Sisu
- Fossiilsed kütused toetasid tööstusrevolutsiooni
- Jõed ja ojad on peamine energiaallikas
- Ookeanid on samuti olulised energiaressursid
- Tehnoloogia kasutab päikese- ja tuuleenergiat
- Fossiilkütustele alternatiivne tuumaenergia tootmine
- Geotermiline energia
- Inimesed peavad valiku tegema
Selliste liikide turgutamiseks kulub palju energiat homo sapiens. Viimastel sajanditel on see liik ilmnenud omavahel seotud globaalse kohalolekuna viisil, mida teaduse andmetel pole kunagi varem planeedil esinenud.
Inimeste jaoks vajalike energialiikide hulka kuulub elekter kodude ja tööstuste varustamiseks, biokeemiline energia oma keha toitmiseks ning põlevad loodusvarad soojuse, transpordi ja tööstusliku tootmise jaoks.
Laias laastus sõltub maakera võime pakkuda inimestele vajalikku viiest peamisest allikast:
Lisaks saadakse inimesele oluline energiavarustus lagundavate organismide kehade kaudu, mis on õitsenud ja surnud tervete eoonide jooksul. Erinevalt ülalnimetatud ressurssidest on see pakkumine siiski piiratud.
Fossiilsed kütused toetasid tööstusrevolutsiooni
Fossiilsed kütused, sealhulgas nafta, maagaas ja kivisüsi, on tegelikult veel üks päikeseenergia vorm. Eonid tagasi muutsid elusorganismid päikese valguse ja soojuse süsinikupõhisteks molekulideks, mis moodustasid nende keha. Organismid surid ja nende keha vajus sügavale maapinnale ja ookeanide põhjadesse. Tänapäeval saab nendesse süsiniksidemetesse lukustatud energiat vabastada, otsides, milleks nende jäänused on muutunud, ja põletades neid.
Nafta ja maagaas pärinevad mikroskoopilisest mere planktonist, mis elas miljoneid aastaid tagasi. Nad surid ja uppusid ookeanide põhja, kus lagunemine ja muud keemilised protsessid muutsid need vahajasteks kerogeen ja tõrva bituumen. Lõpuks kuivasid ookeanipõhjad ja need materjalid maeti kivide ja pinnase alla. Nendest on saanud bensiini, diislikütuse, petrooleumi ja hulga muude naftatoodete valmistamise tooraine.
Traditsiooniline viis toornafta maapinnalt saamiseks on puurimine, hüdrauliline purustamine või pragunemine, on muutunud sageli kasutatavaks kaasaegseks alternatiiviks. Selle protsessi käigus surutakse nafta väljatõrjumiseks maasse liiva, vee ja potentsiaalselt ohtlike kemikaalide segu. Lõhestamine on kallis protsess ja sellel on aluspõhjale, veetasemele ja ümbritsevale õhule mitmeid kahjulikke mõjusid.
Kivisüsi pärineb maismaataimedest, mis asustusid rabadesse ja soodesse ning muutusid turbaks. Turvas tahkus, kui maapind kuivas, ja lõpuks kaeti see kivide abil muust prahist. Rõhk muutis selle mustaks kiviseks aineks, mis põles paljudes tööstusettevõtetes ja elektrijaamades. Kõik see algas umbes 300 miljonit aastat tagasi, kui dinosaurused ringi kõndisid, kuid vastupidiselt levinud müüdile ei ole kivisüsi lagunenud dinosaurused.
Jõed ja ojad on peamine energiaallikas
Inimesed on aastatuhandete vältel veetööd rakendanud ja füüsikas on töö sünonüümiks energiale. Oja või juga lähedale paigutatud vesirattad on vee liigutamisel saadud energiat kasutanud vilja jahvatamiseks, põllukultuuride niisutamiseks, puidu saagimiseks ja hulgaliselt muid ülesandeid. Elektrienergia tulekuga on veerattad muudetud elektrijaamadeks.
Vesiturbiin on hüdroelektrijaama süda ja see töötab elektromagnetilise induktsiooni nähtuse tõttu, mille avastas füüsik Michael Faraday 1831. aastal. Faraday leidis, et spiraali sees olev keerlev magnet või juhtiv traat tekitab elektrivoolu ja vähem kui 100 aastat hiljem jõudis esimene induktsioonigeneraator Niagara juga võrku.
Praegu varustavad hüdroelektrijaamad umbes 6 protsenti kogu maailmas tarbitavast elektrienergiast. Fossiilsete kütuste põletamine seevastu genereerib peaaegu 60 protsenti maailma elektrienergiast auru- ja keeruturbiinide tootmiseks. Enamiku hüdroelektrienergiast tekivad tammid, mitte kosed.
Tamm, nagu oja või juga, sõltub gravitatsioonist. Vesi siseneb tammi ülaosas asuvasse läbipääsu, voolab läbi toru, mis suurendab selle energiat ja keerutab turbiini enne tammi põhja lähedal väljumist. Kaks maailma suurimat hüdroelektrijaama tammi on Hiinas asuv Kolme kurgu tamm, mis genereerib 22,5 gigavatti energiat, ja Itaipu tamm Brasiilia / Paraguay piiril, mis genereerib 14 GW. Põhja-Ameerika suurim tamm on Washingtoni osariigis asuv Grand Coulee tamm, mis genereerib vaid umbes 7 megavatti.
Ookeanid on samuti olulised energiaressursid
Ookeanid on maailma üks olulisemaid energiaressursse kahel põhjusel. Esimene on see, et neil on voolud, mis koos tuultega moodustavad laineid. Laineid saab muuta elektriks. Kuna need on päikese kuumuse põhjustatud temperatuurierinevuste tagajärg, on lained ja neid moodustavad voolud tehniliselt päikeseenergia vorm.
Teiseks energiaallikaks ookeanides on looded, mis on põhjustatud kuu ja päikese gravitatsioonilistest mõjudest, aga ka maa enda liikumisest. Samuti on olemas tehnoloogiad loodete energia muundamiseks elektriks.
Laine genereerimisjaamad pole veel tavapärased ja Šotimaa ranniku lähedal kasutusele võetud prototüüp genereerib vaid 0,5 MW. Saadaolevate lainetehnoloogiate hulka kuuluvad:
Loodete elektrijaamad saavad turbiinide otseseks keerutamiseks kasutada sissetulevate ja väljaminevate loodete võimsust. Vesi on umbes 800 korda õhust tihedam, nii et kui turbiin asetatakse ookeani põhja, loodete liikumine tekitab nende keerutamiseks märkimisväärset jõudu. Siiski on loodete tõususüsteemid tavalisemad.
Tõusuveetõus on tõusuveekogumile püstitatud tõke, mis laseb tõusulainest vett siseneda, seejärel sulgeb ja kontrollib mõõnavee väljavoolu. Suurim selline generaator on Lõuna-Korea Sihwa järve loodete elektrijaam. See genereerib umbes 254 MW.
Tehnoloogia kasutab päikese- ja tuuleenergiat
Kaks kõige tuntumat viisi elektrienergia tootmiseks viisil, mis ei sõltu fossiilkütuste kadumisest ega põhjusta reostust, on tuuleturbiinide või fotogalvaaniliste paneelide kasutuselevõtt. Kuna päike vastutab tuule tekitavate temperatuuride erinevuste eest, on mõlemad rangelt päikeseenergia vormid.
Tuulegeneraatorid töötavad täpselt nagu hüdro- või laineenergiaga generaatorid. Kui tuul puhub, keerutab see võlli, mis on hammasrataste abil ühendatud elektrit tootva induktsiooniturbiiniga. Kaasaegsed turbiinid on kalibreeritud tagama vahelduvvoolu samal sagedusel nagu tavaline vahelduvvool, mis teeb selle koheseks kasutamiseks kättesaadavaks. Tuulepargid kogu maailmas tarnivad peaaegu 5 protsenti maailma elektrist.
Päikesepaneelid sõltuvad fotogalvaanilisest efektist, mille abil päikesekiirgus tekitab pooljuhtivast materjalist pinge. Pinge loob alalisvoolu, mis tuleb muundada vahelduvvooluks, juhtides seda läbi muunduri. Päikesepaneelid toodavad elektrit ainult siis, kui päike on väljas, seetõttu kasutatakse neid sageli akude laadimiseks, mis salvestavad energiat hilisemaks kasutamiseks.
Päikesepaneelid on võib-olla üks kõige kättesaadavamaid meetodeid elektrienergia tootmiseks, kuid need varustavad maailma elektrienergiaga vaid väikest osa - alla ühe protsendi.
Fossiilkütustele alternatiivne tuumaenergia tootmine
Rangelt võttes pole tuuma lõhustumise protsess looduslikult esinev nähtus, vaid see pärineb loodusest. Tuuma lõhustumine leiutati varsti pärast seda, kui teadlased suutsid mõista aatomit ja radioaktiivsuse loodusnähtust. Ehkki algselt kasutati pommide tegemiseks lõhustumist, jõudis esimene tuumaelektrijaam võrku alles kolm aastat pärast seda, kui esimene pomm plahvatas New Mexico kõrbes asuvas Trinity paigas.
Kontrollitud lõhustumisreaktsioonid toimuvad kõigis maailma tuumaelektrijaamades. See tekitab vee keetmiseks soojust, mis tekitab elektriturbiinide käitamiseks vajaliku auru. Kui lõhustumisreaktsioon algab, vajab see lõputult jätkumiseks vähe kütust.
Peaaegu 20 protsenti maailma elektrivajadusest katab tuumaenergiageneraatorid. Tuuma lõhustumisel, mida algselt peeti praktiliselt piiramatu energiaallikana, on tõsistel puudustel, sealhulgas vähimalgi määral sulamise võimalus ja kahjuliku kiirguse kontrollimatu eraldumine. Kaks üldtuntud õnnetust, üks Russias Tšernobõli elektrijaamas ja teine Jaapani Fukushima rajatises, on neist ohtudest väljunud ja muutnud tuumaenergia tootmise vähem atraktiivseks kui see oli kunagi varem.
Geotermiline energia
Maapõues sügaval, rõhk ja temperatuur on nii suured, et need likvideerivad kivimi sula laavaks. See ülekuumenenud materjal voolab läbi kooriku veenide, mis aeg-ajalt suunavad selle pinna lähedale. Piirkondade kogukonnad, kus see juhtub, saavad soojust kasutada elektrienergia tootmiseks ja oma kodudele sooja andmiseks. Seda nimetatakse geotermiliseks energiaks ja mõnel juhul täiendavad seda maapinnas olevad radioaktiivsed materjalid, mis tekitavad ka soojust.
Geotermilise energia kasutamiseks puurivad arendajad sobivasse kohta tunnelit maa sisse ja ringlevad tunneli kaudu vett. Kuumutatud vesi tuleb pinnale auruna, kust seda saab kasutada otse kütmiseks või turbiini tsentrifuugimiseks. Mõnel juhul kandub soojus veest üle madalama keemistemperatuuriga ainele, näiteks isobutaanile, ja saadud aur keerutab turbiine.
Geotermiline energia on oma lihtsaimal kujul pakkunud looduslike spaade ja kuumaveeallikate tervendamist ja mugavust nii kaua, kui on olnud inimesi, kes neid sageli käiksid. Jaapan on üks geoloogiliselt aktiivseimaid riike maailmas ning sellel on suur looduslike kuumaveeallikate võrk ja pikk leotamise ajalugu. Ekspertide hinnangul on tal piisavalt geotermilisi ressursse, et täita kuni 10 protsenti oma elektrivajadusest, muutes selle geotermilise potentsiaali maailmas kolmandaks, jäädes maha vaid Ameerika Ühendriikidest ja Indoneesiast.
Inimesed peavad valiku tegema
Mõned ressursid on habras ja kaovad ning nende muundamine kasutatavaks energiaks loob saasteaineid, mis muudavad planeedi keskkonda. Muud ressursid sõltuvad ainult päikese- ja planeedidünaamikast, mis lubab järgmise paari miljardi aasta jooksul muutumatuna püsida. Inimkonnal on praeguses hetkes kiireloomuline valik. Selle ellujäämine võib sõltuda tema võimest lühikese aja jooksul vahetada oma sõltuvus esimesest teise.