Energie

Cererea de energie crește rapid din cauza factorilor precum creșterea populației globale, urbanizarea, industrializarea și dezvoltările tehnologice. Deoarece este o componentă fundamentală a tuturor produselor și este folosită în aproape fiecare aspect al vieții zilnice, energia este un element crucial pentru creșterea nivelului de bunăstare al societăților. Este direct legată de toate aspectele bunăstării umane, inclusiv necesitățile, problemele agricole, îngrijirea sănătății, ocuparea forței de muncă, educația și sustenabilitatea [1]. Procentul de persoane care au acces la electricitate la nivel mondial a crescut de la 83% în 2010 la 91% în 2020. Numărul de indivizi fără acces la electricitate a scăzut în acest timp, de la 1,2 miliarde la 733 de milioane. Doar 92% din populația lumii ar avea acces la electricitate în 2030 dacă lucrurile continuă în acest fel, lăsând 670 de milioane de oameni fără curent [2]. Furnizarea serviciilor energetice trebuie să fie sigură, accesibilă și să aibă efecte negative minime asupra mediului pentru ca dezvoltarea să fie durabilă [3].

Surse de energie

Energia este definită ca capacitatea de a efectua sarcini. Aceasta vine într-o varietate de forme, incluzând energia mecanică (potențială și cinetică), termică, electrică, chimică și nucleară. De asemenea, poate fi convertită dintr-o formă în alta pentru utilizare în diverse aplicații și poate fi clasificată după diferite criterii [4].

Energia primară cuprinde toate sursele de energie care nu au fost transformate, exploatate direct sau importate. După cum este prezentat în Figura 1, există două tipuri diferite de surse de energie primară: neregenerabile și regenerabile. Petrolul, cărbunele, gazul, uraniul și toate celelalte forme de energie regenerabilă, cum ar fi hidroenergia și energia eoliană, sunt exemple de energie primară. În timp ce energia regenerabilă este produsă din resurse care pot fi reînnoite natural în timp și sunt, prin urmare, potrivite pentru utilizare, sursele de energie neregenerabile au o aprovizionare finită deoarece de obicei durează mult timp să se reînnoiască [5, 6]. Energia secundară este creată atunci când energia primară este transformată sau procesată; exemple includ producerea de electricitate din arderea gazului natural sau procesarea hidroenergiei. Obținerea produselor petroliere cum ar fi benzina din rafinarea petrolului brut și producerea cărbunelui de la cărbune sunt alte două exemple de energie secundară [7].

Surse neregenerabile de energie

Energia neregenerabilă provine din resurse care fie nu pot fi reînnoite în viitorul apropiat, fie a căror rată de reînnoire este semnificativ mai lentă decât rata de utilizare. Deoarece aceste surse de energie primară sunt găsite în cantități limitate în natură, ele sunt considerate resurse neregenerabile. Resursele de energie neregenerabilă includ combustibilii fosili (cărbune, petrol și gaze) și mineralele radioactive, care sunt utilizate în producția de energie nucleară [5].

Cărbunele este o rocă sedimentară care are culoarea neagră sau maro-negricioasă și poate fi arsă pentru a genera energie. Deși cărbunele poate fi folosit în industrie pentru a produce căldură, scopul său principal este de a produce electricitate, iar multe națiuni se bazează pe disponibilitatea sa ca sursă constantă de energie. Petrolul este o amestecătură de hidrocarburi care poate fi găsită în stare lichidă, gazoasă și solidă. Petrolul lichid și gazos, cele două tipuri cele mai răspândite de petrol, sunt de obicei extrase din rezervoare prin forajul puțurilor și pomparea produsului finit la suprafață. Motorina este un produs al petrolului brut care este utilizat pe scară largă în aplicații legate de energie, cum ar fi transportul, încălzirea și generarea electricității. Gazul natural este un gaz care poate fi găsit atât separat, cât și dizolvat în petrolul brut. Are mai multă energie pe unitate de combustibil și, în general, are un impact mai mic asupra mediului decât petrolul brut sau produsele sale, acesta fiind principalul său avantaj. Gazul natural are o varietate de aplicații, de la rezidențiale la comerciale și industriale. Aplicațiile rezidențiale includ gătitul și încălzirea, în timp ce aplicațiile comerciale includ încălzirea spațiilor și a apei. Mineralele radioactive (uraniu sau plutoniu) eliberează energie din atomii lor atunci când nucleul este descompus prin fisiune nucleară, eliberând căldură care poate fi apoi folosită pentru a genera electricitate [1, 6]. Arderea cărbunelui, petrolului sau gazului în centralele electrice pe bază de combustibili fosili produce căldură sub formă de abur, care alimentează turbine masive ce generează electricitate. Aceste mașini generează constant electricitate pentru perioade îndelungate [3].

Surse regenerabile de energie

Sursele de energie regenerabilă sunt acele surse care se pot reînnoi natural, ceea ce le face practic nelimitate. Soarele, căldura Pământului, vântul și apa sunt doar câteva exemple. Energiile derivate din biomasă sunt, de asemenea, considerate regenerabile [9]. Sursele regenerabile au un potențial enorm de a oferi toate serviciile energetice necesare. Dezvoltarea și utilizarea ulterioară a surselor de energie regenerabilă folosind tehnologii moderne de conversie ar îmbunătăți securitatea energetică globală, ar reduce prețul pe termen lung al combustibililor convenționali și ar conserva rezervele de combustibili fosili pentru alte aplicații și generații viitoare [10].

O gamă largă de tehnologii sunt disponibile sau în dezvoltare pentru a furniza servicii de energie regenerabilă accesibile, de încredere și pe termen lung [10]. Energia solară este creată prin conversia luminii solare în căldură sau electricitate. Energia solară este utilizată într-o varietate de tehnologii. Acestea includ încălzirea solară, celulele fotovoltaice și tehnologia de generare a electricității termale solare. Prin arderea biomasei, energia poate fi produsă din biomasă în două moduri: direct ca și căldură sau electricitate, sau indirect, ca un lichid sau gaz care poate produce energie. Lemnul, porumbul, trestia de zahăr, deșeurile animale și deșeurile solide municipale sunt câteva exemple de biomasă. Energia poate fi, de asemenea, derivată din gazul de depozitare sau metan, care rezultă din descompunerea biomasei în depozitele de deșeuri. Tehnologiile de biomasă includ sistemele de energie bazate pe biomasă și biocombustibilii pentru transport. Turbinele eoliene pot transforma energia eoliană în energie electrică sau mecanică. Pentru a valorifica puterea vântului, turbinele eoliene sunt în general alcătuite din pale montate pe arbori și turnuri. Apa curgătoare creează energie care poate fi captată și transformată în electricitate, făcând hidroenergia cea mai curată și mai eficientă modalitate de a genera electricitate. Folosind tehnologia geotermală, căldura din subteranul Pământului este extrasă și folosită fie direct pentru încălzire și răcire, fie transformată în electricitate [3,9,11].

Tabelul 1 compară avantajele și dezavantajele surselor de energie regenerabilă și neregenerabilă.

Sectorul energetic global

Figura 2: Necesarul global total de energie, 1971-2019 [12].

Figura 3: Ponderea globală a aprovizionării totale cu energie, pe surse, 2019 [12]

După cum se arată în Figura 3, în 2019, petrolul a asigurat 30,9% din aprovizionarea mondială cu energie primară, cărbunele 26,8% și gazele naturale 23,2% din aprovizionarea mondială cu energie primară. Urmează sursele regenerabile combustibile și deșeurile (9,4%), energia nucleară (5,0%), energia hidroelectrică (2,5%) și energia eoliană, geotermală și solară (2,2%) [12]. China a dominat piețele mondiale de energie termică solară, energie hidroelectrică, energie solară fotovoltaică și energie eoliană, reprezentând aproape jumătate din totalul instalațiilor în 2020 [9]. În țările în curs de dezvoltare, biomasa reprezintă peste 20 % din totalul aprovizionării cu energie. În aceste țări, cea mai mare parte a biomasei este utilizată pentru gătit și încălzire [13].

Cererea mondială de energie a crescut cu mai puțin de jumătate din rata de creștere înregistrată în 2018, ajungând la 418 EJ (Exajoule) în 2019. După cum se prezintă în Figura 2, petrolul (40,4%) a rămas combustibilul dominant pentru consumul final de energie, urmat de electricitate (19,7%), gaze naturale (14,5%), biocombustibili (10,4%), cărbune (9,5%) și altele (3,6%), inclusiv eoliană, solară, hidroenergie și geotermală [12].

La nivel regional, cu o creștere de 3,4%, China a reprezentat 90% din creșterea netă a cererii globale de energie în 2019, în timp ce cererea de energie a scăzut în aproape toate economiile avansate. Cererea de energie în Uniunea Europeană a scăzut cu 2%, în timp ce în Statele Unite a scăzut cu 0,8%. În timp ce cererea în Asia de Sud-Est a crescut într-un ritm rapid de 3,4%, în India a scăzut de la 4% în 2018 la 0,9% în 2019, cel mai scăzut nivel din 2007 [12].

În ciuda faptului că utilizează cea mai mare parte a energiei regenerabile (26%), industria energetică a reprezentat doar 17% din consumul final total de energie în 2019. Sursele regenerabile continuă să joace un rol minor în cererea de energie industrială, în special în industriile care necesită temperaturi de procesare ridicate. Energia regenerabilă reprezintă aproximativ 14,8% din cererea totală de energie industrială și este utilizată în principal în întreprinderile care necesită căldură pentru procese la temperaturi nu foarte ridicate. Energia electrică din surse regenerabile reprezintă 10% din căldura industrială regenerabilă, dar numai 1% din consumul total de căldură industrială în 2019. Sectorul transporturilor continuă să aibă cea mai mică pondere de energie regenerabilă, petrolul și produsele petroliere (împreună cu 0,8% energie electrică neregenerabilă) acoperind aproape toate nevoile energetice globale în domeniul transporturilor (95,8%). Doar 3,1 % și 0,3 % din aceste nevoi au fost satisfăcute de biocombustibili și, respectiv, de energia electrică din surse regenerabile. Energia regenerabilă satisface o parte din ce în ce mai mare din cererea finală de energie din clădiri, dar reprezintă încă mai puțin de 15% din cererea totală de energie [9].

Sectorul energetic este un sector critic pentru dezvoltarea pe termen lung a oricărei țări; cu toate acestea, producția și consumul său au consecințe ecologice, economice și sociale, cum ar fi schimbările climatice, poluarea și sărăcia energetică. Energia durabilă este definită ca fiind energia care poate fi utilizată în mod repetat și care satisface nevoile noastre actuale de energie fără a fi pusă în pericol de a dispărea sau a se epuiza [3, 14]. Atunci când cărbunele, petrolul sau gazul sunt arse în centralele electrice pe bază de combustibili fosili, se produce căldură sub formă de abur, care alimentează turbine masive care generează electricitate. Aceste mașini produc electricitate în mod constant pentru perioade de timp îndelungate. În schimb, arderea combustibililor fosili emite cantități mari de gaze cu efect de seră și alte gaze și solide nocive în atmosferă, provocând schimbări climatice, ploi acide și contaminarea solului și a apei. Utilizarea resurselor de energie regenerabilă pentru a genera electricitate în locul combustibililor fosili reduce emisiile din sectorul energetic [3, 15]. Este esențial să se stabilească un sistem energetic care să satisfacă nevoile economice, protejând în același timp mediul înconjurător, deoarece producția, conversia și utilizarea energiei au o influență negativă substanțială asupra mediului. Emisiile globale de CO₂ legate de nivelurile de energie au stagnat în 2019 la aproximativ 33 de gigatone (Gt). Emisiile de carbon legate de utilizarea energiei au crescut cu 0,5% între 2018 și 2019, mai puțin de jumătate din rata medie anuală de creștere de 1,1% pe 10 ani [12, 16].

Avantajele energiei regenerabile pentru mediu, cum ar fi reducerea emisiilor de carbon și a poluării aerului, sunt bine cunoscute. Însă abia în ultimele decenii, odată cu răspândirea utilizării tehnologiilor de energie regenerabilă, au devenit evidente numeroasele avantaje socio-economice ale acestora. În fiecare an, un număr considerabil de locuri de muncă sunt create în întreaga lume datorită energiei regenerabile. Un număr record de 10,3 milioane de persoane au fost angajate la nivel mondial în industria energiei regenerabile. Mai mult de un miliard de oameni trăiesc în zone fără acces la electricitate, iar un alt miliard se bazează pe aprovizionarea neregulată. Pentru cei 80% dintre persoanele care nu au acces în zonele rurale sau în micile state insulare în curs de dezvoltare, soluțiile de microenergie electrică din surse regenerabile sunt acum fezabile din punct de vedere financiar datorită fiabilității sporite, a scăderii rapide a costurilor tehnologiei și a politicilor de sprijin [15].

Enficiența energetică

Eficiența energetică este raportul dintre energia consumată și cea produsă în termeni de performanță, funcționare, produse sau energie. Aceasta înseamnă realiz area ace luiași efort cu mai puțină energie. Eficiența energetică se exprimă în mod obișnuit prin cantitatea de energie produsă pentru o anumită cantitate de energie consumată și se exprimă sub formă de procent între 0% și 100%. De la producția de energie la consumul de energie, există multiple locuri de-a lungul lanțului în care eficiența energetică poate fi crescută [17].

Eficiența energetică are mai multe avantaje, inclusiv emisii mai mici de gaze cu efect de seră, o cerere mai mică de importuri de energie și cheltuieli mai mici pentru gospodării și economie. Fiecare domeniu al economiei are un potențial semnificativ de îmbunătățire a eficienței, fie că este vorba de locuințe , transporturi, industrie sau generare de energie. Inițiativele de eficiență energetică pot duce la crearea de noi locuri de muncă în sectorul energetic și în industrie [6, 17].

Eficiența energetică primară globală a crescut cu 1,9% pe an, de la 5,6 megajouli pe dolar în 2010 la 4,7 în 2019. Pentru a atinge obiectivul de eficiență energetică, rata anuală de creștere trebuie să fie în medie de 3,2% pe an până în 2030 [2].

Bibliografie

1. WEC, World Energy Resources, World Energy Council. 2016.

2. UN. The Sustainable Development Goals Report 2022, United Nations. 2022 13/10/2022]; Available from: https://unstats.un.org/sdgs/.

3. IPCC, Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation, ed. R.P.-M. Ottmar Edenhofer, Youba Sokona, Kristin Seyboth, Patrick Matschoss, Susanne Kadner, Timm Zwickel, Patrick Eickemeier, Gerrit Hansen, Steffen Schloemer, Christoph von Stechow. 2011: Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.

4. Ackerman, C., et al., Primary Energy Infobook, The National Energy Education Development (NEED) Project in 2019.

5. Zohuri, B. and P. McDaniel, Chapter 9 - Energy insight: an energy essential guide, in Introduction to Energy Essentials, B. Zohuri and P. McDaniel, Editors. 2021, Academic Press. p. 321-370.

6. IEA, Energy Technology Perspectives 2020, International Energy Agency. 2020.

7. Iliev, I., et al., Energy Efficiency and Energy Management Handbook. Bulgaria Energy Efficiency for Competitive Industry Financing Facility (BEECIFF): Project Preparation, Capacity Building and Implementation Support, ed. I.K. Iliev. 2012.

8. Rahman, M., J.-H. Kim, and S. Hossain, Recent Advances of Energy Storage Technologies for Grid: A Comprehensive Review. Energy Storage, 2022.

9. REN21, Renewables 2021 Global Status Report, Paris: REN21 Secretariat. 2021.

10. Turkenburg, W., et al., Renewable Energy (Chapter 11), in Global Energy Assessment, J.ü.r. Schmid, Editor. 2012, Cambridge University Press.

11. Panwar, N.L., S.C. Kaushik, and S. Kothari, Role of renewable energy sources in environmental protection: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2011. 15(3): p. 1513-1524.

12. IEA, Key World Energy Statistics, International Energy Agency, Editor. 2021, Energy Information Administration: Paris.

13. IRENA, Hydropower, in Renewable Energy Technologies: Cost Analysis Series. 2022, International Renewable Energy Agency: Germany.

14. Hollaway, L.C., 19 - Sustainable energy production: key material requirements, in Advanced Fibre-Reinforced Polymer (FRP) Composites for Structural Applications, J. Bai, Editor. 2013, Woodhead Publishing. p. 705-736.

15. IRENA. Renewable Energy Benefits, International Renewable Energy Agency. 2022 12/10/2022]; Available from: https://www.irena.org/benefits.

16. BP, BP Statistical Review of World Energy. 2020, British Petroleum: London. p. 1-44.

17. Erbach, G., Briefing 2015, Understanding Energy Efficiency, EPRS | European Parliamentary Research Service. 2015.