Mitkä ovat maan suurimmat energialähteet?

Sellaisten lajien hoitaminen vie paljon energiaa homo sapiens. Muutaman viime vuosisadan aikana tästä lajista on tullut toisiinsa liittyvä maailmanlaajuinen läsnäolo tavalla, jota tieteen tiedossa ei ole koskaan tapahtunut planeetalla.

Ihmisten tarvitsemat energiatyypit sisältävät sähkön kotiensa ja teollisuudensa käyttämiseen, biokemialliset energiaa heidän ruumiinsa ruokintaan ja palavat resurssit lämpöä, kuljetusta ja teollisuutta varten tuotanto.

Laajassa mittakaavassa maapallon kyky tarjota ihmisille tarvitsemansa riippuu viidestä päälähteestä:

• Aurinko, että jättiläinen fuusioreaktori taivaalla, toimittaa energiaa yottawattien järjestyksessä (10²⁴ wattia) 24/7.
• Vesi, joka ei ole vain välttämätöntä elämälle, mutta joka voidaan myös hyödyntää energiantuotannossa.
• Painovoima, salaperäinen voima, joka luo ja tuhoaa tähtiä, on vastuussa vuorovedestä ja se muuttaa veden muunnettavan kineettisen energian lähteeksi.
• Maan liikkeet luoda päivittäisiä ja kausiluonteisia lämpötilaeroja, jotka tuottavat tuulet ja valtamerivirrat, jotka voidaan muuntaa sähköksi.
• Radioaktiivisuus on raskaiden alkuaineiden luonnollinen hajoaminen kevyemmiksi, minkä seurauksena säteily vapautuu. Säteily tuottaa lämpöä, jota voidaan käyttää sähkön tuottamiseen.

Lisäksi tärkeä energiansaanti ihmisille saadaan hajoavista organismeista, jotka ovat kukoistaneet ja kuolleet läpi eonien. Toisin kuin edellä luetellut resurssit, tämä tarjonta on rajallista.

Fossiiliset polttoaineet, jotka sisältävät öljyä, maakaasua ja hiiltä, ​​ovat itse asiassa toinen aurinkoenergian muoto. Aina sitten elävät organismit muuttivat auringon valon ja lämmön hiilipohjaisiin molekyyleihin, jotka muodostivat kehonsa. Organismit kuolivat, ja heidän ruumiinsa upposivat syvälle maahan ja valtameren pohjaan. Nykyään näihin hiilisidoksiin lukittu energia voidaan vapauttaa hakemalla siitä, mistä heidän jäännöksensä muuttuivat, ja polttamalla ne.

Öljy ja maakaasu ovat peräisin mikroskooppisesta meriplanktonista, joka asui miljoonia vuosia sitten. He kuolivat ja upposivat valtameren pohjaan, jossa hajoaminen ja muut kemialliset prosessit tekivät niistä vahamaisia kerogeeni ja tervaa bitumi. Merenpohjat kuivuivat lopulta, ja nämä materiaalit haudattiin kiven ja maaperän alle. Niistä on tullut raaka-aineita, bensiiniä, dieselpolttoainetta, kerosiinia ja monia muita öljytuotteita.

Perinteinen tapa saada raakaöljy maasta on poraus, mutta hydraulinen murtaminen tai murtuminen, on tullut usein käytetty moderni vaihtoehto. Tässä prosessissa hiekan, veden ja mahdollisesti vaarallisten kemikaalien seos pakotetaan maahan syrjäyttämään öljy. Halkeaminen on kallis prosessi, ja sillä on useita haitallisia vaikutuksia kallioperään, vesipohjaan ja ympäröivään ilmaan.

Hiili tulee maakasveista, jotka asettuvat suoiksi ja suoiksi ja muuttuvat turpeiksi. Turve kiinteytyi, kun maa kuivui, ja lopulta se peitettiin kivillä ja muilla roskilla. Paine muutti sen mustaksi, kiviseksi aineeksi, joka paloi monissa teollisuuslaitoksissa ja voimalaitoksissa. Kaikki tämä alkoi tapahtua noin 300 miljoonaa vuotta sitten, kun dinosaurukset vaelsivat maata, mutta päinvastoin kuin myytti, hiili ei ole hajonnut dinosaurukset.

Tuhatvuotiset ihmiset ovat käyttäneet vesivoimaa työn tekemiseen, ja fysiikassa työ on synonyymi energialle. Virran tai vesiputouksen läheisyyteen sijoitetut vesipyörät ovat käyttäneet veden siirtämisestä syntyvää energiaa jyvien jyrsintään, viljelykasvien kasteluun, puun sahaamiseen ja lukuisiin muihin tehtäviin. Sähkön myötä vesipyörät on muutettu voimalaitoksiksi.

Vesiturbiini on vesivoimalaitoksen sydän, ja se toimii fyysikko Michael Faradayn vuonna 1831 löytämän sähkömagneettisen induktion ilmiön vuoksi. Faraday havaitsi, että kelan sisällä oleva johtava magneetti tai johtava lanka tuottaa sähkövirtaa kelassa ja alle 100 vuotta myöhemmin ensimmäinen induktiogeneraattori tuli verkkoon Niagarassa Putoaa.

Nykyään vesivoimalaitokset toimittavat noin 6 prosenttia maailman kulutetusta sähköstä. Fossiilisten polttoaineiden polttaminen höyry- ja spin-turbiinien tuottamiseksi puolestaan ​​tuottaa melkein 60 prosenttia maailman sähköstä. Suurin osa vesivoimasta tuotetaan patoilla, ei vesiputouksilla.

Pato, kuten virta tai vesiputous, riippuu painovoimasta. Vesi tulee padon yläosassa olevaan käytävään, virtaa putken läpi, joka suurentaa sen energiaa ja pyörii turbiinia ennen poistumista padon pohjan läheltä. Kaksi maailman suurinta vesivoimapatoa ovat Kolmen rotkon pato Kiinassa, joka tuottaa 22,5 gigawattia energiaa, ja Itaipun pato Brasilian / Paraguayn rajalla, joka tuottaa 14 GW. Pohjois-Amerikan suurin pato on Grand Couleen pato Washingtonin osavaltiossa, joka tuottaa vain noin 7 megawattia.

Meret ovat yksi maailman tärkeimmistä energialähteistä kahdesta syystä. Ensimmäinen on, että niillä on virtauksia, jotka yhdessä tuulien kanssa muodostavat aaltoja. Aallot voidaan muuttaa sähköksi. Koska ne ovat seurausta auringon lämmön aiheuttamista lämpötilaeroista, aallot ja niitä muodostavat virrat ovat teknisesti aurinkoenergian muoto.

Toinen valtamerien energialähde on vuorovesi, jonka aiheuttavat kuun ja auringon painovoima sekä itse maan liikkeet. On olemassa tekniikoita myös vuorovesi-energian muuntamiseksi sähköksi.

Aaltoja tuottavat asemat eivät ole vielä valtavirtaa, ja Skotlannin rannikolla käyttöön otettu prototyyppi tuottaa vain 0,5 MW. Saatavilla olevia aaltotekniikoita ovat:

• Kellukkeet ja poijut, jotka nousevat ja putoavat aalloilla ja tuottavat voimaa hydraulisilla laitteilla.

• Värähtelevät vesipatsaat, joiden avulla vesi pääsee kammioon ja puristaa suljettua ilmaa, joka sitten pyörittää turbiinia.

• Kartiot kanavajärjestelmät, jotka on sidottu rantaan. Ne ohjaavat vettä kohotettuihin säiliöihin, ja kun veden annetaan pudota, se pyörii turbiinia.

Vuorovesivoimalaitokset voivat käyttää saapuvien ja lähtevien vuorovesien voimaa suoraan turbiinien pyörittämiseen. Vesi on noin 800 kertaa tiheämpää kuin ilma, joten jos turbiini asetetaan merenpohjaan, vuorovesi-liikkeet tuottavat merkittävää voimaa niiden pyörimiseksi. Vuorovesivirtaukset ovat kuitenkin yleisempiä.

Vuorovesipato on vuorovesialtaan yli pystytetty este, joka sallii nousuveden veden pääsyn, sulkee ja hallitsee laskuveden virtausta. Suurin tällainen generaattori on Sihwa-järven vuorovesivoimala Etelä-Koreassa. Se tuottaa noin 254 MW.

Kaksi tunnetuinta tapaa tuottaa sähköä tavalla, joka ei ole riippuvainen fossiilisten polttoaineiden häviämisestä eikä aiheuta pilaantumista, on tuulivoimaloiden tai aurinkosähköpaneelien käyttöönotto. Koska aurinko on vastuussa tuulen aiheuttamista lämpötilaeroista, molemmat ovat tarkkaan ottaen aurinkoenergian muotoja.

Tuuligeneraattorit toimivat aivan kuten vesivoimaiset tai aaltokäyttöiset. Kun tuuli puhaltaa, se pyörii akselia, joka on kytketty vaihteilla voimaa tuottavaan induktioturbiiniin. Nykyaikaiset turbiinit on kalibroitu tuottamaan vaihtovirtaa samalla taajuudella kuin perinteinen vaihtovirta, mikä tekee siitä saatavan välittömään käyttöön. Tuulipuistot ympäri maailmaa toimittavat lähes 5 prosenttia maailman sähköstä.

Aurinkopaneelit luottavat aurinkosähkövaikutukseen, jolloin auringon säteily luo jännitteen puolijohtavassa materiaalissa. Jännite luo tasavirran, joka on muunnettava vaihtovirraksi johtamalla se taajuusmuuttajan läpi. Aurinkopaneelit tuottavat sähköä vain, kun aurinko on ulkona, joten niitä käytetään usein akkujen lataamiseen, jotka varastoivat virran myöhempää käyttöä varten.

Aurinkopaneelit ovat ehkä yksi helpoimmista sähköntuotantomenetelmistä, mutta ne toimittavat vain pienen osan maailman sähköstä - alle yhden prosentin.

Tarkkaan ottaen ydinfissioprosessi ei ole luonnossa esiintyvä ilmiö, mutta se tulee luonnosta. Ydinfissio keksittiin pian sen jälkeen, kun tutkijat pystyivät ymmärtämään atomin ja radioaktiivisuuden luonnollisen ilmiön. Vaikka fissiota käytettiin alun perin pommien valmistamiseen, ensimmäinen ydinvoimala tuli verkkoon vain kolme vuotta sen jälkeen, kun ensimmäinen pommi räjähti New Yorkin autiomaassa sijaitsevassa Trinity-alueella.

Hallitut fissioreaktiot tapahtuvat kaikissa maailman ydinvoimaloissa. Se tuottaa lämpöä veden kiehumiseksi, mikä tuottaa sähköturbiineiden käyttämiseen tarvittavaa höyryä. Kun fissioreaktio alkaa, se tarvitsee vähän polttoainetta jatkuakseen loputtomiin.

Lähes 20 prosenttia maailman sähkötuotannosta on ydinvoimaloiden tyydyttämää. Alun perin pidettiin halpana käytännöllisesti katsoen rajoittamattoman voimanlähteenä, ydinfissiolla on vakavia haittoja, joista vähäisin on sulamismahdollisuus ja haitallisten aineiden hallitsematon vapautuminen säteily. Kaksi tunnettua onnettomuutta, yksi Venäjän Tšernobylin voimalaitoksella ja toinen Japanin Fukushimassa laitos, ovat poistaneet nämä vaarat ja tehneet ydinvoiman tuotannosta vähemmän houkuttelevaa kuin kerran oli.

Syvällä maankuoren sisällä paineet ja lämpötilat ovat niin suuria, että ne nesteyttävät kiven sulaavaksi laavaksi. Tämä ylikuumentunut materiaali kulkee kuoren suonien läpi, jotka toisinaan ohjaavat sen lähelle pintaa. Yhteisöt alueilla, joilla tämä tapahtuu, voivat käyttää lämpöä sähkön tuottamiseen ja kodin lämmittämiseen. Tätä kutsutaan geotermiseksi energiaksi, ja joissakin tapauksissa sitä lisää maaperän radioaktiiviset materiaalit, jotka myös tuottavat lämpöä.

Geotermisen energian hyödyntämiseksi kehittäjät poraavat tunnelin maahan sopivaan paikkaan ja kierrättävät vettä tunnelin läpi. Lämmitetty vesi tulee pintaan höyrynä, jossa sitä voidaan käyttää suoraan lämmitykseen tai turbiinin pyörittämiseen. Joissakin tapauksissa lämpö siirtyy vedestä toiseen aineeseen, jonka kiehumispiste on matalampi, kuten isobutaaniin, ja tuloksena oleva höyry pyörittää turbiineja.

Yksinkertaisimmillaan geoterminen energia on tarjonnut parantumista ja mukavuutta luonnon kylpylöissä ja kuumissa lähteissä niin kauan kuin siellä on käynyt ihmisiä. Japani on yksi geologisesti aktiivisimmista maista maailmassa, ja sillä on laaja luonnollisten kuumien lähteiden verkosto ja pitkä historia liotuksesta. Asiantuntijat arvioivat, että sillä on tarpeeksi geotermisiä resursseja vastaamaan jopa 10 prosenttiin sähköstä tarpeisiin, jolloin sen geoterminen potentiaali on kolmas maailmassa, jäljessä vain Yhdysvallat ja Indonesia.

Jotkut resurssit ovat hauraita ja häviävät, ja niiden muuntaminen käyttökelpoiseksi energiaksi luo epäpuhtauksia, jotka muuttavat planeetan ympäristöä. Muut resurssit riippuvat vain aurinko- ja planeettadynamiikasta, jotka lupaavat pysyä muuttumattomina muutaman seuraavan miljardin vuoden ajan. Tällä hetkellä ihmiskunnalla on tehtävä kiireellinen valinta. Sen selviytyminen voi riippua sen kyvystä vaihtaa riippuvuutensa ensimmäisestä jälkimmäiseen lyhyessä ajassa.