Hvad er de største energikilder på jorden?

Indhold

• Fossile brændstoffer drev den industrielle revolution
• Floder og vandløb er en vigtig energikilde
• Havene er også vigtige energiressourcer
• Teknologi udnytter sol- og vindkraft
• Kernekraftproduktion alternativ til fossile brændstoffer
• Geotermisk energi
• Mennesker er nødt til at træffe et valg

Det kræver en masse energi at pleje en art som f.eks homo sapiens. I de sidste par århundreder er denne art fremkommet som en sammenkoblet global tilstedeværelse på en måde, som så vidt videnskaben ved aldrig har forekommet før på planeten.

De typer af energi, mennesker har brug for, inkluderer elektricitet til at drive deres hjem og industrier, biokemisk energi til at fodre deres kroppe og brændbare ressourcer til varme, transport og industriel produktion.

I bred skala afhænger jordens evne til at tilvejebringe, hvad mennesker har brug for, fem hovedkilder:

Derudover stammer en vigtig energiforsyning til mennesker fra de nedbrydelige organer af organismer, der har blomstret og døde i hele eonerne. I modsætning til de ovenfor anførte ressourcer er denne levering dog begrænset.

Fossile brændstoffer drev den industrielle revolution

Fossile brændstoffer, der inkluderer olie, naturgas og kul, er faktisk en anden form for solenergi. For æoner siden konverterede levende organismer solens lys og varme til de kulstofbaserede molekyler, der dannede deres kroppe. Organismerne døde, og deres kroppe sænk dybt ned i jorden og i bunden af ​​verdenshavene. I dag kan energien, der er låst i disse kulstofbindinger, frigives ved at hente, hvad deres rester blev til, og brænde dem.

Olie og naturgas kommer fra mikroskopisk havplankton, der levede for millioner af år siden. De døde og sænkede i bunden af ​​verdenshavene, hvor nedbrydning og andre kemiske processer gjorde dem til voksagtige kerogen og vente bitumen. Havbundene tørrede til sidst ud, og disse materialer blev begravet under klippe og jord. De er blevet råmaterialer til fremstilling, benzin, dieselolie, parafin og en række andre olieprodukter.

Den traditionelle måde at hente råolie op fra jorden er ved boring, men hydraulisk brud, eller fracking, er blevet et ofte anvendt moderne alternativ. I denne proces tvinges en blanding af sand, vand og potentielt farlige kemikalier ned i jorden for at fortrænge petroleum. Fracking er en dyr proces, og det har en række skadelige virkninger på grundfjeldet, vandbordet og den omgivende luft.

Kul kommer fra landplanter, der slog sig ned i myrer og sumpe og blev til tørv. Torven størknet, når jorden blev tørret ud, og den blev til sidst dækket af andre klipper. Presset gjorde det til det sorte, stenede stof, der blev brændt i mange industrianlæg og kraftværker. Alt dette begyndte at ske for 300 millioner år siden, da dinosaurer strejfe om jorden, men i modsætning til den populære myte, er kul ikke dekomponeret dinosaurier.

Floder og vandløb er en vigtig energikilde

I årtusinder har mennesker udnyttet vandkraften til at udføre arbejde, og i fysik er arbejde synonymt med energi. Vandhjul placeret i nærheden af ​​en vandløb eller vandfald har brugt den energi, der genereres ved at flytte vand til at fræse korn, overrisle afgrøder, så træ og udføre en række andre opgaver. Med fremkomsten af ​​elektricitet er vandhjul blevet omdannet til kraftværker.

Vandturbinen er hjertet i en vandkraftværker, og den fungerer på grund af fænomenet elektromagnetisk induktion, opdaget af fysiker Michael Faraday i 1831. Faraday fandt, at en spindemagnet inde i en spole eller ledende ledning genererer en elektrisk strøm i spole, og mindre end 100 år senere kom den første induktionsgenerator online på Niagara Falls.

I dag forsyner vandkraftværker ca. 6 procent af den elektricitet, der forbruges på verdensplan. Forbrænding af fossile brændstoffer til generering af damp og spin-turbiner genererer på den anden side næsten 60 procent af verdens elektricitet. Mest vandkraft genereres af dæmninger, ikke af vandfald.

En dæmning, som en strøm eller vandfald, afhænger af tyngdekraften. Vandet går ind i en passage øverst på dæmningen, strømmer gennem et rør, der forstørrer sin energi og spinder en turbin, før den går ud i nærheden af ​​dæmningen. To af verdens største vandelektriske dæmninger er Three Gorges-dæmningen i Kina, der genererer 22,5 gigawatt energi og Itaipu-dæmningen ved grænsen mellem Brasilien / Paraguay, der genererer 14 GW. Den største dæmning i Nordamerika er Grand Coulee Dam i Washington State, der kun genererer ca. 7 megawatt.

Havene er også vigtige energiressourcer

Havene er en af ​​verdens vigtigste energiressourcer af to grunde. Den første er, at de har strømme, som sammen med vinden danner bølger. Bølger kan omdannes til elektricitet. Fordi de er resultatet af temperaturforskelle forårsaget af solens varme, bølger og strømme, der danner dem, er teknisk set en form for solenergi.

Den anden energiressource i oceanerne er tidevandene, der er forårsaget af tyngdepåvirkningerne fra månen og solen såvel som af jordens bevægelser. Der findes også teknologier til at konvertere energien i tidevandet til elektricitet.

Bølgenererende stationer er endnu ikke mainstream, og prototypen, der blev indsat uden for Skotlands kyst, genererer kun 0,5 MW. Tilgængelige bølgeteknologier inkluderer:

Tidevandskraftværker kan bruge strømmen ved indgående og udgående tidevand til direkte spin turbiner. Vand er ca. 800 gange tættere end luft, så hvis en turbin placeres på havbunden, genererer tidevandsbevægelserne betydelig kraft til at dreje dem. Tidevandssperresystemer er imidlertid mere almindelige.

En tidevandssperre er en barriere, der er anbragt over en tidevandsbassin, der tillader vand fra stigende tidevand at komme ind, derefter lukkes og kontrollerer udstrømningen på ebevandet. Den største sådanne generator er Sihwa Lake Tidal Power Station i Sydkorea. Det genererer ca. 254 MW.

Teknologi udnytter sol- og vindkraft

To af de mest kendte måder at generere elektricitet på på en måde, der ikke er afhængige af, at fossile brændstoffer forsvinder og ikke skaber forurening, er at indsætte vindmøller eller fotovoltaiske paneler. Fordi solen er ansvarlig for temperaturforskellene, der skaber vind, er begge strengt taget former for solenergi.

Vindgeneratorer fungerer ligesom vandkraftværker eller bølgedrevne. Når vinden blæser, drejer den en aksel, der er forbundet med gear til en kraftgenererende induktionstil turbin. Moderne turbiner er kalibreret for at give vekselstrøm på samme frekvens som konventionel vekselstrøm, hvilket gør den tilgængelig til øjeblikkelig brug. Vindmølleparker over hele verden leverer næsten 5 procent af verdens elektricitet.

Solpaneler er afhængige af den fotovoltaiske effekt, hvorved solens stråling skaber en spænding i et halvledende materiale. Spændingen skaber jævnstrøm, der skal konverteres til AC ved at føre den gennem en inverter. Solpaneler producerer kun elektricitet, når solen er ude, så de bruges ofte til at oplade batterier, som opbevarer strømmen til senere brug.

Solpaneler repræsenterer måske en af ​​de mest tilgængelige metoder til generering af elektricitet, men de leverer kun en lille brøkdel af verdens elektricitet - mindre end 1 procent.

Kernekraftproduktion alternativ til fossile brændstoffer

Strengt taget er processen med nuklear fission ikke et naturligt forekommende fænomen, men det kommer fra naturen. Nuclear fission blev opfundet kort efter, at forskere var i stand til at forstå atomet og det naturlige fænomen radioaktivitet. Selvom fission oprindeligt blev brugt til at fremstille bomber, kom det første atomkraftværk online kun tre år efter, at den første bombe blev eksploderet på Trinity-stedet i New Mexico-ørkenen.

Kontrollerede fissionreaktioner forekommer i alle verdens atomkraftværker. Det genererer varme til at koge vand, hvilket producerer den damp, der er nødvendig for at drive elektriske turbiner. Når en fission-reaktion starter, har den brug for lidt brændstof for at fortsætte på ubestemt tid.

Næsten 20 procent af verdens elektriske behov er opfyldt af kernekraftproducenter. Oprindeligt betragtet som en billig kilde til næsten ubegrænset strøm, har nuklear fission alvorlige ulemper, ikke mindst er muligheden for nedsmeltning og ukontrolleret frigivelse af skadelig stråling. To velkendte ulykker, den ene ved Russias Tjernobyl-kraftværk og den anden ved Japans Fukushima-anlæg, har undgået disse farer og gjort atomkraftproduktionen mindre attraktiv, end den engang var.

Geotermisk energi

Dybt inde i jordskorpen, tryk og temperaturer er så store, at de væsker sten til smeltet lava. Dette overophedede materiale løber gennem vener i skorpen, som lejlighedsvis leder det tæt på overfladen. Samfund i områder, hvor dette sker, kan bruge varmen til at generere elektricitet og til at give varme til deres hjem. Dette kaldes geotermisk energi, og i nogle tilfælde forstærkes det af radioaktive materialer i jorden, som også genererer varme.

For at gøre brug af geotermisk energi borer udviklere en tunnel ned i jorden på et egnet sted og cirkulerer vand gennem tunnelen. Det opvarmede vand kommer til overfladen som damp, hvor det kan bruges direkte til opvarmning eller til spin af en turbin. I nogle tilfælde overføres varmen fra vandet til et andet stof med et lavere kogepunkt, såsom isobutan, og den resulterende damp spinder turbinerne.

I sin enkleste form har geotermisk energi sørget for helbredelse og komfort ved naturlige kurbade og varme kilder, så længe der har været folk til at hyppige dem. Japan er et af de mest geologisk aktive lande i verden, og det har et stort netværk af naturlige varme kilder og en lang historie med blødgøring. Eksperter estimerer, at det har tilstrækkelige geotermiske ressourcer til at imødekomme op til 10 procent af dets elbehov, hvilket gør sit geotermiske potentiale til tredjeplads i verden, kun bag USA og Indonesien.

Mennesker er nødt til at træffe et valg

Nogle ressourcer er skrøbelige og forsvinder, og ved at omdanne dem til brugbar energi skabes forurenende stoffer, der ændrer planetmiljøet. Andre ressourcer afhænger kun af sol- og planetarisk dynamik, der lover at forblive uændret i de næste par milliarder år. I øjeblikket har menneskeheden et presserende valg. Dens meget overlevelse kan afhænge af dens evne til at skifte sin afhængighed fra førstnævnte til sidstnævnte på kort tid.