¿Cuáles son las principales fuentes de energía de la Tierra?

Se necesita mucha energía para nutrir una especie como homo sapiens. En los últimos siglos, esta especie ha surgido como una presencia global interconectada de una manera que, hasta donde la ciencia sabe, nunca antes había ocurrido en el planeta.

Los tipos de energía que los seres humanos necesitan incluyen electricidad para alimentar sus hogares e industrias, bioquímica energía para alimentar sus cuerpos y recursos combustibles para el calor, el transporte y la industria producción.

A gran escala, la capacidad de la tierra para proporcionar lo que los humanos necesitan depende de cinco fuentes principales:

• El sol, ese reactor de fusión gigante en el cielo, suministra energía del orden de yottawatts (10²⁴ vatios) las 24 horas del día, los 7 días de la semana.
• Agua, que no solo es esencial para la vida, sino que también se puede aprovechar para la producción de energía.
• Gravedad, la fuerza misteriosa que crea y destruye las estrellas, es responsable de las mareas y convierte el agua en una fuente de energía cinética convertible.
• Los movimientos de la tierra crean diferenciales de temperatura diarios y estacionales que generan vientos y corrientes oceánicas que se pueden convertir en electricidad.
• Radioactividad es la descomposición natural de elementos pesados ​​en elementos más ligeros con la consiguiente liberación de radiación. La radiación crea calor que puede utilizarse para generar electricidad.

Además, un importante suministro de energía para los seres humanos se deriva de los cuerpos en descomposición de organismos que han florecido y muerto a lo largo de los eones. Sin embargo, a diferencia de los recursos enumerados anteriormente, este suministro es limitado.

Los combustibles fósiles, que incluyen petróleo, gas natural y carbón, son en realidad otra forma de energía solar. Hace eones, los organismos vivos convirtieron la luz y el calor del sol en las moléculas de carbono que formaban sus cuerpos. Los organismos murieron y sus cuerpos se hundieron profundamente en el suelo y en el fondo de los océanos. Hoy en día, la energía encerrada en esos enlaces de carbono se puede liberar recuperando en qué se convirtieron sus restos y quemándolos.

El petróleo y el gas natural provienen del plancton marino microscópico que vivió hace millones de años. Murieron y se hundieron en el fondo de los océanos, donde la descomposición y otros procesos químicos los convirtieron en cerosos. kerógeno y esperar betún. Los fondos oceánicos finalmente se secaron y estos materiales quedaron enterrados bajo la roca y el suelo. Se han convertido en las materias primas para la fabricación de gasolina, combustible diesel, queroseno y una serie de otros productos derivados del petróleo.

La forma tradicional de recuperar petróleo crudo del suelo es mediante perforación, pero fracturación hidráulica o fracking, se ha convertido en una alternativa moderna de uso frecuente. En este proceso, una mezcla de arena, agua y productos químicos potencialmente peligrosos se introduce en el suelo para desplazar el petróleo. La fracturación hidráulica es un proceso costoso y tiene una serie de efectos nocivos sobre el lecho de roca, el nivel freático y el aire circundante.

El carbón proviene de plantas terrestres que se asentaron en pantanos y pantanos y se convirtieron en turba. La turba se solidificó cuando la tierra se secó y finalmente fue cubierta por rocas y otros escombros. La presión lo convirtió en la sustancia rocosa negra quemada en muchas plantas industriales y centrales eléctricas. Todo esto empezó a suceder hace unos 300 millones de años, cuando los dinosaurios vagaban por la tierra, pero contrariamente al mito popular, el carbón no es dinosaurios descompuestos.

Durante milenios, los seres humanos han aprovechado la energía del agua para realizar trabajos y, en física, el trabajo es sinónimo de energía. Las ruedas hidráulicas colocadas cerca de un arroyo o cascada han utilizado la energía generada por el agua en movimiento para moler grano, regar cultivos, aserrar madera y realizar una serie de otras tareas. Con la llegada de la electricidad, las ruedas hidráulicas se han convertido en centrales eléctricas.

La turbina de agua es el corazón de una central hidroeléctrica y funciona debido al fenómeno de inducción electromagnética, descubierto por el físico Michael Faraday en 1831. Faraday descubrió que un imán giratorio dentro de una bobina o un cable conductor genera una corriente eléctrica en la bobina, y menos de 100 años después, el primer generador de inducción entró en funcionamiento en Niagara Caídas.

Hoy en día, las plantas hidroeléctricas suministran alrededor del 6 por ciento de la electricidad consumida en todo el mundo. La quema de combustibles fósiles para generar vapor y hacer girar turbinas, por otro lado, genera casi el 60 por ciento de la electricidad mundial. La mayor parte de la energía hidroeléctrica es generada por represas, no por cascadas.

Una presa, como un arroyo o una cascada, depende de la gravedad. El agua entra por un pasaje en la parte superior de la presa, fluye a través de una tubería que magnifica su energía y hace girar una turbina antes de salir cerca de la base de la presa. Dos de las represas hidroeléctricas más grandes del mundo son la represa de las Tres Gargantas en China, que genera 22,5 gigavatios de energía y la represa de Itaipu en la frontera entre Brasil y Paraguay, que genera 14 GW. La presa más grande de América del Norte es la presa Grand Coulee en el estado de Washington, que genera solo alrededor de 7 megavatios.

Los océanos son uno de los recursos energéticos más importantes del mundo por dos razones. La primera es que tienen corrientes, que en conjunto con los vientos forman olas. Las ondas se pueden convertir en electricidad. Debido a que son el resultado de diferencias de temperatura provocadas por el calor del sol, las olas y las corrientes que las forman son técnicamente una forma de energía solar.

El otro recurso energético de los océanos son las mareas, que son causadas por las influencias gravitacionales de la luna y el sol, así como por los movimientos de la tierra misma. También existen tecnologías para convertir la energía de las mareas en electricidad.

Las estaciones generadoras de olas aún no son convencionales y el prototipo, que se implementó frente a las costas de Escocia, genera solo 0,5 MW. Las tecnologías de olas disponibles incluyen:

• Flotadores y boyas, que suben y bajan sobre las olas y generan energía con dispositivos hidráulicos.

• Columnas de agua oscilantes, que permiten que el agua ingrese a una cámara y comprima el aire encerrado, que luego hace girar una turbina.

• Sistemas de canales cónicos, que están limitados a la costa. Canalizan el agua hacia depósitos elevados y, cuando se permite que el agua caiga, hace girar una turbina.

Las estaciones de energía mareomotriz pueden utilizar la energía de las mareas entrantes y salientes para hacer girar directamente las turbinas. El agua es aproximadamente 800 veces más densa que el aire, por lo que si se coloca una turbina en el fondo del océano, los movimientos de las mareas generan un poder significativo para hacerlas girar. Sin embargo, los sistemas de barrera de mareas son más comunes.

Una barrera de marea es una barrera erigida a través de una cuenca de marea que permite que entre el agua de la marea creciente, luego se cierra y controla el flujo de salida en la marea baja. El generador más grande de este tipo es la central eléctrica mareomotriz del lago Sihwa en Corea del Sur. Genera unos 254 MW.

Dos de las formas más conocidas de generar electricidad de una manera que no dependa de la desaparición de los combustibles fósiles y que no genere contaminación son el despliegue de turbinas eólicas o paneles fotovoltaicos. Debido a que el sol es responsable de los diferenciales de temperatura que crean el viento, ambos son, estrictamente hablando, formas de energía solar.

Los generadores eólicos funcionan como los hidroeléctricos o los de olas. Cuando sopla el viento, hace girar un eje que está conectado por engranajes a una turbina de estilo de inducción que genera energía. Las turbinas modernas están calibradas para proporcionar corriente CA a la misma frecuencia que la energía CA convencional, lo que la hace disponible para su uso inmediato. Los parques eólicos de todo el mundo suministran casi el 5 por ciento de la electricidad mundial.

Los paneles solares se basan en el efecto fotovoltaico, mediante el cual la radiación del sol crea un voltaje en un material semiconductor. El voltaje crea corriente continua que debe convertirse en corriente alterna pasándola a través de un inversor. Los paneles solares solo generan electricidad cuando sale el sol, por lo que a menudo se utilizan para cargar baterías, que almacenan la energía para su uso posterior.

Los paneles solares representan quizás uno de los métodos más accesibles para generar electricidad, pero suministran solo una pequeña fracción de la electricidad del mundo, menos del 1 por ciento.

Estrictamente hablando, el proceso de fisión nuclear no es un fenómeno natural, sino que proviene de la naturaleza. La fisión nuclear se inventó poco después de que los científicos pudieran comprender el átomo y el fenómeno natural de la radiactividad. Aunque la fisión se utilizó originalmente para fabricar bombas, la primera planta de energía nuclear entró en funcionamiento solo tres años después de que explotara la primera bomba en el sitio de Trinity en el desierto de Nuevo México.

Las reacciones de fisión controladas ocurren dentro de todas las centrales nucleares del mundo. Genera calor para hervir el agua, que produce el vapor necesario para impulsar las turbinas eléctricas. Una vez que comienza una reacción de fisión, necesita poco combustible para continuar indefinidamente.

Casi el 20 por ciento de las necesidades eléctricas del mundo se satisfacen con generadores de energía nuclear. Originalmente considerada una fuente barata de energía virtualmente ilimitada, la fisión nuclear tiene serias inconvenientes, uno de los cuales es la posibilidad de fusión y la liberación incontrolada de sustancias nocivas radiación. Dos accidentes conocidos, uno en la central eléctrica de Chernobyl en Rusia y otro en Fukushima en Japón instalación, han evitado estos peligros y han hecho que la producción de energía nuclear sea menos atractiva de lo que solía ser estaba.

En lo profundo de la corteza terrestre, las presiones y temperaturas son tan grandes que licúan la roca en lava fundida. Este material sobrecalentado discurre a través de venas en la corteza que ocasionalmente lo dirigen cerca de la superficie. Las comunidades en áreas donde esto ocurre pueden usar el calor para generar electricidad y proporcionar calor a sus hogares. A esto se le llama energía geotérmica y, en algunos casos, se ve aumentada por materiales radiactivos en el suelo, que también generan calor.

Para hacer uso de la energía geotérmica, los desarrolladores perforan un túnel en la tierra en un sitio adecuado y hacen circular el agua a través del túnel. El agua calentada sale a la superficie en forma de vapor, donde se puede utilizar directamente para calentar o hacer girar una turbina. En algunos casos, el calor se transfiere del agua a otra sustancia con un punto de ebullición más bajo, como el isobutano, y el vapor resultante hace girar las turbinas.

En su forma más simple, la energía geotérmica ha proporcionado curación y comodidad en spas naturales y aguas termales desde que ha habido gente que los frecuenta. Japón es uno de los países geológicamente más activos del mundo y tiene una gran red de aguas termales naturales y una larga historia de inmersión. Los expertos estiman que tiene suficientes recursos geotérmicos para cubrir hasta el 10 por ciento de su electricidad. necesidades, haciendo que su potencial geotérmico sea el tercero en el mundo, solo detrás de los Estados Unidos y Indonesia.

Algunos recursos son frágiles y están desapareciendo, y convertirlos en energía utilizable crea contaminantes que alteran el medio ambiente planetario. Otros recursos dependen solo de la dinámica solar y planetaria que prometen permanecer sin cambios durante los próximos miles de millones de años. En el momento presente, la humanidad tiene que tomar una decisión urgente. Su misma supervivencia puede depender de su capacidad para cambiar su dependencia de la primera a la segunda en un corto período de tiempo.