Näited energiaallikatest

Mis on energia ja kust see tuleb? Igapäevases keeles on energia mingi määratlematu, kuid soovitav omadus, mis võimaldab teil teha selliseid asju nagu trenn, täita klassiülesandeid ja teha oma tööd. Füüsikas on see jõud, mis on korrutatud kaugusega ja seda väljendatakse töö ja soojuse samades ühikutes. Praktikas on see, millele inimühiskonnad loodavad soojuse, valguse, transpordi ja tootmise jaoks ja muud protsessid, mis eraldavad inimesi tänapäeval eelajaloolises ja varasemast ajast korda.

Tänapäeval on ka energia vastuoluline - mis pole? - tänu peamiselt kliimamuutuste probleemile. Fossiilkütuste, peamiselt kivisöe põletamine on süsihappegaasi (CO₂), mis eraldub põlemisprotsessi käigus atmosfääri. Kuid maailm peab tänapäevase isikliku ja kaubandusliku elatustaseme säilitamiseks tootma palju energiat. Keskkonna tervise õnneks uuritakse muid energiaallikaid kasvav jõud, kui kliima laastamine mõjutab planeeti halastamatult üha enam muutus.

Üldiselt tuleb energia tootmine kahest

Mõisteid "puhas energia" ja "taastuv energia" kasutatakse sageli omavahel asendatult. See pole täpselt täpne, sest nagu näete, on tuumaenergia puhas energia vorm, kuid küsitav on, kas seda saab liigitada taastuvaks. Vaatamata sellele hõlmavad puhta energia vormid koos tuumaenergiaga päikeseenergiat, tuuleenergiat, hüdroenergiat, geotermilist energiat ja bioenergiat.

Sisaldaks 21. sajandi energiatootmiseks olulist taastuvate ressursside loetelu biomass (nt puit ja puidujäätmed, tahked olmejäätmed, prügilagaas ja biogaas, etanool ja biodiisel); hüdroenergia või veejõud; geotermiline energia, mis tuleb sügavalt Maa seest; ning tuule- ja päikeseenergia. Neid nimetatakse "taastuvateks", kuna need tekivad teoreetiliselt ammendamatust varustusest. See tähendab, et kui eeldatavasti saab Maa ühel päeval oma viimase untsise maagaasi ja viimase unsi söe, on päikese, tuule ja jõgede kadumise idee - vähemalt loodetakse! - mõttetu.

Kuni 1800. aastate keskpaigani sai Ameerika vajaliku energia puidu põletamisest. Kuna USA elanikkonda oli suhteliselt vähe ja suurem osa sellest energiast oli mõeldud kütmiseks, valguseks ja toiduvalmistamiseks, kusjuures masinad nagu autod ja konditsioneerid olid veel kaugel, piisas puidu tegemiseks töö. Alates 1800. aastate lõpust kuni 21. sajandi alguseni olid fossiilkütused (kivisüsi, nafta ja maagaas) riigi energiaallikaks. Kuni 1990. aastateni olid peamised taastuvad energiaallikad - termin, mis oli kuni viimaste aastakümneteni teoreetilisem kui tegelik - hüdroenergia ja tahke biomass; täna mängivad biokütused, päikeseenergia ja tuuleenergia kõik tõsist ja pidevalt kasvavat rolli.

2017. aastal andis taastuvenergia umbes üheksandiku kogu USA energiakasutusest. 57 protsenti tarbimisest oli elektrienergia ja umbes kuuendik toodeti taastuvatest energiaallikatest.

Taastuvenergia on oluline kasvuhoonegaaside heitkoguste vähendamiseks, kuna see vähendab sõltuvust fossiilkütustest. Kui kivisüsi, gaas ja nafta on biokütuste tarbimises pikaaegne vaieldamatu energiatootja kogu maailmas ja muude mittehüdroelektriliste taastuvate energiaallikate osakaal oli 2017. aastal üle kahe korra suurem kui 21. sajandi alguses sajandil. Selle suundumuse ajendiks oli ametlike reguleerivate meetmete ja ettevõtete rahaliste stiimulite kombinatsioon taastuvate energiaallikate arendamiseks. See hüdrovaba biokütuse kasutamise suurenemise trend jätkub eeldatavasti 2050. aastani.

Ehkki tänapäeval on energiamaailmas midagi persona non grata'st, jäid nafta, maagaas ja nafta alates 2018. aastast USA-s ja kogu maailmas juhtivateks energiaallikateks. Nende kütuste põletamine põhjustab alates 20. sajandi lõpust 75 protsenti süsinikdioksiidi heitkogustest.

Fossiilkütused tekkisid eelajalooliste taimede ja loomade hukkumisel ning miljonite aastate jooksul maeti ja purustati kivimikihtide alla. Peamiselt mehaanilise kokkusurumise tagajärjel tekkisid nende kütuste erinevad tüübid sõltuvalt kohalikest oludest, näiteks milliseid süsinikku sisaldavaid aineid oli, kui kaua neid maeti ning millised olid temperatuuri ja rõhu tingimused aeg. Fossiilkütuste tööstus puurib (energia ja gaas) või kaevandust (kivisüsi) nende energiaallikate jaoks ja põletab need seejärel tootmiseks elektrit või muundada neid küttena (nt ahjuõli) või transpordiks (nt bensiin).

Biomass viitab varem elanud ainele, see tähendab taimedele ja loomadele. Biomassi energiaallikate hulka kuuluvad puidutöötlemisjäätmed, mida saab põletada hoonete kütmiseks, tööstuses protsessisoojuse tootmiseks ja elektrienergia tootmiseks; põllumajandusjäätmed, mida saab põletada kütusena või muundada vedelateks biokütusteks; osa prügi, mida saab põletada elektrijaamades elektri tootmiseks või muundada prügilates biogaasiks; ning isegi sõnnik ja kanalisatsioon, mida saab muuta biogaasiks.

Päike on kogu inimkonna ajaloo jooksul olnud ilmselgelt energiaallikas kõigile elusolenditele. Viimasel ajal on inimestel arenenud võime seda energiat rakendada ja kasutada tänapäevaselt. Päikese soojusenergia süsteeme kasutatakse tänapäeval kodudes, hoonetes ja mullivannides kasutamiseks mõeldud vee soojendamiseks; soojendage kodude, kuuride ja kasvuhoonete sisemust; ja soojendada vedelikke päikeseelektrijaamades nõutava väga kõrge temperatuurini.

Päikese fotogalvaanilisi süsteeme kasutatakse päikesevalguse muundamiseks elektriks. Fotogalvaanilised ehk PV elemendid muudavad päikesevalguse elektriks. Mõned neist võivad toita väikesi seadmeid, näiteks kalkulaatoreid ja kellasid, samas kui suured PV-elementide massiivid suudavad toota tavalise maja jaoks piisavalt elektrit. Mõnes neist elektrijaamadest on tohutu hulgaliselt PV-rakke, mis ulatuvad mitme aakri suurusele pinnale, ja need on piisavalt suured, et rahuldada elektrivajadust tuhandetes kodudes.

Valgel ajal kuumeneb maa kohal õhk kiiremini kui õhk vee kohal. Õhk maapinnal laieneb ja tõuseb kuumutades ning raskem jahedam õhk voolab selle asemele, tekitades tuult. Öösel on tuul vastupidises suunas. Samamoodi tekivad Maa ümber tiirlevad atmosfäärituuled, sest ekvaatori lähedal on maa soojem kui pooluste lähedal. Tuulikuid (sageli suurtes massiivides) hõivatud tuuleenergiat kasutatakse peamiselt elektritootmiseks

Tuumaenergia on näide energiast, mis on "puhas" ja mida mõned allikad peavad taastuvaks, kuid ometi on see väga vastuoluline. Kuna kogu maailmas on tuumaelektrijaamades kasutatav materjal uraani piiratud, on tuumaenergia tavaliselt fossiilkütustega ühendatud ja klassifitseeritud taastumatuks.

Igal juhul andis tuumaenergia USA-st alates 2018. aastast 20 protsenti energiast, olles olnud kasutusel üle 60 aasta. Tänu oma rollile kaudsel süsinikdioksiidi heitmete vähendamisel aitavad "tuumataimed" USA-s ja ka välismaal tugisammas. Aastate jooksul tuumaelektrijaamades hästi avalikustatud õnnetuste ja hirmude tõttu on paljud inimesed endiselt meeleheitel sellest energiaallikast, kuid teaduslik konsensus soosib edasist arengut selles valdkonnas, keskendudes sellele ohutus.