แหล่งพลังงานหลักบนโลกมีอะไรบ้าง?

ต้องใช้พลังงานมากในการเลี้ยงดูสายพันธุ์เช่น โฮโม เซเปียนส์. ในช่วงไม่กี่ศตวรรษที่ผ่านมา สิ่งมีชีวิตชนิดนี้ได้กลายมาเป็นสิ่งมีชีวิตที่เชื่อมโยงถึงกันทั่วโลก ในแบบที่วิทยาศาสตร์รู้ ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อนบนโลกใบนี้

ประเภทของพลังงานที่มนุษย์ต้องการ ได้แก่ ไฟฟ้าสำหรับใช้ในบ้านและอุตสาหกรรม ชีวเคมี bio พลังงานเพื่อหล่อเลี้ยงร่างกายและทรัพยากรที่ติดไฟได้สำหรับความอบอุ่น การคมนาคมขนส่ง และอุตสาหกรรม การผลิต

ในวงกว้าง ความสามารถของโลกในการจัดหาสิ่งที่มนุษย์ต้องการนั้นขึ้นอยู่กับห้าแหล่งหลัก:

• ดวงอาทิตย์เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันขนาดยักษ์บนท้องฟ้าให้พลังงานตามลำดับยอดยศ (10 .)²⁴ วัตต์) ตลอด 24 ชั่วโมงทุกวันไม่เว้นวันหยุด
• น้ำ, ซึ่งไม่เพียงแต่จำเป็นสำหรับชีวิตเท่านั้น แต่ยังสามารถควบคุมเพื่อการผลิตพลังงานได้อีกด้วย
• แรงโน้มถ่วงพลังลึกลับที่สร้างและทำลายดวงดาว รับผิดชอบกระแสน้ำ และเปลี่ยนน้ำให้เป็นแหล่งพลังงานจลน์ที่เปลี่ยนแปลงได้
• การเคลื่อนไหวของโลก สร้างความแตกต่างของอุณหภูมิรายวันและตามฤดูกาลซึ่งสร้างลมและกระแสน้ำในมหาสมุทรซึ่งสามารถแปลงเป็นไฟฟ้าได้
• กัมมันตภาพรังสี เป็นการสลายตามธรรมชาติของธาตุหนักให้กลายเป็นธาตุที่เบากว่าด้วยการแผ่รังสีออกมา การแผ่รังสีทำให้เกิดความร้อนซึ่งสามารถนำมาใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าได้

นอกจากนี้ แหล่งพลังงานที่สำคัญสำหรับมนุษย์ยังมาจากร่างกายที่สลายตัวของสิ่งมีชีวิตที่เจริญรุ่งเรืองและตายไปตลอดยุคสมัย อย่างไรก็ตาม การจัดหานี้มีจำกัดไม่เหมือนกับทรัพยากรที่ระบุไว้ข้างต้น

เชื้อเพลิงฟอสซิล ซึ่งรวมถึงน้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ และถ่านหิน เป็นพลังงานแสงอาทิตย์อีกรูปแบบหนึ่ง หลายศตวรรษก่อน สิ่งมีชีวิตเปลี่ยนแสงและความร้อนของดวงอาทิตย์เป็นโมเลกุลที่มีคาร์บอนเป็นส่วนประกอบซึ่งก่อตัวเป็นร่างกาย สิ่งมีชีวิตตายและร่างกายของพวกมันจมลึกลงไปในพื้นดินและก้นมหาสมุทร ทุกวันนี้ พลังงานที่ถูกกักขังไว้ในพันธะคาร์บอนเหล่านั้นสามารถปลดปล่อยออกมาได้โดยการดึงสิ่งที่เหลือจากพวกมันออกมาและเผาพวกมัน

น้ำมันและก๊าซธรรมชาติมาจากแพลงตอนในทะเลด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่มีชีวิตอยู่เมื่อหลายล้านปีก่อน พวกเขาตายและจมลงสู่ก้นมหาสมุทรซึ่งการสลายตัวและกระบวนการทางเคมีอื่น ๆ ทำให้พวกเขากลายเป็นข้าวเหนียว kerogen และชักช้า น้ำมันดิน. ในที่สุดท้องทะเลก็แห้ง และวัสดุเหล่านี้ก็ถูกฝังไว้ใต้หินและดิน กลายเป็นวัตถุดิบในการผลิต น้ำมันเบนซิน น้ำมันดีเซล น้ำมันก๊าด และผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมอื่นๆ

วิธีดั้งเดิมในการดึงน้ำมันดิบจากพื้นดินคือการเจาะ แต่การแตกหักด้วยไฮดรอลิก หรือ frackingได้กลายเป็นทางเลือกที่ทันสมัยที่มักใช้กัน ในขั้นตอนนี้ ส่วนผสมของทราย น้ำ และสารเคมีที่อาจเป็นอันตรายถูกบังคับให้ลงไปในพื้นดินเพื่อแทนที่ปิโตรเลียม Fracking เป็นกระบวนการที่มีราคาแพง และมีผลเสียหลายประการกับพื้นหิน ตารางน้ำ และอากาศโดยรอบ

ถ่านหินมาจากพืชบนบกที่ตกตะกอนเป็นหนองบึงและกลายเป็นพรุ พีทแข็งตัวเมื่อพื้นดินแห้ง และในที่สุดมันก็ถูกปกคลุมด้วยเศษหินอื่นๆ ความดันทำให้สารสีดำเป็นหินที่ถูกเผาในโรงงานอุตสาหกรรมและโรงไฟฟ้าหลายแห่ง ทั้งหมดนี้เริ่มเกิดขึ้นเมื่อ 300 ล้านปีก่อน เมื่อไดโนเสาร์ท่องไปในโลก แต่ตรงกันข้ามกับตำนานที่โด่งดัง ถ่านหินไม่ใช่ไดโนเสาร์ที่ย่อยสลายได้

เป็นเวลานับพันปีที่มนุษย์ควบคุมพลังน้ำเพื่อทำงาน และในทางฟิสิกส์ งานมีความหมายเหมือนกันกับพลังงาน กังหันน้ำที่วางอยู่ใกล้ลำธารหรือน้ำตกใช้พลังงานที่เกิดจากการย้ายน้ำเพื่อโม่เมล็ดพืช รดน้ำต้นไม้ เลื่อยไม้ และทำงานอื่นๆ ด้วยการกำเนิดของไฟฟ้า กังหันน้ำได้กลายเป็นโรงไฟฟ้า

กังหันน้ำเป็นหัวใจของสถานีผลิตไฟฟ้าพลังน้ำ และทำงานได้เนื่องจากปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งค้นพบโดยนักฟิสิกส์ Michael Faraday ในปี 1831 ฟาราเดย์พบว่าแม่เหล็กหมุนภายในขดลวดหรือลวดนำไฟฟ้าทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า ในขดลวด และไม่ถึง 100 ปีต่อมา เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเหนี่ยวนำเครื่องแรกออนไลน์ที่Niagara น้ำตก.

ทุกวันนี้ โรงไฟฟ้าพลังน้ำจ่ายไฟฟ้าประมาณ 6 เปอร์เซ็นต์ของการใช้ไฟฟ้าทั่วโลก การเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลเพื่อผลิตไอน้ำและกังหันหมุนสร้างกระแสไฟฟ้าได้เกือบ 60 เปอร์เซ็นต์ของโลก ไฟฟ้าพลังน้ำส่วนใหญ่เกิดจากเขื่อน ไม่ใช่จากน้ำตก

เขื่อนเช่นลำธารหรือน้ำตกขึ้นอยู่กับแรงโน้มถ่วง น้ำเข้าสู่ทางผ่านที่ด้านบนของเขื่อน ไหลผ่านท่อขยายพลังงานและหมุนกังหันก่อนจะไหลออกใกล้ฐานของเขื่อน เขื่อนไฟฟ้าพลังน้ำที่ใหญ่ที่สุดในโลก 2 แห่ง ได้แก่ เขื่อน Three Gorges ในประเทศจีน ซึ่งผลิตพลังงานได้ 22.5 กิกะวัตต์ และเขื่อน Itaipu ที่ชายแดนบราซิล/ปารากวัย ซึ่งสร้างพลังงานได้ 14 GW เขื่อนที่ใหญ่ที่สุดในอเมริกาเหนือคือเขื่อน Grand Coulee ในรัฐวอชิงตัน ซึ่งผลิตได้เพียง 7 เมกะวัตต์เท่านั้น

มหาสมุทรเป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญที่สุดแห่งหนึ่งของโลกด้วยเหตุผลสองประการ ประการแรกคือมีกระแสน้ำซึ่งประกอบกับลมทำให้เกิดคลื่น คลื่นสามารถเปลี่ยนเป็นไฟฟ้าได้ เนื่องจากเป็นผลมาจากความแตกต่างของอุณหภูมิที่เกิดจากความร้อนของดวงอาทิตย์ คลื่นและกระแสที่ก่อตัวเป็นคลื่นจึงเป็นรูปแบบของพลังงานแสงอาทิตย์ในทางเทคนิค

แหล่งพลังงานอื่นๆ ในมหาสมุทรคือกระแสน้ำ ซึ่งเกิดจากอิทธิพลโน้มถ่วงของดวงจันทร์และดวงอาทิตย์ เช่นเดียวกับการเคลื่อนที่ของโลกด้วย เทคโนโลยียังมีอยู่เพื่อแปลงพลังงานในกระแสน้ำให้เป็นไฟฟ้า

สถานีสร้างคลื่นยังไม่ใช่กระแสหลัก และต้นแบบซึ่งถูกนำไปใช้นอกชายฝั่งสกอตแลนด์ สร้างเพียง 0.5 เมกะวัตต์เท่านั้น เทคโนโลยีคลื่นที่มีจำหน่าย ได้แก่ :

• ทุ่นลอยน้ำซึ่งขึ้น ๆ ลง ๆ บนคลื่นและสร้างพลังงานด้วยอุปกรณ์ไฮดรอลิก

• เสาน้ำสั่นซึ่งทำให้น้ำเข้าไปในห้องและอัดอากาศที่ล้อมรอบซึ่งจะหมุนกังหัน

• ระบบช่องทางเรียวซึ่งผูกกับฝั่ง พวกมันไหลลงสู่อ่างเก็บน้ำที่สูง และเมื่อปล่อยให้น้ำตกลงมา มันจะหมุนกังหัน

โรงไฟฟ้าพลังน้ำสามารถใช้พลังของกระแสน้ำเข้าและออกเพื่อหมุนกังหันโดยตรง น้ำมีความหนาแน่นมากกว่าอากาศประมาณ 800 เท่า ดังนั้นหากวางกังหันไว้บนพื้นมหาสมุทร การเคลื่อนที่ของกระแสน้ำจะสร้างพลังสำคัญในการหมุนกังหัน อย่างไรก็ตาม ระบบเขื่อนกั้นน้ำขึ้นน้ำลงเป็นเรื่องปกติมากกว่า

แนวกั้นน้ำขึ้นน้ำลงเป็นสิ่งกีดขวางที่สร้างขึ้นข้ามแอ่งน้ำขึ้นน้ำลงที่ยอมให้น้ำจากกระแสน้ำขึ้นลงได้ จากนั้นปิดและควบคุมการไหลออกของน้ำขึ้น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใหญ่ที่สุดคือสถานีพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงทะเลสาบซีฮวาในเกาหลีใต้ ผลิตไฟฟ้าได้ประมาณ 254 เมกะวัตต์

สองวิธีที่รู้จักกันดีที่สุดในการผลิตไฟฟ้าในลักษณะที่ไม่ต้องพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิลที่หายไปและไม่ก่อให้เกิดมลพิษคือการใช้กังหันลมหรือแผงเซลล์แสงอาทิตย์ เนื่องจากดวงอาทิตย์มีหน้าที่รับผิดชอบต่อความแตกต่างของอุณหภูมิที่สร้างลม ซึ่งทั้งสองอย่างนี้ถือเป็นรูปแบบของพลังงานแสงอาทิตย์อย่างแท้จริง

เครื่องกำเนิดลมทำงานเหมือนกับไฟฟ้าพลังน้ำหรือพลังงานคลื่น เมื่อลมพัด มันจะหมุนเพลาซึ่งเชื่อมต่อกันด้วยเฟืองกับกังหันแบบเหนี่ยวนำให้เกิดพลังงาน เทอร์ไบน์สมัยใหม่ได้รับการปรับเทียบเพื่อให้กระแสไฟ AC ที่ความถี่เดียวกับไฟฟ้ากระแสสลับทั่วไป ซึ่งทำให้พร้อมใช้งานได้ทันที ฟาร์มกังหันลมทั่วโลกผลิตไฟฟ้าได้เกือบร้อยละ 5 ของโลก

แผงโซลาร์เซลล์อาศัยผลกระทบของเซลล์แสงอาทิตย์ โดยรังสีของดวงอาทิตย์จะสร้างแรงดันไฟฟ้าในวัสดุกึ่งตัวนำ แรงดันไฟฟ้าสร้างกระแสตรงซึ่งจะต้องแปลงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับโดยการส่งผ่านอินเวอร์เตอร์ แผงโซลาร์เซลล์ผลิตกระแสไฟฟ้าได้เฉพาะเมื่อไม่มีแสงอาทิตย์ ดังนั้นจึงมักใช้เพื่อชาร์จแบตเตอรี่ ซึ่งเก็บพลังงานไว้ใช้ในภายหลัง

แผงโซลาร์เซลล์อาจเป็นหนึ่งในวิธีการผลิตไฟฟ้าที่เข้าถึงได้มากที่สุด แต่พวกมันจ่ายไฟฟ้าเพียงส่วนเล็ก ๆ ของโลก น้อยกว่า 1 เปอร์เซ็นต์

พูดอย่างเคร่งครัด กระบวนการของนิวเคลียร์ฟิชชันไม่ใช่ปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ แต่มาจากธรรมชาติ นิวเคลียร์ฟิชชันถูกประดิษฐ์ขึ้นในไม่ช้าหลังจากที่นักวิทยาศาสตร์สามารถเข้าใจอะตอมและปรากฏการณ์ทางธรรมชาติของกัมมันตภาพรังสี แม้ว่าในขั้นต้นจะใช้ฟิชชันเพื่อทำระเบิด แต่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกก็ออนไลน์เพียงสามปีหลังจากที่ระเบิดลูกแรกถูกระเบิดที่ไซต์ Trinity ในทะเลทรายนิวเม็กซิโก

ปฏิกิริยาฟิชชันที่ควบคุมได้เกิดขึ้นภายในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทุกแห่งของโลก มันสร้างความร้อนเพื่อต้มน้ำ ซึ่งผลิตไอน้ำที่จำเป็นในการขับเคลื่อนกังหันไฟฟ้า เมื่อปฏิกิริยาฟิชชันเริ่มต้นขึ้น จะต้องใช้เชื้อเพลิงเพียงเล็กน้อยเพื่อดำเนินการต่ออย่างไม่มีกำหนด

เกือบ 20 เปอร์เซ็นต์ของความต้องการไฟฟ้าของโลกนั้นมาจากเครื่องกำเนิดพลังงานนิวเคลียร์ เดิมทีถือว่าเป็นแหล่งพลังงานราคาถูกที่แทบไม่จำกัด การแยกตัวของนิวเคลียร์มีความรุนแรง ข้อเสีย ไม่น้อยไปกว่านั้นคือความเป็นไปได้ของการล่มสลายและการปล่อยอันตรายที่ไม่สามารถควบคุมได้ รังสี อุบัติเหตุที่รู้จักกันดี 2 ครั้ง ครั้งหนึ่งที่โรงไฟฟ้าเชอร์โนบิลของรัสเซีย และอีกแห่งที่ฟุกุชิมะ. ของญี่ปุ่น ได้ขจัดอันตรายเหล่านี้และทำให้การผลิตพลังงานนิวเคลียร์น่าสนใจน้อยกว่าหนึ่งครั้ง เคยเป็น

ลึกลงไปในเปลือกโลก แรงกดดันและอุณหภูมิมีมากจนทำให้หินกลายเป็นลาวาหลอมเหลว วัสดุที่มีความร้อนยวดยิ่งนี้จะไหลผ่านเส้นเลือดในเปลือกโลกซึ่งบางครั้งนำมันเข้าใกล้พื้นผิว ชุมชนในพื้นที่ที่เกิดเหตุการณ์นี้สามารถใช้ความร้อนเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าและเพื่อให้ความอบอุ่นแก่บ้านของตนได้ สิ่งนี้เรียกว่าพลังงานความร้อนใต้พิภพ และในบางกรณี มันถูกเสริมด้วยวัสดุกัมมันตภาพรังสีในพื้นดิน ซึ่งสร้างความร้อนเช่นกัน

เพื่อใช้ประโยชน์จากพลังงานความร้อนใต้พิภพ นักพัฒนาได้เจาะอุโมงค์ลงดินในตำแหน่งที่เหมาะสมและหมุนเวียนน้ำผ่านอุโมงค์ น้ำร้อนจะไหลออกมาเป็นไอน้ำ ซึ่งสามารถนำมาใช้โดยตรงเพื่อให้ความร้อนหรือหมุนกังหัน ในบางกรณี ความร้อนจะถูกถ่ายเทจากน้ำไปยังสารอื่นที่มีจุดเดือดต่ำกว่า เช่น ไอโซบิวเทน และไอที่เป็นผลทำให้กังหันหมุน

ในรูปแบบที่ง่ายที่สุด พลังงานความร้อนใต้พิภพให้การรักษาและความสะดวกสบายที่สปาธรรมชาติและน้ำพุร้อนตราบเท่าที่มีคนมาใช้บริการบ่อยๆ ญี่ปุ่นเป็นประเทศที่มีการเคลื่อนไหวทางธรณีวิทยามากที่สุดแห่งหนึ่งของโลก และมีเครือข่ายน้ำพุร้อนธรรมชาติขนาดใหญ่และมีประวัติศาสตร์การแช่ตัวที่ยาวนาน ผู้เชี่ยวชาญคาดการณ์ว่ามีแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพเพียงพอที่จะรองรับกระแสไฟฟ้าได้ถึง 10 เปอร์เซ็นต์ ทำให้มีศักยภาพความร้อนใต้พิภพเป็นอันดับสามของโลก รองจากสหรัฐอเมริกาและ อินโดนีเซีย.

ทรัพยากรบางอย่างเปราะบางและหายไป และการเปลี่ยนให้เป็นพลังงานที่ใช้งานได้จะสร้างมลพิษที่เปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมของดาวเคราะห์ ทรัพยากรอื่นๆ ขึ้นอยู่กับพลวัตของดวงอาทิตย์และดาวเคราะห์เท่านั้นที่สัญญาว่าจะไม่เปลี่ยนแปลงในอีกไม่กี่พันล้านปีข้างหน้า ในปัจจุบันนี้ มนุษยชาติมีทางเลือกเร่งด่วนที่จะต้องตัดสินใจ การอยู่รอดของมันอาจขึ้นอยู่กับความสามารถในการเปลี่ยนการพึ่งพาจากเดิมเป็นอย่างหลังในระยะเวลาอันสั้น