Требуется много энергии, чтобы вырастить такие виды, как человек разумный. За последние несколько столетий этот вид превратился в взаимосвязанное глобальное присутствие, чего, насколько известно науке, никогда раньше не было на планете.
Типы энергии, в которой люди нуждаются, включают электричество для питания своих домов и предприятий, биохимические энергия для питания их тел и горючие ресурсы для тепла, транспорта и промышленности производство.
В широком смысле способность Земли обеспечивать то, что нужно людям, зависит от пяти основных источников:
- Солнце, этот гигантский термоядерный реактор в небе, поставляет энергию порядка йоттаватт (1024 Вт) круглосуточно без выходных.
- Воды, который не только необходим для жизни, но также может быть использован для производства энергии.
- Сила тяжести, таинственная сила, которая создает и разрушает звезды, отвечает за приливы и превращает воду в источник конвертируемой кинетической энергии.
- Движения земли создавать суточные и сезонные перепады температур, которые порождают ветры и океанские течения, которые можно преобразовать в электричество.
- Радиоактивность представляет собой естественный распад тяжелых элементов на более легкие с выделением радиации. Излучение создает тепло, которое можно использовать для выработки электричества.
Кроме того, важным источником энергии для людей являются разлагающиеся тела организмов, которые процветали и умирали на протяжении веков. Однако, в отличие от ресурсов, перечисленных выше, это предложение ограничено.
Ископаемые виды топлива привели к промышленной революции
Ископаемое топливо, которое включает нефть, природный газ и уголь, на самом деле является еще одной формой солнечной энергии. Эоны времени назад живые организмы преобразовывали солнечный свет и тепло в молекулы на основе углерода, из которых формировались их тела. Организмы умерли, и их тела погрузились глубоко в землю и на дно океанов. Сегодня энергия, заключенная в углеродных связях, может быть высвобождена путем извлечения того, во что превратились их останки, и их сжигания.
Нефть и природный газ поступают из микроскопического морского планктона, который жил миллионы лет назад. Они погибли и опустились на дно океанов, где разложение и другие химические процессы превратили их в воск. кероген и медлить битум. Дно океана в конечном итоге высохло, и эти материалы были погребены под камнями и почвой. Они стали сырьем для производства бензина, дизельного топлива, керосина и множества других нефтепродуктов.
Традиционный способ извлечения сырой нефти из земли - бурение, но с гидроразрывом пласта или гидроразрыв, стал часто используемой современной альтернативой. В этом процессе смесь песка, воды и потенциально опасных химикатов вдавливается в землю, чтобы вытеснить нефть. Фрекинг - дорогостоящий процесс, и он имеет ряд пагубных последствий для коренных пород, уровня грунтовых вод и окружающего воздуха.
Уголь получают из наземных растений, которые обосновались в болотах и болотах и превратились в торф. Торф затвердел по мере высыхания земли, и в конечном итоге он был покрыт камнями и другими обломками. Давление превратило его в черное каменистое вещество, сжигаемое на многих промышленных предприятиях и электростанциях. Все это началось около 300 миллионов лет назад, когда динозавры бродили по земле, но вопреки популярному мифу уголь - это не разложившиеся динозавры.
Реки и ручьи - основной источник энергии
На протяжении тысячелетий люди использовали энергию воды для выполнения работы, а в физике работа является синонимом энергии. Водяные колеса, расположенные возле ручья или водопада, использовали энергию, генерируемую движущейся водой, для измельчения зерна, орошения сельскохозяйственных культур, пиления древесины и выполнения множества других задач. С появлением электричества водяные колеса превратились в электростанции.
Водяная турбина - это сердце гидроэлектростанции, и она работает благодаря явлению электромагнитной индукции, обнаруженному физиком Майклом Фарадеем в 1831 году. Фарадей обнаружил, что вращающийся магнит внутри катушки или проводящего провода генерирует электрический ток. в катушке, и менее чем через 100 лет первый индукционный генератор был запущен в Ниагаре. Падает.
Сегодня гидроэлектростанции обеспечивают около 6 процентов электроэнергии, потребляемой во всем мире. С другой стороны, сжигание ископаемого топлива для производства пара и вращающихся турбин дает почти 60 процентов мировой электроэнергии. Большая часть гидроэлектроэнергии вырабатывается плотинами, а не водопадами.
Плотина, как ручей или водопад, зависит от силы тяжести. Вода поступает в проход наверху плотины, течет по трубе, которая увеличивает ее энергию, и вращает турбину перед тем, как выйти у основания плотины. Две из крупнейших в мире плотин гидроэлектростанций - это плотина Три ущелья в Китае, которая вырабатывает 22,5 гигаватта энергии, и плотина Итайпу на границе Бразилии и Парагвая, которая генерирует 14 ГВт. Самая большая плотина в Северной Америке - плотина Гранд-Кули в штате Вашингтон, вырабатывающая всего около 7 мегаватт.
Океаны также являются важными энергетическими ресурсами
Мировой океан является одним из важнейших энергетических ресурсов по двум причинам. Во-первых, в них есть течения, которые вместе с ветрами образуют волны. Волны можно превратить в электричество. Поскольку они являются результатом разницы температур, вызванной солнечным теплом, волны и токи, которые их образуют, технически являются формой солнечной энергии.
Другой источник энергии в океанах - это приливы, вызванные гравитационными влияниями Луны и Солнца, а также движением самой Земли. Также существуют технологии для преобразования энергии приливов в электричество.
Станции, генерирующие волны, еще не стали массовым явлением, и прототип, который был развернут у побережья Шотландии, генерирует всего 0,5 МВт. Доступные волновые технологии включают:
- Поплавки и буи, которые поднимаются и опускаются на волнах и вырабатывают энергию с помощью гидравлических устройств.
- Колеблющиеся водяные столбы, которые позволяют воде проникать в камеру и сжимать замкнутый воздух, который затем вращает турбину.
- Системы конических каналов, выходящие на берег. Они направляют воду в приподнятые резервуары, и когда вода падает, она вращает турбину.
Приливные электростанции могут использовать энергию входящих и исходящих приливов для непосредственного вращения турбин. Вода примерно в 800 раз плотнее воздуха, поэтому, если турбина размещена на дне океана, приливные движения генерируют значительную мощность, чтобы вращать ее. Однако системы приливных заграждений более распространены.
Приливная плотина - это барьер, воздвигнутый поперек приливного бассейна, который позволяет воде поступать из поднимающегося прилива, затем закрывается и контролирует отток во время отлива. Самый крупный из таких генераторов - приливная электростанция на озере Сихва в Южной Корее. Вырабатывает около 254 МВт.
Технология использует энергию солнца и ветра
Двумя наиболее известными способами выработки электроэнергии без использования ископаемого топлива и загрязнения окружающей среды являются ветряные турбины или фотоэлектрические панели. Поскольку солнце отвечает за перепады температур, которые создают ветер, оба, строго говоря, являются формами солнечной энергии.
Ветряные генераторы работают так же, как гидроэлектрические или волновые. Когда дует ветер, он вращает вал, который зубчатыми колесами соединен с генерирующей энергию турбиной индукционного типа. Современные турбины откалиброваны для подачи переменного тока той же частоты, что и обычная мощность переменного тока, что делает их доступными для немедленного использования. Ветряные электростанции по всему миру производят почти 5 процентов мировой электроэнергии.
Солнечные панели полагаются на фотоэлектрический эффект, посредством которого солнечное излучение создает напряжение в полупроводящем материале. Напряжение создает постоянный ток, который необходимо преобразовать в переменный, пропустив его через инвертор. Солнечные панели вырабатывают электричество только тогда, когда выходит солнце, поэтому они часто используются для зарядки аккумуляторов, которые сохраняют энергию для дальнейшего использования.
Солнечные панели представляют собой, пожалуй, один из самых доступных методов производства электроэнергии, но они вырабатывают лишь небольшую часть мировой электроэнергии - менее 1 процента.
Альтернатива ископаемому топливу в атомной энергетике
Строго говоря, процесс ядерного деления не является естественным явлением, но он исходит от природы. Ядерное деление было изобретено вскоре после того, как ученые смогли понять атом и естественное явление радиоактивности. Хотя первоначально для изготовления бомб использовалось расщепление, первая атомная электростанция заработала всего через три года после того, как первая бомба была взорвана на площадке Тринити в пустыне Нью-Мексико.
Управляемые реакции деления происходят внутри всех атомных электростанций мира. Он генерирует тепло для кипячения воды, которая производит пар, необходимый для привода электрических турбин. Как только реакция деления начинается, ей нужно мало топлива, чтобы продолжаться бесконечно.
Почти 20 процентов мировых потребностей в электроэнергии удовлетворяются за счет ядерных генераторов. Первоначально считавшийся дешевым источником практически неограниченной энергии, ядерное деление имеет серьезные последствия. недостатки, не последним из которых является возможность расплавления и неконтролируемого выброса вредных радиация. Две известные аварии: одна на Чернобыльской АЭС в России, а другая на Фукусиме в Японии. установки, устранили эти опасности и сделали производство ядерной энергии менее привлекательным, чем когда-то было.
Геотермальная энергия
Глубоко внутри земной коры давление и температура настолько велики, что превращают породу в расплавленную лаву. Этот перегретый материал проходит через прожилки в коре, которые иногда направляют его близко к поверхности. Сообщества в районах, где это происходит, могут использовать тепло для выработки электроэнергии и обогрева своих домов. Это называется геотермальной энергией, и в некоторых случаях она дополняется радиоактивными материалами в земле, которые также выделяют тепло.
Чтобы использовать геотермальную энергию, разработчики просверливают туннель в земле в подходящем месте и пропускают воду через туннель. Нагретая вода выходит на поверхность в виде пара, где ее можно использовать непосредственно для нагрева или вращения турбины. В некоторых случаях тепло передается от воды другому веществу с более низкой температурой кипения, например изобутану, и образующийся пар раскручивает турбины.
В своей простейшей форме геотермальная энергия обеспечивала исцеление и комфорт на природных курортах и горячих источниках с тех пор, пока есть люди, которые их часто посещают. Япония - одна из самых геологически активных стран в мире, она имеет разветвленную сеть природных горячих источников и долгую историю замачивания. По оценкам экспертов, у него достаточно геотермальных ресурсов, чтобы вырабатывать до 10 процентов электроэнергии. потребности, что делает его геотермальный потенциал третьим в мире, уступая только США и Индонезия.
Люди должны сделать выбор
Некоторые ресурсы хрупки и исчезают, а преобразование их в полезную энергию создает загрязняющие вещества, которые изменяют окружающую среду на планете. Другие ресурсы зависят только от солнечной и планетарной динамики, которая обещает оставаться неизменной в течение следующих нескольких миллиардов лет. В настоящий момент человечество должно сделать срочный выбор. Само его выживание может зависеть от его способности за короткий промежуток времени переключить свою опору с первого на вторую.
