Kateri so glavni viri energije na Zemlji?

Za negovanje vrste, kot je npr homo sapiens. V zadnjih nekaj stoletjih se je ta vrsta pojavila kot medsebojno povezana globalna prisotnost na način, ki se, kolikor zna znanost, še nikoli ni pojavil na planetu.

Vrste energije, ki jih ljudje potrebujejo, vključujejo električno energijo za pogon svojih domov in industrijo, biokemično energije za hranjenje njihovih teles in gorljivih virov za toploto, prevoz in industrijo proizvodnjo.

V širokem obsegu je sposobnost Zemlje, da ljudem zagotovi tisto, kar potrebujejo, odvisna od petih glavnih virov:

• Sonce, ta velikanski fuzijski reaktor na nebu, oskrbuje z energijo po vrsti jotavatov (10²⁴ vatov) 24/7.
• Voda, ki ni le bistvenega pomena za življenje, temveč ga je mogoče tudi izkoristiti za proizvodnjo energije.
• Gravitacija, skrivnostna sila, ki ustvarja in uničuje zvezde, je odgovorna za plimovanje in vodo pretvori v vir pretvorljive kinetične energije.
• Zemeljska gibanja ustvariti dnevne in sezonske temperaturne razlike, ki ustvarjajo vetrove in oceanske tokove, ki jih je mogoče pretvoriti v elektriko.
• Radioaktivnost je naravno razpadanje težkih elementov v lažje s posledičnim sproščanjem sevanja. Sevanje ustvarja toploto, ki jo lahko uporabimo za proizvodnjo električne energije.

Poleg tega pomembno oskrbo z energijo za ljudi izvirajo iz razpadajočih se teles organizmov, ki so v eonih cveteli in umirali. Za razliko od zgoraj naštetih virov pa je ta ponudba omejena.

Fosilna goriva, ki vključujejo nafto, zemeljski plin in premog, so pravzaprav druga oblika sončne energije. Pred leti so živi organizmi pretvorili sončno svetlobo in toploto v molekule na osnovi ogljika, ki so tvorile njihova telesa. Organizmi so umrli, njihova telesa pa so potonila globoko v tla in na dno oceanov. Danes se energija, zaklenjena v te ogljikove vezi, lahko sprosti tako, da pridobi, v kaj so se spremenili njihovi ostanki, in jih zažge.

Nafta in zemeljski plin prihajata iz mikroskopskega morskega planktona, ki je živel pred milijoni let. Umrli so in se potopili na dno oceanov, kjer so jih razgradnja in drugi kemični procesi spremenili v voščene kerogen in ostani bitumen. Morska dna so se sčasoma izsušila in ti materiali so bili pokopani pod kamenjem in zemljo. Postali so surovine za izdelavo, bencin, dizelsko gorivo, kerozin in množica drugih naftnih derivatov.

Tradicionalni način pridobivanja surove nafte iz zemlje je vrtanje, vendar hidravlično lomljenje, oz fracking, je postala pogosto uporabljena sodobna alternativa. V tem postopku se v tla sili mešanica peska, vode in potencialno nevarnih kemikalij, da se iztisne zemeljsko olje. Fracking je drag postopek in ima številne škodljive učinke na podlago, gladino vode in okoliški zrak.

Premog prihaja iz kopenskih rastlin, ki so se naselile v barje in močvirje ter spremenile v šoto. Šota se je strdila, ko so se tla izsušila, na koncu pa so jo kamni prekrili drugi ostanki. Tlak ga je spremenil v črno, kamnito snov, ki je gorela v številnih industrijskih obratih in elektrarnah. Vse to se je začelo dogajati pred približno 300 milijoni leti, ko so dinozavri tavali po zemlji, toda v nasprotju s priljubljenim mitom premog ni razpadli dinozavri.

Ljudje že tisočletja za izvajanje del izkoriščamo vodno moč, v fiziki pa je delo sinonim za energijo. Vodna kolesa v bližini potoka ali slapa porabljajo energijo, ki jo ustvarja premikanje vode, za mletje žita, namakanje pridelkov, žaganje lesa in opravljanje številnih drugih nalog. S prihodom elektrike so se vodna kolesa spremenila v elektrarne.

Vodna turbina je srce hidroelektrarne in deluje zaradi pojava elektromagnetne indukcije, ki ga je leta 1831 odkril fizik Michael Faraday. Faraday je ugotovil, da predilni magnet znotraj tuljave ali prevodne žice ustvarja električni tok v tuljavi in ​​manj kot 100 let kasneje se je na Niagari pojavil prvi indukcijski generator Padci.

Danes hidroelektrarne oskrbujejo približno 6 odstotkov električne energije, porabljene po vsem svetu. Po drugi strani pa izgorevanje fosilnih goriv za proizvodnjo parnih in vrtljivih turbin ustvari skoraj 60 odstotkov svetovne električne energije. Večino hidroelektrarne proizvajajo jez, ne slapovi.

Jez, kot je potok ali slap, je odvisen od gravitacije. Voda vstopi v prehod na vrhu jezu, teče skozi cev, ki povečuje njeno energijo, in vrti turbino, preden izstopi blizu dna jezu. Dva največja hidroelektrarna na svetu sta jez Tri soteske na Kitajskem, ki ustvarja 22,5 gigavatov energije, in jez Itaipu na meji med Brazilijo in Paragvajem, ki proizvede 14 GW. Največji jez v Severni Ameriki je jez Grand Coulee v zvezni državi Washington, ki proizvede le približno 7 megavatov.

Oceani so eden najpomembnejših energetskih virov na svetu iz dveh razlogov. Prva je ta, da imajo tokove, ki v povezavi z vetrovi tvorijo valove. Valove lahko spremenimo v elektriko. Ker so posledica temperaturnih razlik, ki jih povzroča sončna toplota, so valovi in ​​tokovi, ki jih tvorijo, tehnično oblika sončne energije.

Drugi energetski vir v oceanih so plime in oseke, ki jih povzročajo gravitacijski vplivi lune in sonca ter gibanja same zemlje. Obstajajo tudi tehnologije za pretvorbo energije v plimovanju v električno energijo.

Postaje za generiranje valov še niso splošno uveljavljene, prototip, ki je bil postavljen ob obali Škotske, pa proizvede le 0,5 MW. Razpoložljive valovne tehnologije vključujejo:

• Plavajoče in boje, ki se dvigajo in spuščajo na valovih ter s hidravličnimi napravami ustvarjajo moč.

• Nihajni vodni stolpci, ki vodijo v komoro in stisnejo zaprt zrak, ki nato zavrti turbino.

• Konusni kanalski sistemi, ki so vezani na obalo. Vodo usmerjajo v povišane rezervoarje in ko pusti, da voda pade, zavrti turbino.

Elektrarne na plimovanje lahko izkoristijo moč dohodne in odhodne plime za neposredno vrtenje turbin. Voda je približno 800-krat gostejša od zraka, zato, če je turbina postavljena na dno oceana, plimski gibi ustvarijo veliko moč, da jih zavrtijo. Vendar so pogostejši sistemi plimovanja.

Plimovanje je pregrada, postavljena čez plimsko kotlino, ki omogoča vstop vode iz naraščajoče plime, nato pa zapre in nadzoruje odtok na plimovanju. Največji tak generator je plimska elektrarna Sihwa Lake v Južni Koreji. Proizvede približno 254 MW.

Dva najbolj znana načina za proizvodnjo električne energije na način, ki se ne zanaša na izginjajoča fosilna goriva in ne ustvarja onesnaženja, sta namestitev vetrnih turbin ali fotonapetostnih panelov. Ker je sonce odgovorno za temperaturne razlike, ki ustvarjajo veter, sta obe strogo gledano obliki sončne energije.

Vetrni generatorji delujejo tako kot hidroelektrični ali valovni. Ko piha veter, vrti gred, ki je z zobniki povezana z indukcijsko turbino, ki proizvaja električno energijo. Sodobne turbine so umerjene tako, da zagotavljajo izmenični tok pri enaki frekvenci kot običajna izmenična moč, zaradi česar je na voljo za takojšnjo uporabo. Vetrne elektrarne po vsem svetu dobavljajo skoraj 5 odstotkov svetovne električne energije.

Sončne celice se zanašajo na fotovoltaični učinek, pri čemer sončno sevanje ustvarja napetost v polprevodniškem materialu. Napetost ustvarja enosmerni tok, ki ga je treba pretvoriti v izmenični s prehodom skozi pretvornik. Sončne celice proizvajajo električno energijo le, ko sonce ni zunaj, zato jih pogosto uporabljajo za polnjenje baterij, ki energijo shranijo za kasnejšo uporabo.

Sončne celice predstavljajo morda eno najbolj dostopnih metod za proizvodnjo električne energije, vendar oskrbujejo le majhen del svetovne električne energije - manj kot 1 odstotek.

Strogo rečeno, proces jedrske cepitve ni naraven pojav, ampak prihaja iz narave. Jedrska fisija je bila izumljena kmalu potem, ko so znanstveniki lahko razumeli atom in naravni pojav radioaktivnosti. Čeprav so prvotno cepljenje uporabljali za izdelavo bomb, je bila prva jedrska elektrarna vzpostavljena na internet le tri leta po eksploziji prve bombe na mestu Trinity v puščavi New Mexico.

Nadzorovane cepitvene reakcije se pojavijo v vseh svetovnih jedrskih elektrarnah. Ustvarja toploto za vrenje vode, ki proizvaja paro, potrebno za pogon električnih turbin. Ko se začne cepitvena reakcija, potrebuje malo goriva, da se lahko nadaljuje v nedogled.

Skoraj 20 odstotkov svetovnih električnih potreb pokrivajo jedrski generatorji. Jedrska fisija, ki je prvotno veljala za poceni vir skoraj neomejene moči, je resna pomanjkljivosti, med katerimi je najmanj možnost taljenja in nenadzorovanega sproščanja škodljivih snovi sevanje. Dve dobro znani nesreči, ena v ruski Černobilski elektrarni in druga v japonski Fukušimi odpravili te nevarnosti in naredili proizvodnjo jedrske energije manj privlačno kot nekoč je bil.

Globoko v zemeljski skorji so pritiski in temperature tako veliki, da kamenje utekočinjajo v staljeno lavo. Ta pregret material teče skozi žile v skorji, ki ga občasno usmerjajo blizu površine. Občine na območjih, kjer se to zgodi, lahko toploto uporabljajo za proizvodnjo električne energije in za oskrbo svojih domov s toploto. To imenujemo geotermalna energija, v nekaterih primerih pa jo povečajo radioaktivne snovi v tleh, ki prav tako ustvarjajo toploto.

Da bi izkoristili geotermalno energijo, razvijalci na ustreznem mestu v zemljo vrtajo predor in krožijo vodo skozi predor. Ogrevana voda prihaja na površino kot para, kjer jo lahko uporabimo neposredno za ogrevanje ali vrtenje turbine. V nekaterih primerih se toplota iz vode prenese v drugo snov z nižjim vreliščem, na primer izobutan, in nastala para vrti turbine.

Geotermalna energija je v svoji najpreprostejši obliki zagotavljala zdravljenje in udobje v naravnih zdraviliščih in vročih vrelcih, dokler je bilo ljudi, ki so jih obiskovali. Japonska je ena od geološko najbolj aktivnih držav na svetu in ima veliko mrežo naravnih vročih vrelcev in dolgo zgodovino namakanja. Strokovnjaki ocenjujejo, da ima dovolj geotermalnih virov, da lahko porabi do 10 odstotkov električne energije potrebe, zaradi česar je njen geotermalni potencial tretji na svetu, za ZDA pa le Indonezija.

Nekateri viri so krhki in izginjajo, pretvorba v uporabno energijo pa ustvarja onesnaževala, ki spreminjajo planetarno okolje. Drugi viri so odvisni le od sončne in planetarne dinamike, ki obljublja, da bo v naslednjih nekaj milijard letih ostala nespremenjena. V sedanjem trenutku se mora človeštvo nujno odločiti. Njegovo preživetje je lahko odvisno od njegove sposobnosti, da v kratkem času svojo odvisnost preklopi s prve na drugo.