Nagyon sok energiát igényel olyan fajok ápolása, mint pl homo sapiens. Az elmúlt évszázadokban ez a faj összekapcsolt globális jelenlétként jelent meg oly módon, hogy a tudomány tudomása szerint még soha nem fordult elő a bolygón.
Az embernek energiafajtái közé tartozik a biokémiai áram, hogy otthonaikat és iparukat működtesse testük táplálásához szükséges energia és éghető források a meleg, a közlekedés és az ipar számára Termelés.
Széles körben a Föld azon képessége, hogy biztosítsa az emberek számára szükséges öt fő forrástól függ:
- A nap, az óriási fúziós reaktor az égen energiát szolgáltat a yottawattok sorrendjében (1024 watt) 24/7 alapon.
- Víz, amely nem csak az élet szempontjából nélkülözhetetlen, hanem az energiatermeléshez is hasznosítható.
- Gravitáció, az a titokzatos erő, amely csillagokat hoz létre és elpusztít, felelős az árapályért, és a vizet átalakítható mozgási energia forrásává változtatja.
- A föld mozgása hozzon létre napi és szezonális hőmérséklet-különbségeket, amelyek szeleket és óceán áramokat generálnak, amelyek villamos energiává alakíthatók.
- Radioaktivitás a nehéz elemek természetes bomlása könnyebbekké a sugárzás eredményeként. A sugárzás hőt hoz létre, amely felhasználható villamos energia előállítására.
Ezenkívül az emberek számára fontos energiaellátás származik a bomló testekből, amelyek az eonok folyamán virágoztak és elpusztultak. A fent felsorolt forrásoktól eltérően ez a kínálat korlátozott.
A fosszilis tüzelőanyagok hajtották az ipari forradalmat
A fosszilis tüzelőanyagok, köztük az olaj, a földgáz és a szén, valójában a napenergia másik formája. Évekkel ezelőtt az élő szervezetek átalakították a nap fényét és hőjét a testüket alkotó szénalapú molekulákká. A szervezetek elhaltak, testük mélyen a földbe és az óceánok fenekére süllyedt. Ma az ezekbe a szénkötésekbe zárt energia felszabadulhat, ha visszakeresik, amibe maradványaik átalakultak, és megégették őket.
Az olaj és a földgáz a millió évvel ezelőtt élt mikroszkopikus tengeri planktonból származik. Meghaltak és az óceánok fenekére süllyedtek, ahol a bomlás és más kémiai folyamatok viaszossá tették őket kerogén és kátrányos bitumen. Az óceánfenék végül kiszáradt, ezeket az anyagokat szikla és talaj alá temették. A gyártás alapanyagaivá váltak, benzin, dízel üzemanyag, kerozin és számos más kőolajtermék.
A kőolaj talajból történő kinyerésének hagyományos módja a fúrás, de a hidraulikus repesztés, ill repedés, gyakran használt modern alternatívává vált. Ebben a folyamatban homok, víz és potenciálisan veszélyes vegyi anyagok keverékét kényszerítik a földbe, hogy kiszorítsák a kőolajat. A repesztés drága folyamat, és számos káros hatása van az alapkőzetre, a vízszintre és a környező levegőre.
A szén olyan szárazföldi növényekből származik, amelyek lápokba és mocsarakba telepedtek, és tőzeggé váltak. A tőzeg megszilárdult, amikor a talaj kiszáradt, és végül sziklák és egyéb törmelék borította be. A nyomás miatt fekete, sziklás anyag lett, amely sok ipari üzemben és erőműben égett. Mindez mintegy 300 millió évvel ezelőtt kezdődött, amikor a dinoszauruszok bejárták a földet, de a közkeletű mítoszokkal ellentétben a szén nem bomlott dinoszaurusz.
A folyók és patakok az energia fő forrása
Évezredek óta az emberek a víz teljesítményét hasznosítják a munka elvégzéséhez, a fizikában pedig a munka szinonimája az energiának. A patak vagy vízesés közelében elhelyezett vízi kerekek a víz mozgatásával keletkezett energiát használták fel a gabona őrléséhez, a növények öntözéséhez, a fűrészeléshez és számos más feladat elvégzéséhez. Az áram megjelenésével a vízikerékeket erőművé változtatták.
A vízturbina egy vízi erőmű szíve, és működik az elektromágneses indukció jelensége miatt, amelyet Michael Faraday fizikus fedezett fel 1831-ben. Faraday megállapította, hogy a tekercsben vagy a vezetéken belül forgó mágnes elektromos áramot generál a tekercsben, és kevesebb, mint 100 évvel később, az első indukciós generátor online kapcsolatba került a Niagaránál Zuhanás.
Ma a vízierőművek a világszerte felhasznált villamos energia körülbelül 6 százalékát szolgáltatják. A fosszilis tüzelőanyagok elégetése gőz- és forgóturbinák előállítása céljából viszont a világ villamos energiájának csaknem 60 százalékát termeli. A legtöbb vízenergiát gátak generálják, nem pedig a vízesések.
A gát, mint egy patak vagy vízesés, a gravitációtól függ. A víz a gát tetején lévő járatba jut, az energiáját felnövő csövön át áramlik, és egy turbinát forgat, mielőtt kilépne a gát tövének közelében. A világ két legnagyobb vízerőműi gátja a kínai háromszoros gát, amely 22,5 gigawatt energiát termel, és a brazíliai / paraguayi határon lévő Itaipu gát, amely 14 GW-ot termel. Észak-Amerika legnagyobb gátja a washingtoni államban található Grand Coulee gát, amely csak körülbelül 7 megawattot termel.
Az óceánok szintén fontos energiaforrások
Az óceánok a világ egyik legfontosabb energiaforrása, két okból. Az első az, hogy áramuk van, amely a széllel együtt hullámokat alkot. A hullámok villamos energiává alakíthatók. Mivel a nap hője által okozott hőmérséklet-különbségek eredményei, a hullámok és az őket alkotó áramok technikailag a napenergia egyik formája.
Az óceánok másik energiaforrása az árapály, amelyet a hold és a nap gravitációs hatása, valamint maga a föld mozgása okoz. Az árapályokban lévő energiát villamos energiává alakító technológiák is léteznek.
A hullámtermelő állomások még nem mainstreamek, és a Skócia partjainál telepített prototípus csak 0,5 MW teljesítményt termel. A rendelkezésre álló hullámtechnológiák a következők:
- Úszók és bóják, amelyek a hullámokon emelkednek és zuhannak, és hidraulikus eszközökkel áramot termelnek.
- Rezgő vízoszlopok, amelyek lehetővé teszik a víz bejutását egy kamrába, és összezárják a zárt levegőt, amely ezután egy turbinát forgat.
- Kúpos csatornarendszerek, amelyek partra vannak kötve. A vizet emelt tartályokba vezetik, és amikor a vizet hagyják hullani, turbinát forgat.
Az árapály-erőművek a bejövő és kimenő árapályok erejét felhasználhatják a turbinák közvetlen forgatására. A víz körülbelül 800-szor sűrűbb, mint a levegő, így ha egy turbinát helyeznek az óceán fenekére, az árapálymozgások jelentős energiát generálnak azok megforgatására. Az árapályos vízzáró rendszerek azonban gyakoribbak.
Az árapály duzzasztógátja az árapály medencéjén keresztül felállított gát, amely lehetővé teszi az emelkedő dagály vizének bejutását, majd bezárja és szabályozza a dagály áradatát. A legnagyobb ilyen generátor a dél-koreai Sihwa-tói árapály-erőmű. Körülbelül 254 MW.
A technológia hasznosítja a nap- és szélenergiát
A villamosenergia-termelés két legismertebb módja, amely nem támaszkodik a fosszilis üzemanyagok eltűnésére és nem okoz szennyezést, a szélturbinák vagy a fotovoltaikus panelek telepítése. Mivel a nap felelős a szélkülönbséget okozó hőmérséklet-különbségekért, szigorúan véve a napenergia egyik formája.
A szélgenerátorok ugyanúgy működnek, mint a hidroelektromos vagy a hullámhajtásúak. Amikor a szél fúj, egy tengelyt forog, amelyet fogaskerekek kötnek össze egy áramtermelő indukciós stílusú turbinával. A modern turbinákat úgy kalibrálják, hogy a váltakozó áramot ugyanazon a frekvencián biztosítsák, mint a hagyományos váltakozó áramú áramellátást, ami azonnali használatra elérhetővé teszi. A szélerőművek világszerte a világ villamos energiájának csaknem 5 százalékát szolgáltatják.
A napelemek a fotovoltaikus hatásra támaszkodnak, ahol a napsugárzás feszültséget hoz létre egy félvezető anyagban. A feszültség egyenáramot hoz létre, amelyet átalakítóvá kell alakítani azáltal, hogy átengedi azt egy inverteren. A napelemek csak akkor termelnek áramot, amikor a nap kisüt, ezért gyakran használják akkumulátorok töltésére, amelyek későbbi felhasználásra tárolják az áramot.
A napelemek talán az egyik legelérhetőbb módszert jelentik az áramtermelésre, de a világ villamos energiájának csak kis részét - kevesebb, mint 1 százalékát - szolgáltatják.
A fosszilis tüzelőanyagok alternatívájaként működő nukleáris energiatermelés
Szigorúan véve a maghasadás folyamata nem természetesen előforduló jelenség, de a természetből fakad. A maghasadást nem sokkal később találták ki, miután a tudósok megértették az atomot és a radioaktivitás természetes jelenségét. Noha a hasadást eredetileg bombák készítésére használták, az első atomerőmű csak három évvel azután vált online elérhetővé, hogy az első bomba felrobbant az új-mexikói sivatagban, a Szentháromság helyszínén.
Ellenőrzött hasadási reakciók történnek a világ összes atomerőművében. Hőt generál víz forralására, amely az elektromos turbinák meghajtásához szükséges gőzt termeli. Amint megindul a hasadási reakció, kevés üzemanyagra van szüksége a korlátlan folytatáshoz.
A világ elektromos szükségleteinek csaknem 20 százalékát az atomenergia-termelők elégítik ki. Az eredetileg gyakorlatilag korlátlan hatalom olcsó forrásának tartott maghasadás komoly hátrányai, nem utolsósorban az olvadás lehetősége és a káros anyagok ellenőrizetlen felszabadulása sugárzás. Két jól ismert baleset, az egyik az orosz csernobili erőműben, a másik pedig a japán Fukusima kiküszöbölte ezeket a veszélyeket, és az atomerőmű-termelést kevésbé vonzóvá tette, mint egykor volt.
Geotermikus energia
A földkéreg mélyén a nyomás és a hőmérséklet olyan nagy, hogy olvadt lávává cseppenti a kőzetet. Ez a túlhevített anyag a kéreg vénáin keresztül halad, amelyek időnként a felszínhez irányítják. Az olyan területeken élő közösségek, ahol ez bekövetkezik, felhasználhatják a hőt áramtermelésre és otthoni melegség biztosítására. Ezt geotermikus energiának hívják, és egyes esetekben a talajban lévő radioaktív anyagok növelik, amelyek szintén hőt termelnek.
A geotermikus energia felhasználása érdekében a fejlesztők a megfelelő helyre egy alagutat fúrnak a földbe, és az alagúton keresztül keringenek a vízzel. A felmelegített víz gőzként kerül a felszínre, ahol közvetlenül felhasználható fűtésre vagy turbina forgatására. Bizonyos esetekben a hő a vízből egy alacsonyabb forráspontú anyagba, például izobutánba kerül, és a keletkező gőz megforgatja a turbinákat.
A geotermikus energia a legegyszerűbb formájában gyógyulást és kényelmet nyújt a természetes fürdőkben és a forró forrásokban mindaddig, amíg vannak emberek, akik gyakran látogatják őket. Japán a geológiailag az egyik legaktívabb ország a világon, nagy természetes forró hálózattal és hosszú áztatással rendelkező történettel rendelkezik. Szakértők becslései szerint elegendő geotermikus erőforrással rendelkezik ahhoz, hogy a villamos energia akár 10 százalékát is kielégítse geotermikus potenciálját a világon harmadik helyre teszi, csak az Egyesült Államok és az Egyesült Államok mögött Indonézia.
Az embereknek választaniuk kell
Egyes erőforrások törékenyek és eltűnnek, és felhasználható energiává alakítva szennyező anyagok keletkeznek, amelyek megváltoztatják a bolygó környezetét. Az egyéb erőforrások csak a nap- és bolygódinamikától függenek, amelyek azt ígérik, hogy változatlanok maradnak a következő néhány milliárd évben. A jelen pillanatban az emberiségnek sürgősen választania kell. Már túlélése függhet attól, hogy rövid időn belül át tudja-e kapcsolni az előbbitől az utóbbit.