Apa Sumber Energi Utama di Bumi?

Dibutuhkan banyak energi untuk memelihara spesies seperti homo sapiens. Dalam beberapa abad terakhir, spesies ini telah muncul sebagai kehadiran global yang saling berhubungan dengan cara yang, sejauh yang diketahui sains, belum pernah terjadi sebelumnya di planet ini.

Jenis energi yang dibutuhkan manusia termasuk listrik untuk memberi daya pada rumah dan industri mereka, biokimia energi untuk memberi makan tubuh mereka dan sumber daya yang mudah terbakar untuk kehangatan, transportasi dan industri produksi.

Dalam skala luas, kemampuan bumi untuk menyediakan apa yang dibutuhkan manusia bergantung pada lima sumber utama:

• Matahari, reaktor fusi raksasa di langit itu, memasok energi dalam orde yottawatt (10²⁴ watt) secara 24/7.
• Air, yang tidak hanya penting untuk kehidupan, tetapi juga dapat dimanfaatkan untuk produksi energi.
• Gravitasi, kekuatan misterius yang menciptakan dan menghancurkan bintang, bertanggung jawab atas pasang surut, dan mengubah air menjadi sumber energi kinetik yang dapat diubah.
• Pergerakan bumi membuat perbedaan suhu harian dan musiman yang menghasilkan angin dan arus laut yang dapat diubah menjadi listrik.
• Radioaktivitas adalah peluruhan alami unsur-unsur berat menjadi yang lebih ringan dengan pelepasan radiasi yang dihasilkan, Radiasi menciptakan panas yang dapat digunakan untuk menghasilkan listrik.

Selain itu, pasokan energi penting bagi manusia berasal dari tubuh organisme yang membusuk yang telah berkembang dan mati selama ribuan tahun. Namun, tidak seperti sumber daya yang tercantum di atas, persediaan ini terbatas.

Bahan bakar fosil, yang meliputi minyak, gas alam, dan batu bara, sebenarnya adalah bentuk lain dari energi matahari. Ribuan tahun yang lalu, organisme hidup mengubah cahaya dan panas matahari menjadi molekul berbasis karbon yang membentuk tubuh mereka. Organisme mati, dan tubuh mereka tenggelam jauh ke dalam tanah dan ke dasar lautan. Saat ini, energi yang terkunci pada ikatan karbon tersebut dapat dilepaskan dengan mengambil sisa-sisanya dan membakarnya.

Minyak dan gas alam berasal dari plankton laut mikroskopis yang hidup jutaan tahun yang lalu. Mereka mati dan tenggelam ke dasar lautan, di mana dekomposisi dan proses kimia lainnya mengubahnya menjadi lilin kerogen dan tinggal aspal. Dasar laut akhirnya mengering, dan bahan-bahan ini terkubur di bawah batu dan tanah. Mereka telah menjadi bahan baku pembuatan, bensin, solar, minyak tanah dan sejumlah produk minyak bumi lainnya.

Cara tradisional untuk mengambil minyak mentah dari tanah adalah dengan pengeboran, tetapi rekahan hidrolik, atau fracking, telah menjadi alternatif modern yang sering digunakan. Dalam proses ini, campuran pasir, air, dan bahan kimia yang berpotensi berbahaya dipaksa masuk ke dalam tanah untuk menggantikan minyak bumi. Fracking adalah proses yang mahal, dan memiliki sejumlah efek merusak pada batuan dasar, tabel air dan udara sekitarnya.

Batubara berasal dari tumbuhan darat yang mengendap di rawa dan rawa dan berubah menjadi gambut. Gambut mengeras saat tanah mengering, dan akhirnya tertutup oleh bebatuan puing-puing lainnya. Tekanan mengubahnya menjadi zat hitam berbatu yang dibakar di banyak pabrik industri dan pembangkit listrik. Semua ini mulai terjadi sekitar 300 juta tahun yang lalu, ketika dinosaurus berkeliaran di bumi, tetapi bertentangan dengan mitos populer, dinosaurus bukanlah batu bara yang membusuk.

Selama ribuan tahun, manusia telah memanfaatkan tenaga air untuk melakukan pekerjaan, dan dalam fisika, pekerjaan identik dengan energi. Kincir air yang ditempatkan di dekat sungai atau air terjun telah menggunakan energi yang dihasilkan dengan menggerakkan air untuk menggiling biji-bijian, mengairi tanaman, menggergaji kayu, dan melakukan sejumlah tugas lainnya. Dengan munculnya listrik, kincir air telah berubah menjadi pembangkit listrik.

Turbin air adalah jantung dari pembangkit listrik tenaga air, dan bekerja karena fenomena induksi elektromagnetik, ditemukan oleh fisikawan Michael Faraday pada tahun 1831. Faraday menemukan bahwa magnet yang berputar di dalam kumparan atau kawat penghantar menghasilkan arus listrik di koil, dan kurang dari 100 tahun kemudian, generator induksi pertama online di Niagara Air terjun.

Saat ini, pembangkit listrik tenaga air memasok sekitar 6 persen dari listrik yang dikonsumsi di seluruh dunia. Pembakaran bahan bakar fosil untuk menghasilkan uap dan turbin berputar, di sisi lain, menghasilkan hampir 60 persen listrik dunia. Sebagian besar pembangkit listrik tenaga air dihasilkan oleh bendungan, bukan oleh air terjun.

Bendungan, seperti sungai atau air terjun, bergantung pada gravitasi. Air memasuki saluran di bagian atas bendungan, mengalir melalui pipa yang memperbesar energinya dan memutar turbin sebelum keluar di dekat dasar bendungan. Dua dari bendungan pembangkit listrik tenaga air terbesar di dunia adalah Bendungan Tiga Ngarai di Cina, yang menghasilkan energi 22,5 gigawatt dan Bendungan Itaipu di perbatasan Brasil/Paraguay, yang menghasilkan 14 GW. Bendungan terbesar di Amerika Utara adalah Bendungan Grand Coulee di Negara Bagian Washington, yang hanya menghasilkan sekitar 7 megawatt.

Lautan adalah salah satu sumber energi terpenting di dunia karena dua alasan. Yang pertama adalah bahwa mereka memiliki arus, yang bersama dengan angin, membentuk gelombang. Gelombang dapat diubah menjadi listrik. Karena mereka adalah hasil dari perbedaan suhu yang disebabkan oleh panas matahari, gelombang dan arus yang membentuknya secara teknis merupakan bentuk energi matahari.

Sumber energi lain di lautan adalah pasang surut, yang disebabkan oleh pengaruh gravitasi bulan dan matahari, serta oleh gerakan bumi itu sendiri. Teknologi juga ada untuk mengubah energi dalam pasang surut menjadi listrik.

Stasiun pembangkit gelombang belum menjadi arus utama, dan prototipe, yang dikerahkan di lepas pantai Skotlandia, hanya menghasilkan 0,5 MW. Teknologi gelombang yang tersedia meliputi:

• Mengapung dan pelampung, yang naik dan turun di atas ombak dan menghasilkan tenaga dengan perangkat hidrolik.

• Kolom air berosilasi, yang memungkinkan air masuk ke ruang dan memampatkan udara tertutup, yang kemudian memutar turbin.

• Sistem saluran meruncing, yang terikat pantai. Mereka menyalurkan air ke reservoir yang ditinggikan, dan ketika air dibiarkan jatuh, ia memutar turbin.

Pembangkit listrik pasang surut dapat menggunakan kekuatan pasang surut yang masuk dan keluar untuk memutar turbin secara langsung. Air sekitar 800 kali lebih padat daripada udara, jadi jika turbin ditempatkan di dasar laut, gerakan pasang surut menghasilkan kekuatan yang signifikan untuk memutarnya. Namun, sistem rentetan pasang surut lebih umum.

Tembakan pasang surut adalah penghalang yang didirikan di seberang cekungan pasang surut yang memungkinkan air dari pasang naik untuk masuk, kemudian menutup dan mengontrol arus keluar pada saat pasang surut. Generator terbesar adalah Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut Danau Sihwa di Korea Selatan. Ini menghasilkan sekitar 254 MW.

Dua cara paling terkenal untuk menghasilkan listrik dengan cara yang tidak bergantung pada hilangnya bahan bakar fosil dan tidak menimbulkan polusi adalah dengan memasang turbin angin atau panel fotovoltaik. Karena matahari bertanggung jawab atas perbedaan suhu yang menciptakan angin, keduanya secara tegas merupakan bentuk energi matahari.

Generator angin bekerja seperti pembangkit listrik tenaga air atau bertenaga gelombang. Ketika angin bertiup, ia memutar poros yang dihubungkan oleh roda gigi ke turbin gaya induksi pembangkit listrik. Turbin modern dikalibrasi untuk menyediakan arus AC pada frekuensi yang sama dengan daya AC konvensional, yang membuatnya tersedia untuk digunakan segera. Peternakan angin di seluruh dunia memasok hampir 5 persen listrik dunia.

Panel surya mengandalkan efek fotovoltaik, di mana radiasi matahari menciptakan tegangan dalam bahan semi-konduktor. Tegangan menciptakan arus DC yang harus diubah menjadi AC dengan melewatkannya melalui inverter. Panel surya hanya menghasilkan listrik saat matahari padam, sehingga sering digunakan untuk mengisi baterai, yang menyimpan daya untuk digunakan nanti.

Panel surya mungkin merupakan salah satu metode yang paling mudah diakses untuk menghasilkan listrik, tetapi mereka hanya memasok sebagian kecil dari listrik dunia -- kurang dari 1 persen.

Sebenarnya, proses fisi nuklir bukanlah fenomena yang terjadi secara alami, tetapi berasal dari alam. Fisi nuklir ditemukan segera setelah para ilmuwan mampu memahami atom dan fenomena alam radioaktivitas. Meskipun fisi pada awalnya digunakan untuk membuat bom, pembangkit listrik tenaga nuklir pertama online hanya tiga tahun setelah bom pertama meledak di situs Trinity di gurun New Mexico.

Reaksi fisi terkendali terjadi di dalam semua pembangkit listrik tenaga nuklir di dunia. Ini menghasilkan panas untuk mendidihkan air, yang menghasilkan uap yang dibutuhkan untuk menggerakkan turbin listrik. Setelah reaksi fisi dimulai, dibutuhkan sedikit bahan bakar untuk melanjutkan tanpa batas.

Hampir 20 persen kebutuhan listrik dunia dipenuhi oleh pembangkit listrik tenaga nuklir. Awalnya dianggap sebagai sumber murah dari kekuatan yang hampir tidak terbatas, fisi nuklir telah menjadi masalah serius kekurangannya, tidak sedikit di antaranya adalah kemungkinan kehancuran dan pelepasan berbahaya yang tidak terkendali radiasi. Dua kecelakaan terkenal, satu di pembangkit listrik Chernobyl Rusia dan satu lagi di Fukushima Jepang fasilitas, telah meniadakan bahaya ini dan membuat produksi tenaga nuklir kurang menarik daripada sebelumnya dulu.

Jauh di dalam kerak bumi, tekanan dan suhu begitu besar sehingga mencairkan batu menjadi lava cair. Bahan super panas ini mengalir melalui pembuluh darah di kerak yang kadang-kadang mengarahkannya ke permukaan. Masyarakat di daerah di mana hal ini terjadi dapat menggunakan panas untuk menghasilkan listrik dan untuk memberikan kehangatan bagi rumah mereka. Ini disebut energi panas bumi, dan dalam beberapa kasus, ditambah dengan bahan radioaktif di dalam tanah, yang juga menghasilkan panas.

Untuk memanfaatkan energi panas bumi, pengembang mengebor terowongan ke dalam bumi di lokasi yang sesuai dan mengalirkan air melalui terowongan. Air yang dipanaskan muncul ke permukaan sebagai uap, di mana ia dapat digunakan secara langsung untuk memanaskan atau memutar turbin. Dalam beberapa kasus, panas dipindahkan dari air ke zat lain dengan titik didih yang lebih rendah, seperti isobutana, dan uap yang dihasilkan memutar turbin.

Dalam bentuknya yang paling sederhana, energi panas bumi telah memberikan penyembuhan dan kenyamanan di spa alami dan sumber air panas selama ada orang yang sering mengunjunginya. Jepang adalah salah satu negara yang paling aktif secara geologis di dunia, dan memiliki jaringan besar sumber air panas alami dan sejarah panjang perendaman. Para ahli memperkirakan bahwa ia memiliki sumber daya panas bumi yang cukup untuk memenuhi hingga 10 persen listriknya kebutuhan, menjadikan potensi panas buminya ketiga di dunia, hanya di belakang Amerika Serikat dan Indonesia.

Beberapa sumber daya rapuh dan menghilang, dan mengubahnya menjadi energi yang dapat digunakan menciptakan polutan yang mengubah lingkungan planet. Sumber daya lainnya hanya bergantung pada dinamika matahari dan planet yang menjanjikan untuk tetap tidak berubah selama beberapa miliar tahun ke depan. Pada saat ini, umat manusia memiliki pilihan yang mendesak untuk dibuat. Kelangsungan hidupnya mungkin bergantung pada kemampuannya untuk mengalihkan ketergantungannya dari yang pertama ke yang terakhir dalam waktu singkat.