ENERGETYKA I ŚRODOWISKO Andrzej G. Chmielewski Instytut Chemii i Techniki Jądrowej & Politechnika Warszawska Chełm, 28 marca 2008

Światowe zapotrzebowanie na pierwotne źródła energii 2 000 4 000 6 000 8 000 10 000 12 000 14 000 16 000 18 000 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 Mtoe Gaz nat. Ropa Węgiel Hydro Inne odnawialne EJ

Produkcja energii elektrycznej w wybranych krajach Europy. Wyt. en. el. TWh Jądrowa % Węgiel Hydro Polska 38,1 145.0 91 4 Niemcy 82,7 513.3 31 48 Francja 60,6 416.0 77 5 24 Włochy 58.6 295.5 9 Gaz - 43 20

Jaka rolę spełnia atmosfera?

Główne żródła emisji dwutlenku węgla

Efekt cieplarniany

Emisja dwutlenku węgla – w odniesieniu do grup państw

Emisja dwutlenku węgla – energetyka wg. rodzaju paliwa

Wzrost stężenia dwutlenku azotu                                                                                  Atmospheric carbon dioxide monthly mean mixing ratios. Data prior to May 1974 are from the Scripps Institution of Oceanography (ˇE ), data since May 1974 are from the U.S. National Oceanic and Atmospheric Administration (ˇE ). A long term trend curve (ˇX ) is fitted to the monthly mean values.

Bilans energii słonecznej albedo

Efekt cieplarniany Dwutlenek węgla, para wodna, metan, podtlenek azotu i kilka innych gazów są gazami cieplarnianymi. Azot i tlen nie adsorbują promieniowania podczerwonego.

Efekt cieplarniany

Dziura ozonowa

Dziura ozonowa - Arktyka

Kwaśne deszcze

Kwaśne deszcze w USA

Stężenie ditlenku siarki w Europie

Europa

Spadek średniej długości życia (w miesiącach) spowodowany antropogenicznymi cząstkami PM 2,5

Udokumentowane zapasy paliw kopalnych Ropa naftowa Czas do wyczerpania zasobów = 42,5 roku Miliardy baryłek (1 baryłka = 42 galonów US = 117,35 litra) 1,317 Gaz 65,5 roku Tryliony, m³ 175 Węgiel 155 lat Miliony, tony 904936

Stany Zjednoczone posiadające 2% światowych rezerw zużywają 25% światowej produkcji

Dostawy ropy wg regionów: Pik Hubberta

Produkcja ropy w Arabii Saudyjskiej Olbrzymie pole Ghawar produkuje ½ ropy eksportowanej przez AS (~ 5M BPD) 30-50% produkcji stanowi woda

Szok cenowy – pierwsze symptomy kryzysu Szok cenowy związany z zmniejszaniem produkcji Oil prices soar above $50, which is rapidly being seen as more of a floor than a ceiling. Yet in hindsight, we can see that the trend has been building for several years. Price represent profiteering from shortage, being about five times production cost. We may face a serious of vicious circles of Price Shock – Recession – Demand fall – Price collapse – Recovery – Price Shock. But by around 2010 the perception of permanent decline may have led to a new reality and stability.

Wiele książek odnosi się do kryzysu…

Świat musi szybko znależć nowe żródła energii

Opcja jądrowa

Obecny status EJ 442 reaktorów energetycznych 24 w trakcie konstrukcji Altogether, as of 15 May…

Udział EJ w producji en.el. (2004) France 78% Sweden 52% Rep. Korea 38% Germany 32% Japan 29% China 2% USA 20% 30 countries with nuclear power. Note big developing countries down at the low end. Keep in mind when I talk particularly about China’s and India’s plans in future. Notes Japan’s number is low because of TEPCO shutdowns in 2003. In 2002 the number was 34%, and that’s really a better indication of nuclear’s contribution in Japan. Russia 16%

Światowa moc zainstalowana w EJ Ameryka Płn. Europa Zach. FNP / E.W. Japonia / ROK Kraje rozwijające się

Główne problemy rozwoju EJ Techniczne: Odpady Polityczne: Proliferacja

Redukcja toksyczności odpadów based on ORNL DWG 95A-534 1012 Redukcja toksyczności odpadów Ogólna przy składowaniu wypalonego paliwa 1011 1010 109 Toksyczność wchłonięcia (m3 H2O /MTHM) 108 Total, with DB-MHR Transmutation no TRISO barrier 107 238U 106 Total, DB-MHR Transmutation With TRISO barrier 105 1 10 102 103 104 105 106 A. Baxter (2004) Czas rozpadu od momentu składowania

Jakie są oferty ? Reaktor bateryjny bez wymiany paliwa(20-30 lat pracy) Międzynarodowe centra przerobu paliwa - GNEP Gwarancja odbioru i dostawy świeżego paliwa

Reaktor bateryjny Star Argonne Lab - USA ACTIVE CORE AND FISSION GAS PLENUM Pb-TO-CO2 HEAT EXCHANGER (1 OF 4) FLOW DISTRIBUTOR HEAD FLOW SHROUD CONTROL ROD DRIVELINES Pb-cooled Natural Circulation Reactor CLOSURE HEAD RADIAL REFLECTOR

Porównanie emisji dwutlenku węgla w różnych opcjach Produkcja 1 MWh wytwarza:          996 ton dwutlenku węgla z el. węglowej          809 ton el. opalanej ropą         476 ton el. opalanej gazem          0 ton el. jądrowej Ponad 400 elektrowni jądrowych wytwarza 16 % światowej produkcji energii elektrycznej i pozwala na zmniejszenie emisji dwutlenku węgla o 2 miliardy ton rocznie

Odnawialne źródła energii

Biopaliwa

Bioetanol – produkcja i spalanie C6H12O6 → 2C2H6O + 2CO2 C2H6O + 3O2 → 2CO2 + 3H2O C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + ciepło 6CO2 + 6H2O + hγ → C6H12O6 + 6O2

Produkcja bioetanolu

Produkcja biopaliw

Światowa produkcja biodiesla i bioetanolu

Wytwórnie bioetanolu w USA 2005

BIOGAZ i BIOENERGIA Biogaz Energia cieplna Energia elektryczna Uprawy celowe Odpady rolno-przemysłowe Fermentacja

Biogaz

Skład biogazu  % CH4 50-75 CO2 25-50 N2 0-10 H2 0-1 H2S 0-3 O2 0-2

BIOGAZ

MEB Mała Elektrownia Biogazowa Biomasa KOMPOST Rozdrabnianie FERMENTACJA METANOWA OCZYSZCZANIE BIOGAZU Energia cieplna STANDARYZACJA GAZU USUWANIE CO2 GENERATOR Energia elektryczna GAZ na sprzedaż

BIOGAZ BIOMASA hydroliza Aminokwasy Cukry Kwasy tłuszczowe Glicerol acetogeneza Kwas octowy H2 , CO2 BIOGAZ acidogeneza Alkohole Kwas propionowy Kwas butylowy metanogeneza

SYSTEM WIELOSTOPNIOWY SUROWIEC BIOGAZ Zalety: Większa wydajność Mniejsze aparaty KOMPOST HYDROLIZA METANOGENEZA

Wydajność biogazu m3 CH4 / ha

GAZ ZIEMNY KONTRA BIOGAZ zużycie 13 mld m3 biogaz 11,7 mld m3 Import 9,5 mld m3

KOSZT WYTWARZANIA METANU

Energia słoneczna

Perspektywy energii słonecznej Za Odnawialna Czysta Przeciw Ekonomika Ograniczona wydajność

Opcja wodorowa

Ogniwa paliwowe Paliwo wodorowe + tlen Elektryczność + woda

Energetyka oparta o wodór Za Czysta Przeciw NIE jest żródłem energii Ekonomika Bezpieczeństwo

Wiatr

Perspektywy energii wiatrowej Za Odnawialna Czysta Przeciw Ekonomika Ograniczenia mocy Szpeci i niszczy środowisko

Photovoltaic/Wind Power/Nuclear Energy Area 20 sqm/kW 130 sqkm/1000 MW 500 sqm for two 250 kW class unit (Height 30 m, diameter of vane 28 m) 0.4 sqkm /1000MW Operation rate Annual Capacity Factor ca.12% No generation during nighttime Annual Capacity Factor 20 – 25% Wind velocity > 6 m/s Annual Capacity Factor ca.80%

Mega Miasta

Rosnące zapotrzebowanie energetyczne świata

I rosnące zapotrzebowanie na wodę

“Infinite growth but fueled by finite natural resources is doomed.” [K. Hubbert]

[Powiedzenie Arabskie] "Mój ojciec jeździł na wielbłądzie. Ja jeżdżę samochodem. Mój syn lata odrzutowcem. Jego syn będzie jeździł znowu na wielbłądzie." [Powiedzenie Arabskie]

Przyszły transport?

Przyszłość zależy m.in. od energetyki słonecznej

Ale EJ i biopaliwa mogą wypełnić lukę energetyczną.