Primeri virov energije

Kaj je energija in od kod prihaja? V vsakdanjem jeziku je energija neka nedoločljiva, a zaželena kakovost, ki vam omogoča, da opravljate stvari, kot so vadba, opravljate naloge v razredu in opravljate svoje delo. V fiziki je to sila, pomnožena z razdaljo, in je izražena v enakih enotah kot delo in toplota. V praksi se človeška družba zanaša na toploto, svetlobo, prevoz, proizvodnjo in drugi procesi, ki danes ločujejo ljudi od tistih, ki so živeli v prazgodovini in zgodnji zgodovini krat.

Dandanes je energija tudi sporna - kaj ne? - predvsem zaradi vprašanja podnebnih sprememb. Izgorevanje fosilnih goriv, ​​predvsem premoga, je trdno uveljavljeno kot vodilni dejavnik k globalnemu segrevanju, ki ga povzroča človek, zaradi ogljikovega dioksida (CO₂), ki se sprostijo v ozračje med zgorevanjem. Toda svet mora proizvesti veliko energije, da ohrani sodobne osebne in komercialne življenjske standarde. Na srečo za zdravje okolja se preučujejo tudi drugi viri energije naraščajoče moči, ko na planet neizprosno vedno bolj prizadene podnebna opustošenja spremembe.

Na splošno proizvodnja energije izhaja iz dveh primarni viri; to so fosilna goriva in čista energija. Sekundarni viri prihajajo iz primarnih virov; en primer je elektrika. V ZDA se poraba energije običajno poda v kilovatnih urah ali kWh. Ta enota je enaka 3,6 milijona džul, pri čemer je džul ali newton-meter standardna enota energije v fiziki. Druge pogoste enote so erg, britanska toplotna enota in kalorija. (Zanimivosti: "Kalorija", ki jo vidite na oznakah za prehrano, je dejansko kilokalorija ali 1.000 "pravih" kalorij.)

Izraza "čista energija" in "obnovljiva energija" se pogosto uporabljata zamenljivo. To ni povsem natančno, ker, kot boste videli, je jedrska energija, čeprav je oblika čiste energije, vprašljiva, ali jo lahko uvrstimo med obnovljive vire energije. Ne glede na to pa oblike čiste energije skupaj z jedrsko energijo vključujejo sončno energijo, vetrno energijo, hidroelektrarne, geotermalno energijo in bioenergijo.

Vključil bi pomemben seznam obnovljivih virov za proizvodnjo energije v 21. stoletju biomasa (npr. les in lesni odpadki, komunalni trdni odpadki, odlagališčni plin in bioplin, etanol in biodizel); vodna energija ali vodna energija; geotermalna energija, ki prihaja iz globine Zemlje; ter vetrne in sončne energije. Ti se imenujejo "obnovljivi", ker izhajajo iz oskrbe, ki je v teoriji neizčrpna. To je, medtem ko naj bi Zemlja nekega dne prinesla svojo zadnjo unčo zemeljskega plina in svojo zadnjo unčo premoga, pa ideja o sončni svetlobi, vetru in rekah v celoti izginja - vsaj upamo! - nesmiselno.

Do sredine 19. stoletja je Amerika energijo, ki jo je potrebovala, pridobivala iz kurjenja lesa. Ker je bilo prebivalcev ZDA razmeroma malo in je bila večina te energije namenjena ogrevanju, svetlobi in kuhanje, saj so bili stroji, kot so avtomobili in klimatske naprave, še daleč, je bilo dovolj lesa službo. Od konca devetnajstega stoletja do začetka 21. stoletja so fosilna goriva (premog, nafta in zemeljski plin) služila kot vir energije v državi. Do devetdesetih let sta bili glavni obnovljivi viri energije - izraz, ki je bil do zadnjih desetletij bolj teoretičen kot resničen - hidroelektrarne in trdna biomasa; danes imajo biogoriva, sončna energija in energija vetra resne in vedno večje vloge.

Leta 2017 je obnovljiva energija zagotovila približno devetino celotne porabe energije v ZDA. 57 odstotkov porabe je bilo v obliki električne energije, približno eno šestino pa iz obnovljivih virov.

Obnovljiva energija je pomembna za zmanjšanje emisij toplogrednih plinov, ker zmanjšuje odvisnost od fosilnih goriv. Medtem ko so premog, plin in nafta skupaj dolgoletni nesporni svetovni energetski prvak v porabi biogoriv in drugih nehidroelektričnih obnovljivih virov je bila v letu 2017 več kot dvakrat večja kot na začetku 21. stoletja. Ta trend je spodbudila kombinacija formalnih regulativnih ukrepov in finančnih spodbud za podjetja za razvoj obnovljivih virov energije. Ta trend povečevanja izkoriščenosti nehidrogenih biogoriv naj bi se nadaljeval do leta 2050.

Čeprav so danes v energetskem svetu nekakšna persona non grata, nafta, zemeljski plin in nafta ostajajo vodilni viri energije v ZDA in po vsem svetu od leta 2018. Zgorevanje teh goriv povzroča 75 odstotkov emisij ogljikovega dioksida od konca 20. stoletja.

Fosilna goriva so nastala, ko so prazgodovinske rastline in živali propadale in bile v obdobju milijonov let zakopane in zdrobljene pod plastmi kamenja. Predvsem kot posledica mehanskega stiskanja so nastale različne vrste goriv, ​​odvisno od lokalnih okoliščin, kot npr katera snov, ki vsebuje ogljik, je bila prisotna, kako dolgo je bila pokopana in kakšne so bile temperature in tlaki pri čas. Industrija fosilnih goriv za te vire energije vrta (nafta in plin) ali rudnik (premog) in jih nato sežge za proizvodnjo električne energije ali jih spremenite za uporabo kot gorivo za ogrevanje (npr. kurilno olje) ali prevoz (npr. bencin).

Biomasa se nanaša na prej žive snovi, torej rastline in živali. Med vire energije iz biomase spadajo odpadki iz predelave lesa, ki jih je mogoče sežgati za ogrevanje stavb, proizvodnjo procesne toplote v industriji in proizvodnjo električne energije; kmetijski odpadki, ki jih je mogoče zgoreti kot gorivo ali pretvoriti v tekoča biogoriva; nekaj smeti, ki jo je mogoče sežgati za proizvodnjo električne energije v elektrarnah ali pretvoriti v bioplin na odlagališčih; in celo gnoj in odplake, ki jih je mogoče pretvoriti v bioplin.

Sonce je bilo skozi človeško zgodovino očitno vir energije za vsa živa bitja. V zadnjem času so ljudje razvili sposobnost izkoriščanja te energije in njene uporabe na različne sodobne načine. Solarni sistemi s toplotno energijo se danes uporabljajo za ogrevanje vode za domove, zgradbe in masažne bazene; ogrevanje notranjosti domov, lop in rastlinjakov; in ogrevanje tekočin na zelo visoke temperature, ki jih zahtevajo sončne elektrarne.

Sončni fotonapetostni sistemi se uporabljajo za pretvorbo sončne svetlobe v električno energijo. Fotonapetostne ali PV celice pretvarjajo sončno svetlobo v elektriko. Nekatere od njih lahko napajajo majhne naprave, kot so kalkulatorji in ure, medtem ko lahko veliki nizi PV celic proizvedejo dovolj električne energije za običajno hišo. Nekatere od teh elektrarn imajo ogromen niz PV celic, ki se raztezajo na več hektarjih, in so dovolj velike, da zadostijo potrebam po elektriki v tisočih domovih.

Podnevi se zrak nad kopnim segreje hitreje kot zrak nad vodo. Zrak nad zemljo se širi in dviga, ko se segreje, in vedno težji hladnejši zrak prihaja na njegovo mesto in ustvarja veter. Ponoči vetrovi obračajo smer. Podobno nastajajo atmosferski vetrovi, ki krožijo okoli Zemlje, ker je zemlja v bližini ekvatorja toplejša od zemlje v bližini polov. Moč vetra, ki jo zajemajo vetrnice (pogosto v velikih nizih), se uporablja predvsem za proizvodnjo električne energije

Jedrska energija je primer energije, ki je "čista" in jo nekateri viri štejejo za obnovljivo, vendar je sama po sebi zelo sporna. Ker je svetovna dobava urana, materiala, ki se uporablja v jedrskih elektrarnah, omejena, je jedrska energija običajno združena s fosilnimi gorivi in ​​razvrščena kot neobnovljiva.

Kakor koli že, jedrska energija je od leta 2018 v ZDA zagotavljala 20 odstotkov energije, ki je bila v uporabi že več kot 60 let. Zaradi svoje vloge, ki posredno pomagajo zmanjšati emisije ogljika, "nuklearne elektrarne" ostajajo nosilci tako v ZDA kot v tujini. Zaradi dobro objavljenih nesreč in strahov v preteklih letih v jedrskih elektrarnah je veliko ljudi še vedno žalostnih tega vira energije, vendar znanstveno soglasje podpira nadaljnji razvoj na tem področju s poudarkom na varnost.