Due nuove forme di energia alla fine del 1800

Alla fine del 1800, gli scienziati hanno sviluppato le basi per sfruttare completamente l'energia idroelettrica e il gas naturale, due forme di energia che alimentano gran parte delle infrastrutture mondiali di oggi. Oltre ai loro vantaggi, entrambe le forme pongono sfide logistiche, economiche ed etiche, alimentando un dibattito sulla loro fattibilità a lungo termine come fonti di energia sostenibile.

Le civiltà egiziane e greche usarono il potere dell'acqua che scorre migliaia di anni fa, utilizzando inizialmente ruote idrauliche per trasformare macine e macinare il grano. Le fabbriche successive del 1700 svilupparono sistemi simili per produrre in serie tessuti e mobili. Abbinare il generatore elettrico della fine del 1800 all'energia idroelettrica è ciò che ha permesso una fonte di elettricità stabile. Nel 1881, le Cascate del Niagara divennero il sito della prima centrale idroelettrica, utilizzata per alimentare i lampioni della città. Nei successivi 10 anni negli Stati Uniti sono stati costruiti più di 200 impianti. Dopo la fondazione del Bureau of Reclamation nel 1902, furono costruite oltre 220 dighe per l'irrigazione e l'energia negli Stati Uniti occidentali e 56 furono dotate di centrali idroelettriche.

Le dighe utilizzate per generare energia idroelettrica hanno un impatto sull'ambiente su più livelli. Le specie che prosperano negli ecosistemi fluviali possono soffrire nel bacino creato da una diga, e il sedimenti ricchi di sostanze nutritive intrappolati dalla costruzione di dighe possono comportare una minore fertilità per le pianure alluvionali e delta a valle. Sorprendentemente, le dighe contribuiscono anche all'accumulo di gas serra quando le piante viventi sommerse da un giacimento appena formato muoiono e si decompongono in anidride carbonica o metano. Le dighe comportano anche costi considerevoli per i diritti fondiari ove applicabile, la costruzione e la manutenzione.

Antichi documenti del 200 a.C. indicano come i cinesi crearono sistemi di tubi di bambù per bruciare gas naturale, che usarono per far evaporare l'acqua salata e produrre sale. Allo stesso modo, la costruzione di infrastrutture nell'Ottocento ha permesso il trasporto del gas naturale tramite tubazioni e l'utilizzo per l'illuminazione nelle strutture domestiche e commerciali. La domanda di elettricità combinata con le difficoltà inerenti al trasporto del gas naturale è stata ridotta adozione diffusa, anche se la produzione è comunque aumentata per soddisfare la domanda regionale di riscaldamento dell'acqua, delle abitazioni e cucinando. La produzione di gas naturale ha raggiunto il picco negli Stati Uniti nel 1973; circa il 17% del gas naturale utilizzato negli Stati Uniti è ora importato, principalmente dal Canada.

Il gas naturale produce molta meno anidride carbonica quando viene bruciato, il che lo rende una fonte di energia più pulita rispetto ad altri combustibili fossili come petrolio o carbone. Tuttavia, deve essere immagazzinato e trasportato all'interno di sistemi di contenimento sigillabili ad alta pressione o perderà. I depositi di gas naturale si verificano frequentemente vicino a miniere di carbone e pozzi petroliferi e in genere sono costituiti da metano con altri composti come butano, propano, vapore acqueo o anidride carbonica. Il gas naturale può essere estratto anche da fonti non convenzionali, come il metano estratto dalle discariche o dagli impianti di trattamento delle acque reflue, rendendolo una risorsa rinnovabile. Il gas naturale, come i depositi che si trovano all'interno di giacimenti di carbone poco profondi, può contenere grandi quantità di acqua, creando complicazioni di deflusso o smaltimento per l'ambiente locale.