verschillende soorten alternatieve energiebronnen
sinds enkele decennia is er nogal wat discussie geweest over de schade die aan het milieu wordt veroorzaakt door het storten en pompen van schadelijke gassen in de atmosfeer. Veel ideeën over hoe het milieu te beschermen zijn ingevoerd, hetzij door sociaal bewustzijn of door de wet, om te helpen de aarde schoon te maken en toekomstige vervuiling te verminderen. Deze ideeën variëren van recycling tot het opruimen van afval, tot het gebruik van alternatieve energiebronnen., We gaan ons richten op de voordelen, mogelijkheden en barrières die het gebruik van alternatieve energie met zich meebrengt.
alternatieve energie wordt het best gedefinieerd als het gebruik van andere energiebronnen dan traditionele fossiele brandstoffen, die als schadelijk voor het milieu worden beschouwd en schaars zijn. Fossiele brandstoffen bestaan uit aardgas, steenkool en olie. Momenteel zijn fossiele brandstoffen de meest gebruikte energiebron om onze huizen te verwarmen en onze auto ‘ s van stroom te voorzien. Om deze brandstoffen als energie te gebruiken, moeten ze worden verbrand, en bij het verbranden van deze brandstoffen komen schadelijke gassen in de atmosfeer terecht, wat vervuiling veroorzaakt., Een ander probleem in verband met fossiele brandstoffen is hun voorziening: het is onduidelijk hoe lang olie-en steenkoolreserves zullen aanhouden met onze huidige consumptiesnelheid of of er nieuwe reserves zullen worden gevonden voordat de huidige reserves uitgeput zijn. Schattingen over de duur van de huidige reserves lopen uiteen van 20 tot 400 jaar. Vanwege deze bezorgdheid over fossiele brandstoffen beginnen meer mensen alternatieve energiebronnen te gebruiken. Enkele populaire alternatieve energiebronnen zijn windenergie, waterkracht (waterkracht), zonne-energie, biobrandstoffen en waterstof., Deze brandstoffen hebben allemaal twee dingen gemeen: hun kleine milieu-impact op de aarde en hun duurzaamheid (nooit eindigende aanvoer) als energiebron.als alternatieve energiebronnen geacht worden onze milieu-en bevoorradingsproblemen op te lossen, waarom zijn we dan niet uitsluitend overgestapt op alternatieve energiebronnen? Het simpele antwoord is dat alternatieve energiebronnen ook vaak gemeenschappelijke belemmeringen hebben voor het gebruik ervan als wijdverspreide energiebronnen. Deze belemmeringen omvatten locatie, opslag, hoge kosten voor productie en gebruik en inconsistente energievoorziening.,
windenergie
windenergie is geen nieuwe energiebron. Al honderden jaren gebruiken mensen de kracht van de wind om hun schepen over de oceanen te sturen en gebruiken windmolens om graan te malen, water te pompen en hout te zagen. De kracht van de wind is het gemakkelijkst te zien met behulp van de windmolen van een kind. Het basisconcept is dat wanneer de windmolen in tegenkomende windstromen wordt vastgehouden, de wind in de kromming van de bladen vangt, waardoor de windmolen draait. Dit is de windenergie op het werk.,
een windturbine werkt net als een ouderwetse windmolen in die zin dat hij ook de kinetische energie van de wind (energie veroorzaakt door beweging) gebruikt om de bladen te draaien. De bladen draaien een as die is aangesloten op een generator. Een generator is een apparaat dat mechanische energie omzet in elektrische energie. In de generator wordt een koperen spoel door een magnetisch veld bewogen door de as die is aangesloten op de bewegende bladen. Deze beweging zorgt ervoor dat een elektrische stroom door de koperen spoel stroomt. Wanneer de generator mechanisch wordt aangedreven door de wind via een windturbine, kan het elektriciteit maken.,
windenergie wordt beschouwd als een schone energiebron omdat er geen chemische processen betrokken zijn bij windenergie. Er worden geen bijproducten gemaakt, zoals kooldioxide, om lucht-of waterverontreiniging te veroorzaken. Windopwekking is een hernieuwbare hulpbron die nooit opraakt, en het is een geweldige energiebron voor mensen die in afgelegen gebieden wonen waar het moeilijk kan zijn om hen van stroom te voorzien door middel van draden die zijn aangesloten op een energiecentrale die ver weg is. De werkelijke ruimte die een windturbine inneemt is relatief klein in vergelijking met andere alternatieve energiebronnen., Een diameter van slechts ongeveer zes voet is nodig aan de basis, waardoor de vastgoedkosten voor een windturbine relatief goedkoop.
een probleem met het gebruik van windenergie is dat het niet altijd een gegarandeerde energiebron is. Als de wind niet waait, kan er geen elektriciteit worden opgewekt en moet er op een back-up-energiebron worden vertrouwd. Windparken zijn nodig voor commerciële opwekking, wat de kwestie van het landschap obstructie veroorzaakt door zo veel windturbines naast elkaar. Veel mensen willen niet meerdere windturbines zien buiten hun keukenramen., Een ander probleem is het gevaar dat deze bewegende messen veroorzaken voor vogels die door het gebied vliegen. Nieuwbouw van windturbines hebben grotere bladen die draaien bij lagere snelheden, zodat vogels ze kunnen zien en niet vast komen te zitten in de bladen.
Hydro-elektriciteit
De term hydro-elektriciteit verwijst naar de opwekking van elektriciteit door middel van waterkracht. “Hydro” komt van het Griekse woord hydra wat water betekent. Net als windenergie heeft het gebruik van water voor energie ook eerdere wortels dan de moderne tijd. Waterwielen werden voor het eerst gebruikt om waterenergie op te vangen en mechanisch graan te malen., Ze werden later gebruikt voor het pompen van water, irrigatie van gewassen, het aandrijven van zagerijen en het aandrijven van textielfabrieken. Vandaag gebruiken we waterturbines net als windturbines om elektriciteit op te wekken.
de meest voorkomende bron voor het opvangen van het vermogen van water is de waterkrachtcentrale. Waterkrachtcentrales vereisen meestal een dam gebouwd op een rivier die een reservoir van water creëert. De dam houdt het water terug tot de poorten opengaan om het water door te laten lopen. Met behulp van de zwaartekracht loopt het water door een pijpleiding, een penstock genaamd, naar de turbine., De hoogteverandering door de penstock helpt het water om druk op te bouwen als het de turbine nadert. Het bewegende water bereikt de turbine en draait de turbinebladen. Boven de turbine bevindt zich een generator, die door een schacht met de turbine is verbonden. Net als de generator in een windturbine produceert de generator in een waterturbine ook elektriciteit door een reeks koperspoelen langs magneten te bewegen. Een transformator neemt dan de elektriciteit die door de generator wordt geproduceerd en zet deze om naar een hogere spanningsstroom. De elektriciteit is nu klaar om bedrijven en woningen van stroom te voorzien via elektriciteitsleidingen.,
waterkracht is een hernieuwbare bron die geen afval of vervuiling veroorzaakt. In tegenstelling tot windenergie is hydro-elektriciteit betrouwbaarder. De energie kan worden opgeslagen voor gebruik door de dam die water tegenhoudt tot er meer energie nodig is. Hydro-elektriciteit vereist echter een grote elektriciteitscentrale, die erg duur is om te bouwen. Deze energiecentrales vereisen ook het bouwen van Dammen op rivieren, waardoor het ecosysteem van het gebied verandert. In plaats van een rivier in het gebied boven de dam, is er nu een groot meer dat zich uitbreidt over de habitats van landdieren., De hoeveelheid en de kwaliteit van het water dat uit de dam stroomt kan een negatief (negatief) effect hebben op de planten die op het land en in het water eronder leven.
zonne-energie
zonne-energie is gewoon het gebruik van het licht van de zon als energie. Dit kan door gebruik te maken van een zonnecel om het licht van de zon om te zetten in elektriciteit, door gebruik te maken van zonnepanelen die zonlicht gebruiken om lucht en water te verwarmen, of door passief gebruik te maken van zonne-energie door zonlicht binnen te laten door ramen om een gebouw te verwarmen., De totale energie die we elk jaar van de zon ontvangen is ongeveer 35.000 keer meer energie dan wat het menselijk ras gebruikt, wat betekent dat deze krachtbron waarschijnlijk een van de beste bronnen voor de toekomst is. De uitdaging ligt in het benutten en opslaan van deze energie op een kosteneffectieve manier.
een van de meest populaire manieren om de energie van de zon te benutten is door het gebruik van fotovoltaïsche (PV) cellen, die ook bekend staan als zonnecellen. PV cellen werken door het absorberen van de deeltjes van zonne-energie die deel uitmaken van zonlicht. Deze deeltjes worden fotonen genoemd., De geabsorbeerde fotonen worden overgebracht naar een halfgeleidermateriaal, meestal silicium. (Halfgeleiders zijn stoffen die elektriciteit gemakkelijker geleiden dan isolatoren, maar niet zo gemakkelijk als geleiders zoals koper.) Elektronen in de halfgeleider worden losgeklopt door de binnenkomende fotonen, waardoor er ruimte overblijft tussen de bindingen van de atomen. Zowel de losse elektronen als de open ruimtes kunnen een elektrische stroom dragen. PV-cellen zijn gebouwd met een of meer elektrische velden om de stroom van de elektronen te regelen, waardoor de stroom van de stroom wordt geregeld., Wanneer metalen contacten op de boven-en onderkant van een PV-cel worden geplaatst (net als een batterij), kunnen we deze elektrische stroom extraheren om het in ons dagelijks leven te gebruiken.
net als de bovengenoemde alternatieve energiebronnen is zonne-energie hernieuwbaar en niet vervuilend. In tegenstelling tot windturbines en hydro-elektriciteit, fotovoltaïsche omzetting in elektriciteit is direct, wat betekent dat een dure, omvangrijke generator is niet nodig. Net als windturbines kan zonne-energie ook worden gebruikt op afgelegen locaties waar het economisch onmogelijk zou zijn om stroom te leveren vanuit een veraf gelegen elektriciteitscentrale., Zonne-energie kan ook zeer efficiënt zijn in het leveren van warmte en licht door het gebruik van zonne-ovens, zonneboilers, zonne-huis kachels, en het gebruik van dakramen.
zonne-energie heeft een gemeenschappelijk nadeel met windturbines: hun onvoorspelbaarheid. Zonne-energie werkt alleen als de zon schijnt, waardoor een PV-cel ‘ s nachts ondoeltreffend is en tijdens een bewolkte dag raakt of mist. Voor deze tijden moet energieopslag worden geïmplementeerd om van zonne-energie de belangrijkste energiebron te maken. Veel vormen van zonne-energie zijn nog steeds niet economisch praktisch., Fotovoltaïsche centrales zijn duur te bouwen en zijn slechts ongeveer 10% efficiënt in de productie van energie. Het duurt ongeveer vijf jaar voordat een centrale dezelfde hoeveelheid energie produceert als bij de eerste bouw van de centrale. Met de huidige technologie wordt zonne-energie het best gebruikt op kleinere schaal, zoals individuele woningen.
biobrandstoffen
Er zijn veel energiebronnen die onder de categorie biobrandstoffen vallen: biomassa, biodiesel, ethanol en methanol zijn er slechts een paar. Het basisidee is om organisch materiaal (meestal van plantaardige oorsprong) als brandstof te gebruiken., Biomassa verwijst naar het gebruik van afval en vegetatie als brandstofbron. Wanneer afval ontbindt (afbreekt) produceert het een gas genaamd methaan dat kan worden opgevangen en later verbrand om energie te produceren die kan worden omgezet in elektriciteit. Vegetatie kan direct worden verbrand, net als fossiele brandstoffen, om energie op te wekken. Hoewel deze methoden helpen op het gebied van kosten en duurzaamheid, veroorzaken ze nog steeds een aanzienlijke impact op het milieu, net als fossiele brandstoffen.
Ethanol en methanol zijn twee alcoholen die uit biomassa worden gemaakt., Ethanol wordt meestal gemaakt van maïs, maar kan ook worden gemaakt van landbouw -, houtkap-en papierafval. Methanol is ook bekend als houtalcohol omdat het kan worden gemaakt van hout; echter, de meeste methanol wordt geproduceerd met behulp van aardgas omdat het goedkoper is. Terwijl biodiesel het alternatief is voor dieselmotoren, zijn ethanol en methanol de alternatieven voor benzinemotoren. De meeste particuliere voertuigen hebben benzinemotoren en kan gebruik maken van ethanol mengsels met weinig of geen wijziging van de motor. Ethanol verbrandt ook schoner en produceert lagere broeikasgasemissies dan benzine., Echter, het vergelijken van de prijs van ethanol met de prijs van benzine is een beetje lastig. Eén liter zuivere ethanol bevat 34% minder energie dan één liter zuivere benzine. Een veel voorkomende ethanol mix, E85, is een mengsel van 85% ethanol en 15% benzine en produceert 27% minder brandstofverbruik dan 100% benzine. Dus om E85 minder te kosten dan benzine, moet het meer dan een 27% prijsverlaging hebben dan benzine. Benzine die kost $3,00 een gallon heeft hetzelfde brandstofverbruik als E85 die kost $ 2,19 een gallon.,
Biodiesel wordt gemaakt door een plantaardige olie, zoals canola-of sojaolie, te combineren met een alcohol zoals methanol of ethanol. Een katalysator wordt vaak toegevoegd om de snelheid van de reactie tussen de plantaardige olie en alcohol te verhogen. Dit proces om biodiesel te maken heet transesterificatie (voor meer informatie over transesterificatie, Klik hier). Dit chemische proces zorgt ervoor dat de glycerine te scheiden van het vet in de plantaardige olie, waardoor twee producten achterblijven: methylester of ethylester (de chemische naam voor biodiesel) en glycerine., Glycerine is een waardevol bijproduct dat vaak wordt gebruikt om Zepen en andere producten te maken.
Biodiesel wordt beschouwd als een ideale brandstof omdat deze schoon verbrandt en in elke dieselmotor kan worden gebruikt. Het wordt vaak gemengd met gewone petroleumdiesel om complicaties met koud weergebruik te vermijden. Zuivere biodiesel gels bij een hogere temperatuur dan petroleum diesel. (Soja biodiesel gekocht in de VS begint te gel up bij ongeveer 40 ° F.) Dit betekent dat het moeilijker is om een vrachtwagen te starten in temperaturen onder nul die draait op biodiesel dan een vrachtwagen die draait op petroleum diesel., Biodiesel kost meer om te produceren en dus meer om te kopen dan petroleumdiesel. Anders werkt biodiesel net zo goed als petroleumdiesel. Zuivere biodiesel en biodieselmengsels brengen minder broeikasgassen vrij, zijn biologisch afbreekbaar (kunnen ontleden door natuurlijke processen) en kunnen de levensduur van dieselmotoren verlengen. Sommige tankstations die diesel leveren, leveren ook biodiesel. Deze retailers komen vaker voor in de Midwest Staten. Hier is een kaart van detailhandelaren die biodiesel verkopen in de Verenigde Staten.,
waterstof
een van de meest veelbelovende alternatieve brandstoffen van de toekomst is waterstof. Veel wetenschappers en milieubewuste burgers zien het als de oplossing om fossiele brandstoffen te vervangen zonder onze huidige levensstijl en afhankelijkheid van persoonlijke voertuigen drastisch te veranderen. In tegenstelling tot fossiele brandstoffen is het een niet-koolstofbrandstof, dus wanneer het wordt verbrand, produceert het niet meer kooldioxide. Waterstof is het eenvoudigste en meest voorkomende element op aarde en wordt gevonden in water, lucht en alle organische materie., Maar zelfs met al deze positieve elementen staan twee grote problemen het gebruik van waterstof als voornaamste brandstofbron in de weg: de produktie en de opslag ervan.er zijn twee manieren om waterstof te produceren: elektrolyse en reforming van aardgas. Elektrolyse omvat het gebruik van een elektrische stroom om het watermolecuul in waterstof en zuurstof te splitsen. (Om waterstof thuis te scheiden met behulp van elektrolyse, Klik hier., In het proces van de reforming van aardgas wordt methaan (een hoofdbestanddeel in het aardgas dat wordt gebruikt om waterstof te produceren) verhit met behulp van stoom, waardoor een reactie ontstaat tussen methaan en waterdamp die waterstof, kooldioxide en sporen van koolmonoxide produceert. Momenteel maken beide methoden gebruik van aardgas om waterstof te produceren. Het reformeren van methaan vereist het splitsen van de waterstof van de koolstof in methaan, maar elektrolyse vereist een krachtbron om elektriciteit te produceren om het watermolecuul te splitsen. Aardgas wordt meestal gebruikt als brandstof voor de productie van deze elektriciteit., Aangezien beide methoden het verbruik van aardgas vereisen om waterstof te produceren, kost waterstof meer om te gebruiken dan aardgas.
waterstof kan op twee manieren worden gebruikt om voertuigen aan te drijven: om elektriciteit op te wekken in een brandstofcel of om rechtstreeks in een verbrandingsmotor te worden gebruikt. Het gebruik van waterstof in een brandstofcel is de reinigingsmethode. Een brandstofcel is een elektrochemisch apparaat dat waterstof en zuurstof combineert om elektriciteit te produceren. De enige bijproducten zijn warmte en water, die het milieu niet vervuilen., Bij het gebruik van waterstof direct in een verbrandingsmotor, de waterstof wordt verbrand met de buitenlucht (die ongeveer twee derde stikstof) produceren stikstof gebaseerde oxide gassen, die enige vervuiling veroorzaken, en waterdamp. Of waterstof nu rechtstreeks in een verbrandingsmotor of in een brandstofcel wordt gebruikt, beide methoden vereisen de opslag van waterstof voor gebruik tijdens het rijden met het voertuig. Op gewichtsbasis, waterstof produceert de meeste energie wanneer verbrand in vergelijking met elke andere brandstof — een Pond waterstof produceert 2,6 keer meer energie dan een Pond benzine., Waterstof is echter een gas, dus een Pond waterstof neemt vier keer de hoeveelheid ruimte in beslag, net als een Pond benzine. Bijvoorbeeld, een voertuig dat 15 gallons benzine houdt zou moeten houden 60 gallons equivalente waarde van waterstof om dezelfde hoeveelheid energie te produceren. De tank in het voertuig zou de grootte van twee gemiddelde badkuipen om de waterstof die nodig is om een redelijke afstand rijden zonder tanken bevatten. De 15 liter benzine zou echter 90 pond wegen, terwijl de 60 liter waterstof slechts 34 pond zou wegen.,
om dit ruimteprobleem op te lossen, kan waterstof worden omgezet in een vloeistof die minder ruimte inneemt dan waterstof als gas, maar om waterstof in een vloeistof te veranderen, moet het worden gekoeld en tot -423,2 ° Fahrenheit worden gehouden. Het opslaan van waterstof als gas of vloeistof is erg duur en omslachtig. Toch is er hoop aan de horizon., Het Amerikaanse Ministerie van energie heeft subsidies aangeboden aan wetenschappers om manieren te vinden om de opslag van waterstof op kleine voertuigen te verbeteren door het verbeteren van compressie en vloeibaarmaking van waterstof, met behulp van metaalhydriden om meer waterstof op te slaan zonder toevoeging van te veel gewicht aan het voertuig, en het verbeteren van het gebruik van adsorberende materialen te verzamelen en te houden waterstofgas op het oppervlak van een vaste stof., Maar zelfs als we het opslagprobleem overwinnen, worden we nog steeds geconfronteerd met de Horde en de kosten van het vervangen van alle benzine-aangedreven auto ’s door waterstof-aangedreven auto’ s en het vervangen van benzine-tankstations door waterstof-tankstations om een op waterstof gebaseerde Amerika te worden.