Cuvântul energie (din limba greacă veche, ενέργεια (energhia) - activitate, "εν" având semnificaţia "în" şi "έργον" având semnificaţia "lucru") desemnează o folosire uzuală şi una ştiinţifică.

În sensul uzual de folosire, cuvântul energie este un substantiv feminin, având singular şi plural (o energie, două energii). Semnificaţia cuvântului poate fi: forţă, vigoare, putere, tărie, capacitate de a acţiona; sau fermitate, decizie, hotărâre în acţiunile întreprinse.

În sensul folosit în fizică, sau, mai general, în ştiinţă, tehnică şi tehnologie, cuvântul este un substantiv feminin defectiv de plural - energie, la singular, fără articolul nehotărât o, respectiv, pentru plural, se foloseşte expresia forme de transfer energetic şi nu forme de energie, cum este adeseori folosit, în mod evident incorect.

La nivelul actual de cunoştinţe şi dezvoltare tehnologică, se consideră că universul care ne înconjoară există sub două forme: de substanţă (materie) şi câmp de forţe. Materia este caracterizată prin două mărimi fundamentale: masa şi energia. Masa este măsura inerţiei şi a gravitaţiei, iar energia este măsura scalară a mişcării materiei. Cuvântul energie are o răspândire foarte largă, dar, cu toate acestea, conţinutul concret al noţiunii nu este la fel de răspândit sau riguros analizat, datorită îndeosebi unor particularităţi mai subtile, caracteristice anumitor forme de transfer energetic. Cea mai generală definiţie, prezintă energia ca măsură a mişcării materiei. Această formulare, deşi corectă, prezintă inconvenientul unei exprimări mai puţin explicite, având în vedere diversitatea mare a formelor de mişcare a materiei.

Energia este o funcţie de stare şi nimic altceva: energia este o mărime de stare a unui sistem fizic. Energia defineşte calitatea schimbărilor şi proceselor care au loc în univers, începând cu deplasarea în spaţiu şi terminând cu gândirea. Unitatea şi legătura formelor

1

Forme de energie in sistemele biologice

de mişcare a materiei, capacitatea lor inepuizabilă de transformare reciprocă, a permis măsurarea diferitelor forme ale materiei printr-o măsură comună: ENERGIA.

Energia este unul dintre cele mai importante concepte fizice descoperite de om. Înţelegerea corectă a noţiunii de energie constituie a condiţie necesară pentru analiza sistemelor energetice şi a proceselor energetice. Din punct de vedere ştiinţific, energia[1] este o mărime care indică capacitatea unui sistem fizic de a efectua lucru mecanic când trece printr-o transformare din starea sa într-o altă stare aleasă ca stare de referinţă. Când un sistem fizic trece printr-o transformare, din starea sa în starea de referinţă, rămân în natură schimbări cu privire la poziţia sa relativă şi la proprietăţile sistemelor fizice din exteriorul lui, adică:schimbarea poziţiei, vitezei, schimbarea stării termice, schimbarea stării electrice, magnetice, atât ale lui cât şi ale sistemelor din exteriorul său. Efectele asupra sistemelor externe se numesc acţiunile externe ale sistemului în cursul transformării. Dacă acţiunile sunt exclusiv sub forma efectuării de lucru mecanic, acesta se numeşte echivalentul în lucru mecanic al acţiunilor externe. Suma echivalenţilor în lucru mecanic al tuturor acţiunilor externe care se produc când un sistem fizic trece, prin transformare, dintr-o stare dată într-o stare de referinţă se numeşte energia totală a sistemului fizic în starea dată faţă de cea de referinţă şi reflectă capacitatea sistemului de a produce lucru mecanic. Conform legii conservării energiei, diferenţa de energie a unui sistem fizic la o transformare între două stări este independentă de calea de transformare dintre cele două stări, ea depinzând numai de cele două stări. Alegând arbitrar valoarea energiei de referinţă, energia din orice altă stare are o valoare bine determinată. Ca urmare, energia este o funcţie de starea sistemului fizic pe care o caracterizează, adică este o funcţie de potenţial. În funcţie de starea de referinţă, energia poate fi pozitivă, negativă sau nulă. Se numeşte formă de energie fiecare termen aditiv din cea mai generală expresie a energiei totale a sistemelor fizice, care depinde exclusiv de o anumită clasă de mărimi de stare (de exemplu: mărimi mecanice, electrice, magnetice etc.). Lucrul mecanic nu este o formă de energie deoarece nu caracterizează sistemele fizice, ci transformările lor, respectiv interacţiunea dintre sistemele fizice în cursul transformării lor. Căldura schimbată de un corp cu exteriorul de asemenea nu este o formă de energie. Căldura nefiind o energie, nu se poate defini o căldură conţinută de un corp, ci doar una schimbată cu exteriorul. Conform relaţiei dintre masă şi energie, oricărei forme de energie a unui sistem fizic îi

corespunde o masă inertă a sistemului, conform relaţiei lui Einstein: , unde m este masa sistemului, iar c este viteza luminii în vid. De subliniat că masa nu este o energie, ci o mărime asociată acesteia.

Partea din energia totală a unui sistem fizic în a cărei expresie intervin dintre mărimile din cinematică doar cele care caracterizează configuraţia geometrică a corpurilor din sistem se numeşte energie potenţială. Energia potenţială depinde numai de poziţia relativă a corpurilor din sistem şi faţă de sistemele din exterior. Energia potenţială poate fi sub diferite forme: de deformare, elastică, gravitaţională, electrică etc.

2

Partea din energia totală a unui sistem fizic care depinde exclusiv de mărimile de stare interne se numeşte energie internă. În fizica clasică se presupune că energia internă a sistemelor fizice este susceptibilă de variaţie continuă.

Unităţi de măsură

Energia se măsoară în SI în Jouli J. Conversii în alte sisteme de unităţi:

MKfS: 1 J = 1 kg m2 s-2 CGS: 1 J = 107 erg

Diferite folosiri ale termenului „energie”

.În funcţie de diferite criterii, se vorbeşte despre diverse tipuri de energie.

Din punct de vedere al sistemul fizic căruia îi aparţine, există (exemple):energie hidraulică, care, la rândul ei, poate proveni din energia potenţială a căderilor de apă şi mareelor, sau din energia cinetică a valurilor; energie nucleară, care provine din energia nucleelor şi din care o parte poate fi eliberată prin fisiunea sau fuziunea lor; energie de zăcământ, care este energia internă a gazelor sub presiune acumulate deasupra zăcămintelor de ţiţei; energie chimică, care este dat de potenţialul electric al legăturii dintre atomii moleculelor, energie de deformaţie elastică, care este energia potenţială datorită atracţiei dintre atomi; energie gravitaţională, care este energia potenţială în câmp gravitaţional. După sursa de provenienţă, poate fi: energie stelară, solară, a combustibililor fosili, hidraulică, eoliană, geotermală, nucleară. După faptul că urmează sau nu un ciclu se clasifică în:energie neregenerabilă, care este energia obţinută resurse epuizabile, cum sunt considerate combustibilii fosili şi cei nucleari; energie regenerabilă, prin care se înţelege energia obţinută de la soare, energie considerată inepuizabilă, sub formă de energie electrică (conversie directă), termică (încălzire directă), hidraulică, eoliană, sau cea provenită din biomasă. După modul de manifestare a energiei se vorbeşte despre energie mecanică, energie electrică, energie luminoasă.

După purtătorul de energie se vorbeşte de energie termică.

Istoria consumului de energie

Unica sursa de energie care a alimentat civilizatia noastra pana in acest secol a fost energia solara , inmagazinata sub forma de energie chimica , prin procesul de fotosinteza , in surse regenerative (lemnul, apele , vintul) sau in combustibili fosili (carbune , petrol , gaze) a caror constanta de formare este de ordinul milioanelor de ani.Am putea spune , farasa gresim prea mult , ca , sub aspect energetic am fost “sclavii

3

Soarelui” si nu este de mirare ca popoarele din antichitate au facut din Soare unul dintre principalii zei ai religiilor primitive . Una dintre problemele principale, de a carei solutionare depinde dezvoltarea civilizatiei noastre , problema care a revenit pe I plan al preocuparilor din ultimii ani , este asigurarea cu energia necesara dezvoltarii activitatilor de baza care conditioneaza evolutia progresiva a nivelului de trai al populatiei globului terestru. Cntitatea de energie consumata de omenire a crescut , din epoca primitiva pana acum , de 2,5 milioane de ori .Este evident ca o astfel de crestere , nu poate fi nu poate sa nu conduca la o problema a energiei necesare pentru dezvoltarea viitoare a omeniri .

Energie regenerabilă

Energia regenerabilă se referă la forme de energie produse prin transferul energetic al energiei rezultate din procese naturale regenerabile. Astfel, energia luminii solare, a vânturilor, a apelor curgătoare, a proceselor biologice şi a căldurii geotermale pot fi captate de către oameni utilizând diferite procedee. Sursele de energie ne-reînnoibile includ energia nucleară precum şi energia generată prin arderea combustibililor fosili, aşa cum ar fi ţiţeiul, cărbunele şi gazele naturale. Aceste resurse sunt, în chip evident, limitate la existenţa zăcămintelor respective şi sunt considerate în general (a se vedea teoria academicianului român Ludovic Mrazec de formare anorganică a ţiţeiului şi a gazelor naturale) ne-regenerabile. Dintre sursele regenerabile de energie fac parte:energia eoliană;energia solară ;energia apei :energia hidraulică ,energia mareelor ;energia geotermică ;energie derivata din biomasa: biodiesel, bioetanol, biogaz

Energia eoliană este o sursă de energie regenerabilă generată din puterea vântului. La sfârşitul anului 2006, capacitatea mondială a generatoarelor eoliene era de 73904 MW, acestea producând ceva mai mult de 1% din necesarul mondial de energie electrică.

Deşi încă o sursă relativ minoră de energie electrică pentru majoritatea ţărilor, producţia energiei eoliene a crescut practic de cinci ori între 1999 şi 2006, ajungându-se ca, în unele ţări, ponderea energiei eoliene în consumul total de energie să fie semnificativ: Danemarca (23%), Spania (8%), Germania (6%).

Turbine de vânt

4

Vânturile se formează deorece soarele nu încălzeşte Pământul uniform, fapt care creează mişcări de aer. Energia cinetică din vânt poate fi folosită pentru a roti nişte turbine, care sunt capabile de a genera electricitate. Unele turbine pot produce 5 MW, deşi aceasta necesită o viteză a vântului de aproximativ 5,5 m/s, sau 20 de kilometri pe oră. Puţine zone pe pământ au aceste viteze ale vântului, dar vânturi mai puternice se pot găsi la altitudini mai mari şi în zone oceanice.

Energia eoliană este folosită extensiv în ziua de astăzi, şi turbine noi de vânt se construiesc în toată lumea, energia eoliană fiind sursa de energie cu cea mai rapidă creştere în ultimii ani. Majoritatea turbinelor produc energie peste 25% din timp, acest procent crescând iarna, când vânturile sunt mai puternice.

Se crede că potenţialul tehnic mondial al energiei eoliene poate să asigure de cinci ori mai multă energie decât este consumată acum. Acest nivel de exploatare ar necesita 12,7% din suprafaţă Pământul (excluzând oceanele) să fie acoperite de parcuri de turbine, presupunând că terenul ar fi acoperit cu 6 turbine mari de vânt pe kilometru pătrat. Aceste cifre nu iau în considerare îmbunătăţirea randamentului turbinelor şi a soluţiilor tehnice utilizate.

În contextul actual, caracterizat de creşterea alarmantă a poluării cauzate de producerea energiei din arderea combustibililor fosili, devine din ce în ce mai importantă reducerea dependenţei de aceşti combustibili. Energia eoliană s-a dovedit deja a fi o soluţie foarte bună la problema energetică globală. Utilizarea resurselor regenerabile se adresează nu numai producerii de energie, dar prin modul particular de generare reformulează şi modelul de dezvoltare, prin descentralizarea surselor. Energia eoliană în special este printre formele de energie regenerabilă care se pretează aplicaţiilor la scară redusă. Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substanţe poluante şi gaze cu efect de seră, datorită faptului că nu se ard combustibili. Nu se produc deşeuri. Producerea de energie eoliană nu implică producerea nici unui fel de deşeuri.

Costuri reduse pe unitate de energie produsă. Costul energiei electrice produse în centralele eoliene moderne a scăzut substanţial în ultimii ani, ajungând în S.U.A. să fie chiar mai mici decât în cazul energiei generate din combustibili, chiar dacă nu se iau în considerare externalităţile negative inerente utilizării combustibililor clasici.[1][2][3] În 2004, preţul energiei eoliene ajunsese deja la o cincime faţă de cel din anii 80, iar previziunile sunt de continuare a scăderii acestora, deoarece se pun în funcţiuni tot mai multe unităţi eoliene cu putere instalată de mai mulţi megawaţi. [4] Costuri reduse de scoatere din funcţiune. Spre deosebire de centralele nucleare, de exemplu, unde costurile de scoatere din funcţiune pot fi de câteva ori mai mari decât costurile centralei, în cazul generatoarelor eoliene, costurile de scoatere din funcţiune, la capătul perioadei normale de funcţionare, sunt minime, acestea putând fi integral reciclate.

Dezavantaje

5

Fermă de energie eoliană în Tarifa, Spania

Principalele dezavantaje sunt resursa energetică relativ limitată, inconstanţa datorită variaţiei vitezei vântului şi numărului redus de amplasamente posibile. Puţine locuri pe Pământ oferă posibilitatea producerii a suficientă electricitate folosind energia vântului. La început, un important dezavantaj al producţiei de energie eoliană a fost preţul destul de mare de producere a energiei şi fiabilitatea relativ redusă a turbinelor. În ultimii ani, însă, preţul de producţie pe unitate de energie electrică a scăzut drastic, ajungând, prin îmbunătăţirea parametrilor tehnici ai turbinelor, la cifre de ordinul 3-4 eurocenţi pe kilowatt oră. Un alt dezavantaj este şi "poluarea vizuală" - adică, au o apariţie neplăcută - şi de asemenea produc "poluare sonoră" (sunt prea gălăgioase). De asemenea, se afirmă că turbinele afectează mediul şi ecosistemele din împrejurimi, omorând păsări şi necesitând terenuri mari virane pentru instalarea lor. Argumente împotriva acestora sunt că turbinele moderne de vânt au o apariţie atractivă stilizată, că maşinile omoară mai multe păsări pe an decât turbinele şi că alte surse de energie, precum generarea de electricitate folosind cărbunele, sunt cu mult mai dăunătoare pentru mediu, deoarece creează poluare şi duc la efectul de seră.

Un alt dezavantaj este riscul mare de distrugere în cazul furtunilor, dacă viteza vântului depăşeşte limitele admise la proiectare. Oricât de mare ar fi limita admisă, întotdeauna există posibilitatea ca ea să fie depăşită.

Energia solară se referă la o sursă de energie reînnoibilă care este direct produsă prin lumina şi radiaţia solară. Aceasta poate fi folosită să:genereze electricitate prin celule solare (fotovoltaice) ;genereze electricitate prin centrale electrice termale ;genereze electricitate prin turnuri solare ;încălzească blocuri, direct ;încălzească blocuri, prin pompe de căldura ;încălzească blocuri, prin cuptoare solare .

Dezavantaje

Nu există niciun dezavantaj, deoarece instalaţiile solare aduc beneficii din toate punctele de vedere.Instalaţiile solare sunt de 2 tipuri: termice şi fotovoltaice. Instalaţiile termice ajută la economisirea gazului metan, în proporţie de circa 75% pe an. Instalaţiile fotovoltaice produc energie electrică gratis (cu lumina soarelui).

6

Panourile solare fotovoltaice produc energie electrică 4h/zi (calculul se face pe minim: orele de lumină iarna). Ziua, timp de 4 ore, ( iarna 1,5 ore) aceste panouri solare produc energie electrică şi în acelaşi timp înmagazinează energie în baterii, pentru a fi folosită dealungul nopţii, la casele izolate, fără legatură la reţeaua electrică natională.

Energia nucleara

Inceputul erei atomice 

Dupa cum am spus pana nu demult am fost “sclavii soarelui” ,dar I pas catre dezrobirea fost facut de fizicianul Becqerel pe 26 feb. 1898 cand acesta a lasat cateva placi fotografice ferite de lumina , in apropierea unui minereu de uraniu . developandu-le le descopera innegrite, ca si cand ar fi fost expuse la lumina De aici, el a tras concluzia ca minereul de uraniu emite radiatii necunoscute. De aceea fizicienii francezi Marie Curie si Pierre Curie si-au dedicat multi ani cercetarii radiatiilor radioactive . Impreuna, acesti 3 cercetatori au primit premiul Nobel pentru fizica in 1903. Identificarea si cercetarea acestor radiatii incepe sa-i pasioneze pe cercetatori .Asa ca la inceputul secolului nostru Ruthefort si elevii lui , Chadwick, Cockfroft si Walton au investigat proprietatile nucleelor cu ajutorul unor particule accelerate artificial la energii cinetice mai mari decat cele ale radiatiilor, emise de substante radioactive. 

Radioactivitatea

Obtinerea energiei nucleare este conditionata de prezenta radiatiilor radioactive. Radioactivitatea se prezinta ca un fenomen la care participa nucleele atomilor instabili , care se dezintegreaza emitand (1) sunt nuclee de heliu, putin penetrante. Eleparticule sau radiatii. Razele sunt electroni . Elepot fi oprite chiar si de o foaie de hartie . Razele (3) sunt energie pura . Ele potpot fi blocate de o foaie de aluminiu . Razele fi blocate de plumb . Putem directiona acest tip de radiatie si asupra altor atomi , asa cum am bombarda o tinta cu proiectile . Particulele radioactive sunt proiectate cu putere asupra nucleelor tinta . Ele “umfla” masa acestor nuclee sau le sparg in fragmente . Provocand aceste radiatii fizitienii au posibilitatea de a studia structura atomilor in instalatii numite acceleratoare. Atunci cand bombardam cu raze alfa anumiti atomi care nu sunt radioactivi. Acest fenomen se numeste radioactivitate artificiala.

 

7

Energia nucleara

Fuziunea sta la baza obtinerii energiei nucleare. Acest proces consta in absorbirea unui neutron de catre un nucleu atomic de dimensiuni mari cum este cel de uraniu, care va deveni astfel instabil. El se va sparge in mai multe fragmente, cu degajare mare de energie termica, ceea ce accelareza puternic fragmentele rezultate, care ating viteze foarte mari. Datorita vitezei lor mari, aceste fragmente, in urma fisiunii pot patrunde, la randul lor in alti atomi, unde provoaca alte fisiuni.

Intrebuintari ale energiei nucleareObtinerea energiei electrice in centralele termo-electriceIn 1990 existau 435 de centrale nucleare operationale acoperind1% din necesarul energetic mondial.Intr-un reactor nuclear se obtine caldura prin dezintegrarea atomilor radioactivi de uraniu-235. Aceasta este folosita pentru a produce abur care pune in miscare rotorul turbinelor, generand electricitate.U-235 este un izotop relativ rar al uraniului, reprezentand doar 7% din cantitatea totala de uraniu disponibil. Restul este izotopul U-238. Un izotop este o forma a unui element identica chimic cu alti izotopi, dar cu masa atomica diferita. La fel ca si combustibilii fosili, U-235 nu va dura o vesnicie. Exista un anumit tip de reactor, numit reactor de “crestere”, care transforma U-238 intr-un alt element radioactiv, plutoniu-239. Pu-239 poate fi utilizat pentru a genera caldura. Pana acum doar sase tari au construit astfel de centrale experimentale. Dintre acestea, reactorul nuclear Phenix are cel mai mare succes. Daca acest tip de reactoarear deveni uzuale, rezervele mondiale de uraniu ar ajunge mii de ani Pro si contra energiei nucleare Energia nucleara prezinta numeroase avantaje. Este economica: o tona de U-235 produce mai multaa energie decat 12 milioane de barili de petrol. Eate curata in timpul folosirii si nu polueaza atmosfera. Din pacate exista si cateva dezavantaje. Centralele nucleare sunt foarte scumpe. Produc deseuri radioactive care trebuie sa fie depozitate sute de ani inainte de a deveni inofensive. Un accident nuclear, ca cel produs in1986 la centrala nucleara de la Cernobal, in Ucraina, poate polua zone intinse si poate produce imbolnavirea sau chiar moartea a sute de persoane.Cercetarile se indreapa catre descoperirea de noi surse inepuizabile de energie. Unele dintre ele sunt deja utilizate.Energia eoliana (a vantului) afost folosita de sute de ani la propulsia corabiilor si la actionarea morilor de vant. Turbinele eoliene moderne au fost construite sa poata genera electricitate. Doar in california se gasesc 15000 de asemenea turbine. Oamenii de stiinta din SUA au calculat ca intreaga cantitate de energie ar putea fi generata de vant. Energia solara este data de caldura soarelui. Captatoarele solare sub forma unor panouri pot acoperi necesarul energetic al unei case. Celulele de combustie, realizate din siliciu, sunt utilizate pentru producerea energiei in spatiul cosmic. 

8

Bomba atomica In anul 1945, principiul fisiunii nucleare afost folosit si la un dispozitiv de o cu totul alta natura: bomba atomica. In acest caz, reactia de fisiune nu este incetinita; ea se amplifica si are loc cu degajare uriasa de energie. Potentialul acestei arme a fost constientizat atunci cand pe data de 6 august, a fost lansata asupra Hirosimei, producand 150000 de victime si mai tarziu, pe10 august asupra orasului Nagasaki, inregistrandu-se si acolo zeci de mii de morti.

Toate formele de energie se pot transforma unele în altele, prin procese adecvate. în procesul transformării, energia cinetică sau potenţială poate creşte sau să se micşoreze, dar suma celor două energii rămâne constantă.Toate formele de energie tind să se transforme în căldură, care este cea mai perisabilă dintre forme. In mecanisme, energia care nu este transformată în lucru mecanic util este disipată sub formă de căldură de frecare, iar pierderile din circuitele electrice sunt în principal sub formă de căldură (efectul caloric).Observaţiile empirice din secolul al 19-lea au condus la concluzia că deşi energia se poate transforma dintr-o formă în alta, ea nu poate fi creată sau distrusă. Acest concept, cunoscut sub numele de principiul conservării energiei, constituie unul din principiile de bază ale mecanicii clasice. Acest principiu, împreună cu cel al conservării materiei, este valabil doar pentru viteze mici în comparaţie cu viteza luminii. La viteze mari, comparabile cu viteza luminii, cum ar fi cele din reacţiile nucleare, energia şi materia se pot converti una în cealaltă. Astfel, în fizica modernă, cele două concepte materie şi energie sunt unificate. Relaţia a fost exprimată de Einstein : E=mc2.

Enumerarea principalelor filiere de conversie a energiei

Toată energia pe care o folosim este provenită direct sau indirect de la Soare, care, la rândul lui este un uriaş sistem de conversie a masei în energie, sistem care ilustrează

9

pregnant relaţia einsteiniană.

Pe de altă parte, omenirea se află în pragul unei crize energetice. De aceea este important să cunoaştem resursele de care dispunem şi modalităţile cele mai eficiente de utilizare a acestor resurse, pentru satisfacerea nevoilor fundamentale ale întregii omeniri. Principiul conservării energiei ne arată că nu putem crea energie, ci doar să o transformăm dintr-o formă în alta. Este aşadar important să vedem cum putem realiza acest lucru cu pierderi cât mai mici.

Înainte de a analiza principalele filiere de conversie a energiei, să trecem în revistă energia solară.

Energia solară este energia radiantă care se produce în Soare ca rezultat al reacţiilor nucleare de fuziune. Ea ajunge pe Pământ prin spaţiul cosmic în cuante de energie numite fotoni, care interacţionează cu atmosfera şi suprafaţa Pământului. Puterea radiaţiei care ajunge la limita superioară a atmosferei terestre este de 1,37x106 erg/sec/cm2 sau aproximativ 2 calorii pe minut pe cm2. Intensitatea nu este constantă: se pare că s-a modificat cu 0,2% în ultimii 30 de ani. Energia care ajunge la suprafaţa terestră este mai mică decât constanta solară din cauza absorbţiei şi difuziei pe care o suferă lumina când traversează atmosfera. Aproximativ 30% din energia solară care ajunge la limita superioară a atmosferei se consumă în ciclul hidrologic, care produce ploaia şi apele curgătoare.Prin procesul de fotosinteză, energia solară contribuie !a creşterea plantelor (biomasă), plante care pot fi folosite drept carburant, incluzând lemnul şi combustibilii fosili care provin din plantele care au existat în erele geologice. Se mai pot obţine carburanţi cum ar fi alcoolul şi metanul din biomasă.

Oceanele reprezintă de asemenea o formă naturală de colectare a energiei solare. Aşa apar curenţii oceanici şi diferenţele de temperatură în anumite locuri aceste variaţii verticale de temperatură ating 20°C pe câteva sute de metri.

O altă formă de colectare naturală a energiei solare o reprezintă atmosfera. Prin difuzia luminii solare la trecerea prin aerul ce înconjoară Pământul, atmosfera se încălzeşte. Pe de altă parte, lumina solară încălzeşte suprafaţa terestră, care radiază o parte din energia primită direct în spaţiul cosmic, iar o altă parte este absorbită de atmosferă, dând naştere la diferite fenomene meteorologice : ploaie, vânt, furtuni, uragane.

Aşadar, până acum apar două filiere principale de conversie a energiei primite de Terra de la Soare : filiera naturală şi filiera umană. în unele situaţii, filiera umană vine în continuarea filierei naturale, pentru a folosi energia în scopurile utile vieţii omeneşti.

Din punctul de vedere al momentului când energia solară a ajuns pe pământ, avem :

a. energia ajunsă în trecut, pe care o regăsim sub formă de carburanţi (cărbune, ţiţei, gaze naturale), energie termică (geotermică)b. energia care ajunge în prezent, pe care o regăsim sub forma energiei potenţiale a apelor

10

curgătoare, energiei cinetice a vânturilor, bioenergia conţinută în biomasă ce se formează în prezent şi energia luminii care ajunge pe suprafaţa terestră.

Din punctul de vedere al modului în care se efectuează transformarea energiei solare în energie utilă omului, avem două filiere :

a. filiera chimică, bazată pe reacţia de oxido-reducereb. filiera fizică, bazată pe transformare masei în energie

Până în 1800, principalul combustibil era lemnul, a cărui energie provine din energia solară acumulată de către plante în timpul vieţii lor. De la revoluţia industrială, oamenii au depins de combustibilii fosili - cărbune, petrol şi gazul natural - care sunt de asemenea forme înmagazinate ale energiei solare. Când este ars un combustibil fosil, cum ar fi cărbunele, atomii de hidrogen şi carbon din cărbune se combină cu atomii de oxigen din aer (reacţie de oxidare = ardere). Se eliberează apă şi dioxid de carbon, echivalent cu aproximativ 1,6 kilowaţi pe kilogram sau aproape 10 eV (electron-volţi) per atom de carbon. Această valoare a energiei este tipică reacţiilor chimice ce rezultă din schimbările structurii electronice a atomilor. O parte din energie este eliberată sub formă de căldură, păstrând combustibilul suficient de fierbinte pentru continuarea reacţiei.

O reacţie nucleară eliberează de 10 milioane de ori mai multă energie decât cea dintr-o reacţie chimică.

Este aşadar evident că în reacţiile nucleare se obţine mult mai multă energie decât în reacţiile chimice.

În anul 1981 a fost publicat raportul „ Energia într-o lume finită " (Energy in a finite world) al institutului pentru Ştiinţa Sistemelor Aplicate de la Viena, raport care a făcut o analiză detaliată a situaţiei energetice pe plan mondial. în esenţă, raportul arată că energia ce provine din combustibilii fosili este pe cale de a se epuiza în acest secol sau în cel următor. Rezervele de hidrocarburi (petrol, gaze naturale) se vor epuiza în cursul deceniilor următoare, iar cele de cărbune în aproximativ 200 de ani. Cum ar arăta lumea fără aceste surse de energie?

Răspunsul la această întrebare constituie partea luminoasă a raportului, parte ce arată că, prin colaborare, omenirea poate să depăşească teribila criză energetică ce se profilează la orizont, ba chiar, prin descoperirea unor noi modalităţi de transformare a energiei îşi va putea asigura un viitor durabil. Încă la nivelul anului 1980, când a fost redactat raportul existau tehnologiile necesare pentru a asigura necesarul de energie la nivel mondial, între timp, au fost descoperite noi rezerve de energie, s-au îmbunătăţit tehnologiile existente, dar, ceea ce este mai important, omenirea a devenit mai conştientă atât de criza ce o pândeşte cât şi de necesitatea colaborării internaţionale în toate privinţele, de la asigurarea accesului la sursele de energie şi hrană până la combaterea efectelor negative pe care activitatea umană le are asupra mediului înconjurător în care trăim.

Formele în care oamenii folosesc energia sunt în principal cea electrică, mecanică,

11

chimică şi calorică, fiecare cu avantajele şi dezavantajele ei, fiecare cu domeniul său de utilizare. De exemplu, se utilizează energia mecanică pentru transportul diferitelor obiecte sau mărfuri dintr-un punct în altul, energia calorică pentru transformări ale materiilor prime în alte forme mai utile sau pentru încălzirea spaţiilor de locuit şi de activitate. Energia electrică este practic indispensabilă în prezent în toate domeniile vieţii sociale, ea putând fi relativ uşor transportată prin conductori, dar este dificil de stocat. Energia chimică este mult mai uşor de stocat şi chiar de transportat, dar are o eficienţă mult mai redusă şi un impact major asupra mediului înconjurător. Filiera chimică

Această filieră are ca puncte de pornire1. energia solară acumulată în decursul timpului sub formă de hidrocarburi (petrol, gaze naturale, cărbune)2. energia solară care ajunge în prezent pe suprafaţa pământului.1. Se extrag din scoarţa terestră mineralele care conţin energia solară, şi asta se face cu un consum impresionant de energie. Mineralele sunt apoi transportate la locul unde sunt transformate : termocentrale electrice, rafinării petroliere, motoare de vehicule, instalaţii de încălzire. Şi transportul înseamnă, de asemenea, un consum de energie. Apoi, în aceste instalaţii se produce o nouă transformare energetică, în energia utilizată final. Este destul de dificil de estimat randamentul transformării energiei solare în biomasă, cel al proceselor de extragere şi transport al purtătorilor de energie de la locul unde se aflau până la locul de utilizare, ceea ce face imposibil determinarea randamentului global al întregului proces. Putem să ne ocupăm doar de randamentul ultimelor transformări.De exemplu, randamentul turbinelor cu abur de a transforma energia calorică ce se găseşte în aburul supraîncălzit în energie mecanică a crescut continuu, ajungând la peste 90% în prezent.2. Energia solară care ajunge pe Pământ este de aproximativ 178.000 TWan/an, care este de sute de mii de ori mai mare decât cea produsă în toate centralele energetice din lume. Ea este parţial absorbită de atmosferă, dar tot rămâne suficientă pentru acoperirea nevoilor energetice globale. Ceea ce rămâne este captat fie direct, prin intermediul celulelor fotovoltaice (celule solare) formate din siliciu. La început acestea erau din siliciu cristalin, scump şi cu randamente mici, de ordinul a 10-20 %, dar în prezent se folosesc celule solare cu randamente mai mari, de aproape 35%, din siliciu amorf, care este mult mai ieftin. De asemenea, celulele solare sunt folosite pe navele cosmice pentru generarea energiei electrice necesare funcţionării acestora.De asemenea se mai foloseşte energia solară direct, pentru încălzirea locuinţelor şi prepararea apei calde menajere, ajungându-se la aşa-numita „casă solară".Energia solară a fost folosită în mod intensiv încă din timpul evului mediu, utilizându-se energia vântului prin intermediul morilor de vânt. Forma lor modernă se numeşte generator eolian şi a început să ia o mare dezvoltare în ultima perioadă.

Filiera nuclearăAşa cum am mai precizat, filiera nucleară poate produce mult mai multă energie decât filiera chimică, însă producerea ei este însoţită de pericole mult mai mari în ceea ce priveşte poluarea mediului înconjurător şi sănătatea oamenilor. Deşi este privită cu mare speranţă de toţi cei care doresc un viitor omenirii, filiera trebuie abordată cu multă atenţie

12

şi responsabilitate. Din păcate, până în prezent energia nucleară de fuziune nu a putut fi controlată, singura utilizare cunoscută până în prezent fiind militară — bomba cu hidrogen. Din fericire există construite centrale atomice bazate pe energia de fisiune, centrale care au un caracter paşnic.în decembrie 1942, fizicianul de origine italiană Enrico Fermi, refugiat în acea vreme în Statele Unite, a realizat prima reacţie nucleară în lanţ la Universitatea din Chicago. Reactorul pe care l-a folosit consta din bucăţi de uraniu natural (în care izotopul fisionabil 235 U se găseşte în proporţie de 0,714%, restul fiind izotopul nefisionabil 238), distribuite într-o stivă de grafit pur, care juca rolul de moderator, pentru încetinirea neutronilor emişi, astfel ca ei să poată induce noi fisiuni. Primul mare reactor nuclear a fost construit în 1944, la Hanford, Washington, pentru producerea materialului necesar armelor nucleare. Combustibilul era tot uraniul natural, iar moderatorul tot grafitul. în acest reactor s-a produs plutoniul prin absorbţia unui neutron de către izotopul neradioactiv U238; energia care se producea nu era folosită.în ecuaţia de reacţie apar cele două caracteristici importante ale fisiunii nucleare din punct de vedere practic. Prima este aceea că energia ce se obţine prin fisiune este foarte mare. în unităţi uzuale, fisiunea unui kg de uraniu 235 eliberează 18,7 milioane de kilowaţi-oră sub formă de căldură. Cea de-a doua caracteristică este aceea că absorbţia unui neutron de către un nucleu de uraniu 235 eliberează, în medie, 2,5 neutroni din nucleul fisionat. Aceştia la rândul lor pot induce fisiunea altor doi atomi, care la rândul lor vor elibera patru neutroni ce vor duce la fisionarea a patru atomi şi aşa mai departe, rezultând o serie de fisiuni nucleare, adică o reacţie în lanţ, cu eliberare continuă de energie.

Reactoare nucleareExistă deja construite pentru producerea energiei electrice o varietate de tipuri de reactoare nucleare, ce se deosebesc între ele prin combustibilul, moderatorul şi agentul de răcire pe care îl utilizează. LWR — reactorul cu apă uşoară — utilizează drept combustibil nuclear uraniul natural îmbogăţit cu aproximativ. 3% uraniu 235, iar pentru moderarea (încetinirea) neutronilor şi pentru răcire este folosită apa obişnuită (H20) cu un înalt grad de puritate. PWR — reactorul cu apă sub presiune — este o variantă a reactorului LWR, doar că apa de răcire este introdusă la înaltă presiune (150 atmosfere) în inima reactorului, unde se încălzeşte la 325°C. Apa supraîncălzită cedează energia acumulată prin intermediul unor schimbătoare de căldură unui al doilea ciclu în care apa este transformată în abur ce antrenează nişte turbine care, la rândul lor antrenează nişte generatoare electrice. Apa răcită din acest al doilea ciclu se condensează apoi şi îşi reia traiectul. Circuitul secundar este izolat de apa din inima reactorului şi deci nu este radioactivă. Vasul de presiune al reactorului are cam 15 m înălţime, 5 m diametru şi pereţi groşi de 25 cm. Inima reactorului conţine aprox. 82 tone de oxid de uraniu. BWR — reactorul cu apă ce fierbe — care este un alt tip de reactor LWR, se permite ca apa de răcire să ajungă la fierbere în inima reactorului, dar la o presiune ceva mai mică. Aburul care se produce este trimis direct la turbinele generatoarelor electrice, este apoi condensat şi pompat din nou în inima reactorului. Lipsa unui schimbător de căldură face ca BWR să fie mai eficient decât PWR. CANDU — acronim de la CANadian Deuterium-Uranium Reactor— foloseşte

13

drept combustibil nuclear uraniul natural, nu îmbogăţit, iar ca moderator şi agent de răcire se foloseşte apa grea (dioxidul de deuteriu) D20. Reactoare de acest tip funcţionează de mai multă vreme în Canada, Franţa India, Argentina şi, mai recent în România la Cernavodă. Experienţa a demonstrat că aceste tipuri de reactoare sunt dintre cele mai sigure în exploatare. Reactoare regeneratoareSe mai numesc şi reactoare cu neutroni rapizi. Sunt denumite reactoare reproducătoare deoarece produc mai mult combustibil nuclear decât consumă. Nu este vorba de încălcarea principiilor termodinamicii! Deşi produc o mare cantitate de energie, reactoarele nucleare au o eficienţă scăzută a transformării, randamentul lor global este de doar 1 %!

Cel de al doilea Simpozion international cu tema "Resurse de energie regenerabila si dezvoltare durabila", în special în Delta Dunarii, a fost organizat de Asociatia de Mediu

Balcanica - BENA, presedinte Fokion Vosniakos, si Fundatia de Reconstructie Ecologica si Dezvoltare Durabila, presedinte Petre D. Lazar, sub auspiciile Ministerului Mediului si

Apelor, în zilele de 22 - 24 septembrie 2005, la Tulcea.Lucrarile s-au desfasurat într-o sesiune plenara si pe urmatoarele sectiuni: Energie solara,

Biomasa si energia geotermala, Energia vântului si valurilor, Dezvoltarea durabila. În încheiere a avut loc o masa rotunda.

Simpozionul a fost onorat de prezenta unui mare numar de oameni de stiinta si experti din regiunea balcanica, dar nu numai, au fost prezenti si oaspeti din SUA, Franta si

Elvetia. La deschiderea sesiunii au asistat si au prezentat cuvântul lor reprezentanti ai Guvernului României si ai autoritatilor locale din Tulcea/Regiunea Delta Dunarii, care au

relevat importanta si rolul energiei în dezvoltarea economica si durabila a regiunii. De asemenea, a fost evidentiata si protectia mediului natural si a biodiversitatii din Delta

Dunarii, în care un rol important îi revine BENA, ce a întrunit numerosi experti pentru a prezenta problemele majore ale acestui areal.

Au fost prezentate critic importanta dezvoltarii resurselor de energie regenerabila si aplicatiile lor pentru dezvoltarea economica si socciala în Balcani. De asemenea, au fost

discutate sursele de energie regenerabila si strategiile de dezvoltare durabila.Sesiunea plenara. Au fost prezentate comunicari ai caror autori sunt români, americani,

greci (presedintele BENA) si turci.Cercetatorii s-au referit la varietatea si importanta protectiei mediului înconjurator.

Comunicarile s-au referit la: transport, energie si protectia mediului în conceptul UE; universul energiei; dezvoltarea în România privind prezentarea promotionala a energiilor curate; o privire critica asupra protocolului de la Kyoto; dezvoltarea durabila si resursele de apa subterane; o noua paradigma despre dezvoltarea si conservarea dezvoltarii; solutii

privind calitatea apei în secolul XXI; importanta încercarii de relatii între popoare si mediul înconjurator în care traiesc. Acestea au fost completate cu aplicatii (exemple)

privind conceptul de dezvoltare durabila.S-a prezentat un eseu filozofic intitulat "Universul energiei", din care retinem câteva idei.

În acest an, întreaga populatie a lumii a fost alertata de cresterea nestavilita a pretului petrolului. Consumatorii de energie au alarmat factorii politici/guvernele tuturor tarilor,

pe economisti, sociologi si oameni de stiinta. Energia exista în întregul univers, din microcosmos (nucleul atomic) în macrocosmos. Omul nu creeaza energia, el transforma

14

energia existenta, solara, fara de care viata nu ar exista, fosila, eoliana, biomasa s.a. în energie mecanica, electrica, termica, sonora s.a.

Sectiunea 1 - Energia solara. România, Franta si Suedia au prezentat contributiile lor privind utilizarea energiei solare. Discutiile s-au focalizat în domeniile: aspecte privind

optimizarea captatoarelor solare; ambarcatiuni electrosolare pentru transportul pasagerilor; un program preliminar pentru integrarea sistemelor fotovoltaice; stimularea

optimizarii (eficientizarea) sistemelor fotovoltaice pentru utilizarea în gospodarii; rezultatele preliminarii ale unui sistem de clima conditionata (aer conditionat) la

Constanta; posibilitatile de captarea energiei într-o piramida moderna.Energia solara este considerata ca o importanta alternativa pentru dezvoltarea sigura a

industriei, agriculturii, transporturilor si a modului de viata în general.Sectiunea a 2-a - Biomasa si energia geotermala. În aceasta sectiune România si Bulgaria

au prezentat comunicari privind importanta biomasei si energiei geotermale.Discutiile s-au concentrat asupra urmatoarelor probleme: prezentul si viitorul utilizarii

biomasei în România; integrarea sistemului managerial privind resursele locale din zona Delta Dunarii; tratametul cu plasma al alimentelor minerale în alternativa unei noi metode de protectie si conservare a mediului; o solutie pentru România - utilizarea

rumegusului de lemn; utilizarea energiei termale; reabilitarea termala a caselor pentru dezvoltarea durabila; noi metode de obtinere a biogazului din industrie, agricultura,

resturi menajere.Valorificarea acestui gen de energie are la baza un important potential de biomasa si

energie termala, cu posibilitati vaste de utilizare prin transformarea acestora în energie electrica si calorica.

Bibliografie: Răduleţ, R. şi colab. Lexiconul Tehnic Român, Editura Tehnică, Bucureşti, 1957-

1966. Ion N. Chiuţă Ce este energia? http://ro.wikipedia.org/wiki/Energie

15