Koji su glavni izvori energije na Zemlji?

Potrebno je puno energije za njegovanje vrste kao što je homo sapiens. U posljednjih nekoliko stoljeća ova se vrsta pojavila kao međusobno povezana globalna prisutnost na način koji se, koliko zna znanost, nikada prije nije dogodio na planeti.

Vrste energije koje ljudi trebaju uključuju električnu energiju za pogon domova i industriju, biokemijsku energije za hranjenje njihovih tijela i zapaljivih resursa za toplinu, transport i industriju proizvodnja.

U širokom opsegu, sposobnost zemlje da pruži ono što treba ljudima ovisi o pet glavnih izvora:

• Sunce, taj divovski fuzijski reaktor na nebu, opskrbljuje energijom reda yottawatts (10²⁴ vati) na bazi 24/7.
• Voda, što nije samo bitno za život, već se također može iskoristiti za proizvodnju energije.
• Gravitacija, tajanstvena sila koja stvara i uništava zvijezde, odgovorna je za plimu i oseku, a vodu pretvara u izvor konvertibilne kinetičke energije.
• Zemljina kretanja stvoriti dnevne i sezonske temperaturne razlike koje generiraju vjetrove i oceanske struje koje se mogu pretvoriti u električnu energiju.
instagram story viewer
• Radioaktivnost je prirodno raspadanje teških elemenata u lakše s rezultirajućim oslobađanjem zračenja. Zračenje stvara toplinu koja se može koristiti za proizvodnju električne energije.

Osim toga, važna opskrba energijom za ljude potječe od tijela koja se raspadaju i koja su cvjetala i umirala tijekom eona. Međutim, za razliku od gore navedenih resursa, ova je ponuda ograničena.

Fosilna goriva, koja uključuju naftu, prirodni plin i ugljen, zapravo su još jedan oblik solarne energije. Prije mnogo godina, živi organizmi pretvorili su sunčevu svjetlost i toplinu u molekule na bazi ugljika koje su tvorile njihova tijela. Organizmi su umrli, a njihova su tijela utonula duboko u zemlju i na dno oceana. Danas se energija zaključana u te ugljične veze može osloboditi dohvaćajući ono u što su se pretvorili njihovi ostaci i sagorijevajući ih.

Nafta i prirodni plin potječu iz mikroskopskog morskog planktona koji je živio prije milijuna godina. Umrli su i potonuli na dno oceana, gdje su ih razgradnja i drugi kemijski procesi pretvorili u voštane kerogen i zadržavati se bitumen. Dno oceana na kraju se osušilo, a ti su materijali zakopani pod stijenom i zemljom. Postali su sirovina za proizvodnju, benzin, dizel gorivo, petrolej i mnoštvo drugih naftnih derivata.

Tradicionalni način vađenja sirove nafte iz zemlje je bušenje, ali hidrauličkim lomljenjem ili fracking, postala je često korištena moderna alternativa. U tom se procesu smjesa pijeska, vode i potencijalno opasnih kemikalija tjera u zemlju da istisne naftu. Frakiranje je skup postupak i ima niz štetnih učinaka na temeljne stijene, podvodni sloj i okolni zrak.

Ugljen potječe od kopnenih biljaka koje su se naselile u močvare i močvare i pretvorile u treset. Treset se stvrdnuo kad se zemlja isušila, a na kraju su ga kamenje prekrili ostali ostaci. Pritisak ga je pretvorio u crnu, stjenovitu tvar izgorjelu u mnogim industrijskim postrojenjima i elektranama. Sve se to počelo događati prije otprilike 300 milijuna godina, kada su dinosauri lutali zemljom, ali suprotno popularnom mitu, ugljen nije razgrađeni dinosaurus.

Tisućljećima ljudi koriste vodenu snagu za obavljanje posla, a u fizici je rad sinonim za energiju. Vodeni kotači postavljeni u blizini potoka ili slapa koristili su energiju koja nastaje pomicanjem vode za mljevenje žita, navodnjavanje usjeva, piljenje drva i obavljanje niza drugih zadataka. Pojavom električne energije vodeni kotači pretvoreni su u elektrane.

Vodena turbina srce je hidroelektrane, a djeluje zbog fenomena elektromagnetske indukcije, koji je 1831. otkrio fizičar Michael Faraday. Faraday je otkrio da magnet koji se vrti unutar zavojnice ili provodne žice stvara električnu struju u zavojnici, a manje od 100 godina kasnije, prvi indukcijski generator pojavio se na mreži na Niagari Slapovi.

Danas hidroelektrane opskrbljuju oko 6 posto električne energije koja se troši širom svijeta. S druge strane, izgaranje fosilnih goriva za proizvodnju parnih i vrtljivih turbina generira gotovo 60 posto svjetske električne energije. Većinu hidroelektrana generiraju brane, a ne slapovi.

Brana, poput potoka ili slapa, ovisi o gravitaciji. Voda ulazi u prolaz na vrhu brane, teče kroz cijev koja povećava njezinu energiju i vrti turbinu prije izlaska blizu dna brane. Dvije najveće hidroelektrane na svijetu su brana Three Gorges u Kini koja generira 22,5 gigavata energije i brana Itaipu na brazilsko-paragvajskoj granici koja generira 14 GW. Najveća brana u Sjevernoj Americi je brana Grand Coulee u državi Washington koja generira samo oko 7 megavata.

Oceani su jedan od najvažnijih svjetskih energetskih izvora iz dva razloga. Prvo je da imaju struje koje u sprezi s vjetrovima tvore valove. Valovi se mogu pretvoriti u električnu energiju. Budući da su rezultat temperaturnih razlika uzrokovanih sunčevom toplinom, valovi i struje koje ih tvore tehnički su oblik sunčeve energije.

Drugi energetski resurs u oceanima su plima i oseka, koje su uzrokovane gravitacijskim utjecajima mjeseca i sunca, kao i kretanjima same zemlje. Postoje i tehnologije za pretvaranje energije plime i oseke u električnu energiju.

Stanice za stvaranje valova još nisu uobičajene, a prototip, koji je postavljen na obali Škotske, generira samo 0,5 MW. Dostupne tehnologije valova uključuju:

• Plutajuće plutače i plutače koje se dižu i spuštaju na valovima i generiraju snagu hidrauličkim uređajima.

• Oscilirajuće vodene kolone koje omogućuju ulazak vode u komoru i komprimiranje zatvorenog zraka koji zatim okreće turbinu.

• Sustavi konusnih kanala koji su vezani uz obalu. Oni usmjeravaju vodu u povišene rezervoare, a kad se pusti da voda zavrti turbinom.

Elektrane s plimom i osekom mogu koristiti snagu dolaznih i odlaznih plima i oseka za izravno okretanje turbina. Voda je oko 800 puta gušća od zraka, pa ako se turbina postavi na dno oceana, plimni pokreti generiraju značajnu snagu da ih vrte. Međutim, sustav plimnih baraža češći je.

Plima i oseka je pregrada postavljena preko bazena s plimom i osekom koja omogućuje ulazak vode iz plime koja raste, a zatim zatvara i kontrolira odljev oseke. Najveći takav generator je plimna elektrana Sihwa Lake u Južnoj Koreji. Proizvodi oko 254 MW.

Dva najpoznatija načina za proizvodnju električne energije na način koji se ne oslanja na fosilna goriva koja nestaju i ne stvara zagađenje su postavljanje vjetroagregata ili fotonaponskih panela. Budući da je sunce odgovorno za temperaturne razlike koje stvaraju vjetar, obje su, strogo govoreći, oblici sunčeve energije.

Vjetrogeneratori rade baš poput hidroelektrana ili valova. Kad puše vjetar, okreće osovinu koja je zupčanicima povezana s indukcijskom turbinom koja generira energiju. Moderne turbine kalibrirane su tako da pružaju izmjeničnu struju na istoj frekvenciji kao i konvencionalna izmjenična struja, što je čini dostupnom za neposrednu upotrebu. Vjetroelektrane širom svijeta opskrbljuju gotovo 5 posto svjetske električne energije.

Solarni paneli oslanjaju se na fotonaponski učinak, pri čemu sunčevo zračenje stvara napon u poluvodljivom materijalu. Napon stvara istosmjernu struju koja se mora pretvoriti u izmjeničnu prolazeći je kroz pretvarač. Solarni paneli proizvode električnu energiju samo kad sunca nema, pa se često koriste za punjenje baterija, koje spremaju energiju za kasniju upotrebu.

Solarni paneli predstavljaju možda jednu od najpristupačnijih metoda za proizvodnju električne energije, ali opskrbljuju samo mali dio svjetske električne energije - manje od 1 posto.

Strogo govoreći, proces nuklearne fisije nije prirodna pojava, ali dolazi iz prirode. Nuklearna fisija izumljena je ubrzo nakon što su znanstvenici uspjeli razumjeti atom i prirodni fenomen radioaktivnosti. Iako se fisija izvorno koristila za izradu bombi, prva nuklearna elektrana pojavila se na mreži samo tri godine nakon eksplozije prve bombe na mjestu Trinity u pustinji Novi Meksiko.

Kontrolirane reakcije cijepanja događaju se unutar svih svjetskih nuklearnih elektrana. Stvara toplinu za kipuće vodu koja stvara paru potrebnu za pogon električnih turbina. Jednom kada reakcija cijepanja započne, treba joj malo goriva da bi se nastavila u nedogled.

Gotovo 20 posto svjetskih potreba za električnom energijom podmiruju nuklearni generatori energije. Izvorno smatrana jeftinim izvorom praktički neograničene snage, nuklearna fisija je ozbiljna nedostaci, od kojih je najmanje bitna mogućnost topljenja i nekontrolirano ispuštanje štetnih sastojaka radijacija. Dvije dobro poznate nesreće, jedna u ruskoj elektrani Černobil i druga u japanskoj Fukušimi postrojenja, uklonili su ove opasnosti i proizvodnju nuklearne energije učinili manje privlačnom nego nekada bio.

Duboko u zemljinoj kori pritisci i temperature toliko su veliki da stijenu ukapljuju u rastaljenu lavu. Ovaj pregrijani materijal prolazi kroz vene u kori koje ga povremeno usmjeravaju blizu površine. Zajednice u područjima u kojima se to može koristiti toplinu za proizvodnju električne energije i osiguravanje topline svojih domova. To se naziva geotermalna energija, a u nekim slučajevima pojačava se radioaktivnim materijalima u tlu, koji također generiraju toplinu.

Da bi iskoristili geotermalnu energiju, programeri buše tunel u zemlju na prikladnom mjestu i cirkuliraju vodu kroz tunel. Zagrijana voda izlazi na površinu kao para, gdje se može koristiti izravno za grijanje ili vrtnju turbine. U nekim se slučajevima toplina prenosi iz vode u drugu tvar s nižim vrelištem, poput izobutana, a rezultirajuća para vrti turbine.

U svom najjednostavnijem obliku, geotermalna energija pruža zacjeljivanje i utjehu u prirodnim lječilištima i toplim izvorima onoliko dugo koliko ima ljudi koji ih često posjećuju. Japan je jedna od geološki najaktivnijih zemalja na svijetu i ima veliku mrežu prirodnih vrućih izvora i dugu povijest namakanja. Stručnjaci procjenjuju da ima dovoljno geotermalnih resursa da zadovolji do 10 posto električne energije potrebe, čineći svoj geotermalni potencijal trećim na svijetu, iza samo Sjedinjenih Država i Indonezija.

Neki su resursi krhki i nestaju, a pretvarajući ih u korisnu energiju stvara onečišćivače koji mijenjaju planetarni okoliš. Ostali resursi ovise samo o solarnoj i planetarnoj dinamici koja obećava da će ostati nepromijenjena sljedećih nekoliko milijardi godina. U sadašnjem trenutku čovječanstvo mora hitno napraviti izbor. Njegovo samo preživljavanje može ovisiti o njegovoj sposobnosti da u kratkom vremenskom razdoblju prebaci svoju ovisnost s prve na drugu.