Primjeri izvora energije

Što je energija i odakle dolazi? U svakodnevnom jeziku energija je neka nedefinirana, ali poželjna kvaliteta koja vam omogućuje da radite stvari poput vježbanja, izvršavate nastavne zadatke i radite svoj posao. U fizici je to sila pomnožena s udaljenostom, a izražava se u istim jedinicama kao rad i toplina. U praktičnom smislu, to je ono na što se ljudska društva oslanjaju na toplinu, svjetlost, prijevoz, proizvodnju i drugi procesi koji danas odvajaju ljude od onih koji su živjeli u pretpovijesti i ranoj povijesti puta.

Ovih dana energija je također kontroverzna - što nije? - zahvaljujući uglavnom pitanju klimatskih promjena. Izgaranje fosilnih goriva, uglavnom ugljena, čvrsto se utvrdilo kao vodeći faktor u globalnom zatopljenju uzrokovanom ljudskim djelovanjem zahvaljujući ugljičnom dioksidu (CO₂) ispuštene u atmosferu tijekom procesa sagorijevanja. Ali svijet treba proizvesti mnogo energije za održavanje modernih osobnih i komercijalnih životnih standarda. Srećom po zdravlje okoliša istražuju se i drugi izvori energije sve jača kako planet neumoljivo postaje sve više i više pogođen klimatskim razaranjem promijeniti.

Općenito, proizvodnja energije dolazi iz dva primarni izvori; to su fosilna goriva i čista energija. Sekundarni izvori potječu iz primarnih izvora; jedan od primjera je električna energija. U SAD-u se potrošnja energije obično daje u kilovat-satima ili kWh. Ova je jedinica jednaka 3,6 milijuna džula, s tim da je džul ili njutnometar standardna jedinica energije u fizici. Ostale uobičajene jedinice su erg, britanska termalna jedinica i kalorija. (Zanimljivosti: "Kalorija" koju vidite na oznakama za prehranu zapravo je kilokalorija ili 1.000 "pravih" kalorija.)

Pojmovi "čista energija" i "obnovljivi izvori energije" često se koriste naizmjenično. To nije strogo točno, jer, kao što ćete vidjeti, dok je nuklearna energija oblik čiste energije, pitanje je može li se klasificirati kao obnovljiva. Bez obzira na to, oblici čiste energije uključuju - zajedno s nuklearnom energijom - solarnu energiju, energiju vjetra, hidroenergiju, geotermalnu energiju i bioenergiju.

Sadržao bi značajan popis obnovljivih izvora za proizvodnju energije u 21. stoljeću biomasa (npr. drvo i drvni otpad, čvrsti komunalni otpad, odlagališni plin i bioplin, etanol i biodizel); hidroenergija ili vodna snaga; geotermalna energija koja dolazi duboko iz Zemlje; te vjetar i solarna energija. Oni se nazivaju "obnovljivim", jer proizlaze iz opskrbe koja je u teoriji neiscrpna. Odnosno, dok se očekuje da će Zemlja jednog dana dati posljednju uncu prirodnog plina i posljednju uncu ugljena, ideja da će sunčeva svjetlost, vjetar i rijeke uopće nestati - barem se nada! - besmislen.

Do sredine 1800-ih Amerika je energiju koja joj je bila potrebna dobivala izgaranjem drva. Budući da je američko stanovništvo bilo relativno malo i većina te energije bila je za grijanje, svjetlost i kuhanje, sa strojevima poput automobila i klima uređaja još je daleko, drvo je bilo dovoljno za napraviti posao. Od kraja 1800-ih do početka 21. stoljeća, fosilna goriva (ugljen, nafta i prirodni plin) služila su kao izvor energije u zemlji. Do 1990-ih, glavni obnovljivi izvori - pojam koji je do posljednjih desetljeća bio više teoretski nego stvaran - bili su hidroenergija i kruta biomasa; danas biogoriva, solarna energija i energija vjetra igraju ozbiljne i sve veće uloge.

2017. obnovljiva energija osigurala je otprilike jednu devetinu ukupne američke iskorištenosti energije. 57 posto potrošnje bilo je u obliku električne energije, a otprilike jedna šestina generirana je iz obnovljivih izvora.

Obnovljiva energija važna je za smanjenje emisija stakleničkih plinova jer smanjuje ovisnost o fosilnim gorivima. Dok su ugljen, plin i nafta zajedno dugogodišnji neprikosnoveni svjetski energetski prvak, potrošnja biogoriva i ostali nehidroenergetski obnovljivi izvori bili su više nego dvostruko veći u 2017. godini nego na početku 21. stoljeću. Ovaj je trend potaknut kombinacijom formalnih regulatornih mjera i financijskih poticaja za tvrtke da razvijaju obnovljive izvore. Očekuje se da će se ovaj trend povećanja upotrebe nehidro-biogoriva nastaviti do 2050. godine.

Iako su danas nešto kao persona non grata u energetskom svijetu, nafta, prirodni plin i nafta i dalje su vodeći izvori energije u SAD-u i na globalnoj razini od 2018. godine. Izgaranje tih goriva odgovorno je za 75 posto emisije ugljičnog dioksida od kraja 20. stoljeća.

Fosilna goriva nastala su kad su pretpovijesne biljke i životinje stradale te su tijekom razdoblja milijuna godina pokapane i zdrobljene pod slojevima kamena. Uglavnom kao rezultat mehaničke kompresije, različite vrste tih goriva nastale su ovisno o lokalnim okolnostima, kao što su koja je materija koja sadrži ugljik bila prisutna, koliko je dugo zakopana i kakvi su bili temperaturni i tlačni uvjeti vrijeme. Industrija fosilnih goriva buši (nafta i plin) ili kopa (ugljen) za te izvore energije, a zatim ih sagorijeva za proizvodnju električne energije ili ih modificirati za upotrebu kao gorivo za grijanje (npr. ulje za peć) ili za transport (npr. benzin).

Biomasa se odnosi na nekadašnju živu tvar, odnosno biljke i životinje. Izvori energije iz biomase uključuju otpad od prerade drveta koji se može sagorjeti za grijanje zgrada, proizvodnju procesne topline u industriji i proizvodnju električne energije; poljoprivredni otpadni materijali koji se mogu sagorjeti kao gorivo ili pretvoriti u tekuća biogoriva; nešto smeća, koje se može sagorjeti za proizvodnju električne energije u elektranama ili pretvoriti u bioplin na odlagalištima; pa čak i stajskog gnoja i kanalizacije koji se mogu pretvoriti u bioplin.

Sunce je očito tijekom povijesti čovječanstva bilo izvor energije za sva živa bića. U novije vrijeme ljudi su razvili sposobnost iskorištavanja te energije i korištenja u razne moderne svrhe. Solarni sustavi toplinske energije danas se koriste za zagrijavanje vode za domove, zgrade i jastuke; zagrijte unutrašnjost domova, šupa i staklenika; i zagrijavaju tekućine na vrlo visoke temperature potrebne u solarnim elektranama.

Solarni fotonaponski sustavi koriste se za pretvaranje sunčeve svjetlosti u električnu. Fotonaponske ili PV stanice pretvaraju sunčevu svjetlost u električnu. Neki od njih mogu napajati male uređaje poput kalkulatora i satova, dok veliki niz PV stanica mogu proizvesti dovoljno električne energije za tipičnu kuću. Neke od tih elektrana imaju masivan niz PV ćelija na više hektara, a one su dovoljno velike da zadovolje potrebe za električnom energijom u tisućama domova.

Tijekom dnevnog svjetla zrak iznad kopna zagrijava se brže od zraka iznad vode. Zrak nad kopnom širi se i diže kako se zagrijava, a sve teže i hladnije zrak ulazi na njegovo mjesto stvarajući vjetar. Noću vjetrovi okreću smjer. Slično tome, stvaraju se atmosferski vjetrovi koji kruže oko Zemlje jer je zemljište u blizini ekvatora toplije od kopna u blizini polova. Snaga vjetra koju bilježe vjetrenjače (često u velikim nizovima) koristi se uglavnom za proizvodnju električne energije

Nuklearna energija primjer je energije koja je "čista" i koju neki izvori smatraju obnovljivom, ali je sama po sebi vrlo kontroverzna. Budući da je svjetska opskrba uranom, materijalom koji se koristi u nuklearnim elektranama, ograničena, nuklearna energija obično se spaja s fosilnim gorivima i klasificira kao neobnovljiva.

U svakom slučaju, nuklearna energija osiguravala je 20 posto energije u SAD-u od 2018. godine, a koristila se više od 60 godina. Zbog svoje uloge u neizravnom pomaganju smanjenju emisije ugljika, "nuklearne elektrane" ostaju glavni oslonac u SAD-u, ali i u inozemstvu. Zbog dobro objavljenih nesreća i strahova tijekom godina u nuklearnim elektranama, mnogi ljudi ostaju mrzovoljni ovog izvora energije, ali znanstveni konsenzus favorizira daljnji razvoj na ovom području s naglaskom na sigurnost.