Περιεχόμενο
- Τα ορυκτά καύσιμα προωθούσαν τη βιομηχανική επανάσταση
- Οι ποταμοί και οι ρέματα αποτελούν σημαντική πηγή ενέργειας
- Οι ωκεανοί είναι επίσης σημαντικοί ενεργειακοί πόροι
- Τεχνολογία τροφοδοτεί ηλιακή και αιολική ενέργεια
- Παραγωγή εναλλακτικών πηγών πυρηνικής ενέργειας στα ορυκτά καύσιμα
- Γεωθερμική ενέργεια
- Οι άνθρωποι πρέπει να κάνουν μια επιλογή
Παίρνει πολλή ενέργεια για να θηλάσει ένα είδος όπως homo sapiens. Τους τελευταίους αιώνες το είδος αυτό εμφανίστηκε ως μια διασυνδεδεμένη παγκόσμια παρουσία με τρόπο που, όσο η επιστήμη γνωρίζει, δεν έχει συμβεί ποτέ στον πλανήτη.
Οι τύποι ενέργειας που χρειάζονται οι άνθρωποι περιλαμβάνουν την ηλεκτρική ενέργεια για να τροφοδοτήσουν τα σπίτια και τις βιομηχανίες τους, τη βιοχημική ενέργεια για να τροφοδοτήσουν το σώμα τους και τους εύφλεκτους πόρους για ζεστασιά, μεταφορά και βιομηχανική παραγωγή.
Σε ευρεία κλίμακα, η ικανότητα των γειτονιών να παρέχουν αυτό που χρειάζονται οι άνθρωποι εξαρτάται από πέντε κύριες πηγές:
Επιπλέον, ένα σημαντικό ενεργειακό εφοδιασμό για τον άνθρωπο προέρχεται από τα αποσυνθέσιμα σώματα οργανισμών που έχουν ακμάσει και πέθαιναν καθ 'όλη τη διάρκεια των αιώνων. Σε αντίθεση με τους πόρους που αναφέρονται παραπάνω, ωστόσο, αυτή η προσφορά είναι περιορισμένη.
Τα ορυκτά καύσιμα προωθούσαν τη βιομηχανική επανάσταση
Τα ορυκτά καύσιμα, τα οποία περιλαμβάνουν πετρέλαιο, φυσικό αέριο και άνθρακα, είναι στην πραγματικότητα μια άλλη μορφή ηλιακής ενέργειας. Πριν από χρόνια, ζωντανοί οργανισμοί μετασχημάτισαν τον ήλιο φως και θερμότητα στα μόρια με βάση τον άνθρακα που σχημάτιζαν το σώμα τους. Οι οργανισμοί πέθαναν και οι οργανισμοί τους βυθίστηκαν βαθιά μέσα στο έδαφος και στα πυθμένα των ωκεανών. Σήμερα, η ενέργεια που είναι κλειδωμένη σε αυτούς τους δεσμούς άνθρακα μπορεί να απελευθερωθεί με την ανάκτηση των υπολοίπων που τους μετατράπηκαν και την καύση τους.
Το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο προέρχονται από μικροσκοπικό θαλάσσιο πλαγκτόν που ζούσε πριν από εκατομμύρια χρόνια. Πέθαναν και βυθίστηκαν στα πυθμένα των ωκεανών, όπου η αποσύνθεση και άλλες χημικές διεργασίες τους άλλαξαν σε κηρώδη kerogen και να επιβιώσουν πίσσα. Τα κρεβάτια των ωκεανών τελικά στεγνώθηκαν και τα υλικά αυτά θάφτηκαν κάτω από το βράχο και το έδαφος. Έχουν γίνει πρώτες ύλες για παραγωγή, βενζίνη, πετρέλαιο κίνησης, κηροζίνη και πλήθος άλλων πετρελαϊκών προϊόντων.
Ο παραδοσιακός τρόπος για την ανάκτηση αργού πετρελαίου από το έδαφος είναι η διάτρηση, αλλά η υδραυλική ρωγμή, ή fracking, έχει γίνει μια σύγχρονη εναλλακτική λύση που χρησιμοποιείται συχνά. Σε αυτή τη διαδικασία, ένα μείγμα άμμου, νερού και πιθανώς επικίνδυνων χημικών ουσιών εξαναγκάζεται στο έδαφος για να εκτοπίσει το πετρέλαιο. Το Fracking είναι μια δαπανηρή διαδικασία και έχει πολλές επιβλαβείς επιδράσεις στο υπόβαθρο, στο τραπέζι νερού και στον περιβάλλοντα αέρα.
Ο άνθρακας προέρχεται από χερσαία φυτά που εγκαταστάθηκαν σε τυρφώνες και βάλτους και μετατράπηκαν σε τύρφη. Η τύρφη στερεοποιήθηκε καθώς το έδαφος στεγνώθηκε, και τελικά καλύφθηκε από πετρώματα και άλλα συντρίμμια. Η πίεση την μεταμόρφωσε στη μαύρη, βραχώδη ουσία που καίγεται σε πολλές βιομηχανικές εγκαταστάσεις και σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής. Όλα αυτά ξεκίνησαν περίπου 300 εκατομμύρια χρόνια πριν, όταν οι δεινόσαυροι περιπλανημένοι στη γη, αλλά σε αντίθεση με τον λαϊκό μύθο, ο άνθρακας δεν αποσυντίθεται δεινόσαυροι.
Οι ποταμοί και οι ρέματα αποτελούν σημαντική πηγή ενέργειας
Για χιλιετίες, οι άνθρωποι έχουν εκμεταλλευτεί την ισχύ του νερού για να εκτελούν εργασία, και στη φυσική, η εργασία είναι συνώνυμη της ενέργειας. Οι υδραυλικοί τροχοί τοποθετημένοι κοντά σε ρεύμα ή καταρράκτη έχουν χρησιμοποιήσει την ενέργεια που παράγεται από τη μετακίνηση του νερού σε σιτηρά, την άρδευση καλλιεργειών, την κοπή ξύλου και την εκτέλεση πολλών άλλων εργασιών. Με την εμφάνιση του ηλεκτρικού ρεύματος, οι τροχοί νερού έχουν μετατραπεί σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής.
Ο υδροστρόβιλος είναι η καρδιά ενός σταθμού παραγωγής υδροηλεκτρικής ενέργειας και λειτουργεί λόγω του φαινομένου ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, το οποίο ανακάλυψε ο φυσικός Michael Faraday το 1831. Ο Faraday διαπίστωσε ότι ένας περιστρεφόμενος μαγνήτης μέσα σε ένα πηνίο ή αγώγιμο σύρμα παράγει ένα ηλεκτρικό ρεύμα στο πηνίο, και λιγότερο από 100 χρόνια αργότερα, η πρώτη γεννήτρια επαγωγής συνδεόταν στο Niagara Falls.
Σήμερα, οι υδροηλεκτρικές εγκαταστάσεις παρέχουν περίπου το 6% της ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλώνεται παγκοσμίως. Η καύση ορυκτών καυσίμων για την παραγωγή ατμοστρόβιλων και στροβίλων στροβιλισμού, από την άλλη πλευρά, παράγει σχεδόν το 60% της παγκόσμιας ηλεκτρικής ενέργειας. Η περισσότερη υδροηλεκτρική ενέργεια παράγεται από φράγματα, όχι από καταρράκτες.
Ένα φράγμα, όπως ένα ρεύμα ή ένας καταρράκτης, εξαρτάται από τη βαρύτητα. Το νερό εισέρχεται σε ένα πέρασμα στην κορυφή του φράγματος, ρέει μέσω ενός σωλήνα που μεγεθύνει την ενέργεια του και περιστρέφει έναν στρόβιλο πριν βγεί κοντά στη βάση του φράγματος. Δύο από τα μεγαλύτερα υδροηλεκτρικά φράγματα παγκοσμίως είναι το Φράγμα Τριών Φαραγγιών στην Κίνα, το οποίο παράγει 22,5 gigawatts ενέργειας και το φράγμα Itaipu στα σύνορα Βραζιλίας / Παραγουάης, το οποίο παράγει 14 GW. Το μεγαλύτερο φράγμα στη Βόρεια Αμερική είναι το φράγμα Grand Coulee στο κράτος της Ουάσιγκτον, το οποίο παράγει μόνο περίπου 7 megawatts.
Οι ωκεανοί είναι επίσης σημαντικοί ενεργειακοί πόροι
Οι ωκεανοί είναι ένας από τους σημαντικότερους ενεργειακούς πόρους παγκοσμίως για δύο λόγους. Το πρώτο είναι ότι έχουν ρεύματα, τα οποία σε συνδυασμό με τους ανέμους σχηματίζουν κύματα. Τα κύματα μπορούν να μετατραπούν σε ηλεκτρισμό. Επειδή είναι αποτέλεσμα διαφορικών θερμοκρασιών που προκαλούνται από τη θερμότητα του ήλιου, τα κύματα και τα ρεύματα που τα σχηματίζουν είναι τεχνικά μια μορφή ηλιακής ενέργειας.
Ο άλλος ενεργειακός πόρος στους ωκεανούς είναι οι παλίρροιες που προκαλούνται από τις βαρυτικές επιδράσεις του φεγγαριού και του ήλιου καθώς και από τις κινήσεις της ίδιας της γης. Υπάρχουν επίσης τεχνολογίες για τη μετατροπή της ενέργειας στις παλίρροιες σε ηλεκτρική ενέργεια.
Οι σταθμοί παραγωγής ενέργειας με κύματα δεν είναι ακόμη καθιερωμένοι και το πρωτότυπο, το οποίο εγκαταστάθηκε εκτός των ακτών της Σκωτίας, παράγει μόνο 0,5 MW. Διαθέσιμες τεχνολογίες κυμάτων περιλαμβάνουν:
Οι παλιρροιακοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής μπορούν να χρησιμοποιήσουν τη δύναμη των εισερχόμενων και εξερχόμενων παλίρροιων για την άμεση περιστροφή στροβίλων Το νερό είναι περίπου 800 φορές πυκνότερο από τον αέρα, οπότε εάν τοποθετηθεί ένας στρόβιλος στον ωκεάνιο πάτο, οι παλιρροιακές κινήσεις παράγουν σημαντική ισχύ για να τις περιστρέψουν. Εντούτοις, τα συστήματα παλιρροιακής φραγής είναι πιο συνηθισμένα.
Ένα παλιρροϊκό φράγμα είναι ένα φράγμα που ανεβαίνει σε μια παλιρροιακή λεκάνη που επιτρέπει στο νερό να εισέλθει από την ανερχόμενη παλίρροια, στη συνέχεια κλείνει και ελέγχει την εκροή στην παλίρροια. Η μεγαλύτερη γεννήτρια αυτού του είδους είναι ο Σταθμός Τείχη της λίμνης Sihwa στη Νότια Κορέα. Δημιουργεί περίπου 254 MW.
Τεχνολογία τροφοδοτεί ηλιακή και αιολική ενέργεια
Δύο από τους πιο γνωστούς τρόπους παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με τρόπο που δεν βασίζεται στην εξαφάνιση ορυκτών καυσίμων και δεν δημιουργούν ρύπανση είναι η εγκατάσταση ανεμογεννητριών ή φωτοβολταϊκών πλαισίων. Επειδή ο ήλιος είναι υπεύθυνος για τις διαφορές θερμοκρασίας που δημιουργούν τον άνεμο, και οι δύο είναι, αυστηρά, μορφές ηλιακής ενέργειας.
Οι ανεμογεννήτριες λειτουργούν ακριβώς όπως υδροηλεκτρικά ή κυματοειδές. Όταν φυσάει ο άνεμος, περιστρέφει έναν άξονα ο οποίος συνδέεται με γρανάζια σε έναν στρόβιλο σχήματος επαγωγής που παράγει ισχύ. Οι σύγχρονοι στρόβιλοι βαθμονομούνται για να παρέχουν ρεύμα εναλλασσόμενου ρεύματος στην ίδια συχνότητα με τη συμβατική ισχύ AC, η οποία την καθιστά διαθέσιμη για άμεση χρήση. Τα αιολικά πάρκα σε όλο τον κόσμο παρέχουν σχεδόν το 5% της παγκόσμιας ηλεκτρικής ενέργειας.
Οι ηλιακοί συλλέκτες βασίζονται στο φωτοβολταϊκό αποτέλεσμα, με αποτέλεσμα η ηλιακή ακτινοβολία να δημιουργεί τάση σε ημιαγωγό υλικό. Η τάση δημιουργεί ρεύμα συνεχούς ρεύματος, το οποίο πρέπει να μετατραπεί σε AC με τη διέλευσή του μέσω ενός μετατροπέα. Οι ηλιακοί συλλέκτες παράγουν μόνο ηλεκτρική ενέργεια όταν ο ήλιος είναι έξω, έτσι χρησιμοποιούνται συχνά για να φορτίζουν τις μπαταρίες, οι οποίες αποθηκεύουν την ισχύ για μεταγενέστερη χρήση.
Οι ηλιακοί συλλέκτες αντιπροσωπεύουν ίσως μία από τις πιο προσιτές μεθόδους παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, αλλά παρέχουν μόνο ένα μικρό κλάσμα της παγκόσμιας ηλεκτρικής ενέργειας - λιγότερο από 1 τοις εκατό.
Παραγωγή εναλλακτικών πηγών πυρηνικής ενέργειας στα ορυκτά καύσιμα
Αυστηρά μιλώντας, η διαδικασία της πυρηνικής σχάσης δεν είναι φυσικό φαινόμενο, αλλά προέρχεται από τη φύση. Η πυρηνική σχάση επινοήθηκε σύντομα αφού οι επιστήμονες μπόρεσαν να καταλάβουν το άτομο και το φυσικό φαινόμενο της ραδιενέργειας. Αν και η σχάση αρχικά χρησιμοποιήθηκε για να κατασκευάσει βόμβες, ο πρώτος πυρηνικός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής ήρθε σε απευθείας σύνδεση μόλις τρία χρόνια μετά την έκρηξη της πρώτης βόμβας στη θέση Trinity στην έρημο του Νέου Μεξικού.
Οι ελεγχόμενες αντιδράσεις σχάσης εμφανίζονται σε όλους τους πυρηνικούς σταθμούς παγκοσμίως. Δημιουργεί θερμότητα για να βράσει το νερό, το οποίο παράγει τον ατμό που απαιτείται για την οδήγηση ηλεκτρικών στροβίλων. Μόλις ξεκινήσει μια αντίδραση σχάσης, χρειάζεται λίγη ποσότητα καυσίμου για να συνεχιστεί επ 'αόριστον.
Σχεδόν το 20% των παγκόσμιων ηλεκτρικών αναγκών καλύπτονται από πυρηνικές γεννήτριες. Αρχικά θεωρήθηκε μια φθηνή πηγή ουσιαστικά απεριόριστης ισχύος, η πυρηνική σχάση έχει σοβαρά μειονεκτήματα, το ελάχιστο των οποίων είναι η πιθανότητα κατάρρευσης και η ανεξέλεγκτη απελευθέρωση βλαβερής ακτινοβολίας. Δύο γνωστά ατυχήματα, το ένα στο εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στο Τσερνομπίλ της Ρωσίας και το άλλο στο εργοστάσιο της Japans Fukushima, απέφυγαν τους κινδύνους αυτούς και κατέστησαν την παραγωγή πυρηνικής ενέργειας λιγότερο ελκυστική από ό, τι ήταν κάποτε.
Γεωθερμική ενέργεια
Βαθιά μέσα στην κρούστα της γης, οι πιέσεις και οι θερμοκρασίες είναι τόσο μεγάλες που υγροποιούν το βράχο σε λιωμένη λάβα. Αυτό το υπερθερμανθέν υλικό περνάει μέσα από φλέβες στο φλοιό που μερικές φορές το κατευθύνουν κοντά στην επιφάνεια. Οι κοινότητες σε περιοχές όπου συμβαίνει αυτό μπορούν να χρησιμοποιήσουν τη θερμότητα για να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια και να παρέχουν ζεστασιά για τα σπίτια τους. Αυτό ονομάζεται γεωθερμική ενέργεια, και σε ορισμένες περιπτώσεις, αυξάνεται με ραδιενεργά υλικά στο έδαφος, τα οποία παράγουν επίσης θερμότητα.
Για να κάνουν χρήση της γεωθερμικής ενέργειας, οι υπεύθυνοι ανάπτυξης τρυπώνουν μια σήραγγα στη γη σε μια κατάλληλη τοποθεσία και κυκλοφορούν το νερό μέσω της σήραγγας. Το θερμό νερό έρχεται στην επιφάνεια ως ατμός, όπου μπορεί να χρησιμοποιηθεί άμεσα για θέρμανση ή για περιστροφή στροβίλου. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η θερμότητα μεταφέρεται από το νερό σε άλλη ουσία με χαμηλότερο σημείο βρασμού, όπως το ισοβουτάνιο, και ο προκύπτων ατμός περιστρέφει τους στροβίλους.
Στην απλούστερη μορφή της, η γεωθερμική ενέργεια έχει προσφέρει επούλωση και άνεση σε φυσικά ιαματικά λουτρά και ιαματικές πηγές για όσο διάστημα υπάρχουν άνθρωποι που τις συχνάζουν. Η Ιαπωνία είναι μια από τις πιο γεωλογικά ενεργές χώρες στον κόσμο και διαθέτει ένα μεγάλο δίκτυο φυσικών ιαματικών πηγών και μακρά ιστορία διαβροχής. Οι ειδικοί εκτιμούν ότι διαθέτει επαρκείς γεωθερμικούς πόρους για να καλύψει έως και το 10% των αναγκών του σε ηλεκτρική ενέργεια, καθιστώντας το γεωθερμικό του δυναμικό τρίτο στον κόσμο, πίσω από τις Ηνωμένες Πολιτείες και την Ινδονησία.
Οι άνθρωποι πρέπει να κάνουν μια επιλογή
Μερικοί πόροι είναι εύθραυστοι και εξαφανίζονται και η μετατροπή τους σε χρήσιμη ενέργεια δημιουργεί ρύπους που αλλοιώνουν το πλανητικό περιβάλλον. Άλλοι πόροι εξαρτώνται μόνο από την ηλιακή και πλανητική δυναμική που υπόσχονται να παραμείνουν αμετάβλητα για τα επόμενα λίγα δισεκατομμύρια χρόνια. Σήμερα, η ανθρωπότητα έχει μια επείγουσα επιλογή να κάνει. Η ίδια η επιβίωσή του μπορεί να εξαρτάται από την ικανότητά του να μεταβάλει την εξάρτησή του από την πρώτη στην τελευταία σε σύντομο χρονικό διάστημα.