Quais são as principais fontes de energia da Terra?

É preciso muita energia para nutrir uma espécie como homo sapiens. Nos últimos séculos, essa espécie emergiu como uma presença global interconectada de uma forma que, até onde a ciência sabe, nunca ocorreu antes no planeta.

Os tipos de energia de que os humanos precisam incluem eletricidade para abastecer suas casas e indústrias, bioquímica energia para alimentar seus corpos e recursos combustíveis para aquecimento, transporte e industrial Produção.

Em uma escala ampla, a capacidade da Terra de fornecer o que os humanos precisam depende de cinco fontes principais:

• O sol, aquele reator de fusão gigante no céu, fornece energia da ordem de yottawatts (10²⁴ watts) 24 horas por dia, 7 dias por semana.
• Água, que não é apenas essencial para a vida, mas também pode ser aproveitado para a produção de energia.
• Gravidade, a força misteriosa que cria e destrói estrelas, é responsável pelas marés e transforma a água em uma fonte de energia cinética conversível.
• Os movimentos da terra criam diferenciais de temperatura diários e sazonais que geram ventos e correntes oceânicas que podem ser convertidos em eletricidade.
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• Radioatividade é a decomposição natural de elementos pesados ​​em elementos mais leves, com a resultante liberação de radiação. A radiação cria calor que pode ser usado para gerar eletricidade.

Além disso, um importante suprimento de energia para os humanos é derivado dos corpos em decomposição de organismos que floresceram e morreram ao longo das eras. Ao contrário dos recursos listados acima, no entanto, esse fornecimento é limitado.

Os combustíveis fósseis, que incluem petróleo, gás natural e carvão, são na verdade outra forma de energia solar. Éons atrás, os organismos vivos convertiam a luz e o calor do sol nas moléculas baseadas em carbono que formavam seus corpos. Os organismos morreram e seus corpos afundaram profundamente no solo e no fundo dos oceanos. Hoje, a energia presa nessas ligações de carbono pode ser liberada recuperando o que foi transformado em seus restos e queimando-os.

O petróleo e o gás natural vêm do plâncton marinho microscópico que viveu há milhões de anos. Eles morreram e afundaram no fundo dos oceanos, onde a decomposição e outros processos químicos os transformaram em cerosos querogênio e ficar betume. O leito oceânico finalmente secou e esses materiais foram enterrados sob a rocha e o solo. Eles se tornaram a matéria-prima para a fabricação de gasolina, óleo diesel, querosene e uma série de outros produtos de petróleo.

A maneira tradicional de recuperar o petróleo bruto do solo é por perfuração, mas com fraturamento hidráulico, ou fracking, tornou-se uma alternativa moderna frequentemente usada. Nesse processo, uma mistura de areia, água e produtos químicos potencialmente perigosos é forçada para o solo para deslocar o petróleo. O fraturamento hidráulico é um processo caro e tem vários efeitos deletérios sobre a rocha, o lençol freático e o ar circundante.

O carvão vem de plantas terrestres que se estabeleceram em pântanos e pântanos e se transformaram em turfa. A turfa solidificou à medida que o solo secou e foi eventualmente coberta por outras rochas. A pressão o transformou na substância negra e rochosa queimada em muitas plantas industriais e usinas de energia. Tudo isso começou a acontecer há cerca de 300 milhões de anos, quando os dinossauros vagavam pela Terra, mas, ao contrário do mito popular, o carvão não é dinossauro decomposto.

Por milênios, os humanos têm aproveitado a energia da água para realizar trabalhos e, na física, trabalho é sinônimo de energia. As rodas d'água colocadas perto de um riacho ou cachoeira têm usado a energia gerada pela movimentação da água para moer grãos, irrigar plantações, serrar madeira e realizar uma série de outras tarefas. Com o advento da eletricidade, as rodas d'água foram transformadas em usinas de energia.

A turbina hídrica é o coração de uma usina hidrelétrica e funciona por causa do fenômeno da indução eletromagnética, descoberto pelo físico Michael Faraday em 1831. Faraday descobriu que um ímã girando dentro de uma bobina ou fio condutor gera uma corrente elétrica na bobina, e menos de 100 anos depois, o primeiro gerador de indução entrou em operação em Niágara Quedas.

Hoje, as usinas hidrelétricas fornecem cerca de 6% da eletricidade consumida em todo o mundo. A queima de combustíveis fósseis para gerar turbinas a vapor e girar, por outro lado, gera quase 60% da eletricidade mundial. A maior parte da energia hidrelétrica é gerada por barragens, não por cachoeiras.

Uma barragem, como um riacho ou cachoeira, depende da gravidade. A água entra por uma passagem no topo da barragem, flui por um tubo que aumenta sua energia e gira uma turbina antes de sair perto da base da barragem. Duas das maiores hidrelétricas do mundo são a Barragem das Três Gargantas, na China, que gera 22,5 gigawatts de energia, e a Barragem de Itaipu, na fronteira do Brasil com o Paraguai, que gera 14 GW. A maior barragem da América do Norte é a Barragem Grand Coulee, no estado de Washington, que gera apenas 7 megawatts.

Os oceanos são um dos recursos energéticos mais importantes do mundo por duas razões. A primeira é que eles têm correntes que, em conjunto com os ventos, formam ondas. As ondas podem ser transformadas em eletricidade. Por serem o resultado de diferenciais de temperatura causados ​​pelo calor do sol, as ondas e as correntes que as formam são tecnicamente uma forma de energia solar.

O outro recurso de energia nos oceanos são as marés, que são causadas pelas influências gravitacionais da lua e do sol, bem como pelos movimentos da própria terra. Também existem tecnologias para converter a energia das marés em eletricidade.

As estações geradoras de ondas ainda não são convencionais, e o protótipo, que foi implantado na costa da Escócia, gera apenas 0,5 MW. As tecnologias de ondas disponíveis incluem:

• Flutuadores e bóias, que sobem e descem nas ondas e geram energia com dispositivos hidráulicos.

• Colunas de água oscilantes, que permitem que a água entre em uma câmara e comprima o ar fechado, que então gira uma turbina.

• Sistemas de canais cônicos, que são limitados à costa. Eles canalizam a água para reservatórios elevados e, quando a água pode cair, uma turbina gira.

As estações de energia das marés podem usar a força das marés entrando e saindo para girar turbinas diretamente. A água é cerca de 800 vezes mais densa que o ar, portanto, se uma turbina for colocada no fundo do oceano, os movimentos das marés geram uma força significativa para girá-la. Os sistemas de barragem de marés são mais comuns, no entanto.

Uma barragem de marés é uma barreira erguida ao longo de uma bacia de maré que permite que a água da maré alta entre, depois fecha e controla o escoamento na maré vazante. O maior gerador desse tipo é a Estação de Energia Tidal do Lago Sihwa, na Coréia do Sul. Gera cerca de 254 MW.

Duas das maneiras mais conhecidas de gerar eletricidade de uma forma que não dependa do desaparecimento de combustíveis fósseis e não crie poluição são a implantação de turbinas eólicas ou painéis fotovoltaicos. Como o sol é responsável pelos diferenciais de temperatura que geram o vento, ambos são, a rigor, formas de energia solar.

Os geradores eólicos funcionam exatamente como os hidrelétricos ou movidos a ondas. Quando o vento sopra, ele gira um eixo que é conectado por engrenagens a uma turbina de indução de geração de energia. As turbinas modernas são calibradas para fornecer corrente CA na mesma frequência que a energia CA convencional, o que a torna disponível para uso imediato. Os parques eólicos em todo o mundo fornecem quase 5% da eletricidade mundial.

Os painéis solares contam com o efeito fotovoltaico, pelo qual a radiação solar cria uma voltagem em um material semicondutor. A tensão cria uma corrente CC que deve ser convertida em CA passando-a por um inversor. Os painéis solares geram eletricidade apenas quando o sol está alto, por isso são freqüentemente usados ​​para carregar baterias, que armazenam a energia para uso posterior.

Os painéis solares representam talvez um dos métodos mais acessíveis de geração de eletricidade, mas fornecem apenas uma pequena fração da eletricidade mundial - menos de 1 por cento.

A rigor, o processo de fissão nuclear não é um fenômeno que ocorre naturalmente, mas vem da natureza. A fissão nuclear foi inventada logo depois que os cientistas foram capazes de compreender o átomo e o fenômeno natural da radioatividade. Embora a fissão tenha sido originalmente usada para fazer bombas, a primeira usina nuclear entrou em operação apenas três anos depois que a primeira bomba explodiu no local de Trinity, no deserto do Novo México.

Reações de fissão controlada ocorrem dentro de todas as usinas nucleares do mundo. Ele gera calor para ferver a água, que produz o vapor necessário para acionar as turbinas elétricas. Uma vez que uma reação de fissão começa, ela precisa de pouco combustível para continuar indefinidamente.

Quase 20 por cento das necessidades elétricas do mundo são atendidas por geradores de energia nuclear. Originalmente considerada uma fonte barata de energia virtualmente ilimitada, a fissão nuclear tem graves desvantagens, não menos das quais é a possibilidade de colapso e a liberação descontrolada de substâncias nocivas radiação. Dois acidentes bem conhecidos, um na usina russa de Chernobyl e outro em Fukushima, no Japão instalação, evitaram esses perigos e tornaram a produção de energia nuclear menos atraente do que antes estava.

Nas profundezas da crosta terrestre, as pressões e temperaturas são tão grandes que liquefazem a rocha em lava derretida. Esse material superaquecido percorre veias na crosta que ocasionalmente o direcionam para perto da superfície. As comunidades em áreas onde isso ocorre podem usar o calor para gerar eletricidade e aquecer suas casas. Isso é chamado de energia geotérmica e, em alguns casos, é aumentada por materiais radioativos no solo, que também geram calor.

Para fazer uso da energia geotérmica, os desenvolvedores perfuram um túnel na terra em um local adequado e fazem a água circular pelo túnel. A água aquecida chega à superfície na forma de vapor, onde pode ser usada diretamente para aquecimento ou para girar uma turbina. Em alguns casos, o calor é transferido da água para outra substância com ponto de ebulição mais baixo, como o isobutano, e o vapor resultante faz girar as turbinas.

Em sua forma mais simples, a energia geotérmica oferece cura e conforto em spas naturais e fontes termais desde que haja pessoas para frequentá-los. O Japão é um dos países mais ativos geologicamente do mundo, e tem uma grande rede de fontes termais naturais e uma longa história de encharcamento. Especialistas estimam que tem recursos geotérmicos suficientes para atender até 10 por cento de sua eletricidade necessidades, tornando seu potencial geotérmico o terceiro no mundo, atrás apenas dos Estados Unidos e Indonésia.

Alguns recursos estão frágeis e desaparecendo, e convertê-los em energia utilizável cria poluentes que alteram o meio ambiente planetário. Outros recursos dependem apenas das dinâmicas solares e planetárias que prometem permanecer inalteradas pelos próximos bilhões de anos. No momento presente, a humanidade tem uma escolha urgente a fazer. Sua própria sobrevivência pode depender de sua capacidade de mudar sua dependência do primeiro para o último em um curto período de tempo.