Kandungan
- Bahan api fosil menghidupkan Revolusi Perindustrian
- Sungai dan Sungai adalah sumber utama tenaga
- Lautan juga penting sumber tenaga
- Teknologi Harnesses Sun dan Wind Power
- Alternatif Generasi Kuasa Nuklear untuk Bahan Api Fosil
- Tenaga Panas Bumi
- Manusia Harus Membuat Pilihan
Ia memerlukan banyak tenaga untuk memelihara spesies seperti homo sapiens. Dalam beberapa abad yang lalu, spesies ini telah muncul sebagai kehadiran global saling berkaitan dengan cara yang, sejauh pengetahuan sains, tidak pernah berlaku sebelum di planet ini.
Jenis tenaga yang diperlukan manusia termasuk elektrik untuk menguasai rumah dan industri mereka, tenaga biokimia untuk memberi makan badan mereka dan sumber mudah terbakar untuk kehangatan, pengangkutan dan pengeluaran perindustrian.
Pada skala yang luas, keupayaan bumi untuk menyediakan apa yang diperlukan manusia bergantung kepada lima sumber utama:
Di samping itu, bekalan tenaga penting untuk manusia diperoleh daripada badan-badan organisma yang telah mereput dan meninggal dunia sepanjang zaman. Walau bagaimanapun, tidak seperti sumber yang disenaraikan di atas, bekalan ini terhad.
Bahan api fosil menghidupkan Revolusi Perindustrian
Bahan bakar fosil, termasuk minyak, gas asli dan arang batu, sebenarnya merupakan bentuk tenaga suria yang lain. Semenjak dahulu, organisma hidup mengubah cahaya matahari dan memanaskan ke dalam molekul berasaskan karbon yang membentuk badan mereka. Organisma meninggal dunia, dan mayatnya tenggelam jauh ke dalam tanah dan ke dasar lautan. Hari ini, tenaga terkunci ke dalam bon karbon boleh dibebaskan dengan mengambil kembali jenazah mereka dan membakarnya.
Minyak dan gas asli berasal dari plankton laut mikroskopik yang hidup berjuta-juta tahun lalu. Mereka mati dan tenggelam ke bahagian bawah lautan, di mana proses penguraian dan lain-lain proses kimia menjadi waxy kerogen dan bertahan bitumen. Katil laut akhirnya kering, dan bahan-bahan ini dikebumikan di bawah batu dan tanah. Mereka telah menjadi bahan mentah untuk pembuatan, petrol, bahan api diesel, minyak tanah dan sebilangan besar produk petroleum lain.
Cara tradisional untuk mendapatkan minyak mentah dari tanah adalah dengan penggerudian, tetapi patah hidraulik, atau fracking, telah menjadi alternatif moden yang sering digunakan. Dalam proses ini, campuran pasir, air dan bahan kimia berbahaya dipaksa ke tanah untuk menggantikan petroleum. Fracking adalah proses yang mahal, dan ia mempunyai beberapa kesan yang merosakkan pada batuan dasar, meja air dan udara sekitarnya.
Batu arang berasal dari tumbuh-tumbuhan daratan yang menjadi lumpur dan rawa dan berubah menjadi gambut. Gambut menguatkan sebagai tanah kering, dan akhirnya ditutup oleh batu-batu runtuhan lain. Tekanan itu mengubahnya menjadi bahan hitam dan berbatu yang dibakar di banyak loji industri dan stesen janakuasa. Semua ini bermula kira-kira 300 juta tahun yang lalu, apabila dinosaur berkeliaran di bumi, tetapi bertentangan dengan mitos popular, arang batu tidak dinosaurus reput.
Sungai dan Sungai adalah sumber utama tenaga
Selama beribu tahun, manusia telah memanfaatkan kuasa air untuk melakukan kerja, dan dalam fizik, kerja sinonim dengan tenaga. Roda air diletakkan berhampiran sungai atau air terjun telah menggunakan tenaga yang dijana oleh memindahkan air ke kilang gandum, mengairi tanaman, melihat kayu dan melakukan pelbagai tugas lain. Dengan adanya tenaga elektrik, roda air telah berubah menjadi loji kuasa.
Turbin air adalah pusat stesen pembangkit kuasa hidroelektrik, dan ia berfungsi kerana fenomena induksi elektromagnetik, yang ditemui oleh ahli fizik Michael Faraday pada tahun 1831. Faraday mendapati bahawa magnet berputar di dalam gegelung atau mengendalikan wayar menghasilkan arus elektrik di dalam gegelung, dan kurang dari 100 tahun kemudian, penjana induksi pertama datang dalam talian di Niagara Falls.
Hari ini, loji hidroelektrik membekalkan kira-kira 6 peratus daripada elektrik yang digunakan di seluruh dunia. Pembakaran bahan api fosil untuk menghasilkan turbin stim dan putaran, sebaliknya menghasilkan hampir 60 peratus daripada tenaga dunia. Kebanyakan kuasa hidroelektrik dihasilkan oleh empangan, bukan oleh air terjun.
Empangan, seperti aliran atau air terjun, bergantung kepada graviti. Air memasuki petak di bahagian atas empangan, mengalir melalui paip yang membesarkan energinya dan berputar turbin sebelum keluar di dekat pangkalan empangan. Dua empangan hidroelektrik terbesar di dunia ialah Empangan Three Gorges di China, yang menghasilkan 22.5 gigawatt tenaga dan Empangan Itaipu di sempadan Brazil / Paraguay, yang menghasilkan 14 GW. Empangan terbesar di Amerika Utara ialah Empangan Grand Coulee di Washington State, yang menghasilkan hanya sekitar 7 megawatt.
Lautan juga penting sumber tenaga
Lautan adalah salah satu sumber tenaga dunia yang paling penting untuk dua sebab. Yang pertama adalah bahawa mereka mempunyai arus, yang bersempena dengan angin, bentuk gelombang. Gelombang boleh berubah menjadi elektrik. Kerana mereka adalah hasil daripada pembezaan suhu yang disebabkan oleh haba matahari, gelombang dan arus yang membentuknya secara teknis merupakan bentuk tenaga solar.
Sumber tenaga lain di lautan adalah pasang surut, yang disebabkan oleh pengaruh gravitasi bulan dan matahari, serta oleh gerakan bumi itu sendiri. Teknologi juga wujud untuk menukar tenaga dalam pasang surut ke elektrik.
Stesen penjanaan gelombang belum arus perdana, dan prototaip, yang digunakan di pantai Scotland, menghasilkan hanya 0.5 MW. Teknologi gelombang disediakan termasuk:
Stesen kuasa pasang surut boleh menggunakan kuasa pasang surut masuk dan keluar untuk menggerakkan turbin secara langsung. Air kira-kira 800 kali lebih padat daripada udara, jadi jika turbin diletakkan di dasar laut, pergerakan pasang surut menghasilkan kuasa yang besar untuk memutarnya. Walau bagaimanapun sistem perisai pasang surut lebih biasa.
Perisai pasang surut adalah penghalang yang didirikan di seluruh lembangan pasang surut yang membolehkan air dari pasang surut masuk, kemudian menutup dan mengawal aliran keluar pada pasang surut. Penjana terbesar itu adalah Stesen Tidal Power Tidal Sihwa di Korea Selatan. Ia menghasilkan kira-kira 254 MW.
Teknologi Harnesses Sun dan Wind Power
Dua cara yang paling terkenal untuk menjana elektrik dengan cara yang tidak bergantung pada menghilangkan bahan api fosil dan tidak mencipta pencemaran adalah untuk menggunakan turbin angin atau panel fotovoltaik. Kerana matahari bertanggungjawab untuk perbezaan suhu yang menghasilkan angin, kedua-duanya, tegas, bentuk tenaga suria.
Penjana angin bekerja sama seperti tenaga hidroelektrik atau gelombang kuasa. Apabila angin bertiup, ia berputar poros yang dihubungkan dengan gear ke turbin gaya induksi penjanaan kuasa. Turbin moden dikalibrasi untuk menyediakan arus AC pada kekerapan yang sama dengan kuasa AC konvensional, yang menjadikannya mudah digunakan. Ladang angin di seluruh dunia membekalkan hampir 5 peratus daripada tenaga dunia.
Panel solar bergantung kepada kesan fotovoltaik, di mana sinaran matahari mencipta voltan dalam bahan semi konduktif. Voltan mencipta arus DC yang perlu ditukar kepada AC dengan lulus melalui penyongsang. Panel suria hanya menjana tenaga elektrik apabila matahari terbenam, jadi ia sering digunakan untuk mengecas bateri, yang menyimpan kuasa untuk kegunaan kemudian.
Panel suria mewakili mungkin satu daripada kaedah yang paling mudah untuk menjana elektrik, tetapi mereka hanya membekalkan sebahagian kecil daripada tenaga elektrik dunia - kurang daripada 1 peratus.
Alternatif Generasi Kuasa Nuklear untuk Bahan Api Fosil
Sebenarnya, proses pembelahan nuklear bukan fenomena yang semulajadi, tetapi ia berasal dari alam semula jadi. Pembelahan nuklear dicipta tidak lama selepas para saintis dapat memahami atom dan fenomena radioaktif. Walaupun pembelahan pada mulanya digunakan untuk membuat bom, loji kuasa nuklear pertama datang dalam talian hanya tiga tahun selepas bom pertama meletup di tapak Triniti di padang pasir New Mexico.
Reaksi pembelahan terkawal berlaku di dalam semua stesen kuasa nuklear dunia. Ia menghasilkan haba untuk mendidih air, yang menghasilkan stim yang diperlukan untuk memacu turbin elektrik. Apabila tindak balas pembelahan bermula, ia memerlukan bahan api yang sedikit untuk diteruskan tanpa henti.
Hampir 20 peratus daripada keperluan elektrik dunia dipenuhi oleh penjana kuasa nuklear. Awalnya dianggap sumber murah yang hampir tidak terbatas kuasa, pembelahan nuklear mempunyai kekurangan yang serius, bukan yang paling sedikit adalah kemungkinan meleleh dan pelepasan radiasi berbahaya yang tidak terkontrol. Dua kemalangan yang terkenal, satu di kilang kuasa Russias Chernobyl dan satu lagi di kemudahan Japans Fukushima, telah menghilangkan bahaya-bahaya ini dan menghasilkan pengeluaran tenaga nuklear yang kurang menarik berbanding dahulu.
Tenaga Panas Bumi
Dalam kerak bumi, tekanan dan suhu sangat besar sehingga mereka mencairkan batu ke dalam lava cair. Kursus bahan panas ini melalui urat dalam kerak yang kadang-kadang mengarahkannya ke permukaan. Komuniti di kawasan yang berlaku ini boleh menggunakan haba untuk menjana elektrik dan memberikan kehangatan untuk rumah mereka. Ini dipanggil tenaga geoterma, dan dalam beberapa kes, ia ditambah dengan bahan radioaktif di dalam tanah, yang juga menghasilkan haba.
Untuk menggunakan tenaga geotermal, pemaju menggerudi terowong ke bumi di tapak yang sesuai dan mengalirkan air melalui terowong. Air dipanaskan ke permukaan sebagai stim, di mana ia boleh digunakan secara langsung untuk pemanasan atau berputar turbin. Dalam sesetengah kes, haba dipindahkan dari air ke bahan lain dengan titik mendidih yang lebih rendah, seperti isobutane, dan wap yang dihasilkan berputar turbin.
Dalam bentuk yang paling sederhana, tenaga geoterma telah memberikan penyembuhan dan keselesaan di spa semulajadi dan mata air panas selagi ada orang yang kerap menggunakannya. Jepun adalah salah satu negara paling aktif di dunia, dan ia mempunyai rangkaian mata air panas semula jadi yang luas dan sejarah perendaman yang panjang. Pakar-pakar menganggarkan bahawa ia mempunyai sumber tenaga panas bumi cukup untuk memenuhi sehingga 10 peratus daripada keperluan elektriknya, menjadikan potensi geotermalnya ketiga di dunia, di belakang hanya Amerika Syarikat dan Indonesia.
Manusia Harus Membuat Pilihan
Sesetengah sumber rapuh dan hilang, dan mengubahnya menjadi tenaga yang boleh digunakan mencipta bahan pencemar yang mengubah persekitaran planet. Sumber-sumber lain hanya bergantung pada dinamika matahari dan planet yang menjanjikan kekal tidak berubah untuk beberapa bilion tahun akan datang. Pada masa ini, manusia mempunyai pilihan segera untuk dibuat. Ketahanannya sangat bergantung pada keupayaannya untuk menukar pergantungannya dari bekas kepada yang terakhir dalam masa yang singkat.