Hernubare energie

vanuit Wikipedia, die vrye ensiklopedie.

Die term hernubare energie (wat dikwels ook volhoubare of duursame energie genoem word) verwys na natuurlike en (byna) onuitputlike energiebronne soos son- en geotermiese krag, getye- en windkrag wat vir tegniese kragopwekking gebruik kan word en fossielbrandstowwe soos steen- en bruinkool, aardgas en ru-olie in toenemende mate begin vervang.

Inhoud 1 Terminologie 2 Problematiek 3 Verskillende tipes van hernubare energie 4 Bronne

[wysig] Terminologie

Volgens die fisiese wette is die bogenoemde alternatiewe energiebronne streng gesproke nie "hernubaar" nie, maar kom voortdurend in natuurlike prosesse voor. Daar is ook 'n bestendige oorskot van byvoorbeeld sonenergie wat vanuit ons aarde weer na die ruimte teruggestraal word. Die ontginning van hierdie duursame energiebronne beteken slegs dat 'n klein hoeveelheid energie vir die menslike gebruik benut word. Energieverbruik in die suiwer fisiese sin is nie denkbaar sonder dat die energie in die natuurlike prosesse teruggevoer word nie.

In teenstelling met die voortdurende natuurlike prosesse is die kragopwekking deur middel van fossielbrandstowwe geen duursame proses nie. Die groot voorrade kool, ru-olie en aardgas is oor 'n groot tydperk van enkele honderd miljoen jaar in 'n natuurlike proses deur die verrotting van biomassa gevorm, wat teoreties ook "hernubaar" sou kon wees. Tans het die verbruik van fossiele brandstowwe egter 'n peil bereik waar voorrade binne enkele dekades sal opraak.

Selfs kernenergie in die vorm van kernsplitsing of kernversmelting is nie werklik hernubaar nie. Kernsplitsing benodig uraan of thorium as uitgangsmateriaal, waarvan die ontginbare voorrade beperk is. Sogenaamde kweekreaktors, wat in staat is om die hoeveelheid kloofbare materiaal te verhoog en in Frankryk en Rusland reeds in bedryf gestel is, sou 'n tydelike, maar dure en tegnologies ingewikkelde oplossing kon wees, tog is kernenergie in die meeste ontwikkelde lande weens die hoë koste wat die oprigting en onderhoud van 'n reaktor veroorsaak en die ongewenste byverskynsels soos radioaktiewe kernafval nou 'n tegnologie van die verlede wat langsamerhand afgeskaal word. Kernversmelting, wat die grondslag van 'n natuurlike kosmiese proses soos sonkrag vorm, is tans weens die moeilike handhawing van die plasmamengsel teen temperature van sowat 100 miljoen °C nog nie in die praktyk moontlik nie, aangesien 'n kragsentrale sommer net verniel word sodra die plasma per ongeluk met die materiaal van sy omgewing in aanraking kom. Die huidige teoretiese konsep van kernversmelting is egter ook nie denkbaar sonder litium as sy uitgangsmateriaal nie. Voorrade van hierdie grondstof sal vir 'n tydperk van sowat enkele duisend jaar beskikbaar wees, maar is nie onuitputlik nie.

Biomassa is 'n goeie voorbeeld van hernubare energiebronne. Die son fungeer hier as die energiebron vir die meeste natuurlike prosesse in die biosfeer, sodat biomassa as 'n duursame energiebron beskou word. Monokultuurverbouing van tipiese bioenergetiese gewasse soos suikerriet of raap behels egter 'n groot aantal vraagstukke in verband met omgewingsbewaring.

[wysig] Problematiek

Oor 'n tydperk van sowat 500 000 jaar of 20 000 generasies het mense slegs gebruik gemaak van hernubare energie, waarby die tradisionele vuurplek lig en warmte opgelewer het. Kragopwekking deur middel van vuur is 'n uitvinding van slegs sowat 220 jaar gelede - die stoommasjien lui tegelykertyd die nuwe tydperk van die industriële rewolusie in. Alhoewel die energie-verbrandingsproses oorwegend nie meer in ons eie huis plaasvind nie, is die konvensionele vuur nog steeds die belangrikste energiebron - al brand dit nou in kragsentrales of in enjins.

Die brandstowwe, wat ons ter beskikking het, is gestoorde sonenergie: Jaarliks word sowat 200 miljard ton koolstof, wat as natuurlike bestanddeel van die lug voorkom, organies as koolhidrate gestoor. Na ramings is daar tans sowat 20 000 miljard ton koolstof geologies gestoor as kool, ru-olie en aardgas (en hiervan is net 'n klein gedeelte ontginbaar) - dit wil sê ons aarde het in 1 000 miljard jaar se koolhidraatproduksie net dié hoeveelheid sonenergie gestoor wat die son in 100 jaar oplewer. Nogtans verbrand ons jaarliks 'n hoeveelheid fossiele brandstowwe wat 'n stoortyd van meer as 'n half miljoen jaar benodig het.

Die verbranding van fossiele energiebronne, maar ook van hout, het al dekades lank nadelige uitwerkings op die klimaat, wat as gevolg van die verhoogde kooldioksiedkonsentrasie grootskaals begin verander het, op die flora en fauna en selfs op historiese geboue, wat in nywerheidslande deur verbrandingsgasse ernstig beskadig is. Verbrandingsgasse bedreig ook die gesondheid en lewens van mense.

Ná die Tweede Wêreldoorlog is die kommersiële gebruik van kernenergie as 'n moontlike alternatief vir die konvensionele vuur beskou, tog het die bydrae van die kernkragsentrales tot die kragopwekking in die meeste lande - met uitsondering van Frankryk en Litaue - steeds relatief klein gebly.

Terwyl selfs die mees gevorderde lande soos Frankryk en Duitsland probleme het met die tegniese beheersing van kernkrag in die geval van ongewenste insidente, het 'n aantal ongelukke in nywerheidslande tot 'n negatiewe herwaardering van kernenergie in baie Westerse lande gelei: In 1979 was die Amerikaanse reaktor in die kernkragsentrale Three Mile Island in Harrisburg, Pennsylvanië twee dae lank feitlik nie meer hanteerbaar nie. In 1986 word die kernkragsentrale van Tsjernobyl in die voormalige Sowjetunie die skouplek van die ergste denkbare ongeluk in verband met kernenergie: Ná 'n reeks eksperimente, waarvoor die reaktor nie geskik was nie, het dit uiteindelik onhanteerbaar geraak en ontplof. Die ontploffings en brande, wat gevolg het, het die kernkragsentrale verniel en radioaktiwiteit dwarsoor Europa vrygesit. Sonder die onmiddellike maatreëls, wat getref is - die vuur in die reaktor is met sand en beton geblus -, sou die uitwerkings nog rampspoediger gewees het. Nogtans het duisende mense as gevolg van die ramp gesterf.

Stygende oliepryse en twyfels oor die politieke en ekonomiese betroubaarheid van belangrike verskafferlande lei teen die begin van die 21ste eeu ook tot 'n herwaardering van konvensionele energiebronne soos ru-olie en gas. Danksy die tegniese vooruitgang en dalende pryse vir elektrisiteit, wat met alternatiewe metodes opgewek is, styg die aandeel van hernubare energiebronne in lande soos Duitsland, Spanje en die Verenigde State vinnig.

[wysig] Verskillende tipes van hernubare energie

Tans is daar 'n aantal bronne van hernubare energie en tegniese metodes vir hulle benutting beskikbaar:

• Bioenergie met biomassa soos hout, suikerriet en raap as uitgangsmateriaal:
  • Biodiesel-brandstof: 'n Aantal plante soos die Brasiliaanse dende lewer olie op wat dieselbrandstof kan vervang. Gewoonlik word dieselbrandstof en plantolie vermeng, maar indien enjins aangepas word, kan ook suiwer olie gebruik word. Die mees belowende plante in hierdie verband is naas dende sonneblomme, wat ook goed in droë grond aard. Sonneblomsaadolie is in die Verenigde State en Suid-Afrika reeds dekades gelede as brandstof vir landboumasjiene getoets.
  • Biogas
  • Brandstof, wat van plantaardige olies vervaardig word
• Sonenergie
  • Fotovoltaïese energie: Fotovoltaïese selle is oorspronklik 'n neweproduk van navorsing in verband met transistors en word in 1954 deur die Amerikaanse Bell Laboratories bekend gestel. Die selle kan sonlig onmiddellik in elektriese energie omsit en is nou 'n belangrike energiebron in die ruimtevaart. Die selle benodig feitlik geen onderhoud nie en is geskik vir kleine aanlegtes of groot kragsentrales. Die energie-effektiwiteit by die omskakeling van sonenergie na elektrisiteit was oorspronklik beperk tot sowat vier persent, maar het intussen beduidend gestyg, terwyl die pryse vir selle aansienlik gedaal het.
  • Termiese energie vanaf die son: Sonversamelaars en sonverwarmingstelsels absorbeer die warmte van die son en stoor dit met behulp van water of ander stoormediums. Klein sonverwarmingstelsels met passiewe sonkragpanele is geskik vir gebruik in privaathuise en verlaag die koste van warmwater duidelik. Kragsentrales gebruik 'n groot aantal rekenaarbeheerde spieëls, sogenaamde heliostats, wat die loop van die son volg en die sonlig in die rigting van 'n sentrale kollektor reflekteer. Die sonlig word gebruik om water te verhit, en die stoom dryf turbines aan. Die stoomkonsep is dieselfde soos in konvensionele kool- en kernkragaangedrewe kragsentrales. Een van die grootste kragsentrales van hierdie soort is Solar One (tans vergroot tot Solar Two) in die Mojavewoestyn van Kalifornië (Verenigde State), wat aanvanklik oor 1 818 heliostats met 'n totale spieëloppervlak van 72 600 vierkante meter en 'n toring met 'n hoogte van 86 meter beskik. Dit lewer 10 megawatt elektrisiteit op. 'n Sonkrag-aangedrewe oond in die Suid-Franse dorp Odeillo het reeds temperature van sowat 4 000 °C opgelewer, maar benodig 'n onbewolkte hemel om effektief te kan werk. Sonskoorstene maak ook gebruik van die kweekhuis verskynsel om lug deur die son te verhit en die konveksiestroom te gebruik om krag op te wek.
  • Sonchemie
  • Termiese energie (termiese kragsentrales)

• Waterkrag: Waterkragsentrales skakel die waterkrag - dit wil sê die energie van vloeiende of opgegaarde water - na elektrisiteit om. Die water word deur middel van pype of 'n waterloop na turbines gelei, wat elkeen 'n generator aandryf.
  • Damme
  • Getyekrag: Die getye is in feite 'n kombinasie van solare en lunare invloede, aangesien hulle deur die aantrekkingskragte van die son en die maan bewerk word. Eenvoudige, maar doeltreffende "getyemeule" of "blou meule" is al vroeg in die Noordwes-Franse gewes Bretagne gebruik om koring te maal. 'n Moderne weergawe van hierdie historiese meule in die vorm van 'n getyekragsentrale is in 1966 in die monding van die rivier La Rance naby Saint-Malo opgerig. Tydens die vloed stroom seewater in die monding. Tydens die eb dryf die water, wat terugvloei na die see, die turbines van die kragsentrale aan.
  • Seestroming (seestromingskragsentrales)
  • Golfstroming (golfstromingskragsentrales)
  • Termiese energie uit die see sal in die toekoms 'n rol kan speel. Hierdie metode benut die temperatuurverskille van die see, wat op 'n diepte van sowat 1 000 meter of meer benede die seevlak sowat 25 °C kan wees. 'n Kragsentrale wek krag met 'n siklus op, waarby eers koue water in 'n warmtewisselaar gepomp word. Hier word dit gebruik om ammoniak te verdamp en te kondenseer. Uiteindelik dryf die ammoniak turbines aan, wat elektrisiteit genereer.
  • Osmosekragsentrales (wat die verskillende soutgehalte van sout- en varswater vir kragopwekking gebruik)
• Omgewingswarmte
• Windenergie: Wind en golwe word deur die uitwerking van sonstrale op die atmosfeer opgewek. Sonstrale verwarm die lugmassas bo-oor die land- en wateroppervlakke. Hoe meer die lug verwarm word, hoe meer styg dit na bowe. Die lugbeweging of wind sorg vir 'n ewewig tussen gebiede met verskillende lugdruk. Windenergie kan dus as 'n soort "tweedehandse sonenergie" beskou word. Windmeule is sedert die antieke tydperk gebruik om graan te maal en water te pomp. Vandag lewer windkragsentrales veral in kusgebiede, op eilande en in uitgestrekte vlaktes elektrisiteit. Alhoewel windenergie teoreties in die wêreld se totale elektrisiteitsbehoefte sou kon voorsien, word die effektiewe gebruik van windkragsentrales deur die beskikbaarheid van die benodigde windspoede beperk. Dwarsdeur die jaar is 'n gemiddelde windsnelheid van vyf meter per sekonde (of 18 kilometer per uur) noodsaaklik. Omgewingsbewustes is nie almal oortuig van windenergie nie. Die onvermydelike geraas van die rotors en nadelige uitwerkings op die fauna, veral seevoëls, bly problematies.

• Geotermiese energie: Ondergrondse warmte, wat as gevolg van gravitasionele botsings, atomiese reaksies en radioaktiewe splyting in die magma ontstaan, kan as energiebron benut word. Die temperatuur styg gemiddeld met 1 °C per duisend kilometer diepte, maar daar is uitsonderings. Plek-plek styg die temperatuur op 'n diepte van twee kilometer tot 360 °C. Hierdie verskynsel tree byvoorbeeld in Ysland, Italië, Nieu-Seeland en die Verenigde State op. Kragopwekking deur middel van geotermiese stoom is vir die eerste keer in die jaar 1904 in die Italiaanse dorp Larderello suksesvol getoets, en sedert 1913 lewer 'n geotermiese kragsentrale elektrisiteit.

[wysig] Bronne

• Artikel Erneuerbare Energie op die Duitse Wikipedia
• Furtado, Peter (uitgewer): The Power of Technology. Oxford: Equinox Ltd. 1989
• Müller, Werner: Des Feuers Macht. Frankfurt am Main: Heitkamp 1986