次のような種を育てるには多くのエネルギーが必要です ホモサピエンス. 過去数世紀の間に、この種は、科学が知る限り、地球上でこれまでに発生したことのない方法で、相互に関連した世界的な存在として出現しました。
人間が必要とするエネルギーの種類には、家庭や産業に電力を供給するための電気、生化学などがあります。 体を養うためのエネルギーと、暖かさ、輸送、産業のための可燃性資源 製造。
大まかに言えば、人間が必要とするものを提供する地球の能力は、5つの主要な情報源に依存しています。
- 太陽、空にあるその巨大な核融合炉は、ヨタワットのオーダーのエネルギーを供給します（1024 ワット）24時間年中無休。
- 水、 これは生命に不可欠であるだけでなく、エネルギー生産にも利用できます。
- 重力、星を作り出し破壊する不思議な力は潮汐の原因であり、それは水を変換可能な運動エネルギーの源に変えます。
- 地球の動き 電気に変換できる風と海流を生成する毎日および季節の温度差を作成します。
- 放射能 は、重い元素が自然に崩壊して軽い元素になり、その結果、放射線が放出されます。放射線は、電気を生成するために使用できる熱を生成します。
さらに、人間にとって重要なエネルギー供給は、何年にもわたって繁栄し、死んだ生物の分解体から得られます。 ただし、上記のリソースとは異なり、この供給には制限があります。
化石燃料が産業革命を後押し
石油、天然ガス、石炭を含む化石燃料は、実際には別の形態の太陽エネルギーです。 昔、生物は太陽の光と熱を炭素ベースの分子に変換して体を形成していました。 生物は死に、彼らの体は地面と海の底に深く沈みました。 今日、それらの炭素結合に閉じ込められたエネルギーは、それらの残骸が何に変わったかを取り出してそれらを燃やすことによって解放することができます。
石油と天然ガスは、何百万年も前に生息していた微細な海のプランクトンから来ています。 彼らは死んで海の底に沈み、そこで分解や他の化学プロセスが彼らをワックス状に変えました ケロゲン とタリー 瀝青。 やがて海底は干上がり、これらの物質は岩や土に埋もれてしまいました。 それらは、ガソリン、ディーゼル燃料、灯油、その他多くの石油製品の原料になっています。
地面から原油を回収する従来の方法は、掘削によるものですが、水圧破砕、または 水圧破砕、頻繁に使用される現代の代替品になっています。 このプロセスでは、砂、水、および潜在的に危険な化学物質の混合物が、石油を追い出すために地面に押し込まれます。 水圧破砕は費用のかかるプロセスであり、岩盤、地下水面、および周囲の空気に多くの悪影響を及ぼします。
石炭は、沼地や沼地に落ち着き、泥炭に変わった陸生植物に由来します。 泥炭は地面が乾くにつれて固化し、最終的には岩やその他の破片で覆われました。 圧力はそれを多くの産業プラントや発電所で燃やされた黒い岩のような物質に変えました。 これはすべて、恐竜が地球を歩き回った約3億年前に起こり始めましたが、一般的な神話に反して、石炭は分解された恐竜ではありません。
川と小川は主要なエネルギー源です
何千年もの間、人間は水力を利用して仕事をしてきました。物理学では、仕事はエネルギーと同義です。 川や滝の近くに配置された水車は、水を動かして生成されたエネルギーを使用して、穀物を製粉したり、作物を灌漑したり、木材を見たり、その他の多くのタスクを実行します。 電気の出現により、水車は発電所になりました。
水車は水力発電所の心臓部であり、物理学者のマイケルファラデーが1831年に発見した電磁誘導の現象のために機能します。 ファラデーは、コイルまたは導線内の回転する磁石が電流を生成することを発見しました コイルの中で、そして100年も経たないうちに、最初の誘導発電機がナイアガラでオンラインになりました 落ちる。
今日、水力発電所は世界中で消費される電力の約6パーセントを供給しています。 一方、化石燃料を燃焼させて蒸気タービンとスピンタービンを生成すると、世界の電力のほぼ60パーセントが生成されます。 ほとんどの水力発電は、滝ではなくダムによって生成されます。
ダムは、小川や滝のように、重力に依存します。 水はダムの上部にある通路に入り、そのエネルギーを拡大するパイプを通って流れ、ダムの基部近くから出る前にタービンを回転させます。 世界最大の水力発電ダムの2つは、22.5ギガワットのエネルギーを生成する中国のスリーゴージスダムと、14GWを生成するブラジル/パラグアイ国境のイタイプダムです。 北米で最大のダムはワシントン州のグランドクーリーダムで、発電量はわずか約7メガワットです。
海洋も重要なエネルギー資源です
海は、2つの理由から世界で最も重要なエネルギー資源の1つです。 一つ目は、風と連動して波を形成する流れがあることです。 波は電気に変えることができます。 それらは太陽の熱によって引き起こされる温度差の結果であるため、波とそれらを形成する電流は技術的には太陽エネルギーの一種です。
海洋の他のエネルギー資源は、月と太陽の重力の影響、および地球自体の動きによって引き起こされる潮汐です。 潮の満ち引きのエネルギーを電気に変換する技術も存在します。
波力発電所はまだ主流ではなく、スコットランド沖に配備されたプロトタイプはわずか0.5MWしか発電していません。 利用可能なウェーブテクノロジーは次のとおりです。
- 波に乗って上下し、油圧装置で発電するフロートとブイ。
- 振動する水柱。水がチャンバーに入り、密閉された空気を圧縮し、タービンを回転させます。
- 海岸に向かうテーパーチャネルシステム。 それらは水を高架の貯水池に導き、水が落ちるのを許されるとき、それはタービンを回転させます。
潮力発電所は、出入りする潮の力を利用して、タービンを直接回転させることができます。 水は空気の約800倍の密度があるため、海底にタービンを設置すると、潮の動きによって大きな力が発生し、水が回転します。 ただし、潮汐弾幕システムの方が一般的です。
潮汐弾幕は、潮の満ち引きからの水が入り、引き潮の流出を閉じて制御することを可能にする、潮の干満を横切って建てられた障壁です。 そのような最大の発電機は韓国のSihwaLake Tidal PowerStationです。 約254MWを生成します。
テクノロジーは太陽と風力を利用します
化石燃料の消失に依存せず、汚染を引き起こさない方法で発電する最もよく知られている2つの方法は、風力タービンまたは太陽電池パネルを配備することです。 太陽は風を生み出す温度差の原因であるため、厳密に言えば、どちらも太陽エネルギーの形態です。
風力発電機は、水力発電や波力発電と同じように機能します。 風が吹くと、歯車で発電された誘導式タービンに接続されたシャフトが回転します。 最新のタービンは、従来のAC電源と同じ周波数でAC電流を供給するように調整されているため、すぐに使用できます。 世界中の風力発電所は、世界の電力のほぼ5パーセントを供給しています。
ソーラーパネルは光起電力効果に依存しており、それによって太陽の放射が半導体材料に電圧を生成します。 電圧はDC電流を生成し、インバーターを通過させてACに変換する必要があります。 ソーラーパネルは、太陽が出ているときにのみ電気を生成するため、後で使用するために電力を蓄えるバッテリーを充電するためによく使用されます。
ソーラーパネルは、おそらく最も利用しやすい発電方法の1つですが、世界の電力のごく一部、つまり1パーセント未満しか供給していません。
化石燃料に代わる原子力発電
厳密に言えば、核分裂の過程は自然に発生する現象ではありませんが、それは自然から来ています。 核分裂は、科学者が原子と放射能の自然現象を理解できた直後に発明されました。 核分裂はもともと爆弾の製造に使用されていましたが、最初の原子力発電所は、ニューメキシコ砂漠のトリニティサイトで最初の爆弾が爆発してからわずか3年後にオンラインになりました。
制御された核分裂反応は、世界のすべての原子力発電所内で発生します。 水を沸騰させるために熱を発生させ、電気タービンを駆動するために必要な蒸気を生成します。 核分裂反応が始まると、無期限に継続するのに燃料はほとんど必要ありません。
世界の電力需要のほぼ20％は、原子力発電機によって満たされています。 もともとは事実上無制限の電力の安価な供給源と考えられていましたが、核分裂は深刻です 欠点は、メルトダウンの可能性と有害なものの制御されていない放出です。 放射線。 ロシアのチェルノブイリ発電所と日本の福島での2つの有名な事故 施設は、これらの危険を取り除き、原子力発電をかつてより魅力的にしませんでした だった。
地熱エネルギー
地殻の奥深くでは、圧力と温度が非常に高いため、岩石を溶岩に液化します。 この過熱された物質は地殻の鉱脈を通って進み、地殻を表面に近づけることがあります。 これが発生する地域のコミュニティは、熱を使用して電気を生成し、家に暖かさを提供することができます。 これは地熱エネルギーと呼ばれ、場合によっては、地中の放射性物質によって増強され、熱も発生します。
地熱エネルギーを利用するために、開発者は適切な場所で地球にトンネルを掘削し、トンネルを通して水を循環させます。 加熱された水は蒸気として表面に現れ、そこで直接加熱したりタービンを回転させたりするために使用できます。 場合によっては、熱が水からイソブタンなどの低沸点の別の物質に伝達され、その結果生じる蒸気がタービンを回転させます。
最も単純な形では、地熱エネルギーは、人々が頻繁に訪れる限り、天然温泉や温泉で癒しと快適さを提供してきました。 日本は世界で最も地質学的に活発な国の1つであり、天然温泉の大規模なネットワークと長い水浸しの歴史があります。 専門家は、電力の最大10パーセントを満たすのに十分な地熱資源があると推定しています ニーズ、その地熱の可能性を世界で3番目に、米国と インドネシア。
人間は選択をしなければなりません
一部の資源は壊れやすく消えており、それらを使用可能なエネルギーに変換すると、惑星環境を変える汚染物質が生成されます。 他の資源は、次の数十億年の間変わらないままであると約束する太陽と惑星のダイナミクスにのみ依存しています。 現時点では、人類は緊急の選択をする必要があります。 その存続そのものは、短期間に前者から後者への依存を切り替える能力に依存している可能性があります。