Wat is energie en waar komt het vandaan? In alledaagse taal is energie een ondefinieerbare maar wenselijke kwaliteit waarmee je dingen kunt doen zoals sporten, klasopdrachten voltooien en je werk doen. In de natuurkunde is het een kracht vermenigvuldigd met een afstand, en het wordt uitgedrukt in dezelfde eenheden als arbeid en warmte. In praktische termen is het waar menselijke samenlevingen op vertrouwen voor warmte, licht, transport, productie en andere processen die mensen vandaag scheiden van degenen die leefden in prehistorische en vroeghistorische keer.
Tegenwoordig is energie ook controversieel - wat niet? – vooral dankzij de kwestie van klimaatverandering. De verbranding van fossiele brandstoffen, voornamelijk steenkool, is stevig verankerd als een belangrijke bijdrage aan de door de mens veroorzaakte opwarming van de aarde als gevolg van de kooldioxide (CO2) die tijdens het verbrandingsproces in de atmosfeer terechtkomen. Maar de wereld moet veel energie produceren om de moderne persoonlijke en commerciële levensstandaard te handhaven. Gelukkig voor de gezondheid van het milieu worden andere energiebronnen verkend met toenemende kracht naarmate de planeet onverbiddelijk meer en meer wordt getroffen door de verwoestingen van het klimaat verandering.
Energiebronnen
Over het algemeen komt energieproductie uit twee primair bronnen; dit zijn fossiele brandstoffen en schone energie. Ondergeschikt bronnen komen uit primaire bronnen; een voorbeeld is elektriciteit. In de VS wordt het energieverbruik meestal weergegeven in kilowattuur of kWh. Deze eenheid is gelijk aan 3,6 miljoen joule, waarbij de joule of newtonmeter de standaardeenheid van energie is in de natuurkunde. Andere veel voorkomende eenheden zijn de erg, de Britse thermische eenheid en de calorie. (Trivia: de "calorie" die u op voedingsetiketten ziet, is eigenlijk een kilocalorie, of 1.000 "echte" calorieën.)
De termen "schone energie" en "hernieuwbare energie" worden vaak door elkaar gebruikt. Dit is niet helemaal juist, want, zoals u zult zien, is kernenergie weliswaar een vorm van schone energie, maar of het als hernieuwbaar kan worden aangemerkt, is de vraag. Hoe dan ook, vormen van schone energie omvatten - naast kernenergie - zonne-energie, windenergie, waterkracht, geothermische energie en bio-energie.
Hernieuwbare energie uitgelegd
Een zinvolle lijst van hernieuwbare bronnen voor energieproductie in de 21e eeuw zou omvatten: biomassa (bijv. hout en houtafval, vast stedelijk afval, stortgas en biogas, ethanol en biodiesel); waterkracht of waterkracht; geothermische energie, die diep uit de aarde komt; en wind- en zonne-energie. Deze worden "hernieuwbaar" genoemd omdat ze voortkomen uit een voorraad die in theorie onuitputtelijk is. Dat wil zeggen, terwijl de aarde naar verwachting op een dag haar laatste ons aardgas en haar laatste ons steenkool zal opleveren, is het idee dat zonlicht, wind en rivieren helemaal verdwijnen - dat hoopt men tenminste! – zinloos.
Tot het midden van de 19e eeuw haalde Amerika de benodigde energie uit het verbranden van hout. Omdat de Amerikaanse bevolking relatief laag was en het grootste deel van deze energie voor verwarming, licht en koken, met machines zoals auto's en airconditioners nog ver weg, hout was genoeg om de baan. Van het einde van de 19e eeuw tot het begin van de 21e eeuw dienden fossiele brandstoffen (kolen, olie en aardgas) als de energiebron van het land. Tot de jaren negentig waren de belangrijkste hernieuwbare energiebronnen - een term die tot de afgelopen decennia meer theoretisch dan reëel was - waterkracht en vaste biomassa; vandaag spelen biobrandstoffen, zonne-energie en windenergie allemaal een serieuze en steeds grotere rol.
In 2017 leverde hernieuwbare energie ongeveer een negende van het totale Amerikaanse energieverbruik. 57 procent van het verbruik was in de vorm van elektriciteit en ongeveer een zesde werd opgewekt uit hernieuwbare energiebronnen.
Hernieuwbare energie is belangrijk voor het verminderen van de uitstoot van broeikasgassen omdat het de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen vermindert. Terwijl steenkool, gas en aardolie samen de oude onbetwiste wereldwijde energiekampioen zijn, is het verbruik van biobrandstoffen en andere niet-hydro-elektrische hernieuwbare energiebronnen was in 2017 meer dan twee keer zo hoog als aan het begin van de 21e eeuw. Deze trend werd gestimuleerd door een combinatie van formele regelgevende maatregelen en financiële prikkels voor bedrijven om hernieuwbare energiebronnen te ontwikkelen. Deze trend van toenemend gebruik van niet-hydro-biobrandstoffen zal naar verwachting tot 2050 aanhouden.
Energie uit fossiele brandstoffen
Hoewel het tegenwoordig een persona non grata is in de energiewereld, bleven olie, aardgas en aardolie vanaf 2018 de belangrijkste energiebronnen in de VS en wereldwijd. De verbranding van deze brandstoffen is sinds het einde van de 20e eeuw verantwoordelijk voor 75 procent van de CO2-uitstoot.
Fossiele brandstoffen werden gevormd toen prehistorische planten en dieren omkwamen en gedurende een periode van miljoenen jaren werden begraven en verpletterd onder rotslagen. Voornamelijk als gevolg van mechanische compressie werden verschillende soorten van deze brandstoffen gevormd, afhankelijk van lokale omstandigheden, zoals: welke koolstofhoudende materie was aanwezig, hoe lang werd het begraven en wat waren de temperatuur- en drukomstandigheden op de? tijd. De fossiele brandstofindustrieën boren (olie en gas) of mijnen (kolen) voor deze energiebronnen, en verbranden ze om te produceren elektriciteit of ze aanpassen voor gebruik als brandstof voor verwarmingsdoeleinden (bijv. stookolie) of transport (bijv. benzine).
Energie uit biomassa
Biomassa verwijst naar voorheen levende materie, dat wil zeggen planten en dieren. Energiebronnen voor biomassa zijn onder meer houtverwerkingsafval, dat kan worden verbrand om gebouwen te verwarmen, proceswarmte in de industrie te produceren en elektriciteit op te wekken; agrarische afvalstoffen, die als brandstof kunnen worden verbrand of in vloeibare biobrandstoffen kunnen worden omgezet; wat afval, dat kan worden verbrand om elektriciteit op te wekken in elektriciteitscentrales of dat op stortplaatsen kan worden omgezet in biogas; en zelfs mest en rioolwater, dat kan worden omgezet in biogas.
Energie van de zon
De zon is duidelijk een bron van energie geweest voor alle levende wezens in de menselijke geschiedenis. Meer recentelijk hebben mensen het vermogen ontwikkeld om deze energie te benutten en voor verschillende moderne toepassingen te gebruiken. Zonnethermische energiesystemen worden tegenwoordig gebruikt om water te verwarmen voor gebruik in huizen, gebouwen en bubbelbaden; verwarm de binnenkant van huizen, schuren en kassen; en vloeistoffen opwarmen tot de zeer hoge temperaturen die nodig zijn in zonne-energiecentrales.
Fotovoltaïsche systemen op zonne-energie worden gebruikt om zonlicht om te zetten in elektriciteit. Fotovoltaïsche of PV-cellen zetten zonlicht om in elektriciteit. Sommige hiervan kunnen kleine apparaten zoals rekenmachines en horloges van stroom voorzien, terwijl grote reeksen PV-cellen voldoende elektriciteit kunnen produceren voor een typisch huis. Sommige van deze energiecentrales hebben enorme reeksen PV-cellen die meerdere hectaren beslaan, en deze zijn groot genoeg om in de elektriciteitsbehoeften van duizenden huizen te voorzien.
Energie uit wind
Overdag warmt lucht boven land sneller op dan lucht boven water. Lucht boven land zet uit en stijgt naarmate het warmer wordt, en zwaardere, koelere lucht stroomt naar binnen om zijn plaats in te nemen, waardoor wind ontstaat. 'S Nachts keert de wind van richting. Evenzo worden de atmosferische winden die de aarde omcirkelen gecreëerd omdat het land nabij de evenaar warmer is dan het land nabij de polen. Windenergie, opgevangen door windmolens (vaak in grote series) wordt voornamelijk gebruikt voor elektriciteitsopwekking
Kernenergie
Kernenergie is een voorbeeld van energie die "schoon" is en door sommige bronnen als hernieuwbaar wordt beschouwd, maar op zichzelf is het zeer controversieel. Aangezien de wereldwijde voorraad uranium, het materiaal dat in kerncentrales wordt gebruikt, eindig is, wordt kernenergie doorgaans op één hoop gegooid met fossiele brandstoffen en geclassificeerd als niet-hernieuwbaar.
In ieder geval leverde kernenergie vanaf 2018 20 procent van de energie in de VS, die al meer dan 60 jaar in gebruik is. Vanwege hun rol bij het indirect helpen verminderen van de koolstofemissies, blijven "kerncentrales" een steunpilaar in de VS en in het buitenland. Vanwege de veelbesproken ongevallen en angsten door de jaren heen bij kerncentrales, blijven veel mensen wantrouwend van deze energiebron, maar de wetenschappelijke consensus pleit voor verdere ontwikkeling op dit gebied met een focus op: veiligheid.