Energia jest wszędzie-holistyczne spojrzenie na zagadnienie pozyskiwania energii w obecnych realiach. 

Jak i jaką energię wytwarzamy?

Cywilizacja jaką stworzyliśmy na Ziemi jest cywilizacją, która uzależniła nas od energii. Bez energii nie ma naszej cywilizacji a za jedyną słuszną koncepcję wytwarzania energii uznawano wielkie bloki energetyczne, które zaopatrywały w energię bardzo duże ilości ludzi zamieszkujących na bardzo dużych obszarach. Zarówno w odniesieniu do energii elektrycznej jak i energii cieplnej, odbywa się to cały czas za pośrednictwem rozbudowanej infrastruktury - systemu linii przesyłowych i transformatorów lub sieci ciepłociągów gdy mowa jest o przesyłaniu energii cieplnej. Częściej przesyłamy energie elektryczną niż energie cieplną co jest związane z dużymi kosztami budowy sieci ciepłociągów oraz nadal znacznymi stratami jakie towarzyszą przesyłowi energii cieplnej na znaczne odległości.

Trendy i obecna rzeczywistość

Wydarzenia jakie dotknęły świat w ciągu ostatnich kliku lat zwróciły jeszcze większą uwagę ludzi, w tym także decydentów, na kwestie związane z szeroko pojętą energetyką, zarówno zawodową jak i prosumencką czyli rozproszoną. Zaczęto przykładać jeszcze większą uwagę do energii ze źródeł odnawialnych, a wodór określa się uniwersalnym paliwem przyszłości. Przeznacza się coraz większe nakłady finansowe na rozwój technologii związanych z wytwarzaniem wodoru, jego oczyszczaniem, transportem, magazynowaniem jak również na rozwój technologii związanych z energią odnawialną. Nadal jednak najczęściej stosowane paliwa, z których wytwarza się energię zarówno elektryczną jak i energię cieplną to węgiel (kamienny i brunatny), pochodne ropy naftowej, sama ropa naftowa, gaz ziemny.

Energia tworzona z dwóch pierwiastków, przy pomocy trzeciego …

Warto zwrócić uwagę na fakt, że w składzie pierwiastkowym każdego z paliw za wytwarzanie energii odpowiadają jedynie dwa pierwiastki: węgiel (C ) i wodór (H). Zarówno węgiel pierwiastkowy jak i wodór są pierwotnymi nośnikami energii jakie człowiekowi dała natura. Aby wyzwalać z nich energie niezbędny jest jeszcze jeden pierwiastek, tlen (O). Jedynym przykładem energii wytwarzanej bez udziału co najmniej dwu z tych trzech pierwiastków jest energia jądrowa.

Wodór stanowiąc około 75% (masowo) całości materii, jest najpowszechniej występującym pierwiastkiem we Wszechświecie. W dużych ilościach występuje np. w gwiazdach (w tym w Słońcu), materii międzygwiazdowej oraz w przestrzeni międzyplanetarnej. Chmury wodorowe (mgławice wodoru cząsteczkowego H₂, zwane obszarami H II) są miejscem narodzin nowych gwiazd.

Na Ziemi wodór występuje np. w: skałach, złożach gazu ziemnego (składającego się głównie z metanu), gazach wulkanicznych, powietrzu – w śladowych ilościach ok. 0,019%. Wodór na Ziemi praktycznie nie występuje w stanie wolnym, a większość wodoru na Ziemi występuje w postaci wody lub związków organicznych.

Tlen jest najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem na Ziemi – zawartość tlenu w jej skorupie wynosi 46,4%. Stanowi on też 20,95% objętości atmosfery ziemskiej (23,25% wagowych). W postaci związków z innymi pierwiastkami wchodzi w skład hydrosfery (gdzie jego zawartość wynosi około 89% – woda) i litosfery jako tlenki (np. krzemionka (piasek) zawiera ok. 53% tlenu). Tlen w stanie wolnym występuje w postaci cząsteczek dwuatomowych O₂ oraz trójatomowych – ozonu O₃ (głównie w ozonosferze).

Węgiel na Ziemi występuję w formach wysoce stabilnych, wymagających wysokiej temperatury żeby przereagować nawet z tlenem. Największe ilości nieorganicznego węgla występują w postaci skał wapiennych, dolomitów oraz dwutlenku węgla, natomiast znaczne ilości węgla organicznego znajdują się w paliwach kopalnych. Węgiel jako pierwiastek tworzy więcej związków niż wszystkie inne pierwiastki chemiczne razem wzięte. Liczba organicznych związków węgla zarejestrowanych w bazie Beilstein w roku 2008 wynosiła 10 853 341, jednak liczba jego potencjalnych związków jest nieograniczona. Węgiel znajduje się na czwartym miejscu najczęściej występujących pierwiastków we Wszechświecie, po wodorze, helu i tlenie. Jest obecny we wszystkich organizmach żywych. W ludzkim ciele jest po tlenie najliczniejszym pierwiastkiem ze względu na masę (ok. 18,5%). Ta ilość w połączeniu z różnorodnością związków organicznych czyni węgiel chemiczną podstawą życia. Bez węgla nie ma życia na Ziemi.

Mamy stałe zasoby pierwiastków potrzebnych do wytwarzania energii! Ilości węgla, wodoru i tlenu oraz ilości wszystkich innych pierwiastków na Ziemi, nie zmieniają się. Zmieniają się jedynie związki chemiczne w których ich atomy występują.

Doskonałym przykładem są atomy węgla oraz tlenu i powstający z nich dwutlenek węgla. W drodze np. spalania (gwałtowne utlenianie węgla w tlenie atmosferycznym) powstaje dwutlenek węgla, który następnie np. w roślinach poprzez zjawisko fotosyntezy przy udziale wodoru z wody i światła słonecznego uwalnia tlen do atmosfery, a węgiel w postaci węglowodanów wbudowywany jest w roślinę. Fenomen tego naturalnego zjawiska najlepiej oddaje fakt, że człowiek do tego samego procesu (rozłożenie dwutlenku węgla na tlen i wodór) potrzebuje wysokich temperatur, a włożona energia jest większa od energii uzyskanej z reakcji utleniania. Rośliny robią to samo na poziomie temperatury otoczenia.

Tak więc do produkcji energii potrzebujemy najwyżej trzech z czterech najpowszechniej występujących pierwiastków na Ziemi z czego dwa są pierwotnymi nośnikami energii, a trzeci jest niezbędny aby tę energie z nich wyzwalać. Znakomita większość materii organicznej zarówno pochodzenia przyrodniczego jak i przemysłowego zbudowana jest w właśnie z tych trzech pierwiastków. Wszystko co wytwarza nasza cywilizacja również składa się gównie z atomów tych trzech pierwiastków. Większość wytwarzanych materiałów i produktów jest pochodzenia organicznego, a przybliżony skład pierwiastkowy wygląda następująco:

węgiel (C)– 55%, wodór (H₂)– 6%, tlen (O)– 38%, inne – 1%

Energia w odpadach -teraźniejszość czy przyszłość?

Taki sam skład pierwiastkowy mają również odpady (materiały i produkty po zakończeniu cyklu życia), które trafiają na wysypiska śmieci, a z którymi cały czas nie potrafimy postępować w sposób racjonalny.

Odpady poddawana są różnym procesom technologicznym w celu ich recyklingu lub utylizacji. Jeżeli mówimy o recyklingu to jest to głównie recykling materiałowy i surowcowy, czyli przetwarzania odpadów do postaci pierwotnej.

Rozróżniamy też recykling chemiczny obejmujący przetwarzanie materiałów na produkty o innych właściwościach chemiczno-fizycznych oraz recykling organiczny czyli taki gdzie odpady podlegają obróbce beztlenowej albo tlenowej w kontrolowanych warunkach, przy wykorzystaniu mikroorganizmów.

Istnieje także recykling energetyczny polegający na częściowym odzyskaniu energii zużytej na wytworzenie wyrobów, które po zużyciu trafiają zasadniczo na wysypisko lub składowisko.

W zależności od rodzaju odpadów i użytej technologii można z nich otrzymać stałe, ciekłe lub gazowe nośniki energii. Jeżeli natomiast mówimy o utylizacji odpadów to głównie są to procesy termicznego unieszkodliwiania odpadów, najczęściej spalanie, rzadziej piroliza i zgazowanie.

Sposób postępowania z odpadami czyli wybór technologii ich recyklingu czy utylizacji zależy od grupy do jakiej dany odpad został zakwalifikowany i jest w większości przypadków w Polsce i w UE, regulowany przez prawo. Inaczej mówiąc dopuszcza się spalanie jednych odpadów a innych już nie. Są ku temu również powody czysto technologiczne i ekonomiczne -nie wszystkie odpady dadzą się spalać i nie wszystkie odpady opłaca się spalać.

Często przed poddaniem danej grupy odpadów danemu procesowi np. termicznemu należy je poddać wstępnym procesom technologicznym takim jak segregacja, suszenie, rozdrabnianie itp.

Istnieją także grupy odpadów, głównie sklasyfikowanych jako niebezpieczne, z którymi nie umiemy postępować i wówczas są one najczęściej składowane. Taki proces nazywa się „unieszkodliwieniem przez składowanie”. Kolenją grupę odpadów stanowią odpady zmieszane, z których części albo nie można segregować lub po prostu się to nie opłaca. Wówczas jak poprzednio unieszkodliwiamy je poprzez składowanie. W Polsce w 2020 roku unieszkodliwieniu przez składowanie podlegało aż 42,3% odpadów komunalnych (dane GUS). Osobną kategorie stanowią odpady przemysłowe pochodzenia organicznego. Są to głownie odpady zaliczane do kategorii odpadów niebezpiecznych.

Technologia RMO jako odpowiedź na ograniczenia istniejących technologii pozyskiwania energii z odpadów

Wspólnymi cechami tych wszystkich kategorii, rodzajów i grup odpadów, jest ich uśredniony skład pierwiastkowy (węgiel C – 55%, wodór H₂ – 6%, tlen O₂ – 38%, inne – 1%) oraz fakt, że występują one przeważnie w stanie zawilgoconym (zawierają wodę w różnej ilości).

Tak więc wszystko co nas otacza posiada wymierną wartość energetyczną czyli energia jest wszędzie, a technologia RMO, która traktuje odpady jako odnawialne źródło energii, pozbawiona wad obecnie funkcjonujących rozwiązań (szkodliwe emisje, proces wstępny) rozwiąże kilka naszych dodatkowych problemów cywilizacyjnych.

Dariusz Kalinowski

Social Media

Klinotech © 2021