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:
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.
Můžeme to doložit na příkladu využívání geotermální energie na západě Spojených států. U amerických Mamutích jezer geotermální elektrárna používá přehřátou vodní páru z vrtů tak, že pára přes izobutan předává teplo, které je využíváno k výrobě elektrické energie, a pak je vháněna zpět do země. Nepřichází vůbec ke styku s atmosférou a nedochází k žádnému znečištění. Naopak v oblasti Salton Sea několik elektráren využívá vodní páru přehřátou na 300 oC. Ta je pro potřebu výroby elektrické energie ochlazována na horkou vodu. Při tom jsou uvolňovány plyny (sirovodík) a další látky, které zcela ničí přírodu v širokém okolí.
Je nepochybné, že všechny pozemské zdroje energie jsou závislé na primární energii!
Proto je můžeme podle původu dělit takto:
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:
ropa | 34,0 % |
uhlí | 23,5 % |
zemní plyn | 21,2 % |
spalitelné odpady | 10,9 % |
energie jaderná | 6,8 % |
energie vodní | 2,2 % |
ostatní | 0,5 % |
Ve stadiu úvah a experimentů jsou z možných zdrojů zejména:
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 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.
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.
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:
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).
Na přelomu tisíciletí se zvýšila potřeba zemního plynu natolik, že převážila spotřebu ropy. Zemní plyn, převážně metan, se vyskytuje v akumulacích různého původu:
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.
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.
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:
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).
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.
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:
Rok | 1950 | 1982 | 1986 | 2000 |
---|---|---|---|---|
Svět | 5 268 | 35 166 | 36 327 | 45 000 |
Evropa | 1 323 | 3 961 | 4 114 |
Vodní elektrárny produkují v České republice asi 2,5 % elektřiny, na Slovensku, zejména na řece Váh, je to až 18 %.
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 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.
Vliv na životní prostředí závisí na konstrukci elektráren. Skupina elektráren v Salton sea na západě USA získává přehřátou (300 oC) vodní páru, kterou ochlazuje na 100 oC v chladicích věžích. Při tom se ovšem uvolňuje množství pohlcených plynů, zejména sloučenin síry, které zamořují rozsáhlé okolí. Protože z těchto elektráren je odváděna elektrická energie na běžných dřevěných sloupech, je minimalizován vliv rozvodu elektřiny na elektromagnetické pole Země.
Na okraji národního parku u Mammoth sea je z několika vrtů získávána horká pára, která přes izobutan předává teplo a ochlazená se vrací zpět do země vrtem hlubokým několik tisíc metrů (obr. 96). Vlivy na okolí jsou zcela nepatrné.
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.
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.
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.
Jadernou energii lze získávat několika způsoby:
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.
1 Název ropa pro surovou naftu pochází z polštiny, nafta ze staré perštiny. Ropa je v polštině označením pro solné prameny a znamená hnis. Množství ropy se udává v tunách nebo v barelech: 1 tuna je 7,33 barelů a 1 barel je 158,97 litrů. Ropa obsahuje uhlík (84–87 %), vodík (11–14 %), dusík a kyslík (po 1 %), síru (0–4%) a další plynné, kapalné a pevné složky (často např. helium, až 1 %).
Technické řešení této výukové pomůcky je spolufinancováno Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.