνοδεύεται με παραγωγή SΟ2. Επίσης δεν επιβαρύνει το φαινόμενο του θερμοκηπίου που οφείλεται σε μεγάλο ποσοστό στο διοξείδιο του άνθρακα (CΟ2) που παράγεται από την καύση ορυκτών καυσίμων. Ενέργεια λοιπόν μπορεί να παραχθεί από τα υπολείμματα της δασοπονίας και της βιομηχανίας ξύλου, όπως και υπολειμμάτων των γεωργικών καλλιεργειών. Οι τρόποι που εφαρμόζονται είναι: η πυρόλυση, η αεριοποίηση, η απευθείας καύση αλλά και η εφαρμογή βιομηχανικών διεργασιών αλκοολικής ζύμωσης, αερόβιας ζύμωσης και αναερόβιας ζύμωσης. Η βιομάζα χρησιμοποιείται για απ' ευθείας μετατροπή σε θερμότητα με καύση για θέρμανση. Σε θερμοκήπια, σε κτηνοτροφικές μονάδες, στην |
επεξεργασία προϊόντων και τέλος στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Η κάλυψη αναγκών θερμότητας - ψύξης και ηλεκτρισμού σε γεωργικές περιοχές, καθώς και σε γεωργικές ή και άλλες βιομηχανίες που βρίσκονται κοντά σε πηγές παραγωγής βιομάζας, αλλά και η παραγωγή υγρών καυσίμων (βιοαιθανόλη) μεταφορών φαίνεται ότι θα αποτελέσουν μελλοντικά τους κύριους τομείς αξιοποίησης των τεράστιων ποσοτήτων βιομάζας. Γιατί δεν είναι μόνο τα γεωργικά και δασικά υπολείμματα από τα οποία αντλούμε τη βιομάζα αλλά η σύγχρονη τάση στη γεωργία θέλει την ανάπτυξη των ενεργειακών καλλιεργειών από τις οποίες μπορούμε να παράγουμε μεγάλες ποσότητες βιομάζας με σκοπό την τελική παραγωγή βιοκαυσίμων μεταφορών. 9.2.2 Ορυκτοί άνθρακες Προέλευση Οι ορυκτοί άνθρακες προέρχονται από εγκλεισμό φυτικών υλών (κορμοί δέντρων, κλαδιά, θραύσματά τους) σε στρώματα ή φακοειδή κοιτάσματα. Οι φυτικές ύλες μετατρέπονται σε τύρφη ύστερα από σήψη και συμπίεση κάτω από το έδαφος που προκαλούνται από κινήσεις του στερεού φλοιού της γης.Κατά τη συμπίεση και θέρμανση της τύρφης απομακρύνονται πτητικές ουσίες, διοξείδιο του άνθρακα και υγρασία και ο ορυκτός άνθρακας γίνεται συμπαγής, στιλπνός, σκούρου χρώματος. Η ηλικία του λιγνίτη φθάνει ακόμα και το ένα εκατομμύριο χρόνια. Οι πλουσιότεροι σε άνθρακα ορυκτοί άνθρακες (ανθρακίτης) μπορεί να έχουν ηλικία 250 εκατομμυρίων ετών. Τα στρώματα των γαιανθράκων σχηματίστηκαν από πτώση δέντρων και σήψη τους επιτόπου. Άλλοι γαιάνθρακες σχηματίστηκαν μετά από μεταφορά των κορμών των δέντρων. Αυτό αποδεικνύει η παρουσία γαιωδών συστατικών μέσα στα στρώματα του άνθρακα (λάσπη ποταμών), η παρουσία απολιθωμάτων του θαλάσσιου βασιλείου, ακόμη και η παρουσία πολλών θραυσμάτων κορμών με την κορυφή προς τα κάτω. Η τύρφη σχηματίζεται και σήμερα με σήψη ξύλου, φύλλων κ.λπ. λόγω της παρουσίας μικροοργανισμών |
|
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9
|
|
|
σε έλη (τυρφώνες). Η ταχύτητα σχηματισμού της τύρφης είναι περίπου ένα μέτρο πάχους ανά τριακόσια έτη στα βόρεια κλίματα και ένα μέτρο πάχους ανά εκατόν πενήντα έτη στα τροπικά. Με τη συμπίεση της τύρφης παράγεται ανθρακίτης πάχους ίσου προς το ένα τρίτο της τύρφης. Δηλαδή για το σχηματισμό ανθρακίτη πάχους ενός μέτρου απαιτούνται μέχρι και χίλια έτη.
Τύποι ορυκτών ανθράκων Ο σαφής διαχωρισμός των ανθράκων δεν είναι εύκολος. Μπορεί δύο άνθρακες της ίδιας κατηγορίας να διαφέρουν πολύ, μικροσκοπικά και ουσιαστικά. α) Η τύρφη αποτελείται από συσσωματωμένες, συμπιεσμένες φυτικές ύλες με μεγάλη περιεκτικότητα σε υγρασία 60-90% που ύστερα από συμπίεση μειώνεται στο 50-60% και ύστερα από ξήρανση στον αέρα στο 30-35%. Συχνά φαίνονται τα συστατικά του ξύλου. β) Οι λιγνίτες είναι καστανού χρώματος με άμορφη ξυλώδη ή αργιλώδη όψη. γ) Οι υποπισσούχοι άνθρακες είναι μαύροι λιγνίτες στιλπνοί και όχι ξυλώδεις που έχουν ανώμαλη θραύση. δ) Οι πισσούχοι άνθρακες είναι σαν τους υποπισσούχους, αλλά οι τελευταίοι θραύονται σε στρώσεις. Προέρχονται από ρητινούχα συστατικά ξύλων. |
ε) Οι ημιπισσούχοι άνθρακες θα έπρεπε να λέγονται υπερπισσούχοι. Έχουν μεγάλο ποσοστό μονίμου άνθρακος και μεγάλη θερμογόνο δύναμη. στ) Οι ανθρακίτες είναι πλούσιοι σε άνθρακα και φτωχοί σε πτητικά. Καίγονται με κοντή φλόγα και αναφλέγονται δύσκολα. ζ) Ημιανθρακίτες. Δεν είναι τόσο σκληροί, όσο οι ανθρακίτες. Έχουν περισσότερα πτητικά από τους ανθρακίτες, έτσι αναφλέγονται πιο εύκολα από αυτούς. Μηχανισμός καύσης ανθράκων Κατά τα τελευταία 100 έτη έχουν διατυπωθεί πολλές θεωρίες για την καύση του άνθρακα. Κατά την πρώτη θεωρία, «θεωρία τον CΟ2», ο άνθρακας καίγεται κατευθείαν σε CΟ2. Ο αδάμας π.χ. καίγεται χωρίς φλόγα σε CΟ2. Κατά τη «θεωρία τον CO», πρώτο σχηματίζεται το CO και αυτό καίγεται έπειτα προς CΟ2. Λίγο πιο πάνω από τις θυρίδες εισαγωγής αέρος σε υψικάμινο τα αέρια περιέχουν περισσότερο CO από CΟ2. Κατά τη «θεωρία πολύπλοκης ένωσης», ο άνθρακας καίγεται προς CxOψ στην αρχή. Το προϊόν αυτό διασπάται σε οξείδια του άνθρακα που με οξυγόνο γίνονται διοξείδιο του άνθρακα. Τη θεωρία αυτή ενισχύει η ανίχνευση (φασματοσκοπικά) μονοξειδίου του άνθρακα. |
 Εικόνα 9-1 |
|
ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
 Εικόνα 9-2 |
|
|
Εκτός τούτου όταν καίγεται άνθρακας, έστω και χωρίς πτητικά (ξυλάνθρακας, κωκ), παράγεται φλόγα, που σημαίνει αντίδραση μεταξύ αερίων και όχι μεταξύ στερεού και αερίου.
9.2.3. Πετρέλαιο Γενικά Το πετρέλαιο έχει μεγάλη σημασία στην οικονομική ανάπτυξη μιας χώρας γιατί τα προϊόντα του αποδίδουν μεγάλη ισχύ σε μηχανές ελαφρές για αυτοκίνητα, αεροπλάνα κ.λπ. Τα λιπαντέλαια είναι αναντικατάστατα στη λίπανση όλων των μηχανών οχημάτων και βιομηχανιών. Τα προϊόντα του είναι αναρίθμητα, μεταξύ των οποίων πλαστικά, χρώματα, φυτοφάρμακα, εκρηκτικά.Κατά μία θεωρία τα πετρέλαια σχηματίστηκαν από ατμό και ανθρακομεταλλικές ενώσεις σε μεγάλα βάθη της γης. Η θεωρία όμως που |
επικρατεί είναι η οργανική, δηλαδή ότι το πετρέλαιο προέρχεται από οργανισμούς φυτικούς και ζωικούς. Σ' αυτό συνηγορεί η παρουσία θειούχων και αζωτούχων οργανικών ενώσεων και προϊόντων αποσύνθεσης αίματος και χλωροφύλλης. Πολλά φυσικά πετρέλαια χρησιμοποιούνται σαν θρεπτικά υποστρώματα μικροοργανισμών που χρησιμοποιούνται για εμπλουτισμό κτηνοτροφών με λευκώματα.
Για το πετρέλαιο μιλούν ο Ηρόδοτος και ο Πλούταρχος. Αναφέρουν για άσβηστες φωτιές (πετρελαιοπηγές που καίγονταν). Οι Κινέζοι από το 221 π.Χ. είχαν ανοίξει πηγάδι βάθους 3.500 ποδών. Περιγράφουν τον τρόπο διάτρησης (με κρούση) και τον τρόπο ανάκτησης κομματιών γεωτρυπάνου μέσα στην οπή. Η κύρια χρήση του πετρελαίου ήταν η προστασία σχοινιών πλοίων από την προσβολή της θάλασσας. Σήμερα το βάθος μπορεί να φθάσει τα 20 000 πόδια (Υποθαλάσσιες γεωτρήσεις στον κόλπο |
|
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9
|
|
| του Μεξικό).
Το πετρέλαιο είναι εκμεταλλεύσιμο, όταν συγκεντρωθεί σε κοιλότητες που περιορίζονται σε μορφή καμπάνας μεταξύ δύο αδιάβροχων αργιλικών στρωμάτων. Στο άνω μέρος της καμπάνας βρίσκονται αέρια με πίεση. Το πιο κάτω μέρος του πορώδους στρώματος, μεταξύ των δύο αδιαβρόχων, ποτίζεται με πετρέλαιο, ενώ το κάτω όριο του πετρελαίου είναι αλατόνερο. Τις θέσεις αυτών των καμπανών βρίσκουν με σειρά εκρήξεων στην επιφάνεια του εδάφους και καταγραφή των αντηχήσεων που προέρχονται από την ανάκλαση του ηχητικού κύματος επάνω στις σκληρές επιφάνειες των αδιαβρόχων στρωμάτων που εγκλωβίζουν το πετρέλαιο. Όταν και άλλοι λόγοι συνηγορούν στην ύπαρξη πετρελαίου στήνεται πυλώνας ύψους 40- 70 μέτρων με βάση να αντέχει 400-600 τόνους φορτίου. Στο άνω μέρος του πυλώνα υπάρχει τροχαλίας για την ανάρτηση των σωλήνων του γεωτρυπάνου που προσαρμόζονται μεταξύ τους και το οποίο παίρνει κίνηση από μηχανή που βρίσκεται δίπλα στη βάση του πυλώνα και κινεί το τρυπάνι που ψύχεται με λάσπη που διοχετεύεται από ειδική δεξαμενή. Αυτή η λάσπη απομακρύνει τα θραύσματα του πετρώματος και επαλείφει τα τοιχώματα του φρέατος για να μην προκληθούν κατολισθήσεις. Η λάσπη αποτελείται από νερό και άργιλο ή μείγμα βαρύτη και μπεντονίτη (αργιλοπυριτικό πέτρωμα). Τα τοιχώματα του φρέατος, όσο προχωρεί, προφυλάσσονται με σωληνώσεις που βιδώνουν μεταξύ τους. Η ιδανική διάτρηση είναι στη βάση του στρώματος του πετρελαίου (λίγο πιο πάνω από το αλατόνερο), αλλά αυτό δεν είναι πάντα εφικτό επειδή δεν είναι σαφή τα όρια του πετρελαίου και η διάτρηση συχνά αποκλίνει από την κατακόρυφη. Αν τρυπηθεί η κορυφή της καμπάνας εξέρχεται αέριο. Αν τρυπηθεί πιο κάτω εκτινάσσεται πετρέλαιο από την πίεση του αερίου. Κάποτε όμως (μετά από ώρες και μέχρι χρόνια) σταματά η πίεση και αντλείται το πετρέλαιο με ειδική παλινδρομική αντλία με έμβολο κρεμαστό που φέρει βαλβίδες. Όταν και έτσι εξαντληθεί το πετρέλαιο, πλημμυρίζουν την πηγή με νερό ώστε να ανέλθει η στάθμη του αλατόνερου ή στέλνουν υπό πίεση μεθάνιο |
για να μετακινήσουν τις μάζες του πετρελαίου προς την έξοδο.
Το πετρέλαιο μετά την έξοδό του παραμένει σε δεξαμενές, ώστε να κατακαθίσουν το νερό και οι γαιώδεις προσμείξεις που συμπαρασύρονται. Από τις δεξαμενές εκλύονται αέρια που καίγονται στην κορυφή πύργων ή φέρονται στο εμπόριο σαν αέριο καύσιμο. Η κατανομή των κυριότερων κοιτασμάτων έχει ως ακολούθως : Η.Π.Α. Στις ΗΠΑ μπορούμε να διακρίνουμε τα παρακάτω κύρια κοιτάσματα:1.Των Απαλαχίων: δεν περιέχουν θειάφι ή άσφαλτο. Καλής ποιότητας. 2.Ινδιάνας: Κατώτερης ποιότητας, επειδή περιέχουν θειάφι. 3.Ιλινόις: Βαρέα, ασφαλτικά με πολύ θειάφι. Τα πετρέλαια του νοτίου τμήματος είναι καλύτερα. 4.Κάνσας, Οκλαχόμα, Β. Τέξας: Καλής ποιότητας, μεγάλης ποικιλίας. Στην Οκλαχόμα υπάρχουν "πηγές βενζίνης" με πυκνότητα πετρ. 0,71. 5.Λουιζιάνα, Τέξας, Παραλία Μεξικανικού Κόλπου: Περιέχουν πολύ θειάφι και άσφαλτο. 6.Βραχώδη Όρη (Κολοράντο, Μοντάνα και κυρίως Γουϊόμιγκ): εξάγεται πετρέλαιο ασφαλτούχου βάσης, πυκνότητας 0,9 -0,96, αλλά και πετρέλαιο καλής ποιότητας παραφινικής βάσης μέσης πυκνότητας 0,86. 7.Καλιφόρνια: περιέχει λίγο θειάφι. 8.Στον κόλπο του Μεξικό υπάρχουν πετρελαιοπηγές με πετρέλαια που διαφέρουν πολύ μεταξύ τους. ΕΥΡΩΠΗ Οι κυριότερες πηγές βρίσκονται στη Ρωσία, Ρουμανία, Αυστρία, Γερμανία, Γαλλία, Πολωνία και Τσεχοσλοβακία. Τα 80% της Ρωσικής παραγωγής προέρχονται από το Βακού, με θειάφι μόνο 0,1-0,2, αλλά με μέτρια ποσότητα βενζίνης. Άλλη πετρελαιοπαραγωγός περιοχή είναι ο Καύκασος. Τα πετρέλαια του έχουν λίγο θειάφι και κατά τα άλλα μοιάζουν με τα πετρέλαια του Μεξικού. |
|
ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
 Εικόνα 9-3 |
|
|
Τα Ρουμανικά πετρέλαια είναι ασφαλτούχα ή παραφινικά, αλλά συγχρόνως με περιεκτικότητα σε αρωματικούς υδρογονάνθρακες. Τα Πολωνικά πετρέλαια είναι δύο τύπων: παραφινικά - ασφαλτούχα και παραφινούχα. Περιέχουν θειάφι κάτω του 0,5% και παράγουν βενζίνη άνω του 50%. Το ειδικό βάρος τους κυμαίνεται μεταξύ 0,80 - 0,90. Τα Γερμανικά πετρέλαια, αν και ελαφρά, παράγουν μόνο 10% βενζίνη. Τα Γαλλικά πετρέλαια περιέχουν αρκετό θειάφι, είναι πυκνότητας 0,89. Η παραγωγή βενζίνης είναι κάτω του 12%. Παράγουν πολλά λιπαντέλαια, όπως και της Αυστρίας και της Τσεχοσλοβακίας. Και η Αλβανία παράγει πετρέλαιο. Οι αεροπηγές της αναφέρονται και από το Στράβωνα. Από τον Ηρόδοτο αναφέρεται τελματώδης πεδιάδα στη Ζάκυνθο που ακόμη και τώρα εκλύεται εκεί πισσάσφαλτος με νερό και αέρια. Η άσφαλτος είναι το 50%, ενώ τα λιπαντέλαια 30% και η κεροζίνη το 15% περίπου. Η ποσότητα που εξέρχεται είναι μικρή και η εκμετάλλευση ασύμφορη. Και σε άλλα μέρη έχουν βρεθεί ίχνη πετρελαίου ή ασφάλτου, όπως στην Κεφαλληνία, ΒΔ Πελοπόννησο, Λάρισα, Καλαμπάκα, Κατερίνη, Θεσσαλονίκη, Θράκη, αλλά οι δοκιμαστικές διατρήσεις ήσαν χωρίς αποτέλεσμα. |
Μόνο στη Θάσο βρέθηκε πετρέλαιο σε εκμεταλλεύσιμη ποσότητα.
ΜΕΣΗ ΑΝΑΤΟΛΗ Ανασκαφές απέδειξαν ότι οι Βαβυλώνιοι προ 6.000 ετών χρησιμοποιούσαν άσφαλτο αντί για πηλό στην οικοδομική και στη Ν. Περσία προ 8.000 ετών, ενώ προ 700 ετών στην Περσία χρησιμοποιούνταν το πετρέλαιο για φωτισμό.Εκμεταλλεύσιμες πηγές βρέθηκαν στο Ιράκ το 1927 και η εκμετάλλευσή τους άρχισε το 1934. Από το 1932 βρέθηκαν κοιτάσματα στο νησί Μπαχρέιν, κοντά στην Αραβική Χερσόνησο, ενώ στην Αραβία βρέθηκε το 1936 και στην Αίγυπτο το 1938. Η Μέση Ανατολή είναι πολύ πλούσια σε πετρέλαια, αν λάβουμε υπόψη ότι η μέση πηγή της Σαουδικής Αραβίας παράγει 950 τόνους την ημέρα, ενώ η μέση πηγή στην Αμερική δεν φθάνει τους 2 τόνους. ΑΣΙΑ ΚΑΙ ΑΦΡΙΚΗ Πλούσια σε πετρέλαια είναι η Ινδία και η Ινδονησία με θειάφι 0,35%. Δεν περιέχουν άσφαλτο, ούτε παραφίνη. Παράγουν πολύ καλής ποιότητας βενζίνη μεγάλης αντικροτικής ικανότητας, επειδή είναι κυκλικής βάσης.Τα Ιαπωνικά πετρέλαια είναι δύο ειδών: τα ελαφρά με ειδικό βάρος 0,82 -0,84 με μεγάλη |
|
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9
 Εικόνα 9-4 |
|
|
απόδοση σε ελαφρά κλάσματα και βαρέα, πυκνότητας 0,93 ναφθενικά ασφαλτούχα, φτωχά σε πτητικά, κατάλληλα για εξωτερική καύση.
Στην Αφρική εκτός από την Αίγυπτο παράγουν πετρέλαιο το Μαρόκο με βενζίνη άνω του 20% και η Αλγερία με πετρέλαιο με πολλά πτητικά και λίγο θειάφι. Διύλιση Ο μεγάλος αριθμός των προϊόντων του πετρελαίου εκπληρώνει πλήθος αναγκών μας. Ο πρώτος διαχωρισμός των προϊόντων γίνεται με απόσταξη και διαχωρισμό των συστατικών του με βάση το σημείο βρασμού τους. Κατά ή μετά την απόσταξη μπορεί να γίνει μία κατεργασία πυρόλυση ή πυροδιάσπαση όπου υδρογονάνθρακες μεγάλου μοριακού βάρους διασπώνται θερμικά σε μικρότερα βραχύτερα μόρια χαμηλού σημείου βρασμού. Αυτό γίνεται, αν το πετρέλαιο περιέχει μικρή ποσότητα βενζίνης, μικρότερη απ' αυτή που απαιτεί η κατανάλωση. |
Αυτό εφαρμόστηκε από τότε που κύριος καταναλωτής πετρελαιοειδών έγινε το αυτοκίνητο.
Κάθε κλάσμα περιέχει πλήθος υδρογονανθράκων. Κάθε κλάσμα δεν διαχωρίζεται τέλεια από τα άλλα, επειδή έτσι απαιτείται. π.χ. η βενζίνη αποστάζει από 35-40 μέχρι 180 -200 οC, το φωτιστικό πετρέλαιο από 150 μέχρι 300 οC, ενώ κάθε κλάσμα αποτελείται από χιλιάδες υδρογονάνθρακες που διαφέρουν στον αριθμό ατόμων άνθρακα και στην ισομέρεια. Η απόσταξη του αργού πετρελαίου γίνεται σε στήλες απόσταξης που είναι κύλινδροι διαχωρισμένοι σε πατώματα (δίσκους). Κάθε πάτωμα συγκοινωνεί με τα άλλα με κατάλληλες διατάξεις. Το αργό πετρέλαιο θερμαίνεται και εκτονώνεται κοντά στη βάση της στήλης. Τα πιο πτητικά συστατικά του ανέρχονται και υγροποιούνται πιο ψηλά, στα πιο ψυχρά μέρη της στήλης. Με ανάμειξη των συμπυκνωμάτων των διαφόρων πατωμάτων έχουμε προϊόντα πετρελαίου |
|
ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
|
|
|
για οποιαδήποτε χρήση, με όποιες ιδιότητες ζητά η βιομηχανία. α. Βενζίνη Από την κορυφή της αποστακτικής στήλης λαμβάνονται αέρια που όταν ψυχθούν δίνουν βενζίνη και αέρια με λίγα άτομα άνθρακα. Κύρια χρήση της βενζίνης είναι η καύση της σε βενζινομηχανές αυτοκινήτων. Οι κινητήρες είναι έτσι κατασκευασμένοι, ώστε να χρησιμοποιούν βενζίνη με εύρος απόσταξης περίπου 35 μέχρι 200οC. Μέσα σ'αυτά τα όρια αποστάζουν χιλιάδες υδρογονάνθρακες. Αυτοί όμως δεν υπάρχουν σε όλες τις βενζίνες. Χρήσεις της Κηροζίνης Φωτιστικό μέσο: η φωτιστική ικανότητα της κηροζίνης εξαρτάται από τη σύστασή της. Πρέπει να καίγεται χωρίς να αφήνει κατάλοιπα, να μην καπνίζει. Θειούχες ενώσεις προκαλούν κάπνισμα που γίνεται πιο έντονο, όταν ο αέρας περιέχει καπνό ή αμμωνία. Επίσης το κάπνισμα μπορεί να οφείλεται στην αλκαλικότητα του γυαλιού, όταν είναι καινούργιο. Πολύ καπνό παράγουν οι ολεφίνες και περισσότερο οι αρωματικοί υδρογονάνθρακες.Θερμαντικό μέσο: συσκευές για θέρμανση μπορούν να λειτουργούν με φυτίλι ή με εξαέρωση. Η τροφοδοσία με αέρα παίζει ρόλο στην απόδοση της συσκευής. Κίνηση: συνήθως χρησιμοποιείται για κίνηση μηχανημάτων έργων, ή γεννήτριες ρεύματος που εκκινούν με βενζίνη και διαθέτουν αναφλεκτήρες. Η κατάλληλη κηροζίνη είναι η παραφινικής βάσης, αλλά περιέχει και αρωματικούς υδρογονάνθρακες που ανεβάζουν τον αριθμό οκτανίου. Διαλυτικό: σαν διαλυτικό χρωμάτων χρησιμοποιείται η ελαφρά κηροζίνη (ορυκτό νέφτι, ή White spirit) που έχει όρια απόσταξης 140 -200ο C. |
Η διαλυτική του ικανότητα αυξάνει, όταν του προσθέσουμε αρωματικούς υδρογονάνθρακες.
γ. Πετρέλαιο DIESEL Λέγεται και αεριέλαιο ή πετρέλαιο εσωτερικής καύσης (Gas oil, Diesel fuel). Αν και είναι απόσταγμα (αμελητέα τέφρα, χαμηλό ιξώδες) έχει υψηλό σημείο ανάφλεξης και χρησιμοποιείται ευρύτατα, γιατί έχει υψηλή θερμογόνο δύναμη. Η καύση στον κύλινδρο γίνεται με τον ψεκασμό του καυσίμου στον πιεσμένο θερμό αέρα λίγο πριν το Α.Ν.Σ. (ανώτερο νεκρό σημείο) κατά τη συμπίεση που συνεχίζεται και κατά το χρόνο της εκτόνωσης. Αν αργήσει η ανάφλεξη, συσσωρεύεται καύσιμο στον κύλινδρο και, όταν καίγεται όλο μαζί, προκαλεί ισχυρή δόνηση της μηχανής (κτύπημα). Άρα θέλουμε το πετρέλαιο να καίγεται πιο γρήγορα. δ. Πετρέλαιο εξωτερικής καύσης Η χρησιμοποίηση υγρού καυσίμου έναντι στερεού παρουσιάζει πολλά πλεονεκτήματα, όσον αφορά στην αποθήκευση, μεταφορά, έναυση, τέφρα, θερμίδες, κ.λπ. Παρά ταύτα η χρήση του πετρελαίου αντί άνθρακος άργησε και θεωρήθηκε αδύνατη η χρήση του στα πλοία, τσιμεντοβιομηχανία, σιδηρόδρομους, κεραμουργεία, όπου απαιτούνται πολλά καύσιμα. Στη Ρωσία χρησιμοποιήθηκε το πετρέλαιο για θέρμανση κατοικιών από το 1880, για κίνηση πλοίων από το 1874 και σιδηροδρόμων από το 1885. Στην Αμερική, Αγγλία και Γαλλία από το 1881 χρησιμοποιήθηκε για κίνηση σιδηροδρόμων. Στην Ελλάδα χρησιμοποιείται για θέρμανση κατοικιών από το 1928 και στην τσιμεντοποιία από το 1935, ενώ τα Αγγλικής κατασκευής πολεμικά πλοία που πήρε η Ελλάδα και έλαβαν μέρος σε πολεμικές επιχειρήσεις το 1912 είχαν ατμολέβητες με πετρέλαιο εξωτερικής καύσης. Το πετρέλαιο εξωτερικής καύσης προέρχεται από την απόσταξη του πετρελαίου, αφού ληφθούν τα ανώτερα κλάσματα : βενζίνη, φωτιστικό πετρέλαιο, πετρέλαιο Diesel, ή είναι προϊόν του αργού πετρελαίου μετά αφαίρεση πτητικών κλασμάτων, ώστε το προϊόν να έχει σημείο ανάφλεξης ανώτερο των 380C. |
|
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9
|
|
Εικόνα9-5 9.2.4. Καύσιμο αέρια Τα καύσιμα αέρια είναι φυσικά (γαιαέριο) ή τεχνητά προϊόντα απόσταξης στερεών καυσίμων (φωταέριο), προϊόντα απόσταξης πετρελαίου (υγραέριο), προϊόντα εξαέρωσης άνθρακα (υδαταέριο, ανθρακαέριο, αέρια υψικαμίνων), προϊόντα σήψης (βιαέριο) ή προϊόν σύνθεσης (ακετυλένιο).α. Γαιαέριο ή γηγενές φυσικό αέριο. Αποτελείται κυρίως από μεθάνιο, περιέχει λίγο αιθάνιο, υδρογόνο, άζωτο και ήλιο. Συχνά περιέχει θειούχες ενώσεις (υδρόθειο) που το καθιστούν ακατάλληλο για κατευθείαν καύση. Μετά από συγκράτηση του υδροθείου διανέμεται για χρήση στις βιομηχανίες και κατοικίες, ή πιο συχνά αποτελεί καύσιμο αεριοστροβίλων για παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος που μπορεί να διανεμηθεί και να χρησιμοποιηθεί πιο εύκολα. Το υδρόθειο καίγεται με λίγο αέρα και παράγει υδρατμό και στερεό θειάφι που είναι μεγάλης καθαρότητας, για να χρησιμοποιηθεί ως φυτοφάρμακο, πρώτη ύλη για θειικό οξύ, πυρίτιδες, βουλκανισμό καουτσούκ κ.λπ. Το μεθάνιο δεν βρίσκεται μόνο στο πετρέλαιο, που το εκτινάξει σε πίδακα, αλλά και |
στους γαιάνθρακες και εκλύεται από αυτούς όσο ελευθερώνονται από τα γειτονικά τους στρώματα. Αυτό το αέριο με τον αέρα σχηματίζει εκρηκτικό μείγμα και προκαλεί καταστροφές στα ανθρακωρυχεία. Είναι ελαφρύτερο του αέρα (16/29) και έχει θερμαντική αξία 11.300 θερμίδες ανά γραμμάριο. Εκτός από καύσιμο χρησιμοποιείται και για οργανικές συνθέσεις. Με ατελή καύση δίνει αιθάλη, πρώτη ύλη στη βιομηχανία μελανιών τυπογραφίας και ελαστικών αυτοκινήτων. β. Φωταέριο. Με πύρωση στους 1200 -1400ο C των γαιανθράκων σε δοχεία από χυτοσίδηρο παράγονται αέρια ενώ παραμένει στο δοχείο στερεός άνθρακας και πορώδης, το κωκ. Το απόσταγμα που παράγεται περιέχει πίσσα που, αν ψυχθεί, φράζει τις σωληνώσεις. Γι' αυτό οδηγείται σε σωλήνες που περιέχουν πετρέλαιο που διαλύει τα συστατικά που υγροποιούνται, ενώ αφήνει τα αέρια, που στην αρχή ξεπλένονται με νερό σε πύργους, ώστε να απαλλαγούν από την αμμωνία, διοξείδιο του άνθρακα, υδρόθειο, υδροκυάνιο. Η καλύτερη κάθαρση και απαλλαγή από υδρόθειο και υδροκυάνιο γίνεται με διέλευση του αερίου μέσα από έφυγρα οξείδια του σιδήρου επάνω σε πορώδες υλικό. Ο μισός όγκος του φωταερίου είναι υδρογόνο, το ένα τρίτο μεθάνιο και το ένα δέκατο μονοξείδιο του άνθρακα. Αυτά τα αέρια έχουν μεγάλη θερμική ικανότητα. Το μονοξείδιο του άνθρακα κάνει το φωταέριο δηλητηριώδες, ενώ οι υδρογονάνθρακες CνΗμ κάνουν τη φλόγα φωτεινή. Τα αέρια Ο, Ν, CΟ2 δεν δίνουν θερμίδες. Ίχνη θειούχων ενώσεων δίνουν δυσάρεστη οσμή στο αέριο, ενώ όταν οι σωλήνες ψυχθούν με έκθεσή τους στο ύπαιθρο το χειμώνα φράζουν με στερεοποίηση ανωτέρων υδρογονανθράκων που βρίσκονται σε ίχνη στο φωταέριο. Συχνά εμπλουτίζουν το φωταέριο με αέρια προϊόντα πυρόλυσης πετρελαίου. Οι γαιάνθρακες τροφοδοτούνται σε κατακόρυφο σωλήνα στενότερο επάνω και πιο ανοικτό κάτω. Κατά την έκλυση του φωταερίου ο γαιάνθρακας μαλακώνει, διαστέλλεται σχηματίζει φυσαλίδες. Ο σωλήνας θερμαίνεται εξωτερικά, |
|
ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
|
|
|
το κωκ που παράγεται κατέρχεται με τη βαρύτητα ενώ το φωταέριο λαμβάνεται από το άνω μέρος του σωλήνα.
Το φωταέριο από λιγνίτη είναι το κύριο προϊόν, ενώ το φωταέριο από ανθρακίτη είναι παραπροϊόν της κοκερίας (εργοστάσιο παραγωγής μεταλλουργικού κωκ για υψικαμίνους) και διανέμεται με σωληνώσεις στις κατοικίες κοντά στο εργοστάσιο και χρησιμοποιείται για θέρμανση, μαγείρεμα κ.λπ. Παλαιότερα χρησιμοποιούταν και για φωτισμό, από όπου και η λέξη φωταέριο ή αεριόφως. Σήμερα οι εγκαταστάσεις είναι τελειότερες, περισσότερο αυτοματοποιημένες και συνεχούς λειτουργίας. Στο εμπόριο κυκλοφορεί σαν μείγμα 25/75 μέχρι 75/25. Οι καυστήρες κάθε αναλογίας δεν μπορούν να κάψουν μείγμα άλλης αναλογίας. Εκτός τούτου, όταν η αναλογία σε προπάνιο είναι μεγάλη, με την κατανάλωση αερίου (εξάτμιση μέσα στη φιάλη) το καύσιμο μέσα στη φιάλη ψύχεται και συχνά σταματά να δίνει αέριο, η φλόγα σβήνει, ενώ γύρω από τη φιάλη σχηματίζεται στρώμα πάγου μέχρι τη στάθμη του υγρού μέσα στη φιάλη. Η θερμική αξία του προπανίου και βουτανίου είναι αντίστοιχα 2.550 και 3.200 B.T.U. ανά κυβικό πόδι. Το υγραέριο εκτός από θέρμανση σε εστίες, σόμπες, κάψιμο χνουδιού σε υφαντουργεία χρησιμοποιείται και για κίνηση αυτοκινήτων. Το καρμπυρατέρ αντικαθίσταται από αναμείκτη αερίων. δεν υπάρχει ανάγκη αντλίας καυσίμου, ενώ η ρύπανση κινητήρα και ατμόσφαιρας περιορίζονται. Επειδή τα αέρια αυτά δεν έχουν οσμή, τους προσθέτουν θειούχες ενώσεις που τους δίνουν οσμή σκόρδου, ώστε με την οσμή να γίνεται |
αντιληπτή η διαρροή τους. δ. Ελαιαέριο Το ελαιαέριο (oil gas) παράγεται με πυρόλυση του πετρελαίου ή βενζίνης όπου δεν υπάρχει δυνατότητα προμήθειας φωταερίου ή υγραερίου και απαιτείται, αέριο καύσιμο π.χ. σε πανεπιστήμια και φάρους, που βρίσκονται μακριά από βιομηχανικές πόλεις. Η πυρόλυση γίνεται στους 700-900 0C στην πίεση μιας ατμόσφαιρας. Σε χαμηλότερη θερμοκρασία προκύπτει μείγμα υδρογονανθράκων που υγροποιούνται με συμπίεση. Η συσκευή πυρόλυσης αποτελείται από δύο δοχεία από χυτοσίδηρο που θερμαίνονται μέχρι την ερυθροπύρωση. Το πετρέλαιο υφίσταται μια πυρόλυση στο άνω δοχείο, οι ατμοί του διαβιβάζονται στο κάτω για συμπληρωματική πυρόλυση και μετά ψύχονται για να αποβάλουν πίσσα (10% περίπου). Η θερμαντική του αξία είναι διπλάσια μέχρι τριπλάσιο αυτής του φωταερίου (4500 Kcal/m3). Από ένα λίτρο πετρελαίου μπορεί να ληφθεί 0,5 m3 αερίου. |
|
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9
 Εικόνα 9-6 |
|
υψικαμίνου θερμαίνουν τους προθερμαντήρες του αέρα των εστιών της και έπειτα μπορεί να
Εικόνα9-7 |
χρησιμοποιηθούν ως καύσιμο μέσα στο εργοστάσιο. Πιο συχνά, καίγεται το αέριο μετά από ανάμειξη με αέρα και στην συνέχεια οδηγείται στους προθερμαντήρες του αέρα. Η λειτουργία της υψικαμίνου ομοιάζει με τη λειτουργία της συσκευής παραγωγής ανθρακαερίου. θ. Ασετυλίνη Τα αέρια του διυλιστηρίου που δεν υγροποιούνται περνούν από βολταϊκό τόξο και έπειτα ψύχονται απότομα. Στο προϊόν υπάρχει συνήθως ασετυλίνη σε αναλογία 45% που διαλύεται σε ασετόν, ενώ τα άλλα αέρια ανακυκλώνονται. Κατ' άλλο τρόπο η ασετυλίνη παράγεται κατά την αντίδραση μεταξύ νερού και ανθρακασβεστίου. Το τελευταίο παράγεται κατά την πύρωση με βολταϊκό τόξο, μείγματος κωκ και. οξειδίου του ασβεστίου. Οι χρήσεις της ασετυλίνης είναι πολλές. Με ασετυλίνη ως πρώτη ύλη παρασκευάζεται βενζένιο και απ' αυτό γεωργικά φάρμακα. Με υδρογόνο ή υδροχλώριο ή υδροκυάνιο και πολυμερισμό λαμβάνονται το πολυαιθυλένιο, το πολυβινυλοχλωρίδιο, το πολυακριλονιτρίλιο, γνωστά πλαστικά από τις πολλές εφαρμογές τους. Η ασετυλίνη όταν καίγεται δίνει φλόγα 3.500 0C που είναι απαραίτητη για κολλήσεις ή κοπή |
|
ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
|
|
|
μετάλλων. Η μεταφορά της μπορεί να γίνει με φιάλες, αλλά συχνά μεταφέρεται σαν ανθρακασβέστιο που αντιδρά με νερό στον τόπο που χρειάζεται π.χ. λάμπες μεταλλορύχων, φάροι, λάμπες LUX κ.λπ. ι. Βιοαέριο Όταν διατηρήσουμε απορρίμματα στάβλων (κοπριά, άχυρα, νερά πλυσίματος των πατωμάτων τους) σε θερμοκρασία 30-35°C η ζύμωση που γινόταν στα έντερα των ζώων συνεχίζεται, με αποτέλεσμα όλη η οργανική ύλη να μετατραπεί σε βιαέριο, δηλαδή μείγμα CΟ2 και CH4 σε αναλογία περίπου ίση. Αυτό οφείλεται σε ζυμώσεις με καταλύτες ένζυμα από τον πεπτικό σωλήνα των ζώων ή από μικροοργανισμούς. Η ιδανική θερμοκρασία δράσης ενζύμων είναι οι 37°C. Στους χώρους σήψης μπορούν να ριφθούν οποιαδήποτε οργανικής φύσης απορρίμματα. Τα λίπη, οι υδατάνθρακες και τα λευκώματα δίνουν οξεικό οξύ και ακολούθως μεθάνιο και διοξείδιο του άνθρακα. Πολλές τέτοιες μονάδες υπάρχουν στην Κίνα, Ινδία, Ινδοκίνα, Ινδονησία. Μόνο στην Κίνα υπάρχουν ένα εκατομμύριο μονάδες σε ισάριθμα χοιροστάσια, που είναι οικονομικές μονάδες χωριών. Το αέριο αυτό μετά την παραγωγή του μοιράζεται στα σπίτια του χωριού σαν καύσιμο. Η ζύμωση |
γίνεται χωρίς αερισμό της δεξαμενής από αναερόβια βακτήρια. Στη βάση της δεξαμενής ζύμωσης μένουν ανόργανα υλικά (χώμα), ενώ κάτω από τον κώδωνα συλλογής του αερίου υπάρχει έξοδος του νερού. Προσοχή δίδεται στο να μην πέσουν μέσα στη δεξαμενή φυτοφάρμακα, διαλυτικά, δηλητήρια κ.λπ. μήπως σκοτωθούν τα μικρόβια.
9.3. Η Ενέργεια των ποταμών Από πολύ παλαιά οι άνθρωποι χρησιμοποιούσαν την ενέργεια του νερού των ποταμών. Στην πιο απλή περίπτωση με τη χρησιμοποίηση ενός τροχού εμβαπτισμένου στο ρεύμα του ποταμού μπορούσαν να κινήσουν μια μυλόπετρα και να αλέσουν δημητριακά.Για την εκμετάλλευση της δυναμικής ενέργειας των ποταμών σημασία έχει η διαμόρφωση του εδάφους καθώς και η φύση του εδάφους π.χ. βραχώδες ή πορώδες. Στην πρώτη περίπτωση εμφανίζονται αρκετά μεγάλες διακυμάνσεις ισχύος κατά τη διάρκεια του χρόνου. Αντιθέτως, όταν το έδαφος είναι πορώδες, με τη συγκράτηση του νερού ελαττώνονται σε κάποιο βαθμό οι διακυμάνσεις αυτές που είναι ανάλογες με την ποσότητα του νερού που δέχεται ο ποταμός π.χ. βροχοπτώσεις, λιώσιμο χιονιού. Ο υδρολογικός κύκλος, στον οποίο διεξοδικά αναφερθήκαμε στο Κεφάλαιο 5, είναι η εξάτμιση |
 Εικόνα 9-8 |
|
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9
|
|
| των νερών στην επιφάνεια του πλανήτη, η συμπύκνωση των υδρατμών και η επάνοδος του νερού σε μορφή βροχής. Ένα μεγάλο μέρος της ενέργειας που δέχεται ο πλανήτης καταναλώνεται σε αυτή τη διαδικασία.
Σήμερα εκεί που η μορφολογία του εδάφους το επιτρέπει δημιουργούνται φράγματα. Στα φράγματα μαζεύεται το νερό και δημιουργεί μεγάλες ή μικρές λίμνες. Στην έξοδο του νερού από τη λίμνη μέσω υδροστροβίλων μετατρέπεται η δυναμική και κινητική ενέργεια σε ηλεκτρική. Συγχρόνως έχουμε τη δυνατότητα να ρυθμίζουμε και τη ροή του νερού ανάλογα με τις ανάγκες της γεωργίας και της ζήτησης ηλεκτρικού ρεύματος. Με το φράγμα επιτυγχάνουμε όλο το χρόνο παραγωγή ρεύματος, πιο ομαλή άρδευση στη γεωργία, ενώ είναι δυνατό να απορριφθεί νερό από υπερχείλιση του φράγματος χωρίς να παράγει ρεύμα, αν το νερό γεμίσει την τεχνητή λίμνη. Η ενέργεια των ποταμών είναι δυνατό να δεσμευτεί μερικά με τη βοήθεια ενός απλού τροχού (τρόπος λειτουργίας των αλευρόμυλων της παλαιάς εποχής) ή μιας σύγχρονης τουρμπίνας. Σήμερα για την εκμετάλλευση της ενέργειας των ποταμών δημιουργούνται φράγματα εκεί Εικόνα9-9 |
 Εικόνα 9-10 |
|
ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
|
|
| που το επιτρέπει η μορφολογία του εδάφους. Στα φράγματα γίνεται εκμετάλλευση της διαφοράς ύψους του φράγματος στη δίοδο του νερού από μια τουρμπίνα.
9.4. Η Ενέργεια των κυμάτων Την ενέργεια των κυμάτων, όπως και των παλιρροιών, μπορούμε με τη βοήθεια στροβίλων να την εκμεταλλευτούμε, όπως και την ενέργεια των υδατοπτώσεων. Με την κίνηση των αερίων μαζών επάνω από την επιφάνεια της θάλασσας προκαλείται μετακίνηση της μάζας του νερού στην επιφάνεια, με αποτέλεσμα να προκαλείται κίνηση του θαλάσσιου νερού μέχρι κάποιου βάθους. Το βάθος εξαρτάται από την ταχύτητα του ανέμου. Έτσι με την απορρόφηση μέρους της κινητικής ενέργειας του ανέμου, το νερό της επιφάνειας κινείται και η ρυθμική αυτή κίνηση ονομάζεται κυματισμός.Όταν η ταχύτητα του ανέμου είναι μικρή μέχρι lm/sec δεν προκαλείται κυματισμός. Όταν η ταχύτητα είναι μεγαλύτερη το νερό απορροφά μέρος από την ταχύτητα του ανέμου και την αποδίδει τμηματικά με συνεχή μεταφορά της στις γειτονικές μάζες νερού δημιουργώντας τον κυματισμό. Έτσι η ενέργεια μεταφέρεται με τα κύματα με μικρές απώλειες. Το γεγονός αυτό κάνει τα κύματα μια εξαιρετική πηγή ενέργειας για τον άνθρωπο. Το μέγεθος των κυμάτων του ωκεανού εξαρτάται από ένα αριθμό παραγόντων: α) ταχύτητα ανέμου, β) χρόνος διάρκειας του ανέμου, γ) βάθος του νερού, δ) μορφολογία της γειτονικής ξηράς και ε) την έκταση του κυματισμού. Προς το παρόν εκμεταλλευόμαστε την ενέργεια των κυμάτων με πλωτήρες που ανέρχονται και κατέρχονται σε κάθε πέρασμα κύματος. Οι πλωτήρες είναι συνδεδεμένοι με εγκαταστάσεις στη γειτονική ακτή που παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα. Η εφαρμογή αυτή είναι πειραματική ή αφορά πολύ μικρές μονάδες σε λίγες χώρες όπως ΗΠΑ, Γαλλία κ.ά. Εφαρμόζονται και άλλες μέθοδοι. Για παράδειγμα, πλωτήρες ακίνητοι παίρνουν νερό από τις κορυφές των κυμάτων και το οδηγούν στην έξοδο μέσα από υδροστροβίλους που παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα. Ακόμη μπορούν να χρησιμοποιηθούν κωνικές είσοδοι |
στην ακτή στις οποίες εισρέουν οι κορυφές των κυμάτων και ακολούθως το νερό εξάγεται μέσω υδροστροβίλων.
9.5. Ενέργεια παλιρροιών Σήμερα γίνεται μια προσπάθεια εκμετάλλευσης της ενέργειας της παλίρροιας των ωκεανών. Η προσπάθεια αυτή άρχισε με μικρές εγκαταστάσεις στη Γαλλία, στον Καναδά, τη Ρωσία και την Κίνα.Η παλίρροια των ωκεανών δημιουργείται από την έλξη της Σελήνης και του ήλιου. Η θέση της σελήνης ως προς τη γη αλλάζει. Οι κατάλληλες περιοχές όπου το φαινόμενο είναι περισσότερο έντονο είναι εκείνες με γεωγραφικά πλάτη 50 μέχρι 60 μοίρες. Πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι η θέση της σελήνης αλλάζει σε μια περίοδο 24 ωρών και 50 λεπτών. Έτσι στην παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος δεν επιτυγχάνουμε σταθερότητα στη διάρκεια της ημέρας, διότι έχουμε μια διαφορά πενήντα λεπτών. Η τεχνική βασίζεται στη συγκράτηση του νερού, όταν ανεβαίνει η στάθμη μέσα σε ένα φράγμα από όπου, όταν κατεβαίνει η στάθμη του ωκεανού, έχουμε εκροή μέσω τουρμπίνων και παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος. Εικόνα 9-11 |
|
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9
|
|
Εικόνα 9-12 Έχουν προταθεί πολλές τεχνικές μετατροπής της ενεργείας της παλίρροιας σε ηλεκτρική ενέργεια. Σήμερα γίνεται σοβαρή προσπάθεια σε πολλά μέρη του κόσμου για την ικανοποιητική εκμετάλλευση αυτής της ενέργειας. 9.6. Ηλιακή ενέργεια Ο ήλιος αποτελεί το 99.87% της συνολικής μάζας του ηλιακού μας συστήματος. Η μάζα του ήλιου είναι 333.222 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα της γης. Η διάμετρος του ήλιου είναι 1.392.000 Km. Τα οκτώ δέκατα της μάζας του είναι υδρογόνο (Η) και σχεδόν όλο το υπόλοιπο είναι ήλιο (He). Στον πυρήνα του ήλιου η θερμοκρασία ανέρχεται στους 15X106 ΟΚ (Κέλβιν). Η εξωτερική επιφάνειά του αποτελείται από θερμό υδρογόνο που ονομάζεται φωτόσφαιρα.Στη μεγάλη θερμοκρασία που επικρατεί στον ήλιο γίνεται μια πυρηνική σύντηξη, στην οποία από υδρογόνο λαμβάνεται ήλιο και ενέργεια. Στην αντίδραση αυτή παράγονται : άτομα He, δύο ποζιτρόνια, δύο νετρίνο και ακτινοβολία. Η ενέργεια που παράγεται με αυτό τον τρόπο είναι πάρα πολύ μεγάλη δεδομένου ότι ο συντελεστής μετατροπής του υδρογόνου σε ενέργεια |
είναι πολύ μεγάλος και ανάλογος με το τετράγωνο της ταχύτητας του φωτός. Η ακτινοβολία γ που παράγεται στον πυρήνα φθάνει στην επιφάνεια, ακολούθως περνάει από την ατμόσφαιρα του ηλίου και διαχέεται στο διάστημα. Η παραγωγή ενέργειας από τον ήλιο είναι της τάξεως των 3.86 Χ 1026W ανά sec, αυτό σημαίνει ότι για την παραγωγή της ενέργειας αυτής απαιτούνται 4X106 ton Η ανά δευτερόλεπτο.
Επειδή η μάζα του ήλιου είναι πολύ μεγάλη ο ήλιος θα συνεχίσει να στέλνει την ενέργειά του για μερικά δισεκατομμύρια χρόνια ακόμη. Η παραγωγή ενέργειας είναι 63 MW/m2 επιφάνειας της φωτόσφαιρας του ήλιου. Αυτό σημαίνει ότι περίπου 20m2 επιφάνειας φωτόσφαιρας δίνει την ενέργεια ενός σημαντικού σταθμού παραγωγής ενέργειας στη γη. Η ενέργεια από την επιφάνεια του ήλιου χρειάζεται 8,3 λεπτά για να φτάσει στην επιφάνεια της γης σε ποσότητα 1370W ανά m2 με μικρή απόκλιση ανά περιοχή της γης. Κατά τη δίοδο της ακτινοβολίας του ήλιου μέσα από την ατμόσφαιρα της γης υφίσταται μια μεταβολή στο φάσμα της, που οφείλεται στα συστατικά της ατμόσφαιρας (άτομα, ιόντα, μόρια, υδρατμοί). Ένα ποσοστό της ακτινοβολίας απορροφάται και μετατρέπεται σε θερμότητα στην ατμόσφαιρα, ένα άλλο μέρος ανακλάται και επιστρέφει στο διάστημα και το υπόλοιπο φτάνε ι στην επιφάνεια της γης. Είναι φανερό ότι υπάρχουν διαφορές ανάλογα με τη μάζα του ατμοσφαιρικού αέρα που διαπερνούν οι ακτίνες του ήλιου. Στην περίπτωση του συννεφιασμένου ουρανού, από τη συνολική ενέργεια του ηλίου που φτάνει στη γη (1370W/m2) ένα ποσοστό 26- 30% απορροφάται από τα μόρια, τη σκόνη και τους υδρατμούς. Ένα ποσοστό 57-67% ανακλάται και. επιστρέφει στο διάστημα και τέλος ένα ποσοστό 3-17% διαχέεται. Στην περίπτωση του καθαρού ουρανού η απορρόφηση από τη σκόνη, τα μόρια και τους υδρατμούς φτάνει το 11-23%. Η ανακλώμενη ακτινοβολία είναι 1,1 - 11%. Η ακτινοβολία που διαχέεται είναι 5-15%. Τελικά το ποσοστό της ακτινοβολίας που φτάνει στο έδαφος είναι 56- 83%. |
|
ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
|
|
|
Είναι φυσικό ότι λόγω της περιστροφικής κίνησης της γης η ακτινοβολία που φτάνει στην επιφάνεια της μεταβάλλεται στη διάρκεια της ημέρας και βέβαια σε συνάρτηση με την κατάσταση της ατμόσφαιρας, (καθαρός ουρανός, αραιή συννεφιά, συννεφιασμένος, πολύ συννεφιασμένος). Η ακτινοβολία που τελικά φτάνει στην επιφάνεια της γης απορροφάται και μετατρέπεται σε θερμότητα και ένα μέρος από αυτή, μικρό ή μεγάλο ανάλογα με τη φύση και τη μορφή του σώματος που τη δέχεται, ανακλάται και πάλι. Ένα σώμα μαύρου χρώματος με ματ επιφάνεια απορροφά σχεδόν όλη την ακτινοβολία που προσπίπτει στην επιφάνειά του, που τελικά μετατρέπεται, σε θερμότητα. Αντίθετα μεταλλικά σώματα με ικανοποιητική στίλβωση ανακλούν περίπου το 90% της ακτινοβολίας που δέχονται. Στην περίπτωση του σώματος που απορροφά ακτινοβολία, αυτή μετατρέπεται σε θερμότητα και με αυτό τον τρόπο η θερμοκρασία αυξάνει και όταν φτάσει τους 27°C το σώμα αρχίζει να ακτινοβολεί θερμότητα. Οι, θερμοκρασίες που μπορούν να αποκτήσουν τα διάφορα σώματα στην επιφάνεια της γης κυμαίνονται μεταξύ 00C και 100°C. Η ηλιακή ενέργεια εφαρμόζεται σε εγκαταστάσεις αφαλάτωσης νερού, στη θέρμανση νερού και στη θέρμανση χώρων, θερμοκηπίων κ.λπ. Είναι δυνατή η απευθείας μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική με χρησιμοποίηση φακών, κατόπτρων, θερμικών ζωνών και φωτοηλεκτρικών κυττάρων. Είναι φανερό ότι αν μπορέσουμε να καλύψουμε μέρος ή το σύνολο των ενεργειακών μας αναγκών με την εφαρμογή της ηλιακής ενέργειας θα έχουμε λύσει με τον καλύτερο τρόπο το ενεργειακό μας πρόβλημα, ενώ συγχρονίας θα περιορίσουμε τον ρυθμό ρύπανσης του περιβάλλοντος που προέρχεται από τα προϊόντα καύσης των ανθράκων και του πετρελαίου. Στην εφαρμογή της ηλιακής ενέργειας κυρίαρχο ρόλο έπαιξε η δημιουργία πριν περίπου πενήντα ετών του πρώτου ηλιακού κυττάρου, που είχε την ιδιότητα να μετατρέπει τη φωτεινή ενέργεια σε ηλεκτρική. |
Τα πρώτα ηλιακά κύτταρα ήταν από πυρίτιο με πολύ μικρή απόδοση. Ακολούθησαν τα ηλιακά κύτταρα καδμίου και από τότε έχουμε συνεχή εξέλιξη της τεχνολογίας κατασκευής τους. Η ποιότητά τους βελτιώνεται, η απόδοσή τους αυξάνει και λόγω της αυξανόμενης ζήτησης μειώνεται συνεχώς το κόστος κατασκευής τους, επομένως και η τιμή τους. Σήμερα σε μικρή κλίμακα έχει αρχίσει η εφαρμογή των ηλιακών κυττάρων, όπου και όταν δεν είναι δυνατή η παροχή ηλεκτρικής ενέργειας από τα δίκτυα μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Φωτοβολταϊκά στοιχεία Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία (για την απευθείας μετατροπή της φωτεινής ενέργειας σε ηλεκτρική) που διατίθενται στην αγορά χαρακτηρίζονται από απόδοση γύρω στο 15%, δηλαδή μετατρέπουν σε ηλεκτρική ενέργεια μόνο το 15% της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας. Πρόκειται για φωτοβολταϊκά συστήματα, που κατασκευάζονται από ημιαγωγούς. Το κοινότερο υλικό κατασκευής τους είναι το κρυσταλλικό πυρίτιο. Η τεχνολογία κατασκευής είναι βελτιωμένη και η διάρκεια ζωής των στοιχείων αυτών υπολογίζεται σε δύο δεκαετίες.Σε στοιχεία όχι μεγάλων απαιτήσεων εφαρμόζεται το άμορφο πυρίτιο. Επίσης εφαρμόζονται για το σκοπό αυτό και άλλοι ημιαγωγοί, όπως γαλλίου, αρσενικού και ινδίου για εφαρμογές υψηλότερων απαιτήσεων. Παραγωγή ενέργειας από φωτοβολταϊκά στοιχεία Μια τέτοια εγκατάσταση αποτελείται από το σύστημα φωτοβολταϊκής παραγωγής ρεύματος κατάλληλα εγκατεστημένου και εξοπλισμένου με μηχανικά συστήματα στήριξης και προσανατολισμού. Το σύστημα πρέπει να συνοδεύεται με εγκατάσταση μέτρησης ελέγχου και ρύθμισης του συστήματος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Επίσης πρέπει να συμπληρώνεται με ένα σύστημα αποθήκευσης της ενέργειας. Το πιο απλό από αυτά είναι μια εγκατάσταση αποθήκευσης του ηλεκτρικού ρεύματος υπό μορφή χημικής ενέργειας σε μπαταρίες. Ένας άλλος |
|
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9
|
|
| τρόπος είναι η άντληση νερού και η εκροή του μέσω υδροστροβίλου με παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, όταν τη χρειαζόμαστε. Η αποθήκευση της ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να γίνει και μέσω της συμπίεσης ποσοτήτων αέρα. Στη συνέχεια με τη χρήση αεροστροβίλου μπορούμε να πάρουμε και πάλι ηλεκτρική ενέργεια.
Εφαρμογή των συστημάτων των φωτοβολταϊκών στοιχείων είναι δυνατή σε εγκαταστάσεις και περιοχές που δεν απαιτούνται μεγάλες ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας σε απομονωμένα σπίτια, σε μικρά χωριά, σε αγροκτήματα και γεωργικές εφαρμογές. Επίσης σε μικρές τουριστικές εγκαταστάσεις, τροχόσπιτα, ή εγκαταστάσεις άντλησης και καθαρισμού του νερού. Στην τηλεπικοινωνία εφαρμόζονται σε συστήματα τηλελέγχου, τηλεπικοινωνίας και σε δημόσιους φωτισμούς. Στα διαστημόπλοια και τους δορυφόρους η απαραίτητη ηλεκτρική ενέργεια εξασφαλίζεται από την ηλιακή ακτινοβολία με τη βοήθεια φωτοβολταϊκών στοιχείων. Η εφαρμογή τους σιγά - σιγά επεκτείνεται και σε άλλους τομείς, όπως είναι η καθοδική προστασία σωληνώσεων, γεφυρών και γενικά Εικόνα9-13 |
χαλύβδινων κατασκευών.
Σήμερα το κόστος μιας τέτοιας εγκατάστασης είναι ακόμη υψηλό, παρουσιάζει όμως πολλά πλεονεκτήματα. Η διάρκεια ζωής των φωτοβολταϊκών κυττάρων είναι σχετικά μεγάλη, μπορεί να φτάσει τα είκοσι χρόνια. Η εγκατάσταση δεν απαιτεί πολλά έξοδα, με μόνο μειονέκτημα τον απαιτούμενο σχετικά μεγάλο χώρο. Δεν απαιτούνται καύσιμα, δεν παράγονται καυσαέρια, δεν έχουμε ηχορύπανση. Η συντήρηση είναι απλή, φθηνή και εύκολη. Η απόδοση εξαρτάται από την ηλιοφάνεια, την τοποθεσία και την κατάλληλη κλίση των συλλεκτών. Είναι φανερό ότι τα πλεονεκτήματα είναι περισσότερα από τα μειονεκτήματα. Με τη συνεχή ανάπτυξη της τεχνολογίας και δεδομένου ότι η ενέργεια που δέχεται η επιφάνεια της γης από τον ήλιο είναι πάρα πολύ μεγάλη, φαίνεται ότι η μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική μπορεί να λύσει το ενεργειακό πρόβλημα της ανθρωπότητας. 9.7. Αιολική ενέργεια Το 2% περίπου της ηλιακής ενέργειας που φτάνει στη γη μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια των ανέμων, των κυμάτων και των θαλάσσιων ρευμάτων. Η ατμόσφαιρα της γης βρίσκεται σε μια διαρκή κίνηση και αυτό οφείλεται στη μετακίνηση αέριων μαζών από περιοχές υψηλής πίεσης σε περιοχές χαμηλής πίεσης.Η ενέργεια του ανέμου μεταβάλλεται με τη μεταβολή της πίεσης, της διαμόρφωσης του εδάφους και της περιεκτικότητας του αέρα σε υδρατμούς. Σε ύψος μικρότερο από 500 m η ταχύτητα του ανέμου ελαττώνεται από την τριβή του στο έδαφος και γενικά εξαρτάται από τις ανωμαλίες του εδάφους. Οι υδάτινες επιφάνειες προκαλούν μικρότερη τριβή, ενώ τα κτίρια στις κατοικημένες περιοχές προκαλούν μεγαλύτερη ελάττωση της ταχύτητας των ανέμων. Η αιολική ενέργεια χρησιμοποιήθηκε από παλαιά για την κίνηση πλοίων ή σαν πηγή ενέργειας στις εγκαταστάσεις παρασκευής αλεύρων κ.ά. Σήμερα το θέμα αιολική ενέργεια έχει γίνει και πάλι επίκαιρο και σε όλο τον κόσμο γίνεται μεγάλη ερευνητική προσπάθεια για την |
|
ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
|
|
|
αξιοποίηση της, διότι τα γνωστά αποθέματα πετρελαίου δεν θα διαρκέσουν πολύ. Σε πολλά μέρη του κόσμου, αλλά και στην Ελλάδα έχουν δημιουργηθεί τα λεγόμενα αιολικά πάρκα. Σ' αυτά έχει εγκατασταθεί ένας αριθμός ανεμογεννητριών που μετατρέπουν την κινητική ενέργεια του ανέμου σε ηλεκτρική.
9.8. Γεωθερμική ενέργεια Τα διάφορα τμήματα της μάζας της γης ακτινοβολούν ενέργεια. Αυτό σημαίνει ότι η γη ψύχεται στο πέρασμα του χρόνου, πλην όμως αυτό προχωρεί με εξαιρετικά βραδύ ρυθμό. Η θερμοκρασία του μανδύα είναι σήμερα περίπου 4.000οC.Στη διάρκεια τριών δισεκατομμυρίων ετών η θερμοκρασία του δεν έχει μειωθεί παρά μόνο 4000οC περίπου. Οι πρώτες μετρήσεις της θερμοκρασίας της γης έγιναν το 1740 σε ένα ορυχείο. Αργότερα έγιναν επιστημονικές μελέτες βάσει των οποίων σήμερα γνωρίζουμε με καλή προσέγγιση τη θερμοκρασία του πλανήτη μας από το κέντρο του μέχρι την επιφάνεια. Η αύξηση της θερμοκρασίας είναι περίπου 30οC ανά 100m βάθους. Η σημερινή προηγμένη τεχνολογία επιτρέπει τη διάνοιξη γεωτρήσεων βάθους μεγαλύτερου των 1000m. Έτσι αν θεωρήσουμε ότι η μέση θερμοκρασία στην επιφάνεια του εδάφους είναι 150οC τότε για βάθος 2000m η διαφορά θερμοκρασίας θα είναι 20.3 = 60 και 60- 15 = 45οC. Σε ορισμένες περιοχές όπου το πάχος της λιθόσφαιρας είναι μικρό εμφανίζονται φαινόμενα όπως θερμών πηγών, συνύπαρξη θερμού νερού και ατμού ή συστήματα υψηλότερης θερμοκρασίας όπως τα Geysers. Η εκμετάλλευση της γεωθερμικής ενέργειας με τη μετατροπή της σε ηλεκτρική άρχισε μετά το 1900. Σήμερα εγκαταστάσεις εκμετάλλευσης της γεωθερμικής ενέργειας λειτουργούν σε περίπου είκοσι χώρες με συνολική ισχύ 6.000 MW. Οι χώρες αυτές βρίσκονται στις γεωθερμικές περιοχές της γης και μια από αυτές είναι και η Ελλάδα. Από τη θερμοκρασία των γεωθερμικών υγρών εξαρτάται και ο τρόπος χρησιμοποίησης |
Εικόνα 9-14 της περιεχόμενης ενέργειας. Εάν η θερμοκρασία είναι στην τιμή των 200οC έχουμε εφαρμογή στις αντλίες θερμότητας. Αν η θερμοκρασία είναι μικρότερη των 1500οC τότε μπορούμε vα χρησιμοποιήσουμε την θερμική ενέργεια απευθείας χωρίς μετατροπή. Εάν η θερμοκρασία είναι μεγαλύτερη των 1500οC, τότε με τη βοήθεια ατμοστροβίλου και γεννήτριας ηλεκτρικού ρεύματος παράγουμε ηλεκτρικό ρεύμα. Η μετατροπή σε ηλεκτρική ενέργεια γίνεται είτε με τη δημιουργία ατμού και τη χρησιμοποίηση ατμοστροβίλου, είτε με τη χρησιμοποίηση ενός άλλου υγρού, συνήθως μιας οργανικής ένωσης με χαμηλότερο σημείο ζέσεως από το νερό που δίνει ατμούς μεγαλύτερης πίεσης σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. Οι εγκαταστάσεις παραγωγής της ηλεκτρικής ενέργειας είναι συνήθως μικρές με ισχύ (μέχρι μερικά MW). Αποτελούν ιδανική λύση για τις ανάγκες μικρών αγροτικοί οικισμών, δίνοντας αρκετή ηλεκτρική ενέργεια για τις ανάγκες του οικισμού, για άντληση νερού, για τις ανάγκες των θερμοκηπίων ή για την κατεργασία αγροτικών προϊόντων π.χ. ψύξη ή ξήρανση των τροφίμων. Σε πολλές χώρες στην Αμερική, την Ευρώπη και την Ασία με απευθείας εφαρμογή της γεωθερμικής ενέργειας εξασφαλίζεται η θέρμανση κατοικιών και διαφόρων χώρων, όπως και η παροχή θερμού ύδατος. Το κόστος αφορά την αρχική γεωθερμική εγκατάσταση όπως και την |
|
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9
|
|
|
εγκατάσταση μεταφοράς και διανομής του νερού και ακολούθως τα έξοδα συντήρησης. Δεδομένου ότι δεν υπάρχει η δαπάνη αγοράς του καυσίμου, η γεωθερμική θέρμανση στοιχίζει πολύ λίγο. Στη γεωργία έχει εφαρμογή για τη θέρμανση χώρων θερμοκηπίων, κτηνοτροφικών και πτηνοτροφικών μονάδων. Για τη θέρμανση του εδάφους έχουν αναπτυχθεί πιο πολύπλοκα συστήματα διοχέτευσης του νερού σε σωλήνες, κάτω από το έδαφος. Στα θερμοκήπια με την εφαρμογή υψηλής τεχνολογίας στα χρησιμοποιούμενα υλικά σε συνδυασμό με την πολύ φθηνή γεωθερμική ενέργεια έχουμε ελάττωση κατά 30% περίπου του κόστους παραγωγής των λαχανικών και λουλουδιών. Η μεταφορά του ζεστού νερού μπορεί να γίνει με καλά μονωμένους σωλήνες, ώστε η απόκλεια ενέργειας να είναι πολύ μικρή με αποτέλεσμα το ζεστό νερό να μεταφέρεται σε αποστάσεις μεγαλύτερες από 50Km. Βέβαια όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση τόσο αυξάνει το κόστος διότι προστίθενται έξοδα εγκατάστασης βαλβίδων - αντλιών και συντήρησης. Γενικά η εφαρμογή της γεωθερμικής ενέργειας έχει το πλεονέκτημα ότι δεν υπάρχουν έξοδα αγοράς καυσίμων, αλλά παραμένουν
Εικόνα9-15 |
υψηλά τα έξοδα έρευνας και εγκατάστασης άντλησης. Χρειάζονται εναλλάκτες θερμότητας, αντλίες, βαλβίδες, σωληνώσεις μεταφοράς και φυσικά έξοδα συντήρησης.
Οι επιπτώσεις στο περιβάλλον περιορίζονται στην αλλαγή του φυσικού τοπίου από τον όγκο των εγκαταστάσεων, εάν ληφθεί μέριμνα για την επαναφορά του γεωθερμικού υγρού στην πηγή μέσω μιας δεύτερης γεώτρησης. Βεβαίως παραμένει η επιβάρυνση της ατμόσφαιρας με υδρόθειο (H2S), διοξείδιο του άνθρακα (CΟ2) και μεθάνιο (CH4). 9.9 Θερμική ενέργεια των ωκεανών Η ηλιακή ακτινοβολία ανακλάται σε ένα ποσοστό και στην επιφάνεια των ωκεανών. Η υπόλοιπη προχωρεί μέσω του νερού και φτάνει σε βάθη από 65 μέχρι 90 m ανάλογα με το μήκος κύματος της ακτινοβολίας. Είναι φανερό ότι οι ωκεανοί δεσμεύουν μεγάλες ποσότητες ηλιακής ενέργειας, μέχρι 5W/m2.Οι προσπάθειες που γίνονται σήμερα αφορούν την εκμετάλλευση της διαφοράς ενέργειας των διαφόρων στρωμάτων των ωκεανών για να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια. Έχει παρατηρηθεί ότι στις θερμές περιοχές του πλανήτη η διαφορά θερμοκρασίας του νερού της επιφάνειας των ωκεανών και του νερού σε βάθη 800 m και μεγαλύτερα είναι της τάξεως των 24οC. Έγιναν πολλές σκέψεις για την εκμετάλλευση της διαφοράς αυτής της θερμοκρασίας για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Σήμερα γίνονται πολλές προσπάθειες για την εκμετάλλευση μεταξύ άλλων πηγών ενέργειας και της ενέργειας των ωκεανών. Αιτία είναι η αύξηση της ρύπανσης της γης από την καύση πετρελαίου και άνθρακα, αλλά και η αδυναμία των κατοίκων ορισμένων περιοχών της γης να πληρώνουν τα υπέρογκα ποσά που απαιτούνται για την αγορά των καυσίμων. Κατά καιρούς έγιναν αρκετές προσπάθειες αξιοποίησης της ενέργειας των ωκεανών, πλην όμως υπήρξαν ανεπιτυχείς. Το 1980 όμως έγινε πραγματικότητα η μετατροπή της ενέργειας των ωκεανών σε ηλεκτρική ενέργεια στις ΗΠΑ. Οι αρχικές προσπάθειες παραγωγής ηλεκτρικής |
|
ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
|
|
|
ενεργείας απο τους ωκεανούς απέτυχαν, διότι κατανάλωναν περισσότερη ενέργεια από αυτή που έπαιρναν με τη μορφή ηλεκτρικής ενέργειας. Μετά
όμως το 1990 με τη βελτίωση των μεθόδων και με την
εφαρμογή προηγμένης τεχνολογίας, η αρχική σκέψη
έγινε πραγματικότητα στην
περιοχή της Χαβάης.
9.10. Όσμωση Σήμερα γίνεται μια σοβαρή προσπάθεια εκμετάλλευσης του φαινομένου της όσμωσης. 'Οταν θαλάσσιο νερό με μεγάλη περιεκτικότητα σε NaCl βρίσκεται σε επαφή με καθαρό νερό, μέσω ημιπερατής μεμβράνης δημιουργείται μια ροή νερού από το καθαρό νερό προς το αλατόνερο. Η ροή είναι τόσο πιο έντονη όσο πιο πυκνό είναι το αλατόνερο. Με τη βοήθεια μιας τουρμπίνας μπορούμε να εκμεταλλευτούμε τη ροή αυτή και να πάρουμε ηλεκτρικό ρεύμα.Γενικότερα μπορούμε να εκμεταλλευτούμε με όμοια διάταξη την οσμωτική πίεση ή ακόμη και τη διαφορά της τάσης ατμών των δύο διαλυμάτων. 9.11. Πυρηνική ενέργεια Το άτομο έχει ένα πυρήνα που αποτελείται από νετρόνια(ουδέτερα ηλεκτρικά) και προπάνια (με θετικό φορτίο).Γύρω από τον πυρήνα υπάρχει το αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο. Ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα ονομάζεται ατομικός αριθμός, ενώ το άθροισμα του αριθμού πρωτονίων και νετρονίων ονομάζεται μαζικός αριθμός. Έτσι το ουράνιο 235 συμβολίζεται U, όπου 92 ο ατομικός αριθμός και 235 ο μαζικός αριθμός.Όταν ένας μεγάλος πυρήνας βομβαρδιστεί |
Εικόνα 9-16 με νετρόνια, τότε διασπάται σε μικρότερους. Το φαινόμενο ονομάζεται σχάση. Έτσι όταν το ουράνιο 235 βομβαρδιστεί από νετρόνια, τότε μια πιθανή αντίδραση σχάσης είναι εκείνη που θα δώσει βάριο Ba, κρυπτό Kr, τρία νετρόνια n και ενέργεια. Τα παραγόμενα νετρόνια συγκρούονται με άλλους πυρήνες ουρανίου και έτσι με την συνεχή παραγωγή νετρονίων εξασφαλίζεται η συνεχής πορεία της αντίδρασης αυτής. Μια τέτοια αντίδραση λέγεται αλυσιδωτή αντίδραση. Η αντίδραση αυτή μπορεί να ελεγθεί με ρύθμιση της ταχύτητας της με χρησιμοποίηση ράβδων καδμίου Cd ή βορίου Β, υλικών που απορροφούν έντονα τα νετρόνια. Σήμερα έχουν σχεδιαστεί πολλά συστήματα ελέγχου και προστασίας της εγκατάστασης που ονομάζεται πυρηνικός αντιδραστήρας. Στον πυρηνικό αντιδραστήρα εκμεταλλευόμενοι |
|
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9
|
|
|
τη μεγάλη θερμοκρασία που αναπτύσσεται, με συστήματα εναλλακτών θερμότητας, τουρμπίνων και γεννητριών παράγουμε ηλεκτρική ενέργεια.
Σ' ένα πυρηνικό αντιδραστήρα διακρίνουμε : α) Την κεντρική περιοχή που γίνεται η αντίδραση. Το σχάσιμο υλικό ουράνιο 235 βρίσκεται εκεί ή σαν διάλυμα άλατος του, οπότε ο αντιδραστήρας καλείται ομογενής, ή σε μορφή ράβδων σε διάφορες ζώνες. Στην περιοχή αυτή τοποθετείται και ο επιβραδυντής. β) Τον ανακλαστήρα των νετρονίων, γ) Το προστατευτικό στρώμα από μπετόν πάχους 3 - m και δ) Συστήματα ψύξης. Τα προϊόντα της σχάσης γενικά είναι ραδιενεργά, οπότε υπάρχει φόβος μόλυνσης της γύρω περιοχής από το σύστημα ψύξης ή από το |
ενδεχόμενο έκρηξης. Ο πυρήνας πρέπει να ψύχεται με νερό για να διατηρεί χαμηλή θερμοκρασία. Το ουράνιο αντικαθίσταται σε μικρά χρονικά διαστήματα, οπότε τα απόβλητα πρέπει να υφίστανται επεξεργασία καθαρισμού αλλά και ανάκτησης του ουρανίου που δεν
χρησιμοποιήθηκε. Τα κατάλοιπα τοποθετούνται σε ατσάλινα δοχεία και τοποθετούνται κάτω από το έδαφος. Η ζωή των δοχείων υπολογίζεται σε 100 έτη, οπότε θα πρέπει να γίνει αντικατάστασή τους. Κατά άλλη μέθοδο τα δοχεία τοποθετούνται σε υποδοχείς από μπετόν.
Η εκλυόμενη ενέργεια όπως είδαμε είναι πολύ μεγάλη. Από 500 g U παίρνουμε ενέργεια αντίστοιχη με 10.000tn TNT (Τρινιτροτολουόλιο που είναι εκρηκτικό) 12*106 KWh ηλεκτρικής ενέργειας. ι αρχικές προσπάθειες παραγωγής ηλεκτρικής |
|
ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ
|
||||
|
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9
|
||||
