Obnovljivi izvori energije su izvori energije koji koriste prirodno cirkuliranje energije ili energiju akumuliranu u prirodi za proizvodnju električne i toplinske energije. Nazivamo ih obnovljivima jer takvi izvori energije se ne mogu iscrpiti ili se mogu „napuniti“ prirodnim procesima.
Obnovljivi izvori energije imaju mali utjecaj na okoliš u usporedbi s klasičnim izvorima energije, tj. fosilnim gorivima. Korištenjem obnovljivih izvora energije smanjuje se emisija stakleničkih i otrovnih plinova koji nastaju spaljivanjem ugljena, nafte ili zemnog plina kao izvora energije. Zbog malog utjecaja na okoliš, obnovljivi izvori energije nameću se kao jedno od rješenja u borbi protiv klimatskih promjena i onečišćenja okoliša te ih stoga nazivaju još i alternativnim izvorima energije.
Osim povoljnog učinka na okoliš, rastuća popularnost obnovljivih izvora energije doprinosi razvoju inovativnih rješenja, stvara nova radna mjesta, omogućuje lakši pristup energiji u siromašnim ili teško dostupnim predjelima te pomaže u smanjenju računa za električnu energiju i ostvarenju energetske neovisnosti.
Sunce
Sunčeva svjetlost najznačajniji je izvor energije na planeti zemlji. Količina sunčeve energije koja dođe do Zemljine površine u jednom satu već je nego godišnja potreba za energijom cijele planete. Ljudi su od davnina koristili sunčevu energiju za svjetlo, grijanje, uzgoj usjeva i sušenje hrane. Razvojem tehnologije otkriveni su novi načini kako skupiti sunčevu energiju i pretvoriti je u električni i toplinsku energiju.
Fotonaponske ćelije su silicijeve pločice koje pretvaraju sunčevu svjetlost u električnu energiju. Fotonaponske ćelije se, zbog prilagodljivosti oblika i veličine, koriste za napajanje velikog niza uređaja i objekata, od džepnih računala do stambenih zgrada, od punjača za mobitele do Međunarodne svemirske postaje (eng. International Space Station – ISS).
Sunčeva energija koristi se i za proizvodnju toplinske energije, od nisko tehnoloških rješenja gdje se crna posuda s vodom stavi na sunce i koristi za tuširanje do visoko tehnoloških sustava koji cirkuliraju vodu kroz solarne kolektore i koriste ju za grijanje prostora i pripremu potrošne tople vode.
Glavni nedostaci korištenja sunčeve energije su ovisnost o vremenskim uvjetima i dobu dana te velike cijene tehnologije za skladištenje električne energije.
Voda
Čovjek već stoljećima iskorištava mehaničku energiju rijeka za pogon mlinova, sustava za navodnjavanje i dr. Nakon izuma turbine mehanička energija vode počinje se koristi i za proizvodnju električne energije. Hidroelektrane su postale jedan od najvećih izvora električne energije s udjelom od oko 17% u ukupno proizvedenoj električnoj energiji.
Razvojem tehnologije razvijaju se i razni načini korištenja energije mora. Najraširenije su tehnologije korištenja energije valova ili plime i oseke.
Hidrocentrale su pouzdan izvor energije zbog mogućnosti reguliranja protoka kroz turbinu, ovisno o razini vode u akumulacijskom jezeru ili rijeci. Reguliranjem protoka kontrolira se količina proizvedene električne energije u određenom trenutku, što je nemoguće kod proizvodnje električne energije iz sunca ili vjetra. Kapaciteti proizvodnje električne energije u hidroelektranama mogu biti značajno smanjeni samo u slučaju ekstremnih suša.
Zbog ograničenosti lokacija za gradnju hidroelektrana i njihove veličine vrlo su veliki početni troškovi. Gradnja hidroelektrana ima i vrlo velik utjecaj na okoliš jer se presijecanjem riječnih tokova i gradnjom akumulacijskih jezera utječe na stanje i kvalitetu podzemnih voda, kretanje riba i uništavaju se staništa. Također, područja nizvodno od hidroelektrane su u konstantnoj opasnosti od poplava u slučaju pucanja brane.
Trendovi u proizvodnji električne energije danas kreću se u smjeru malih hidroelektrana, veličine kao nekadašnje vodenice, koje ne zahtijevaju velike investicije, pogodne su za postavljanje na većem broju lokacija te ne zadiru u prirodni tok rijeke.
Vjetar
Vjetroelektrane su postrojenja koja koriste kinetičku energiju vjetra za proizvodnju električne energije. U odnosu na druge izvore energije, vjetroelektrane zahtijevaju vrlo malu površinu za izgradnju, a moguće ih je graditi i na otvorenom moru. Gradnja vjetroelektrana je brza jer su svi dijelovi proizvedeni ranije te se na mjestu izgradnje samo montiraju.
Iako postavljanje vjetroelektrane zahtijeva veliku početnu investiciju, troškovi pogona vjetroelektrane su vrlo niski što energiju dobivenu iz vjetra čini najjeftinijim izvorom energije.
Kao i kod solarne energije, proizvodnja električne energije iz vjetra je nepouzdana jer vjetar puše nejednoliko u različito doba dana ili godine, a skladištenje proizvedene energije je vrlo skupo.
Još neki nedostaci ovog oblika proizvodnje energije su buka, negativan utjecaj na migracije ptica i narušavanje izgleda prirodnih krajolika.
Geotermalna energija
Geotermalna energija je zapravo toplinska energija koja se nalazi u zemljinoj kori. Toplina zemljine kore može se koristiti za grijanje i hlađenje ili za proizvodnju toplinske energije. Pionir u korištenju geotermalne energije je Island, koji 90% energije potrebne za grijanje i 25% električne energije zadovoljava iz geotermalnih izvora.
Geotermalni izvori energije dostupni su tijekom cijele godine i moguće ih je pronaći širom planete, što ovaj slabo iskorišteni izvor energije čini puno stabilnijim i pouzdanijim od vjetra i sunca. Korištenje geotermalne energije može se podijeliti u tri kategorije: izravno korištenje, geotermalne dizalice topline i proizvodnja električne energije.
Izravno korištenje je najrašireniji način korištenja podzemne tople vode bez potrebe za specijalnom opremom. Najčešće primjene podzemne tople vode je za grijanje kuća, bazena, staklenika, spa centara ili cijelih gradskih četvrti.
Dizalice topline koriste stabilnu temperaturu zemljine kore, koja na dubini od 10 metra iznosi oko 15°C. Pomoću izmjenjivača topline, dizalica topline u zimskim mjesecima uzima toplinu iz zemlje koja se koristi za grijanje kućanstava, škola, industrijskih postrojenja i dr. U ljetnim mjesecima, kada je temperatura zraka veća od temperature tla, dizalica topline se koristi za hlađenje, tako što toplinu iz zraka odvodi podzemne slojeve. Ovaj način grijanja i hlađenja koristi 25% – 50% manje električne energije od klasičnih sustava.
Ovisno o temperaturi i dotoku pare, geotermalna energija može se koristi i za pokretanje generatora za proizvodnju električne energije.
Iako je geotermalna energija dostupna svuda, nije ju uvijek moguće profitabilno koristiti, naročito uz velike inicijalne troškove izgradnje geotermalnih postrojenja. Bušenjem zemljine kore i korištenjem geotermalnih izvora u zrak se otpuštaju male količine ugljikovodika i u ekstremnim slučajeva može doći do pojave potresa.
Biomasa
Biomasa je organska tvar, biljnog ili životinjskog porijekla, koja se koristi za dobivanje energije. Biomasa kao izvor energije se može podijeliti na drvo i poljoprivredne proizvode, kruti otpad, bioplin, biogorivo i plin s odlagališta otpada te tekuća biogoriva.
Drvo i ostaci iz drvno prerađivačke industrije, poput piljevine, briketa ili sječke, najzastupljeniji su oblik biomase. Spaljivanjem drva i drvnog otpada proizvodi se toplinska i električna energije. Tako dobivena energija, najčešće se koristi u industriji u kojoj otpad nastaje. Postrojenja koja koriste otpad iz proizvodnog procesa za dobivanje toplinske i električne energije nazivaju se kogeneracijska postrojenja.
Većinu otpada čine organski ostaci, ostaci hrane, lišće, trava, papir i dr., te plastika, dobivena preradom nafte, što čini otpad potencijalnim izvorom. Jedna tona otpada sadrži približno energije kao pola tone ugljena.
Prilikom razgradnje organskih tvari od strane gljiva i bakterija nastaje metan. Metan, osim na odlagalištima otpada, može se dobiti iz poljoprivredne sirovine poput kukuruzne silaže, životinjskog otpada ili mulja iz pročišćivača otpadnih voda. Bioplin, tj. metan, može se koristi za pogon vozila, kuhanje i dobivanje električne i toplinske energije.
Biogorivo je zajednički naziv za tekuća goriva organskog porijekla. Glavna podjela biogoriva je etanol i biodizel. Etanol je alkohol koji nastaje fermentacijom šećera i škroba biljnog porijekla koji se potom destilira. Biodizel je gorivo nastalo kemijskom reakcijom alkohola i biljnog ulja ili životinjske masti. Biodizel se može koristi u postojećim dizel motorima.
Glavne prednosti biomase kao izvora energije su njezina dostupnost i korištenje otpada za dobivanje energije. Nedostaci biomase su što spaljivanjem biogoriva dolazi do otpuštanja uskladištenog ugljikovog dioksida nazad u atmosferu. Osim ugljikovog dioksida, spaljivanjem otpada otpuštaju se i štetni plinovi poput ugljikovog monoksida i dušikovih oksida.
Neracionalno korištenje biomase može dovesti do prekomjernog krčenja šuma, gubitka poljoprivrednih površina i prekomjernog korištenja vode za uzgoj biljaka za proizvodnju biomase.