Mediul și energia regenerabilă - curs

In Agenda 21 adoptata la Rio de Janeiro in 1992, in cadrul Conferintei Natiunilor Unite privind Mediul si Dezvoltarea se afirma ca energia este esenta dezvoltarii sociale si economice, a imbunatatirii calitatii vietii, dar toate sursele de energie trebuie folosite in modalitati care sa respecte atmosfera, sanatatea umana si mediul ca un intreg.

Ca atare, societatea umana trebuie sa-si imbunatateasca relatia sa cu natura si mediul inconjurator, recunoscand, in acelasi timp, importanta pe care o au resursele naturale asupra dezvoltarii economice, evolutiei societatii si a economiilor, in general.

Una dintre problemele principale, de a carei solutionare depinde dezvoltarea civilizatiei noastre, problema care a revenit pe primul plan al preocuparilor oamenilor de stiinta, este asigurarea cu energia necesara dezvoltarii activitatilor de baza, care conditioneaza evolutia progresiva a nivelului de trai al populatiei globului terestru.

Cresterea nivelului de trai nu poate avea loc fara o crestere corespunzatoare a consumului de energie. De aceea, atunci cand vrem sa analizam necesarul consumului de energie este util sa trecem in revista evolutia istorica a acestuia. Consumul minim de energie necesar unui om este cantitatea de energie obtinuta din hrana necesara pentru a trai. In urma cu un milion de ani, ca de altfel si astazi, in unele regiuni de pe glob, oamenii traiesc cu hrana ce contine circa 1800 calorii pe zi de fiecare om sau, daca am masura energia in unitatile cu care ne-am obisnuit, doi kilowati-ora/ zi/ om. Aceasta energie este consumata in doua scopuri: asigurarea unei temperaturi constante a corpului si asigurarea energiei mecanice necesara pentru miscarile cu care omul isi procura hrana si in diferite deplasari.

Transformarea energiei chimice din alimente in energie termica, caldura necesara mentinerii temperaturii corpului, cat si in energia mecanica a muschilor, se realizeaza prin procedee biologice incomplet cunoscute. Sursa principala de energie acum un milion de ani, ca de altfel pana la descoperirea energiei nucleare, era energia solara care, prin procesul de fotosinteza, producea hidrocarburile necesare hranei.

In urma cu aproximativ o suta de mii de ani s-a facut un salt important, prin utilizarea controlata a focului.

Energia solara, transpusa prin fotosinteza in lemn, este prima sursa de energie pe care omul o transforma, prin mijloace externe, in formele de energie necesare lui, in primul rand in caldura. Lemnul devine primul combustibil care, printr-un proces chimic, combinarea carbonului cu oxigenul din aer, se transforma in energie termica. Energia termica astfel produsa este utilizata pentru prepararea hranei, incalzirea si iluminarea locuintei. Totodata, ea ii permite omului sa prelungeasca ziua si sa sperie animalele periculoase in cursul noptii, cand acestea devin periculoase.

Un salt simtitor, care a deschis o noua era in economia energetica, s-a facut cu circa 7000 de ani inaintea erei noastre, cand omul a invatat sa domesticeasca animalele si sa faca agricultura. In societatea agricola, hrana este produsa prin cultivarea pamantului si omul nu numai ca poate manca mai mult, consumand circa 4 kWh pe zi, dar are un surplus cu care poate sa hraneasca animalele domesticite, care ii folosesc pentru a produce energia mecanica necesara in transport si in cultivarea pamantului.

Dezvoltarea agriculturii a condus la o despadurire accentuata a suprafetelor terestre, pentru a se obtine terenurile necesare cultivarii plantelor agricole. Astfel, in regiunile populate, a inceput o despadurire intensa. Intrucat prin despadurire aceasta sursa incepe sa se micsoreze, era de asteptat ca, in timp, sa se iveasca o problema a resurselor de energie termica.

Energia solara se manifesta la suprafata Pamantului si sub forma de energie mecanica a vanturilor si a apelor. Desi aceste surse au fost folosite cu cateva sute de ani inaintea erei noastre, totusi, utilizarea lor intensiva incepe abia in jurul anului 1400 al erei noastre, cand se extinde utilizarea energiei apei si a vantului. Aceasta introduce o productie suplimentara de energie si atrage dupa sine un consum industrial de energie.

Disparitia treptata a padurilor si cresterea consumului casnic si industrial imping oamenii catre introducerea in circuitul energetic a combustibililor fosili: carbune, petrol si gaze naturale, care, in raport cu lemnul, au o putere calorifica mult mai mare pe unitatea de masa sau volum.

Dupa anul 1800, carbunele incepe sa fie utilizat intens, odata cu introducerea in circuitul industrial al masinilor cu abur. Apoi, odata cu aparitia motoarelor cu explozie, incepe exploatarea tot mai intensa a petrolului.

In secolul al XIX- lea structura cosumului de energie incepe sa reflecte aspectele societatii industriale. Consumul pentru hrana creste la 8 kWh/zi/om, consumul casnic este mult mai mare, de 36 kWh/zi/om, consumul industrial devine 27 kWh/zi/om, iar consumul pentru transport creste apreciabil, la 16 kWh/zi/om.

Secolul XX introduce ca noutate posibilitatea transformarii energiei termice si a energiei mecanice in energie electrica. Energia electrica se substituie din ce in ce mai mult altor forme de energie, datorita usurintei cu care este transportata la distanta si a posibilitatii de a o transforma in alte forme de energie utila ca: energie mecanica, lumina, caldura, energie chimica. Acest lucru a facut ca astazi, din totalul energiei consumate, peste 30 % sa fie energie electrica.

Actualmente, repartitia cosumului de energie pe cele patru categorii (hrana, casnic, industrial si transport) se caracterizeaza printr-o crestere de 4 -5 ori fata de secolul trecut.

Deci, cele patru cicluri energetice prin care a trecut omenirea sunt:

- omul izolat, cu posibilitatile de conversie biologica a energiei chimice, avand un consum de 2 kWh/zi/om;

- societatea de vanatori, care utiliza arderea lemnului ca o posibilitate de conversie externa a energiei regenerative inmagazinate prin fotosinteza, cu un consum de 5 kWh/zi/om;

- societatea agricola, care conduce la distrugerea padurilor, a sursei de energie regenerativa, cu un consum de 8 kWh/zi/om ;

- societatea industriala moderna, caracterizata prin utilizarea energiei regenerabile, a combustibililor fosili si nucleari si prin posibilitati de conversie a energiei dintr-o forma in alta, cu un consum in continua crestere.

Cresterea consumului de energie reflecta o crestere a nivelului de trai. Un aspect, deloc neglijabil, al cresterii nivelului de trai il constituie posibilitatea de izolare a omului de mediul nociv extern si crearea unor conditii care sa-i asigure o viata sanatoasa, un numar cat mai mare de ani. Viata medie creste odata cu nivelul de trai si cu consumul specific de energie.

Unica sursa de energie, care a alimentat civilizatia noastra pana in acest secol, a fost energia solara inmagazinata sub forma de energie chimica, prin procesul de fotosinteza, in surse regenerative (lemnul, apele, vantul) sau in combustibili fosili (carbune, petrol, gaze naturale), a caror constanta de formare este de ordinul milioanelor de ani.

O analiza sumara a obiectivelor pentru care este necesar sa consumam energie in vederea mentinerii unui nivel de trai adecvat, evidentiaza ca acestea sunt:

- asigurarea apei potabile;

- asigurarea hranei;

- asigurarea metalelor, a fibrelor si materialelor de constructie;

- asigurarea unui mediu inconjurator tolerabil.

Aceste obiective constituie elementele necesare civilizatiei umane pentru a trai. Apa este necesara direct pentru mentinerea vietii, dar si indirect, pentru asigurarea fertilitatii terenurilor utilizate pentru agricultura. Din nefericire, apa potabila nu este distribuita uniform pe suprafata Pamantului si exista regiuni intinse in care, pentru fertilizarea solului este nevoie sa se utilizeze apa de mare. Aceasta trebuie insa distilata, acest proces necesitand un consum de energie. Producerea apei potabile prin desalinizarea apei de mare nu este economica.

Asigurarea hranei pentru societatea noastra ridica, in primul rand, problema conversiei de energie in fertilizanti, prin fixarea azotului, prin producerea de saruri de potasiu si superfosfati. Elementele necesare pentru asigurarea ciclului hranei sunt: energia solara, dioxidul de carbon, apa si azotul, care, prin intermediul solului, produc elemente nutritive pentru plantele agricole. Acestia, la randul lor, constituie, fie hrana pentru om, fie pentru animale, a caror carne devine hrana.

Metalele sunt absolut necesare pentru a asigura mentinerea si dezvoltarea civilizatiei noastre. In natura, ele se gasesc sub forma de oxizi. Pentru a le extrage si prelucra este necesar un consum de energie.