Tartalom
- A fosszilis tüzelőanyagok hajtották végre az ipari forradalmat
- A folyók és a patakok nagy energiaforrás
- Az óceánok szintén fontos energiaforrások
- A technológia a nap- és szélenergiát hasznosítja
- Nukleáris energiatermelés, alternatívája a fosszilis tüzelőanyagoknak
- Geotermikus energia
- Az embereknek választaniuk kell
Nagyon sok energiát igényel az olyan fajok táplálása, mint például homo sapiens. Az elmúlt néhány évszázadban ez a faj összekapcsolt globális jelenlétként jelent meg olyan módon, amely a tudomány tudása szerint soha nem fordult elő a bolygón.
Az ember számára szükséges energiafajták magukban foglalják a villamos energiát otthonaik és iparágaik energiaellátására, a biokémiai energiát testük táplálására és az éghető erőforrásokat a meleg, a szállítás és az ipari termelés számára.
Széles skálán a föld azon képessége, hogy biztosítsa azt, amire az embereknek szüksége van, öt fő forrástól függ:
Ezen túlmenően az emberek számára fontos energiaellátás az organizmusok lebomló testéből származik, amelyek az egész örökkévalóságban virágzottak és elpusztultak. A fent felsorolt erőforrásoktól eltérően azonban ez a készlet korlátozott.
A fosszilis tüzelőanyagok hajtották végre az ipari forradalmat
A fosszilis tüzelőanyagok, amelyek magukban foglalják az olajat, a földgázt és a szént, valójában a napenergia másik formája. Régi idők óta az élő szervezetek a nap fényét és hőjét szén-alapú molekulákká alakították át, amelyek testüket képezték. Az organizmusok elpusztultak, és testük mélyen a földbe és az óceánok fenekéhez süllyedt. Manapság az ezekbe a szénkötésekbe bekötött energia felszabadulhat, ha visszanyeri azokat, amelyekbe maradványaikat átalakítottak, és megégetik őket.
Az olaj és a földgáz a mikroszkopikus tengeri planktonból származik, amely évekkel ezelőtt élt. Meghaltak és az óceánok fenekére süllyedtek, ahol a bomlás és más kémiai folyamatok viaszosvá változtak kerogén és kátrányos bitumen. Az óceáni ágyak végül kiszáradtak, és ezeket az anyagokat szikla és talaj alá temették el. Ezek alapanyagává váltak a benzin, a dízelüzemanyag, a petróleum és számos más kőolajtermék előállításához.
A nyersolaj talajból történő kinyerésének hagyományos módja fúrás, de hidraulikus repesztés vagy fracking, gyakran használt modern alternatívává vált. Ebben a folyamatban homok, víz és potenciálisan veszélyes vegyi anyagok keverékét kényszerítik a talajba a kőolaj kiszorításához. A frakcionálás drága eljárás, és számos káros hatással van az alapkőzetre, a vízfelületre és a környező levegőre.
A szén olyan szárazföldi növényekből származik, amelyek mocsarakba és mocsarakba telepedtek és tőzeggé változtak. A tőzeg megszilárdult, amikor a talaj kiszáradt, és végül kőzettel borított más törmelék. A nyomás a sok ipari üzemben és erőműben égett fekete, sziklás anyaggá vált. Mindez körülbelül 300 millió évvel ezelőtt kezdődött, amikor a dinoszauruszok körbeforgatták a földet, de a népszerű mítosztal ellentétben a szén nem bomlik dinoszauruszoknak.
A folyók és a patakok nagy energiaforrás
Az emberek évezredek óta használják a vízenergiát a munka elvégzéséhez, és a fizikában a munka az energia szinonimája. A patak vagy vízesés közelében elhelyezett vízkerekek a víz mozgatásával előállított energiát felhasználták gabona darabolására, öntözéshez, fűrészeléshez és számos más feladat elvégzéséhez. A villamos energia megjelenésével a vízkerekeket erőművessé alakították.
A vízturbina a hidroelektromos erőmű állomása, és működik az elektromágneses indukció jelensége miatt, amelyet Michael Faraday 1831-ben fedezett fel. Faraday megállapította, hogy egy tekercs belsejében forgó mágnes vagy vezető huzal elektromos áramot generál a tekercset, és kevesebb mint 100 évvel később az első indukciós generátor elérhetővé vált a Niagara-vízesésen.
Manapság a vízerőművek szolgáltatják a világon elfogyasztott villamos energia kb. 6% -át. A fosszilis tüzelőanyagok égetése gőz- és spin turbinák előállításához viszont a világ villamos energiájának csaknem 60% -át hozza létre. A legtöbb vízenergiát gátok, nem vízesések generálják.
A gát, mint például a patak vagy vízesés, a gravitációtól függ. A víz a gát tetején lévő járatba kerül, egy csövön átfolyik, amely nagyítja az energiáját, és forog egy turbina, mielőtt kijutna a gát alapja közelében. A világ legnagyobb vízerőműi gátainak száma a Kínában található Három-szoros gát, amely 22,5 gigawatt energiát termel, és az Itaipu-gát a Brazília / Paraguay határán, amely 14 GW-t generál. Észak-Amerika legnagyobb gátja a Washington államban található Grand Coulee Dam, amely mindössze 7 megawattot termel.
Az óceánok szintén fontos energiaforrások
Az óceánok a világ egyik legfontosabb energiaforrása két okból. Az első az, hogy áramerősségük van, amelyek a szelekkel együtt hullámokat képeznek. A hullámok villamos energiává válhatnak. Mivel ezek a hőmérséklet-különbségek eredményei, amelyeket a nap hője okoz, a hullámok és az azokat képező áramok technikailag a napenergia egyik formája.
Az óceánok másik energiaforrása az árapály, amelyet a hold és a nap gravitációs hatásai, valamint maga a föld mozgásai okoznak. Léteznek olyan technológiák is, amelyek az árapályok energiáját villamos energiává alakítják.
A hullámgeneráló állomások még nincsenek mainstream, és a Skócia partjainál telepített prototípus mindössze 0,5 MW-ot termel. A rendelkezésre álló hullámtechnikák a következők:
Az árapály erőművek a bejövő és kimenő árapályok erejét felhasználhatják a turbinák közvetlen centrifugálására. A víz mintegy 800-szor sűrűbb, mint a levegő, tehát ha egy turbina kerül az óceán fenekére, az árapály-mozgások jelentős energiát generálnak a centrifugáláshoz. Az árapálygátló rendszerek azonban gyakoribbak.
Az árapálygátló az árapály medencéjén felépített gát, amely lehetővé teszi az emelkedő dagályból a víz bejutását, majd bezárja és szabályozza az apály árapályát. A legnagyobb ilyen generátor a dél-koreai Sihwa Lake Árok Erőmű. Körülbelül 254 MW-ot termel.
A technológia a nap- és szélenergiát hasznosítja
Az elektromos áram előállításának két legismertebb módja, amely nem támaszkodik a fosszilis tüzelőanyagok eltűnésére és nem okoz szennyezést, a szélturbinák vagy a fotovoltaikus panelek telepítése. Mivel a nap felelős a hőmérsékleti különbségekért, amelyek szél keletkeznek, mindkettő szigorúan véve a napenergia egyik formája.
A szélgenerátorok ugyanúgy működnek, mint a vízerőművek vagy a hullám energiája. Amikor a szél fúj, egy tengelyt forog, amelyet fogaskerekek kapcsolnak egy energiatermelő indukciós stílusú turbinához. A modern turbinákat úgy kalibrálják, hogy váltakozó áramot biztosítsanak ugyanolyan frekvencián, mint a hagyományos váltóáram, ami lehetővé teszi azonnali felhasználást. A szélerőművek világszerte a világ villamos energiájának csaknem 5% -át szolgáltatják.
A napelemek a fotovoltaikus hatásra támaszkodnak, amikor a napsugárzás feszültséget teremt egy félvezető anyagban. A feszültség egyenáramot hoz létre, amelyet átalakítani kell egy váltakozó áramra egy átalakítón keresztüli átvezetéssel. A napelemek csak akkor termelnek villamos energiát, ha nincs nap, ezért gyakran használják az akkumulátorok töltésére, amelyek energiát tárolnak későbbi felhasználáshoz.
A napelemek talán az egyik leginkább hozzáférhető módszer az áramtermeléshez, ám a világ villamos energiájának csak kis hányadát - kevesebb mint 1 százalékát - szolgáltatják.
Nukleáris energiatermelés, alternatívája a fosszilis tüzelőanyagoknak
Szigorúan véve, a maghasadás folyamata nem egy természetes jelenség, hanem a természetből származik. Nukleáris hasadást fedeztek fel hamarosan, miután a tudósok megértették az atomot és a radioaktivitás természetes jelenségét. Noha a hasadást eredetileg bombák készítésére használták, az első atomerőmű csak három évvel azután került online üzembe, hogy az első bomba felrobbant a New Mexico sivatagi Háromság helyén.
Vezérelt hasadási reakciók fordulnak elő az összes világ atomerőműjén. Hővel forralja a vizet, ami előállítja az elektromos turbinák meghajtásához szükséges gőzt. Amint a hasadási reakció elindul, kevés üzemanyag szükséges ahhoz, hogy határozatlan ideig folytatódjon.
A világ elektromos szükségleteinek közel 20% -át nukleáris energiatermelők elégítik ki. Az eredetileg gyakorlatilag korlátlan energiájú olcsó forrásnak tekinthető atommaghasadásnak komoly hátrányai vannak, nem utolsósorban az olvadás lehetősége és a káros sugárzás ellenőrizetlen kibocsátása. Két közismert baleset, az egyik a Russias Chernobyl atomerőműben és egy a japán Fukushima létesítményben, kiküszöbölte ezeket a veszélyeket, és az atomenergia termelését kevésbé vonzóvá tette, mint valaha.
Geotermikus energia
A földkéreg mélyén, a nyomás és a hőmérséklet annyira nagy, hogy a kőzet olvadt lávává likvidálja. Ez a túlhevített anyag a kéreg vénáin keresztül átfolyik, amely időnként a felülethez vezet. A közösségek azokon a területeken, ahol ez történik, felhasználhatják a hőt villamos energia előállítására és meleg biztosítására otthonukban. Ezt geotermikus energiának nevezzük, és egyes esetekben a talajban lévő radioaktív anyagok egészítik ki, amely hőt is termel.
A geotermikus energia felhasználása érdekében a fejlesztők egy alagutat fúrnak egy megfelelő helyre a földbe, és körbevezetik a vizet az alagúton keresztül. A felmelegített víz gőzként kerül a felszínre, ahol közvetlenül fel lehet használni fűtéshez vagy turbina centrifugálásához. Bizonyos esetekben a hőt átviszik a vízből egy másik, alacsonyabb forráspontú anyaghoz, például izobutánhoz, és a kapott gőz forog a turbinákban.
A geotermikus energia legegyszerűbb formájában gyógyítást és kényelmet nyújtott a természetes gyógyfürdőkben és meleg forrásokban, mindaddig, amíg emberek voltak gyakran. Japán a világ egyik geológiailag aktív országa, amelynek természetes meleg forrásainak nagy hálózata és hosszú áztatási története van. A szakértők becslése szerint elegendő geotermikus erőforrással rendelkezik, hogy eleget tegyen villamosenergia-igényének akár 10% -áig, így geotermikus potenciálja a világon harmadik, csak az Egyesült Államok és Indonézia mögött marad.
Az embereknek választaniuk kell
Néhány erőforrás törékeny és eltűnik, és felhasználható energiává alakítva szennyező anyagokat hoz létre, amelyek megváltoztatják a bolygó környezetét. Az egyéb erőforrások csak a napenergia és a bolygó dinamikájától függenek, amelyek ígéretében változatlanok maradnak a következő néhány milliárd évben. A jelen pillanatban az emberiségnek sürgősen választania kell. A túlélés attól függ, hogy képes-e rövid időn belül átállni az előbbitől az utóbbiig.