Uppsats om energikällor

Uppgift om energikällor av Ebba Fransson, SM10

INNEHÅLL

Uppgift A:

Kärnkraft

Fossila bränslen

Vattenkraft

Biobränslen

Uppgift B:

Solceller

Uppgift C:

Eget ställningstagande

A:

Kärnkraft

Kärnkraft, eller atomkraft som det ibland kallas, syftar på utvinning av energi ur atomkärnor, antingen genom att sönderdela tunga atomkärnor (i första hand uran) eller genom att slå ihop lätta atomkärnor (väte).

När man tillverkar el i ett kärnkraftverk gör man i grund och botten precis som i ett kraftverk som eldas med kol, olja eller biobränslen. Vatten hettas upp och skapar ånga, som i sin tur driver en turbin. På turbinaxeln sitter en generator som omvandlar rörelseenergin till elektricitet. Uranbränslet är väldigt rikt på energi. Genom att klyva uranatomer i reaktorn frigörs värme som används för att värma upp vatten. Tekniken för att ta tillvara energin för elproduktion skiljer sig åt mellan kokvattenreaktorer och tryckvattenreaktorer.

I Sverige är kärnkraft mycket vanligt. Kärnkraften står idag för knappt 40 % av svensk elektritetsproduktion, enligt IAEA. Det finns tio reaktorer, vilket gör Sverige till världens mest kärnkraftstäta land. Kärnkraft är vanligast i industriländer, särskilt i Nordamerika, Europa och Japan. Totalt finns det idag 439 kärnkraftverk runtom i världen.

Kärnkraftsfrågan är idag utbredd och har både för- och motståndare. Motståndarna menar att kärnkraft är riskfyllt, både ekonomiskt, säkerhetsmässigt och ur miljösynpunkt. Förespråkarna anser att kärnkraft är en elproduktion med mindre koldioxid, vilket är en fördel. Ur miljösynpunkt är hantering av radioaktivt avfall ett stort problem. Ett annat problem har med uranbrytningen att göra. Stängda gruvor övervakas inte längre med säkerhet.

Förespråkare av kärnkraft menar att det finns utvecklingsmöjligheter för kärnkraft, och att man kan ändra på säkerhetsbristen och miljöfaran. Detta genom att bland annat använda lättvattenreaktorer och utnyttja energiråvarorna resurssnålt i bridreaktorer.

Fossila bränslen

Fossila bränslen är olika energikällor i form av kolväten, som kommer från äldre geologiska perioder, och som kan finnas på eller under marken i lito- och pedosfären. De fossila bränslena inkluderar oftast naturgas, petroleum och kol.

Kol och naturgas används idag i första hand för värme- och elproduktion. Den främsta metoden för elproduktion är kolkraft, medan transporter är helt beroende av drivmedel baserade på petroleum. Den petrokemiska industrin tillverkar också exempelvis polymerer för tillverkning av plast, med petroleum som råvara. Kol används även vid framställning av stål, som reduktionsmedel i masugnar.

Fossila bränslen är idag den överlägset största primärenergikällan på jorden, och den utgör ca 80 % av hela världens energianvändning. I Sverige är användningen dock låg, och man har i den svenska energipolitiken haft som mål att minska beroendet av fossila bränslen.

En nackdel med fossila bränslen är att det stora användandet har lett till miljöproblem, varav det värsta är den globala uppvärmningen. Vid förbränning av kol, som är en stor mängd i de fossila bränslena, ökar atmosfärens halt av koldioxid. Detta bidrar till växthuseffekten. En annan stor fördel är att fossila bränslen inte är förnybar och kommer att ta slut. Men det finns också fördelar. Att använda fossila bränslen är både billigt och effektivt, och det är lätt att hantera och transportera. Dessutom behöver faktiskt de flesta fordon fossila bränslen för att fungera.

Eftersom miljöfarorna med fossila bränslen är så pass stora vill de flesta se till att minska användningen så mycket som möjligt. Det finns med andra ord inga större utvecklingsmöjligheter.

Vattenkraft

Vattenkraft är energi som framställs ur strömmande vatten. Strömmarna kan finnas i vattendrag, eller skapas genom temperaturskillnader i världshaven eller som tidvattenströmmar. Även konstgjorda vattendrag kan användas.

Det man oftast menar med vattenkraft, är utvinningen av lägesenergin som vattnet har fått i sitt naturliga kretslopp, genom avdunstning driven av sol följt av nederbörd på markområden som ligger högre upp. Vatten från regn eller smält snö samlas upp i sjöar och floder. När vattnet från en damm rinner ner till turbinen, utvinns kraften som definieras av nivåskillnaden i meter, mellan vattenytan i dammen och på nedsidan av kraftverket, och även vattenflödet i kubikmeter per sekund. Energin omvandlas i en vattenturbin till mekanisk energi, som driver generatorer som alstrar elektrisk energi.

Idag står vattenkraften för ungefär hälften av Sveriges elproduktion. Bland EU-länderna utger den totalt 11 % av den totala produktionen. Fram till 1980-talet pågick det en stor vattenkraftutbyggnad i Nordamerika och Europa, och idag byggs vattenkraftproduktionen ut rejält i Latinamerika och Asien.

Fördelarna med vattenkraft är att vi har gott om älvar i vårt land, som är lämpade för elproduktion. Vattenkraftverk är utsläppsfria och smutsar inte ner miljön. De är dessutom mycket effektiva, verkningsgraden är nästan 100 %. Vattenkraftverken ingår i kretsloppet och bidrar inte till växthuseffekten. Nackdelarna med vattenkraft är att vissa älvsträckor blir torrlagda, medan stora områden blir översvämmade med vatten i vattenmagasinen. Vattenmagasinen är till för att utjämna vattenflödena mellan vårfloden och vinterperioden, då tillflödena är små. Riksdagen har bestämt att vissa älvar inte får regleras.

Vattenkraft är ur miljösynpunkt är bra och det finns flera utvecklingsmöjligheter. Eftersom samhället ofta vill främja miljövänliga energikällor anses vattenkraft vara ett bra val som man kan använda i framtiden.

Biobränslen

Biobränslen är förnybara bränslen som är producerade av levande organismer (biomassa). Normalt innebär biobränsle att det inte orsakar något nettotillskott av koldioxid till atmosfären, eftersom den mängd koldioxid som bildas vid förbränning är en del av kolcykeln.

Biobränslen används för el- och värmeproduktion men även som biodrivmedel. Ved, svartlut och avfall är exempel på vanliga källor för biobränslen. Torv brukar räknas som ett halvfossilt bränsle, eftersom torvmossarna oftast har större tillväxt än mängden torv som utvinns, men ofta anses vara ett naturligt sätt för naturen att lagra koldioxid. Biobränslen har tidigare alltid använts i en hyfsat oförädlad form, bland annat som brännved, men för att minska volymen vid transporter och för att få en mer användarvänlig vara, brukar den nu för tiden ofta göras om till fasta, flytande eller gasformiga bränslen. Exempel på detta är biogas, etanol och biodiesel.

Sveriges användande av biobränslen har ökat kraftigt de senaste åren. Denna ökning har omfattat både uppvärmning, industri, elproduktion och transporter. Av EU-länderna är Tyskland det land som använder mest flytande biobränslen. Sverige ligger på sjätte plats. Vad gäller utomeuropeiska länder står USA och Brasilien för den största produktionsökningen av biodiesel och bioetanol.

Det finns många argument för biobränslen, mycket på grund av att det är ett bra miljöval som sägs vara framtidens energi. Det största argumentet är att det inte tillförs någon extra koldioxid ut i luften som det gör när man förbränner de fossila bränslena. Biobränslen har inte hunnit lagra koldioxid på samma sätt som de fossila bränslena har. Vid förbränning av biomassa tas nästan all koldioxid upp av andra växande växter. Den naturliga balansen står sig bättre än vid eldning av icke förnyelsebara energislag. Nackdelar med biobränslen kan till exempel vara att skogar i världen skövlas för att ge plats åt energigrödor, eller för att få fram palmolja. Ett annat argument är att spannmålspriserna ökar därför att åkermark används till andra grödor än mat och spannmål eldas istället för att ätas. Detta kan leda till en ökad världssvält. Dessutom sker transporterna av biomassa eller biobränsle med fossila bränslen.

Eftersom biobränslen är väldigt modernt och fördelarna i stort sett överväger nackdelarna finns det väldigt många utvecklingsmöjligheter. Många länder vill satsa på detta, och kanske kommer det att bli den energikällan vi huvudsakligen kommer att använda i framtiden - precis som det har förutspåtts.

B:

Solceller

En solcell, eller en fotovoltaisk cell som det ibland kallas, är en anordning bestående av halvledare (ofta kisel) som fungerar som dioder. När dioderna belyses uppstår en elektrisk ström i diodens backriktning. Varje enskild cell ger upphov till en ganska låg spänning, vilket gör att solcellerna seriekopplas i solpaneler. Man kan också parallellkoppla solcellerna om man vill öka strömstyrkan.

En solcell är en slags fotodiod. Solcellen består av två skikt som kallas P-skikt och N-skikt. Det vanligaste ämnet i solcellen är kisel, som har fyra valenselektroner. N-skiktet är sedan dopat med ett ämne som har fem valenselektroner, exempelvis fosfor, och p-skiktet är dopat med ett ämne med tre valenselektroner, exempelvis bor. Det fattas alltså elektroner i p-skiktet, medan det blir extra elektroner i n-skiktet. Elektronkoncentrationerna är med andra ord olika på ömse sidor om kontaktskiktet. Diffusion leder då till att elektroner i n-skiktet vandrar över till p-skiktet. Det n-dopade skiktet blir positivt laddat, och det p-dopade skiktet bli negativt laddat, med ett starkt elektriskt fält däremellan. I mörker finns inga fria elektroner. Solceller tappar i verkningsgrad när temperaturen stiger. Det har visat sig att det är förhållandevis enkelt att använda passiv kylning och därmed minska förlusterna när temperaturen stiger.

Våren 2009 fanns det ca 7 MW el-producerande solceller i Sverige. Intresset för solceller har varit stort. Energimyndigheten har tidigare velat införa statligt stöd för solceller, men menar numera att det inte behövs. Elcertifikatsystemet ska räcka för att stödja förnyelsebar energi. Världens sammanlagda solenergi (solceller och soltermik) står för 0,4 % av den totala energiförsörjningen. I Tyskland installerar man flest solceller.

Fördelar med solceller är att elen produceras på ett rent sätt, utan buller och utan utsläpp. Det är också en miljövänlig faktor, och bland allmänheten är intresset för solcellstekniken stort. Dessutom är energikällan gratis. Nackdelar med solceller är att det fortfarande är mycket dyrt i förhållande till andra kraftslag även om den i vissa tillämpningar, där nätanslutning är svår eller kostsam att anlägga, kan vara den billigaste lösningen. Det sker en begränsning när det gäller placeringen av solceller, eftersom den måste ske där inga skuggor från träd eller byggnader uppstår. Skuggor över en enstaka solcell påverkar cellerna runtomkring, vilket gör att effektsgraden sjunker betydligt.

Utvecklingen av solceller är på kraftig uppgång i världen. Numera är priset högt, men när man får ner tillverkningskostnaderna och försäljningspriserna kommer använda...