Le sens de l’expression énergie sale se constitue-t-il exclusivement par antonymie d’énergie propre ?

Non. On peut entendre l’expression énergie sale toute seule. Cette expression est comprise par les francophones, mais il est à noter cependant que cette dernière est beaucoup moins utilisée qu’energie propre et energie verte.

Je ne suis pas sûr de l’étymologie d’énergie sale mais à mon avis cette expression a sans doute été en effet créée d’après l’expression énergie propre.

polluant et non-renouvelable: s’agit-il de synonymes ?

Pas exactement. Une énergie polluante dégrade un écosystème par l’introduction de substances. Une énergie non-renouvelable n’est pas forcément polluante mais est basé sur la consommation de ressources qui se renouvellent moins vite que l’on en consomme:

• Le pétrole est non-renouvelable et polluant: au rythme actuel, le monde aura épuisé toutes les ressources de pétrole en 2050, c’est donc une énergie non-renouvelable. De plus, divers accidents comme celui de Deepwater Horizon ont déversé du pétrole dans des écosystèmes fragiles, détruisant la biodiversité locale: c’est donc une énergie polluante.
• Le solaire est renouvelable mais polluant: on n’arrivera jamais à court d’énergie solaire, mais la production de panneaux solaires utilise des métaux lourds non-recyclables
• L’éolien est renouvelable et non-polluant: on n’épuisera jamais le vent terrestre, et les éoliennes ont un faible impact sur l’écosystème.

A noter que dans l’absolu, aucune énergie ne peut être complètement non-polluante et renouvelable, il s’agit plus d’apposer ces adjectifs afin de les comparer les énergies les unes entre elles.