מהי אנרגיה ומאיפה היא מגיעה? בשפה יומיומית, אנרגיה היא איזו איכות שאינה ניתנת להגדרה אך רצויה המאפשרת לך לעשות דברים כמו פעילות גופנית, להשלים מטלות כיתה ולעשות את העבודה שלך. בפיזיקה זהו כוח המוכפל במרחק והוא מתבטא באותן יחידות כמו עבודה וחום. מבחינה מעשית, זה מה שחברות אנושיות מסתמכות עליו בגלל חום, אור, תחבורה, ייצור ותהליכים אחרים המפרידים בין אנשים לאלה שחיו בפרהיסטוריה והיסטורית מוקדמת פִּי.
בימינו האנרגיה גם שנויה במחלוקת - מה לא? - בעיקר בזכות נושא שינויי האקלים. שריפת דלקים מאובנים, בעיקר פחם, הוקמה בתור תורם מוביל להתחממות כדור הארץ הנגרמת על ידי האדם בגלל הפחמן הדו-חמצני (CO2) משוחרר לאטמוספרה במהלך תהליך הבעירה. אבל העולם צריך לייצר הרבה מאוד אנרגיה כדי לשמור על רמת חיים אישית ומסחרית מודרנית. למרבה המזל לבריאות הסביבה, מקורות אנרגיה אחרים נחקרים איתם גובר המרץ ככל שכוכב הלכת מושפע יותר ויותר מפגעי האקלים שינוי.
מקורות אנרגיה
באופן כללי, ייצור אנרגיה מגיע משניים יְסוֹדִי מקורות; אלה דלקים מאובנים ואנרגיה נקייה. מִשׁנִי מקורות מגיעים ממקורות ראשוניים; דוגמה אחת היא חשמל. בארה"ב, צריכת האנרגיה ניתנת בדרך כלל בקילוואט-שעה, או בקוט"ש. יחידה זו שווה ל -3.6 מיליון ג'אול, כאשר ג'אול, או מטר ניוטון, הוא יחידת האנרגיה הסטנדרטית בפיזיקה. יחידות נפוצות אחרות הן הארג, היחידה התרמית הבריטית והקלוריות. (טריוויה: "הקלוריות" שאתה רואה על תוויות התזונה היא למעשה קילוקלוריות, או 1,000 קלוריות "אמיתיות".)
לעתים קרובות משתמשים במונחים "אנרגיה נקייה" ו"אנרגיה מתחדשת ". זה לא מדויק לחלוטין מכיוון שכפי שתראו, בעוד שאנרגיה גרעינית היא סוג של אנרגיה נקייה, האם ניתן לסווג אותה כמתחדשת היא חשובה לשאלה. בלי קשר, צורות של אנרגיה נקייה כוללות - יחד עם אנרגיה גרעינית - גם אנרגיה סולארית, אנרגיית רוח, אנרגיה גיאותרמית וביו-אנרגיה.
הסבירו אנרגיה מתחדשת
רשימה משמעותית של משאבים מתחדשים לייצור אנרגיה במאה ה -21 תכלול ביומסה (למשל, פסולת עץ ועץ, פסולת מוצקה עירונית, גז וביו גז, אתנול ו ביו דיזל); כוח מים, או כוח מים; אנרגיה גיאותרמית, שמגיעה עמוק בתוך כדור הארץ; ואנרגיית רוח ואנרגיה סולארית. אלה נקראים "מתחדשים" מכיוון שהם נובעים מהיצע שבאופן תיאורטי הוא בלתי נדלה. כלומר, בעוד שכדור הארץ צפוי להניב יום אחד את אונקיית הגז הטבעי שלו ואת אונקיית הפחם האחרונה שלו, הרעיון של אור השמש, הרוח והנהרות שייעלם לחלוטין הוא - מקווים, לפחות! - חסר טעם.
עד אמצע המאה העשרים, אמריקה שאבה את האנרגיה הדרושה משריפת עצים. מכיוון שאוכלוסיית ארה"ב הייתה נמוכה יחסית ורוב האנרגיה הזו נועדה לחימום, אור ו בישול, עם מכונות כמו מכוניות ומזגנים שעדיין רחוק, העץ הספיק כדי לעשות זאת עבודה. מסוף המאה ה -19 ועד תחילת המאה ה -21, דלקים מאובנים (פחם, נפט וגז טבעי) שימשו כמקור האנרגיה של המדינה. עד שנות התשעים, המתחזקים העיקריים - מונח שהיה תיאורטי יותר ממשי עד העשורים האחרונים - היו אנרגיה מימית וביומסה מוצקה; כיום, דלקים ביולוגיים, אנרגיה סולארית ואנרגיית רוח ממלאים תפקידים רציניים ההולכים וגדלים.
בשנת 2017, אנרגיה מתחדשת סיפקה כתשעה מכל ניצול האנרגיה בארה"ב. 57 אחוזים מהצריכה היו בצורת חשמל, וכשישית נוצרה ממתחדשים.
אנרגיה מתחדשת חשובה להפחתת פליטת גזי החממה מכיוון שהיא מורידה את התלות בדלקים מאובנים. בעוד שפחם, גז ונפט יחד הם האלוף העולמי הבלתי מעורער באנרגיה, צריכת דלקים ביולוגיים וחומרים מתחדשים אחרים שאינם הידרו-אלקטריים היו גבוהים פי שניים בשנת 2017 בהתחלה של ה -21 מֵאָה. מגמה זו נובעת משילוב של פעולות רגולטוריות רשמיות ותמריצים פיננסיים לחברות לפתח מתחדשים. מגמה זו של הגדלת ניצול דלק ביו שאינו הידרו צפויה להימשך עד שנת 2050.
אנרגיה מדלקים מאובנים
אף על פי שמשהו מאדם שאינו גרטה בעולם האנרגיה בימינו, נפט, גז טבעי ונפט נותרו כמקורות האנרגיה המובילים בארה"ב ובעולם החל משנת 2018. הבעירה של דלקים אלה אחראית ל 75 אחוז מפליטת הפחמן הדו חמצני מאז סוף המאה ה -20.
דלקים מאובנים נוצרו כאשר צמחים ובעלי חיים פרהיסטוריים נספו ובמשך תקופה של מיליוני שנים נקברו ונמעכו תחת שכבות סלע. בעיקר כתוצאה מדחיסה מכנית, סוגים שונים של דלקים אלה נוצרו בהתאם לנסיבות המקומיות, כגון איזה חומר המכיל פחמן היה קיים, כמה זמן הוא נקבר ומה היו טמפרטורות ולחץ התנאים זְמַן. תעשיות דלק מאובנים קודחות (נפט וגז) או מוקשים (פחם) למקורות אנרגיה אלה, ואז שורפות אותם לייצור חשמל או לשנות אותם לשימוש כדלק למטרות חימום (למשל, שמן תנור) או תחבורה (למשל, בֶּנזִין).
אנרגיה מביומסה
ביומסה מתייחס לחומר חי לשעבר, כלומר לצמחים ובעלי חיים. מקורות אנרגיה ביומסה כוללים פסולת לעיבוד עץ, שניתן לשרוף אותם לחימום מבנים, לייצר חום תהליכי בתעשייה ולייצר חשמל; חומרי פסולת חקלאית, אותם ניתן לשרוף כדלק או להמיר לדלק ביולוגי נוזלי; זבל כלשהו, אותו ניתן לשרוף לייצור חשמל בתחנות כוח או להמיר לביוגז במזבלות; ואפילו זבל וביוב, שאותם ניתן להמיר לביוגז.
אנרגיה מהשמש
השמש הייתה ללא ספק מקור אנרגיה לכל היצורים החיים לאורך ההיסטוריה האנושית. לאחרונה, אנשים פיתחו את היכולת לרתום את האנרגיה הזו ולהשתמש בה לשימושים מודרניים שונים. מערכות אנרגיה תרמית סולארית משמשות כיום לחימום מים לשימוש בבתים, בבניינים ובג'קוזי; לחמם את החלק הפנימי של בתים, סככות וחממות; ולחמם נוזלים לטמפרטורות גבוהות מאוד הנדרשות בתחנות כוח סולאריות.
מערכות פוטו-וולטאיות סולאריות משמשות להמרת אור שמש לחשמל. תאים פוטו-וולטאיים, או PV, ממירים את אור השמש לחשמל. חלקם יכולים להפעיל מכשירים קטנים כמו מחשבונים ושעונים, בעוד שמערכים גדולים של תאי PV יכולים לייצר מספיק חשמל לבית טיפוסי. בחלק מתחנות הכוח הללו יש מערכים עצומים של תאי PV שמשתרעים על פני דונמים מרובים, ואלה גדולים מספיק כדי לספק את צרכי החשמל באלפי בתים.
אנרגיה מרוח
בשעות האור האוויר מעל היבשה מתחמם מהר יותר מאשר האוויר מעל המים. אוויר מעל היבשה מתרחב ועולה כשהוא מתחמם, ואוויר כבד וקריר יותר זורם לתפוס את מקומו ויוצר רוח. בלילה הרוחות הופכות לכיוון. באופן דומה, הרוחות האטמוספריות שמקיפות את כדור הארץ נוצרות מכיוון שהאדמה ליד קו המשווה חמה יותר מהאדמה ליד הקטבים. כוח רוח שנלכד על ידי טחנות רוח (לרוב במערכים גדולים) משמש בעיקר לייצור חשמל
כוח גרעיני
כוח גרעיני הוא דוגמה לאנרגיה שהיא "נקייה" והיא נחשבת לחדשה בעיני מקורות מסוימים, אך עם זאת היא שנויה במחלוקת בפני עצמה. מכיוון שהאספקה העולמית של אורניום, החומר המשמש בתחנות כוח גרעיניות, סופית, כוח גרעיני בדרך כלל נקלע לדלקים מאובנים ומסווג כבלתי מתחדש.
בכל מקרה, כוח גרעיני סיפק 20 אחוז מהאנרגיה בארה"ב נכון לשנת 2018, לאחר שהיה בשימוש מעל 60 שנה. בגלל תפקידם בסיוע עקיף להפחתת פליטת הפחמן, "מפעלי גרעינים" נותרים עמוד התווך בארה"ב ובחו"ל. בגלל תאונות ופחידות מתוקשרות לאורך שנים בתחנות כוח גרעיניות, אנשים רבים נותרים עליזים של מקור אנרגיה זה, אך הקונצנזוס המדעי מעדיף פיתוח נוסף בתחום זה תוך התמקדות ב בְּטִיחוּת.