Elektri tootmine keemiliselt
1. ELEKTRIENERGIA TOOTMINE - KEEMILINE ENERGIA
Elektrit saab toota ka keemilisel teel, kütuseelemendi abil. Kütuseelement on keemiline elektrienergia allikas, kus kütuse ja oksüdeerija keemiline energia muundub vahetult elektrienergiaks. Kütuseelemendis toimub kütuse elektrokeemiline oksüdatsioon (nn külmpõlemine), mille tulemusena saadakse nii elektrienergiat kui ka soojusenergiat. Reaktsioon tahke söega töötavas kütuseelemendis on järgmine:
C + 2H2O = CO2 + 4H+ + 4e-
Sellise reaktsiooni kasutegur on teoreetiliselt 100%
Kütusena kasutatakse kõige enam gaase, nagu vesinik, süsinikoksiid, süsivesinikud, aga kasutatakse ka vedel ning tahkekütuseid (süsi). Oksüdeerijaks on tavaliselt hapnik – nii puhtal kujul kui ka õhu või vesinikperoksiidi koostises. Kütuseelement koosneb katalüsaatorit sisaldavatest (plaatina, nikkel) elektroodidest, mille vahel on elektrolüüt või ioonvahetusmembraan. Väga kõrgel temperatuuril võib katalüsaator puududa. Elektrolüüt võib olla vedel (alused, happed, sulatatud sooda) või tahke (metallioksiidid). Keerukate redutseerumis-oksüdeerumisreaktsioonide tulemusena elektrolüüdi ja kütuse ning elektrolüüdi ja oksüdeerija vahel tekib elektroodidel potentsiaalide vahe (0,5–1,2 V). Kütuse sellisel oksüdatsioonil ehk nn külmpõlemisel on keemilise energia elektriks muundamise kasutegur kõrgem (40–90 %) kui soojuselektrijaamades (25–40 %), kus kütuse keemiline energia muundub kõigepealt soojuseks ja alles siis mehaanilise töö vahendusel elektrienergiaks. Sellise elektrisaamisviisi juures on hea see, et ei teki müra ja suurel hulgal saasteaineid, nagu seda tekib soojuselektrijaamades (www.roheline.energia.ee).
Tuumaenergeetika põhineb tuumaenergia muundamisel teisteks energialiikideks. Energiaallikana kasutatakse raskete tuumade lõhustumist(näiteks 1kg 235U => 8 *1013 J ) või kergete tuumade ühinemist (näiteks 1kg 2H Þ 4He => 8 *1014 J). Energia järkjärguliseks vabanemiseks peab toimuma juhitav tuumareaktsioon. Kütuseks peab olema eranditult 235U.
Looduses esinevad isotoobid protsentuaalselt vahekorras 235U / 238U => 0.7 / 99.3, juhitava ahelreaktsiooni korral vajalik vahekord peab aga olema 235U / 238U => 3 / 97. Et vahekord oleks õige, tuleb tuumakütust rikastada.
( http://ael.physic.ut.ee/energia/VRossmaterjalid/Tuumaenergia.htm )
Tuumaenergia tootmine on ohtlik, sest tekivad radioaktiivsed jäätmed. Radioaktiivsus on ainete omadust iseeneslikult (väliste energiaallikate abita) kiirata elektromagnet kiirgust või suure energiaga osakesi. Tuumajaamad peavad olema ehitatud väga turvalisteks, sest muidu kui seal kulgevad protsessid kontrolli alt väljuvad, võib jaam õhku lennata ning siis tekkiv radioaktiivne reostus on loodusele, inimestele väga kahjulik. Kahjude likvideerimine ja ka turvaliste jaamade ehitamine nõuab palju raha. Kuid tuumaelektrijaamades elektritootmine on kõigist elektritootmisviisidest kõige ökosõbralikum ja niimoodi saab toota ka kindlas ajaühikus teiste tootmisviisidega võrreldes kõige rohkem elektrienergiat.