Hvad er de største energikilder på jorden?

Det tager meget energi at pleje en art som homo sapiens. I de sidste par århundreder er denne art opstået som en sammenkoblet global tilstedeværelse på en måde, som, så vidt videnskaben ved, aldrig har fundet sted før på planeten.

De typer energi, mennesker har brug for, inkluderer elektricitet til at drive deres hjem og industrier, biokemisk energi til at fodre deres kroppe og brændbare ressourcer til varme, transport og industri produktion.

I bred skala afhænger jordens evne til at levere, hvad mennesker har brug for, af fem hovedkilder:

• Solen, den gigantiske fusionsreaktor på himlen, leverer energi i rækkefølgen af ​​yottawatt (10²⁴ watt) 24/7.
• Vand, som ikke kun er essentielt for livet, men som også kan udnyttes til energiproduktion.
• Tyngdekraft, den mystiske kraft, der skaber og ødelægger stjerner, er ansvarlig for tidevand, og det gør vand til en kilde til konvertibel kinetisk energi.
• Jordens bevægelser skabe daglige og sæsonbestemte temperaturforskelle, der genererer vind og havstrømme, der kan konverteres til elektricitet.
instagram story viewer
• Radioaktivitet er det naturlige henfald af tunge grundstoffer til lettere med en deraf følgende frigivelse af stråling. Strålingen skaber varme, som kan bruges til at generere elektricitet.

Derudover stammer en vigtig energiforsyning til mennesker fra de nedbrydende kroppe af organismer, der har blomstret og døde i hele æoner. I modsætning til de ovenfor anførte ressourcer er denne levering dog begrænset.

Fossile brændstoffer, der inkluderer olie, naturgas og kul, er faktisk en anden form for solenergi. For mange år siden omdannede levende organismer solens lys og varme til de kulstofbaserede molekyler, der dannede deres kroppe. Organismerne døde, og deres kroppe sank dybt ned i jorden og til bunden af ​​havene. I dag kan den energi, der er fastlåst i disse kulstofbindinger, frigives ved at hente, hvad deres rester blev til, og brænde dem.

Olie og naturgas kommer fra mikroskopisk havplankton, der levede for millioner af år siden. De døde og sank ned til bunden af ​​havene, hvor nedbrydning og andre kemiske processer gjorde dem til voksagtige kerogen og blive bitumen. Havbunden tørrede til sidst ud, og disse materialer blev begravet under sten og jord. De er blevet råmaterialerne til fremstilling, benzin, dieselolie, petroleum og et væld af andre olieprodukter.

Den traditionelle måde at hente råolie op fra jorden er ved at bore, men hydraulisk brud, eller fracking, er blevet et ofte brugt moderne alternativ. I denne proces tvinges en blanding af sand, vand og potentielt farlige kemikalier ned i jorden for at fortrænge olie. Fracking er en dyr proces, og den har en række skadelige virkninger på grundfjeldet, vandbordet og den omgivende luft.

Kul kommer fra jordbaserede planter, der bosatte sig i moser og sumpe og blev til tørv. Torven størknede, da jorden tørrede ud, og den blev til sidst dækket af andet snavs. Trykket gjorde det til det sorte, stenede stof brændt i mange industrianlæg og kraftværker. Alt dette begyndte at ske for 300 millioner år siden, da dinosaurer strejfede rundt på jorden, men i modsætning til populær myte nedbrydes kul ikke dinosaurer.

I årtusinder har mennesker brugt vandkraft til at udføre arbejde, og i fysik er arbejde synonymt med energi. Vandhjul placeret i nærheden af ​​en strøm eller et vandfald har brugt den energi, der genereres ved at flytte vand til at fræse korn, overrisle afgrøder, save træ og udføre en lang række andre opgaver. Med fremkomsten af ​​elektricitet er vandhjul blevet omdannet til kraftværker.

Vandturbinen er hjertet i en vandkraftværk, og den fungerer på grund af fænomenet elektromagnetisk induktion, opdaget af fysikeren Michael Faraday i 1831. Faraday fandt ud af, at en roterende magnet inde i en spole eller ledningstråd genererer en elektrisk strøm i spolen og mindre end 100 år senere kom den første induktionsgenerator online på Niagara Falls.

I dag leverer vandkraftværker ca. 6 procent af den elektricitet, der forbruges over hele verden. Forbrænding af fossile brændstoffer til generering af damp og spin-turbiner genererer derimod næsten 60 procent af verdens elektricitet. Mest vandkraft genereres af dæmninger, ikke af vandfald.

En dæmning, som en strøm eller et vandfald, afhænger af tyngdekraften. Vandet trænger ind i en passage øverst på dæmningen, strømmer gennem et rør, der forstørrer sin energi og drejer en turbine, inden det går ud nær dæmningen. To af verdens største vanddæmninger er Three Gorges Dam i Kina, der genererer 22,5 gigawatt energi og Itaipu Dam ved grænsen mellem Brasilien og Paraguay, der genererer 14 GW. Den største dæmning i Nordamerika er Grand Coulee Dam i staten Washington, som kun genererer omkring 7 megawatt.

Havene er en af ​​verdens vigtigste energiressourcer af to grunde. Den første er, at de har strømme, som sammen med vinden danner bølger. Bølger kan omdannes til elektricitet. Fordi de er resultatet af temperaturforskelle forårsaget af solens varme, er bølger og strømme, der danner dem, teknisk set en form for solenergi.

Den anden energiressource i havene er tidevandet, der er forårsaget af månens og solens tyngdepåvirkninger såvel som af selve jordens bevægelser. Der findes også teknologier til at omdanne energien i tidevandet til elektricitet.

Bølgenererende stationer er endnu ikke mainstream, og prototypen, der blev indsat ud for Skotlands kyst, genererer kun 0,5 MW. Tilgængelige bølgeteknologier inkluderer:

• Flyder og bøjer, der stiger og falder på bølgerne og genererer kraft med hydrauliske enheder.

• Svingende vandsøjler, der tillader vand at komme ind i et kammer og komprimere lukket luft, som derefter drejer en turbine.

• Koniske kanalsystemer, der er bundet til land. De kanaliserer vand i forhøjede reservoirer, og når vandet får lov til at falde, drejer det en turbine.

Tidevandskraftværker kan bruge kraften fra indgående og udgående tidevand til direkte centrifugering af møller. Vand er ca. 800 gange tættere end luft, så hvis en turbine placeres på havbunden, genererer tidevandsbevægelserne betydelig kraft til at dreje dem. Tidevands-spærringssystemer er dog mere almindelige.

En tidevandsspærring er en barriere rejst over et tidevandsbassin, der gør det muligt for vand fra den stigende tidevand at komme ind, og derefter lukker og styrer udstrømningen ved ebbe. Den største generator er Sihwa Lake Tidal Power Station i Sydkorea. Den genererer cirka 254 MW.

To af de mest kendte måder at generere elektricitet på en måde, der ikke er afhængig af forsvindende fossile brændstoffer og ikke skaber forurening, er at installere vindmøller eller solcelleanlæg. Fordi solen er ansvarlig for temperaturforskellene, der skaber vind, er begge strengt taget former for solenergi.

Vindgeneratorer fungerer ligesom vandkraft- eller bølgedrevne. Når vinden blæser, drejer den en aksel, der er forbundet med tandhjul til en kraftgenererende induktionsmølle. Moderne turbiner er kalibreret til at levere vekselstrøm med samme frekvens som konventionel vekselstrøm, hvilket gør den tilgængelig til øjeblikkelig brug. Vindmølleparker over hele verden leverer næsten 5 procent af verdens elektricitet.

Solpaneler er afhængige af den solcelleeffekt, hvorved solens stråling skaber en spænding i et halvledende materiale. Spændingen skaber jævnstrøm, som skal konverteres til vekselstrøm ved at føre den gennem en inverter. Solpaneler genererer kun elektricitet, når solen er ude, så de bruges ofte til at oplade batterier, som opbevarer strømmen til senere brug.

Solpaneler er måske en af ​​de mest tilgængelige metoder til generering af elektricitet, men de leverer kun en lille brøkdel af verdens elektricitet - mindre end 1 procent.

Strengt taget er processen med nuklear fission ikke et naturligt fænomen, men det kommer fra naturen. Nuklear fission blev opfundet kort efter, at forskere var i stand til at forstå atomet og det naturlige fænomen radioaktivitet. Selvom fission oprindeligt blev brugt til at fremstille bomber, kom det første atomkraftværk online kun tre år efter, at den første bombe blev eksploderet på Trinity-stedet i New Mexico-ørkenen.

Kontrollerede fissionsreaktioner forekommer inden for alle verdens atomkraftværker. Det genererer varme til at koge vand, som producerer den nødvendige damp til at drive elektriske møller. Når en fissionsreaktion starter, har den brug for lidt brændstof for at fortsætte på ubestemt tid.

Næsten 20 procent af verdens elektriske behov dækkes af atomkraftværker. Oprindeligt betragtet som en billig kilde til næsten ubegrænset kraft, har nuklear fission alvorlig ulemper, ikke mindst som muligheden for nedsmeltning og ukontrolleret frigivelse af skadeligt stråling. To velkendte ulykker, en ved Ruslands Tjernobyl-kraftværk og en anden ved Japans Fukushima har undgået disse farer og gjort atomkraftproduktion mindre attraktiv end den en gang var.

Dybt inde i jordskorpen er tryk og temperaturer så store, at de flydende sten til smeltet lava. Dette overophedede materiale løber gennem vener i skorpen, der lejlighedsvis leder det tæt på overfladen. Samfund i områder, hvor dette sker, kan bruge varmen til at generere elektricitet og give varme til deres hjem. Dette kaldes geotermisk energi, og i nogle tilfælde forstærkes det af radioaktive materialer i jorden, som også genererer varme.

For at gøre brug af geotermisk energi borer udviklere en tunnel ned i jorden på et passende sted og cirkulerer vand gennem tunnelen. Det opvarmede vand kommer til overfladen som damp, hvor det kan bruges direkte til opvarmning eller til at dreje en turbine. I nogle tilfælde overføres varmen fra vandet til et andet stof med et lavere kogepunkt, såsom isobutan, og den resulterende damp spinder turbinerne.

I sin enkleste form har geotermisk energi tilvejebragt helbredelse og trøst ved naturlige kurbade og varme kilder, så længe der har været mennesker, der hyppige dem. Japan er et af de mest geologisk aktive lande i verden, og det har et stort netværk af naturlige varme kilder og en lang historie med gennemblødning. Eksperter vurderer, at det har nok geotermiske ressourcer til at dække op til 10 procent af sin elektricitet behov, hvilket gør sit geotermiske potentiale tredje i verden, kun bag USA og USA Indonesien.

Nogle ressourcer er skrøbelige og forsvinder, og konvertering af dem til brugbar energi skaber forurenende stoffer, der ændrer planetariske omgivelser. Andre ressourcer afhænger kun af sol- og planetarisk dynamik, der lover at forblive uændret i de næste par milliarder år. I øjeblikket har menneskeheden et presserende valg at tage. Selve dens overlevelse kan afhænge af dets evne til at skifte sin afhængighed fra førstnævnte til sidstnævnte på kort tid.