Zaštita okoliša – proizvodnja i korištenje toplinske energije, obnovljivi izvori toplinske energije

Svaki poremećaj količine određenih kemijskih ili bioloških tvari ili fizikalnih osobina od prirodnih vrijednosti, a koja se može određenim kemijskim, fizikalnim ili biološkim putem vratiti u prvobitno stanje naziva se onečišćenje, dok zagađenje predstavlja trajan oblik promjene sastava i osobina okoliša. Onečišćenja su rezultat prije svega ljudske aktivnosti. Oneščišćeni mogu biti zrak, voda i obradivo tlo.
Kroz povijest ljudska aktivnost nije značajno utjecala na okoliš sve do razvoja industrije. Prve promjene koje je čovjek izazavao su nastale uslijed fizičke aktivnosti, fizioloških potreba. No razvojem i stvaranjem društvenih zajednica počinje nagli utjecaj na životni okoliš. Tako u prvotnim gradovima i naseljima dolazi do biološkog i biokemijskog onečišćenja što je dovodilo do epidemija zaraznih bolesti. Razvojem industrije i upotrebom ugljena u proizvodnji energije u 18. stoljeću, dolazi do povećanja ispuštanja ugljičnih, sumpornih i dušičnih oksida. Novi val onečišćenja dolazi uporabom nafte i naftnih derivata. Razvojem kemije i primjenom kemijskih tvari u industriji, krajem 19. i kroz 20. stoljeće raste doprinos i drugih štetnih tvari u onečišćenju okoliša. Interes o zaštiti okoliša kroz povijest je bio malen i svodio se na sporadične slučajeve. Tokom industrijalizacije želja za profitom je bila iznad svijesti o potrebi očuvanja okoliša. Prvi koraci i ekološko osvješćivanje dolaze tek poslije 1945. godine i to nakon što se zapaža da se broj bolesnih od određenih bolesti znatno povećava u industrijskim središtima. U tome su prednjačile zapadne zemlje s velikim centrima onečišćenja kao što su Njemačka i Velika Britanija, te Švedska. No i dalje u suprotnosti zaštiti okoliša je želja za profitom što usporava napore u borbi za čisti i zdravi okoliš. Sjedinjene Američke Države i Narodna Republika Kina su najveći proizvođači onečišćenja u svijetu.

Kemijsko onečišćenje. Pod pojmom kemijskog onečišćenja podrazumijeva se ispuštanje u okoliš bilo namjerno ili nenamjerno kemijske tvari koja nije svojstvena okolišu, te svojim djelovanjem mijenja fizikalne, kemijske i biološke karakteristike okoliša. Kemijske tvari koje onečišćuju okoliš su najčešće proizvodi ljudske aktivnosti, rjeđe aktivnosti vulkana.

Biološko onečišćenje . Biološko onečišćenje je posljedica razvoja neke vrste organizama (ili mikroorganizama) na osnovi kemijskog ili biokemijskog onečišćenja. Organizmi (ili mikroorganizmi) se hrane kemijskom tvari (najčešće organskog ili biokemijskog podrijetla)te razmnožavanjem uzrokuju značajnu promjenu u okolišu te mogu utjecati na zdravlje biljaka, životinja i ljudi.

Radioaktivno onečišćenje. Radioaktivna onečišćenja su posljedica korištenja radioaktivnih tvari, koje uslijed ljudske pogreške dolaze u okoliš. Najčešće su takve pogreške u proizvodnji električne energije. No postoji i namjerno ispuštanje radioaktivnih tvari kao što su razna nuklaerna oružja. Nakon kontaminacije tla radioaktivnim tvarima tlo je dugo godina nemoguće koristiti u prvotne svrhe.

Otpad. Otpad je skup tvari kemijskog, biološkog ili nuklaernog porijekla. Otpad nastaje isključivo ljudskom djelatnošću. Nepodesan je za dalju upotrebu na klasičan način i zahtjeva nove načine obrade i prerade. Dijelimo ga na plinoviti, tekući i kruti otpad. Otpad može biti inertan, neopasan i opasan otpad.

Zbrinjavanje otpada. Preduvjet za odabir načina zbrinjavanja otpada je kemijska analiza istog. Kemijsku analizu obavljaju laboratoriji specijalizirani za tu vrstu analiza. Laboratorij koji se specijalizirao za takve analize mora biti akreditiran kod akreditacijske agencije. Takvi laboratoriji provode međulaboratorijska ispitivanja za utvrđivanje točnosti i preciznosti. Sam čin akreditacije zahtjeva preciznost, točnost, isključivanje povlađivanja i poštenje u radu.
Fizikalno kemijska obrada otpada. Fizikalno-kemijska obrada podrazumijeva upotrebu fizikalnih i kemijskih metoda u obradi otpda, radi toga da otpad postane bezopasan ili da se može iskoristiti u ine svrhe. Za primjer fizikalno-kemijske obrade otpada je obrada otpadnih voda, gdje se postupku obrade otpadnih voda koristi mehaničko pročišćavanje. Fizikalno-kemijske metode obrade otpada. a ovisno o vrsti otpada su, taloženje, filtracija, kristalizacija, kemijske taložne reakcije, reakcije neutralizacije, uparavanje, zgušnjavanje… Najčešće vrste otpada koje se podvrgavaju fizikalno-kemijskoj obradi su industrijskog podrijetla. Takav otpad se može ponovno pretvoriti u odgovarajuću sirovinu i tim načinom spriječiti odlaganje u prirodi.
Biološka obrada otpada. Biloška obrada otpada podrazumijeva uporabu mikroorganizama. Mikroorganizmi razlažu određenu kemijsku tvar organskog porijekla. Tako postoje specifični mikroorganizmi koji su u stanju razložiti i naftu. Za određene grupe organskokemijskih tvari postoji odgovarajuća grupa mikroorganizama koji ih mogu razložiti. Primjer biološke obrade otpada je kompostiranje, gdje se otpad, biljnog organskog podrijetla u posebnim spremnicima za odležavanje uz pomoć mikroorganizama razlaže i pretvara u zemlju koja se dalje može koristiti u poljoprivredi. Preduvjet za bilošku obradu je odsustvo teških metala i kemijskih tvari koje uništavaju mikroorganizme. Odnosno, postojanje dovoljne količine organskokemijske tvari s kojima se mikroorganizmi hrane te odgovarajuća temperatura obrade.
Termička obrada otpada. Termička obrada podrazumijeva tretman otpada toplinom. Na taj način otpad se može sterilizirati ili spaliti. Kod sterilizacije dolazi do uništavanja mikroorganizama toplinom. Postoji suha, vlažna, kemijska i ionizirajućim zračenjem. Sterilizacija otpada je privremeno rješenje, a prethodi procesu privremenog odlaganja prije spaljivanja. Otpad nakon sterilizacije ne može se trajno odlagati iz razloga velike količine organske tvari, koja na odlagalištima opet prikuplja mikroorganizme, te opet postaje opasan otpad, s mogućnošću stvaranja infekcija. Takve vrste otpada se stvaraju u zdravstvenim ustanovama.To su korištene gaze, igle, šprice, zavoji, gumene rukavice i cijevčice i sve ono što može zadržati organske kemijske tvari. Najefikasniji način zbrinjavanja otpada je spaljivanje. Pri spaljivanju dolazi do razlaganja na proste sastojke uz moguće oslobađanje energije. Za spaljivanje otpada potrebno je da otpad ima neki minimum toplinske vrijednosti (npr. za spaljionicu Spittelau u Beču je 8200 kJ/kg). U slučaju da to nije tako otpad se miješa s odgovarajućim otpadom koji ima veću toplinsku vrijednost. Spaljivanje se odvija u velikoj komori za izgaranje na oko 850°C. Na dnu komore se nalazi prostor za otpremu šljake koja se dalje razdjeljuje uz pomoć elektromagnetskog odjeljivača od ostataka feromagnetnih metala na lebdeći pepeo i šljaku. Unutar dijela komore za izgaranje nalaze se cijevi s vodom koja se pretvara u paru i koristi se za proizvodnju električne energije. Dimovi i prašina prolaze kroz različite odjeljivače. Tako dim prolazi kroz “perače plinova” (engl.:scrubber) koji odvaajaju HCl, HF, prašinu, sumporove okside, dušične okside. Sam proces se osmišljava tako da prilikom izgaranja dolazi do destrukcije dioksina. U atmosferu se ispušta ugljični dioksid. No, postoje katalitički procesi koji mogu iskoristiti CO2 za proizvodnju organskih kemijskih tvari. Na taj način se može spriječiti da ne dolazi do nikakvog ispuštanja onečišćenja u okoliš. Oko jednog takvog postrojenja za spaljivanje otpada se može izgraditi čitava kemijska industrija. Sav otpad koji nastaje je pretežno sastavljen od ugljika, kisika, i vodika uz primjese dušika, sumpora, klora te metala i ostalih elemnata. Termičkom razgradnjom takvog otpada i odvajanjem pojedinih komponenti produkata spaljivanja i unošenjem tih komponenti u neki novi kemijski proces doprinosi novom iskorištenju tih produkata spaljivanja.
Privremeno odlaganje. Privremeno odlaganje otpada je takvo da se otpad privremeno zbrinjava do nakupljanja veće količine istog, a radi dalje obrade ili trajnog zbrinjavanja. Uvjeti za privremeno zbrinjavanje otpada su da mora biti van utjecaja atmosferskih prilika, bez mogućnosti ispuštanja u tlo ili vodni i odvodni sustav. Privremeno odlaganje zahtjeva i mjere sigurnosti u radu, a radi sprječavanja neželjenih događaja. Najčešći oblici zbrinjavanja su u zatvorenim prostorijama. Najbolje mjere sigurnosti se postižu odvajanjem po vrstama i kemijskom sastavu, tako da se spriječe neželjene kemijske reakcije.
Trajno odlaganje. Trajno odlaganje otpada podrazumijeva odlaganje otpada koji je inertan na sve vrste utjecaja iz atmosfere i atmosferske oborine. Na primjer, takva vrsta otpada nastaje u građevinarstvu – cigla, kamnen, beton… Iz razloga zahtjeva inertnosti, za otpad koji po svom načinu nastanka svrstan u kategoriju za trajno odlaganje treba proći fizikalno-kemijsku analizu eluata. Određivani parametri trebaju biti u granicama dopuštenog za odlagališta inertnog otpada. (Pravilnik o načinima i uvjetima odlaganja otpada, kategorijama i uvjetima rada za odlagališta otpada (N.N., 117/07)) U slučaju da ne udovoljava tim uvjetima otpad se može tretirati kao neopasan ako udovoljava uvjetima iz Pravilnika (N.N., 117/07) za neopasan otpad. Ako ne udovoljava ni uvjete za neopasan otpad i udovolji uvjete za odlagalište opasnog otpada odlaže se na odlagalište opasnog otpada. U slučaju prekoračenja uvjeta za opasan otpad, primjenjuje se ili termička obrada, ili fizikalno-kemijska obrada. Moguća je i biološka obrada, ako to fizikalno-kemijski pokazatelji dozvoljavaju. Odlagališta za trajno zbrinjavanje otpada moraju zadovoljiti posebne uvjete za vrste otpada, odnosno način pripreme i zbrinjavanja otpada na odlagalištu. Najčešće se provode pripreme podloge radi stvaranja nepropusna sloja koji će spriječiti prodiranje vode i kemijskih tvari u tlo. Iz takvih odlagališta je potrebno osloboditi stvoreni plin i vodu. No prije svega treba više primjenjivati termičku obradu ili fizikalno-kemijsku obradu otpada radi recikliranja i iskorištavanja materijala u novim procesima.

Pokazatelji onečišćenja. Pokazatelji onečišćenja su ustvari vrijednosti koje prikazuju fizikalne, kemijske ili biološke karakteristike okoliša: pH, elektrovodljivost, gustoća, viskozitet, arsen, živa, kadmij, aluminij, selen, antimon, nikal, kobalt, molibden,  vanadij, mangan, bakar, cink, olovo, kalcij, magnezij, stroncij, kalij, natrij, bizmut, telur, kositar, željezo, silicij, srebro, bor, barij, krom, Cr6+, ukupni dušik, otopljeni organski ugljik, DOC, ukupni organski ugljik, TOC, ukupni ugljik, TC, biokemijska potrošnja kisika, BPK, kemijska potrošnja kisika, KPK, ukupni klor, slobodni klor, kloridi, apsorbirani organski halogenidi, AOX, fenoli, poliklorirani bifenili, PCB, policiklični aromatski ugljikovodici, PAH, ukupna ulja i masti, ugljikovodici, mineralna ulja, fluoridi, udio vode ili suhe tvari, nekarbonatna tvrdoća vode, karbonatna tvrdoća vode, bikaronatska tvrdoća vode, kalcijska i magnezijska tvrdoća vode, sulfidi, sulfati, fosfor, fosfati, cijanidi, jodidi, bromidi, nitriti, nitrati, amonij, suspendirane tvari, taložive tvari, gubitak žarenjem, benzen, toluen, etilbenzen i ksileni; BTX.

Metode u zaštiti okoliš: određivanje pH vrijednosti – potenciometrijska metoda, određivanje elektrovodljivosti, kalorimitrijska određivanja, atomska apsorpciona spektrometrija, UV/VIS spektrometrija, spektroffotometrija, infracrvena spektrometrija, spektrometrija – Induktivno spregnuta plazma, tekućinska kromatografija visoke djelotvornosti, plinska kromatografija, plinsko-tekućinska kromatografija,  potenciometrijske titracije, polarografija, gravimetrija, volumetrija, taložne titracije, redoks titracije, određivanje točke plamišta, određivanje točke tališta.

Uklanjanje tvari koje onečišćuju okoliš. Za uklanjanje tvari koje onečišćuju okoliš postoje različite metode. Mjere sprječavanja ispuštanja onečišćenja u okoliš počinju u samom procesu nastanka otpada ili onečišćujućih tvari.U radnom prostoru u kojem se koristi velika količina hlapivih organskih tvari, sprječavanje ispuštanja tih hlapivih tvari iz tog prostora u atmosferu se postiže odgovarajućim sustavom ventilacije koji u sebi sadržava kondezator vlage i organskih otapala. Najednostavniji način da se postigne kondeziranje je podhlađivanje dijela ventilacijskog sustava i time nakupljanje hlapivih organskih tvari u tekućem – kapljevitom obliku. Za uklanjanje onečišćenja iz vode i iz tla koriste se fizikalno-kemijske metode te biološka obrada ovisno o potrebi. U svakom prosizvodnom procesu potreban je ugrađen postupak za sprječavanje ispuštanja onečišćenja u okoliš. To se postiže planiranjem načina proizvodnje i načina zbrinjavanja nastalog otpada.

Poveznica između zaštite okoliša te proizvodnje toplinske energije i korištenja iste je u tome da se koriste goriva koja prilikom izgaranja emitiraju šro manje onečišćenja prema vodi, zraku i tlu te racionalno korištenje i što manja potrošnja toplinske energije kako bi prethodno navedene emisije onečišćenja u vodu, tlo i zrak bili što manji. Iz navedenih razloga u zadnje vrijeme su tzv. fosilna goriva nastoje što je moguće manje upotrebljavati, poglavito nafta s naftnim prerađevinama, ugljen, dok zemni prirodni plin se smatra fosilnim energentom koji ima najblaži uticaj na okoliš u odnosu na prethodna dva navedena.
Izgaranje fosilnih stvara primarno zagađivače zraka, kao što su dušikovi oksidi, sumporovi dioksidi, hlapljivi organski spojevi i teški metali, te sumporne, ugljične i dušične kiseline koje padaju na Zemlju u obliku kiselih kiša te utječu i na prirodu i na građevine. Spomenici i skulpture od mramora i vapnenca su posebno osjetljive jer kiselina otapa kalcijev karbonat. Fosilna goriva sadrže i radioaktivne tvari, uglavnom uranij i torij, koji se ispuštaju u atmosferu. Ovim načinom 2000. godine oko 12.000 tona torija i 5.000 tona urana bilo je otpušteno u atmosferu. Sječa, prerada i distribucija fosilnih goriva također je dio brige za okoliš. Bušenje nafte predstavlja opasnost za vodenu floru i faunu. Rafinerije nafte zagađuju vodu i zrak. Prijevoz ugljena zahtjeva korištenje vlakova, dok naftu obično prevozimo tankerima, tako da svaki način transportiranja zahtjeva dodatnu potrošnju fosilnih goriva.
Prirodni je plin često opisan kao najčišće fosilno gorivo jer njegovim sagorijevanjem, po džulu energije, nastaje manje ugljičnog dioksida nego sagorijevanjem nafte ili ugljena. Također nastaje puno manje ostalih zagađivača okoliša. Unatoč tome, u apsolutnim izrazima, on bitno pridonosi povećanju globalne emisije ugljičnog dioksida te se pretpostavlja da će njegov udio i rasti. Prema četvrtom izvješću IPCC-a (IPCC Fourth Assessment report), godine 2004., izgaranjem prirodnog plina nastalo je 5,3 milijarde tona ugljičnog dioksida, dok ga je izgaranjem ugljena i nafte nastalo 10,6, odnosno 10,2 milijarde tona. Prema novoj verziji izvješća o razvoju emisija plinova SRES B2 bi pak, do godine 2030., prirodni plin bio uzrokom nastanka 11 milijardi tona ugljičnog dioksida godišnje jer se potražnja za tim energentom povećava za oko 1,9 % godišnje. Izgaranjem ugljena i nafte nastalo bi pak 8,4, odnosno 17,2 milijarde tona ugljičnog dioksida (ukupna emisija ugljičnog dioksida godine 2004. procijenjena je na 27 200 milijuna tona). Uz to je prirodni plin sam po sebi staklenički plin, te kada je ispušten u atmosferu djeluje jače na efekt staklenika od samog ugljičnog dioksida, ali se on u atmosferu ispušta u znatno manjim količinama. Metan, doduše, oksidira u atmosferi i u njoj ostaje otprilike 12 godina, a u usporedbi s njim ugljični dioksid, koji je sam po sebi već oksidiran, ima efekt 100 do 500 godina. Prirodni plin se uglavnom sastoji od metana, čiji je utjecaj na zračenje 20 puta veći od utjecaja ugljičnog dioksida. Zbog takvih svojstava jedna tona metana u atmosferi uhvati jednaku količinu zračenja kao i 20 tona ugljičnog dioksida, ali se zadržava u atmosferi 8 – 40 puta kraće. Unatoč tome, ugljični dioksid privlači puno više pozornosti nego bilo koji drugi staklenički plin jer se u atmosferu ispušta u puno većim količinama. Ipak, neizbježno je istjecanje dijela prirodnog plina u atmosferu tamo gdje se koristi u velikoj mjeri. Metan koji je nastao sagorijevanjem ugljena i koji nije pohranjen modernim načinima u posebnim spremnicima za spremanje metana jednostavno odlazi u atmosferu. No, unatoč tome, uzrok većine metana u atmosferi su životinje i bakterije, a ne curenja plina koja je izazvao čovjek. Trenutačna procjena EPA-e smješta globalnu emisiju metana na razinu od 3 trilijuna kubičnih stopa godišnje, što je 3,2 % svjetske proizvodnje. Izravne emisije metana predstavljaju 14,3 % svih svjetskih emisija antropogenih stakleničkih plinova godine 2004. Sagorijevanjem prirodnog plina nastaju puno manje količine sumporovog dioksida i dušikovih oksida nego sagorijevanjem bilo kojeg drugog fosilnog goriva. Sagorijevanjem prirodnog plina nastaje 117 000 ppm (eng. kratica za “čestica po milijunu”) ugljičnog dioksida, dok sagorijevanjem ugljena nastaje 208 000 ppm ugljičnog dioksida. Nadalje, sagorijevanjem prirodnog plina nastaje 40 ppm ugljičnog monoksida, naspram 208 ppm sagorijevanjem ugljena. Dušikovih oksida nastaje 92 ppm u usporedbi sa 457 ppm koliko ih nastaje sagorijevanjem ugljena. Sumpornog dioksida nastaje 1 ppm naspram 2 591 ppm koji nastaju sagorijevanjem ugljena. Sagorijevanjem prirodnog plina ne nastaje živa, dok je sagorijevanjem ugljena nastaje 0,016 ppm. Čestice, sitni komadići u krutom ili tekućem agregatnom stanju su također veliki doprinos globalnom zatopljenju. Omjer njihova nastanka kod prirodnog plina i ugljena je 7 ppm naspram 2 744 ppm.

Obnovljivi izvori energije, obnovljivi izvori dobara ili obnovljivi resursi su izvori materijala ili energije koji se stalno ili određenim postupcima obnavljaju pa se tako mogu iskorištavati bez iscrpljivanja. To su biomasa, posebno drvo, te biljne kulture, preradom kojih se dobivaju prehrambene ili energetske sirovine. Obnovljivi su (neiscrpivi) izvori energije i Sunce, vjetar, morske mijene, hidroenergija i hidrotermalna voda. Korištenjem obnovljivih izvora čuva se okoliš, jer su to izvori čiste energije koja ga ne zagađuje. [1] Veliki broj država u okviru svojih energetskih politika potiče izgradnju postrojenja obnovljivih izvora energije budući da “primjenjuju različite poticajne mjere kako bi osigurale rast udjela obnovljivih izvora energije u energetskom miksu”.
Održiva energija ili zelena energija je energetski učinkovit način proizvodnje i korištenja energije koji ima što manje štetnog utjecaja na okoliš. Održivi razvoj je onaj razvoj koji zadovoljava današnje potrebe, bez ugrožavanja mogućnosti da i buduće generacije ostvare svoje potrebe. Održiva gradnja je svakako jedan od značajnijih dijelova održivog razvoja, a uključuje upotrebu građevinskih materijala koji nisu štetni po okoliš, energetsku učinkovitost zgrada i gospodarenje otpadom koji je nastao pri gradnji i rušenju građevina. U vezi s održivim razvojem, održiva gradnja mora osigurati trajnost, kvalitetu oblikovanja i konstrukciju uz financijsku, ekonomsku i ekološku prihvatljivost. Održiva energija obuhvaća korištenje obnovljive energije (hidroenergija, energija vjetra, sunčeva energija, energija valova, geotermalna energija, energija biomase, energija plime i oseke, te vodikova ekonomija) i energetsku učinkovitost kod njenog korištenja.
Hidroenergija, hidraulička energija ili energija vode je snaga dobivena iz sile ili energije tekuće vodene mase, koja se može upotrijebiti u čovjeku korisne svrhe. Prije nego što je komercijalna električna energija postala široko dostupna, energija vode se koristila za navodnjavanje i pogon raznih strojeva, poput vodenica, strojeva u tekstilnoj industriji, pilana, lučkih dizalica ili dizala.
Energija vjetra se pretvara je u korisni oblik energije, električnu energiju, pomoću vjetroelektrana. U klasičnim vjetrenjačama energiju vjetra pretvaramo u mehaničku, te je kao takvu direktno koristimo za mljevenje žitarica ili pumpanje vode. Krajem 2007. instalirana snaga vjetroelektrana u svijetu bila je 94,1 GW. Trenutno vjetroelektrane pokrivaju tek 1% svjetskih potreba za električnom energijom, dok u Danskoj ta brojka iznosi 19%, Španjolskoj i Portugalu 9%, Njemačkoj i Irskoj 6% (podaci za 2007.). Električnom energijom iz vjetra vjetroelektrane snabdijevaju elektro energetsku mrežu kao što i pojedinačni vjetroagregati napajaju izolirana mjesta. Vjetar je bogat, obnovljiv, lako dostupan i čist izvor energije. Nedostatak vjetra rijetko uzrokuje nesavladive probleme kada u malom udjelu sudjeluje u opskrbi električnom energijom, ali pri većem oslanjanju na vjetar dovodi do većih gubitaka.
Sunčeva energija ili solarna energija je energija Sunca, njegova svjetlost i toplina koju ljudi koriste od davnina uz pomoć raznih tehnologija. Sunčeva svjetlost uz druge obnovljive izvore kao što su vjetar, energija valova i biomasa, se računaju u najčešće dostupne obnovljive izvore energije na Zemlji. Upotrebljava se samo mali dio sunčeve energije od one koja je na raspolaganju. Sunčeva energija pruža električnu energiju pomoću toplinskih strojeva ili fotonaponskih sustava. Jednom pretvorena, njena upotreba je ograničena samo ljudskom genijalnošću. Djelomični popis sunčevih sustava uključuje prostor za grijanje i hlađenje kroz pasivnu solarnu arhitekturu, pitku vodu kroz destilaciju i dezinfekciju, toplinsku energiju za kuhanje i visoku temperaturu procesa topline za industrijske svrhe. Sunčeve tehnologije su široko karakterizirane ili kao pasivne ili aktivne, ovisno o načinu sakupljanja, pretvaranja i raspodjele sunčevog svjetla. Aktivne tehnike uključuju uporabu fotonaponskih članaka i sunčevih toplovodnih kolektora (s električnom ili mehaničkom opremom) kako bi pretvorili sunčevu svjetlost u korisne izlazne jedinice. Pasivne tehnike uključuju orijentaciju zgrade prema Suncu, odabir materijala s povoljnim termalnim svojstvima ili svojstvima raspršivanja svjetlosti, te projektiranje prostora kod kojih prirodno cirkulira zrak.
Biomasa. Pod energijom biomase razumijemo energiju koja se u pravilu oslobađa oksidacijom (gorenje) raznih organskih materijala. Najuobičajeniji i najtradicionalniji način korištenja ove energije je klasična vatra. Smatra se da je otkriće vatre, zapravo njeno kontrolirano korištenje, pokrenulo razvoj i “napredak” ljudske vrste, odnosno civilizacije. Izgleda da je civilizacija sada zatvorila puni krug – nakon što je moderno društvo gotovo zaboravilo drvo i slične materijale kao gorivo, a uljuljano u blagodati moderne, pomodne i jeftine nafte, sada se pojavljuju razne direktive koje traže da se toliko i toliko fosilnih goriva zamijeni gorivima iz obnovljivih organskih izvora.
Biogoriva su goriva koja se dobivaju preradom biomase. Njihova energija je dobivena fiksacijom ugljika, tj. redukcijom ugljika iz zraka u organske spojeve. Za razliku od ugljika koji oslobađaju fosilna goriva mijenjajući klimatske uvjete na Zemlji, ugljik u biogorivima dolazi iz atmosfere, odakle ga biljke uzimaju tijekom rasta. Iako su fosilna goriva dobivena fiksacijom ugljika, ne smatraju se biogorivima jer sadrže ugljik koji se ne izmjenjuje u prirodi već dugo vremena. Biogoriva postaju popularna zbog rasta cijena nafte, potrebe za sigurnijom dobavom energije, zabrinutosti zbog štetnih emisija stakleničkih plinova. 2010. svjetska proizvodnja biogoriva dosegla je 105 milijardi litara, s porastom od 17% u odnosu na 2009. U prometu ona zauzimaju 2,7%, s najvećim udjelom bioetanola i biodizela. Svjetska proizvodnja bioetanola je dosegla 86 milijardi litara, a najveći proizvođači su Sjedinjene Američke Države i Brazil (zauzimaju 90% svjetske proizvodnje). Najveći proizvođači biodizela su zemlje Europske unije s udjelom od 53% u svjetskoj proizvodnji. Prema podatcima Internacionalne energetske agencije (engl. International Energy Agency), do 2050. biogoriva mogu zadovoljiti četvrtinu svjetske potrebe za gorivima u prometu. Globalno, biogoriva se najčešće koriste za prijevoz i u kućanstvu. Većina goriva za prijevozna sredstva su kapljevita jer vozila zahtijevaju veliku gustoću energije, kao što je ona koja je sadržana u kapljevinama i krutinama. Veliku gustoću energije najlakše i najefikasnije je dobiti motorom s unutarnjim izgaranjem, a on zahtijeva da gorivo bude čisto. Goriva koja najlakše izgaraju su kapljevita i plinovita (mogu se ukapljivati), praktična su za prijenos i izgaraju čisto (bez krutih produkata).
Bioplin je plinovito gorivo koji se dobiva anaerobnom razgradnjom ili fermentacijom organskih tvari, uključujući gnojivo, kanalizacijski mulj, komunalni otpad ili bilo koji drugi biorazgradivi otpad. Sastoji se uglavnom od metana i ugljikovog dioksida. U budućnosti bi mogao biti važan izvor energije (energetika). Bioplin, to jest smjesa plinova u kojoj je većina metan može se dobiti od svake biomase. Biomasa je sva organska tvar nastala rastom bilja i životinja. Od svih obnovljivih izvora energije, najveći se doprinos u bližoj budućnosti očekuje od biomase. Svake godine na zemlji nastaje oko 2 000 milijardi tona suhe biomase. Za hranu se od toga koristi oko 1,2 %, za papir 1 %, i za gorivo 1 %. Ostatak, oko 96 % trune ili povećava zalihe obnovljivih izvora energije. Od biomase se mogu proizvoditi obnovljivi izvori energije kao što su bioplin, biodizel, bioetanol, a suha masa se može mljeti u sitne komadiće pelete, koji se mogu spaljivati u automatiziranim pećima za proizvodnju topline i električne energije.
Geotermalna energija postoji otkad je stvorena Zemlja. Nastaje polaganim prirodnim raspadanjem radioaktivnih elemenata koji se nalaze u zemljinoj unutrašnjosti. Duboko ispod površine voda ponekad dospije do vruće stijene i pretvori se u kipuću vodu ili paru. Kipuća voda može dosegnuti temperaturu od preko 150 ºC, a da se ne pretvori u paru jer je pod visokim tlakom. Kad ta vruća voda dospije do površine kroz pukotinu u zemljinoj kori, zovemo je vrući izvor. Ako izlazi pod tlakom, u obliku eksplozije, zove se gejzir. Vrući izvori se širom svijeta koriste kao toplice, u zdravstvene i rekreacijske svrhe. Vrućom vodom iz dubine Zemlje mogu se grijati staklenici i zgrade. Na Islandu, koji je poznat po gejzirima i aktivnim vulkanima, mnoge zgrade i bazeni griju se geotermalnom vrućom vodom. Vruća voda i para iz dubine Zemlje mogu se koristiti i za proizvodnju električne energije. Buše se rupe u zemlji i cijevi spuštaju u vruću vodu. Vruća voda ili para (pod nižim tlakom vruća voda pretvara se u paru) uspinje se tim cijevima na površinu. Geotermalna elektrana je kao svaka druga elektrana, osim što se para ne proizvodi izgaranjem goriva već se crpi iz zemlje. Daljnji je postupak s parom isti kao kod konvencionalne elektrane: para se dovodi do parne turbine koja pokreće rotor električnog generatora. Nakon turbine para odlazi u kondenzator, kondenzira se, da bi se tako dobivena voda vratila natrag u geotermalni izvor.
Energija plime i oseke spada u oblik hidroenergije koja gibanje mora uzrokovano mjesečevim mjenama ili padom i porastom razine mora koristi za pretvorbu u električnu energiju i druge oblike energije. Za sad još nema većih komercijalnih dosega na eksploataciji te energije, ali potencijal nije mali. Energija plime i oseke ima potencijal za stvarnje električne energije u određenim dijelovima svijeta, odnosno tamo gdje su morske mijene izrazito naglašene. Morske mijene su predvidljivije od energije vjetra i sunčeve energije. Taj način proizvodnje električne energije ne može pokriti svjetske potrebe, ali može dati veliki doprinos u obnovljivim izvorima. Razlika u visini plime i oseke varira između (4,5-12,5 m) ovisno o geografskoj lokaciji. Npr. amplitude plime i oseke u Jadranskom moru su 1 m, a na Atlanskom, Tihom i Indijskom oceanu prosječno od 6 do 8 m. Na pojedinim mjestima obale u zapadnoj Francuskoj i u jugozapadnom dijelu Velike Britanije amplituda dostiže i više od 12 m. Na zapadnoeuropskoj atlanskoj obali vremenski razmak između dvije plime iznosi 12 sati i 25 minuta, a na obalama Indokine nastaje samo jedna plima u 24 sata. Za ekonomičnu proizvodnju je potrebna minimalna visina od 7 m. Procjenjuje se da na svijetu postoji oko 40 lokacija pogodnih za instalaciju plimnih elektrana.
Energija valova. Elektrane na valove su elektrane koje koriste energiju valova za proizvodnju električne energije. Energija valova je obnovljivi izvor energije. To je energija uzrokovana najvećim dijelom djelovanjem vjetra o površinu oceana. Snaga valova se razlikuje od dnevnih mijena plime/oseke i stalnih cirkularnih oceanskih struja. Za korištenje energije valova moramo odabrati lokaciju na kojoj su valovi dovoljno česti i dovoljne snage. Energija vala naglo opada s dubinom vala, te tako u dubini od 50 m iznosi svega 2% od energije neposredno ispod površine. Snaga valova procjenjuje se na 2 x 109 kW, čemu odgovara snaga od 10 kW na 1 metar valjne linije. Ta snaga varira ovisno o zemljopisnom položaju, od 3 kW/m na Mediteranu do 90 kW/m na Sjevernom Antlatiku. Energija valova tijekom vremena varira (više i većih valova ima u zimskom periodu ) i ima slučajni karakter. Stvaranje snage iz valova trenutno nije široko primijenjena komercijalna tehnologija, iako su postojali pokušaji njenog korištenja još od 1890. U 2008. pokušano je napraviti zglobni plutajući prigušnik Pelamis u Portugalu, u hidroelektrani na valove Aguçadoura. Koristila je 3 zglobna plutajuća prigušnika Pelamis P-750 i imala ukupno instaliranu snagu 2,25 MW. U studenom iste godine električni generatori su izvađeni iz mora, a u ožujku 2009. projekt je zaustavljen na neodređeno vrijeme. Druga faza projekta u kojoj je trebalo biti ugrađeno dodatnih 25 Pelamis P-750 strojeva i koja je trebala povećati snagu na 21 MW, je u pitanju zbog povlačenja nekih partnera s projekta.
Vodikova ekonomija ili ekonomija vodika je ideja promjene svjetske ekonomije energije ovisne o nafti u onu temeljenu na vodiku. Kada se govori o vodikovoj ekonomiji, u prvom redu se misli na ekološki prihvatljivu proizvodnju vodika u velikim količinama i primjenu u dva velika područja: prijevozu i energetici. Glavni razlog je zagađenje koje izazivaju automobili s pogonom na fosilna goriva (ugljikovodike). Samo u SAD 2001., emisija iz motornih vozila bila je veća od 500 milijuna tona ekvivalentnog ugljika. Prije skoro 50 godina u znanstvenoj i tehničkoj literaturi najavljena je uporaba vodika kao primarnog energetskog izvora u prijevozu i elektroenergetici. Kasnih 1960-tih godina, u NASA Apollo programu upotrijebljena je gorivi članak na vodik kao energetski izvor. U 2003. predsjednik SAD-a Bush i predsjednik EU Prodi potvrdili su viziju vodikove ekonomije. Američko ministarstvo za energiju inicirao je uporabu vodikova goriva, prema kojoj bi vodikova era započela 2024.
Hladnoća iz svemira. Polovicom rujna 2019. objavljeno je da su inženjeri s kalifornijskog sveučilišta UCLA napravili su uređaj koji koristi ovaj izvor. Za proizvesti električnu energiju služi se termoelektričnim načelom. Struja nastaje zbog razlike u temperaturi između dviju površina. Pored toga koristi fenomen zračećeg hlađenja koji se vidi na površinama koje su okrenute ka nebu tijekom noći i koje mogu postati hladnije od okoline zato što zrače toplinu izravno u svemir, s obzirom na atmosferino neblokiranje infracrvene energije. Iz tih dvaju načela inženjeri su napravili termoelektrični generator koji proizvodi tu struju. To je u stvari jedan aluminijski disk obojen u crno i koji je u kutiji od stiropora, omotanoj aluminijskom folijom. Zrak ispod diska je topliji i kutija drži da tako ostane. Crna površina diska namijenjena je biti površinom koja pušta toplinu ka nebu. Električna energija u ovom termoelektričnom modulu nastaje zbog temperaturne razlike između tog diska i okolnog toplijeg zraka. Ovaj izvor energije nadopuna je solarnim panelima, jer može proizvoditi struju u vrijeme kad nema sunčeva svjetla.