Uusiutuvista energialähteistä on tulossa yhä tärkeämpi kysymys nykymaailmassa. Fossiilisten polttoaineiden hintojen nousun ja ilmastomuutoksen uhan lisäksi tällä alalla on tapahtunut myös myönteistä kehitystä, joka sisältää tehokkuuden parannuksia ja hintojen laskua.
Kaikki tämä on lisännyt vaihtoehtoisen energian kysyntää ja nopeuttanut siirtymistä puhtaampiin, kestävämpiin sähköntuotantomenetelmiin. On kuitenkin tärkeää huomata, että monenlaisia - biomassa-, aurinko-, tuuli-, vuorovesi- ja geoterminen energia - ja että jokaisella on omat edunsa ja haittansa.
Biomassa:
Uusiutuvan energian yleisimmin käytetty muoto on biomassa. Biomassa viittaa yksinkertaisesti orgaanisten materiaalien käyttöön ja niiden muuntamiseen muihin energian muotoihin, joita voidaan käyttää. Vaikka joitain biomassan muotoja on käytetty vuosisatojen ajan - kuten esimerkiksi puun polttaminen -, muut, uudemmat menetelmät, keskittyvät menetelmiin, jotka eivät tuota hiilidioksidia.
Esimerkiksi on puhtaan polttavia biopolttoaineita, jotka ovat vaihtoehtoja öljylle ja kaasulle. Toisin kuin fossiilisista polttoaineista, joita tuotetaan geologisilla prosesseilla, biopolttoaine tuotetaan biologisissa prosesseissa - kuten maataloudessa ja anaerobisessa pilkkomisessa. Tähän prosessiin liittyviä tavallisia polttoaineita ovat bioetanoli, joka syntyy käymällä fermentoimalla hiilihydraatteja, jotka ovat peräisin sokerista tai tärkkelyksen viljelykasveista (kuten maissi, sokeriruoko tai makea durra) alkoholin luomiseksi.
Toinen yleinen biopolttoaine tunnetaan biodieselinä, joka tuotetaan öljyistä tai rasvoista käyttämällä menetelmää, joka tunnetaan nimellä transesteröinti - jossa happomolekyylit vaihdetaan alkoholiksi katalyytin avulla. Tämän tyyppiset polttoaineet ovat suosittuja vaihtoehtoja bensiinille, ja niitä voidaan polttaa ajoneuvoissa, jotka on muunnettu käyttämään niitä.
Aurinkoenergiaa:
Aurinkoenergia (alias. Aurinkosähkö) on yksi suosituimmista ja nopeimmin kasvavista vaihtoehtoisen energian lähteistä. Tässä prosessissa on mukana aurinkokennot (yleensä valmistettu kiteisen piin viipaleista), jotka luottavat aurinkosähkövaikutukseen absorboida fotoneja ja muuntaa ne elektroneiksi. Samaan aikaan aurinkolämpö (toinen aurinkoenergian muoto) riippuu peileistä tai linsseistä keskittääkseen suuren alueen auringonvaloa tai aurinkolämpöenergiaa (STE) pienelle alueelle (ts. Aurinkokenno).
Alun perin aurinkosähköä käytettiin vain pieniin ja keskisuuriin toimintoihin aina aurinkovoimalla toimivista laitteista (kuten laskimista) kotitalousryhmiin. Kaupallisista keskittyneistä aurinkovoimalaitoksista on kuitenkin 1980-luvulta lähtien tullut paljon yleisempiä. Ne eivät ole vain suhteellisen edullisia energialähteitä, joissa verkon teho on hankalaa, liian kallista tai vain puuttuvaa; aurinkokennojen tehokkuuden lisääntyminen ja hintojen lasku tekevät aurinkoenergiasta kilpailukykyisen tavanomaisten energialähteiden (ts. fossiilisten polttoaineiden ja hiilen) kanssa.
Nykyään aurinkoenergiaa käytetään yhä enemmän myös verkkoon liitetyissä tilanteissa keinona syöttää vähähiilistä energiaa verkkoon. Vuoteen 2050 mennessä Kansainvälinen energiajärjestö arvioi, että aurinkoenergia - mukaan lukien STE- ja PV-toiminnot - muodostaa yli 25% markkinoista, mikä tekee siitä maailman suurimman sähkönlähteen (suurin osa laitoksista on käytössä Kiinassa ja Intiassa).
Tuulivoima:
Tuulivoimaa on käytetty tuhansia vuosia purjeiden työntämiseen, tuulimyllyjen tuottamiseen tai vesipumppujen paineen tuottamiseen. Tuulen valjastaminen sähkön tuottamiseksi on ollut tutkimuksen kohteena 1800-luvun lopulta lähtien. Ainoastaan suurilla pyrkimyksillä löytää vaihtoehtoisia energialähteitä 1900-luvulla, tuulivoimasta on tullut merkittävän tutkimuksen ja kehityksen keskipiste.
Tuulisähköä pidetään erittäin luotettavana ja tasaisena muihin uusiutuviin energialähteisiin verrattuna, koska tuuli on jatkuvaa vuodesta toiseen eikä vähene kysynnän ruuhka-aikoina. Alun perin tuulipuistojen rakentaminen oli kallis hanke. Äskettäisten parannusten ansiosta tuulivoima on alkanut asettaa huippuhintoja energian tukkumarkkinoilla maailmanlaajuisesti ja leikata fossiilisten polttoaineiden tuotannon ja tuoton tuloihin.
Energiaministeriön viime maaliskuussa julkaiseman raportin mukaan tuulivoiman kasvu Yhdysvalloissa voisi johtaa jopa korkeammin koulutettuihin työpaikkoihin monissa luokissa. Asiakirja, jonka otsikko on “Tuulinäkö: Uusi aikakausi tuulivoimalle Yhdysvalloissa”, osoittaa, että vuoteen 2050 mennessä teollisuuden osuus voisi olla jopa 35 prosenttia Yhdysvaltojen sähköntuotannosta.
Lisäksi viime vuonna Global Wind Energy Council ja Greenpeace International kokoontuivat julkaisemaan raportin, jonka otsikko on ”Global Wind Energy Outlook 2014”. Raportissa todettiin, että maailmanlaajuisesti tuulivoima voisi tarjota jopa 25–30% maailman sähköstä vuoteen 2050 mennessä. Raportin kirjoittamishetkellä yli 90 maan kaupallisten laitosten kokonaiskapasiteetti oli 318 gigawattia (GW), mikä tuottaa noin 3% maailmanlaajuisesta tarjonnasta.
Vuorovesivoima:
Tuulen energian tavoin vuoroveden voimaa pidetään potentiaalisena uusiutuvan energian lähteenä, koska vuorovedet ovat tasaisia ja ennustettavissa. Aivan kuten tuulimyllyjä, vuorovesilaitoksia on käytetty antiikin Rooman ja keskiajan ajoista lähtien. Saapuvaa vettä varastoitiin suuriin lammikoihin, ja kun vuorovedet menivät ulos, ne käänsivät vesipyörät, jotka tuottivat mekaanista voimaa jyrsimään.
Vasta 1800-luvulla putosivan veden ja turbiinien kehräysprosessin käyttö sähkön tuottamiseksi otettiin käyttöön Yhdysvalloissa ja Euroopassa. Ja vasta 20-luvulta lähtien nämä operaatiot on suunniteltu uudelleen rakentamiseen rannikkojen eikä vain jokien varrella.
Perinteisesti vuoroveden voima on kärsinyt suhteellisen korkeista kustannuksista ja rajallisesta saatavuudesta alueilla, joilla on riittävän suuret vuorovesien vaihteluvälit tai virtausnopeudet. Useat viimeaikaiset teknologiset kehitykset ja parannukset, sekä suunnittelussa että turbiinitekniikassa, osoittavat kuitenkin, että vuorovesivoiman saatavuus voi olla paljon aiempaa oletettua korkeampi ja että taloudelliset ja ympäristökustannukset voidaan alentaa kilpailutasoille.
Maailman ensimmäinen laajamittainen vuorovesivoimalaitos on Rance-vuorovesivoimalaitos Ranskassa, joka aloitti toimintansa vuonna 1966. Skotlannissa Orkneyssa perustettiin maailman ensimmäinen merienergian testauslaitos - Euroopan merienergiakeskus (EMEC). 2003 aloittaa aalto- ja vuorovesieneriateollisuuden kehittämisen Isossa-Britanniassa.
Vuonna 2015 maailman ensimmäinen verkkoon kytketty aaltovoimalaitos (CETO, joka on nimetty kreikkalaisen merenjumalaren mukaan) lähti verkossa Länsi-Australian rannikolle. Carnegie Wave Energyn kehittämä voimalaitos toimii veden alla ja käyttää vedenalaisia poijuja pumppaamaan sarjaa merenpohjassa olevia ankkuripumppuja, jotka puolestaan tuottavat sähköä.
Maalämpö:
Geoterminen sähkö on toinen vaihtoehtoisen energian muoto, jota pidetään kestävänä ja luotettavana. Tässä tapauksessa lämpöenergia saadaan maasta - yleensä magmaputkeista, kuumista lähteistä tai hydrotermisestä kierrätyksestä - pyörittämään turbiineja tai lämpörakennuksia. Sitä pidetään luotettavana, koska maapallo sisältää 1031 joulea lämpöenergiaa, joka virtaa luonnollisesti pintaan johtavuudella 44,2 terawattia (TW) - enemmän kuin kaksinkertainen ihmiskunnan nykyinen energiankulutus.
Yksi haittapuoli on se, että tämä energia on hajakuormitettu, ja sitä voidaan käyttää halvalla vain tietyissä paikoissa. Tietyillä maailman alueilla, kuten Islannissa, Indonesiassa ja muilla alueilla, joilla geoterminen aktiivisuus on korkea, se on kuitenkin helposti saavutettavissa oleva ja kustannustehokas tapa vähentää riippuvuutta fossiilisista polttoaineista ja hiilestä sähkön tuottamiseksi. Maita, jotka tuottavat yli 15 prosenttia sähköstään geotermisistä lähteistä, ovat El Salvador, Kenia, Filippiinit, Islanti ja Costa Rica.
Vuodesta 2015 lähtien maailmanlaajuinen geotermisen energian kapasiteetti on 12,8 gigawattia (GW), jonka odotetaan kasvavan 14,5: stä 17,6 GW: seen vuoteen 2020 mennessä. Lisäksi Geotermisen energian yhdistys (GEA) arvioi, että vain 6,5 prosenttia koko maailman potentiaalista on ollut hyödynnetty toistaiseksi, kun taas IPCC ilmoitti geotermisen tehon potentiaalin olevan välillä 35 GW - 2 TW.
Hyväksymisongelmat:
Yksi ongelma monissa uusiutuvan energian muodoissa on, että ne riippuvat luonnonolosuhteista - tuulesta, vedenjakelusta ja riittävästä auringonvalosta -, jotka voivat asettaa rajoituksia. Toinen kysymys on ollut monien vaihtoehtoisen energian muotojen suhteellinen kustannus verrattuna perinteisiin lähteisiin, kuten öljy ja maakaasu. Aivan viime aikoihin saakka hiili- tai öljyvoimalaitosten käyttäminen oli halvempaa kuin miljoonien investoiminen suurten aurinko-, tuuli-, vuorovesi- tai geotermisten toimintojen rakentamiseen.
Aurinkokennojen, tuuliturbiinien ja muiden laitteiden tuotannossa tehdyt jatkuvat parannukset - puhumattakaan tuotetun energian määrän parannuksista - ovat kuitenkin johtaneet siihen, että monista vaihtoehtoisen energian muodoista on tullut kilpailukykyisiä muiden menetelmien kanssa. Kaikkialla maailmassa kansakunnat ja yhteisöt ovat tehostaneet nopeuttaakseen siirtymistä puhtaampiin, kestävämpiin ja omavaraisempiin menetelmiin.
Olemme kirjoittaneet monia mielenkiintoisia artikkeleita vaihtoehtoisesta energiasta Space Space -lehdessä. Tässä on Mikä on vaihtoehtoinen energia ?, Mikä on aurinkoenergia? ja mistä geoterminen energia tulee? Voisiko maailma kulkea aurinko- ja tuulivoimalla? ja aurinkoenergian kerääminen avaruudesta.
Sinun tulisi myös tarkistaa kansallinen uusiutuvan energian laboratorio ja uusiutuvan energian politiikkahanke.
Astronomy Cast -teoksessa on myös jakso aiheesta. Tässä on jakso 51: Maa.
Lähteet:
- Wikipedia - Uusiutuva energia
- Yhdysvaltain energiainformaatio - uusiutuvat ja vaihtoehtoiset polttoaineet
