olika typer av alternativa energikällor
under flera årtionden har det diskuterats en hel del om miljöskadorna genom nedskräpning och pumpning av skadliga gaser i atmosfären. Många idéer om hur man skyddar miljön har införts, antingen genom socialt medvetande eller enligt lag, för att hjälpa till att städa upp jorden och minska framtida föroreningar. Dessa idéer sträcker sig från återvinning, att plocka upp skräp, att använda alternativa energikällor., Vi kommer att fokusera på de fördelar, möjligheter och hinder som följer med användningen av alternativ energi.
alternativ energi definieras bäst som användning av andra energikällor än traditionella fossila bränslen, som anses vara miljöskadliga och bristfälliga. Fossila bränslen består av naturgas, kol och olja. För närvarande är fossila bränslen den mest använda energikällan för att värma våra hem och driva våra bilar. Att använda dessa bränslen som energi måste de brännas, och förbränning av dessa bränslen släpper ut skadliga gaser i atmosfären, vilket orsakar förorening., Ett annat problem som är förknippat med fossila bränslen är deras försörjning: det är oklart hur länge olje-och kolreserverna kommer att vara med vår nuvarande konsumtionshastighet eller om nya reserver kommer att hittas innan nuvarande reserver löper ut. Uppskattningar av hur länge nuvarande reserver kommer att pågå någonstans från 20 år till 400 år. På grund av dessa farhågor med fossila bränslen börjar fler människor använda alternativa energikällor. Några populära alternativa energikällor är vindkraft, vattenkraft (vattenkraft), solkraft, biobränslen och väte., Dessa bränslen har alla två saker gemensamt: deras lilla miljöpåverkan på jorden och deras hållbarhet (aldrig sinande försörjning) som en energikälla.
så om alternativa energikällor ska åtgärda våra miljö-och försörjningsproblem, varför har vi inte bytt till att använda alternativa energikällor enbart? Tja, det enkla svaret är att alternativa energikällor också tenderar att ha gemensamma hinder för deras användning som utbredda energikällor. Dessa hinder omfattar plats, lagring, höga kostnader för produktion och användning och inkonsekvent energiförsörjning.,
vindkraft
vindkraft är inte en ny energikälla. I hundratals år har människor använt kraften i vinden för att skicka sina fartyg över haven och använde väderkvarnar för att mala korn, pumpa vatten och såg Trä. Vindkraften kan lättast ses genom att använda ett barns väderkvarn. Grundkonceptet är att när väderkvarnen hålls upp i mötande vindströmmar, fångar vinden i bladets kurva, vilket gör att väderkvarnen roterar. Det här är vindens energi på jobbet.,
en vindturbin fungerar ungefär som en gammaldags väderkvarn genom att den också använder vindens kinetiska energi (energi som orsakas av rörelse) för att vrida bladen. Bladen snurrar en axel som är ansluten till en generator. En generator är en enhet som omvandlar mekanisk energi till elektrisk energi. Inuti generatorn flyttas en kopparspole genom ett magnetfält av axeln som är ansluten till de rörliga bladen. Denna rörelse orsakar en elektrisk ström att strömma genom kopparspolen. När generatorn drivs mekaniskt av vinden via en vindturbin kan den göra El.,
vindkraft anses vara en ren energikälla eftersom det inte finns några kemiska processer som är involverade i vindkraftproduktion. Inga biprodukter tillverkas, t.ex. koldioxid, för att orsaka luft-eller vattenföroreningar. Vindkraftproduktion är en förnybar resurs som aldrig kommer att ta slut, och det är en stor energikälla för människor som bor i avlägsna områden där det kan vara svårt att förse dem med ström genom användning av ledningar som är anslutna till ett kraftverk som är långt borta. Det faktiska utrymme som tas upp av ett vindkraftverk är relativt litet jämfört med andra alternativa energikällor., En diameter på endast cirka sex meter behövs vid basen, vilket gör fastighetskostnaden för ett vindkraftverk relativt billigt.
ett problem med att använda vindkraft är att det inte alltid är en garanterad energikälla. När vinden inte blåser, el kan inte genereras, och en back up energikälla måste åberopas. Vindkraftverk behövs för kommersiell produktion, vilket väcker frågan om miljöhinder som orsakas av så många vindkraftverk uppradade bredvid varandra. Många människor vill inte se flera vindkraftverk utanför sina köksfönster., Ett annat problem är faran dessa rörliga blad orsakar för fåglar som flyger genom området. Nybyggnad av vindkraftverk har större blad som roterar i långsammare hastigheter så att fåglar kan se dem och inte fastna i bladen.
vattenkraft
termen vattenkraft avser elproduktion genom vattenkraft. ”Hydro” kommer från det grekiska ordet hydra vilket betyder vatten. Liksom vindkraft, med hjälp av vatten för makt har också tidigare rötter än modern tid. Vattenhjul användes först för att fånga vattnets energi och mekaniskt slipa korn., De användes senare för att pumpa vatten, gröda bevattning, köra sågverk och driva textilfabriker. Idag använder vi vattenturbiner ungefär som vindkraftverk för att generera el.
den vanligaste källan för att fånga vattenkraften idag är vattenkraftverket. Vattenkraftverk kräver vanligtvis en damm byggd på en flod som skapar en reservoar av vatten. Dammen håller vattnet tillbaka tills portarna öppnas för att låta vattnet rinna igenom. Med hjälp av tyngdkraften går vattnet genom en rörledning, kallad en penstock, till turbinen., Höjdförändringen genom penstocken hjälper vattnet att bygga upp trycket när det närmar sig turbinen. Det rörliga vattnet når turbinen och snurrar turbinens blad. Ovanför turbinen är en generator, som är ansluten till turbinen med en axel. Som generatorn i en vindturbin producerar generatorn i en vattenturbin också el genom att flytta en serie kopparspolar förbi magneter. En transformator tar sedan den el som produceras av generatorn och omvandlar den till en högre spänningsström. Elen är nu redo att driva företag och hem via kraftledningar.,
vattenkraft är en förnybar källa som inte orsakar avfall eller föroreningar. Till skillnad från vindkraft är vattenkraft mer tillförlitlig. Energin kan lagras upp för användning av dammen som håller tillbaka vatten tills mer energi behövs. Vattenkraft kräver emellertid ett stort kraftverk, vilket är mycket dyrt att bygga. Dessa kraftverk kräver också att man bygger dammar på floder och förändrar ekosystemet i området. I stället för en flod i området ovanför dammen finns det nu en stor sjö som expanderar över landdjurens livsmiljöer., Mängden och kvaliteten på vattnet som rinner ut ur dammen kan ha en negativ (negativ) effekt på de växter som lever på marken och i vattnet nedan.
solenergi
solenergi använder helt enkelt solens ljus som energi. Detta kan göras genom att använda en solcell för att omvandla solens ljus till elektricitet, med hjälp av solvärmepaneler som använder solljus för att värma luft och vatten, eller passivt använda solens energi genom att låta solljus komma in genom fönster för att värma en byggnad., Den totala energin vi får från solen varje år är cirka 35 000 gånger mer energi än vad mänskligheten använder, vilket innebär att denna kraftkälla förmodligen är en av de bästa källorna för framtiden. Utmaningen ligger i att utnyttja och lagra denna energi på ett kostnadseffektivt sätt.
ett av de mest populära sätten att utnyttja solens energi är att använda solceller (PV), som också kallas solceller. PV-celler arbetar genom att absorbera partiklarna av solenergi som utgör solljus. Dessa partiklar kallas fotoner., De absorberade fotonerna överförs till ett halvledarmaterial, vanligtvis kisel. (Halvledare är ämnen som leder elektricitet lättare än isolatorer men inte lika lätt som ledare som koppar.) Elektroner i halvledaren slås loss av inkommande fotoner, vilket lämnar mellanslag mellan atomernas bindningar. Både de lösa elektronerna och de öppna utrymmena kan bära en elektrisk ström. PV-celler är byggda med ett eller flera elektriska fält för att styra elektronernas flöde och därigenom styra strömflödet., När metallkontakter placeras på toppen och botten av en PV-cell (ungefär som ett batteri) kan vi extrahera denna elektriska ström för att använda den i vår vardag.
liksom ovanstående alternativa energikällor är solenergi förnybar och icke-förorenande. Till skillnad från vindkraftverk och vattenkraft är fotovoltaisk omvandling till El direkt, vilket innebär att en dyr, skrymmande generator inte krävs. Liksom vindkraftverk kan solenergi också användas på avlägsna platser där det skulle vara ekonomiskt omöjligt att tillhandahålla kraft från ett långt borta kraftverk., Solenergi kan också vara mycket effektiv för att ge värme och ljus genom användning av solugnar, solvärmare, solvärmare och användning av takfönster.
solenergi delar en gemensam nackdel med vindkraftverk: deras oförutsägbarhet. Solenergi fungerar bara när solen är ute, vilket gör en PV-cell ineffektiv på natten och slå eller missa under en molnig dag. För dessa tider måste kraftlagring genomföras för att göra solenergi till huvudkraftkällan. Många former av solenergi är fortfarande inte ekonomiskt praktiska., Solceller kraftverk är dyra att bygga och är bara ca 10% effektiva för att producera energi. Det tar ungefär fem år för ett kraftverk att producera samma mängd energi som gick in i kraftverkets ursprungliga byggnad. Med nuvarande teknik används solenergi bäst i mindre skala, till exempel enskilda hem.
biobränslen
det finns många energikällor som omfattas av kategorin biobränslen: biomassa, biodiesel, etanol och metanol är bara några få. Grundtanken här är att använda organiskt material (vanligtvis växt härledd) som bränslekälla., Biomassa avser att använda sopor och vegetation som bränslekälla. När sopor sönderdelas (bryts ner) producerar den en gas som kallas metan som kan fångas och senare brännas för att producera energi som kan omvandlas till El. Vegetation kan brännas direkt, ungefär som fossila bränslen, för att generera energi. Även om dessa metoder bidrar till kostnads-och hållbarhetsområdena, orsakar de fortfarande en betydande miljöpåverkan ungefär som fossila bränslen.
etanol och metanol är två alkoholer som är gjorda av biomassa., Etanol är vanligtvis gjord av majs, men kan också tillverkas av jordbruks -, skogsavfall och pappersavfall. Metanol är också känd som trä alkohol eftersom det kan göras från trä; men de flesta metanol produceras med naturgas eftersom det är billigare. Biodiesel är alternativet för dieselmotorer, etanol och metanol är alternativen för bensinmotorer. De flesta privata fordon har bensinmotorer och kan använda etanolblandningar med liten eller ingen modifiering av motorn. Etanol bränner också renare och producerar lägre växthusgasutsläpp än bensin., Att jämföra priset på etanol med priset på bensin är dock lite knepigt. En gallon ren etanol innehåller 34% mindre energi än en gallon ren bensin. En vanlig etanolblandning, E85, är en blandning av 85% etanol och 15% bensin och producerar 27% mindre bränsleekonomi än 100% bensin. Så för att E85 ska kosta mindre än bensin måste det ha mer än en 27% prissänkning än bensin. Bensin som kostar $ 3.00 en gallon har samma bränsleekonomi som E85 som kostar $ 2.19 en gallon.,
Biodiesel tillverkas genom att kombinera en vegetabilisk olja, såsom canola eller sojaolja, och en alkohol som metanol eller etanol. En katalysator tillsätts ofta för att öka reaktionshastigheten mellan vegetabilisk olja och alkohol. Denna process för att göra biodiesel kallas transesterifiering (för mer information om transesterifiering, klicka här). Denna kemiska process gör att glycerinet separeras från fettet i vegetabilisk olja och lämnar efter sig två produkter: metylester eller etylester (det kemiska namnet för biodiesel) och glycerin., Glycerin är en värdefull biprodukt som ofta används för att göra tvål och andra produkter.
Biodiesel anses vara ett idealiskt bränsle eftersom det är ren förbränning och kan användas i alla dieselmotorer. Det blandas ofta med vanlig petroleumdiesel för att undvika komplikationer med kall väderanvändning. Rena biodieselgeler vid en högre temperatur än petroleumdiesel. (Soy biodiesel som köps i USA börjar ge upp vid ca 40 ° F.) Det betyder att det är svårare att starta en lastbil i minusgrader som körs på biodiesel än en lastbil som körs på petroleumdiesel., Biodiesel kostar mer att producera och kostar därför mer att köpa än petroleumdiesel. Annars tenderar biodiesel att fungera såväl som petroleumdiesel. Ren biodiesel och biodieselblandningar släpper ut färre växthusgaser, är biologiskt nedbrytbara (kan sönderdelas genom naturliga processer) och kan förlänga dieselmotorns livslängd. Vissa bensinstationer som tillhandahåller diesel ger också biodiesel. Dessa återförsäljare är vanligare i Mellanvästern staterna. Här är en karta över återförsäljare som säljer biodiesel i USA.,
väte
ett av framtidens mest lovande alternativa bränslen är väte. Dess stora utbud och rena brinnande egenskaper har många forskare och miljömedvetna medborgare som ser till det som lösningen för att ersätta fossila bränslen utan att drastiskt förändra vår nuvarande livsstil och beroende av personliga fordon. Till skillnad från fossila bränslen är det ett icke-kolbränsle så när det bränns producerar det inte mer koldioxid. Väte är det enklaste och mest rikliga elementet som finns på jorden och finns i vatten, luft och allt organiskt material., Men även med dessa positiva resultat står två stora problem i vägen för att använda väte som huvudbränslekälla: dess produktion och lagring.
det finns två huvudsakliga sätt att producera väte: elektrolys och reformering av naturgas. Elektrolys innebär att man använder en elektrisk ström för att dela upp vattenmolekylen i väte och syre. (För att separera väte hemma med elektrolys, klicka här.,) I processen att reformera naturgas upphettas metan (som är en huvudkomponent i den naturgas som används för att producera väte) med ånga, vilket orsakar en reaktion mellan metan och vattenånga som producerar väte, koldioxid och spårmängder av kolmonoxid. För närvarande använder båda metoderna naturgas för att producera väte. Reformering av metan kräver att väte delas upp från kolet i metan, men elektrolys kräver en kraftkälla för att producera el för att dela upp vattenmolekylen. Naturgas används oftast som bränslekälla för att producera denna El., Eftersom båda dessa metoder kräver förbrukning av naturgas för att producera väte, kostar väte mer att använda än naturgas.
väte kan användas för att driva fordon på två sätt: att producera el i en bränslecell eller användas direkt i en förbränningsmotor. Att använda väte i en bränslecell är rengöringsmetoden. En bränslecell är en elektrokemisk anordning som kombinerar väte och syre för att producera el. Dess enda biprodukter är värme och vatten, som inte förorenar miljön., Vid användning av väte direkt i en förbränningsmotor bränns vätet med uteluften (som är ungefär två tredjedelar kväve) som producerar kvävebaserade oxidgaser, vilket orsakar viss förorening och vattenånga. Om vätgas används direkt i en förbränningsmotor eller i en bränslecell, kräver båda metoderna lagring av vätgas för användning som fordonet körs. På viktbasis producerar väte mest energi vid bränning jämfört med något annat bränsle — ett pund väte producerar 2,6 gånger mer energi än ett pund bensin., Väte är dock en gas så ett pund väte tar upp fyra gånger mängden utrymme som gör ett pund bensin. Till exempel, ett fordon som innehar 15 gallon bensin skulle behöva hålla 60 gallon motsvarande värde av väte för att producera samma mängd energi. Tanken i fordonet måste vara storleken på två genomsnittliga badkar för att hålla väte som behövs för att köra ett rimligt avstånd utan tankning. Men 15 gallon bensin skulle väga 90 pounds medan 60 gallon väte skulle bara väga 34 pounds.,
för att lösa detta rymdproblem kan väte omvandlas till en vätska som tar upp mindre utrymme än väte som gas, men för att förvandla väte till en vätska måste den kylas och hållas till -423.2 ° Fahrenheit. Att lagra väte som gas eller vätska är mycket dyrt och besvärligt. Ändå finns det hopp vid horisonten., Förenta staternas Department of Energy har erbjudit bidrag till forskare för att hitta sätt att förbättra lagringen av väte på små fordon genom att förbättra kompression och kondensering av väte, med hjälp av metallhydrider för att lagra mer väte utan att lägga för mycket vikt på fordonet och förbättra användningen av adsorbentmaterial för att samla in och hålla vätgas på ytan av en fast substans., Men även om vi övervinner lagringsproblemet står vi fortfarande inför hindret och kostnaden för att ersätta alla bensindrivna bilar med vätgasdrivna bilar och ersätta bensinpåfyllningsstationer med vätgaspåfyllningsstationer för att bli ett Vätgasbaserat Amerika.