Jaké jsou hlavní zdroje energie na Zemi?

K pěstování druhů jako je třeba hodně energie homo sapiens. V posledních několika stoletích se tento druh ukázal jako vzájemně propojená globální přítomnost způsobem, který, jak věda ví, na planetě nikdy předtím nenastal.

Mezi druhy energie, které lidé potřebují, patří biochemická elektřina k napájení jejich domovů a průmyslových odvětví energie pro krmení jejich těl a hořlavých zdrojů pro teplo, dopravu a průmysl Výroba.

V širokém měřítku závisí schopnost Země poskytovat to, co lidé potřebují, na pěti hlavních zdrojích:

• Slunce, ten obrovský fúzní reaktor na obloze, dodává energii v řádu yottawattů (10²⁴ wattů) 24 hodin denně, 7 dní v týdnu.
• Voda, který je nejen nezbytný pro život, ale který lze také využít k výrobě energie.
• Gravitace, tajemná síla, která vytváří a ničí hvězdy, je zodpovědná za příliv a odliv a mění vodu na zdroj konvertibilní kinetické energie.
• Pohyby Země vytvářet denní a sezónní teplotní rozdíly, které generují větry a oceánské proudy, které lze převést na elektřinu.
• Radioaktivita
  je přirozený rozpad těžkých prvků na lehčí s výsledným uvolňováním záření. Záření vytváří teplo, které lze použít k výrobě elektřiny.

Kromě toho je důležitý přísun energie pro člověka odvozen z rozpadajících se těl organismů, které po celé věky vzkvétaly a umíraly. Na rozdíl od výše uvedených zdrojů je však tato nabídka omezená.

Fosilní paliva, která zahrnují ropu, zemní plyn a uhlí, jsou ve skutečnosti další formou sluneční energie. Před mnoha lety živé organismy přeměňovaly sluneční světlo a teplo na molekuly na bázi uhlíku, které formovaly jejich těla. Organismy zemřely a jejich těla klesla hluboko do země a na dna oceánů. Energie zachycená v těchto uhlíkových vazbách může být dnes uvolněna získáním toho, na co se jejich zbytky proměnily, a jejich spálením.

Ropa a zemní plyn pocházejí z mikroskopického mořského planktonu, který žil před miliony let. Zemřeli a klesli ke dnu oceánů, kde je rozklad a další chemické procesy změnily na voskovité kerogen a zdržovat se živice. Oceánské dna nakonec vyschly a tyto materiály byly pohřbeny pod horninou a půdou. Staly se surovinami pro výrobu, benzínem, motorovou naftou, petrolejem a řadou dalších ropných produktů.

Tradiční způsob těžby ropy ze země je vrtání, ale hydraulické štěpení, nebo posranej, se stala často používanou moderní alternativou. V tomto procesu je směs písku, vody a potenciálně nebezpečných chemikálií tlačena do země, aby vytlačila ropu. Štěpení je nákladný proces a má řadu škodlivých účinků na podloží, vodní hladinu a okolní vzduch.

Uhlí pochází z suchozemských rostlin, které se usadily v bažinách a bažinách a proměnily se v rašelinu. Rašelina ztuhla, když zem vyschla, a nakonec byla zakryta kameny a dalšími úlomky. Tlak ji proměnil v černou, kamenitou látku spálenou v mnoha průmyslových podnicích a elektrárnách. To vše se začalo dít asi před 300 miliony let, kdy se dinosauři potulovali po Zemi, ale na rozdíl od populárního mýtu uhlí není dinosaury rozloženými.

Po tisíciletí využívali lidé k výkonu práce vodní energii a ve fyzice je práce synonymem pro energii. Vodní kola umístěná v blízkosti potoka nebo vodopádu využívají energii generovanou pohybem vody k mletí obilí, zavlažování plodin, řezání dřeva a k provádění řady dalších úkolů. S příchodem elektřiny se vodní kola proměnila v elektrárny.

Vodní turbína je srdcem vodní elektrárny a funguje kvůli fenoménu elektromagnetické indukce, který objevil fyzik Michael Faraday v roce 1831. Faraday zjistil, že rotující magnet uvnitř cívky nebo vodivého drátu generuje elektrický proud v cívce a o necelých 100 let později byl první indukční generátor online v Niagarě Falls.

Dnes vodní elektrárny dodávají přibližně 6 procent celosvětově spotřebované elektřiny. Spalování fosilních paliv za účelem výroby páry a rotačních turbín na druhé straně vytváří téměř 60 procent světové elektřiny. Většina vodní energie je generována přehradami, nikoli vodopády.

Přehrada, jako potok nebo vodopád, závisí na gravitaci. Voda vstupuje do průchodu v horní části přehrady, protéká trubkou, která zvětšuje její energii a otáčí turbínou, než opustí základnu přehrady. Dvě z největších vodních přehrad na světě jsou přehrada Tři soutěsky v Číně, která generuje 22,5 gigawattů energie, a přehrada Itaipu na hranici Brazílie / Paraguay, která generuje 14 GW. Největší přehradou v Severní Americe je přehrada Grand Coulee ve státě Washington, která generuje jen asi 7 megawattů.

Oceány jsou jedním z nejdůležitějších energetických zdrojů na světě ze dvou důvodů. První je, že mají proudy, které ve spojení s větry tvoří vlny. Vlny lze přeměnit na elektřinu. Protože jsou výsledkem teplotních rozdílů způsobených slunečním teplem, vlny a proudy, které je tvoří, jsou technicky formou sluneční energie.

Dalším energetickým zdrojem v oceánech jsou přílivy a odlivy, které jsou způsobeny gravitačními vlivy měsíce a slunce, stejně jako pohyby samotné Země. Existují také technologie pro převod energie z přílivu a odlivu na elektřinu.

Stanice na výrobu vln ještě nejsou běžné a prototyp, který byl nasazen u pobřeží Skotska, generuje pouze 0,5 MW. Dostupné technologie vln zahrnují:

• Plováky a bóje, které stoupají a padají na vlnách a generují energii pomocí hydraulických zařízení.

• Oscilační vodní sloupce, které umožňují vodě vstoupit do komory a stlačit uzavřený vzduch, který poté roztáčí turbínu.

• Zúžené kanálové systémy, které jsou vázány na břeh. Vedou vodu do vyvýšených nádrží, a když se voda nechá spadnout, roztočí turbínu.

Přílivové elektrárny mohou využívat sílu přílivu a odlivu k přímému otáčení turbín. Voda je asi 800krát hustší než vzduch, takže pokud je na oceánské dno umístěna turbína, přílivové pohyby generují významnou sílu k jejich roztočení. Systémy přílivové palby jsou však běžnější.

Přílivová palba je bariéra postavená napříč přílivovou pánví, která umožňuje vodě ze stoupajícího přílivu vstoupit, poté se uzavírá a řídí odtok na odlivu. Největším takovým generátorem je přílivová elektrárna Sihwa Lake v Jižní Koreji. Generuje přibližně 254 MW.

Dva z nejznámějších způsobů výroby elektřiny způsobem, který se nespoléhá na mizení fosilních paliv a nevytváří znečištění, je nasazení větrných turbín nebo fotovoltaických panelů. Protože slunce je zodpovědné za teplotní rozdíly, které vytvářejí vítr, obě jsou, přísně vzato, formami sluneční energie.

Větrné generátory fungují stejně jako hydroelektrické nebo vlnové. Když fouká vítr, roztočí hřídel, která je spojena s převody s indukční turbínou generující energii. Moderní turbíny jsou kalibrovány tak, aby poskytovaly střídavý proud na stejné frekvenci jako konvenční střídavý proud, což umožňuje okamžité použití. Větrné farmy po celém světě dodávají téměř 5 procent světové elektřiny.

Solární panely se spoléhají na fotovoltaický efekt, kdy sluneční záření vytváří napětí v polovodičovém materiálu. Napětí vytváří stejnosměrný proud, který musí být převeden na střídavý proud jeho průchodem střídačem. Solární panely vyrábějí elektřinu, pouze když je slunce venku, takže se často používají k nabíjení baterií, které ukládají energii pro pozdější použití.

Solární panely představují možná jednu z nejdostupnějších metod výroby elektřiny, ale dodávají jen malý zlomek světové elektřiny - méně než 1 procento.

Přísně vzato, proces štěpení jader není přirozeně se vyskytující jev, ale pochází z přírody. Jaderné štěpení bylo vynalezeno brzy poté, co vědci dokázali porozumět atomu a přirozenému jevu radioaktivity. Ačkoli se štěpení původně používalo k výrobě bomb, první jaderná elektrárna byla uvedena do provozu pouhé tři roky po výbuchu první bomby v místě Trojice v poušti Nového Mexika.

Řízené štěpné reakce probíhají uvnitř všech světových jaderných elektráren. Produkuje teplo k vaření vody, které produkuje páru potřebnou k pohonu elektrických turbín. Jakmile začne štěpná reakce, potřebuje neomezené množství paliva, aby mohla pokračovat donekonečna.

Téměř 20 procent světových elektrických potřeb uspokojují generátory jaderné energie. Jaderné štěpení, které bylo původně považováno za levný zdroj prakticky neomezené energie, má vážné následky nevýhody, v neposlední řadě je to možnost roztavení a nekontrolované uvolňování škodlivých látek záření. Dvě známé nehody, jedna v ruské černobylské elektrárně a druhá v japonské Fukušimě zařízení odstranili tato nebezpečí a učinili výrobu jaderné energie méně atraktivní než dříve byl.

Hluboko uvnitř zemské kůry jsou tlaky a teploty tak velké, že zkapalňují horninu na roztavenou lávu. Tento přehřátý materiál prochází žilkami v kůře, které jej občas nasměrují těsně k povrchu. Komunity v oblastech, kde k tomu dochází, mohou využívat teplo k výrobě elektřiny a k zajištění tepla pro své domovy. Říká se tomu geotermální energie a v některých případech je rozšířena o radioaktivní materiály v zemi, které také generují teplo.

Aby využili geotermální energii, vyvrtají vývojáři na vhodném místě tunel do Země a tunelem cirkulují vodu. Ohřátá voda přichází na povrch jako pára, kde ji lze použít přímo k ohřevu nebo k roztočení turbíny. V některých případech se teplo přenáší z vody na jinou látku s nižší teplotou varu, jako je isobutan, a výsledná pára točí turbíny.

Geotermální energie ve své nejjednodušší formě poskytovala uzdravení a pohodlí v přírodních lázních a horkých pramenech tak dlouho, dokud je lidé mohli často navštěvovat. Japonsko je jednou z geologicky nejaktivnějších zemí na světě a má rozsáhlou síť přírodních horkých pramenů a dlouhou historii namáčení. Odborníci odhadují, že má dostatek geotermálních zdrojů k pokrytí až 10 procent své elektřiny potřebuje, čímž se jeho geotermální potenciál stává třetím na světě, a to za USA a USA Indonésie.

Některé zdroje jsou křehké a mizí a jejich přeměnou na využitelnou energii vznikají znečišťující látky, které mění planetární prostředí. Další zdroje závisí pouze na sluneční a planetární dynamice, která slibuje, že v příštích několika miliardách let zůstane nezměněna. V současné době má lidstvo naléhavou volbu. Jeho samotné přežití může záviset na jeho schopnosti v krátkém časovém období změnit jeho spoléhání z prvního na druhé.