Δύο νέες μορφές ενέργειας στα τέλη του 1800

Στα τέλη του 1800, οι επιστήμονες ανέπτυξαν το βασικό έργο για την πλήρη αξιοποίηση της υδροηλεκτρικής ενέργειας και του φυσικού αερίου, δύο μορφές ενέργειας που τροφοδοτούν μεγάλο μέρος της παγκόσμιας υποδομής σήμερα. Εκτός από τα οφέλη τους, και οι δύο μορφές θέτουν υλικοτεχνικές, οικονομικές και ηθικές προκλήσεις, προωθώντας κάποια συζήτηση σχετικά με τη μακροπρόθεσμη βιωσιμότητά τους ως βιώσιμων πηγών ενέργειας.

Οι αιγυπτιακοί και οι ελληνικοί πολιτισμοί χρησιμοποίησαν τη δύναμη του ρέοντος νερού πριν από χιλιάδες χρόνια, πρώτα χρησιμοποιώντας υδρόβιους τροχούς για να γυρίσουν μυλόπετρες και να αλέσουν σιτάρι. Αργότερα εργοστάσια το 1700 ανέπτυξαν παρόμοια συστήματα με μαζικής παραγωγής υφάσματα και έπιπλα. Το να παντρευτείς την ηλεκτρογεννήτρια στα τέλη του 1800 με την υδροηλεκτρική ενέργεια επέτρεψε μια σταθερή πηγή ηλεκτρισμού. Το 1881, οι καταρράκτες του Νιαγάρα έγιναν το πρώτο υδροηλεκτρικό εργοστάσιο, το οποίο χρησιμοποιούσε για την τροφοδοσία των φώτων της πόλης. Πάνω από 200 περισσότερα εργοστάσια κατασκευάστηκαν στις Ηνωμένες Πολιτείες τα επόμενα 10 χρόνια. Μετά την ίδρυση του Γραφείου Ανάκτησης το 1902, κατασκευάστηκαν πάνω από 220 φράγματα για άρδευση και ισχύ σε όλες τις δυτικές ΗΠΑ και 56 ήταν εξοπλισμένα με υδροηλεκτρικά εργοστάσια.

Τα φράγματα που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας επηρεάζουν το περιβάλλον σε πολλά επίπεδα. Είδη που ευδοκιμούν σε οικοσυστήματα ποταμών ενδέχεται να υποφέρουν στη δεξαμενή που δημιουργείται από φράγμα, και το ιζήματα πλούσια σε θρεπτικά συστατικά παγιδευμένα από την κατασκευή φράγματος μπορούν να οδηγήσουν σε λιγότερη γονιμότητα για τις πλημμύρες Δέλτα κατάντη. Παραδόξως τα φράγματα συμβάλλουν επίσης στη δημιουργία αερίων του θερμοκηπίου όταν ζουν φυτά που βυθίζονται από μια νέα σχηματισμένη δεξαμενή πεθαίνουν και διαλύονται σε διοξείδιο του άνθρακα ή μεθάνιο. Τα φράγματα έχουν επίσης σημαντικό κόστος για τα δικαιώματα γης, όπου απαιτείται, κατασκευή και συντήρηση.

Αρχαίοι δίσκοι από το 200 π.Χ. υποδείξτε πώς οι Κινέζοι δημιούργησαν συστήματα σωλήνων μπαμπού για την καύση φυσικού αερίου, τα οποία χρησιμοποιούσαν για να εξατμίσουν αλμυρό νερό και να παράγουν αλάτι. Ομοίως, η κατασκευή υποδομών κατά τη δεκαετία του 1800 επέτρεψε τη μεταφορά φυσικού αερίου μέσω αγωγού και τη χρήση για φώτα σε οικιακές και επιχειρηματικές δομές. Η ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας σε συνδυασμό με τις εγγενείς δυσκολίες μεταφοράς φυσικού αερίου περιορίστηκαν ευρεία υιοθέτηση, αν και η παραγωγή εξακολουθεί να αυξάνεται για να καλύψει την περιφερειακή ζήτηση για θέρμανση νερού, σπιτιών και μαγείρεμα. Η παραγωγή φυσικού αερίου κορυφώθηκε στις ΗΠΑ το 1973. περίπου το 17% του φυσικού αερίου που χρησιμοποιείται στις Η.Π.Α. εισάγεται τώρα, κυρίως από τον Καναδά.

Το φυσικό αέριο παράγει πολύ λιγότερο διοξείδιο του άνθρακα όταν καίγεται, καθιστώντας το μια πιο καθαρή πηγή ενέργειας από άλλα ορυκτά καύσιμα όπως το πετρέλαιο ή ο άνθρακας. Ωστόσο, πρέπει να αποθηκευτεί και να μεταφερθεί σε συστήματα συγκράτησης υψηλής πίεσης, με δυνατότητα στεγανοποίησης, διαφορετικά θα διαρρεύσει. Οι εναποθέσεις φυσικού αερίου συμβαίνουν συχνά κοντά σε ανθρακωρυχεία και πετρελαιοπηγές, και συνήθως αποτελούνται από μεθάνιο με άλλες ενώσεις όπως βουτάνιο, προπάνιο, υδρατμούς ή διοξείδιο του άνθρακα. Το φυσικό αέριο μπορεί επίσης να εξαχθεί από μη συμβατικές πηγές, όπως μεθάνιο που εξάγεται από χώρους υγειονομικής ταφής ή εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων, καθιστώντας το ανανεώσιμο πόρο. Το φυσικό αέριο, όπως οι εναποθέσεις που βρίσκονται σε ρηχά στρώματα άνθρακα, μπορεί να περιέχει μεγάλες ποσότητες νερού, δημιουργώντας επιπλοκές απορροής ή διάθεσης για το τοπικό περιβάλλον.