Что такое возобновляемая энергия?
Возобновляемая энергия поступает из источников, которые восполняются естественным образом, таких как солнце и ветер. Традиционные источники энергии, такие как уголь и нефть, имеют ограниченный объем ресурсов, и при сжигании выделяют углерод в виде двуокиси углерода и метана – двух парниковых газов, которые вносят значительный вклад в ускорение глобального изменения климата. Возобновляемые источники энергии, с другой стороны, либо не выделяют углерод, либо являются углеродно-нейтральными, то есть поглощают столько углерода, сколько выделяют.
Почему так важны возобновляемые источники энергии?
Использование возобновляемых источников энергии – относительно новое явление в истории производства энергии человеком. Ранние предки человека использовали древесину для выработки тепловой энергии, а затем перешли на уголь, топливо с более высокой плотностью энергии, как описано в учебнике “Кембриджская всемирная история”(Cambridge University Press, 2015). Нефть в настоящее время является топливом для большей части мировой транспортной отрасли, включая автомобили, самолеты, лодки и поезда, согласно данным Управление энергетической информации СШАn (EIA).
Уголь, нефть и природный газ называются «ископаемым топливом», потому что продукты образуются в течение тысячелетий, когда тепло и давление преобразовывали окаменелые останки мертвых растений и животных, пойманных в ловушку под землей, согласно Геологическая служба Ирландии.
Сжигание ископаемого топлива, например, на электростанциях или автомобилях, высвобождает углерод, который был захвачен под землей, в атмосферу. Зависимость человечества от ископаемого топлива является основной причиной изменения климата из-за большого количества углерода, которое ископаемое топливо выбрасывает в атмосферу при горении.
По теме: Пристрастие человека к ископаемому топливу: выбросы парниковых газов достигают рекордного уровня
Ископаемое топливо не только ускоряет глобальное изменение климата, но и его предложение ограничено, поэтому оно не является устойчивым источником энергии. Промышленные предприятия, страны и отдельные лица во всем мире в настоящее время обращаются к возобновляемым источникам энергии, которые либо не производят углерод для производства энергии, либо являются углеродно-нейтральными, чтобы минимизировать вклад человечества в изменение климата и гарантировать, что у нашей планеты есть энергия для будущего.
Ископаемые виды топлива, такие как уголь, обеспечивают большую часть энергии в мире, но их предложение ограничено. (Изображение предоставлено Полом Симпсоном / Гетти) Типы возобновляемых источников энергии
Вот некоторые из наиболее распространенных источников возобновляемой энергии и некоторые опасения по поводу них:
Солнечная
Солнечная энергия включает в себя преобразование солнечного излучения в удерживаемое тепло, а затем использование этого тепла для создания или поддержания химической реакции или выработки электричества, согласно Британская энциклопедия. Этого можно добиться с помощью фотоэлектрических солнечных панелей или концентрация солнечно-тепловой энергии, что позволяет сохранять вырабатываемое солнцем тепло до тех пор, пока не потребуется энергия.
Хотя солнечная энергия бесплатна, она не всегда доступна – солнце не светит ночью, что часто совпадает с пиковым потреблением энергии, согласно Университет Калгари. По этой причине судьба возобновляемых источников энергии, таких как солнце и ветер, зависит от развития эффективное хранение батареи.
По теме: Солнечные электростанции в космосе могут быть ответом на наши потребности в энергии
Есть также экологические проблемы с солнечной энергией, потому что некоторые из химикатов, используемых для производства солнечных панелей, токсичны для окружающей среды. ОВОС. На веб-сайте агентства указано, что «некоторые солнечные тепловые системы используют потенциально опасные жидкости для передачи тепла. Утечки этих материалов могут нанести вред окружающей среде».
ветер
Ветряные турбины – это гигантские ветряные мельницы с огромными лопастями, которые толкает ветер. При вращении лопасти вращают генератор, который вырабатывает электричество. Однако экологические группы и ученые обеспокоены воздействием ветряных турбин на местные популяции птиц и летучих мышей.
Согласно обзору 2015 г., опубликованному в журнале Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергииветровые турбины убивают летучих мышей и птиц, когда они влетают в огромные лопасти турбины. Обзор 2013 г., опубликованный в журнале Возобновляемая энергия По оценкам, ветряные турбины убили примерно 20 000 птиц в США в 2009 году, в то время как электростанции, работающие на ископаемом топливе, убили около 14 миллионов птиц в этом году.
По теме: Как ветряные турбины убивают птиц?
Производство электроэнергии за счет ветра также не является 100% надежным, потому что это зависит от того, дует ветер или нет, и даже в самых ветреных районах могут быть затишья.
Гидроэнергетика
Есть несколько способов использования воды для производства энергии. Например, энергия может быть получена за счет свободного течения воды в реке или ручье или из воды, выпущенной из плотины с большей высотой, в соответствии с Геологическая служба США. Когда вода течет, она вращает турбины, вырабатывающие электричество. Насосное накопление – это еще один метод гидроэнергетики, который включает закачку воды в плотину на большей высоте в непиковые периоды с последующим ее высвобождением для передачи энергии в электрическую сеть, когда есть высокий спрос.
Однако крупные плотины и водохранилища сами по себе вызывают экологические проблемы, поскольку эти крупномасштабные объекты инфраструктуры радикально изменяют водный поток и влияют на местные экосистемы, по словам Американские реки, некоммерческая организация, способствующая сохранению рек. Например, плотина Итайпу, гидроэлектростанция через реку Парана между Парагваем и Бразилией, была построена в 1970-х и 1980-х годах и привела к потере 70% биоразнообразия в окружающей речной среде обитания, сказал профессор Университета штата Мичиган Эмилио Моран. Немецкое информационное агентство Немецкая волна в июне 2020 года.
Но как насчет самого большого водоема на нашей планете? Хотя океан изобилует мощью волн, размещение и строительство эффективной электростанции в неумолимой морской среде представляет собой огромные логистические и финансовые проблемы. Тем не менее, исследователи и инженеры разрабатывают и тестируют новые системы захвата энергии с целью найти эффективный способ использования энергии океанских волн, согласно Министерство энергетики США.
Плотина гидроэлектростанции, сбрасывающая воду. (Изображение предоставлено: Ascent Xmedia / Getty Images)
Геотермальный
Есть два основных метода использования энергии под поверхностью Земли.
Один метод, известный как геотермальный тепловой насос, используется для обогрева или охлаждения домов и других зданий. Эта система работает, используя преимущества температуры всего в нескольких футах под землей, где она относительно стабильна от 50 до 60 градусов по Фаренгейту (от 10 до 16 градусов по Цельсию), согласно данным Институт экологических и энергетических исследований. Заполненные водой трубы заглублены на глубину от 30 до 100 футов (от 9 до 30 метров) под землей и подключены к поверхностному насосу, который циркулирует по трубам. В холодном климате, когда вода перекачивается по более теплым трубам в земле к более прохладным трубам в доме, она выделяет энергию в виде тепла, которое рассеивается в здании, нагревая его. Согласно данным, 9 из 10 домов в Исландии отапливают свои дома этим методом. Национальное управление энергетики Исландии. Геотермальные тепловые насосы также могут использоваться для охлаждения зданий в более теплом климате, где температура под землей ниже, чем температура воздуха.
По теме: Сила магмы: ученые сверлят вулкан, чтобы использовать его энергию.
Дальше под поверхностью Земли находятся резервуары с кипящей водой, находящейся под экстремальным давлением тоннами скальной породы выше. Другой метод производства геотермальной энергии использует глубокие колодцы для доступа к этой воде. По мере того, как горячая вода поднимается на поверхность (за счет снижения давления), она превращается в пар, который создает достаточную силу, чтобы вращать турбины электростанции, подобно механизму угольной электростанции. Эти глубокие геотермальные источники производят значительно меньше токсичного газа и на 99% меньше выбросов углерода, чем угольные электростанции, согласно данным ОВОС.
Биотопливо
Институт экологических и энергетических исследованийнекоммерческая организация, продвигающая устойчивую энергетику, определяет биомассу как “живые или недавно умершие организмы и любые побочные продукты этих организмов, растений или животных. Термин обычно понимается как исключающий уголь, нефть и другие окаменелые остатки организмов, а также почвы. ” Эти продукты из биомассы поглощают энергию и углерод в течение своего срока службы, а затем сжигаются в качестве топлива, как ископаемое топливо, или превращаются в жидкое топливо.
По теме: Биотопливо хуже бензина для климата?
Биотопливо, или энергия, полученная из сжигания биомассы, является одним из наиболее спорных вариантов возобновляемой энергии из-за его зависимости от ферм, лесов и других экосистем как источников биомассы. Например, крупнейшие отрасли сельскохозяйственного производства биотоплива превращают такие культуры, как сахарный тростник и соевые бобы, в энергию, а не продают их в пищу. Но сельское хозяйство – это отрасль с высоким содержанием углерода, а это означает, что это биотопливо не совсем безвредно для окружающей среды. Согласно докладу НАТО за 2010 год, использование продовольственных культур в качестве биотоплива также угрожает продовольственной безопасности, поскольку биотопливные культуры влияют на цены и доступность продовольственных культур.
В первом квартале 2020 года на долю возобновляемых источников энергии приходилось 28% мирового производства электроэнергии, согласно данным Международное энергетическое агентство, автономная межправительственная организация. Однако уголь и газ остаются основными мировыми поставщиками электроэнергии, на которые приходится 60% мирового энергоснабжения.
Основным препятствием для освоения возобновляемых источников энергии была их цена, но по мере развития этих технологий их стоимость значительно снизилась. В период с 2010 по 2019 год стоимость технологий солнечных панелей упала на 82%, за ними следовала концентрация солнечной энергии на 47%, берегового ветра на 40% и морского ветра на 29%, согласно данным Международное агентство по возобновляемым источникам энергии (IRENA), межправительственная организация.
По данным IRENA, более половины возобновляемых мощностей, добавленных в 2019 году, обеспечило более низкие затраты на электроэнергию, чем новая угольная генерация, а новые проекты солнечной и ветровой энергии подрывают самые дешевые из существующих угольных электростанций. Отчет за 2019 год.
Могут ли возобновляемые источники энергии заменить ископаемое топливо?
Учитывая, насколько сильно человечество все еще зависит от ископаемого топлива, смогут ли возобновляемые источники энергии когда-нибудь их заменить?
«Простой ответ -« да », – сказал Томас Кабергер, эксперт по управлению технологиями и экономике и аффилированный профессор Университета Чалмерса в Швеции. Основная причина заключается в том, что развитие промышленных технологий привело к снижению цен на возобновляемые источники энергии, особенно ветряные и солнечные, что позволило им конкурировать с ископаемым топливом, сказал Кабергер. Коммерческие достижения в области эффективных аккумуляторных технологий, стимулированные производителями мобильных телефонов, ноутбуков и автомобилей, также привели к снижению затрат.
Связанный: Этот новый мобильный телефон потребляет так мало энергии, что ему не нужна батарея
«В ближайшие 10 лет мы можем увидеть большой сдвиг от ископаемого топлива к возобновляемым источникам энергии, особенно в сфере производства электроэнергии и транспорта», – сказал Кен Гиллингем, доцент кафедры экономики энергетики Йельского университета. Но для того, чтобы ускорить этот процесс, сказал он, миру необходимы политические меры, такие как налоги на выбросы углерода или смещение государственных субсидий на хранение энергии, а не на производство.
Без государственного вмешательства «мы будем постоянно использовать возобновляемые источники энергии в течение следующего десятилетия, – сказал Гиллингем, – но это само по себе не приведет нас к необходимому уровню для полной декарбонизации электроэнергии».
Дополнительные ресурсы:
В нашем Telegram‑канале вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
