Aké sú hlavné zdroje energie na Zemi?

Vyživovanie druhu ako napr. Vyžaduje veľa energie homo sapiens. Za posledných pár storočí sa tento druh ukázal ako vzájomne prepojená globálna prítomnosť spôsobom, ktorý, pokiaľ veda vie, na planéte nikdy predtým neexistoval.

Medzi typy energie, ktoré ľudia potrebujú, patrí biochemická elektrina na napájanie ich domovov a priemyselných odvetví energie na výživu ich tiel a horľavých zdrojov na teplo, dopravu a priemysel výroba.

Schopnosť Zeme zabezpečiť to, čo ľudia potrebujú, závisí v širokom meradle od piatich hlavných zdrojov:

• Slnko, ten obrovský fúzny reaktor na oblohe, dodáva energiu v poriadku Yottawattov (10²⁴ wattov) na báze 24/7.
• Voda, ktorý je nielen nevyhnutný pre život, ale ktorý sa dá využiť aj na výrobu energie.
• Gravitácia, záhadná sila, ktorá vytvára a ničí hviezdy, je zodpovedná za príliv a odliv a premieňa vodu na zdroj konvertibilnej kinetickej energie.
• Pohyby Zeme vytvárať denné a sezónne teplotné rozdiely, ktoré generujú vetry a morské prúdy, ktoré sa dajú premeniť na elektrinu.
instagram story viewer
• Rádioaktivita je prirodzený rozpad ťažkých prvkov na ľahšie s následným uvoľňovaním žiarenia. Žiarenie vytvára teplo, ktoré sa dá použiť na výrobu elektriny.

Dôležitý prísun energie pre ľudí sa navyše získava z rozkladajúcich sa tiel organizmov, ktoré po celé veky prekvitali a odumierali. Na rozdiel od vyššie uvedených zdrojov je však táto ponuka obmedzená.

Fosílne palivá, ktoré zahŕňajú ropu, zemný plyn a uhlie, sú v skutočnosti ďalšou formou slnečnej energie. Pred dávnymi rokmi živé organizmy premieňali slnečné svetlo a teplo na molekuly na báze uhlíka, ktoré formovali ich telá. Organizmy zomreli a ich telá sa ponorili hlboko do zeme a na dno oceánov. Energia uzamknutá v týchto uhlíkových väzbách sa dnes môže uvoľniť získaním toho, na čo sa ich pozostatky zmenili, a ich spálením.

Ropa a zemný plyn pochádzajú z mikroskopického morského planktónu, ktorý žil pred miliónmi rokov. Zahynuli a klesli na dno oceánov, kde ich rozklad a ďalšie chemické procesy zmenili na voskovité kerogén a dechtať bitúmen. Oceánske postele nakoniec vyschli a tieto materiály boli zakopané pod horninou a pôdou. Stali sa surovinami na výrobu, benzínom, naftou, petrolejom a množstvom ďalších ropných produktov.

Tradičný spôsob získavania ropy zo zeme je vŕtanie, ale hydraulické štiepenie, príp frakovanie, sa stala často používanou modernou alternatívou. V tomto procese sa do pôdy vytláča zmes piesku, vody a potenciálne nebezpečných chemikálií, aby nahradila ropu. Štěpenie je nákladný proces a má množstvo škodlivých účinkov na podložie, vodnú hladinu a okolité ovzdušie.

Uhlie pochádza z suchozemských rastlín, ktoré sa usadili v močiaroch a močiaroch a zmenili sa na rašelinu. Rašelina stuhla, keď zem vyschla a nakoniec ju zakryli skaly a iné zvyšky. Tlak ju zmenil na čiernu kamenistú látku spaľovanú v mnohých priemyselných podnikoch a elektrárňach. To všetko sa začalo diať asi pred 300 miliónmi rokov, keď sa dinosaury túlali po zemi, ale na rozdiel od populárneho mýtu, uhlie nie je dinosaurom rozloženým.

Ľudia už tisícročia využívajú vodnú energiu na vykonávanie práce a vo fyzike je práca synonymom pre energiu. Vodné kolesá umiestnené v blízkosti potoka alebo vodopádu využívali energiu generovanú pohybom vody na mletie obilia, zavlažovanie plodín, pílenie dreva a na vykonávanie ďalších úloh. S príchodom elektriny sa vodné kolesá zmenili na elektrárne.

Vodná turbína je srdcom stanice na výrobu vodnej energie a pracuje kvôli fenoménu elektromagnetickej indukcie, ktorý objavil fyzik Michael Faraday v roku 1831. Faraday zistil, že rotujúci magnet vo vnútri cievky alebo vodivého drôtu generuje elektrický prúd v cievke a o necelých 100 rokov neskôr bol prvý indukčný generátor online v spoločnosti Niagara Falls.

Dnes vodné elektrárne dodávajú asi 6 percent celosvetovo spotrebovanej elektriny. Spaľovaním fosílnych palív na výrobu pary a zvlákňovaním turbín sa na druhej strane vyrába takmer 60 percent elektrickej energie na svete. Väčšinu vodnej energie generujú priehrady, nie vodopády.

Hrádza, ako napríklad potok alebo vodopád, závisí od gravitácie. Voda vstupuje do priechodu v hornej časti priehrady, preteká potrubím, ktoré zväčšuje jej energiu a roztáča turbínu pred výstupom blízko základne priehrady. Dve z najväčších vodných priehrad na svete sú priehrada Tri rokliny v Číne, ktorá generuje 22,5 gigawattov energie, a priehrada Itaipu na hranici medzi Brazíliou a Paraguajom, ktorá produkuje 14 GW. Najväčšou priehradou v Severnej Amerike je priehrada Grand Coulee Dam v štáte Washington, ktorá generuje iba asi 7 megawattov.

Oceány sú jedným z najdôležitejších svetových zdrojov energie z dvoch dôvodov. Prvý je, že majú prúdy, ktoré v spojení s vetrom vytvárajú vlny. Vlny sa dajú zmeniť na elektrinu. Pretože sú výsledkom teplotných rozdielov spôsobených slnečným teplom, vlny a prúdy, ktoré ich tvoria, sú technicky formou slnečnej energie.

Ďalším zdrojom energie v oceánoch sú prílivy a odlivy, ktoré sú spôsobené gravitačnými vplyvmi mesiaca a slnka, ako aj pohybmi samotnej Zeme. Existujú aj technológie na premenu energie z prílivu a odlivu na elektrinu.

Stanice na výrobu vĺn ešte nie sú mainstreamové a prototyp, ktorý bol nasadený pri pobreží Škótska, generuje iba 0,5 MW. Dostupné technológie vĺn zahŕňajú:

• Plaváky a bóje, ktoré stúpajú a klesajú na vlnách a vyrábajú energiu pomocou hydraulických zariadení.

• Oscilujúce vodné stĺpce, ktoré umožňujú vode vstupovať do komory a stláčať uzavretý vzduch, ktorý potom roztáča turbínu.

• Zúžené kanálové systémy, ktoré sú viazané na breh. Vedú vodu do vyvýšených nádrží a keď voda nechá spadnúť, roztočí to turbínu.

Prílivové elektrárne môžu využívať energiu prichádzajúcich a odchádzajúcich prílivov na priame pretáčanie turbín. Voda je asi 800-krát hustejšia ako vzduch, takže ak je na dne oceánu umiestnená turbína, prílivové pohyby generujú značnú energiu na ich roztočenie. Častejšie sú však systémy prílivovej hrádze.

Prílivová hrádza je bariéra postavená cez prílivovú nádrž, ktorá umožňuje vstup vody z prílivu a odlivu, potom sa zatvára a riadi odtok prílivu. Najväčším takýmto generátorom je prílivová elektráreň na jazere Sihwa v Južnej Kórei. Generuje asi 254 MW.

Dva z najznámejších spôsobov výroby elektriny spôsobom, ktorý sa nespolieha na zmiznutie fosílnych palív a nevytvára znečistenie, sú nasadenie veterných turbín alebo fotovoltaických panelov. Pretože slnko je zodpovedné za teplotné rozdiely, ktoré vytvárajú vietor, obe sú, prísne povedané, formami slnečnej energie.

Veterné generátory pracujú rovnako ako hydroelektrické alebo vlnové. Keď fúka vietor, roztáča hriadeľ, ktorý je pomocou ozubených kolies spojený s indukčnou turbínou vyrábajúcou energiu. Moderné turbíny sú kalibrované tak, aby poskytovali striedavý prúd na rovnakej frekvencii ako konvenčné striedavé napájanie, čo umožňuje okamžité použitie. Veterné farmy na celom svete dodávajú takmer 5 percent svetovej elektriny.

Solárne panely sa spoliehajú na fotovoltaický efekt, pričom slnečné žiarenie vytvára napätie v polovodičovom materiáli. Napätie vytvára jednosmerný prúd, ktorý sa musí premeniť na striedavý prúd prechodom cez invertor. Solárne panely vyrábajú elektrinu iba vtedy, keď je slnko vonku, takže sa často používajú na nabíjanie batérií, ktoré ukladajú energiu na neskoršie použitie.

Solárne panely predstavujú možno jednu z najdostupnejších metód na výrobu elektriny, ale dodávajú iba malý zlomok svetovej elektriny - menej ako 1 percento.

Presne povedané, proces štiepenia jadra nie je prirodzene sa vyskytujúcim javom, ale pochádza z prírody. Jadrové štiepenie bolo vynájdené čoskoro potom, čo vedci dokázali porozumieť atómu a prírodnému javu rádioaktivity. Aj keď sa štiepenie pôvodne používalo na výrobu bômb, prvá jadrová elektráreň bola uvedená do prevádzky len tri roky po výbuchu prvej bomby v areáli Trojice v púšti Nového Mexika.

Reakcie riadeného štiepenia sa vyskytujú vo všetkých jadrových elektrárňach na svete. Generuje teplo na varenie vody a produkuje paru potrebnú na pohon elektrických turbín. Len čo sa začne štiepna reakcia, na to, aby ste mohli pokračovať donekonečna, potrebujete len málo paliva.

Takmer 20 percent svetových elektrických potrieb uspokojujú generátory jadrovej energie. Jadrové štiepenie, ktoré bolo pôvodne považované za lacný zdroj prakticky neobmedzenej energie, má vážne následky nevýhody, v neposlednom rade je to možnosť roztavenia a nekontrolované uvoľňovanie škodlivých látok žiarenie. Dve známe nehody, jedna v ruskej černobyľskej elektrárni a druhá v japonskej Fukušime odstránili tieto nebezpečenstvá a znížili atraktivitu výroby jadrovej energie bol.

Hlboko vo vnútri zemskej kôry sú tlaky a teploty také veľké, že skvapalňujú horninu na roztavenú lávu. Tento prehriaty materiál prechádza cez žily v kôre, ktoré ho občas nasmerujú blízko k povrchu. Komunity v oblastiach, kde k tomu dôjde, môžu teplo využívať na výrobu elektriny a na zabezpečenie tepla pre svoje domy. Toto sa nazýva geotermálna energia a v niektorých prípadoch ju zväčšujú rádioaktívne materiály v zemi, ktoré tiež vytvárajú teplo.

Aby sa využila geotermálna energia, vývojári vyvŕtajú tunel do zeme na vhodnom mieste a cirkulujú cez tu vodu. Ohriata voda vychádza na povrch ako para, kde sa dá použiť priamo na ohrev alebo na roztočenie turbíny. V niektorých prípadoch sa teplo prenáša z vody na inú látku s nižšou teplotou varu, napríklad izobután, a výsledná para roztáča turbíny.

Geotermálna energia poskytuje vo svojej najjednoduchšej podobe liečenie a pohodlie v prírodných kúpeľoch a horúcich prameňoch, pokiaľ ich ľudia často navštevujú. Japonsko je jednou z geologicky najaktívnejších krajín na svete a má veľkú sieť prírodných horúcich prameňov a dlhú históriu máčania. Odborníci odhadujú, že má dostatok geotermálnych zdrojov na pokrytie až 10 percent svojej elektriny potreby, čím sa jeho geotermálny potenciál stáva tretím na svete, zaostávajú iba za USA a Indonézia.

Niektoré zdroje sú krehké a miznú a ich premenou na využiteľnú energiu sa vytvárajú znečisťujúce látky, ktoré menia planetárne prostredie. Ostatné zdroje závisia iba od slnečnej a planetárnej dynamiky, ktorá, zdá sa, zostane nezmenená aj niekoľko nasledujúcich miliárd rokov. V súčasnej dobe má ľudstvo pred sebou urgentné rozhodnutie. Samotné prežitie môže závisieť od jeho schopnosti v krátkom časovom období zmeniť svoju závislosť z prvej na druhú.