Energetyka i ochrona środowiska Generowanie i magazynowanie energii. Odpady energetyczne. Analiza cyklu życia

Wstęp – Ewa Klugmann-Radziemska 11
1. Idea zrównoważonego rozwoju – Anna Kuczyńska-Łażewska 13
Wprowadzenie 13
1.1. Definicje 13
1.2. Wskaźniki 14
Bibliografia 15
2. Metody generowania energii – Ewa Klugmann-Radziemska, Katarzyna Januszewicz 16
Wprowadzenie 16
2.1. Konwencjonalne źródła energii 17
2.1.1. Energetyka jądrowa 19
2.2. Odnawialne źródła energii 27
2.2.1. Energia wiatru 28
2.2.2. Energetyka wodna 29
2.2.3. Energia biomasy 35
2.2.4. Energia geotermalna 35
2.2.5. Energetyka fotowoltaiczna 36
2.2.6. Kolektory promieniowania słonecznego 41
2.3. Odpady jako źródło energii 43
2.3.1. Gospodarka odpadami 44
2.3.2. Definicja odpadów 46
2.3.3. Odpady krajowe w statystykach 47
2.3.4. Odzysk a unieszkodliwianie odpadów 51
2.3.5. Charakterystyka odpadów niebezpiecznych 53
Podsumowanie 55
Bibliografia 55
3. Skutki zanieczyszczenia środowiska związane z generowaniem energii – Anna Dettlaff 57
Wprowadzenie 57
3.1. Smog 59
3.1.1. Rodzaje smogu 60
3.1.2. Skutki zdrowotne narażenia na smog 63
3.1.3. Monitorowanie smogu 63
3.2. Globalne ocieplenie klimatu 64
3.2.1. Efekt cieplarniany 64
3.2.2. Pomiary temperatury Ziemi 68
3.2.3. Metody badania klimatu 70
3.2.4. Przyczyny zmian klimatu 74
3.2.5. Konsekwencje zmian klimatu dla środowiska 84
Podsumowanie 88
Bibliografia 89
4. Odpady – Anna Kuczyńska-Łażewska 93
Wprowadzenie 93
4.1. Rodzaje odpadów 94
4.1.1. Odpady komunalne 94
4.1.2. Odpady przemysłowe 95
4.1.3. Odpady zdatne do recyklingu 95
4.1.4. Osady ściekowe 95
4.2. Metody zagospodarowania odpadów 96
4.2.1. Składowanie 96
4.2.2. Sortowanie i segregacja 97
4.2.3. Kompostowanie 98
4.2.4. Biosuszenie... 99
4.3. Recykling materiałowy i energetyczny 100
4.3.1. Recykling materiałowy i surowcowy 100
4.3.2. Spalanie, zgazowanie i piroliza 101
4.3.3. Biokonwersja i fermentacja beztlenowa 102
Bibliografia 104
5. Praktyczne aspekty fotowoltaiki – Ewa Klugmann-Radziemska 105
Wprowadzenie 105
5.1. Wpływ usytuowania modułów na ilość generowanej energii 106
5.1.1. Odchylenie modułów od kąta optymalnego 107
5.2. Straty z tytułu ograniczonego lub nierównomiernego nasłonecznienia instalacji fotowoltaicznej 119
5.2.1. Zacienienie modułów 119
5.2.2. Wpływ atmosfery ziemskiej na natężenie promieniowania słonecznego – przezroczystość atmosfery 121
5.2.3. Zanieczyszczenie powierzchni modułów a wydajność ogniw fotowoltaicznych 123
5.3. Recykling modułów fotowoltaicznych 127
5.3.1. Recykling modułów z krystalicznego krzemu 131
5.3.2. Recykling modułów cienkowarstwowych 135
Bibliografia 137
6. Biomasa jako źródło energii odnawialnej – Katarzyna Januszewicz 141
6.1. Biomasa odpadowa – charakterystyka 141
6.1.1. Biomasa – definicja 142
6.1.2. Biomasa – charakterystyka 143
6.2. Termochemiczne procesy przetwarzania biomasy – charakterystyka 144
6.2.1. Biochemiczna degradacja 145
6.2.2. Obróbka wstępna biomasy 147
6.2.3. Obróbka wstępna – suszenie 147
6.2.4. Konwersja biomasy: spalanie, gazyfikacja, piroliza 148
6.3. Spalanie 152
6.4. Gazyfikacja 154
6.4.1. Urządzenia i technologie zgazowania biomasy 156
6.5. Piroliza 165
6.5.1. Piroliza – charakterystyka 165
6.5.2. Przegląd reaktorów stosowanych do pirolizy (skala laboratoryjna i przemysłowa) 168
6.5.3. Reforming parowy jako nowy kierunek produkcji wodoru w procesach konwersji biomasy 178
Podsumowanie 179
Bibliografia 180
7. Magazynowanie ciepła – Michał Ryms 182
Wprowadzenie 182
7.1. Współczesne budownictwo niskoenergetyczne i pasywne 183
7.2. Akumulacja nadmiaru ciepła 184
7.3. Sposoby magazynowania ciepła w materiałach zmiennofazowych 185
7.4. Materiały zmiennofazowe (PCM) 187
7.5. Właściwości materiałów PCM 189
7.6. Klasyfikacja materiałów PCM 192
7.6.1. Materiały nieorganiczne – charakterystyka, problemy i zapobieganie im 193
7.6.2. Materiały organiczne – charakterystyka, zalety i wady 203
7.7. Materiały PCM w zastosowaniu 212
7.7.1. rozwój komercyjnych PCM – geneza, charakterystyka, przykłady 212
7.7.2. Komercyjnie dostępne PCM – przegląd rozwiązań 214
7.7.3. Podsumowanie komercyjnych rozwiązań PCM 239
7.8. Nowe zastosowania PCM w budownictwie energooszczędnym, drogownictwie i nowe proekologiczne nośniki PCM na bazie karbonizatu 239
7.8.1. Stabilizacja temperaturowa nawierzchni drogowych jako przykład możliwości zastosowania PCM 240
7.8.2. Pojemniki izotermiczne z materiałem zmiennofazowym do przechowywania posiłków we właściwej temperaturze 245
7.8.3. Zagadnienie recyklingu materiałów odpadowych w kontekście praktycznego zastosowania PCM 247
Podsumowanie 252
Bibliografia 253
8. Magazynowanie energii elektrycznej – Monika Wilamowska-Zawłocka 258
Wprowadzenie 258
8.1. Chemiczne źródła prądu 259
8.1.1. Ogniwa litowo-jonowe 264
8.1.2. Ogniwa sodowo-jonowe 271
8.1.3. Ogniwa przepływowe 279
8.2. Recykling ogniw galwanicznych 283
Bibliografia 290
9. Wodór czynnikiem stabilizującym odnawialne źródła energii – Witold Lewandowski 297
Wprowadzenie 297
9.1. Koncepcja interdyscyplinarnego wykorzystania wodoru do wyeliminowania cykliczności odnawialnych źródeł energii 298
9.2. Podstawowe wiadomości o wodorze 299
9.2.1. Właściwości chemiczne i fizyczne wodoru 300
9.2.2. technologie otrzymywania wodoru 300
9.2.3. Wykorzystanie energii zmagazynowanej w wodorze 302
9.2.4. Urządzenia do spalania wodoru 305
9.3. Elektroliza i elektrolizery 307
9.3.1. Podstawy chemiczne i termodynamiczne elektrolizy 307
9.3.2. rodzaje elektrolizerów przemysłowych 310
9.3.3. Przykładowe elektrolizery komercyjne 312
9.4. Magazynowanie wodoru 314
9.4.1. Sposoby i metody magazynowania wodoru 314
9.4.2. rodzaje magazynów wodoru 316
9.5. Ogniwa paliwowe 321
9.5.1. Zasada działania i typy ogniw paliwowych 321
9.5.2. Niskotemperaturowe ogniwa PEM 322
9.5.3. Przykłady zastosowania ogniw PEM z polimerową membraną 324
9.5.4. Wysokotemperaturowe ogniwa tlenkowe SOFC i tSOFC 325
9.5.5. Przykłady zastosowań ogniw SOFC 328
9.5.6. Parametry ogniw paliwowych CHP (ang. Combined Heat and Power) 330
Podsumowanie 331
Wnioski 332
Bibliografia 333
10. Analiza cyklu życia – Anna Kuczyńska-Łażewska 340
Wprowadzenie 340
10.1. Analiza cyklu życia (LCA) w ocenie wpływu na środowisko 341
10.1.1. Cel i zakres analizy 343
10.1.2. Analiza zbioru wejść i wyjść 344
10.1.3. Ocena wypływu i metodologia w LCA 348
10.1.4. Interpretacja 350
10.2. Przykłady wykorzystania metody LCA w praktyce 353
10.2.1. Zastosowanie metody LCA do oszacowania wpływu na środowisko wytwarzania energii z biomasy 353
10.2.2. Zastosowanie metody LCA do oszacowania wpływu na środowisko toreb wielokrotnego użytku 355
10.2.3. Zastosowanie metody LCA do oszacowania wpływu na środowisko wykorzystania materiału półprzewodnikowego z recyklingu modułów
fotowoltaicznych 357
10.2.4. Zastosowanie metody LCA do oszacowania wpływu na środowisko systemów gospodarki odpadami 358
Bibliografia 359