Inhoud
- Energiebronnen
- Hernieuwbare energie verklaard
- Energie uit fossiele brandstoffen
- Energie uit biomassa
- Energie van de zon
- Energie uit wind
- Kernenergie
Wat is energie en waar komt het vandaan? In het dagelijks taalgebruik is energie een ondefinieerbare maar wenselijke kwaliteit waarmee je dingen kunt doen zoals sporten, klasopdrachten voltooien en je werk doen. In de natuurkunde is het een kracht vermenigvuldigd met een afstand, en het wordt uitgedrukt in dezelfde eenheden als werk en warmte. In praktische termen is het waar menselijke samenlevingen op vertrouwen voor warmte, licht, transport, productie en andere processen die mensen vandaag de dag scheiden van degenen die in de prehistorische en vroege historische tijd leefden.
Tegenwoordig is energie ook controversieel - wat niet? - vooral dankzij de kwestie van de klimaatverandering. Het verbranden van fossiele brandstoffen, voornamelijk kolen, is stevig gevestigd als een leidende bijdrage aan de door de mens veroorzaakte opwarming van de aarde dankzij de koolstofdioxide (CO2) vrijgegeven in de atmosfeer tijdens het verbrandingsproces. Maar de wereld moet veel energie produceren om de moderne persoonlijke en commerciële levensstandaard te handhaven. Gelukkig voor de gezondheid van het milieu, worden andere bronnen van energie met toenemende kracht verkend naarmate de planeet onverbiddelijk meer en meer wordt beïnvloed door de verwoestingen van klimaatverandering.
Energiebronnen
Over het algemeen komt energieproductie uit twee primair bronnen; dit zijn fossiele brandstoffen en schone energie. Ondergeschikt bronnen komen uit primaire bronnen; een voorbeeld is elektriciteit. In de VS wordt het energieverbruik meestal uitgedrukt in kilowattuur of kWh. Deze eenheid is gelijk aan 3,6 miljoen joule, waarbij de joule of newton-meter de standaard eenheid van energie in de fysica is. Andere veel voorkomende eenheden zijn de erg, de Britse thermische eenheid en de calorie. (Trivia: de "calorie" die je op voedingsetiketten ziet, is eigenlijk een kilocalorie, of 1.000 "echte" calorieën.)
De termen "schone energie" en "hernieuwbare energie" worden vaak door elkaar gebruikt. Dit is niet strikt nauwkeurig omdat, zoals u zult zien, hoewel kernenergie een vorm van schone energie is, de vraag of deze kan worden geclassificeerd als hernieuwbaar. Hoe dan ook, vormen van schone energie omvatten - samen met kernenergie - zonne-energie, windenergie, waterkracht, geothermische energie en bio-energie.
Hernieuwbare energie verklaard
Een zinvolle lijst van hernieuwbare bronnen voor energieproductie in de 21e eeuw zou biomassa omvatten (bijvoorbeeld hout en houtafval, vast stedelijk afval, stortgas en biogas, ethanol en biodiesel); waterkracht of waterkracht; geothermische energie, die diep uit de aarde komt; en wind- en zonne-energie. Deze worden "hernieuwbaar" genoemd omdat ze voortkomen uit een aanbod dat in theorie onuitputtelijk is. Dat wil zeggen, terwijl de aarde naar verwachting op een dag haar laatste gram aardgas en haar laatste gram steenkool zal opleveren, is het idee van zonlicht, wind en rivieren helemaal verdwenen - je hoopt tenminste! - zinloos.
Tot het midden van de 19e eeuw ontleende Amerika de benodigde energie aan het verbranden van hout. Omdat de Amerikaanse bevolking relatief laag was en het grootste deel van deze energie voor verwarming, licht en koken was, met machines zoals auto's en airconditioners nog ver weg, was hout genoeg om het werk te doen. Vanaf het einde van de 19e eeuw tot het begin van de 21e eeuw dienden fossiele brandstoffen (steenkool, olie en aardgas) als energiebron voor de naties. Tot de jaren negentig waren waterkracht en vaste biomassa de belangrijkste hernieuwbare bronnen - een term die tot de laatste decennia theoretischer was dan reëel; vandaag spelen biobrandstoffen, zonne-energie en windenergie allemaal een serieuze en steeds groeiende rol.
In 2017 zorgde hernieuwbare energie voor ongeveer een negende van het totale energieverbruik in de VS. 57 procent van het verbruik was in de vorm van elektriciteit en ongeveer een zesde werd gegenereerd uit hernieuwbare bronnen.
Hernieuwbare energie is belangrijk voor het verminderen van de uitstoot van broeikasgassen omdat het de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen vermindert. Terwijl steenkool, gas en aardolie samen de oude onbetwiste wereldkampioen energie zijn, was het verbruik van biobrandstoffen en andere niet-hydro-elektrische hernieuwbare energiebronnen in 2017 meer dan twee keer zo hoog als het was geweest aan het begin van de 21e eeuw. Deze trend werd gestimuleerd door een combinatie van formele regelgeving en financiële prikkels voor bedrijven om duurzame energie te ontwikkelen. Deze trend van toenemend gebruik van niet-hydrobiobrandstoffen zal zich naar verwachting doorzetten tot 2050.
Energie uit fossiele brandstoffen
Hoewel tegenwoordig iets van een persona non grata in de energiewereld is, bleven olie, aardgas en aardolie de belangrijkste energiebronnen in de VS en wereldwijd vanaf 2018. De verbranding van deze brandstoffen is verantwoordelijk voor 75 procent van de CO2-uitstoot sinds het einde van de 20e eeuw.
Fossiele brandstoffen werden gevormd toen prehistorische planten en dieren omkwamen en gedurende een periode van miljoenen jaren werden begraven en verpletterd onder lagen rots. Voornamelijk als gevolg van mechanische compressie ontstonden verschillende soorten van deze brandstoffen, afhankelijk van de lokale omstandigheden, zoals welke koolstofhoudende materie aanwezig was, hoe lang het begraven was en wat de temperatuur en drukomstandigheden op dat moment waren. De fossiele brandstofindustrie boort (olie en gas) of mijn (steenkool) voor deze energiebronnen en verbrandt ze vervolgens om elektriciteit te produceren of te wijzigen voor gebruik als brandstof voor verwarmingsdoeleinden (bijvoorbeeld ovenolie) of transport (bijvoorbeeld benzine).
Energie uit biomassa
Biomassa verwijst naar voorheen levende materie, dat wil zeggen planten en dieren. Biomassa-energiebronnen zijn onder meer houtverwerkingsafval, dat kan worden verbrand om gebouwen te verwarmen, proceswarmte in de industrie te produceren en elektriciteit op te wekken; agrarische afvalstoffen, die kunnen worden verbrand als brandstof of worden omgezet in vloeibare biobrandstoffen; wat afval, dat kan worden verbrand om elektriciteit op te wekken in elektriciteitscentrales of kan worden omgezet in biogas op stortplaatsen; en zelfs mest en riolering, die kunnen worden omgezet in biogas.
Energie van de zon
De zon is duidelijk een bron van energie geweest voor alle levende wezens in de hele menselijke geschiedenis. Meer recent hebben mensen de mogelijkheid ontwikkeld om deze energie te benutten en voor verschillende moderne toepassingen te gebruiken. Thermische zonne-energiesystemen worden tegenwoordig gebruikt om water te verwarmen voor gebruik in huizen, gebouwen en whirlpools; verwarm de binnenkant van huizen, schuren en kassen; en verwarm vloeistoffen tot de zeer hoge temperaturen die nodig zijn in zonne-energiecentrales.
Fotovoltaïsche systemen op zonne-energie worden gebruikt om zonlicht om te zetten in elektriciteit. Fotovoltaïsche cellen of PV-cellen zetten zonlicht om in elektriciteit. Sommige hiervan kunnen kleine apparaten zoals rekenmachines en horloges van stroom voorzien, terwijl grote reeksen PV-cellen voldoende elektriciteit kunnen produceren voor een typisch huis. Sommige van deze energiecentrales hebben enorme reeksen PV-cellen die zich over meerdere hectaren uitstrekken, en deze zijn groot genoeg om in duizenden huizen aan de elektriciteitsbehoeften te voldoen.
Energie uit wind
Overdag wordt lucht boven land sneller warm dan lucht boven water. Lucht boven land zet uit en stijgt terwijl het opwarmt, en zwaardere, koelere lucht stroomt in om zijn plaats in te nemen en wind te creëren. 'S Nachts keren de windrichting om. Evenzo worden de atmosferische winden die de aarde omcirkelen gecreëerd omdat het land nabij de evenaar warmer is dan het land nabij de polen. Windenergie, opgevangen door windmolens (vaak in grote reeksen) wordt voornamelijk gebruikt voor de opwekking van elektriciteit
Kernenergie
Kernenergie is een voorbeeld van energie die "schoon" is en door sommige bronnen als hernieuwbaar wordt beschouwd, maar het is op zichzelf zeer controversieel. Aangezien de wereldwijde levering van uranium, het materiaal dat in kerncentrales wordt gebruikt, eindig is, wordt kernenergie meestal samengevoegd met fossiele brandstoffen en geclassificeerd als niet-hernieuwbaar.
In ieder geval leverde kernenergie vanaf 2018 20 procent van de energie in de VS, die al meer dan 60 jaar in gebruik is. Vanwege hun rol bij het indirect helpen verminderen van koolstofemissies, blijven "kerncentrales" een steunpilaar in de VS en in het buitenland. Vanwege goed gepubliceerde ongevallen en angsten door de jaren heen bij kerncentrales blijven veel mensen wantrouwend over deze energiebron, maar de wetenschappelijke consensus is voorstander van verdere ontwikkeling op dit gebied met een focus op veiligheid.