Innhold
- Fossile drivstoff drev den industrielle revolusjonen
- Elver og bekker er en viktig energikilde
- Havene er også viktige energiressurser
- Teknologi utnytter sol- og vindkraft
- Generering av kjernekraft alternativ til fossile brensler
- Geotermisk energi
- Mennesker må ta et valg
Det tar mye energi å pleie en art som f.eks homo sapiens. I løpet av de siste århundrene har denne arten dukket opp som en sammenkoblet global tilstedeværelse på en måte som så langt vitenskapen vet aldri har skjedd før på planeten.
De energitypene mennesker trenger inkluderer strøm til å drive hjem og næringer, biokjemisk energi til å mate kroppene deres og brennbare ressurser for varme, transport og industriell produksjon.
I bred skala avhenger jordens evne til å skaffe det mennesker trenger, fem hovedkilder:
I tillegg er en viktig energiforsyning for mennesker hentet fra de nedbrytende kroppene av organismer som har blomstret og døde gjennom hele eons. I motsetning til ressursene som er oppført over, er imidlertid denne tilbudet begrenset.
Fossile drivstoff drev den industrielle revolusjonen
Fossilt brensel, som inkluderer olje, naturgass og kull, er faktisk en annen form for solenergi. For et år siden konverterte levende organismer solens lys og varme til de karbonbaserte molekylene som dannet kroppene deres. Organismene døde, og kroppene deres sank dypt ned i bakken og til bunnen av havene. I dag kan energien som er fastlåst i disse karbonbindinger frigjøres ved å hente frem restene deres og brenne dem.
Olje og naturgass kommer fra mikroskopisk sjøplankton som levde for millioner av år siden. De døde og sank til bunnen av havene, hvor nedbrytning og andre kjemiske prosesser gjorde dem til voksaktig kerogen og blir liggende bitumen. Havbunnene tørket til slutt ut, og disse materialene ble begravet under stein og jord. De har blitt råvarene for fremstilling, bensin, diesel, petroleum og en rekke andre petroleumsprodukter.
Den tradisjonelle måten å hente råolje fra bakken på er ved å bore, men hydraulisk brudd, eller fracking, har blitt et ofte brukt moderne alternativ. I denne prosessen blir en blanding av sand, vann og potensielt farlige kjemikalier tvunget ned i bakken for å fortrenge petroleum. Fracking er en kostbar prosess, og det har en rekke skadelige effekter på berggrunnen, vannbordet og luften rundt.
Kull kommer fra landplanter som slo seg ned i myrer og sumper og ble til torv. Torven stivnet når bakken tørket ut, og den ble til slutt dekket over av stein annet rusk. Presset gjorde det om til det svarte, steinete stoffet som ble brent i mange industrianlegg og kraftstasjoner. Alt dette begynte å skje for rundt 300 millioner år siden, da dinosaurer streifet rundt jorden, men i motsetning til populær myte, er ikke kull dekomponerte dinosaurer.
Elver og bekker er en viktig energikilde
I årtusener har mennesker utnyttet vannkraften for å utføre arbeid, og i fysikk er arbeid synonymt med energi. Vannhjul plassert i nærheten av en bekk eller foss har brukt energien som genereres ved å flytte vann til kvern, vanning avlinger, sagved og utføre en rekke andre oppgaver. Med bruk av strøm har vannhjul blitt omgjort til kraftverk.
Vannturbinen er hjertet i en vannkraftgenerasjonsstasjon, og den fungerer på grunn av fenomenet elektromagnetisk induksjon, oppdaget av fysikeren Michael Faraday i 1831. Faraday fant ut at en spinnmagnet inne i en spole eller ledende ledning genererer en elektrisk strøm i spole, og mindre enn 100 år senere kom den første induksjonsgeneratoren online på Niagara Falls.
I dag leverer vannkraftverk omtrent 6 prosent av strømmen som forbrukes over hele verden. Forbrenning av fossilt brensel for å generere damp og spinnturbiner genererer derimot nesten 60 prosent av verdens strøm. Mest vannkraft genereres av demninger, ikke av fosser.
En demning, som en bekk eller foss, er avhengig av tyngdekraften. Vannet kommer inn i en passasje på toppen av demningen, renner gjennom et rør som forstørrer energien og snurrer en turbin før den går ut i nærheten av dammen. To av verdens største vannkraftsdammer er Three Gorges Dam i Kina, som genererer 22,5 gigawatt energi og Itaipu Dam på grensen mellom Brasil / Paraguay, som genererer 14 GW. Den største dammen i Nord-Amerika er Grand Coulee Dam i Washington State, som bare genererer rundt 7 megawatt.
Havene er også viktige energiressurser
Havene er en av verdens viktigste energiressurser av to grunner. Den første er at de har strømmer, som i forbindelse med vindene danner bølger. Bølger kan gjøres om til strøm. Fordi de er resultatet av temperaturforskjeller forårsaket av solvarmen, er bølger og strømmer som danner dem teknisk sett en form for solenergi.
Den andre energiressursen i havene er tidevannet, som er forårsaket av tyngdekraftspåvirkningene fra månen og solen, så vel som av bevegelsene til selve jorden. Det finnes også teknologier for å konvertere energien i tidevannet til elektrisitet.
Bølgenererende stasjoner er ennå ikke mainstream, og prototypen, som ble distribuert utenfor kysten av Skottland, genererer bare 0,5 MW. Tilgjengelige bølgeteknologier inkluderer:
Tidevannskraftstasjoner kan bruke kraften fra inn- og utgående tidevann for å snurre turbiner direkte. Vann er omtrent 800 ganger tettere enn luft, så hvis en turbin plasseres på havbunnen, genererer tidevannsbevegelsene betydelig kraft til å snurre dem. Tidevannssperresystemer er imidlertid mer vanlig.
En tidevannssperre er en barriere som er reist over et tidevannsbasseng som gjør at vann fra stigende tidevann kan komme inn, og deretter stenge og kontrollere utstrømningen i tidevannet. Den største slike generatorer er Sihwa Lake Tidal Power Station i Sør-Korea. Den genererer omtrent 254 MW.
Teknologi utnytter sol- og vindkraft
To av de mest kjente måtene å generere strøm på en måte som ikke er avhengige av å forsvinne fossilt brensel og ikke skaper forurensning, er å distribuere vindturbiner eller solcellepaneler. Fordi solen er ansvarlig for temperaturforskjellene som skaper vind, er begge strengt tatt former for solenergi.
Vindgeneratorer fungerer akkurat som vannkraftverk eller bølgedrevne. Når vinden blåser, snurrer den en aksel som er koblet med gir til en kraftgenererende induksjonstil turbin. Moderne turbiner er kalibrert for å gi vekselstrøm med samme frekvens som konvensjonell vekselstrøm, noe som gjør den tilgjengelig for øyeblikkelig bruk. Vindparker over hele verden forsyner nesten 5 prosent av verdens strøm.
Solcellepaneler er avhengige av den fotovoltaiske effekten, der solstrålingen skaper en spenning i et halvledende materiale. Spenningen skaper likestrøm som må konverteres til AC ved å føre den gjennom en omformer. Solcellepaneler genererer bare strøm når solen er ute, så de blir ofte brukt til å lade batterier, som lagrer strømmen til senere bruk.
Solcellepaneler representerer kanskje en av de mest tilgjengelige metodene for å generere strøm, men de leverer bare en liten brøkdel av verdens strøm - mindre enn 1 prosent.
Generering av kjernekraft alternativ til fossile brensler
Strengt tatt er prosessen med kjernefysisk fisjon ikke et naturlig forekommende fenomen, men det kommer fra naturen. Kjernefysjon ble oppfunnet rett etter at forskere var i stand til å forstå atomet og det naturlige fenomenet radioaktivitet. Selv om fisjon opprinnelig ble brukt til å lage bomber, kom det første kjernekraftverket på nettet bare tre år etter at den første bomben ble eksplodert på Trinity-stedet i New Mexico-ørkenen.
Kontrollerte fisjonreaksjoner forekommer i alle verdens kjernekraftstasjoner. Det genererer varme til å koke vann, som produserer dampen som trengs for å drive elektriske turbiner. Når en fisjon reaksjon starter, trenger den lite drivstoff for å fortsette på ubestemt tid.
Nesten 20 prosent av verdens elektriske behov blir dekket av kjernekraftgeneratorer. Opprinnelig betraktet som en billig kilde til praktisk talt ubegrenset kraft, har kjernefysisk splitting alvorlige ulemper, ikke minst er muligheten for nedbrytning og ukontrollert frigjøring av skadelig stråling. To kjente ulykker, ett ved Russias Tsjernobyl kraftverk og et annet på Japans Fukushima-anlegg, har avverget disse farene og gjort kjernekraftproduksjonen mindre attraktiv enn den en gang var.
Geotermisk energi
Dypt inne i jordskorpen, trykk og temperaturer er så store at de væsker berg til smeltet lava. Dette overopphetede materialet renner gjennom årer i jordskorpen som tidvis leder det nær overflaten. Samfunn i områder der dette skjer kan bruke varmen til å generere strøm og til å gi varme til hjemmene sine. Dette kalles geotermisk energi, og i noen tilfeller blir det forsterket av radioaktive materialer i bakken, som også genererer varme.
For å benytte seg av geotermisk energi borer utviklere en tunnel ned i jorden på et egnet sted og sirkulerer vann gjennom tunnelen. Det oppvarmede vannet kommer til overflaten som damp, hvor det kan brukes direkte til oppvarming eller til å spinne en turbin. I noen tilfeller overføres varmen fra vannet til et annet stoff med et lavere kokepunkt, for eksempel isobutan, og den resulterende dampen surrer turbinene.
I sin enkleste form har geotermisk energi gitt helbredelse og komfort ved naturlige spa og varme kilder så lenge det har vært folk å hyppige dem. Japan er et av de mest geologisk aktive landene i verden, og det har et stort nettverk av naturlige varme kilder og en lang historie med soaking. Eksperter anslår at den har nok geotermiske ressurser til å dekke opptil 10 prosent av strømbehovet, noe som gjør det geotermiske potensialet til tredje plass i verden, bare bak USA og Indonesia.
Mennesker må ta et valg
Noen ressurser er skjøre og forsvinner, og ved å konvertere dem til brukbar energi skaper miljøgifter som endrer planetmiljøet. Andre ressurser avhenger bare av sol- og planetarisk dynamikk som lover å forbli uendret de neste milliarder årene. I øyeblikket har menneskeheten et presserende valg å ta. Selve overlevelsen avhenger av dens evne til å skifte avhengighet fra førstnevnte til sistnevnte på kort tid.