Forskellige Typer af Alternative Energikilder
i flere årtier har der været en hel del debat om de skader på miljøet ved henkastning og pumpning af skadelige gasser i atmosfæren. Mange ideer til, hvordan man beskytter miljøet, er blevet indført, enten ved social bevidsthed eller ved lov, for at hjælpe med at rydde jorden op og reducere fremtidig forurening. Disse ideer spænder fra genbrug til opsamling af affald til brug af alternative energikilder., Vi vil fokusere på de fordele, muligheder og barrierer, der følger med brugen af alternativ energi.
alternativ energi defineres bedst som anvendelse af andre energikilder end traditionelle fossile brændstoffer, der betragtes som miljøskadelige og mangler. Fossile brændstoffer består af naturgas, kul og olie. I øjeblikket er fossile brændstoffer den mest anvendte energikilde til at opvarme vores hjem og drive vores biler. For at bruge disse brændstoffer som energi skal de brændes, og forbrænding af disse brændstoffer frigiver skadelige gasser i atmosfæren og forårsager forurening., Et andet problem forbundet med fossile brændstoffer er deres forsyning: det er uklart, hvor længe olie-og kulreserver vil vare med vores nuværende forbrugshastighed, eller om der findes nye reserver, før de nuværende reserver løber tør. Skøn over, hvor længe de nuværende reserver vil vare overalt fra 20 år til 400 år. På grund af disse bekymringer med fossile brændstoffer begynder flere mennesker at bruge alternative energikilder. Nogle populære alternative energikilder er vindkraft, vandkraft (vandkraft), solenergi, biobrændstoffer og brint., Disse brændstoffer har alle to ting til fælles: Deres lille miljøpåvirkning på jorden og deres bæredygtighed (never ending supply) som energikilde.
så hvis alternative energikilder skal løse vores miljø-og forsyningsproblemer, hvorfor har vi så ikke skiftet til at bruge alternative energikilder alene? Det enkle svar er, at alternative energikilder også har en tendens til at have fælles barrierer for deres anvendelse som udbredte energikilder. Disse barrierer omfatter placering, opbevaring, høje omkostninger til produktion og brug og inkonsekvent energiforsyning.,
vindkraft
vindkraft er ikke en ny energikilde. I hundreder af år har mennesker brugt vindens kraft til at sende deres skibe over oceanerne og brugt vindmøller til at male korn, pumpe vand og så træ. Vindens kraft kan let ses ved at bruge et barns vindmølle. Det grundlæggende koncept er, at når vindmøllen holdes op i modkørende vindstrømme, fanger vinden i knivens kurve, hvilket får vindmøllen til at rotere. Dette er vindens energi på arbejde.,
en vindmølle fungerer meget som en gammeldags vindmølle, idet den også bruger vindens kinetiske energi (energi forårsaget af bevægelse) til at dreje knivene. Bladene drejer en aksel, der er forbundet til en generator. En generator er en enhed, der omdanner mekanisk energi til elektrisk energi. Inde i generatoren bevæges en kobberspole gennem et magnetfelt af akslen, der er forbundet med de bevægelige knive. Denne bevægelse får en elektrisk strøm til at strømme gennem kobberspolen. Når generatoren drives mekanisk af vinden via en vindmølle, kan den lave elektricitet.,
vindkraft er at overveje en ren energikilde, fordi der ikke er nogen kemiske processer involveret i vindkraftproduktion. Der fremstilles ingen biprodukter, såsom kuldio .id, for at forårsage luft-eller vandforurening. Vindproduktion er en vedvarende ressource, der aldrig vil løbe tør, og det er en stor energikilde for mennesker, der bor i fjerntliggende områder, hvor det kan være vanskeligt at forsyne dem med strøm ved hjælp af ledninger forbundet til et kraftværk, der er langt væk. Den faktiske plads, der optages af en vindmølle, er relativt lille sammenlignet med andre alternative energikilder., En diameter på kun ca. seks meter er nødvendig i bunden, hvilket gør ejendomsomkostningerne for en vindmølle relativt billige.
et problem med at bruge vindkraft er, at det ikke altid er en garanteret energikilde. Når vinden ikke blæser, kan der ikke genereres elektricitet, og der skal påberåbes en back-up energikilde. Vindmølleparker er nødvendige for kommerciel generation, som rejser spørgsmålet om natur obstruktion forårsaget af så mange vindmøller linet op ved siden af hinanden. Mange mennesker ønsker ikke at se flere vindmøller uden for deres køkkenvinduer., Et andet problem er den fare, disse bevægelige knive forårsager for fugle, der flyver gennem området. Nybyggeri af vindmøller har større knive, der roterer med langsommere hastigheder, så fugle kan se dem og ikke blive fanget i knivene.
hydroelektricitet
udtrykket hydroelektricitet refererer til generering af elektricitet gennem vandets kraft. “Hydro” kommer fra det græske ord hydra, der betyder vand. Ligesom vindkraft har brug af vand til strøm også tidligere rødder end moderne tid. Vandhjul blev først brugt til at fange vandets energi og mekanisk male korn., De blev senere brugt til pumpning af vand, afgrødevanding, kørsel af savværker og kraftoverførsel af tekstilfabrikker. I dag bruger vi vandturbiner meget gerne vindmøller til at generere elektricitet.
den mest almindelige kilde til at fange kraften i vand i dag er vandkraftværket. Vandkraftværker kræver normalt en dæmning bygget på en flod, der skaber et reservoir af vand. Dæmningen holder vandet tilbage, indtil porte åbner for at lade vandet løbe igennem. Ved hjælp af tyngdekraften løber vandet gennem en rørledning, kaldet en penstock, til turbinen., Højdeændringen gennem penstock hjælper vandet med at opbygge tryk, når det nærmer sig turbinen. Det bevægelige vand når turbinen og drejer turbinens knive. Over turbinen er en generator, som er forbundet med turbinen med en aksel. Ligesom generatoren i en vindmølle producerer generatoren i en vandturbine også elektricitet ved at flytte en række kobberspoler forbi magneter. En transformer tager derefter den elektricitet, der produceres af generatoren, og konverterer den til en højere spændingsstrøm. Elektriciteten er nu klar til at drive virksomheder og boliger via kraftledninger.,
vandkraft er en vedvarende kilde, der ikke forårsager affald eller forurening. I modsætning til vindkraft er vandkraft mere pålidelig. Energien kan lagres op til brug af dæmningen, der holder vand tilbage, indtil der er brug for mere energi. Imidlertid kræver vandkraft et stort kraftværk, som er meget dyrt at bygge. Disse kraftværker kræver også bygning dæmninger på floder, ændre økosystemet i området. I stedet for en flod i området over dæmningen er der nu en stor sø, der udvider sig over landdyrets levesteder., Mængden og kvaliteten af vand, der løber ud af dæmningen, kan have en negativ (negativ) effekt på planterne, der lever på jorden og i vandet nedenfor.
Solenergi
Solenergi bruger simpelthen solens lys som energi. Dette kan gøres ved at bruge en solcelle til at omdanne solens lys til elektricitet, ved hjælp af solvarmepaneler, der bruger sollys til at opvarme luft og vand, eller passivt bruge solens energi ved at lade sollys komme ind gennem vinduer for at opvarme en bygning., Den samlede energi, vi modtager fra solen hvert år, er omkring 35.000 gange mere energi end hvad menneskeheden bruger, hvilket betyder, at denne strømkilde sandsynligvis er en af de bedste kilder til fremtiden. Udfordringen ligger i at udnytte og lagre denne energi på en omkostningseffektiv måde.
en af de mest populære måder at udnytte solens energi på er ved at bruge fotovoltaiske (PV) celler, der også er kendt som solceller. PV-celler fungerer ved at absorbere partiklerne af solenergi, der udgør sollys. Disse partikler kaldes fotoner., De absorberede fotoner overføres til et halvledermateriale, normalt silicium. (Halvledere er stoffer, der leder elektricitet lettere end isolatorer, men ikke så let som ledere som kobber.) Elektroner i halvlederen slås løs af de indkommende fotoner, hvilket efterlader mellemrum mellem atomernes bindinger. Både de løse elektroner og de åbne rum kan bære en elektrisk strøm. PV-celler er bygget med et eller flere elektriske felter for at styre strømmen af elektronerne og dermed styre strømmen af strømmen., Når metalkontakter placeres på toppen og bunden af en PV-celle (meget som et batteri), kan vi udtrække denne elektriske strøm for at bruge den i vores hverdag.
ligesom de ovennævnte alternative energikilder er solenergi vedvarende og ikke-forurenende. I modsætning til vindmøller og hydroelektricitet er fotovoltaisk omdannelse til elektricitet direkte, hvilket betyder, at en dyr, voluminøs generator ikke er påkrævet. Ligesom vindmøller kan solenergi også bruges i fjerntliggende steder, hvor det ville være økonomisk umuligt at levere strøm fra et langt væk kraftværk., Solenergi kan også være meget effektiv i at levere varme og lys ved brug af sol ovne, sol vandvarmere, sol hjem varmeapparater, og brugen af ovenlys.
Solenergi deler en fælles ulempe med vindmøller: deres uforudsigelighed. Solenergi fungerer kun, når solen er ude, hvilket gør en PV-celle ineffektiv om natten og rammer eller savner i løbet af en overskyet dag. I disse tider skal strømlagring implementeres for at gøre solenergi til den vigtigste strømkilde. Mange former for solenergi er stadig ikke økonomisk praktisk., Fotovoltaiske kraftværker er dyre at bygge og er kun omkring 10% effektive til at producere energi. Det tager cirka fem år for et kraftværk at producere den samme mængde energi, der gik ind i den oprindelige bygning af kraftværket. Med den nuværende teknologi bruges solenergi bedst i mindre skala, såsom individuelle hjem.
biobrændstoffer
Der er mange energikilder, der falder ind under kategorien biobrændstoffer: biomasse, biodiesel, ethanol og methanol er kun få. Den grundlæggende id.her er at bruge organisk stof (normalt planteafledt) som brændstofkilde., Biomasse henviser til at bruge affald og vegetation som brændstofkilde. Når affald nedbrydes (nedbrydes) producerer det en gas kaldet metan, der kan fanges og senere brændes for at producere energi, der kan omdannes til elektricitet. Vegetation kan brændes direkte, ligesom fossile brændstoffer, for at generere energi. Mens disse metoder hjælper på omkostnings-og bæredygtighedsområderne, forårsager de stadig en betydelig miljøpåvirkning, ligesom fossile brændstoffer.
Ethanol og methanol er to alkoholer, der er fremstillet af biomasse., Ethanol er normalt lavet af majs, men kan også fremstilles af landbrugs -, skovhugst-og papiraffald. Methanol er også kendt som træalkohol, fordi det kan fremstilles af træ; men de fleste methanol produceres ved hjælp af naturgas, fordi det er billigere. Mens biodiesel er alternativet for dieselmotorer, er ethanol og methanol alternativerne til ben .inmotorer. De fleste private køretøjer har ben .inmotorer og kan bruge ethanolblandinger med ringe eller ingen ændring af motoren. Ethanol brænder også renere og producerer lavere drivhusgasemissioner end ben .in., Det er dog lidt vanskeligt at sammenligne prisen på ethanol med prisen på ben .in. En gallon ren ethanol indeholder 34% mindre energi end en gallon ren ben .in. En almindelig ethanolblanding, E85, er en blanding af 85% ethanol og 15% ben .in og producerer 27% mindre brændstoføkonomi end 100% ben .in. Så for at E85 skal koste mindre end ben .in, skal den have mere end en prisreduktion på 27% end ben .in. Ben .in, der koster $3.00 en gallon, har den samme brændstoføkonomi som E85, der koster $2.19 en gallon.,
Biodiesel fremstilles ved at kombinere en vegetabilsk olie, såsom raps eller sojaolie, og en alkohol såsom methanol eller ethanol. En katalysator tilsættes ofte for at øge reaktionshastigheden mellem vegetabilsk olie og alkohol. Denne proces til fremstilling af biodiesel kaldes transesterificering (for mere information om transesterificering, Klik her). Denne kemiske proces får glycerinet til at adskille sig fra fedtet i vegetabilsk olie og efterlader to produkter: methylester eller ethylester (det kemiske navn for biodiesel) og glycerin., Glycerin er et værdifuldt biprodukt, der ofte bruges til at fremstille Sæber og andre produkter.
Biodiesel betragtes som et ideelt brændstof, fordi det er rent brændende og kan bruges i enhver dieselmotor. Det er ofte blandet med almindelig petroleum diesel for at undgå komplikationer med koldt vejr brug. Ren biodiesel geler ved en højere temperatur end råolie diesel. (Sojabønner biodiesel, der er købt i USA begynder at gel op på omkring 40 °F.) det betyder, at det er sværere at starte en lastbil i sub-nul temperaturer, der kører på biodiesel end en lastbil, der kører på råolie diesel., Biodiesel koster mere at producere og koster derfor mere at købe end petroleum diesel. Ellers har biodiesel en tendens til at fungere såvel som petroleumdiesel. Ren biodiesel og biodieselblandinger frigiver færre drivhusgasser, er biologisk nedbrydelige (i stand til at nedbrydes ved naturlige processer) og kan forlænge dieselmotorernes levetid. Nogle tankstationer, der leverer diesel, leverer også biodiesel. Disse detailhandlere er mere udbredt i de midtvestlige stater. Her er et kort over detailhandlere, der sælger biodiesel i USA.,
Hydrogen
et af de mest lovende alternative brændstoffer i fremtiden er hydrogen. Det store udbud og ren forbrænding ejendomme har mange forskere og miljøbevidste borgere ser det som en løsning at erstatte de fossile brændstoffer uden drastisk at ændre vores nuværende livsstil, og afhængighed af personlige køretøjer. I modsætning til fossile brændstoffer er det et ikke-kulstofbrændstof, så når det brændes, producerer det ikke mere kuldio .id. Hydrogen er det enkleste og mest rigelige element, der findes på jorden og findes i vand, luft og alt organisk stof., Men selv med disse alle disse positive ting står to store problemer i vejen for at bruge brint som hovedbrændstofkilde: dets produktion og dets opbevaring.
Der er to hovedmåder til fremstilling af hydrogen: elektrolyse og reformering af naturgas. Elektrolyse indebærer anvendelse af en elektrisk strøm til at opdele vandmolekylet i hydrogen og ilt. (Klik her for at adskille brint derhjemme ved hjælp af elektrolyse.,) I forbindelse med reformering af naturgas, metan (som er en hovedbestanddel i den naturgas, der bruges til at producere brint), opvarmes med damp, hvilket medfører en reaktion mellem methan og vanddamp, der producerer brint, kuldioxid, og spormængder af kulilte. I øjeblikket bruger begge metoder naturgas til at producere brint. Reformering af metan kræver opdeling af brint fra kulstof i metan, men elektrolyse kræver en strømkilde til at producere elektricitet til at opdele vandmolekylet. Naturgas bruges oftest som brændstofkilde til at producere denne elektricitet., Da begge disse metoder kræver forbrug af naturgas til at producere brint, koster brint mere at bruge end naturgas.
brint kan bruges til at drive køretøjer på to måder: at producere elektricitet i en brændselscelle eller bruges direkte i en forbrændingsmotor. Anvendelse af brint i en brændselscelle er renere metode. En brændselscelle er en elektrokemisk enhed, der kombinerer brint og ilt for at producere elektricitet. Dens eneste biprodukter er varme og vand, som ikke forurener miljøet., Når man bruger brint direkte i en forbrændingsmotor, brændes brintet med udendørsluften (som er ca.to tredjedele nitrogen), der producerer nitrogenbaserede o .idgasser, hvilket forårsager en vis forurening og vanddamp. Uanset om brint anvendes direkte i en forbrændingsmotor eller i en brændselscelle, kræver begge metoder opbevaring af brint til brug, når køretøjet køres. På vægtbasis producerer brint mest energi, når det brændes sammenlignet med ethvert andet brændstof — et pund brint producerer 2,6 gange mere energi end et pund ben .in., Imidlertid er brint en gas, så et pund brint fylder fire gange så meget plads som et pund ben .in. For eksempel, et køretøj, der holder 15 gallons ben .in skulle holde 60 gallons tilsvarende værdi af brint til at producere den samme mængde energi. Tanken i køretøjet skulle være på størrelse med to gennemsnitlige badekar for at holde det brint, der er nødvendigt for at køre en rimelig afstand uden tankning. Imidlertid, 15 gallon ben .in ville veje 90 pund, mens 60 gallon brint kun ville veje 34 pund.,
for At løse dette rum problem, brint kan omdannes til en væske, som fylder mindre end brint som en gas, men for at gøre brint i en væske, skal det være afkølet og holdt til -423.2 ° Fahrenheit. Opbevaring af brint som gas eller væske er meget dyrt og besværligt. Der er stadig håb i horisonten., Usa Department of Energy har tilbudt tilskud til forskerne at finde måder til at forbedre opbevaring af hydrogen på små køretøjer ved at forbedre komprimering og fortætning af brint, ved hjælp af metalhydrider til at lagre mere brint, uden at lægge for meget vægt på bilen, og forbedret brug af adsorberende materialer til at indsamle og holde brint gas på overfladen af et fast stof., Men selv hvis vi overvinde opbevaring problem, vi står stadig over den hurdle, og regning for at erstatte alle benzin-drevne biler med brint-drevne biler og erstatte benzin-tankstationer med brint-tankstationer til at blive en brint-baseret Amerika.