Millised on peamised energiaallikad Maal?

Sellise liigi kasvatamine võtab palju energiat homo sapiens. Viimase paari sajandi jooksul on see liik ilmnenud omavahel seotud globaalse kohalolekuna viisil, mida teadusele teadaolevalt pole planeedil varem olnud.

Inimeste jaoks vajaminevad energia liigid hõlmavad elektrit oma kodu ja tööstuse toitmiseks, biokeemiat energia oma keha toitmiseks ning põlevad ressursid soojuse, transpordi ja tööstuse jaoks tootmine.

Laias plaanis sõltub Maa võime pakkuda inimestele vajalikku viiest peamisest allikast:

• Päike, see hiiglaslik tuumasünteesireaktor taevas, varustab energiat yottawattide (10²⁴ vatti) 24/7 põhimõttel.
• Vesi, mis pole mitte ainult eluks hädavajalik, vaid mida saab rakendada ka energia tootmiseks.
• Gravitatsioon, salapärane jõud, mis loob ja hävitab tähti, vastutab loodete eest ja see muudab vee konverteeritava kineetilise energia allikaks.
• Maa liikumised luua igapäevaseid ja hooajalisi temperatuuride erinevusi, mis tekitavad tuule ja ookeanihoovusi, mida saab muuta elektriks.
• Radioaktiivsus
  instagram story viewer
  on raskete elementide loomulik lagunemine kergemateks, mille tulemusel eraldub kiirgus. Kiirgus tekitab soojust, mida saab kasutada elektri tootmiseks.

Lisaks sellele on inimeste jaoks oluline energiavarustus lagunevatest organismidest, mis on õitsenud ja surnud eoonide vältel. Erinevalt eespool loetletud ressurssidest on see pakkumine siiski piiratud.

Fossiilkütused, sealhulgas nafta, maagaas ja kivisüsi, on tegelikult veel üks päikeseenergia vorm. Möödunud aastad tagasi muutsid elusorganismid päikese valguse ja kuumuse nende keha moodustavateks süsinikupõhisteks molekulideks. Organismid surid ja nende keha vajus sügavale maasse ja ookeanide põhja. Tänapäeval saab nendesse süsinikusidemetesse lukustatud energia vabastada, leides, milleks nende jäänused muutusid, ja põletades neid.

Nafta ja maagaas pärineb mikroskoopilisest mereplanktonist, mis elas miljoneid aastaid tagasi. Nad surid ja vajusid ookeanide põhja, kus lagunemine ja muud keemilised protsessid muutsid need vahaks kerogeen ja tõrvane bituumen. Ookeani põhjad kuivasid lõpuks ära ja need materjalid maeti kivi ja mulla alla. Neist on saanud tooraine valmistamiseks, bensiin, diislikütus, petrooleum ja paljud muud naftasaadused.

Traditsiooniline viis toornafta maast kätte saamiseks on puurimine, kuid hüdrauliline purustamine või murdmine, on muutunud sageli kasutatavaks kaasaegseks alternatiiviks. Selles protsessis surutakse liiva, vee ja potentsiaalselt ohtlike kemikaalide segu maasse nafta väljatõrjumiseks. Frakkimine on kallis protsess ja sellel on mitmeid kahjulikke mõjusid aluspõhjale, veekogule ja ümbritsevale õhule.

Süsi pärineb maismaataimedest, mis asusid rabadesse ja soodesse ning muutusid turbaks. Turvas tahenes, kui maa kuivas, ja lõpuks kaeti see kivimite ja muu prahiga. Surve tõttu muutus see paljudes tööstusettevõtetes ja elektrijaamades põlenud mustaks kiviseks aineks. Kõik see algas umbes 300 miljonit aastat tagasi, kui dinosaurused hulkusid mööda maad, kuid vastupidiselt levinud müütidele pole kivisüsi lagunenud dinosaurused.

Aastatuhandeid on inimesed töö tegemiseks kasutanud veejõudu ja füüsikas on töö energia sünonüüm. Oja või joa lähedale paigutatud veerattad on vee liikumisel tekkivat energiat kasutanud terade freesimiseks, põllukultuuride kastmiseks, puidu saagimiseks ja paljude muude ülesannete täitmiseks. Elektri tulekuga on veerattad muudetud elektrijaamadeks.

Veeturbiin on hüdroelektrijaama süda ja see töötab füüsika Michael Faraday 1831. aastal avastatud elektromagnetilise induktsiooni nähtuse tõttu. Faraday leidis, et spiraali sees olev juhtiv magnet või juhtiv traat tekitab elektrivoolu mähises ja vähem kui 100 aastat hiljem tuli esimene induktsioonigeneraator Niagarale võrku Kukkumine.

Täna annavad hüdroelektrijaamad umbes 6 protsenti kogu maailmas tarbitavast elektrist. Fossiilkütuste põletamine auru- ja tsentrifuugiturbiinide tootmiseks toodab seevastu peaaegu 60 protsenti kogu maailma elektrist. Suurema osa hüdroelektrijaamast tekitavad tammid, mitte kosed.

Tamm, nagu oja või kosk, sõltub raskusjõust. Vesi siseneb tammi ülaosas asuvasse käiku, voolab läbi toru, mis suurendab oma energiat ja keerutab turbiini enne tammi aluse lähedalt väljumist. Kaks maailma suurimat hüdroelektrijaama tammi on Hiinas asuv Kuristiku tamm, mis toodab 22,5 gigavatti energiat, ja Brasiilia / Paraguay piiril asuv Itaipu tamm, mis tekitab 14 GW. Põhja-Ameerika suurim tamm on Grand Coulee tamm Washingtoni osariigis, mis tekitab vaid umbes 7 megavatti.

Ookeanid on maailma üks olulisemaid energiaallikaid kahel põhjusel. Esimene on see, et neil on voolud, mis koos tuulega moodustavad laineid. Lainetest saab elektri. Kuna need on päikesekuumuse põhjustatud temperatuurierinevuste tagajärg, on lained ja neid moodustavad voolud tehniliselt päikeseenergia vormid.

Teiseks energiaallikaks ookeanides on looded, mis on põhjustatud kuu ja päikese gravitatsioonilistest mõjudest, samuti maa enda liikumisest. Samuti on olemas loodete energia muundamiseks elektriks tehnoloogiad.

Lainet genereerivad jaamad ei ole veel peavool ja Šotimaa ranniku lähedal kasutusele võetud prototüüp toodab vaid 0,5 MW. Saadaval lainetehnoloogiate hulka kuuluvad:

• Ujukid ja poid, mis tõusevad ja langevad lainetele ning toodavad jõudu hüdrauliliste seadmete abil.

• Võnkuvad veesambad, mis võimaldavad vett kambrisse siseneda ja suruda kinnist õhku, mis seejärel keerutab turbiini.

• Koonusekanalisüsteemid, mis on kaldaga seotud. Nad suunavad vett kõrgendatud reservuaaridesse ja kui vett lastakse lasta, keerutab see turbiini.

Loodete elektrijaamad saavad sissetulevate ja väljuvate loodete jõudu kasutada turbiinide otse pöörlemiseks. Vesi on õhust umbes 800 korda tihedam, nii et kui turbiin paigutatakse ookeani põhja, tekitavad loodete liikumised nende pöörlemiseks märkimisväärset jõudu. Loodete tõkkesüsteemid on siiski tavalisemad.

Loodete tõke on tõke, mis on püstitatud üle mõõna basseini, mis võimaldab tõusuvee veest siseneda, seejärel sulgeb ja kontrollib mõõna väljavoolu. Suurim selline generaator on Lõuna-Koreas asuv Sihwa järve loodete elektrijaam. See toodab umbes 254 MW.

Kaks kõige tuntumat viisi elektri tootmiseks viisil, mis ei sõltu fossiilkütuste kadumisest ega tekita saastet, on tuuleturbiinide või fotogalvaaniliste paneelide paigaldamine. Kuna päike vastutab tuule tekitavate temperatuurierinevuste eest, on mõlemad rangelt võttes päikeseenergia vormid.

Tuulegeneraatorid töötavad täpselt nagu hüdro- või lainetoitega. Kui tuul puhub, keerutab see võlli, mis on hammasrataste abil ühendatud elektrit tootva induktsioonstiilis turbiiniga. Kaasaegsed turbiinid on kalibreeritud andma vahelduvvoolu samal sagedusel kui tavaline vahelduvvoolu võimsus, mis muudab selle koheseks kasutamiseks kättesaadavaks. Tuulepargid tarnivad kogu maailmas peaaegu 5 protsenti kogu maailma elektrist.

Päikesepaneelid toetuvad fotogalvaanilisele efektile, kusjuures päikesekiirgus tekitab pooljuhtivas materjalis pinge. Pinge tekitab alalisvoolu, mis tuleb muundada vahelduvvooluks, viies selle läbi inverteri. Päikesepaneelid toodavad elektrit ainult siis, kui päike on väljas, seetõttu kasutatakse neid sageli akude laadimiseks, mis salvestavad voolu hilisemaks kasutamiseks.

Päikesepaneelid on ehk üks kõige kättesaadavamaid meetodeid elektri tootmiseks, kuid nad tarnivad vaid väikest osa maailma elektrist - vähem kui 1 protsenti.

Rangelt võttes pole tuumalõhustumise protsess looduslikult esinev nähtus, kuid see pärineb loodusest. Tuumalõhustumine leiutati varsti pärast seda, kui teadlased suutsid mõista aatomit ja radioaktiivsuse loodusnähtust. Kuigi lõhustumist kasutati algselt pommide valmistamiseks, tuli esimene tuumaelektrijaam võrguühendusse vaid kolm aastat pärast esimese pommi plahvatamist New Mexico kõrbes Trinity piirkonnas.

Kontrollitud lõhustumisreaktsioonid toimuvad kogu maailma tuumaelektrijaamades. See tekitab vee keetmiseks soojust, mis tekitab elektriturbiinide käitamiseks vajaliku auru. Kui lõhustumisreaktsioon on alanud, vajab see lõputuks jätkamiseks vähe kütust.

Ligi 20 protsenti maailma elektrivajadustest katavad tuumaenergia tootjad. Algselt praktiliselt piiramatu jõu odavaks allikaks peetud tuumalõhustumisel on tõsiseid tagajärgi puudused, millest kõige olulisem on sulamise võimalus ja kahjulike ainete kontrollimatu eraldumine kiirgus. Kaks tuntud õnnetust, üks Venemaa Tšernobõli elektrijaamas ja teine ​​Jaapani Fukushimas rajatised, on need ohud kõrvaldanud ja muutnud tuumaenergia tootmise vähem atraktiivseks kui kunagi varem oli.

Sügaval maakoore sees on rõhud ja temperatuurid nii suured, et vedeldavad kivimit sula laavaks. See ülekuumenenud materjal kulgeb kooriku veenide kaudu, mis aeg-ajalt suunavad selle pinna lähedale. Piirkonnad, kus see juhtub, saavad soojust kasutada elektri tootmiseks ja oma kodu soojendamiseks. Seda nimetatakse geotermiliseks energiaks ja mõnel juhul suurendavad seda maapinnal olevad radioaktiivsed materjalid, mis tekitavad ka soojust.

Maasoojusenergia kasutamiseks puurivad arendajad sobivas kohas maa sisse tunneli ja tsirkuleerivad vee läbi tunneli. Kuumutatud vesi tuleb pinnale auruna, kus seda saab kasutada otse kütmiseks või turbiini pöörlemiseks. Mõnel juhul viiakse soojus veest teise madalama keemistemperatuuriga ainesse, näiteks isobutaani, ja saadud aur keerutab turbiinid.

Lihtsamal kujul on maaküte pakkunud tervendavat ja mugavust looduslikes spaades ja kuumaveeallikates nii kaua, kuni on olnud inimesi neid külastama. Jaapan on üks geoloogiliselt kõige aktiivsemaid riike maailmas ning sellel on suur looduslike kuumaveeallikate võrgustik ja pikk leotamise ajalugu. Ekspertide hinnangul on tal piisavalt geotermilisi ressursse, et katta kuni 10 protsenti elektrienergiast vajadustele, muutes oma geotermilise potentsiaali maailmas kolmandaks, jäädes alla ainult Ameerika Ühendriikidele ja Indoneesia.

Mõned ressursid on habras ja kaovad ning nende muundamine kasutatavaks energiaks tekitavad saasteaineid, mis muudavad planeedi keskkonda. Muud ressursid sõltuvad ainult päikese ja planeedi dünaamikast, mis lubavad järgmise paari miljardi aasta jooksul muutumatuks jääda. Praegusel hetkel on inimkonnal kiire valik teha. Selle ellujäämine võib sõltuda tema võimest lühikese aja jooksul oma tuge esimeselt teisele vahetada.