Pierwsze skojarzenie związane z nowymi źródłami energii odnosi się do środowiska naturalnego, a dokładnie do jego ochrony i jest przeciwwagą dla zanieczyszczenia. Tzw. czysta energia pochodzi z zasobów naturalnych, a także ze źródeł niewyczerpalnych (w przeciwieństwie do paliw kopalnianych).
Alternatywne źródła energii to energia wiatru, energia słoneczna, biomasa, energia wodna, biogaz i energia jądrowa. W przypadku tej ostatniej eksperci są podzieleni, ponieważ niektórzy uważają energię jądrową za czystą energię, a inni nie, gdyż w przypadku awarii jądrowej ma to poważne konsekwencje dla środowiska. Niemniej jednak nowe źródła energii pomagają zmniejszyć emisję CO2 do atmosfery, znacznie spowalniając zmiany klimatyczne.
Ich główne zalety to: a) do ich wykorzystania nie jest potrzebna eksploatacja dużych źródeł wody; b) wytwarzają praktycznie zerową emisję gazów cieplarnianych i innych rodzajów zanieczyszczeń; c) nie generują odpadów trudnych do wyeliminowania; d) są niewyczerpywalne, ponieważ pochodzą ze źródeł takich jak słońce, deszcz, wiatr itp.; e) są bardziej ekonomiczne, pomagają obniżyć rachunki za prąd, gaz czy wodę; f) są bezpieczniejsze dla zdrowia; g) w związku z ich eksploatacją powstają nowe miejsca pracy.
Biorąc pod uwagę, że pozyskiwanie energii odnawialnej zależy w 100 proc. od niewyczerpywalnych elementów przyrody, w przypadku braku optymalnych warunków produkcja energii zostaje wstrzymana. W konsekwencji wszystko zależy od zjawisk atmosferycznych, a nie da się ich w pełni kontrolować. Dla energii wiatrowej do wytworzenia energii potrzebny jest wiatr, a w przypadku energii słonecznej musi występować obszar dobrze nasłoneczniony. Jak wiemy nie wszędzie takie warunki występują. Na szczęście postępujący rozwój technologiczny umożliwia konstrukcje urządzeń magazynowania energii, które pozwalają oszczędzać duże ilości energii w celu zasilania sieci, gdy warunki środowiskowe nie są najbardziej optymalne.
Zatem wady wynikające z alternatywnych źródeł energii to: a) zasoby nie są takie same w zależności od obszaru geograficznego; b) ich eksploatacja wymaga dużych obszarów ziemi, co ma również wpływ na przyrodę; c) wymagają dostosowań, tak aby każdy miał do nich dostęp; d) energetyka odnawialna stoi przed wielkimi wyzwaniami, takimi jak instalacja paneli słonecznych czy magazynów energii; e) wymaga zrównoważonych nawyków, takich jak korzystanie z samochodów elektrycznych; f) wymaga świadomości ekologicznej. Choć ten rodzaj energii jest w dłuższej perspektywie opłacalny, to na początku konieczne są znaczne nakłady finansowe, a także duża przestrzeń, co może negatywnie wpłynąć na efekt wizualny.
W efekcie wstępne porównania wskazują na nieznaczną przewagę zalet nad wadami.
Interesującym źródłem energii jest biomasa. Wyróżniamy trzy rodzaje biomasy:
- biomasa naturalna: powstaje w naturalnych ekosystemach bez interwencji człowieka;
- biomasa resztkowa: odnosi się do odpadów organicznych wytwarzanych w wyniku działalności człowieka, takich jak stałe odpady miejskie, leśne, drzewne i zielone odpady rolnicze lub odpady przemysłowe;
- wytworzona biomasa: wykorzystuje się pola uprawne, na których sadzi się określone gatunki wyłącznie w celu wykorzystania do wytwarzania energii.
Istnieje wiele zastosowań biomasy, ponieważ wykorzystuje się ją między innymi do produkcji energii cieplnej i transportu. Jest to odnawialne źródło energii, gdyż energia, jaką posiada, pochodzi ze słońca oraz z cyklu życia, jest więc praktycznie niewyczerpana, gdyż biomasa powstaje stale w wyniku działania roślin i zwierząt. Zanieczyszczenie w porównaniu ze spalaniem paliw kopalnych jest mniejsze. Biomasa występuje w dowolnym miejscu na świecie i jest bardziej ekonomiczna. Oferuje nowe możliwości dla sektora rolnego, ponieważ uprawy energetyczne zastępują uprawy, które zostały porzucone lub których nie można już wykorzystać, unikając w ten sposób erozji i degradacji gleby. Prawie nie generuje emisji cząstek stałych, takich jak azot czy siarka. Przyczynia się do wzrostu gospodarczego na obszarach wiejskich, a także tworzenia nowych miejsc pracy.
Prawdą jest, że aby skorzystać z energii z biomasy pochodzącej z roślin energetycznych, należy przeprowadzić proces spalania, co powoduje emisję CO2 do atmosfery, i można to uznać za wadę. Natomiast w uprawach energetycznych, w trakcie wzrostu roślin, wychwytują one CO2, kompensując w ten sposób emisję pochodzącą ze spalania.
Wykorzystanie odpadów z tzw. biomasy resztkowej, przyczynia się do recyklingu i redukcji ilości odpadów. Docelowo eliminowane są odpady organiczne i nieorganiczne i wykorzystywane do innego zastosowania.
Czasami biomasa zawiera wilgoć, co powoduje konieczność jej suszenia w celu spalenia. Ostatecznie oznacza to wzrost wydatków na energię. Aby wyprodukować tę samą ilość energii, potrzeba większej ilości biopaliwa w porównaniu z paliwami kopalnymi, dlatego do jego przechowywania potrzebne są większe przestrzenie. Jeżeli biomasę uzyskuje się w drodze złej procedury, to znaczy niewłaściwej i słabo ukierunkowanej, może to spowodować zniszczenie siedlisk przyrodniczych i wylesianie lasów. Koszty wykorzystania biomasy rosną, gdy pojawiają się trudności w transporcie i magazynowaniu. Jeżeli podczas spalania biomasy powstają substancje toksyczne, jej spalanie musi odbywać się w temperaturze wyższej niż 900°C. Chociaż biomasę można znaleźć na całej planecie, nie ma odpowiednich miejsc, w których można by ją wykorzystać, ponieważ potrzebne są duże przestrzenie.
Jak sama nazwa wskazuje, energia słoneczna jest pozyskiwana bezpośrednio ze słońca. Promieniowanie słoneczne jest magazynowane w panelach fotowoltaicznych, które przekształcają tę energię w energię elektryczną (tzw. fotowoltaiczna energia słoneczna).
Ze względu na stosunkowo niską efektywność energetyczną paneli fotowoltaicznych, obecnie wymagana jest duża powierzchnia, aby wyprodukować odpowiednią ilość energii elektrycznej na pokrycie zapotrzebowania energetycznego. Wadę tę można złagodzić, instalując na dachach panele fotowoltaiczne.
Obecna technologia magazynowania energii słonecznej nie jest doskonała, ponieważ istniejące akumulatory są drogie i nieporęczne.
Wydajność paneli słonecznych może zostać zmniejszona w pewnych warunkach atmosferycznych, takich jak długie okresy upału i wilgoci (które mogą nawet uszkodzić warstwy składowe paneli) lub chmury i mgła. Z kolei zanieczyszczenia mogą obniżyć wydajność paneli, dlatego ich stosowanie może nie być zalecane w miastach o dużym zanieczyszczeniu powietrza. Chociaż zastosowanie paneli słonecznych nie powoduje zanieczyszczeń, podczas ich produkcji (zwłaszcza podczas procesu ekstrakcji silikonu w wielkich piecach) powstają toksyczne odpady, a także duże ilości gazów cieplarnianych. Jednakże w porównaniu z wykorzystaniem paliw kopalnych, wykorzystanie energii słonecznej zrównoważy ślad węglowy powstający w procesie produkcji paneli.
Biogaz to energia odnawialna, uzyskiwana w wyniku biodegradacji materii organicznej przez mikroorganizmy. W rezultacie powstaje gaz paliwowy, który wykorzystuje się do produkcji czystej energii elektrycznej.
Energia elektryczna jest wytwarzana nie tylko przez wskazane powyżej źródła, ale również przez istoty żywe. Naukowcy badają zdolność mikroorganizmów – najmniejszych żywych istot na Ziemi – do wytwarzania energii w celach innych niż naturalne. Tę transformację eksperci nazywają systemem bioelektrochemicznym.
Obecne badania nad mikrobiologicznymi ogniwami paliwowymi koncentrują się na sposobach wytwarzania energii odnawialnej i gospodarowania odpadami na dużą skalę w kilku krajach (np. Chiny, Brazylia). Jednym z najbardziej znanych systemów bioelektrochemicznych są mikrobiologiczne ogniwa paliwowe (MCC). Układ ten zwykle składa się z komory anodowej (elektroda ujemna) i komory katodowej (elektroda dodatnia). Mikroorganizmy rozkładają organiczne i nieorganiczne materiały (lub podłoża) w komorze anodowej w celu wytworzenia elektronów. Elektrony te przepływają od anody do katody przez obwód zewnętrzny wykonany z materiałów przewodzących, takich jak druty miedziane, w celu wytworzenia energii elektrycznej. Systemy MCC radzą sobie z wytwarzaniem energii elektrycznej bez konieczności stosowania dodatkowych źródeł zasilania, co oczywiście zmniejsza koszty. Firmy, które, stosują tę technologię na skalę komercyjną, to: EcoVolt firmy Cambrian Innovation i VIVA MFC firmy MICROrganic Technologies w USA; Prongineer w Kanadzie i Plant-e w Holandii, które integrują MCC z roślinami w celu uzyskania mikrobiologicznych ogniw paliwowych pochodzenia roślinnego.
Mikroorganizmy mogą zostać wykorzystane jako odnawialne źródło energii elektrycznej w Indonezji, gdzie rozpoczęły się już badania nad układami bioelektrochemicznymi. Przygotowane zostały projekty dotyczące wykorzystania MCC do oczyszczania ścieków z fabryk tofu, utylizacji odpadów spożywczych, oczyszczania ścieków z przemysłu tapioki oraz do produkcji energii elektrycznej z pól ryżowych w zachodnim Kalimantanie.
Jednak spośród wszystkich badań nad układami bioelektrochemicznymi przeprowadzonych w Indonezji żadne nie jest gotowe do zastosowania na dużą skalę w prawdziwym życiu. W świetle wyników badań i zastosowań prowadzonych w innych krajach, mikroorganizmy są alternatywnym źródłem odnawialnej energii elektrycznej, które ma duży potencjał rozwojowy.
/>