Nedostatek energetických zdrojů

Bez energie by nebylo života ani dnešní civilizace.
Lidé se postupně naučili využívat energii vody a větru a později i páry, která jim poprvé umožnila získat zdroj síly nezávislý na přírodě. Jako nejvýhodnější typ energie se ukázala energie elektrická, na kterou dnes převádíme často i jiné druhy energie.
Člověk využíval energii odjakživa, ještě dřív, než si to byl vůbec schopen uvědomit. Bez životadárných paprsků Slunce by ostatně život na modré planetě nebyl ani možný. Sluneční energie je dodnes zdrojem života: umožňuje pomocí fotosyntézy přeměnu anorganických látek v organické a stojí na samotném počátku potravního řetězce. Na jeho konci, na vrcholku pyramidy je opět člověk. Slunce však dodává i teplo a světlo a prostřednictvím rostlin a živočichů další zdroje jak silu svalů, tak energii paliv: dřeva, uhlí, ropy. V posledních desítiletích se objevily články i elektrárny, které přímo převádějí energii slunečního svitu na elektrickou. Jsou ovšem zcela závislé na svém zdroji a ten není k dispozici kýžených 24 hodin denně.
Ostatně i další přirozené zdroje energie, které se člověk naučil využívat, souvisejí s energií Slunce, motoru celé naší sluneční soustavy: je to vítr, voda i žhavé jádro Země.
Řekli jsme, že energie je motorem pokroku, ale pak se nabízí otázka, proč začal člověk ve větší míře zdroje energie (nehledě na energii svalů) využívat vlastně až docela nedávno? Základní důvody jsou dva: konzervativizmus lidí na straně jedné a snadná dostupnost laciné energie z práce člověka a zvířat na straně druhé. Než však budeme své předky obviňovat ze zaostalosti, uvědomme si, že:

1. na rozdíl od nás dokázali žít v trvalé harmonii s přírodou,
2. užívali vlastně pouze obnovitelné zdroje energie,
3. užívali v podstatě bezodpadové technologie,
4. předali nám (až do 19. století) nezdevastovanou přírodu.
Toto vše se nám v průběhu necelých 200 let, co průmyslová revoluce začala nabírat celosvětové měřítko, podařilo postavit na hlavu. A hlavní zásluhu na tom má 20. století! Někdy se zdá, že cena pokroku je až příliš vysoká.

ROPA
Kapalná směs uhlovodíků fosilního původu, představující výchozí surovinu v petrochemickém průmyslu. Ropa je tekutá světležlutá až temněčerná hmota o hustotě 0,73 i přes 1 t/m3. Obsahuje 80 až 85 % uhlíku, 10 až 15 % vodíku, 4 až 7 % síry a něco málo dusíku. Ložiska ropy se vyskytují v hloubkách až několik stovek metrů, většinou mezi dvěma nepropustnými vrstvami okolních hornin a velmi často spolu se zemním plynem. Vznik ložisek ropy není dosud objasněn tak jednoznačně, jak je tomu u uhlí. Nejrozšířenější hypotéza tvrdí, že ropa vznikla rozkladem obrovského množství odumřelých drobných organismů pod značným tlakem, za určité teploty a bez přístupu vzduchu.
Jedním z mnoha produktů petrochemického odvětví je i topný olej, používaný v klasických energetických zařízeních jako palivo. Výhřevnost: 42,6 MJ/kg.

HISTORIE
Ropa byla známa a pod různými názvy využívána již od starověku. Podle řeckých i římských historiků v 7. století př. Kr. Asyřané a později i Peršané ji těžili ze studní a rozdělovali na různé frakce. Rozlišovali dokonce ropu světlou od tmavé. Světlé říkali "nafata", což značilo "prosakující kapalina". Číňané ropu destilovali snad od 11. století před Kristem. Už v té době prý uměli vrtat do hloubek až 1000 m.
V Evropě známe ropu přinejmenším od 16. století. Její destilace byla zkoušena asi od roku 1605. Výsledkem byla mazadla pro nápravy kol, olej do lamp i základ do lakýrnických prostředků.
Prvenství mezi objeviteli ropy v Evropě se přiznává polskému lékaři I. Lukasiewiczovi. Ten roku 1854 zahájil v Bóbrce u Krosna těžbu a ve stejnou dobu založil i první rafinerii u Jasla. Podle jeho příkladu vznikla pak řada dalších těžebních zařízení. Roku 1909 představovala těžba z karpatských ložisek přes 2 miliony tun ročně, což bylo 5,2 % světové produkce.
Roku 1857 navrtal ropu G. C. Hugens v Lüneburských rovinách ve Wietze, kde je dnes naftařské muzeum. V téže době v Rumunsku vybírali ropu tryskající samovolně ze země lopatami bez vrtání.
V USA bylo první ložisko otevřeno již v srpnu 1853. Stalo se tak v Pensylvánii vrtem hlubokým 22 metrů. Než byly položeny první trubky ropovodu, dopravovala se vytěžená ropa k železnici v soudcích nesených mezky. Od roku 1860 se začala ropa objevovat běžně na trhu. Využívala se ke svícení i k topení. Pensylvánská a kanadská ropa se prodávala dokonce i v lékárnách v malých lahvičkách, neboť se jí přičítaly léčivé vlastnosti.

Ropná ložiska se otevírají a těží hlubinnými vrty, z nichž ropa bud sama vyvěrá, někdy dokonce tryská do mnohametrové výše, nebo se čerpá. V případě samovolného výtoku se pochopitelně z ústí vrtu musí jímat a bezpečně odvádět. Při čerpání lze většinou využívat tlaku plynů, shromážděných ve svrchní části ložiska, pod nepropustnou vrstvou hornin.
Vrty hloubené pro těžbu ropy procházejí nejrůznějšími horninami o různé tvrdosti a soudržnosti. Aby se jejich stěny nezavalovaly a vrt tak nebyl porušen, zabezpečují se stěny vrtu ocelovými rourami - pažnicemi. Pažnice jsou do vrtu spouštěny již v průběhu vrtání - vrtné nářadí jimi prochází. Po dokončení vrtu se na jejich nejsvrchnější části připojuje jímací zařízení.
VRTÁNÍ
Nejjednodušší a také často používaný způsob se nazývá - vrtání nárazové. Vrtným nářadím je v tomto případě dláto upevněné na vrtném soutyčí, které tvoří ocelové trubky spojované závity. Vždy když se hloubka o určitý úsek zvětší, přišroubuje se na vrtné soutyčí další díl. Délka vrtného soutyčí se vždy rovná hloubce vrtu - což může být i několik set metrů.

Vlastní vrtání probíhá tak, že se vrtné soutyčí s dlátem nadzvedne a prudce spustí na dno vrtu. Dláto přitom "odloupne" svým ostřím kus horniny. Před dalším nárazem se soutyčí i s dlátem pootočí, takže dopadá na jiné místo dna vrtu: Dříve se při nárazovém vrtání zavěšovalo dláto na lano. Aby úder byl účinnější, bylo zatěžováno závažím. Při otáčivém (rotačním) vrtání se místo dláta používají tzv. vrtné korunky, většinou osázené průmyslovými diamanty, aby měly co největší tvrdost. Vrtný stroj otáčí soutyčím s korunkou a ta horninu na dně vrtu obrušuje a rozmělňuje.
Vrtat můžeme buď za sucha, nebo s tzv. výplachem. Výplach je kapalina o vysoké hustotě, která chladí vrtný nástroj a také brání zavalení dosud nezapažených částí vrtu. Do vrtu se z povrchu vhání a zase odčerpává. Tímto způsobem se odstraňuje ze dna vrtu rozdrcená hornina a vrt se tak plynule čistí. U vrtání za sucha se drť musí vynášet vzhůru zvláštní válcovou nádobou s odklápěcím dnem.

Těžební ropná plošina na moři.
TĚŽBA Z MOŘSKÉHO DNA
Mnohé pobřežní státy využívají pro těžbu ropy ložiska nacházející se v tzv. šelfu tj. v příbřežní části mořského dna, svažující se zvolna od čáry pobřeží.
Jen v Severním moři, poblíž Anglie či Norska je už dnes těženo na 50 ložisek, jejichž zásoby se odhadují nejméně na 2 miliardy tun ropy a 1500 miliard krychlových metrů zemního plynu. Ropa i plyn se tu těží (z hloubek až 180 metrů) z vrtných plošin umístěných v moři. Jde o technicky velice náročnou operaci ve velmi nepříznivých klimatických podmínkách. Náklady na přípravné práce i provoz jsou vysoké. Těžní plošiny vyžadují neustálou údržbu, prováděnou z velké části hloubkovými potápěči. Při prudkých bouřích, a ty nejsou v těchto končinách nijak neobvyklé, dochází občas i k překocení či potopení věže nebo k jiným haváriím, které ohrožují zdraví i životy posádek těchto těžních plošin.
ROPA - STRATEGICKÁ SUROVINA
Ropa je dnes bezesporu nejdůležitější energetická surovina. Její dostupnost a cena významně ovlivňuje hospodářství ve vyspělých průmyslových zemích. Proto je například pro Českou republiku přímo životně důležité vybudovat urychleně nový ropovod z Německa. Zatím jsme plně závislí na ropovodu z Ruska. Přerušení tohoto ropovodu, z jakýchkoli důvodů, by znamenalo po vyčerpání zásob obrovské omezení dopravy i průmyslové výroby. Jiným způsobem než ropovody nejsme totiž schopni potřebné množství ropy do našich rafinerií dopravit.
V případě války může přístup ke zdrojům ropy přímo ovlivnit výsledek vojenského střetnutí. Proto jsou všechny ropné oblasti, zvláště v rozvojových zemích, stále ve středu pozornosti velmocí.
Ve světovém obchodě s ropou má významné postavení Organizace zemí vyvážejících ropu OPEC, která sdružuje značnou část zemí s nejvyšší produkcí ropy. Výrazně se to ukázalo v roce 1973, kdy arabské země uvalily na vývoz ropy do USA a Evropy embargo (přestaly tam ropu dovážet). Embargo způsobilo v nejvyspělejších průmyslových zemích světa palivovou krizi a vedlo nakonec až k arabsko-izraelské válce.
Ve svých důsledcích však přinesla ropná krize i pozitivní výsledky. Byly rychle nalezeny četné další ropné oblasti a především se mnohem účinněji začaly hledat nové zdroje energie. Bohatý svět si také uvědomil skutečnou cenu ropy, začal s ní šetřit a během velice krátké doby došlo k výrazným energetickým úsporám.

Tab.1 : Vývoj světové produkce ropy (miliony t)
* Odhad
Energetika, 1995, č. 2, s. 47-54
Energy Economist, 1998, č. 198, příloha, s. 5
1960 1051,1
1973 2844,8
1979 3199,2
1990 3239,5
1992 3154,8
1996 3164,5
1997 3271,0 *

ZEMNÍ PLYN

Zemní plyn patří mezi fosilní paliva a jeho základní složkou je uhlovodík metan CH4, který obvykle tvoří 88-99,8% plynu. Čím více metanu zemní plyn obsahuje, tím je z hlediska energetiky kvalitnější. Poměrně často se vyskytují společná ložiska ropy a zemního plynu a to jak na pevnině, tak i na moři. Zemní plyn je nejedovatý a bez zápachu. Slouží hlavně jako zdroj tepelné energie v domácnostech, výtopnách, teplárnách a v elektrárnách (viz paroplynová zařízení). Výhodou jeho využití je to, že po spálení nezanechává popel, snadno se reguluje a měří jeho spotřeba, při správném spalování zanechává ve vzduchu méně škodlivin než uhlí a ropa.

Roční těžba zemního plynu:
přes 2 100 miliard m3

Ověřené zásoby při dnešní těžbě:
až do roku 2057

Největší naleziště:
Rusko, Severní moře, Severní Afrika (Alžír), země Perského zálivu, USA, Kanada

Zajímavostí je, že na Sibiři a na Aljašce se nacházejí ložiska zmrzlého plynu, tzv. hydrátů, kde
v 1 m3 je skryto až 200 m3 zemního plynu.

UHLÍ
Energetika současné technické civilizace na naší planetě se opírá především o využívání ložisek uhlí, ropy a zemního plynu opravdových "černých" pokladů Země. Přestože jsme si už dnes všichni vědomi, že spalování uhlí v topeništích či ropy ve spalovacích motorech není příliš ekonomické a rozhodně nepřispívá životnímu prostředí, nemáme dosud pro nejbližší perspektivu vhodnější zdroje energie, které by je mohly plně nahradit.
V 19. století si široké využití parního stroje na železnici a lodích, v cukrovarech, pivovarech a strojírnách vynutilo, že na výrobu páry bylo místo nedostatkového dřeva stále více využíváno uhlí. Hornictví, které se již od starověku soustřeďovalo hlavně na dobývání rud, soli a jiných surovin, našlo nový směr - těžbu uhlí.
ZE ŽIVOTOPISU UHLÍ
Dějiny lidstva se obvykle dělí na pravěk, starověk, středověk a novověk. Geologové rozdělili čas dosud vyměřený této planetě podle významných geologických událostí na jednotlivé éry dlouhé mnoho milionů let a ty opět na kratší úseky periody, epochy, věky, doby...Stáří jednotlivých hornin pomáhají vědcům často určovat zkamenělé zbytky rostlin či živočichů, typických pro jednotlivá období.

Pustíme-li se po stopách vzniku uhlí, ale i ropy a zemního plynu, můžeme nejstarší období, prahory a starohory, vynechat. Zaměříme se až na karbon a perm, spadající do geologického "středověku". Právě tehdy vznikala totiž nejvýznamnější ložiska uhlí.
Horotvorné pochody probíhající v druhohorách změnily velkou část zemského povrchu na mělká a bahnitá moře a jezera. Takřka skleníkové prostředí vyvolávalo bujný vzrůst všech možných druhů rostlin. Můžeme si o nich udělat celkem věrný obrázek, neboť se nám zachovalo obrovské množství jejich zkamenělin, otisků listů i jiných částí. Máme tedy hodnověrnou představu o lesích s vidličnatě se rozvíjejícími Sigillariemi a Lepidodendry, o porostech kapradí a plavuní a o přesličkách Calamites vyrůstajících z močálů. Většina těchto rostlin se na rozdíl od jejich "potomků", s kterými se běžně setkáváme dodnes, vyznačovala "obřími" rozměry.

Geologické hodiny Země.

Vlhké horko a sucho se v tomto světě často střídalo s mohutnými srážkami, které náhle zvyšovaly hladinu jezer i řek a ničily porosty. Na trouchnivějících zbytcích bujně vyrůstala nová generace rostlin. Vznikaly tak obrovské nakupeniny organického materiálu. Když se při dalších horotvorných pohybech dostaly tyto zbytky pod nové vrstvy hornin, vytvořily se ideální podmínky pro vznik uhlí. Rozkladem rostlinných těl bez přístupu kyslíku, za stálého působení tlaku horních vrstev a zmenšování objemu tlející masy se hromadil především uhlík.
Proces karbonizace (prouhelnění) trval miliony let. Zjednodušeně lze pak říci, že čím déle trval (v závislosti na tlaku i teplotě), tím kvalitnější uhlí je jeho výsledkem. Při kratší době prouhelňování, nižším tlaku a teplotě asi o 150 až 200 ° C vznikala rašelina. Ta se časem měnila na hnědé uhlí. Při větším tlaku a teplotách mezi 300 až 500 ° C pokračoval proces přeměny na černé uhlí a antracit. Vždy se přitom zvětšoval obsah uhlíku a klesalo množství kyslíku. Do vzniklé uhelné hmoty se tak koncentrovala energie přijímaná rostlinami ze země, vody a vzduchu ve své podstatě energie slunečního záření.
Díky rozličným podmínkám vzniku můžeme dnes rozlišovat i různé typy uhlí s odlišnými chemickými a fyzikálními vlastnostmi, např. také s různou výhřevností. Jejich použitelnost ovlivňují i různé negativní příměsi. Například většina našeho hnědého uhlí obsahuje značný podíl síry, která se při jeho spalování uvolňuje do ovzduší a přináší těžké ekologické škody. Zařízení umožňující vyčištění zplodin hoření od síry jsou velice drahá řádově skoro stejně jako celá elektrárna.