コンテンツ
次のような種を育てるには多くのエネルギーが必要です ホモサピエンス。過去数世紀に、この種は、科学が知る限り、地球上でこれまでに発生したことのない方法で、相互接続されたグローバルな存在として出現しました。
人間が必要とするエネルギーの種類には、家庭や産業に電力を供給する電気、体に供給する生化学エネルギー、暖かさ、輸送、工業生産のための可燃性資源が含まれます。
大まかに言えば、人間が必要とするものを提供する地球の能力は、5つの主要なソースに依存しています。
さらに、人間にとって重要なエネルギー供給は、古くから栄え、死んだ生物の分解体から得られます。ただし、上記のリソースとは異なり、この供給は制限されています。
化石燃料が産業革命を推進
石油、天然ガス、石炭を含む化石燃料は、実際には太陽エネルギーの別の形態です。昔、生物は太陽の光と熱を体を形成する炭素ベースの分子に変換していました。生物は死に、その体は地中深く、そして海底に沈みました。今日、それらの炭素結合に閉じ込められたエネルギーは、彼らの残骸が変化したものを取り出して燃やすことによって解放されます。
石油と天然ガスは、数百万年前に住んでいた微細な海のプランクトンから来ています。彼らは死に、海の底に沈みました。そこで、分解や他の化学プロセスがそれらをワックス状に変えました。 ケロジェン とタリー ビチューメン。 海底は最終的に乾燥し、これらの物質は岩と土の下に埋もれました。それらは、製造、ガソリン、ディーゼル燃料、灯油、その他の石油製品の原料になりました。
地面から原油を回収する従来の方法は、掘削によるものですが、水圧破砕、または フラッキング、よく使用される現代的な代替手段になりました。このプロセスでは、砂、水、潜在的に危険な化学物質の混合物が地面に押し込まれ、石油を追い出します。破砕は高価なプロセスであり、岩盤、地下水面、周囲の空気に多くの有害な影響を及ぼします。
石炭は、沼地や沼地に落ち着いて泥炭になった陸上植物から来ています。泥炭は地面が乾くにつれて固まり、最終的に岩やその他の破片で覆われました。圧力はそれを多くの産業プラントと発電所で燃やされる黒い岩のような物質に変えました。このすべては、恐竜が地球を歩き回った約3億年前に起こり始めましたが、一般的な神話に反して、石炭は分解された恐竜ではありません。
川と小川は主要なエネルギー源です
何千年もの間、人間は仕事をするために水力を利用してきましたが、物理学では仕事はエネルギーと同義です。小川や滝の近くに置かれた水車は、水を動かすことによって生成されたエネルギーを使用して、穀物を製粉し、作物を灌漑し、木を挽き、他の多くのタスクを行いました。電気の出現により、水車は発電所に変わりました。
水車は水力発電所の心臓部であり、1831年に物理学者Michael Faradayによって発見された電磁誘導現象のために機能します。ファラデーは、コイルまたは導線内の回転する磁石が、 100年もたたないうちに、最初の誘導発電機がナイアガラの滝でオンラインになりました。
今日、水力発電所は世界中で消費される電力の約6％を供給しています。一方、化石燃料を燃焼させて蒸気を生成し、タービンを回すと、世界の電力のほぼ60％が生成されます。ほとんどの水力発電は、滝ではなくダムによって生成されます。
ダムは、小川や滝のように、重力に依存します。水は、ダムの上部の通路に入り、エネルギーを拡大するパイプを通って流れ、タービンを回転させてから、ダムの基部近くから出ます。世界最大の水力発電ダムの2つは、22.5ギガワットのエネルギーを生成する中国の3峡ダムと、14 GWを生成するブラジル/パラグアイ国境のイタイプダムです。北米最大のダムは、ワシントン州のグランドクーリーダムで、発電量はわずか7メガワットです。
海洋も重要なエネルギー資源です
海洋は、2つの理由から世界で最も重要なエネルギー資源の1つです。 1つ目は、風と連動して波を形成する流れがあることです。波は電気に変えることができます。それらは太陽の熱によって引き起こされる温度差の結果であるため、それらを形成する波と電流は技術的には太陽エネルギーの一形態です。
海洋の他のエネルギー資源は潮です。これは月と太陽の重力の影響と、地球自体の運動によって引き起こされます。潮のエネルギーを電気に変換する技術もあります。
波の発生所はまだ主流ではなく、スコットランドの海岸沖に配備されたプロトタイプはわずか0.5 MWしか発生しません。利用可能な波の技術が含まれます：
潮力発電所は、流入潮流と流出潮流の力を使用して、タービンを直接回転させることができます。水は空気の約800倍の密度があるため、海底にタービンを設置すると、潮の動きによって大きな力が発生して回転します。ただし、潮barシステムの方が一般的です。
潮bar弾は、潮の干満を横切るように設置された障壁であり、上昇する潮からの水が入り、引き潮の流出を閉じて制御します。このような最大の発電機は、韓国の始華湖潮力発電所です。約254 MWを生成します。
テクノロジーは太陽と風力を活用
消滅する化石燃料に依存せず、汚染を生じさせない方法で電気を生成する最も有名な方法の2つは、風力タービンまたは太陽光発電パネルを配備することです。太陽は風を作り出す温度差の原因であるため、どちらも厳密に言えば太陽エネルギーの形態です。
風力発電機は、水力発電や波力発電機と同じように機能します。風が吹くと、シャフトが回転します。シャフトは、ギアによって発電誘導型タービンに接続されています。最新のタービンは、従来のAC電源と同じ周波数でAC電流を供給するように調整されているため、すぐに使用できます。世界中の風力発電所は、世界の電力のほぼ5％を供給しています。
太陽電池パネルは光起電力効果に依存しており、それにより太陽の放射が半導体材料に電圧を発生させます。電圧はDC電流を生成します。DC電流は、インバーターに流すことでACに変換する必要があります。太陽電池パネルは、太陽が外に出たときにのみ発電するため、多くの場合、バッテリーを充電するために使用されます。
ソーラーパネルは、おそらく最も利用しやすい発電方法の1つですが、世界の電力のほんの一部（1％未満）しか供給していません。
化石燃料に代わる原子力発電
厳密に言えば、核分裂のプロセスは自然に発生する現象ではありませんが、自然に由来します。核分裂は、科学者が原子と放射能の自然現象を理解できた直後に発明されました。核分裂はもともと爆弾の製造に使用されていましたが、ニューメキシコ砂漠のトリニティサイトで最初の爆弾が爆発したわずか3年後に最初の原子力発電所がオンラインになりました。
制御された核分裂反応は、世界のすべての原子力発電所内で発生します。熱を生成して水を沸騰させ、電気タービンの駆動に必要な蒸気を生成します。核分裂反応が始まると、無期限に継続するための燃料はほとんど必要ありません。
世界の電気需要のほぼ20パーセントが原子力発電機によって満たされています。もともとは実質的に無制限の電力の安価な供給源と考えられていた核分裂には重大な欠点がありますが、その最大の欠点は、メルトダウンの可能性と有害な放射線の制御されない放出です。ロシアのチェルノブイリ発電所と日本の福島の施設での2つのよく知られた事故により、これらの危険が回避され、原子力発電はかつてないほど魅力的になりました。
地熱エネルギー
地殻の奥深くでは、圧力と温度が非常に大きいため、岩は溶岩に溶け込みます。この過熱した物質は地殻内の脈を通り、時折地表に接近します。これが発生する地域のコミュニティは、熱を使用して電気を生成し、家に暖かさを提供できます。これは地熱エネルギーと呼ばれ、場合によっては、地中の放射性物質によって増強され、熱も発生します。
地熱エネルギーを利用するために、開発者は適切な場所で地球にトンネルを掘削し、トンネルを通して水を循環させます。加熱された水は蒸気として表面に到達し、そこで直接加熱またはタービンの回転に使用できます。場合によっては、熱は水からイソブタンなどの沸点の低い別の物質に伝達され、生成された蒸気がタービンを回転させます。
最も単純な形で、地熱エネルギーは、人々が頻繁に訪れる限り、天然温泉と温泉で癒しと快適さを提供してきました。日本は世界で最も地質学的に活発な国の一つであり、天然温泉の大規模なネットワークと長い浸漬の歴史を持っています。専門家は、電力需要の最大10％を満たすために十分な地熱資源があり、その地熱ポテンシャルは米国とインドネシアに次いで世界で3番目であると推定しています。
人間は選択をしなければならない
一部の資源は脆弱で消滅しており、それらを使用可能なエネルギーに変換すると汚染物質が生成され、惑星の環境が変化します。他のリソースは、今後数十億年間変わらないことを約束する太陽と惑星のダイナミクスのみに依存しています。現在、人類は緊急の選択を迫られています。その存続は、短期間に前者から後者への依存度を切り替える能力に依存する可能性があります。