3. 1 Zdroje energie

Přírodní zdroje energie se nejčastěji dělí na obnovitelné a neobnovitelné. Toto víceméně ekonomické dělení je však zcela zavádějící a v podstatě jen jakousi reklamou na méně využívané zdroje. Za neobnovitelný zdroj jsou zpravidla označována fosilní paliva – ropa, zemní plyn a uhlí. Ve skutečnosti ovšem i v současnosti vznikají nová ložiska ropy u ústí tropických řek, přinášejících do moře množství organických látek. Například u ústí Orinoka vzniká nyní v moři akumulace ropy, která bude za nějakých 20 000 let těžitelným ložiskem. Podobně je to s uhlím (V. Roubíček LN 27. 2. 2008). Kromě toho jsou v podstatě všechny zdroje energie, vzhledem k platnosti zákona o entropii neobnovitelné.

Ani dělení podle zdrojů není příliš propracované.

Např. Olah et al. (2006) uvádí tyto zdroje energie:

• fosilní paliva: uhlí, ropa, zemní plyn, roponosné horniny,
• obnovitelné zdroje: energie vodní, geotermální, energie větru, sluneční energie, fotoelektrická a termální, ze slaných solárních nádrží, energetické zdroje oceánů: termální, přílivové, z vlnobití,
• jaderná energie,
• vodík,
• metanol a etanol.

Nejméně opodstatněné je dělení na zdroje „čisté“ a „znečišťující“.

I když v přímé produkci znečišťujících látek jsou výrazné rozdíly, mohou ve svých důsledcích tzv. čisté zdroje mít podstatně silnější vliv na další geologický vývoj, nehledě na to, že záleží i na způsobu jejich získávání a využívání.

Je nepochybné, že všechny pozemské zdroje energie jsou závislé na primární energii!

Proto je můžeme podle původu dělit takto:

1. Solární energie primární: sluneční teplo, fotovoltaické články
2. Solární energie odvozená:
   1. biopaliva
      • fosilní – ropa, uhlí, zemní plyn, roponosné horniny,
      • subrecentní – hydráty metanu, rašelina,
      • recentní (současná) – dřevo, biolíh (metanol, etanol), biologicky rozložitelné odpady, rostlinná hmota apod.,
   2. větrná energie
   3. oceánské zdroje: vlnění, podmořské proudy, teplo mořské vody
   4. energie slapových sil Slunce a Měsíce: přílivová energie
3. Energetické zdroje pozemské:
   1. jaderná energie: energie jaderného rozpadu, termojaderná fúze,
   2. gravitační energie: energie vodních toků,
   3. tepelná energie: geotermální, suché teplo hornin, teplo magmatu,
   4. rotační energie: převážně diferenciační (nevyužívaná),
4. Syntetické zdroje:
   1. syntéza uhlovodíků
   2. vodík, jako nositel energií

Jednotlivé zdroje měly v různých etapách vývoje lidské společnosti různý význam. I když v hodnocení mohou být značné rozdíly, je zřejmé, že do konce 19. století bylo hlavním zdrojem energie pro lidstvo dříví, koncem 19. stol. nabylo na významu uhlí, ve 20. století ropa a zemní plyn a také vodní energie a od druhé poloviny 20. stol. energie jaderná.

Přitom spotřeba energie neustále roste, do značné míry i v závislosti na růstu počtu obyvatel Země.

Na počátku 21. století se jako zdroje uplatňují zejména:

Ve stadiu úvah a experimentů jsou z možných zdrojů zejména:

• termojaderná energie, jejíž výzkum již značně pokročil,
• energie elektromagnetického pole,
• energie tepla oceánské vody.

3. 1. 1 Solární energie

Nejdůležitější hybnou silou geologického a biologického vývoje Země je energie sluneční, která je primárním zdrojem i všech ostatních lidstvem využívaných zdrojů energií, včetně těch, které se označují jako umělé.

Primární sluneční energie

Primární solární energie je využívána jednak přímo, jako sluneční teplo, jednak nepřímo přeměnou slunečního světla pomocí fotovoltaických článků.

Tepelná energie (sálavé teplo) Slunce je využívána pomocí solárních panelů na střechách (např. na Pedagogické fakultě Masarykovy univerzity, stejně jako na rekreačních zařízeních ve Středomoří). Nevýhodou je snižování výkonnosti v důsledku zaprášení panelů v prašném prostředí. Výhodnější je využití pomocí otáčecích zrcadel, která se nasměrují na kotel, v němž se ohřívá voda. Horká pára pak může pohánět turbínu stejně jako v geotermální elektrárně.

Poměrně výkonná jsou tzv. tepelná čerpadla, která kumulují tepelnou sluneční energii převážně z okolí – z povrchu litosféry, atmosféry i hydrosféry.

Zajímavé je také vyhřívání silnic (v Holandsku) pomocí systému trubek, které se zabudují do silnice, letištní či jiné plochy. V trubkách proudí voda, která se v letních měsících rychle zahřeje a je odvedena do „horkého“ podzemního zásobníku a tam je uložena pro opačný směr přenosu tepla v zimě.

Teoreticky je možné účinnost solárních panelů zvýšit i jinými způsoby. Uvažuje se o možnosti umístit panely mimo zemskou atmosféru nebo o jejich složení, které by zachycovalo co nejširší oblast spektra.

Fotovoltaické články byly vynalezeny již před šedesáti lety, ale podíl výroby elektřiny z tohoto zdroje je dodnes nepatrný. Je to způsobeno tím, že vzhledem ke stále ještě dosti vysoké pořizovací ceně a nízké výkonnosti článků (kolem 30 %), náklady na výrobu energie ještě značně převyšují dnešní cenu elektřiny (ziskovost je až po několika desetiletích provozu, což je pro mnohé investory obtížně akceptovatelné).

Všechno jsou to velmi perspektivní a ekologicky téměř nezávadné zdroje.

Odvozené zdroje energie

Ze zdrojů, které vychází ze sluneční energie, jsou nejdůležitější tzv. biopaliva.

Jako biopaliva se označují látky, v nichž je sluneční energie akumulována organizmy. Jde o odvozenou sluneční energii. Rozlišuji se biopaliva fosilní a biopaliva současná (recentní).

Fosilní biopaliva jsou směsí pevných, kapalných a plynných uhlovodíků.

Patří k nim: ropa a bitumeny, uhlí, zemní plyn a hydráty metanu.

3. 1. 2. Ropa

Ropa¹ se v současné době nejvíce podílí na výrobě energie spalovacími procesy (obr. 75, obr. 76, obr. 77). Je také významnou průmyslovou, zejména chemickou, surovinou. Průmysl v ČR spotřebovává podstatně více ropy, než se u nás vytěží.

Vzhledem k tomu, že je ropa zneužívána i jako politická zbraň, stává se příčinou všech válek - počínaje II. světovou, kdy se Německo snažilo obsadit ropná pole v Zakavkazí. Irácké válečné zneužití zapálením kuvajtských ropných polí ve „válce v Perském zálivu“ patří k největším ostudám lidské civilizace (obr. 124). Po II. světové válce potřeba ropy rychle vzrůstá.

V současné době dosahuje denní světová spotřeba 96 milionů barelů ropy, takže ve 21. století by se za prvních 20 let vytěžilo tolik ropy, jako na celém světě za posledních 150 let.

Převážná část se spotřebovává k zajištění dopravy (57,2 %), jako energetická surovina 20 % a asi 23 % jako chemická surovina.

Při tomto vývoji stačí zásoby ropy jen asi na 40 let, jsou odhadovány na 162 mld. tun (1,2 trilionu barelů). Z toho je na Středním Východě 61,7 %, v Evropě a Eurasii 11,7 %, v Africe 9,4 %, v Jižní a Střední Americe 5,1 % a v Asii 3,5 %. Nově však byly zjištěny významné zásoby ropy v Brazílii, Venezuele, západní rovníkové Africe, pod ledovým příkrovem Severního ledového oceánu a v Antarktidě. Zde jsou zásoby ropy, tvořící až 13 % celosvětových zásob a 30 % zásob zemního plynu.

Z důvodu úbytku klasických zdrojů ropy začínají být využívány i netradiční zdroje ropy. Patří k nim roponosné břidlice, v nichž organická hmota obsahuje nezralou bitumenovou hmotu, kterou je však možné zahřátím přeměnit na kerogen.

V malém množství se v Evropě těžily již na začátku 19. století, pokusná těžba je v Estonsku, Brazílii, Rusku a Číně. Jen v USA (Green River ve Skalnatých horách) se zásoby odhadují na 2,5 trilionu barelů. Výrazně roste těžba bitumenových písků v Kanadě (ložiska Athabasca a Zlaté jezero v Albertě, obr. 69) se zásobami až 2,5 trilionu tun bitumenu a ve Venezuele (Orinoco a Maracaibo) s 270 miliardami barelů bitumenů, zpracovatelných běžnou technologií. Na ložisku Athabasca se těží více než 1 milion barelů denně. Vysoké náklady na získání ropy z asfaltových písků a bituminózních břidlic zatím odsunují jejich větší využití.

Ropa se zpracovává v rafinériích frakční destilací, při níž se oddělí skupiny uhlovodíků: nejprve metan a etan (palivo LPG), pak petrolej (rozpouštědlo), benzín, kerosin a plynový olej. Z toho se destiluje nafta a topný olej. Zbývá mazut, z něhož se oddělují „mazací“ oleje a asfalt. Bez ropy není možné provozovat moderní zemědělství a produkci potravin, neobejde se bez ní doprava (pozemní, letecká, lodní) a většina průmyslu (výroba plastů, léčiv, hnojiv pesticidů, atd.).

V ČR byly v roce 2006 zajištěny zásoby ropy ve výši 32 277 kt a těžba dosahovala 259 kt převážně na JV Moravě – v karpatské předhlubni a wienské pánvi. Surovina je zde vysoce kvalitní - převážně lehká, s velmi nízkými obsahy síry, parafinická a parafinicko-naftenická. Průzkum a těžbu zajišťují z největší části Moravské naftové doly a. s. Hodonín (obr. 77). Ve stejném roce 2006 bylo dovezeno 7 752 kt ropných produktů (hlavně z Ruska, Ázerbájdžánu, Kazachstánu a Lýbie) a 732 kt benzínu.

Zatímco těžba geologické prostředí příliš nezatěžuje (s výjimkou výrazných poklesů území v oblasti těžby, např. Apšeronský poloostrov v Kaspickém moři nebo pobřeží Mexického zálivu), zpracování a hlavně využívání ropy je provázeno významným ovlivněním geologických podmínek.

Dochází zejména k:

• znečištění litosféry v oblastech těžby a při transportu (havárie a také úmyslné poškozování ropovodů zejména při krádežích, např. v Nigérii, nebo při válečných konfliktech, jako byla nedávná válka v Perském zálivu – obr. 124a, obr. 124b,
• znečištění hydrosféry při těžbě (havárie ropných plošin v mořích, např. v Severním moři či Mexickém zálivu) a zejména při transportu (časté havárie tankerů dopravujících ropu, např. v Anglii 1967, JAR 1977, Aljaška 1987,
• v oceánech přibývá uhlovodíků - ročně na 10 milionů tun. Z toho asi polovinu tvoří přirozené úniky ropy do mořské vody a použití nafty (splach pozemského znečištění, produkty zpracování, např. kosmetické přípravky v okolí pláží), 21 % tankery a ostatní lodě, 8 % příbřežní rafinérie a příbřežní těžba ropy a 4 % ostatní havárie,
• znečištění atmosféry zejména použitím ropy na výrobu elektrické energie v elektrárnách. Podstatný podíl připadá spalovacím motorů všeho druhu.

3. 1. 3 Uhlí

Je zdrojem energie, která rovně velmi podstatně ovlivňuje vývoj planety. Asi 95 % světové produkce uhlí se těží povrchově a velkolomy jsou „otevřenými ranami do tváře Země“, výrazně ovlivňují geomorfologii a vytváří tzv. „měsíční krajinu“.

Používání uhlí v tepelných elektrárnách škodí již z principu. V propagandistických publikacích se málokdy mluví o tom, kolik vzdušného kyslíku se spotřebovává spalováním uhlí, spíše se připouští vytváření škodlivých emisí. Technicky poměrně jednoduché je omezení emisí oxidu siřičitého nebo popílku. S emisemi CO₂ lze výhodně obchodovat (aktivity velkých firem jako je ČEZ a. s. jsou v tomto směru obdivuhodné) a o produkci aerosolů jedovatých kovů (v případě Podkrušnohoří zejména arzénu, galia či germania) se raději mlčí, přesto, že ovlivnění ovzduší uhelnými elektrárnami na české i saské straně Krušných hor lze sledovat až do Švédska. Podobně je tomu při ničení přírodní památky Velkého kaňonu v USA exhalacemi tamní uhelné elektrárny. Lobbistické ekonomické zájmy jsou tu přednější než zachování nejcennější chemické suroviny jakou má lidstvo k dispozici. Prvkem nestability jsou haldy skrývky, které přispívají k celkově katastrofické ekologické zátěži krajiny.

Světové zásoby uhlí dosahují 909 000 mil. tun a roční těžba více než 5 500 mil. tun. Z toho USA mají 27 %_, Rusko 17 %, Čína 12 %, Indie 10 %, Austrálie 9 %, Jižní Afrika 5 %, Ukrajina 4 %, Kazachstán 3 % a zbytek světa 12 %.

V České republice se těží černé uhlí, hnědé uhlí a druh nejmladšího hnědého uhlí – lignit.

Černé uhlí se u nás těží hlavně v moravskoslezské části hornoslezské pánve, z níž je asi 30 % na našem území a kolem 70 % v Polsku.

Těžba již byla ukončena v kladensko-rakovnické pánvi, ve vnitrosudetské pánvi (Žacléřsko-Svatoňovické), na Plzeňsku a v permo-karbonu boskovické brázdy u Rosic, Oslavan, Zastávky u Brna (obr. 79). V roce 2006 bylo z 10 ložisek vytěženo 13 017 Ktun černého uhlí ze zásob celkem 16 063 718 Ktun. Dovezeno bylo 1981 Ktun a vyvezeno 6 515 Ktun černého uhlí a výrobků z něho.

Hnědé uhlí je hlavním zdrojem energie je v České republice (obr. 80). V Podkrušnohoří (chomutovsko-mostecká, sokolovská a chebská pánev) se vyskytuje na ploše 1 900 km² se zásobami 9 192 305 Ktun (stav v roce 2006). V roce 2006 bylo v České republice vytěženo 48 915 Ktun hnědého uhlí.

Lignit se nyní v ČR těží již jen na jediném místě – na jižní Moravě (důl Mír v Mikulčicích u Hodonína, v bezprostředním sousedství vykopávek Národní kulturní památky Velkomoravského knížectví), bezvýznamné výskyty, z větší části vytěžené, jsou v českobudějovické pánvi, u Uhelné ve Slezsku a v žitavské pánvi (obr. 81). Zásoby v roce 2006 činily 976 985 Ktun, roční těžba 459 Ktun.

Převážná část uhlí je využívána k výrobě elektřiny v parních a spalovacích elektrárnách.

Povrchová těžba uhlí má v České republice mimořádný vliv. V Podkrušnohoří dochází ke značným změnám morfologie i rázu krajiny. Byla přestěhována celá města (starý Most), změněn uměle tok řeky Bíliny, doly jsou zahloubeny až téměř 200 m pod původní terén a plocha aktuálně ovlivněná těžbou zaujímá téměř 30 000 ha. Dochází při tom k rozsáhlému přemísťování skrývky (na jednu tunu uhlí připadá až 8 tun skrývky). Haldy, popílky a odkaliště znečišťují povrchové toky a způsobují zvýšenou prašnost ovzduší. Ročně přibývají ve vzduchu asi 3 % částic prachu (na tom se podílí i jiné zdroje), takže asi 1/3 území České republiky ve znečištění vzduchu překračuje evropský emisní limit.

Podzemní těžba uhlí má také svá úskalí. Poměr hlušiny a uhlí je sice příznivější – na Ostravsku a Karvinsku byla dosud vytěžena asi 1 miliarda tun černého uhlí a 700 milionů tun hlušiny (Kukal, Reichmann 2000). Kromě hald ovlivňují území odkaliště, takže podle údajů uvedených autorů je více než 1700 hektarů v této oblasti překryto antropogenními uloženinami a jsou tam rozsáhlé poklesy. Úpravny uhlí produkují v této oblasti asi 1,8 milionů tun kalů. Z hlediska hospodárného využití uhlí je velmi problematické nedotěžování slojí, čímž se znehodnocuje značný objem uhelných zásob.

Do budoucna je možné počítat se šetrnou těžbou, využívající technologii podzemního zkapalňování uhlí. Ta umožní odstranit haldy i devastaci slojí a těžbu z velkých hloubek (mikroorganizmy mohou za běžného tlaku a teploty přeměnit uhlí až na etanol). Do doby aplikace těchto technologií by bylo nejlepší těžbu uhlí omezit na nejnutnější míru, případně i zcela zastavit.

Zásoby černého uhlí pro takový způsob těžby se nachází v pokračování naší části hornoslezské pánve k jihu, do podloží karpatských příkrovů nejen pod Moravskoslezskými Beskydami, ale až ke Zlínu. V hloubce 3–4 km je v ostravském souvrství na základě vrtů až 300 m uhelných slojí, zásoby jsou odhadovány na 100 trilionů kilotun (obr. 82).

3. 1. 4 Zemní plyn

Na přelomu tisíciletí se zvýšila potřeba zemního plynu natolik, že převážila spotřebu ropy. Zemní plyn, převážně metan, se vyskytuje v akumulacích různého původu:

• metan spjatý s ropou „mokrý“. V jeho produkci dominují země, které produkují nejvíce ropy, např. Perský záliv (zejména Kuvajt, Katar, SAE, Saúdská Arábie, Dubaj, Irák, Írán), Rusko a USA, které jsou ovšem zároveň největším dovozcem. Zásoby se odhadují max. do poloviny 21. století při zachování dnešní spotřeby.
• metan spjatý s uhlím („suchý“ či slojový“) se vyskytuje hlavně v USA (pánve Blue Warrior a San Juan a mnohé další). Dnešní produkce (20 miliard m³) tvoří asi 10 % produkce metanu v USA. V Rusku jsou významné zásoby v pánvích doněcké, pečorské a kuzněcké a v Číně, která bude v budoucnosti zřejmě největším producentem, v pánvích Ordoz a Quinshui. Velký význam mají také ložiska v Indii a Austrálii.
• hydráty metanu vznikají zakrytím organických zbytků nadložními sedimenty, zvl. v příbřežních oblastech při ústí řek, přinášejících do moře velké množství organických látek. Významné výskyty jsou však i v podloží permafrostu v severní Kanadě a na Sibiři (obr. 85). Celkové zásoby se odhadují na 21 trilionů m³.
• metan uniká z mnoha vrtů, poněkud překvapivě z vrtů ve starých kontinentálních štítech. Předpokládá se, že Země měla v archaiku po určitou dobu metanový obal, jehož zbytky jsou zachovány v horninách štítů.

Významným zdrojem metanu unikajícího do atmosféry jsou organizmy. Zvyšuje se zejména produkce metanu stády skotu a velké množství vzniká i v rýžových polích, jejichž výměra se stále zvyšuje.

Zemní plyn metan se transportuje dálkovými plynovody (obr. 118) a speciálními tankery jako zkapalněný plyn, vesměs vyčištěný od příměsí (CO₂, sirných sloučenin a vody). Japonsko, Jižní Korea a Taiwan tímto způsobem realizují cca 70 % všeho dovozu.

Celkové zásoby zemního plynu se odhadují na 180 trilionů m³, z toho téměř polovina je na Středním východě a více než čtvrtina v Ruské federaci. Roční produkce velmi rychle roste, za posledních 50 let se zvýšila na trojnásobek (obr. 78).

Ložiska zemního plynu v ČR jsou na JV Moravě ve wienské pánvi. Tam jsou spjata s ropou nebo s uhelnými ložisky (Ďurica et al. 2006). Plyn z uhelných ložisek je možné získat degradací, těžbou z uzavřených hlubinných dolů.

Zásoby v roce 2006 činily 46 811 mil. m³, těžba byla 148 mil. m³, což pokrývá necelá 2 % domácí spotřeby. V témže roce bylo dovezeno 9 761 mil. m³, převážně z Ruska a částečně i z Norska. Domácí produkci včetně vyhledávání zásobníků zajišťují Moravské naftové doly a.s. Hodonín a OKD a Unigeo Ostrava, transport a provoz většiny zásobníků RWE Transgas (obr. 118).

Světová produkce se pohybuje kolem 2 900 mld. m³ a podílí se na ní hlavně Rusko (23 %), USA (19,4 %) a Kanada (7,1 %). Karbonský plyn z uhelných ložisek je v malé míře (asi 6 %) využíván v průmyslu a z větší části bez užitku uniká do ovzduší. Ročně je to asi o 23 mld. m³, tedy významný příspěvek ke zvýšení obsahu skleníkových plynů v atmosféře. V ČR jsou, stejně jako v okolních státech, tyto úniky výrazně omezeny.

3. 1. 5 Recentní biopaliva

K recentním biopalivům patří především topné dřevo. To bylo po dlouhou dobu hlavním zdrojem tepelné energie až do poloviny 19. století, kdy bylo postupně nahrazováno uhlím a ropou.

Dnes se topné dřevo používá jen v domácnostech nebo na výrobu etanolu a metanolu, a to hlavně zbytkové dřevo a recyklovaný olej jako tzv. odpadní zdroje.

Roste ovšem produkce energetických plodin, k nimž patří kukuřice, cukrová třtina, brambory, řepka olejka (v České republice), palmy, z nichž se získává buď rostlinný olej, nebo etanol. Roste význam travin (proso prutnaté), prérijních směsí travin a řas, které nevyžadují hnojení. Ideálním zdrojem mohou být komposty. Pokusně se zkoumá možnost vývoje baktérie, která by rozkládala skleníkové plyny a vytvářela z nich biopaliva (prof. Ventar v USA).

Používání recentních biopaliv má však několik nevýhod:

K zajištění spotřeby je potřeba velkých ploch zemědělské půdy. V Evropě by např. na 10 % spotřeby energie bylo třeba produkce energetických plodin ze 72 % rozlohy zemědělské půdy.

Také kácení tropických deštných pralesů ve prospěch výsadby palmových hájů (Malajsie, Brazílie, Indonésie) přispívá k půdní erozi a ke změnám klimatu. Navíc se při tom likvidují přírodní úložiště uhlíku, který se pak dostává do atmosféry jako CO₂.
- Při hnojení dusíkatými hnojivy vznikají oxidy dusíku a zejména NO, který je také skleníkovým plynem.

Úbytek zemědělské produkce potravin a použití kulturních plodin jako zdroj energie způsobuje zvýšení ceny potravin a vzbuzuje obavy řady lidnatých zemí jižní polokoule (Fidél Castro: “zlověstná myšlenka měnit potraviny na palivo“)

Některá recentní paliva mají sice méně emisí skleníkových plynů a vysokou výtěžnost energie, ale mnohé jsou škodlivější než fosilní, třeba palmový olej (obr. 73) biolíh z kukuřice nebo brazilské cukrové třtiny.

Přesto produkce etanolu z biopaliv výrazně roste, zejména v Brazílii a v USA. V Evropě činí produkce jen 1,2 % spotřeby dieselové nafty, výrazné zvýšení tohoto podílu však podporuje politika Evropské unie.

V ČR je kromě řepkového oleje využívána hlavně pevná biomasa, komunální a průmyslové odpady.

3. 1. 6 Větrná energie

Je plně odvozena z energie sluneční. Od roku 1981 její podíl na celkové produkci energie neustále stoupal a kolem 2005 dosáhl vrcholu celkem 94 GW.

Je využívána hlavně v USA, Španělsku a v Číně. V Německu je v současné době na 15 000 větrníků na stožárech, často vyšších než 200 m, s produkcí 24 200 kW.

V České republice v roce 2007 produkovaly větrníky 116 kW a ČEZ a. s. překvapivě plánovaly investice do této energie do roku 2010 ve výši 20 miliard Kč, tak, aby u nás tvořily až 2 % spotřeby elektřiny.

V mnoha zemích je stavba větrníků omezována, takže nyní celkem stagnuje.

Nevýhody:

• vysoké náklady na údržbu způsobují vysokou cenu této energie,
• nepravidelnost dodávek elektrického proudu do sítě způsobuje velké obtíže distributorům,
• nepřiměřené ztráty kvality krajinné scenérie (estetiky krajiny),
• škody na životním prostředí organizmů – při pobřežích zejména velryb, kterým ubližuje svist vrtulí, dále ptáků, které vrtule zabíjejí a jak se u nás ukázalo i lidí, kterým mohou škodit především kusy námrazy, prudce odletující od vrtulí do širokého okolí.

Z těchto důvodů jsou nyní rušeny větrné elektrárny i tam, kde je vhodné klima, tj. na pobřeží s převládajícími větrnými dny v roce (Kalifornie, obr. 88, z estetických důvodů ve Velké Británii, apod. Do budoucna se ovšem počítá s jejich výstavbou v příbřežních částech moří tam, kde vane vítr téměř pořád (například u norského ostrova Utsira).

V České republice navíc nejsou příliš příznivé ani klimatické podmínky, vzhledem ke kontinentálnímu klimatu je na většině území vysoký podíl dnů bez větru (obr. 89).

3. 1. 7 Energie oceánů

Také zdroje energie v oceánech jsou vesměs odvozeny od sluneční energie: energie tepelná z oceánské vody, energie vlnobití zprostředkovaná větrem (případně vnitřními silami Země) a energie přílivová je energie gravitační, vznikající působením slapových přitažlivých sil Slunce a Měsíce.

Tepelná energie z mořské vody využívá rozdílů teploty při povrchu a v hloubce (rozdíl v hloubce 1000 m je v průměru 20 ^oC). Příznivé podmínky jsou např. na Havaji. I tam má zatím jen nepatrný praktický význam a vesměs jde spíše o celkem úspěšné experimenty.

Vlnové elektrárny pracují na principu válce s pístem, stlačeného působením vln a zvedaného plynem, který je v něm instalován. Pohyb válce se mění na elektřinu pomocí lineárního generátoru. Pět elektráren tohoto typu pracuje na pobřeží Portugalska od roku 2004.

Přílivové elektrárny mají největší význam. Přílivová energie byla využívána již od roku 1100 n. l. v anglických a francouzských mlýnech. Od roku 1960 pracuje v Saint Malo na SZ pobřeží Francie přílivová elektrárna s výkonem 240 MW. Další jsou v Kanadě (Bay of Fundy), v Murmansku v Ruské federaci a v Číně. V Evropské unii je takto možné získávat až 105 TWh ročně.

Vodní elektrárny

Produkují asi 2,5 % celkové spotřeby energie ve světě (obr. 90, obr. 91, obr. 92). Využívají energii vodních toků, která je v podstatě energií gravitačního pole Země. Využívají jednak přírodního spádu vodních toků, jednak přehradami vytváří umělý spád. Zajímavou konstrukcí jsou spádové vodní elektrárny.

Přírodní spád, zejména horních částí vodních toků, využívají hlavně malé vodní elektrárny, zásobující jednotlivá sídliště či malé podniky (Kořensko, Lipno II., Hněvkovice a další, vč. soukromých).

Většina významných elektráren je založena na vytvoření umělého prudkého spádu vody přehradami. Každá taková přehrada znamená zatížení a s tím spojené poklesy území, zásah do morfologie a mikroklimatu krajiny v oblasti přehradního jezera a změny v transportu horninového materiálu vodními toky.

Příkladem našich velmi efektivních přečerpávacích vodních elektráren v provozu jsou Dalešická hydroelektrárna u Jaderné elektrárny Dukovany na Třebíčsku a hydroelektrárna Dlouhé Stráně nedaleko nejvyšší hory na Moravě Pradědu na Šumpersku. Plánovaná je unikátní mezistátní elektrárna Lipno – Aschach (obr. 94), která má pracovat na principu výměny vody podzemním tunelem mezi Vltavou na Lipenské přehradě a Dunajem v Rakousku. Kapacitou ve špičce až 500 MW by byla významným stabilizátorem energetické sítě.

Význam vodních elektráren dokumentuje růst počtu přehrad, spojených s elektrárnami:

Vodní elektrárny produkují v České republice asi 2,5 % elektřiny, na Slovensku, zejména na řece Váh, je to až 18 %.

3. 1. 8 Tepelná energie Země

Tepelná energie Země je využívána třemi způsoby: v tzv. geotermálních elektrárnách, jako suché teplo a jako energie magmatu (obr. 95, obr. 96, obr. 97, obr. 98, obr. 99):

Geotermální elektrárny

Geotermální elektrárny mohou být budovány v oblastech s anomálně vysokým tepelným tokem, kde mohou být teploty nad 100 ^oC v poměrně malých hloubkách (u nás, zejména na Karlovarsku, je použitelná teplota v oblasti krušnohorské geotermální anomálie v hloubce několika set až tisíc metrů).

První geotermální elektrárna byla spuštěna v roce 1913 v údolí řeky Pádu v severní Itálii. Teplo čerpá z hloubky 1000–2000 m. Další jsou nyní na Islandu, Novém Zélandu (Wairakei) a v USA (Salton sea, Mammoth sea, Yellowstone, obr. 96).

Podíl elektřiny z geotermálních zdrojů se neustále výrazně zvyšuje. Většími producenty jsou nyní i Filipíny, Island, El Salvador, Kostarika, Mexiko a Japonsko.

Nezanedbatelné je také vytápění domů, skleníků i průmyslových objektů horkou vodou. Běžné je takové využití na Islandu, v Maďarsku (v geotermální oblasti panonské pánve) a na jižním Slovensku, ve střední Francii i jinde. Nevýhodou je, že se vrty a přívodní potrubí zanáší látkami rozpuštěnými v používané vodě. Minerální látky se vysráží při ochlazování a přívody se musí často vyměňovat.

Suché teplo hornin

K využití suchého tepla hornin je třeba, aby tepelný tok ohříval horniny na nejméně 90 ^oC v hloubce do 5 km.

Dosavadní pokusy k využití na pohon turbíny nebyly příliš úspěšné. V německém Urachu nebyl zastižen potřebný tepelný tok, v americkém Los Alamos (obr. 97) byla půl roku pokusně produkována elektřina, ale provoz soustavy byl příliš nákladný. Systém je založen na vytvoření umělé poruchy v potřebné hloubce, do které se vhání chladná voda, ta se ohřeje teplem okolních hornin a jiným vrtem na téže poruše čerpá k dalšímu využití. Na vrtu je ovšem možno použít i soustavy trubek navzájem izolovaných. Kapacita zdroje je omezena rychlostí znovuohřátí okolních hornin.

Energie magmatu

Ve stádiu výzkumu jsou možnosti využívání tepla přenášeného na zemský povrch při sopečných výbuších, ve stádiu pokusů je využití tepelné energie magmatických krbů.

Nejdále pokročily pokusy v USA, kde v souvislosti s teoretickou možností využití tepla kaldery Long Halley v Sierra Nevada, byly vyřešeny technické problémy (např. možnost vrtání do žhavé magmatické taveniny), ale vlastní pokus byl ukončen, protože skutečné geologické poměry byly odlišné od projektových předpokladů. V podstatě šlo o to, že krb měl být navrtán v předpokládaném centru kaldery. Vrtem ale bylo zjištěno, že se centrum nachází jinde a přínos tepla souvisel se systémem zlomů na jejím západním okraji (obr. 95, obr. 98, obr. 99).

Tepelná energie nitra Země se neustále obnovuje v důsledku subdukčních procesů od doby jejich spuštění organizmy. Je proto prakticky nevyčerpatelná po dobu odpovídající odhadům celkové životnosti planety, která je asi v polovině svého vývoje, tzn. dalších cca 4,5 miliardy let. Mohlo by být i déle, pokud ovšem bude Slunce stále dodávat primární energii tomuto systému. Nicméně i v těchto úvahách má rozhodující omezení zákon entropie.

3. 1. 9 Jaderná energie

Jadernou energii lze získávat několika způsoby:

• jako energii jaderného rozpadu radioaktivních látek (např. U₂₃₈ na U₂₃₅ a plutonium),
• jako vedlejší produkt při výrobě plutonia pro vojenské účely (tato technologie byla používána v ukrajinském Černobylu),
• v budoucnosti bude hlavním zdrojem jaderné energie termojaderná fúze v tzv. tokamaku. Pokusná zařízení jsou např. v USA (TFTR) a Japonsku (JT 60–U), do provozu je nově uveden švýcarsko-francouzský tokamak JET a ITER. Patří sem hlavně několik zařízení v Rusku (T-IO), v nichž je zatím jen uvolňováno více energie, než kolik je potřeba na udržení fúzní reakce. V ČR pracují dva experimentální tokamaky. První komerční fúzní elektrárny ve světě by měly pracovat až po roce 2050.

Jedním z největších problémů současných technologií je bezpečné ukládání odpadu z jaderných elektráren.

Dříve běžné ukládání v betonových obalech do moře je mezinárodními konvencemi zakázáno (pravděpodobně se ovšem děje i nadále), vyhledávání podzemních úložišť je provázeno protesty (které však jsou málo oprávněné a nejspíš podněcovány různými zájmy, mj. i jiných producentů energií). Do budoucna jsou však zcela zbytečné, věcně neoprávněné. Při rozpadu radioaktivních látek zbývá asi 4 % radioaktivního odpadu a 94 % radioaktivního materiálu. Technologicky je však vyřešena (prof. Havel z Masarykovy univerzity v Brně) jeho recyklace tak, že je možné znovuvyužití jako zdroj energie, při němž pak vznikají produkty s velmi krátkým poločasem rozpadu, které jsou během několika let zcela neškodné.

V České republice jsou na budování podzemních úložišť radioaktivního odpadu všeho druhu vytipovány lokality na Jindřichohradecku (Lodhéřov, Klenová, Kunějov), Růžová u Třeště, Blatno a Tis u Blatna v západních Čechách a Chyšky a Vlksice na Táborsku aj.

V Evropě v současné době produkuje elektrickou energii více než 100 jaderných elektráren (poslední byla uvedena do provozu v r. 2006 ve Finsku), nejvíce jich je ve Francii, kde produkují asi 78 % elektrické energie státu.

V České republice jsou v provozu dvě jaderné elektrárny – Dukovany s kapacitou 3 760 MW a Temelín 2 x 1 000 megawatt. Produkují 23 % celkové spotřeby elektrické energie u nás. O rozšíření JE Temelín o 3. a 4. blok a o výstavbě další jaderné elektrárny není ještě koncem roku 2009 rozhodnuto (měla by být na Ostravsku), ale zřejmě nelze počítat s tím, že by mohla dodávat elektřinu dříve než po roce 2030.

Perspektivně představuje jaderná energie nejvhodnější zdroj energie v příštích desetiletích vzhledem k velmi nízkým vlivům na životní prostředí a Zemi při normálním provozu.

Na celém světě bylo v roce 2009 v provozu celkem 436 jaderných reaktorů a více než 40 bylo ve výstavbě.

Obrazový doprovod

Obr. 65 Produkce elektřiny v GWh v jednotlivých zemích (A)
a podíl jednotlivých zemí v % na celkové produkci
geotermálních elektráren.

Obr. 66 Instalovaná kapacita
větrných elektráren 1990–2004.
Olah et al., 2006

Obr. 67 Podíl jednotlivých zemí
na celkové produkci CO2 ve světě.

Obr. 68 Geotermální elektrárna Salton Sea v USA
uvolňuje značné množství páry a v ní obsažených plynů,
zejména sloučenin síry.

Obr. 69 Výskyty asfaltových písků
v Kanadě, provincie Alberta.
Geoscientist, 2008

Obr. 70 Výskyty bitumenových břidlic v USA
(Utah, Colorado, Wyoming).
Geoscientist, 2008

Obr. 71 Rozsah ropných polí v zemích
Středního Východu (šrafovaně). Černě jsou vyznačena
nejvýznamnější těžená pole. Celkový počet těžených
polí v oblasti Perského zálivu je kolem 400.
Geoscientist, 2008

Obr. 72 Světová produkce síry podle zdrojů.

Obr. 73 Celková produkce CO2 spalovacími
procesy podle průmyslových zdrojů.

Obr. 74 Hranice zájmových sfér států v oblasti Arktidy.

Obr. 75 Denní produkce a dovoz ropy do USA
v milionech barelů v období 1970–2000.

Obr. 76 Ložiska ropy v ČR.
Ročenka Geofondu, 2007

Obr. 77 Přehled těžby ropy MND a.s. Hodonín v l. 1971–1993.
Uhlí, rudy, geol. průzkum, 2004

Obr. 78 Růst celkové produkce zemního plynu
ve světě v l. 1965–2003 v miliardách m3.
Olah et al., 2006

Obr. 79 Ložiska černého uhlí v ČR. Stav v r. 2007.
Ročenka Geofondu, 2007

Obr. 80 Ložiska hnědého uhlí v ČR. Stav v r. 2007.
Ročenka Geofondu, 2007

Obr. 81 Ložiska lignitu v ČR. Stav v r. 2007.
Ročenka Geofondu, 2007

Obr. 82 Rozšíření uhelných slojí v podloží příkrovů vnějších
Západních Karpat. Uvedeny vrty, jimiž byly výskyty ověřeny.

Obr. 83 Přehled těžby zemního plynu
MND a.s. Hodonín v l. 1971–1993.
Uhlí, rudy, geol. průzkum, 2004

Obr. 84 Podzemní zásobníky plynu v ČR.
Lidové noviny 15. 3. 2008

Obr. 85 Výskyty ložisek hydrátů metanu
v mořích a na kontinentech.
Olah et al., 2006

Obr. 86 Emise skleníkových plynů z biopaliv
ve srovnání s fosilními palivy.
Lidové noviny 9. 1. 2008

Obr. 87 Ložiska zemního plynu ČR, stav 2007.
Ročenka Geofondu, 2008

Obr. 88 Větrná elektrárna Gorgonia Pass
u Palm Springs v Kalifornii.
Murck et al., 2006

Obr. 89 Hlavní směry a počty dnů bez větru na území ČR.
Zdroj ČHMÚ

Obr. 90 Situace přílivové elektrárny Bay of Fundy v Kanadě.
Goudie et al., 2006

Obr. 91 Schema studeného (modře) a teplého (červeně)
proudění ve světových oceánech.

Obr. 92 Vodní elektrárny v ČR

Obr. 93 Vodní elektrárna Dalešice.

Obr. 94 Projekt kombinované přečerpávací
elektrárny Lipno – Aschach.
Lidové noviny 2008

Obr. 95 Geologické schema přepokládaného magmatického
krbu pod kalderou Long Valley v Kalifornii.

Obr. 96 Geotermální elektrárna Mammoth Lake
v Kalifornii. Stav 1993

Obr. 97 Pokusná geotermální elektrárna využívající
suché teplo hornin. Los Alamos v Novém Mexiku. Stav 1993

Obr. 98 Pokusný vrt v magmatickém krbu Long Valley
kaldery v Kalifornii v r. 1993.

Obr. 99 Geologická situace kaldery Long Valley v Kalifornii.

Obr. 100 Schema jaderného reaktoru.

Obr. 101 Ložiska uranu v ČR. Stav v r. 2007.
Ročenka Geogondu, 2007

Obr. 102 Celková produkce jaderných elektráren
v jednotl. zemích v r. 1965–2005.
Olah et al., 2006

Obr. 103 Podíl jednotlivých zdrojů energie
na produkci CO2 v g / cal.
Cílek, 2007

Obr. 104 Dráhy radioaktivních mraků
po výbuchu jaderného reaktoru v Černobylu.
Lidové noviny 2006