Kokie yra pagrindiniai energijos šaltiniai Žemėje?

Puoselėti tokias rūšis, kaip, reikia daug energijos homo sapiens. Per pastaruosius kelis šimtmečius ši rūšis pasirodė esanti tarpusavyje susijusi pasauliniu mastu tokiu būdu, kokio, kiek žino mokslas, planetoje dar nebuvo.

Žmonėms reikalingos energijos rūšys apima elektrą, skirtą savo namams ir pramonei valdyti, biocheminę energijos savo kūnams pamaitinti ir degių išteklių šilumai, transportui ir pramonei gamyba.

Plačiu mastu žemės gebėjimas suteikti žmonėms reikalingą informaciją priklauso nuo penkių pagrindinių šaltinių:

• Saulė, tas milžiniškas sintezės reaktorius danguje tiekia energiją yottawatų tvarka (10²⁴ vatų) 24/7 principu.
• Vanduo, kuris yra būtinas ne tik gyvenimui, bet ir kurį galima panaudoti energijos gamybai.
• Gravitacija, paslaptinga jėga, kuri sukuria ir sunaikina žvaigždes, yra atsakinga už potvynius ir potvynius, o vanduo paverčia konvertuojamos kinetinės energijos šaltiniu.
• Žemės judesiai sukurti dienos ir sezono temperatūrų skirtumus, kurie generuoja vėją ir vandenyno sroves, kurias galima paversti elektra.
• Radioaktyvumas yra natūralus sunkiųjų elementų skilimas į lengvesnius, dėl kurių išsiskiria radiacija. Spinduliuotė sukuria šilumą, kurią galima panaudoti elektrai gaminti.

Be to, svarbus energijos tiekimas žmonėms gaunamas iš ardančių organizmų kūnų, kurie klestėjo ir mirė per visus eonus. Skirtingai nei pirmiau išvardyti ištekliai, ši pasiūla yra ribota.

Iškastinis kuras, įskaitant naftą, gamtines dujas ir anglį, iš tikrųjų yra dar viena saulės energijos forma. Prieš kelerius metus gyvi organizmai pavertė saulės šviesą ir šilumą anglies pagrindu pagamintomis molekulėmis, kurios suformavo jų kūną. Organizmai žuvo, o jų kūnai nugrimzdo giliai į žemę ir į vandenynų dugnus. Šiandien energija, užrakinta tose anglies jungtyse, gali būti išlaisvinta paimant tai, kuo virto jų palaikai, ir sudeginus.

Nafta ir gamtinės dujos gaunamos iš prieš milijonus metų gyvenusio mikroskopinio jūros planktono. Jie mirė ir nugrimzdo į vandenynų dugnus, kur skilimas ir kiti cheminiai procesai pavertė juos vaškiniais kerogenas ir dervingas bitumas. Galiausiai vandenyno dugnai išdžiūvo, o šios medžiagos buvo palaidotos po uola ir dirvožemiu. Jie tapo gamybos žaliavomis, benzinu, dyzelinu, žibalu ir daugybe kitų naftos produktų.

Tradicinis būdas gauti žalią naftą iš žemės yra gręžimas, bet hidraulinis ardymas arba skaldymas, tapo dažnai naudojama šiuolaikine alternatyva. Šiame procese smėlio, vandens ir potencialiai pavojingų cheminių medžiagų mišinys priverstas į žemę išstumti naftos. Skaldymas yra brangus procesas, kuris turi daug žalingo poveikio pagrindo uolienai, vandens telkiniui ir aplinkiniam orui.

Anglis gaunama iš sausumos augalų, kurie apsigyveno pelkėse ir pelkėse ir virto durpėmis. Durpės sustingo, kai žemė išdžiūvo, ir galiausiai ją užliejo kitos uolienos. Slėgis pavertė juodą, akmenuotą medžiagą, degusią daugelyje pramonės įrenginių ir elektrinių. Visa tai prasidėjo maždaug prieš 300 milijonų metų, kai dinozaurai klajojo po žemę, tačiau, priešingai nei paplitęs mitas, anglis nėra suskaidyti dinozaurai.

Tūkstantmečius žmonės darbui naudoja vandens jėgą, o fizikoje darbas yra energijos sinonimas. Netoli upelio ar krioklio pastatyti vandens ratai sunaudojo energiją, gaunamą judant vandenį grūdams malti, laistyti pasėlius, pjauti medieną ir atlikti daugybę kitų užduočių. Atėjus elektrai, vandens ratai buvo paversti elektrinėmis.

Vandens turbina yra hidroelektrinės stoties širdis, ir ji veikia dėl elektromagnetinės indukcijos reiškinio, kurį fizikas Michaelas Faraday atrado 1831 m. Faradėjus nustatė, kad besisukantis magnetas ritės viduje arba laidus laidas sukuria elektros srovę ritėje ir nepraėjus nė 100 metų pirmasis indukcijos generatorius prisijungė prie Niagaros Krenta.

Šiandien hidroelektrinės tiekia apie 6 procentus visos pasaulyje sunaudojamos elektros energijos. Kita vertus, deginant iškastinį kurą, gaunamos garo ir sukimo turbinos, gaunama beveik 60 procentų viso pasaulio elektros energijos. Daugiausia hidroelektrinės generuoja užtvankos, o ne kriokliai.

Užtvanka, kaip ir upelis ar krioklys, priklauso nuo gravitacijos. Vanduo patenka į užtvankos viršuje esantį praėjimą, teka vamzdžiu, kuris padidina jo energiją ir sukdamas turbiną prieš išeidamas šalia užtvankos pagrindo. Dvi didžiausios pasaulyje hidroelektrinės užtvankos yra Trijų tarpeklių užtvanka Kinijoje, generuojanti 22,5 gigavatus energijos, ir Itaipu užtvanka Brazilijos / Paragvajaus pasienyje, generuojanti 14 GW. Didžiausia užtvanka Šiaurės Amerikoje yra Grand Coulee užtvanka Vašingtono valstijoje, generuojanti tik apie 7 megavatus.

Vandenynai yra vienas iš svarbiausių energijos šaltinių pasaulyje dėl dviejų priežasčių. Pirmasis yra tas, kad jie turi sroves, kurios kartu su vėjais formuoja bangas. Bangos gali būti paverstos elektra. Kadangi tai yra saulės šilumos sukeltų temperatūrų skirtumų rezultatas, bangos ir jas formuojančios srovės techniškai yra saulės energijos forma.

Kitas vandenynų energijos šaltinis yra potvyniai, kuriuos lemia mėnulio ir saulės gravitacinė įtaka, taip pat pačios žemės judesiai. Taip pat egzistuoja technologijos, leidžiančios potvynių energiją paversti elektra.

Bangų generavimo stotys dar nėra pagrindinės, o prototipas, kuris buvo dislokuotas prie Škotijos krantų, generuoja tik 0,5 MW. Galimos bangų technologijos apima:

• Plūdės ir plūdurai, kylantys ir krentantys ant bangų ir generuojantys jėgą hidrauliniais įtaisais.

• Virpančios vandens kolonos, leidžiančios vandeniui patekti į kamerą ir suspausti uždarą orą, kuris paskui suka turbiną.

• Kūginės kanalų sistemos, kurios yra sujungtos su krantu. Jie nukreipia vandenį į aukštus rezervuarus, o kai leidžiama kristi, jis suka turbiną.

Potvynių ir atoslūgių jėgainės gali naudoti gaunamų ir išeinančių potvynių jėgą tiesiogiai sukti turbinas. Vanduo yra maždaug 800 kartų tankesnis nei oras, todėl, jei turbina dedama ant vandenyno dugno, potvynio ir potvynio judesiai sukuria didelę galią joms sukti. Tačiau labiau paplitusios potvynių užtvankos sistemos.

Potvynio užtvankos yra užtvankos, pastatytos visoje potvynio baseine, leidžiančios patekti į vandenį iš kylančio potvynio, tada uždaro ir kontroliuoja atoslūgio nuotėkį. Didžiausias toks generatorius yra Pietų Korėjos Sihwa ežero potvynių jėgainė. Jis generuoja apie 254 MW.

Du žinomiausi būdai gaminti elektrą tokiu būdu, kuris nepasikliauja nykstančiu iškastiniu kuru ir nesukelia taršos, yra vėjo turbinų ar fotovoltinių plokščių diegimas. Kadangi saulė yra atsakinga už vėją sukeliančius temperatūrų skirtumus, abu yra, griežtai tariant, saulės energijos formos.

Vėjo generatoriai veikia taip pat, kaip hidroelektriniai ar bangomis varomi. Kai pučia vėjas, jis sukasi veleną, kuris pavaromis sujungtas su elektrą generuojančia indukcinio stiliaus turbina. Šiuolaikinės turbinos yra sukalibruotos tiekti kintamą srovę tuo pačiu dažniu kaip ir įprasta kintamosios srovės galia, todėl ją galima naudoti nedelsiant. Vėjo jėgainės visame pasaulyje tiekia beveik 5 procentus viso pasaulio elektros energijos.

Saulės baterijos remiasi fotoelektros efektu, kai saulės spinduliuotė sukuria įtampą pusiau laidžioje medžiagoje. Įtampa sukuria nuolatinę srovę, kurią reikia paversti kintamąja srove, praleidžiant ją per keitiklį. Saulės baterijos elektrą gamina tik išėjus saulei, todėl jos dažnai naudojamos įkraunant baterijas, kurios kaupia energiją vėlesniam naudojimui.

Saulės baterijos yra bene vienas iš labiausiai prieinamų būdų gaminti elektrą, tačiau jos tiekia tik nedidelę dalį pasaulio elektros energijos - mažiau nei 1 proc.

Griežtai tariant, branduolio dalijimosi procesas nėra natūraliai pasireiškiantis reiškinys, tačiau jis kyla iš gamtos. Branduolio dalijimasis buvo išrastas netrukus po to, kai mokslininkai sugebėjo suprasti atomą ir natūralų radioaktyvumo reiškinį. Nors iš pradžių skilimas buvo naudojamas bomboms gaminti, pirmoji atominė elektrinė prisijungė prie interneto praėjus vos trejiems metams po pirmosios bombos sprogimo Trejybės vietoje Naujosios Meksikos dykumoje.

Kontroliuojamos dalijimosi reakcijos vyksta visose pasaulio atominėse elektrinėse. Jis generuoja šilumą vandeniui užvirinti, iš kurio susidaro garai, reikalingi elektros turbinoms varyti. Prasidėjus dalijimosi reakcijai, jai reikia nedaug degalų, kad būtų galima tęsti neribotą laiką.

Beveik 20 procentų pasaulio elektros poreikių tenkina atominės energijos generatoriai. Iš pradžių laikytas pigiu praktiškai neribotos galios šaltiniu, branduolio dalijimasis yra rimtas trūkumai, iš kurių svarbiausias yra tirpimo galimybė ir nekontroliuojamas kenksmingų medžiagų išsiskyrimas radiacija. Dvi gerai žinomos avarijos: viena Rusijos Černobylio elektrinėje, kita Japonijos Fukušimoje objekto, pašalino šiuos pavojus ir padarė branduolinės energijos gamybą mažiau patrauklią nei kadaise buvo.

Giliai žemės plutos viduje slėgis ir temperatūra yra tokie dideli, kad jie skystina uolą į išlydytą lavą. Ši perkaitinta medžiaga eina plutos venomis, kurios kartais ją nukreipia arti paviršiaus. Vietovėse, kuriose taip atsitinka, bendruomenės gali naudoti šilumą elektrai gaminti ir šilumai aprūpinti savo namus. Tai vadinama geotermine energija, o kai kuriais atvejais ją papildo žemėje esančios radioaktyviosios medžiagos, kurios taip pat generuoja šilumą.

Norėdami išnaudoti geoterminę energiją, kūrėjai gręžia tunelį į žemę tinkamoje vietoje ir cirkuliuoja vandeniu tuneliu. Pašildytas vanduo patenka į paviršių kaip garas, kur jį galima naudoti tiesiogiai šildymui arba turbinos sukimui. Kai kuriais atvejais šiluma iš vandens perduodama kitai medžiagai, kurios virimo temperatūra yra žemesnė, pavyzdžiui, izobutanui, o susidarę garai sukasi turbinas.

Paprasčiausia forma geoterminė energija suteikė gydymą ir jaukumą natūraliuose SPA centruose ir karštosiose versmėse tol, kol buvo žmonių, kurie jose dažnai lankėsi. Japonija yra viena iš geologiškai aktyviausių šalių pasaulyje, joje yra didelis natūralių karštųjų versmių tinklas ir ilga mirkymo istorija. Ekspertai apskaičiavo, kad geoterminių išteklių pakanka iki 10 procentų elektros energijos poreikių, todėl geoterminis potencialas tampa trečias pasaulyje, atsilikęs tik nuo JAV ir Indonezija.

Kai kurie ištekliai yra trapūs ir nyksta, o juos paverčiant tinkama energija sukuriami teršalai, kurie keičia planetos aplinką. Kiti ištekliai priklauso tik nuo saulės ir planetos dinamikos, kuri žada išlikti nepakitusi ateinančius kelis milijardus metų. Šiuo metu žmonija turi skubiai pasirinkti. Pats jos išgyvenimas gali priklausyti nuo sugebėjimo per trumpą laiką pakeisti savo priklausomybę nuo pirmojo prie antrojo.