Le 10 migliori risorse energetiche rinnovabili
Le risorse rinnovabili sono quelle che possono essere generate continuamente in natura e sono inesauribili ad esempio, legno, energia solare, energia eolica, energia idroelettrica, energia da biomassa, biocarburanti, energia geotermica e idrogeno. Sono anche conosciute come fonti non convenzionali di energia e possono essere utilizzati ancora e ancora in un modo infinito.
1. Energia solare:
Il sole offre una fonte di energia ideale, illimitata nell'offerta, costosa, che non aumenta il carico di calore totale della terra e non produce inquinanti atmosferici e idrici. È una potente alternativa ai combustibili fossili e nucleari. L'energia solare è così abbondante ma con un'efficienza di raccolta di solo il 10%.
L'incidenza giornaliera di energia solare è compresa tra 5 e 7 kWh / m 2 in diverse parti del paese. Questa enorme risorsa di energia solare può essere convertita in altre forme di energia attraverso percorsi di conversione termica o fotovoltaica. Il percorso del solare termico utilizza la radiazione sotto forma di calore che a sua volta può essere convertito in energia meccanica, elettrica o chimica.
Limitazioni per la generazione di energia solare:
1. L'intensità dell'energia solare non è costante.
2. La densità dell'energia solare è bassa rispetto a petrolio, gas o carbone, ecc.
3. C'è il problema di raccogliere economicamente energia solare su una vasta area.
4. Problemi di progettazione di strutture che possono utilizzare la luce solare diffusa.
Dispositivi solari termici come cucine solari, scaldacqua solari, essiccatori solari, celle fotovoltaiche, pannelli solari, forno solare ecc.
Collettore di calore solare:
Questi possono essere passivi o attivi in natura. I collettori solari termici passivi sono materiali naturali come pietre, mattoni ecc. O materiali come il vetro che assorbono il calore durante il giorno e lo rilasciano lentamente di notte. I collettori solari attivi pompano un mezzo di assorbimento del calore (aria o acqua) attraverso un piccolo collettore che viene normalmente posizionato sulla parte superiore dell'edificio.
Celle solari:
Sono anche conosciuti come celle fotovoltaiche o celle fotovoltaiche. Le celle solari sono fatte di wafer sottili di materiali semiconduttori come silicio e gallio. Quando le radiazioni solari cadono su di loro, si produce una differenza potenziale che causa il flusso di elettroni e produce elettricità.
Il silicio può essere ottenuto dalla silice e dalla sabbia, che è abbondantemente disponibile e poco costosa. Usando arseniuro di gallio, solfuro di cadmio o boro, è possibile migliorare l'efficienza della cella fotovoltaica. La differenza di potenziale prodotta da una singola cella di 4 cm 2 è di circa 0, 4-0, 5 V e produce una corrente di 60 milli ampere.
Fornello solare:
Le cucine solari sfruttano il calore solare riflettendo le radiazioni solari usando uno specchio direttamente su una lastra di vetro che copre la scatola nera isolata all'interno della quale viene conservato il cibo crudo.
Riscaldatori solari:
Consiste di una scatola isolata dipinta di nero dall'interno e con un coperchio di vetro per ricevere e conservare il calore solare. All'interno della scatola ha una bobina di rame verniciato di nero attraverso cui viene fatta scorrere l'acqua fredda, che viene riscaldata e defluisce in un serbatoio di stoccaggio. L'acqua calda proveniente dal serbatoio di stoccaggio installato sul tetto viene quindi fornita attraverso i tubi in edifici come alberghi e ospedali.
Forni solari:
Qui migliaia di specchietti di piccoli piani sono disposti in riflettori concavi, i quali raccolgono il calore solare e producono una temperatura pari a 3000 ° C.
Centrale termica solare:
L'energia solare viene sfruttata su larga scala utilizzando riflettori concavi che causano l'ebollizione dell'acqua per produrre vapore. La turbina a vapore aziona un generatore per produrre elettricità. Una centrale solare (50 K Watt) è stata installata a Gurgaon, nell'Haryana.
2. Energia eolica:
L'energia eolica è l'energia delle turbine che creano l'elettricità mentre il vento trasforma le pale dei mulini a vento. Un grande numero di mulini a vento sono installati in gruppi chiamati parchi eolici. La turbina eolica è costruita secondo determinate specifiche al fine di massimizzare l'efficienza della generazione di energia.
La tipica turbina ruota a circa 10-25 giri al minuto e il tipo di vento che produce questa rotazione è di circa 8-10 nodi o 10 miglia all'ora (16 km / h). Da una prospettiva meteorologica, il vento è descritto come l'aria in movimento ed è essenzialmente un movimento da un'area di alta pressione a una di bassa pressione.
Questo movimento è migliorato quando c'è poco da interrompere il flusso generale. Pertanto, la generazione di energia della turbina eolica più efficace dovrebbe essere fatta in aree di elevata elevazione o sopra l'acqua aperta. Il potenziale eolico del nostro paese è stimato in circa 20.000 MW, mentre attualmente stiamo generando circa 1020 MW. Il più grande parco eolico del nostro paese è vicino a Kanyakumari nel Tamil Nadu che genera 380 MW, elettricità.
3. Energia idroelettrica:
La prima centrale idroelettrica in India era una piccola centrale idroelettrica di 130 kW commissionata nel 1897 a Sidrapong, vicino a Darjeeling, nel Bengala occidentale. Con il progresso delle tecnologie e il crescente fabbisogno di elettricità, l'enfasi è stata spostata su grandi centrali idroelettriche.
L'acqua che scorre in un fiume viene raccolta costruendo una grande diga dove l'acqua viene immagazzinata e lasciata cadere dall'altezza. La lama della turbina situata nella parte inferiore della diga si muove con l'acqua che si muove rapidamente, che a sua volta fa ruotare il generatore e produce elettricità.
Possiamo anche costruire mini o micro centrali idroelettriche sul fiume in regioni collinari per sfruttare l'energia idroelettrica su piccola scala, ma l'altezza minima delle cascate dovrebbe essere di 10 metri.
vantaggi:
L'energia idroelettrica ha diversi vantaggi come:
un. È una fonte di energia pulita.
b. Fornisce servizi di irrigazione.
c. Fornisce acqua potabile alle persone che vivono, in particolare nel deserto del Rajasthan e del Gujarat.
d. È assolutamente non inquinante, ha una lunga durata e ha costi operativi e di manutenzione molto bassi.
e. Aiuta a controllare le inondazioni ea rendere disponibile l'acqua durante le stagioni non piovose per l'irrigazione e altri usi.
I problemi:
Il sito idroelettrico (diga) presenta importanti problemi ambientali:
un. I siti di dighe sono specialmente aree forestali e agricole e vengono sommersi durante la costruzione.
b. Provoca la registrazione dell'acqua e l'insabbiamento.
c. Provoca la perdita di biodiversità e la popolazione ittica e altri organismi acquatici ne sono danneggiati.
d. Sfollati abitanti locali e creare problemi di riabilitazione e relativi problemi socio-economici.
e. Aumentare la sismicità a causa del grande volume di acqua confiscata.
4. Energia delle maree:
Le maree oceaniche prodotte dalle forze gravitazionali del sole e della luna contengono un'enorme quantità di energia. L'alta marea e la bassa marea si riferiscono all'aumento e alla caduta di acqua nell'oceano. È necessaria una differenza di diversi metri tra l'altezza dell'alta marea e la bassa marea per far girare le turbine.
L'energia delle maree può essere sfruttata costruendo una raffica di marea. Durante l'alta marea, l'acqua di mare scorre nel serbatoio della diga e trasforma la turbina, che a sua volta produce elettricità ruotando i generatori. Durante la bassa marea, quando il livello del mare è basso, l'acqua di mare immagazzinata nel serbatoio della diga sfocia nel mare e di nuovo gira la turbina.
5. Energia termica oceanica:
L'energia disponibile a causa della differenza di temperatura dell'acqua sulla superficie dell'oceano tropicale e a livelli più profondi si chiama Ocean Thermal Energy (OTE). Per il funzionamento delle centrali elettriche OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion) è richiesta una differenza di almeno 20 ° C. L'acqua calda superficiale dell'oceano è usata per far bollire un liquido come l'ammoniaca.
I vapori ad alta pressione del liquido formato dall'ebollizione vengono quindi utilizzati per trasformare la turbina di un generatore e produrre elettricità. L'acqua più fredda proveniente dagli oceani più profondi viene pompata per raffreddare e condensare i vapori in liquido.
6. Energia geotermica:
L'energia geotermica è il calore della Terra. È pulito e sostenibile. Le risorse di energia geotermica vanno dal terreno poco profondo all'acqua calda e alla roccia calda che si trovano a pochi chilometri sotto la superficie terrestre, e ancora più in profondità alle temperature estremamente elevate della roccia fusa chiamata magma.
Il vapore o l'acqua calda escono dal terreno naturalmente attraverso fessure sotto forma di geyser naturali. A volte il vapore o acqua bollente sotto la terra non trova alcun posto dove uscire. Possiamo praticare artificialmente un foro fino alle rocce calde e inserendo un tubo in esso, il vapore o l'acqua calda sgorga attraverso il tubo ad alta pressione che fa girare le turbine di un generatore per produrre elettricità.
7. Energia da biomassa:
Abbiamo usato energia da biomassa o bioenergia, l'energia dalla materia organica per migliaia di anni, da quando la gente ha iniziato a bruciare legna per cucinare cibo o per riscaldarsi. E oggi il legno è ancora la nostra più grande risorsa di energia da biomassa.
Ma ora possono essere utilizzate molte altre fonti di biomassa, comprese le piante, i residui dell'agricoltura o della silvicoltura e la componente organica dei rifiuti urbani e industriali. Anche i fumi delle discariche possono essere utilizzati come fonte di energia da biomassa.
L'uso di energia da biomassa ha il potenziale per ridurre notevolmente le nostre emissioni di gas serra. La biomassa genera circa la stessa quantità di anidride carbonica dei combustibili fossili, ma ogni volta che una nuova pianta cresce, l'anidride carbonica viene effettivamente rimossa dall'atmosfera.
L'emissione netta di biossido di carbonio sarà pari a zero finché le piante continueranno a essere rifornite per scopi di energia da biomassa. Queste colture energetiche, come gli alberi e le erbe a crescita rapida, sono chiamate riserve di biomassa. L'uso di scorte di biomassa può anche contribuire ad aumentare i profitti per l'industria agricola.
La combustione di residui vegetali o di rifiuti animali provoca inquinamento atmosferico e produce molte ceneri come residui di rifiuti. La combustione di sterco distrugge sostanze nutritive essenziali come azoto e fosforo. È quindi più utile convertire la biomassa in biogas o biocarburanti.
8. Biogas:
Il biogas è una miscela di metano, anidride carbonica, idrogeno e idrogeno solfito, i principali costituenti sono il metano. Il biogas è prodotto dalla degradazione anaerobica dei rifiuti animali (a volte rifiuti vegetali) in presenza di acqua. Degradazione anaerobica significa rottura di materia organica da parte dei batteri in assenza di ossigeno.
Il biogas è un combustibile non inquinante, pulito ed economico, molto utile per le zone rurali dove sono disponibili molti rifiuti di origine animale e rifiuti agricoli. Esiste una fornitura diretta di gas dall'impianto e non vi è alcun problema di stoccaggio. Il fango rimasto è un fertilizzante ricco contenente biomassa batterica con la maggior parte dei nutrienti conservati come tali.
Gli impianti di biogas utilizzati nel nostro paese sono fondamentalmente di due tipi:
1. Impianto a biogas a cupola fissa:
Un impianto a cupola fissa è costituito da un digestore con un supporto per gas fisso, non mobile, che si trova sulla parte superiore del digestore. Quando inizia la produzione di gas, la sospensione viene spostata nel serbatoio di compensazione. La pressione del gas aumenta con il volume di gas immagazzinato e la differenza di altezza tra il livello di sospensione nel digestore e il livello di sospensione nel serbatoio di compensazione.
Mentre il digestore sotterraneo è protetto dalle basse temperature durante la notte e durante le stagioni fredde, il sole e le stagioni calde richiedono più tempo per riscaldare il digestore. Le fluttuazioni di temperatura giorno / notte nel digestore influenzano positivamente i processi batteriologici.
La costruzione di impianti a cupola fissa richiede molto lavoro, creando così occupazione locale. "Gli impianti a cupola fissa non sono facili da costruire. Dovrebbero essere costruiti solo dove la costruzione può essere supervisionata da esperti tecnici del biogas. Altrimenti le piante potrebbero non essere a tenuta di gas.
2. Impianto di biogas a tamburo galleggiante:
Gli impianti a tamburo galleggiante consistono in un digestore sotterraneo e un porta-bombole mobile. Il porta-gas galleggia direttamente sul liquame di fermentazione o in una camicia d'acqua. Il gas viene raccolto nel tamburo del gas, che sale o scende, in base alla quantità di gas immagazzinata. Il tamburo del gas è impedito di inclinarsi da un telaio guida. Se il tamburo galleggia in una camicia d'acqua, non può rimanere bloccato, anche in substrato con alto contenuto di solidi.
In passato, gli impianti a tamburo galleggiante erano costruiti principalmente in India. Un impianto a tamburo galleggiante è costituito da un digestore cilindrico oa cupola e da un porta-bombole mobile o galleggiante. Il porta-gas galleggia direttamente nel liquame di fermentazione o in una camicia d'acqua separata.
Il tamburo in cui si raccoglie il biogas ha un telaio guida interno e / o esterno che fornisce stabilità e mantiene il tamburo in posizione verticale. Se viene prodotto biogas, il tamburo si solleva, se il gas viene consumato, il supporto del gas affonda indietro.
Il tamburo d'acciaio è relativamente costoso e richiede molta manutenzione. Rimuovere ruggine e pittura deve essere eseguita regolarmente. La vita del tamburo è breve (fino a 15 anni, nelle regioni costiere tropicali circa cinque anni). Se si utilizzano substrati fibrosi, il supporto del gas mostra una tendenza a rimanere "bloccato" nella schiuma galleggiante risultante.
9. Biocarburanti:
A differenza di altre fonti di energia rinnovabile, la biomassa può essere convertita direttamente in combustibili liquidi, chiamati "biocarburanti", per soddisfare il fabbisogno di carburante del trasporto. I due tipi più comuni di bio-carburanti oggi in uso sono etanolo e biodiesel.
L'etanolo è un alcol, lo stesso della birra e del vino (anche se l'etanolo usato come combustibile viene modificato per renderlo imbevibile). È fatto più comunemente fermentando qualsiasi biomassa ad alto contenuto di carboidrati attraverso un processo simile alla produzione della birra.
Oggi l'etanolo è costituito da amidi e zuccheri, ma gli scienziati NREL stanno sviluppando una tecnologia che le consente di essere fabbricato con cellulosa ed emicellulosa, il materiale fibroso che costituisce la maggior parte della materia vegetale.
L'etanolo può anche essere prodotto da un processo chiamato gassificazione. I sistemi di gassificazione utilizzano alte temperature e un ambiente a bassa ossigeno per convertire la biomassa in gas di sintesi, una miscela di idrogeno e monossido di carbonio. Il gas di sintesi, o "syngas", può quindi essere trasformato chimicamente in etanolo e altri combustibili.
L'etanolo è principalmente usato come agente di miscelazione con benzina per aumentare l'ottano e ridurre il monossido di carbonio e altre emissioni che causano smog. Alcuni veicoli, chiamati Flexible Fuel Vehicles, sono progettati per funzionare con E85, un carburante alternativo con un contenuto di etanolo molto più alto rispetto alla benzina normale.
Il biodiesel si ottiene combinando alcol (di solito metanolo) con olio vegetale, grasso animale o grasso da cucina riciclato. Può essere usato come additivo (tipicamente del 20%) per ridurre le emissioni dei veicoli o nella sua forma pura come combustibile alternativo rinnovabile per i motori diesel.
La ricerca sulla produzione di carburanti liquidi per il trasporto da alghe microscopiche, o microalghe, sta riemergendo a NREL. Questi microrganismi utilizzano l'energia del sole per combinare il biossido di carbonio con l'acqua per creare la biomassa in modo più efficiente e rapido rispetto alle piante terrestri.
I ceppi di microalghe ricchi di olio sono in grado di produrre la materia prima per un certo numero di carburanti per il trasporto - biodiesel, diesel "verde" e benzina e carburante per aerei - mitigando gli effetti del biossido di carbonio rilasciato da fonti come le centrali elettriche.
10. Idrogeno:
L'idrogeno (H 2 ) viene esplorato in modo aggressivo come carburante per le autovetture. Può essere utilizzato nelle celle a combustibile per alimentare motori elettrici o bruciato nei motori a combustione interna (ICE). È un combustibile rispettoso dell'ambiente che ha il potenziale di ridurre drasticamente la nostra dipendenza dal petrolio importato, ma è necessario superare alcune sfide significative prima che possa essere ampiamente utilizzato.
Vantaggi del carburante a idrogeno:
1. Prodotto a livello nazionale:
L'idrogeno può essere prodotto a livello nazionale da diverse fonti, riducendo la nostra dipendenza dalle importazioni di petrolio.
2. Rispettoso dell'ambiente:
L'idrogeno non produce inquinanti atmosferici o gas serra quando utilizzato nelle celle a combustibile; produce solo ossidi di azoto (NO X ) quando viene bruciato negli ICE.
Sfide del carburante a idrogeno:
1. Costo del carburante e disponibilità:
L'idrogeno è attualmente costoso da produrre ed è disponibile solo in una manciata di luoghi, principalmente in California.
2. Costo del veicolo e disponibilità:
I veicoli a celle a combustibile sono attualmente troppo costosi per la maggior parte dei consumatori, e sono disponibili solo per alcune flotte dimostrative.
3. Stoccaggio a bordo di carburante:
L'idrogeno contiene molta meno energia rispetto alla benzina o al diesel su base di volume, rendendo difficile per i veicoli a idrogeno arrivare fino ai veicoli a benzina tra un massimo di circa 300 miglia. La tecnologia sta migliorando, ma i sistemi di stoccaggio dell'idrogeno a bordo non soddisfano ancora dimensioni, peso e obiettivi di costo per la commercializzazione.
