Chemie a výroba elektřiny

Při výrobě elektrické energie se používají buď vyloženě chemické děje (hoření), nebo děje fyzikální (ty bývají podmíněné využitím specifických chemických látek).

Hoření

Hoření je nejčastěji intenzivní reakce látek s kyslíkem, při níž se uvolňuje energie. Typicky se spalují fosilní paliva (uhlí, zemní plyn). Při spalování fosilních paliv v základu vzniká oxid uhličitý (\mathrm{CO_2}) a voda (\mathrm{H_2O}). Uhelné i paroplynové elektrárny patří mezi tepelné, které využívají roztáčení turbíny vodní parou (nebo produkty hoření).

• Uhelné elektrárny v Česku spalují zejména hnědé uhlí těžené v severních Čechách, čímž se významně podílejí na emisích skleníkových plynů. Uhlí se před spalováním mele na prášek, aby hoření bylo efektivnější. Při spalování uhlí ve větší míře vznikají i složitější organické látky (např. benzopyren) a oxidy dusíku a síry. Ze spalin se odstraňuje popílek (obsahující hlavně anorganické netěkavé oxidy a soli) a oxid siřičitý (díky tomu vzniká energosádrovec využitelný ve stavebnictví).

• Paroplynové elektrárny spalují zemní plyn (ten obsahuje hlavně methan – \mathrm{CH_4}). Využívají se zejména při zvýšené zátěži energetické sítě, lze je rychle nastartovat.

Spalovat lze i vodík (\mathrm{H_2}), při jeho reakci s kyslíkem vzniká pouze voda (\mathrm{H_2O}). Výroba vodíku rozkladem vody (elektrolýzou) je však značně energeticky náročná, spalovat ze účelem výroby elektřiny vodík vyrobený z fosilních paliv je neefektivní. Vodík a kyslík lze využívat v tzv. palivových článcích, které na elektrochemickém principu rovnou vytvářejí elektrickou energii.

Solární energie

Solární články (fotovoltaické články) přeměňují světlo na elektrickou energii. Využívají k tomu typicky polovodiče z křemíku (\mathrm{Si}). Kolem křemíkových krystalů bývá odrazivá vrstva z nitridu křemíku (\mathrm{SiN}_x), tyto součásti bývají chráněné sklem či polyvinylacetátem.

Jaderné elektrárny

Jaderné elektrárny využívají štěpnou reakci, nejčastěji uranu . Vzniklé teplo v primárním okruhu generátoru ohřívá vodu v sekundárním okruhu, pára pak roztáčí turbínu. Moderátory zpomalují neutrony, čímž podpoří jaderné přeměny (typicky voda, bor – např. ve formě kyseliny borité \mathrm{H_3BO_3}). Regulační tyče (např. z grafitu, karbidu boru – \mathrm{B_4C}) neutrony absorbují a tím jadernou reakci zpomalují.

Větrné elektrárny

Typicky se skládají z ocelového stožáru na železobetonové základně. Na vrcholu stožáru je rotor, který využívá k roztáčení kinetickou energii větru a tím generuje elektřinu. Samotné vrtule se pak skládají z odolného, avšak obtížně recyklovatelného kompozitního materiálu, který obsahuje typicky skleněná či uhlíková vlákna v pryskyřici/epoxidu.

Ukládání energie

Vzniklou elektrickou energii lze omezeně ukládat např. do akumulátorů (typicky využívajících lithium – \mathrm{Li}).