Példák az energiaforrásokra

Mi az energia és honnan származik? A mindennapi nyelvben az energia valamilyen meghatározhatatlan, de kívánatos tulajdonság, amely lehetővé teszi, hogy olyan dolgokat végezzen, mint a testmozgás, az osztályfeladatok elvégzése és a munkája elvégzése. A fizikában ez egy erő szorozva a távolsággal, és ugyanabban az egységekben fejeződik ki, mint a munka és a hő. Gyakorlatilag az emberi társadalmak támaszkodnak a melegségre, a fényre, a szállításra és a gyártásra és más folyamatok, amelyek elválasztják a mai embereket azoktól, akik az őskorban és a kora történelmében éltek alkalommal.

Manapság az energia is ellentmondásos - mi nem? - elsősorban az éghajlatváltozás kérdésének köszönhető. A fosszilis tüzelőanyagok, főleg a szén elégetése szilárdan megalapozottnak bizonyult az emberi eredetű globális felmelegedés vezető hozzájárulójaként a szén-dioxid (CO₂) az égési folyamat során a légkörbe kerül. De a világnak nagyon sok energiát kell termelnie a modern személyes és kereskedelmi életszínvonal fenntartása érdekében. A környezet egészségére szerencsére más energiaforrásokat kutatnak növekvő erő, amikor a bolygót menthetetlenül egyre jobban érinti az éghajlat pusztítása változás.

Az energiatermelés általában kettőből származik elsődleges források; ezek a fosszilis tüzelőanyagok és a tiszta energia. Másodlagos a források elsődleges forrásokból származnak; az egyik példa az áram. Az Egyesült Államokban az energiafogyasztást általában kilowattórában vagy kWh-ban adják meg. Ez az egység 3,6 millió joule, a joule vagy newtonméter a fizika standard energiaegysége. További közös egységek az erg, a brit termikus egység és a kalória. (Apróságok: A táplálkozási címkéken látható "kalória" valójában kilokalória, vagyis 1000 "igazi" kalória.)

A „tiszta energia” és a „megújuló energia” kifejezéseket gyakran felcserélve használják. Ez nem szigorúan pontos, mert amint látni fogják, bár az atomenergia a tiszta energia egyik formája, kérdéses, hogy megújulónak minősíthető-e. Ettől függetlenül a tiszta energia formái magukban foglalják - az atomenergiával együtt - a napenergiát, a szélenergiát, a vízenergiát, a geotermikus energiát és a bioenergiát.

Az energiatermeléshez szükséges megújuló erőforrások értelmes listája a 21. században tartalmazná biomassza (pl. fa és fahulladék, szilárd települési hulladék, hulladéklerakó gáz és biogáz, etanol és biodízel); vízenergia vagy vízerő; geotermikus energia, amely a Föld mélyéről származik; valamint a szél és a napenergia. Ezeket azért hívják "megújulónak", mert olyan elméleti ellátásból származnak, amely elméletileg kimeríthetetlen. Vagyis, míg a Föld várhatóan egy napon meghozza az utolsó unciáját a földgáznak és a végső szénmennyiségét, a napfény, a szél és a folyók eltűnésének gondolata az - legalábbis reménykedik! - értelmetlen.

Az 1800-as évek közepéig Amerika a fa elégetésével nyerte el a szükséges energiát. Mivel az Egyesült Államok lakossága viszonylag alacsony volt, és ennek az energiának a nagy részét fűtésre, fényre és főzéssel, olyan gépekkel, mint az autók és a légkondicionálók még nagyon messze vannak, a fa elegendő volt a munka. Az 1800-as évek végétől a 21. század elejéig a fosszilis üzemanyagok (szén, olaj és földgáz) szolgáltak a nemzet energiaforrásaként. Az 1990-es évekig a fő megújuló energiaforrás - az utóbbi évtizedekig elméletibbnél valóságosabb kifejezés - a vízenergia és a szilárd biomassza volt; ma a bioüzemanyagok, a napenergia és a szélenergia mind komoly és egyre növekvő szerepet játszanak.

2017-ben a megújuló energia adta az Egyesült Államok teljes energiafelhasználásának mintegy egynegyedét. A fogyasztás 57 százaléka villamos energia volt, és körülbelül egyhatoda megújuló energiából származott.

A megújuló energia azért fontos az üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentése érdekében, mert csökkenti a fosszilis tüzelőanyagoktól való függőséget. Míg a szén, a gáz és a kőolaj együttesen a bioenergia-fogyasztás világszerte vitathatatlanul hosszú ideje vitathatatlan és más nem vízenergiával megújuló energiaforrások több mint kétszer olyan magasak voltak 2017-ben, mint a 21. év elején század. Ezt a tendenciát a hivatalos szabályozási intézkedések és a vállalatok számára a megújuló energiaforrások fejlesztésére irányuló pénzügyi ösztönzők kombinációja ösztönözte. A nem hidro-bioüzemanyag-felhasználás növekvő tendenciája várhatóan 2050-ig folytatódik.

Bár napjainkban az energia világában valami persona non grata, 2018 óta az olaj, a földgáz és a kőolaj maradt a vezető energiaforrás az Egyesült Államokban és világszerte. Ezen üzemanyagok elégetése a 20. század vége óta a szén-dioxid-kibocsátás 75% -áért felelős.

A fosszilis tüzelőanyagok akkor keletkeztek, amikor az őskori növények és állatok elpusztultak, és évmilliók alatt eltemették őket, és sziklarétegek alá zúzták őket. Főként a mechanikus préselés eredményeként ezeknek az üzemanyagoknak a helyi körülményektől függően különböző típusai keletkeztek, mint pl milyen széntartalmú anyag volt jelen, mennyi ideig temették el és milyen hőmérsékleti és nyomási viszonyok voltak a idő. A fosszilis üzemanyag-ipar fúr (olaj és gáz) vagy bányát (szén) ezekhez az energiaforrásokhoz, majd elégeti azokat termelés céljából villamos energiát, vagy módosítsa őket fűtési célokra (pl. kemenceolaj) vagy szállításhoz (pl. benzin).

A biomassza korábban élő anyagokra, azaz növényekre és állatokra utal. A biomassza energiaforrásai közé tartoznak a fafeldolgozási hulladékok, amelyek elégethetők az épületek fűtésére, az ipari hőtermelésre és az áramtermelésre; mezőgazdasági hulladékok, amelyek tüzelőanyagként elégethetők vagy folyékony bioüzemanyagokká alakíthatók; néhány szemetet, amelyet elégetni lehet villamos energia előállítására az erőművekben, vagy átalakítani biogázzá a hulladéklerakókban; sőt trágya és szennyvíz is, amelyek biogázzá alakíthatók.

A nap az emberi történelem során nyilvánvalóan minden élőlény energiaforrása volt. A közelmúltban az emberek kifejlesztették ezt az energiát, és különféle modern célokra használják. A napenergia-termelő rendszereket manapság a víz melegítésére használják házakban, épületekben és pezsgőfürdőkben; melegítse fel otthonok, fészerek és üvegházak belsejét; és folyadékokat melegítsen fel a naperőművekben megkövetelt nagyon magas hőmérsékletre.

A napelemes fotovoltaikus rendszereket használják a napfény villamos energiává történő átalakítására. A fotovoltaikus vagy PV elemek a napfényt elektromos energiává alakítják. Ezek egy része kicsi eszközöket, például számológépeket és órákat képes táplálni, míg a nagy PV-cellák elegendő áramot képesek előállítani egy tipikus házhoz. Ezen erőművek némelyikének több hektárnyi kiterjedésű PV-cellája van, és ezek elég nagyok ahhoz, hogy több ezer lakásban kielégítsék az áramszükségletet.

A nappali órákban a föld fölött a levegő gyorsabban melegszik fel, mint a víz felett. A szárazföld fölött a levegő felmelegedve tágul és emelkedik, és nehezebb, hűvösebb levegő áramlik be, hogy helyet foglaljon, ami széllel jár. Éjjel a szél megfordul. Hasonlóképpen, a Föld körül körbefutó légköri szelek azért jönnek létre, mert az Egyenlítő közelében lévő föld melegebb, mint a pólusok közelében lévő föld. A szélerőművek által elfoglalt szélenergiát (gyakran nagy tömbökben) elsősorban villamosenergia-termelésre használják

Az atomenergia a „tiszta” energia példája, amelyet egyes források megújulónak tekintenek, ugyanakkor önmagában is rendkívül ellentmondásos. Mivel az atomerőművekben felhasznált anyag világszerte rendelkezésre álló uránellátása véges, az atomerőművet általában fosszilis tüzelőanyagokkal rakják össze, és nem megújuló kategóriába sorolják.

Mindenesetre az atomenergia az energia 20 százalékát adta az Egyesült Államokban 2018-tól, és több mint 60 éve volt használatban. A "nukleáris növények" a szén-dioxid-kibocsátás csökkentésének közvetett elősegítésében játszott szerepük miatt továbbra is az USA-ban és külföldön egyaránt támaszpontot jelentenek. Az atomerőművek során az évek során jól közzétett balesetek és rémhírek miatt sok ember továbbra is szívesen tartózkodik ennek az energiaforrásnak, de a tudományos konszenzus támogatja a további fejlődést ezen a területen, amelynek középpontjában az áll biztonság.