Förnybar energi blir en allt viktigare fråga i dagens värld. Förutom de stigande kostnaderna för fossila bränslen och hotet om klimatförändringar har det också skett en positiv utveckling på detta område som inkluderar förbättringar av effektivitet samt minskade priser.
Allt detta har ökat efterfrågan på alternativ energi och påskyndat övergången mot renare, mer hållbara metoder för elektrisk kraft. Det är emellertid viktigt att notera att det är många slag - biomassa, sol-, vind-, tidvatten- och geotermisk kraft - och att var och en har sin egen andel av fördelar och nackdelar.
Biomassa:
Den mest använda formen av förnybar energi är biomassa. Biomassa avser helt enkelt användningen av organiska material och omvandlar dem till andra former av energi som kan användas. Även om vissa former av biomassa har använts i århundraden - som att bränna trä - är andra, nyare metoder fokuserade på metoder som inte producerar koldioxid.
Det finns till exempel biobränslen med rent förbränning som är alternativ till olja och gas. Till skillnad från fossila bränslen, som produceras genom geologiska processer, produceras ett biobränsle genom biologiska processer - som jordbruk och anaerob matsmältning. Vanliga bränslen förknippade med denna process är bioetanol, som skapas genom jäsning av kolhydrater härrörande från socker eller stärkelsegrödor (såsom majs, sockerrör eller söt sorghum) för att skapa alkohol.
Ett annat vanligt biobränsle kallas biodiesel, som produceras av oljor eller fetter med en process som kallas transesterifiering - där syramolekyler byts ut mot alkohol med hjälp av en katalysator. Dessa typer av bränslen är populära alternativ till bensin och kan brännas i fordon som har konverterats för att köras på dem.
Solkraft:
Solenergi (aka. Fotovoltaik) är en av de mest populära och snabbast växande källorna till alternativ energi. Här involverar processen solceller (vanligtvis gjorda av skivor av kristallint kisel) som förlitar sig på den fotovoltaiska effekten (PV) för att absorbera fotoner och omvandla dem till elektroner. Samtidigt förlitar solenergi (en annan form av solkraft) på speglar eller linser för att koncentrera ett stort solljusområde eller solenergi (STE) på ett litet område (dvs en solcell).
Ursprungligen användes fotovoltaisk kraft endast för små till medelstora operationer, allt från solenergi-enheter (som kalkylatorer) till hushållsuppsättningar. Men sedan 1980-talet har kommersiella koncentrerade solkraftverk blivit mycket vanligare. De är inte bara en relativt billig energikälla där nätenergi är obekvämt, för dyrt eller helt enkelt inte tillgängligt; ökningar av solcelleffektivitet och fallande priser gör solkraften konkurrenskraftig med konventionella kraftkällor (dvs. fossila bränslen och kol)
Idag används solenergi också i ökad utsträckning i nätanslutna situationer som ett sätt att mata energi med låg koldioxid i nätet. År 2050 räknar Internationella energimyndigheten med att solenergi - inklusive STE- och PV-verksamheter - kommer att utgöra över 25% av marknaden, vilket gör den till världens största elkälla (med de flesta installationer som distribueras i Kina och Indien).
Vindkraft:
Vindkraft har använts i tusentals år för att skjuta segel, driva vindkraftverk eller för att generera tryck för vattenpumpar. Att utnyttja vinden för att generera el har varit föremål för forskning sedan slutet av 1800-talet. Det var emellertid först med stora ansträngningar att hitta alternativa kraftkällor under 1900-talet som vindkraft har blivit samlingspunkten för betydande forskning och utveckling.
Jämfört med andra former av förnybar energi, anses vindkraften vara mycket pålitlig och stadig, eftersom vinden är konsekvent från år till år och inte minskar under höga behovstimmar. Ursprungligen var byggandet av vindkraftsparker ett kostsamt företag. Men tack vare de senaste förbättringarna har vindkraften börjat sätta högsta priser på grossistmarknaderna för energimarknader över hela världen och skära ner i intäkterna och vinsterna från fossilbränslen.
Enligt en rapport som utfärdats i mars förra året av Department of Energy, kan tillväxten av vindkraft i USA leda till ännu mer högkvalificerade jobb i många kategorier. Med titeln ”Wind Vision: A New Era for Wind Power in the United States” indikerar dokumentet att industrin år 2050 skulle kunna stå för så mycket som 35% av USA: s elproduktion.
Förra året samlades Global Wind Energy Council och Greenpeace International för att publicera en rapport med titeln “Global Wind Energy Outlook 2014”. I denna rapport anges att vindkraft över hela världen skulle kunna leverera så mycket som 25 till 30% av den globala elen 2050. Vid rapportens skrivande hade kommersiella installationer i mer än 90 länder en total kapacitet på 318 gigawatt (GW), cirka 3% av det globala utbudet.
Tidvattenkraft:
I likhet med vindkraft anses tidvattenkraft vara en potentiell källa för förnybar energi eftersom tidvattnet är stadigt och förutsägbart. Liksom vindkraftverk har tidvattenbruk använts sedan antiken Rom och medeltiden. Inkommande vatten lagrades i stora dammar, och när tidvattnet gick ut vände de vattenhjul som genererade mekanisk kraft för att fräsa spannmål.
Det var först på 1800-talet som processen att använda fallande vatten och snurrande turbiner för att skapa elektricitet infördes i USA och Europa. Och det har bara varit sedan den 20: e att dessa typer av verksamheter har omväxlats för konstruktion längs kusten och inte bara floder.
Traditionellt har tidvattenkraften drabbats av relativt höga kostnader och begränsad tillgänglighet av platser med tillräckligt hög tidvattenintervall eller flödeshastigheter. Många senaste tekniska utvecklingar och förbättringar, både inom design och turbinteknik, tyder emellertid på att den totala tillgången på tidvattenkraft kan vara mycket högre än tidigare antagits och att ekonomiska och miljömässiga kostnader kan sänkas till konkurrensnivåer.
Världens första storskaliga tidvattenkraftverk är Rance Tidal Power Station i Frankrike, som startade 1966. Och i Orkney, Skottland, etablerades världens första anläggning för marin energi - European Marine Energy Center (EMEC) - i 2003 för att starta utvecklingen av våg- och tidvattenergiindustrin i Storbritannien.
2015 gick världens första nätanslutna vågkraftsstation (CETO, uppkallad efter den grekiska gudinnan i havet) online utanför västra Australien. Detta kraftverk, som utvecklats av Carnegie Wave Energy, arbetar under vatten och använder undervattensböjar för att pumpa en serie havsbaserade pumpar, som i sin tur genererar el.
Geotermisk:
Geotermisk elektricitet är en annan form av alternativ energi som anses vara hållbar och pålitlig. I detta fall härleds värmeenergi från jorden - vanligtvis från magaledningar, varma källor eller hydrotermisk cirkulation - för att snurra turbiner eller värmebyggnader. Det anses pålitligt eftersom jorden innehåller 1031 Joule värt värmeenergi, som naturligt flödar till ytan genom ledning med en hastighet av 44,2 terawatts (TW) - mer än dubbla mänsklighetens nuvarande energiförbrukning.
En nackdel är att denna energi är diffus och endast kan utnyttjas billigt på vissa platser. I vissa områden i världen, till exempel Island, Indonesien och andra regioner med hög geotermisk aktivitet, är det emellertid ett lättillgängligt och kostnadseffektivt sätt att minska beroendet av fossila bränslen och kol för att generera el. Länder som producerar mer än 15 procent av sin elektricitet från geotermiska källor inkluderar El Salvador, Kenya, Filippinerna, Island och Costa Rica.
Från 2015 uppgår den globala geotermiska kraftkapaciteten till 12,8 gigawatt (GW), som förväntas växa till 14,5 till 17,6 GW år 2020. Dessutom uppskattar Geotermisk energiförening (GEA) att endast 6,5 procent av den totala globala potentialen har varit hittills, medan IPCC rapporterade att geotermisk effekt skulle ligga inom området 35 GW till 2 TW.
Problem med antagande:
Ett problem med många former av förnybar energi är att de är beroende av naturförhållanden - vind, vattenförsörjning och tillräckligt med solljus - vilket kan sätta begränsningar. En annan fråga har varit den relativa kostnaden för många former av alternativ energi jämfört med traditionella källor som olja och naturgas. Fram till nyligen var koldrivna eller oljedrivna anläggningar billigare än att investera miljoner i byggandet av stora sol-, vind-, tidvatten- eller geotermiska verksamheter.
Pågående förbättringar som gjorts i produktion av solceller, vindkraftverk och annan utrustning - för att inte tala om förbättringar som gjorts i mängden producerad energi - har dock resulterat i att många former av alternativ energi har blivit konkurrenskraftiga med andra metoder. Över hela världen intensifieras nationer och samhällen för att påskynda övergången till renare, mer hållbara och mer självförsörjande metoder.
Vi har skrivit många intressanta artiklar om alternativ energi på Space Magazine. Här är Vad är alternativ energi ?, Vad är solenergi? och var kommer geotermisk energi från ?, Kan världen köras på sol- och vindkraft? och skörda solenergi från rymden.
Du bör också kolla in det nationella projektet för förnybar energi och förnybar energi.
Astronomy Cast har också ett avsnitt om ämnet. Här är avsnitt 51: Jorden.
källor:
- Wikipedia - Förnybar energi
- U.S. Energy Information Administration - Fornybara och alternativa bränslen
