Esempi di fonti di energia

Cos'è l'energia e da dove viene? Nel linguaggio di tutti i giorni, l'energia è una qualità indefinibile ma desiderabile che ti permette di fare cose come esercizio, completare i compiti in classe e fare il tuo lavoro. In fisica, è una forza moltiplicata per una distanza, ed è espressa nelle stesse unità di lavoro e calore. In termini pratici, è ciò su cui le società umane fanno affidamento per il calore, la luce, i trasporti, la produzione e altri processi che separano le persone di oggi da coloro che vivevano nella preistoria e nella protostoria volte.

In questi giorni, anche l'energia è controversa: cosa non lo è? – grazie soprattutto al tema del cambiamento climatico. La combustione di combustibili fossili, principalmente carbone, è stata saldamente affermata come uno dei principali contributori al riscaldamento globale causato dall'uomo a causa dell'anidride carbonica (CO₂) rilasciati nell'atmosfera durante il processo di combustione. Ma il mondo ha bisogno di produrre una grande quantità di energia per mantenere i moderni standard di vita personali e commerciali. Fortunatamente per la salute dell'ambiente, si stanno esplorando altre fonti di energia con vigore crescente man mano che il pianeta diventa inesorabilmente sempre più colpito dalle devastazioni del clima modificare.

Generalmente, la produzione di energia proviene da due primario fonti; questi sono combustibili fossili ed energia pulita. Secondario le fonti provengono da fonti primarie; un esempio è l'elettricità. Negli Stati Uniti, il consumo di energia è solitamente indicato in kilowattora o kWh. Questa unità è pari a 3,6 milioni di joule, dove il joule, o newton-metro, è l'unità standard dell'energia in fisica. Altre unità comuni sono l'erg, l'unità termica britannica e la caloria. (Curiosità: la "caloria" che vedi sulle etichette nutrizionali è in realtà una chilocaloria, o 1.000 calorie "reali".)

I termini "energia pulita" e "energia rinnovabile" sono spesso usati in modo intercambiabile. Questo non è del tutto esatto perché, come vedrai, mentre l'energia nucleare è una forma di energia pulita, è discutibile se possa essere classificata come rinnovabile. Indipendentemente da ciò, le forme di energia pulita includono, insieme all'energia nucleare, l'energia solare, eolica, idroelettrica, geotermica e bioenergia.

Un elenco significativo di risorse rinnovabili per la produzione di energia nel 21° secolo includerebbe biomassa (ad es. legno e rifiuti di legno, rifiuti solidi urbani, gas e biogas di discarica, etanolo e biodiesel); energia idroelettrica o forza idrica; energia geotermica, che proviene dalle profondità della Terra; e l'energia eolica e solare. Queste sono dette “rinnovabili” perché derivano da una fornitura teoricamente inesauribile. Cioè, mentre ci si aspetta che un giorno la Terra produca la sua ultima oncia di gas naturale e la sua ultima oncia di carbone, l'idea che la luce del sole, il vento e i fiumi scompaiano del tutto è – almeno si spera! – insensato.

Fino alla metà del 1800, l'America ricavava l'energia di cui aveva bisogno dalla combustione della legna. Poiché la popolazione degli Stati Uniti era relativamente bassa e la maggior parte di questa energia era destinata al riscaldamento, alla luce e... cucinare, con macchine come automobili e condizionatori ancora lontane, bastava la legna per fare il lavoro. Dalla fine del 1800 fino all'inizio del 21° secolo, i combustibili fossili (carbone, petrolio e gas naturale) sono serviti come fonte energetica della nazione. Fino agli anni '90 le principali rinnovabili – termine più teorico che reale fino agli ultimi decenni – erano l'energia idroelettrica e la biomassa solida; oggi i biocarburanti, l'energia solare e l'energia eolica giocano tutti un ruolo serio e in continua crescita.

Nel 2017, l'energia rinnovabile ha fornito circa un nono dell'utilizzo energetico totale degli Stati Uniti. Il 57 percento del consumo era sotto forma di energia elettrica e circa un sesto era generato da fonti rinnovabili.

L'energia rinnovabile è importante per ridurre le emissioni di gas serra perché riduce la dipendenza dai combustibili fossili. Mentre carbone, gas e petrolio insieme sono da lungo tempo il campione mondiale indiscusso dell'energia, il consumo di biocarburanti e altre rinnovabili non idroelettriche è stato più del doppio nel 2017 rispetto all'inizio del 21 secolo. Questa tendenza è stata stimolata da una combinazione di azioni regolamentari formali e incentivi finanziari per le aziende a sviluppare le energie rinnovabili. Si prevede che questa tendenza all'aumento dell'utilizzo di biocarburanti non idroelettrici continuerà fino al 2050.

Sebbene oggigiorno qualcosa di una persona non grata nel mondo dell'energia, petrolio, gas naturale e petrolio sono rimasti le principali fonti di energia negli Stati Uniti e nel mondo a partire dal 2018. La combustione di questi combustibili è responsabile del 75% delle emissioni di anidride carbonica dalla fine del XX secolo.

I combustibili fossili si sono formati quando piante e animali preistorici sono morti e, per un periodo di milioni di anni, sono stati sepolti e schiacciati sotto strati di roccia. Principalmente a causa della compressione meccanica, si sono formati diversi tipi di questi combustibili a seconda delle circostanze locali, come ad esempio quale materia contenente carbonio era presente, per quanto tempo è stata sepolta e quali erano le condizioni di temperatura e pressione al momento tempo. Le industrie di combustibili fossili perforano (petrolio e gas) o estraggono (carbone) per queste fonti di energia, e poi le bruciano per produrre elettricità o modificarli per l'uso come combustibile per scopi di riscaldamento (ad esempio olio da forno) o trasporto (ad esempio, benzina).

La biomassa si riferisce alla materia precedentemente vivente, cioè piante e animali. Le fonti di energia da biomassa includono i rifiuti della lavorazione del legno, che possono essere bruciati per riscaldare gli edifici, produrre calore di processo nell'industria e generare elettricità; materiali di scarto agricoli, che possono essere bruciati come combustibili o convertiti in biocarburanti liquidi; alcuni rifiuti, che possono essere bruciati per generare elettricità nelle centrali elettriche o convertiti in biogas nelle discariche; e persino letame e liquami, che possono essere convertiti in biogas.

Il sole è stato ovviamente una fonte di energia per tutti gli esseri viventi nel corso della storia umana. Più recentemente, le persone hanno sviluppato la capacità di sfruttare questa energia e metterla in vari usi moderni. Gli impianti solari termici sono oggi utilizzati per riscaldare l'acqua da utilizzare nelle abitazioni, negli edifici e negli idromassaggi; riscaldare l'interno di abitazioni, capannoni e serre; e riscaldare i liquidi alle temperature molto elevate richieste nelle centrali solari.

Gli impianti solari fotovoltaici vengono utilizzati per convertire la luce solare in energia elettrica. Le celle fotovoltaiche o fotovoltaiche convertono la luce solare in elettricità. Alcuni di questi possono alimentare piccoli dispositivi come calcolatrici e orologi, mentre grandi array di celle fotovoltaiche possono produrre elettricità sufficiente per una casa tipica. Alcune di queste centrali elettriche hanno enormi array di celle fotovoltaiche che si estendono su più acri e sono abbastanza grandi da soddisfare il fabbisogno di elettricità in migliaia di case.

Durante le ore diurne, l'aria sulla terraferma si riscalda più rapidamente dell'aria sull'acqua. L'aria sulla terra si espande e sale mentre si riscalda, e l'aria più pesante e più fresca scorre per prendere il suo posto, creando vento. Di notte, i venti invertono la direzione. Allo stesso modo, i venti atmosferici che circondano la Terra sono creati perché la terra vicino all'equatore è più calda della terra vicino ai poli. L'energia eolica, catturata dai mulini a vento (spesso in grandi array) viene utilizzata principalmente per la generazione di elettricità

L'energia nucleare è un esempio di energia “pulita” ed è considerata rinnovabile da alcune fonti, ma è di per sé molto controversa. Dal momento che la fornitura mondiale di uranio, il materiale utilizzato nelle centrali nucleari, è limitata, l'energia nucleare è tipicamente accomunata ai combustibili fossili e classificata come non rinnovabile.

In ogni caso, l'energia nucleare ha fornito il 20% dell'energia negli Stati Uniti a partire dal 2018, essendo stata utilizzata per oltre 60 anni. A causa del loro ruolo nell'aiutare indirettamente a ridurre le emissioni di carbonio, gli "impianti nucleari" rimangono un pilastro negli Stati Uniti e all'estero. A causa degli incidenti e delle paure ben pubblicizzate nel corso degli anni nelle centrali nucleari, molte persone rimangono diffidenti di questa fonte di energia, ma il consenso scientifico favorisce un ulteriore sviluppo in questo settore con un focus su sicurezza.