תוֹכֶן
- מקורות אנרגיה
- אנרגיה מתחדשת הוסברה
- אנרגיה מדלקים מאובנים
- אנרגיה מביומסה
- אנרגיה מהשמש
- אנרגיה מרוח
- כוח גרעיני
מהי אנרגיה ומאיפה היא באה? בשפה היומיומית, אנרגיה היא איכות בלתי מוגדרת אך רצויה המאפשרת לבצע פעולות כמו פעילות גופנית, להשלים מטלות בכיתה ולעשות את העבודה שלך. בפיזיקה כוחו כפול המרחק והוא מתבטא באותן יחידות כמו עבודה וחום. מבחינה מעשית, על מה סומכים חברות אנושיות על חום, אור, תחבורה, ייצור ותהליכים אחרים המפרידים בין בני אדם כיום לאלה שחיו בתקופות פרהיסטוריות ותחילת דרכם.
בימינו אנרגיה גם שנויה במחלוקת - מה לא? - בעיקר בזכות נושא שינויי האקלים. שריפת דלקים מאובנים, בעיקר פחם, הוקמה היטב כתורמת מובילה להתחממות כדור הארץ הנגרמת על ידי האדם כתוצאה מפחמן דו חמצני (CO)2) ששוחררו לאטמוספירה במהלך תהליך הבעירה. אך העולם צריך לייצר אנרגיה רבה בכדי לשמור על רמת החיים האישית והמסחרית המודרנית. למרבה המזל לבריאות הסביבה, מקורות אנרגיה אחרים נחקרים בעוצמה הולכת וגוברת ככל שהכוכב נהיה מושפע יותר ויותר מפגעי שינויי האקלים.
מקורות אנרגיה
באופן כללי, ייצור אנרגיה מגיע משניים ראשוני מקורות; אלה דלקים מאובנים ואנרגיה נקייה. משני המקורות מגיעים ממקורות ראשוניים; דוגמא אחת היא חשמל. בארה"ב צריכת האנרגיה ניתנת בדרך כלל בקילוואט-שעות או קוט"ש. יחידה זו שווה ל -3.6 מיליון ג'ול, כאשר הג'ל, או מטר הניוטון, הוא יחידת האנרגיה הסטנדרטית בפיזיקה. יחידות נפוצות נוספות הן ה- erg, היחידה התרמית הבריטית והקלוריות. (טריוויה: ה"קלוריות "שאתה רואה בתוויות התזונה הוא למעשה קילוקלוריה, או 1,000 קלוריות" אמיתיות ".)
המונחים "אנרגיה נקייה" ו"אנרגיה מתחדשת "משמשים לרוב זה בזה. זה לא מדויק בהחלט מכיוון שכפי שתוכלו לראות, בעוד שאנרגיה גרעינית היא סוג של אנרגיה נקייה, האם ניתן לסווג אותה כמתחדשת פתוחה לשאלה. בלי קשר, צורות של אנרגיה נקייה כוללות - יחד עם כוח גרעיני - אנרגיה סולארית, אנרגיית רוח, כוח מים, אנרגיה גיאותרמית וביו-אנרגיה.
אנרגיה מתחדשת הוסברה
רשימה משמעותית של משאבים מתחדשים לייצור אנרגיה במאה ה -21 תכלול ביומסה (למשל, פסולת עץ ועץ, פסולת עירונית מוצקה, גז הטמנה וביוגז, אתנול וביו דיזל); כוח מים, או כוח מים; אנרגיה גיאותרמית, המגיעה מעומק כדור הארץ; וכוח רוח ושמש. אלה נקראים "מתחדשים" מכיוון שהם נובעים מהיצע שהוא תיאורטי בלתי נדלה. כלומר, בעוד שכדור הארץ צפוי יום אחד להניב את גרם הגז הטבעי האחרון שלו ואונקיית הפחם הסופית שלו, הרעיון של אור שמש, רוח ונהרות שנעלמים לגמרי הוא - מקווים, לפחות! - חסר טעם.
עד אמצע שנות ה- 1800 אמריקה השאירה את האנרגיה הדרושה לה משריפת עץ. מכיוון שאוכלוסיית ארה"ב הייתה נמוכה יחסית, ורוב האנרגיה הזו נועדה לחימום, אור ובישול. מכונות כמו מכוניות ומזגנים עדיין רחוקות, די היה בעץ כדי לעשות את העבודה. מסוף שנות ה- 1800 ועד ראשית המאה ה -21 שימשו דלקים מאובנים (פחם, נפט וגז טבעי) כמקור האנרגיה של המדינות. עד שנות התשעים, המתחדשים העיקריים - מונח שהיה תיאורטי יותר ממשי עד העשורים האחרונים - היו כוח מים וביומסה מוצקה; כיום, דלק ביולוגי, אנרגיה סולארית ואנרגיית הרוח כולם ממלאים תפקידים רציניים והולכים וגדלים.
בשנת 2017, אנרגיה מתחדשת סיפקה כתשיעית מכלל ניצול האנרגיה האמריקני. 57 אחוז מהצריכה הייתה בצורת כוח חשמלי, וכששישי נוצר מחומרים מתחדשים.
אנרגיה מתחדשת חשובה להפחתת פליטות גזי חממה מכיוון שהיא מורידה את התלות בדלקים מאובנים. בעוד שפחם, גז ונפט יחד הם אלופי האנרגיה העולמי הבלתי מעורערים לאורך זמן, צריכת הדלקים הביולוגיים ושאר המתחדשים הלא-הידרואלקטריים הייתה גבוהה פי שתיים בשנת 2017, כפי שהייתה בתחילת המאה ה -21. מגמה זו נדרשה על ידי שילוב של פעולה רגולטורית רשמית ותמריצים פיננסיים לחברות לפיתוח מתחדשים. מגמה זו של הגדלת ניצול הדלקים הביולוגיים שאינם הידרו צפויה להימשך עד 2050.
אנרגיה מדלקים מאובנים
אף על פי שמשהו מהפרסונה הלא גראטה בעולם האנרגיה בימינו, נפט, גז טבעי ונפט נותרו מקורות האנרגיה המובילים בארה"ב ובעולם החל משנת 2018. הבעירה של דלקים אלה אחראית לכ 75 אחוז מפליטת הפחמן הדו-חמצני מאז סוף המאה העשרים.
דלקים מאובנים נוצרו כאשר צמחים ובעלי חיים פרה-היסטוריים נספו ובמשך תקופה של מיליוני שנים נקברו ונמחצו תחת שכבות סלע. בעיקר כתוצאה מהדחיסה המכנית, סוגים שונים של דלקים אלה נוצרו בהתאם לנסיבות המקומיות, כמו איזה חומר המכיל פחמן קיים, כמה זמן הוא נקבר ומה היו טמפרטורות ולחץ בזמן. מקדחים תעשיות דלק מאובנים (נפט וגז) או שלי (פחם) למקורות אנרגיה אלה, ואז שורפים אותם כדי לייצר חשמל או לשנות אותם לשימוש כדלק למטרות חימום (למשל, שמן תנור) או להובלה (למשל, בנזין).
אנרגיה מביומסה
ביומסה מתייחסת לחומר חי לשעבר, כלומר לצמחים ובעלי חיים. מקורות אנרגיה ביומסה כוללים פסולת מעיבוד עץ, הניתנת לשרוף לחימום מבנים, לייצור חום בתהליך בתעשייה ולייצור חשמל; חומרי פסולת חקלאית הניתנים לשרוף כדלק או להמרה לדלק ביולוגי נוזלי; כמה זבל שניתן לשרוף לייצור חשמל בתחנות כוח או להמיר לביוגז במזבלות; ואפילו זבל וביוב, שניתן להמיר לביוגז.
אנרגיה מהשמש
השמש הייתה כמובן מקור לאנרגיה לכל היצורים החיים לאורך ההיסטוריה האנושית. לאחרונה אנשים פיתחו את היכולת לרתום אנרגיה זו ולהשתמש בה בשימושים מודרניים שונים. מערכות אנרגיה תרמית סולארית משמשות כיום לחימום מים לשימוש בבתים, בניינים ומערבולות; לחמם את פנים בתים, סככות וחממות; ומחממים נוזלים לטמפרטורות הגבוהות מאוד הנדרשות בתחנות כוח סולאריות.
מערכות פוטו וולטאיות סולאריות משמשות להמרת אור שמש לחשמל. תאים פוטו-וולטאיים, או PV, ממירים אור שמש לחשמל. חלקם יכולים להניע מכשירים קטנים כמו מחשבונים ושעונים, בעוד מערכים גדולים של תאי PV יכולים לייצר מספיק חשמל לבית טיפוסי. בחלק מתחנות הכוח הללו ישנם מערכים מסיביים של תאי PV המשתרעים על פני דונם מרובים, ואלה גדולים מספיק כדי לספק את צרכי החשמל באלפי בתים.
אנרגיה מרוח
בשעות אור היום האוויר מעל הארץ מתחמם במהירות רבה יותר מאשר אוויר מעל המים. אוויר מעל אדמה מתרחב ועולה כשהוא מתחמם, ואוויר כבד וקריר יותר זורם לתפוס את מקומו ויוצר רוח. בלילה הרוחות הופכות כיוון. באופן דומה, הרוחות האטמוספריות המעגלות את כדור הארץ נוצרות מכיוון שהאדמה הסמוכה לקו המשווה חמה יותר מהארץ הסמוכה לקטבים. כוח רוח שנלכד על ידי טחנות רוח (לרוב במערכים גדולים) משמש בעיקר לייצור חשמל
כוח גרעיני
כוח גרעיני הוא דוגמא לאנרגיה שהיא "נקייה" ונחשבת למתחדשת על ידי מקורות מסוימים, ובכל זאת היא שנויה במחלוקת בפני עצמה. מכיוון שהאספקה העולמית של אורניום, החומר המשמש בתחנות כוח גרעיניות, היא סופית, בדרך כלל גוש הכוח עם דלקים מאובנים ומסווג כבלתי ניתן להתחדשות.
בכל מקרה, הכוח הגרעיני סיפק 20 אחוז מהאנרגיה בארה"ב החל משנת 2018, לאחר שהיה בשימוש למעלה מ- 60 שנה. בגלל תפקידם בסיוע בעקיפין להפחתת פליטת פחמן, "מפעלי עירום" נותרים תווך בארה"ב כמו גם בחו"ל. בגלל תאונות ומפחדים מתוקשרים לאורך השנים בתחנות כוח גרעיניות, אנשים רבים עדיין שומרים על מקור אנרגיה זה, אך הקונצנזוס המדעי מעדיף את ההתפתחות בתחום זה עם דגש על בטיחות.