Przykłady źródeł energii

Czym jest energia i skąd pochodzi? W języku potocznym energia to pewna niedefiniowalna, ale pożądana cecha, która pozwala wykonywać takie rzeczy jak ćwiczenia, wypełniać zadania klasowe i wykonywać swoją pracę. W fizyce jest to siła pomnożona przez odległość i wyrażona w tych samych jednostkach, co praca i ciepło. W praktyce jest to to, na czym społeczeństwa ludzkie polegają w zakresie ciepła, światła, transportu, produkcji i inne procesy, które oddzielają ludzi dzisiaj od tych, którzy żyli w czasach prehistorycznych i wczesnohistorycznych czasy.

W dzisiejszych czasach energia jest również kontrowersyjna – co nie jest? – głównie dzięki kwestii zmian klimatycznych. Spalanie paliw kopalnych, głównie węgla, zostało ugruntowane jako wiodący czynnik przyczyniający się do globalnego ocieplenia spowodowanego przez człowieka ze względu na dwutlenek węgla (CO₂) uwalniane do atmosfery podczas procesu spalania. Ale świat musi wyprodukować dużo energii, aby utrzymać nowoczesne, osobiste i komercyjne standardy życia. Na szczęście dla zdrowia środowiska badane są inne źródła energii rosnąca wigor, gdy planeta nieubłaganie staje się coraz bardziej dotknięta niszczącym klimatem zmiana.

Generalnie produkcja energii pochodzi z dwóch podstawowy źródła; są to paliwa kopalne i czysta energia. Wtórny źródła pochodzą ze źródeł pierwotnych; jednym z przykładów jest elektryczność. W USA zużycie energii jest zwykle podawane w kilowatogodzinach lub kWh. Ta jednostka jest równa 3,6 miliona dżuli, przy czym dżul lub niutonometr jest standardową jednostką energii w fizyce. Inne popularne jednostki to erg, brytyjska jednostka termiczna i kaloria. (Ciekawostka: „kaloria”, którą widzisz na etykietach żywieniowych, to w rzeczywistości kilokaloria, czyli 1000 „prawdziwych” kalorii).

Terminy „czysta energia” i „energia odnawialna” są często używane zamiennie. Nie jest to do końca dokładne, ponieważ, jak zobaczycie, chociaż energia jądrowa jest formą czystej energii, to czy można ją zaklasyfikować jako odnawialną, jest kwestią otwartą. Niezależnie od tego, formy czystej energii to – obok energii jądrowej – energia słoneczna, wiatrowa, wodna, geotermalna i bioenergia.

Znacząca lista odnawialnych zasobów do produkcji energii w XXI wieku obejmowałaby: biomasa (np. drewno i odpady drzewne, komunalne odpady stałe, gaz wysypiskowy i biogaz, etanol i biodiesel); energia wodna lub energia wodna; energia geotermalna, która pochodzi z głębi Ziemi; oraz energia wiatrowa i słoneczna. Nazywa się je „odnawialnymi”, ponieważ wynikają z podaży, która teoretycznie jest niewyczerpalna. Oznacza to, że chociaż oczekuje się, że Ziemia pewnego dnia wyda ostatnią uncję gazu ziemnego i ostatnią uncję węgla, idea całkowitego zniknięcia światła słonecznego, wiatru i rzek jest – przynajmniej miejmy nadzieję! – bezsensowne.

Do połowy XIX wieku Ameryka czerpała potrzebną energię ze spalania drewna. Ponieważ populacja USA była stosunkowo niska, a większość tej energii była przeznaczona na ogrzewanie, oświetlenie i do gotowania, przy maszynach takich jak samochody i klimatyzatory wciąż daleko, wystarczyło do tego drewno praca. Od końca XIX wieku do początku XXI wieku paliwa kopalne (węgiel, ropa naftowa i gaz ziemny) służyły jako krajowe źródło energii. Do lat 90. głównymi źródłami odnawialnymi – terminem, który do ostatnich dziesięcioleci był bardziej teoretyczny niż realny – były energia wodna i stała biomasa; dziś biopaliwa, energia słoneczna i wiatrowa odgrywają poważną i stale rosnącą rolę.

W 2017 r. energia odnawialna zapewniła około jednej dziewiątej całkowitego zużycia energii w USA. 57 procent zużycia miała postać energii elektrycznej, a około jedna szósta pochodziła ze źródeł odnawialnych.

Energia odnawialna jest ważna dla redukcji emisji gazów cieplarnianych, ponieważ zmniejsza zależność od paliw kopalnych. Podczas gdy węgiel, gaz i ropa naftowa są od dawna niekwestionowanym światowym mistrzem energetycznym, zużycie biopaliw i inne niewodne odnawialne źródła energii były ponad dwukrotnie wyższe w 2017 r. niż na początku 21. stulecie. Tendencja ta była stymulowana przez połączenie formalnych działań regulacyjnych i zachęt finansowych dla firm do rozwijania odnawialnych źródeł energii.. Oczekuje się, że ta tendencja do zwiększania wykorzystania biopaliw innych niż wodne utrzyma się do 2050 r. .

Choć w dzisiejszym świecie energetycznym jest czymś w rodzaju persona non grata, ropa naftowa, gaz ziemny i ropa naftowa pozostały wiodącymi źródłami energii w USA i na całym świecie od 2018 roku. Spalanie tych paliw odpowiada za 75 procent emisji dwutlenku węgla od końca XX wieku.

Paliwa kopalne powstały, gdy wyginęły prehistoryczne rośliny i zwierzęta, a przez miliony lat zostały zakopane i zgniecione pod warstwami skał. Głównie w wyniku kompresji mechanicznej powstają różne rodzaje tych paliw w zależności od lokalnych warunków, takich jak: jaka materia zawierająca węgiel była obecna, jak długo była zakopana i jakie były warunki temperatury i ciśnienia czas. Przemysł paliw kopalnych wierci (ropa i gaz) lub kopalnia (węgiel) dla tych źródeł energii, a następnie spala je w celu wytworzenia energii elektrycznej lub modyfikować je do wykorzystania jako paliwo do celów grzewczych (np. olej opałowy) lub transportowe (np. benzyna).

Biomasa odnosi się do dawniej żywej materii, czyli roślin i zwierząt. Źródła energii z biomasy obejmują odpady z obróbki drewna, które mogą być spalane do ogrzewania budynków, wytwarzania ciepła technologicznego w przemyśle oraz wytwarzania energii elektrycznej; odpady rolnicze, które można spalać jako paliwo lub przetwarzać na biopaliwa płynne; trochę śmieci, które można spalić do produkcji energii elektrycznej w elektrowniach lub zamienić na biogaz na składowiskach; a nawet obornik i ścieki, które można przekształcić w biogaz.

Słońce oczywiście było źródłem energii dla wszystkich żywych istot w całej historii ludzkości. Niedawno ludzie rozwinęli umiejętność ujarzmiania tej energii i wykorzystywania jej do różnych nowoczesnych zastosowań. Systemy energii słonecznej są dziś wykorzystywane do podgrzewania wody do użytku w domach, budynkach i basenach z hydromasażem; ogrzać wnętrza domów, szop i szklarni; i podgrzewać płyny do bardzo wysokich temperatur wymaganych w elektrowniach słonecznych.

Systemy fotowoltaiczne słoneczne służą do przekształcania światła słonecznego w energię elektryczną. Ogniwa fotowoltaiczne lub PV przekształcają światło słoneczne w energię elektryczną. Niektóre z nich mogą zasilać małe urządzenia, takie jak kalkulatory i zegarki, podczas gdy duże macierze ogniw fotowoltaicznych mogą wytworzyć wystarczającą ilość energii elektrycznej dla typowego domu. Niektóre z tych elektrowni mają ogromne macierze ogniw fotowoltaicznych na wielu akrach, które są wystarczająco duże, aby zaspokoić zapotrzebowanie na energię elektryczną w tysiącach domów.

W ciągu dnia powietrze nad lądem nagrzewa się szybciej niż powietrze nad wodą. Powietrze nad lądem rozszerza się i unosi, gdy się nagrzewa, a na jego miejsce napływa cięższe, chłodniejsze powietrze, tworząc wiatr. W nocy wiatry odwracają kierunek. Podobnie, wiatry atmosferyczne, które okrążają Ziemię, powstają, ponieważ ziemia w pobliżu równika jest cieplejsza niż ziemia w pobliżu biegunów. Energia wiatrowa przechwycona przez wiatraki (często w dużych tablicach) jest wykorzystywana głównie do wytwarzania energii elektrycznej

Energia jądrowa jest przykładem energii, która jest „czysta” i przez niektóre źródła uważana jest za odnawialną, ale sama w sobie jest bardzo kontrowersyjna. Ponieważ światowe dostawy uranu, materiału wykorzystywanego w elektrowniach jądrowych, są ograniczone, energia jądrowa jest zazwyczaj łączona z paliwami kopalnymi i klasyfikowana jako nieodnawialna.

W każdym razie energia jądrowa dostarczała 20 procent energii w USA od 2018 roku, będąc w użyciu od ponad 60 lat. Ze względu na ich rolę w pośrednim przyczynianiu się do redukcji emisji dwutlenku węgla, „elektrownie atomowe” pozostają ostoją w USA i za granicą. Z powodu dobrze nagłośnionych przez lata wypadków i strachów w elektrowniach jądrowych wiele osób pozostaje nieufnych tego źródła energii, ale konsensus naukowy sprzyja dalszemu rozwojowi w tym obszarze z naciskiem na bezpieczeństwo.