Information

20.1: Icke-förnybara energikällor - Biologi

20.1: Icke-förnybara energikällor - Biologi


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Fossila bränslen

Fossila bränslen kommer från det organiska materialet från växter, alger och cyanobakterier som begravdes, värmdes och komprimerades under högt tryck under miljontals år. Processen omvandlade biomassan från dessa organismer till tre typer av fossila bränslen: olja, kol och naturgas.

Petroleum (olja)

37 procent av världens energiförbrukning och 43 % av USA:s energiförbrukning kommer från olja. Forskare och beslutsfattare diskuterar ofta frågan om när världen kommer att nå toppoljeproduktion, den punkt där oljeproduktionen är som störst och sedan minskar. Det anses allmänt att oljetoppen kommer att nås i mitten av 2000-talet, även om det är svårt att göra sådana uppskattningar eftersom många variabler måste beaktas. För närvarande är världsreserverna 1,3 biljoner fat, eller 45 år kvar på nuvarande produktionsnivå.

Miljöpåverkan av oljeutvinning och raffinering

Olja finns vanligtvis en till två miles (1,6 - 3,2 km) under jordens yta, oavsett om det är på land eller hav. När olja har hittats och utvunnits måste den raffineras, vilket separerar och förbereder blandningen av råolja till de olika typerna för gas, diesel, tjära och asfalt. Oljeraffinering är en av de främsta källorna till luftföroreningar i USA för flyktiga organiska kolväten och giftiga utsläpp, och den enskilt största källan till cancerframkallande bensen. När petroleum förbränns som bensin eller diesel, eller för att tillverka el eller för att driva pannor för värme, producerar det ett antal utsläpp som har en skadlig effekt på miljön och människors hälsa:

  • Koldioxid (CO2) är en växthusgas och en källa till klimatförändringar.
  • Svaveldioxid (SO2) orsakar surt regn, vilket skadar växter och djur som lever i vatten, och det ökar eller orsakar luftvägssjukdomar och hjärtsjukdomar, särskilt i utsatta befolkningsgrupper som barn och äldre.
  • Kväveoxider (NOx) och Volatile Organic Carbons (VOC) bidrar till ozon på marknivå, vilket är irriterande och orsakar skador på lungorna.
  • Particulate Matter (PM) producerar disiga förhållanden i städer och natursköna områden, och kombineras med ozon för att bidra till astma och kronisk bronkit, särskilt hos barn och äldre. Mycket liten, eller "fin PM", tros också penetrera andningssystemet djupare och orsaka emfysem och lungcancer.
  • Bly kan ha allvarliga hälsoeffekter, särskilt för barn.

Det finns andra inhemska oljekällor som betraktas som konventionella resurser och håller på att utarmas. Dessa inkluderar tjärsand – avlagringar av fuktig sand och lera med 1-2 procent bitumen (tjock och tung petroleum rik på kol och fattig på väte). Dessa avlägsnas genom strippbrytning (se avsnitt nedan om kol). En annan källa är oljeskiffer, som är sedimentär bergart fylld med organiskt material som kan bearbetas för att producera flytande petroleum. Oljeskiffern, som utvinns genom strippbrytning eller skapande av gruvor under ytan, kan brännas direkt som kol eller bakas i närvaro av väte för att utvinna flytande petroleum. Nettoenergivärdena är dock låga och de är dyra att utvinna och bearbeta. Båda dessa resurser har allvarliga miljökonsekvenser på grund av strippbrytning, koldioxid, metan och andra luftföroreningar som liknar andra fossila bränslen.

När USA försöker utvinna mer olja från sina egna krympande resurser borrar de ännu djupare ner i jorden och ökar miljöriskerna. Det hittills största oljeutsläppet i USA började i april 2010 när en explosion inträffade på oljeriggen Deepwater Horizon där 11 anställda dödades och nästan 200 miljoner liter olja läckte ut innan den resulterande läckan kunde stoppas. Vilda djur, ekosystem och människors försörjning påverkades negativt. Mycket pengar och enorma mängder energi lades ner på omedelbara saneringsinsatser. De långsiktiga effekterna är fortfarande okända. National Commission on the Deepwater Horizon Oil Spill and Offshore Drilling inrättades för att studera vad som gick fel.

Transporternas globala beroende av olja

Två tredjedelar av oljeförbrukningen ägnas åt transporter, vilket ger bränsle till bilar, lastbilar, tåg och flygplan. För USA och de mest utvecklade samhällena är transport invävd i våra liv, en nödvändighet som är lika central för den dagliga verksamheten som mat eller husrum. Koncentrationen av oljereserver i ett fåtal regioner eller i världen gör att en stor del av världen är beroende av importerad energi för transporter. Ökningen av oljepriset under det senaste decenniet gör beroendet av importerad energi för transporter till en ekonomisk såväl som en energifråga. USA, till exempel, spenderar nu uppemot 350 miljarder dollar årligen på importerad olja, en dränering av ekonomiska resurser som skulle kunna användas för att stimulera tillväxt, skapa jobb, bygga infrastruktur och främja sociala framsteg på hemmaplan.

Kol

Till skillnad från olja, kol är ett fast ämne. På grund av dess relativt låga kostnad och överflöd används kol för att generera ungefär hälften av den el som förbrukas i USA. Kol är den största inhemskt producerade energikällan. Kolproduktionen har fördubblats i USA under de senaste sextio åren (Figur (PageIndex{1})). De nuvarande världsreserverna uppskattas till 826 000 miljoner ton, varav nästan 30 % av det i USA. Det är en stor bränsleresurs som USA kontrollerar inrikes.

Kol är rikligt och billigt, när man bara tittar på marknadskostnaden i förhållande till kostnaden för andra elkällor, men dess utvinning, transport och användning producerar en mängd miljöpåverkan som marknadskostnaden inte riktigt representerar. Kol släpper ut svaveldioxid, kväveoxid och kvicksilver, som har kopplats till surt regn, smog och hälsoproblem. Förbränning av kol släpper ut högre mängder koldioxid per energienhet än användningen av olja eller naturgas. Kol stod för 35 % av USA:s totala utsläpp av koldioxid som släpptes ut i jordens atmosfär 2010. Aska som genereras från förbränning bidrar till vattenförorening. Viss kolbrytning har en negativ inverkan på ekosystem och vattenkvalitet, och förändrar landskap och natursköna vyer (som t.ex. bergstoppsbrytning).

Det finns också betydande hälsoeffekter och risker för kolgruvarbetare och de som bor i närheten av kolgruvor. Traditionell underjordisk gruvdrift är riskabel för gruvarbetare på grund av risken för instängning eller dödsfall. Under de senaste 15 åren har U.S. Mine Safety and Health Administration publicerat antalet omkomna av minarbetare och det har varierat från 18-48 per år. Tjugonio gruvarbetare dog den 6 april 2010 i en explosion i kolgruvan Upper Big Branch i West Virginia, vilket bidrog till ökningen av antalet dödsfall mellan 2009 och 2010. I andra länder, med mindre säkerhetsföreskrifter, inträffar olyckor oftare. I maj 2011 dog till exempel tre personer och elva var instängda i en kolgruva i Mexiko under flera dagar. Det finns också risk att få svart lungsjukdom (pneumokonios). Detta är en sjukdom i lungorna som orsakas av inandning av koldamm under en lång tidsperiod. Det orsakar hosta och andnöd. Om exponeringen stoppas blir resultatet bra. Den komplicerade formen kan dock orsaka andnöd som blir allt värre.

Bergstopp gruvdrift (MTM), även om det är mindre farligt för arbetare, har särskilt skadliga effekter på markresurserna. MTM är en brytningspraxis på ytan som involverar avlägsnande av bergstoppar för att exponera kollag, och bortskaffande av tillhörande gruvavfall i angränsande dalar. Denna form av gruvdrift är mycket skadlig för miljön eftersom den bokstavligen tar bort toppen av berg och förstör den befintliga livsmiljön. Dessutom dumpas skräpet från MTM i dalar som begraver bäckar och andra viktiga livsmiljöer.

Naturgas

Naturgas tillgodoser 20 % av världens energibehov och 25 % av USA:s behov. Naturgas består huvudsakligen av metan (CH4) och är en mycket potent växthusgas. Det finns två typer av naturgas. Biogen gas finns på grunda djup och uppstår från anaerobt sönderfall av organiskt material av bakterier, som deponigas. Termogen gas kommer från komprimering av organiskt material och djup värme under jorden. De finns med petroleum i reservoarbergarter och med kolavlagringar, och dessa fossila bränslen utvinns tillsammans.

Naturgas släpps ut i atmosfären från kolgruvor, olje- och gaskällor och naturgaslagringstankar, rörledningar och processanläggningar. Dessa läckor är källan till cirka 25 % av de totala amerikanska metanutsläppen, vilket översätts till tre procent av de totala amerikanska utsläppen av växthusgaser. När naturgas produceras men inte kan fångas upp och transporteras ekonomiskt, "bränns" den eller bränns vid brunnsplatser, vilket omvandlar den till CO2. Detta anses vara säkrare och bättre än att släppa ut metan i atmosfären eftersom CO2 är en mindre potent växthusgas än metan.

Under de senaste åren har en ny reserv av naturgas identifierats: skifferresurser. USA har 2 552 biljoner kubikfot (Tcf) (72,27 biljoner kubikmeter) potentiella naturgasresurser, med skifferresurser som står för 827 Tcf (23,42 tcm). I takt med att naturgaspriserna ökat har det blivit mer ekonomiskt att utvinna gasen från skiffer. Figur (PageIndex{3}) visar den tidigare och prognostiserade amerikansk naturgasproduktion och de olika källorna. De nuvarande reserverna räcker för att hålla i cirka 110 år med 2009 års konsumtionstakt i USA (cirka 22,8 Tcf per år -645,7 bcm per år).

Naturgas är ett föredraget fossilt bränsle när man överväger dess miljöpåverkan. Närmare bestämt, vid förbränning, mycket mindre koldioxid (CO2), kväveoxider och svaveldioxid utelämnas än vid förbränning av kol eller olja. Det producerar inte heller aska eller giftiga utsläpp.

Naturgasproduktion kan resultera i produktion av stora volymer förorenat vatten. Detta vatten måste hanteras, lagras och behandlas korrekt så att det inte förorenar mark och vattenförsörjning. Utvinning av skiffergas är mer problematisk än traditionella källor på grund av en process med smeknamnet fracking, eller spräckning av brunnar, eftersom det kräver stora mängder vatten (Figur (PageIndex{4})). Tekniken använder högtrycksvätskor för att spräcka de normalt hårda skifferavlagringarna och frigöra gas och olja som fångas inuti berget. För att främja flödet av gas ut ur berget, ingår små partiklar av fasta ämnen i sprickvätskorna för att fastna i skiffersprickorna och hålla dem öppna efter att vätskorna har släppts ut. Den betydande användningen av vatten kan påverka tillgången på vatten för andra användningsområden i vissa regioner och detta kan påverka akvatiska livsmiljöer. Om den inte hanteras kan hydraulisk sprickvätska släppas ut genom spill, läckor eller olika andra exponeringsvägar. Vätskan innehåller potentiellt farliga kemikalier som saltsyra, glutaraldehyd, petroleumdestillat och etylenglykol. Riskerna med fracking har lyfts fram i populärkulturen i dokumentären Gasland (2010).

Rågasen från en brunn kan innehålla många andra föreningar förutom den metan som eftersträvas, inklusive svavelväte, en mycket giftig gas. Naturgas med höga koncentrationer av svavelväte facklas vanligtvis som producerar CO2, kolmonoxid, svaveldioxid, kväveoxider och många andra föreningar. Naturgasbrunnar och rörledningar har ofta motorer för att driva utrustning och kompressorer, som producerar ytterligare luftföroreningar och buller.

Bidrag av kol och naturgas till elproduktion

För närvarande är de fossila bränslen som används för elproduktion i USA till övervägande del kol (44 %) och naturgas (23 %). petroleum står för cirka 1 %. Kolelektricitet spårar sitt ursprung till det tidiga 1900-talet, då det var det naturliga bränslet för ångmotorer med tanke på dess överflöd, höga energitäthet och låga kostnad. gatural Gas är ett senare tillskott till den fossila elmixen, som anländer i betydande mängder efter andra världskriget och med sin största tillväxt sedan 1990. Av de två bränslena släpper kol ut nästan dubbelt så mycket koldioxid som naturgas för samma värmeproduktion, vilket gör den bidrar betydligt mer till global uppvärmning och klimatförändringar.

Framtiden för naturgas och kol

Den framtida utvecklingen av kol och naturgas beror på graden av allmänhetens och regulatoriska oro för koldioxidutsläpp, och det relativa priset och utbudet av de två bränslena. Försörjningen av kol är riklig i USA, och transportkedjan från gruvor till kraftverk är väletablerad. Den primära okända faktorn är graden av offentligt och regulatoriskt tryck som kommer att läggas på koldioxidutsläpp. Ett starkt regeltryck på koldioxidutsläpp skulle gynna avveckling av kol och tillägg av naturgaskraftverk. Denna trend förstärks av den senaste tidens dramatiska expansion av skiffergasreserver i USA på grund av framsteg inom borrteknik. Skiffernaturgasproduktionen har ökat med 48 % årligen under åren 2006 – 2010, med fler ökningar förväntade. Större amerikansk produktion av skiffergas kommer gradvis att minska importen och kan så småningom göra USA till en nettoexportör av naturgas.

Kärnkraft

Kärnkraft är energi som frigörs från det radioaktiva sönderfallet av grundämnen, såsom uran, som frigör stora mängder energi. Kärnkraftverk producerar ingen koldioxid och anses därför ofta vara ett alternativt bränsle (andra bränslen än fossila bränslen). För närvarande är världsproduktionen av el från kärnkraft cirka 19,1 biljoner KWh, där USA producerar och konsumerar cirka 22 % av det. Kärnkraft står för cirka 9 % av elen i USA (Figur (PageIndex{7})).

Det finns miljöutmaningar med kärnkraft. Att bryta och förädla uranmalm och göra reaktorbränsle kräver mycket energi. Dessutom är kärnkraftverk mycket dyra och kräver stora mängder metall, betong och energi att bygga. Den största miljöutmaningen för kärnkraft är avfallet inklusive urankvarn, använt (använt) reaktorbränsle och annat radioaktivt avfall. Dessa material har långa radioaktiva halveringstider och förblir således ett hot mot människors hälsa i tusentals år. De halva livet av ett radioaktivt grundämne är den tid det tar för 50 % av materialet att radioaktivt sönderfalla. U.S. Nuclear Regulatory Commission reglerar driften av kärnkraftverk och hantering, transport, lagring och bortskaffande av radioaktivt material för att skydda människors hälsa och miljön.

I volym, det avfall som produceras från gruvbrytning av uran, kallas urankvarnsavfall, är det största avfallet och innehåller det radioaktiva grundämnet radium, som sönderfaller till radon, en radioaktiv gas. Högaktivt radioaktivt avfall består av använt kärnreaktorbränsle. Detta bränsle är i fast form bestående av små bränslepellets i långa metallrör och måste lagras och hanteras med flera inneslutningar, först kylda med vatten och senare i speciella utomhusbetong- eller stålbehållare som kyls med luft. Det finns ingen långtidslagringsanläggning för detta bränsle i USA.

Det finns många andra regulatoriska försiktighetsåtgärder som styr tillstånd, konstruktion, drift och avveckling av kärnkraftverk på grund av risker från en okontrollerad kärnreaktion. Risken för kontaminering av luft, vatten och mat är stor om en okontrollerad reaktion skulle inträffa. Även när man planerar för värsta scenarier finns det alltid risker för oväntade händelser. Till exempel resulterade jordbävningen i mars 2011 och den efterföljande tsunamin som drabbade Japan i reaktorsmältningar vid Fukushima Daiichi kärnkraftverk, vilket orsakade enorma skador på det omgivande området.

Debatterar om kärnenergi

Ur ett hållbarhetsperspektiv är kärnkraften ett intressant dilemma. Å ena sidan producerar kärnkraft inga koldioxidutsläpp, en stor hållbar fördel i en värld som står inför antropogena klimatförändringar. Å andra sidan producerar kärnkraft farligt avfall som i) måste förvaras utanför miljön i tusentals år, ii) kan producera plutonium och uran av bombkvalitet som kan avledas av terrorister eller andra för att förstöra städer och förgifta miljön , och iii) hotar den naturliga och byggda miljön genom oavsiktliga läckor av långlivad strålning. Omtänksamma forskare, beslutsfattare och medborgare måste väga fördelarna med denna källa till kolfri el mot miljörisken med att lagra använt bränsle, den samhälleliga risken för kärnkraftsspridning och effekterna av oavsiktlig eller avsiktlig utsläpp av strålning. Det finns väldigt få exempel på att människor har makten att permanent förändra jordens dynamik. Globala klimatförändringar från koldioxidutsläpp är ett exempel, och strålning från explosionen av ett tillräckligt antal kärnvapen är ett annat. Kärnkraft berör båda dessa möjligheter, på den positiva sidan för att minska koldioxidutsläppen och på den negativa sidan för risken för kärnvapenspridning.

Kärnkraft kom på energiscenen anmärkningsvärt snabbt. Efter utvecklingen av kärnteknik i slutet av andra världskriget för militära ändamål, fick kärnenergi snabbt en ny fredstidsväg för billig produktion av el. Elva år efter andra världskrigets slut, en mycket kort tid i energitermer, producerade den första kommersiella kärnreaktorn el i Calder Hall i Sellafield, England. Antalet kärnreaktorer ökade stadigt till mer än 400 år 1990, fyra år efter Tjernobyl-katastrofen 1986 och elva år efter Three Mile Island 1979. Sedan 1990 har antalet reaktorer i drift varit ungefär oförändrat, med nybyggnation som balanserar avveckling på grund av allmänhetens och regeringens ovilja att gå vidare med utbyggnadsplaner för kärnkraft.

Resultatet av denna debatt kommer att avgöra om världen upplever en kärnkraftsrenässans som har varit i vardande i flera år. Den globala diskussionen har påverkats starkt av den osannolika kärnkraftsolyckan i Fukushima, Japan i mars 2011. Fukushima kärnkraftskatastrofen orsakades av en jordbävning och tsunami som ställde ur kylsystemet för ett kärnenergikomplex som består av kärnreaktorer och lagringspooler i drift för undervattenslagring av använt kärnbränsle som i slutändan orsakar en partiell härdsmälta av några av reaktorhärdarna och frigörande av betydande strålning. Denna händelse, 25 år efter Tjernobyl, påminner oss om att säkerhet och allmänhetens förtroende är särskilt viktigt inom kärnenergi; utan dem kommer utbyggnad av kärnenergi inte att ske.


Icke fornybara resurser

Icke-förnybara energiresurser inkluderar kol, naturgas, olja och kärnkraft. När dessa resurser väl är förbrukade kan de inte ersättas, vilket är ett stort problem för mänskligheten eftersom vi för närvarande är beroende av dem för att tillgodose det mesta av vårt energibehov.

Kemi, naturvård, geovetenskap

Koleldningsanläggning

En flygbild över ett koleldat kraftverk i Mount Storm, West Virginia, tagen i juni 2012.

Foto av Getty Images.

Förnybara och icke-förnybara resurser är energikällor som det mänskliga samhället använder för att fungera på en daglig basis. Skillnaden mellan dessa två typer av resurser är att förnybara resurser naturligt kan fylla på sig själva medan icke förnybara resurser inte kan. Detta innebär att tillgången på icke-förnybara resurser är begränsad och inte kan användas på ett hållbart sätt.

Det finns fyra huvudtyper av icke-förnybara resurser: olja, naturgas, kol och kärnkraft. Olja, naturgas och kol kallas gemensamt för fossila bränslen. Fossila bränslen bildades inom jorden från döda växter och djur under miljontals år&mdash därav namnet &ldquofossila&rdquobränslen. De finns i underjordiska lager av sten och sediment. Tryck och värme samverkade för att omvandla växt- och djurresterna till råolja (även känd som petroleum), kol och naturgas.

De växter och djur som blev fossila bränslen levde i en tid som kallas kolperioden, för cirka 300 till 360 miljoner år sedan. Energin i växt- och djurrester kom ursprungligen från solen genom fotosyntesprocessen, solenergi lagras i växtvävnader, som djur sedan konsumerar och tillför energin till sina egna kroppar. När fossila bränslen förbränns frigörs denna instängda energi.

Råolja är ett flytande fossilt bränsle som används mest för att producera bensin och diesel för fordon och för tillverkning av plast. Det finns i stenar under jordens yta och pumpas ut genom brunnar.

Naturgas används i stor utsträckning för matlagning och för uppvärmning av bostäder. Den består till största delen av metan och finns nära oljefyndigheter under jordens yta. Naturgas kan pumpas ut genom samma brunnar som används för att utvinna råolja.

Kol är ett fast fossilt bränsle som används för att värma bostäder och generera kraftverk. Det finns i fossiliserade träsk som har begravts under lager av sediment. Eftersom kol är fast kan det inte utvinnas på samma sätt som råolja eller naturgas, det måste grävas upp ur marken.

Kärnenergi kommer från radioaktiva grundämnen, främst uran, som utvinns från utvunnen malm och sedan förädlas till bränsle.

Tyvärr är det mänskliga samhället för närvarande beroende av icke-förnybara resurser som sin primära energikälla. Cirka 80 procent av den totala mängden energi som används globalt varje år kommer från fossila bränslen. Vi är beroende av fossila bränslen eftersom de är energirika och relativt billiga att bearbeta. Men ett stort problem med fossila bränslen, förutom att de finns i begränsad tillgång, är att förbränning av dem släpper ut koldioxid i atmosfären. Stigande halter av värmefångande koldioxid i atmosfären är den främsta orsaken till den globala uppvärmningen.

Alternativa energikällor, såsom vind- och solenergi, är en möjlig lösning på utarmningen av icke-förnybara källor. Båda dessa rena energikällor finns i obegränsad tillgång.

En flygbild över ett koleldat kraftverk i Mount Storm, West Virginia, tagen i juni 2012.


Förnybar energi räcker inte: den måste vara hållbar

På grund av växande världsbefolkning och ökande välstånd ökar efterfrågan på energi – särskilt elektricitet –, särskilt för de 1,3 miljarder människor som inte har tillgång.

Den vanligaste källan för elproduktion idag är kol 41 % av all el produceras från kol, enligt World Coal Association. På grund av dess höga föroreningsnivå (vatten- och luftföroreningar under gruvdrift och luftföroreningar under förbränning) och ofta eländiga omständigheter för gruvarbetare, kan vi dra slutsatsen att detta inte är en hållbar källa för el.

När vi tittar på hållbara elresurser identifierar vi vanligtvis fyra: sol, vind, vattenkraft och biomassa. Var och en av dem är förnybara, men det gör dem inte nödvändigtvis hållbara. Hållbarhet bestäms av tre olika parametrar: miljömässig hållbarhet, social hållbarhet och ekonomisk hållbarhet.

Miljömässig hållbarhet betyder att det inte skadar miljön. Det betyder att vi behöver en positiv energibalans till att börja med. Om att producera en förnybar energienhet kostar mer energi än den producerar under sin livstid, är det inte hållbart eftersom vi är en nettokonsument av energi. Men det finns en materiell sida av det också. Att bryta kol är dåligt för miljön, men att bryta neodym och andra sällsynta jordartsmetaller för vindkraftverk är lika förorenande. Låt oss inte blunda för vad som händer: allt som bryts förstör kompletta ekosystem. Och vi kan bara gissa om att nedsänka kompletta ekosystem genom att bygga vattenkraftsdammar är mindre destruktivt.

Social hållbarhet är enormt mångsidig och komplex. Det innebär sunda förhållanden för arbetare och anständiga löner. Men en aspekt som lokal välfärdsökning (i motsats till multinationella företag som utnyttjar lokala samhällen) borde definitivt också inkluderas. Det finns en övergripande aspekt på social hållbarhet – vi har en jordklot där vi kan ge tillräckligt med mat och energi till alla. Att använda planetens effektivt och effektivt är därför avgörande.

Ekonomisk hållbarhet verkar lätt nog att mäta. Om en teknik kan säljas utan subventioner är den hållbar, eller hur? Men i de flesta länder tillhör fossila bränslen de mest subventionerade produkterna. Enligt IEA:s World Energy Outlook subventioneras fossil el fortfarande för över 100 miljarder dollar över hela världen. Så, hur konkurrerar förnybar energiteknik med den när subventionerna för förnybara källor bara är 1/6 av det? Och vilken av dessa kan kallas ekonomiskt hållbar? Den som kan köpas billigast av konsumenterna?

Hållbarhet är ett mycket komplext ord och innefattar många aspekter av vilka vi bara har skrapat några få för att illustrera dess mångfald. Frågan är: hur hanterar vi alla dessa aspekter? Kan vi balansera alla för- och nackdelar? Och hur gör vi det?

Vad vi kan göra är att använda hela matrisen av tillgängliga förnybara eltekniker och använda dem på det mest hållbara sättet. Bara genom att använda logik.

Solfångare på sluttande tak som annars inte används? Ja tack! Solpaneler på holländska polder istället för boskap för att skapa ett "energilandskap"? Nej! Vindkraftverk Nordsjön med stor påverkan på naturen? Nej! Vindkraftverk på övergiven mark med begränsad påverkan på naturen? Ja tack! Vattenkraft med dammar som sänker kompletta byar och åkermark i Brasilien?! Galenskap! Majsproduktion för energi samtidigt som vi kunde producera mat eller foder? Självklart inte! Biomassarester för elproduktion? Ja tack! Elproduktion från levande växter medan växten växer samtidigt som den producerar ris på samma yta? Ja tack.

Problemet är att vi normalt sett inte använder logik för att fatta beslut om vilken elkälla vi ska använda. Vi vill ha allt. Vi vill ha el för hela världen, till låg kostnad, till låg miljöpåverkan, så snart som möjligt, med hög avkastning för företagen, med stor lokal ekonomisk tillväxt, med högt aktieägarvärde, lätt att använda för konsumenterna, tillgänglig alltid och överallt .

Vet du vad? Det är inte möjligt. Låt oss bestämma vad som är viktigast och ta det som utgångspunkt.

Utgångspunkt 1: Jag vill ha billig el: Här är ditt koleldade kraftverk. Den har alla fördelar med billig el, men klaga inte när jorden dör och när du har slut på kol.

Utgångspunkt 2: Jag vill ha förnybar el till lägsta möjliga pris: Du kan välja mellan vattenkraft, vindkraft, solkraft eller biomassa. Beroende på lokala subventioner och leverantörer kommer ett eller flera av dessa alternativ att vara tillgängliga för dig. Vissa av elbolagen kommer att tillhandahålla "grön el" och du behöver inte ens välja. Fråga inte om den exakta hållbarheten hos din förnybara el. Det är billigt, det är förnybart, glöm resten.

Utgångspunkt 3: Jag vill ha hållbar el: Nu snackar vi. Du har att välja mellan vattenkraft, vindkraft, solpaneler och biomassa. Låt oss kolla vad som kan kombineras med andra applikationer på samma mark och vad som har lägst påverkan på natur och människor på lång sikt. Du kanske måste betala lite mer än du är van vid, men du kommer åtminstone att vara säker på en långsiktig lösning och tillgång till el utan att försvåra tillgången till andra resurser för dig själv eller andra.

Om vi ​​alla valde startpunkt 1 kommer ingenting att förändras, vi kommer inte att stoppa klimatförändringarna och smog kommer att vara dödsorsaken nummer ett i stora stadsområden. Om vi ​​väljer utgångspunkt 2 kommer vi att fokusera på låga priser som kommer att konkurrera med hållbarheten hos den förnybara energikällan. Vi kan komma att använda fossila resurser för att producera förnybar teknik och inte ändra någonting i slutändan.

Jag har valt utgångspunkt tre. Om du också gör det kan vi ha en chans att gå mot en hållbar elmatris med minimal påverkan på natur och människor. Faktum är att vi faktiskt kan komma till en punkt där energin är riklig, billig, hållbar och tillgänglig för alla överallt. Låter det för bra för att vara sant? Bevisa att jag har fel genom att prova.

Fullständig information om alla Technology Pioneers 2015 finns här

Författare: Marjolein Helder är verkställande direktör för Plant-e, ett World Economic Forums teknologipionjär.

Bild: En allmän vy visar solpaneler för att producera förnybar energi i solcellsparken i Les Mees, i departementet Alpes-de-Haute-Provence, södra Frankrike 31 mars 2015. REUTERS/Jean-Paul Pelissier


Tjärsand och oljeskiffer

Tjärsand är tjärhaltig olja som kommer från sedimentära bergarter. Reserverna av denna icke-förnybara resurs är bara tillräckligt stora för att försörja energi i 15 år eller så. Att extrahera tjärsand är en arbetsintensiv process som förbrukar 1/2 fat olja för varje fat tjärsand som återvinns. Oljeskifferutvinning är lika svårt och energikrävande. De nuvarande oljeskifferreserverna, som är rikligare än tjärsand, kan underblåsa den internationella efterfrågan i upp till ett sekel. (Se referenser 2)


Naturgas

Som namnet antyder är detta ett fossilt bränsle i form av en gas (till exempel metan och gasol). Det finns ofta under haven och nära oljefyndigheter. Kartläggning av naturgasreservoarer liknar oljeprospektering. När ett naturgasfält väl hittats liknar borrningsprocessen olja.

Gas kan ledas från källan och lagras för senare användning. Naturgas används för matlagning och uppvärmning samt för att tillverka en rad produkter som plast, konstgödsel och mediciner.


Förnybara och icke-förnybara energiresurser förklaras

Det finns två huvudkategorier av energi: förnybar och icke-förnybar.

Icke-förnybara energiresurser finns i begränsade förråd, vanligtvis för att de tar lång tid att fylla på. Fördelen med dessa icke-förnybara resurser är att kraftverk som använder dem kan producera mer kraft på efterfrågan. De icke-förnybara energiresurserna är:

Förnybara resurser fyller å andra sidan på sig själva. De fem stora förnybara energiresurserna är:

  • Sol
  • Vind
  • Vatten, även kallat hydro
  • Biomassa, eller organiskt material från växter och djur
  • Geotermisk värme, som är naturligt förekommande värme från jorden

Även om förnybara energiresurser har fördelen av obegränsad tillgång på lång sikt, är de begränsade i sin tillgänglighet vid varje givet tillfälle.

Till exempel går solen upp varje dag, men dess förmåga att generera energi är begränsad när det är molnigt. En annan nackdel är att kraftverksoperatörer kan öka produktionen av förnybar energi när människor förbrukar mer ström, till exempel en varm dag när många människor kör luftkonditionering samtidigt.

Stater som Kalifornien försöker lösa detta problem genom att använda energilagring, som stora batterier, för att samla in el från förnybara källor när efterfrågan är låg för att kunna använda den senare när efterfrågan ökar.

Icke-förnybar energi och klimatförändringar

När kol, naturgas och olja förbränns för att producera energi, avger de värmefångande gaser som koldioxid. Denna process att fånga värme är det som driver klimatförändringarna, och misslyckandet med att ta itu med detta problem är det som katalyserar den nuvarande klimatkrisen.

Fossila bränslen är kolvätehaltiga material som kol eller gas som finns i jordskorpan och som bildades i det geologiska förflutna från resterna av levande organismer. Dessa energikällor står för majoriteten av världens utsläpp av växthusgaser.

Om utsläppen fortsätter ohämmat kan atmosfären värmas upp med så mycket som 2,7 grader Fahrenheit över förindustriella nivåer till år 2040, enligt den senaste rapporten från Intergovernmental Panel on Climate Change, en grupp internationella forskare som har befogenhet av FN att ge råd till världen ledare.

Forskare säger att denna temperaturökning skulle hota livet på planeten på en mängd olika sätt, inklusive allvarlig vattenbrist, mer luftföroreningar stigande havsnivåer, förlust av habitat av värmeböljor som smälter istäcken i Västantarktis och Grönland och förstörelse av världens korallrev.

Under de senaste 150 åren är människan ansvarig för den stora majoriteten av ökningen av dessa gaser i atmosfären, och förbränning av fossila bränslen genom aktiviteter som att köra bil är den största källan till dessa utsläpp.

Det finns en högljudd grupp av miljöpartister och forskare &mdashStanford&rsquos Mark Jacobson, som utvecklade en stat-för-stat 100 % förnybar plan för en &mdash som hävdar att elnätet endast bör stödjas av förnybara resurser.

Politiker som investerar i förnybar energi gör det ofta med målet att generera kraft utan att släppa ut dessa planetvärmande gaser.

Kärnkraftsdebatten

Experter diskuterar om kärnenergi ska betraktas som en förnybar eller icke-förnybar energiresurs.

Kärnenergi anses vara ren energi, eftersom den inte skapar någon luftförorening eller släpper ut koldioxid, men genererar energi genom kärnklyvning, processen där atomer splittras.

Av denna anledning hävdar anhängare av kärnenergi att den bör betraktas som förnybar.

De som är för mer kärnenergi menar att även med investeringar i vind, sol och andra förnybara resurser är kärnkraft nödvändig, för utan den kan vi minska utsläppen tillräckligt snabbt för att avvärja de värsta effekterna av klimatförändringarna. Without contributions from nuclear energy &ldquothe cost of achieving deep decarbonization targets increases significantly,&rdquo wrote MIT researchers in a 2018 paper examining the issue.

Detractors of this approach say that both the mining and refining of uranium and the building of nuclear power plants is energy-intensive. Other downsides to nuclear energy are the finite amount of uranium deposits on the planet and the production of harmful waste from nuclear reactors.

For these reasons, the U.S. Energy Information Administration considers it a non-renewable energy resource.

Links to Learn More

Intergovernmental Panel on Climate Change Change
A body of the United Nations, the IPCC regularly assesses the science of climate change and issues annual reports on the impacts and risks of warming, as well as guidance for adaptation and mitigation.

U.S. Energy Administration
This U.S. Department of Energy website includes detailed information, analysis and graphics about energy production and use in the U.S.

The United States of Energy
A series of infographics provides insight on our country&rsquos energy production and consumption of both renewable and non-renewable energy sources.

PBS LearningMedia
Find hundreds of digital media resources about renewable energy for use in the classroom from public media stations across the country.


Begär tillåtelse att återanvända innehåll från denna webbplats

ABOUT THE COMPANION WEBSITE xxvii

SECTION I BIOENERGY FUNDAMENTALS 1

1 INTRODUCTION TO BIOENERGY 3
Samir Kumar Khanal and Yebo Li

1.4 Why Renewable Energy? 11

2 UNITS AND CONVERSIONS 19
Samir Kumar Khanal

2.2 Units of Measurement 19

2.3 Useful Units and Conversions 21

2.5 Volume&ndashMass Relationship 29

References and Further Reading 32

3 MASS AND ENERGY BALANCES 33
Devin Takara and Samir Kumar Khanal

References and Further Reading 39

4 THERMODYNAMICS AND KINETICS OF BASIC CHEMICAL REACTIONS 42
Devin Takara and Samir Kumar Khanal

4.2 Reaction Thermodynamics 43

References and Further Reading 48

5 ORGANIC AND CARBOHYDRATE CHEMISTRY 50
Xiaolan Luo and Yebo Li

5.2 Structural Formulas and Classification of Organic Compounds 51

5.3 Aliphatic Compounds 52

5.5 Heterocyclic Compounds 62

5.7 Proteins and Lipids 66

References and Further Reading 69

6 PLANT STRUCTURAL CHEMISTRY 71
Samir Kumar Khanal Saoharit Nitayavardhana and Rakshit Devappa

6.2 Carbohydrates and Their Classification 72

6.3 Main Constituents of Plant Biomass 73

6.4 Plant Cell Wall Architecture 80

7 MICROBIAL METABOLISMS 88
Arul M. Varman Lian He and Yinjie J. Tang

Appendix 7.1 Code Useful for Example 7.2 105

SECTION II BIOENERGY FEEDSTOCKS 107

8 STARCH-BASED FEEDSTOCKS 109
Xumeng Ge and Yebo Li

8.5 Comparison of Composition Yield and Energy Potential of Corn Sweet Potato and Cassava 124

9 OILSEED-BASED FEEDSTOCKS 127
Chengci Chen and Marisol Berti

9.3 Rapeseed and Canola 132

9.7 Yield and Oil Content of Major Oilseed Feedstocks 139

10 LIGNOCELLULOSE-BASED FEEDSTOCKS 143
Sudhagar Mani

10.2 Feedstock Availability and Production 144

10.3 Feedstock Logistics 151

11 ALGAE-BASED FEEDSTOCKS 170
Xumeng Ge Johnathon P. Sheets Yebo Li and Sudhagar Mani

11.2 Algae Classification Cell Structure and Characteristics 171

11.3 Mechanism of Algal Growth 172

11.4 Algal Growth Conditions 174

11.5 Steps in Algal-Biodiesel Production 176

SECTION III BIOLOGICAL CONVERSION TECHNOLOGIES 199

12 PRETREATMENT OF LIGNOCELLULOSIC FEEDSTOCKS 201
Chang Geun Yoo and Xuejun Pan

12.2 What Does Pretreatment Do? 202

12.3 Physical Pretreatment 205

12.4 Thermochemical Pretreatment 207

12.5 Other Pretreatments 216

12.6 Co-products from Lignocellulosic Feedstock Pretreatment 219

13 ENZYMATIC HYDROLYSIS 224
David Hodge and Wei Liao

13.2 Nomenclature and Classification of Hydrolases 225

13.4 Enzymatic Hydrolysis of Carbohydrates 240

14 ETHANOL FERMENTATION 250
Saoharit Nitayavardhana and Samir Kumar Khanal

14.2 Biochemical Pathway 252

14.3 Byproducts Formation during Ethanol Fermentation 263

14.4 Microbial Cultures 264

14.5 Environmental Factors Affecting Ethanol Fermentation 267

14.6 Industrial Fuel-Grade Ethanol Production 268

15 BUTANOL FERMENTATION 277
Victor Ujor and Thaddeus Chukwuemeka Ezeji

15.2 Butanol Fermentation 279

15.3 Factors Affecting Butanol Fermentation 285

15.4 Substrates for Butanol Fermentation 287

15.5 Advanced Butanol Fermentation Techniques and Downstream Processing 288

16 SYNGAS FERMENTATION 296
Mark R. Wilkins Hasan K. Atiyeh and Samir Kumar Khanal

16.3 Syngas-Fermenting Bacteria 298

16.4 Factors Affecting Syngas Fermentation 303

17 FUNDAMENTALS OF ANAEROBIC DIGESTION 313
Samir Kumar Khanal and Yebo Li

17.2 Organic Conversion in an Anaerobic Process 315

17.3 Stoichiometry of Methane Production 320

17.4 Important Considerations in Anaerobic Digestion 323

17.5 Anaerobic Digestion Model No. 1 (ADM1) 331

18 BIOGAS PRODUCTION AND APPLICATIONS 338
Samir Kumar Khanal and Yebo Li

18.2 Anaerobic Digestion Systems 338

18.3 Biogas Cleaning and Upgrading 354

18.4 Biogas Utilization 357

19 MICROBIAL FUEL CELLS 361
Hongjian Lin Hong Liu Jun Zhu and Venkataramana Gadhamshetty

19.2 How Does a Microbial Fuel Cell (MFC) Work? 363

19.3 Electron Transfer Processes 365

19.4 Electrical Power and Energy Generation 370

19.5 Design and Operation of an MFC 377

SECTION IV THERMAL CONVERSION TECHNOLOGIES 385

20 COMBUSTION FOR HEAT AND POWER 387
Sushil Adhikari Avanti Kulkarni and Nourredine Abdoulmoumine

20.2 Fundamentals of Biomass Combustion 389

20.3 Biomass Properties and Preprocessing 393

20.6 Biomass Co-firing with Coal 402

20.7 Environmental Impact and Emissions of Biomass Combustion 404

21 GASIFICATION 407
Sushil Adhikari and Nourredine Abdoulmoumine

21.2 Fundamentals of Gasification 408

21.4 Feedstock Preparation and Characterization 414

21.5 Gasification Mass and Energy Balance 416

21.7 Applications of Biomass Gasification 419

22 PYROLYSIS 423
Manuel Garcia-Perez

22.2 Slow vs. Fast Pyrolysis 425

22.3 Pyrolysis Reactions and Mechanisms 426

22.4 Single-Particle Models 431

SECTION V BIOBASED REFINERY 439

23 SUGAR-BASED BIOREFINERY 441
Samir Kumar Khanal and Saoharit Nitayavardhana

23.3 Sugarcane Ethanol 443

23.4 Sweet Sorghum Ethanol 446

23.5 Sugar Beet Ethanol 447

23.6 Biochemicals and Biopolymers 448

24 STARCH-BASED BIOREFINERY 453
Samir Kumar Khanal and Saoharit Nitayavardhana

24.2 Stoichiometry of Starch to Ethanol 455

24.3 Integrated Farm-Scale Biorefinery 464

25 LIGNOCELLULOSE-BASED BIOREFINERY 467
Scott C. Geleynse Michael Paice and Xiao Zhang

25.2 Cell Structure of Lignocellulosic Feedstocks 468

25.3 Stoichiometry and Energy Content 468

25.4 Lignocellulosic Biomass Conversion to Fuel 472

25.5 Co-Products from Lignocellulose-Based Biorefinery 473

25.6 Industrial Lignocellulose-Based Biorefinery 476

26 LIPID-BASED BIOREFINERY 481
B. Brian He J. H. Van Gerpen Matthew J. Morra and Armando G. McDonald

26.2 Lipid-Based Feedstocks 483

26.3 Chemical Properties of Lipids 484

26.4 Biodiesel from Lipids 491

26.5 Lipid-Based Biorefinery 498

SECTION VI BIOENERGY SYSTEM ANALYSIS 505

27 TECHNO-ECONOMIC ASSESSMENT 507
Ganti S. Murthy

27.2 What Is Techno-Economic Analysis? 508

27.3 Basic Steps in TEA 509

27.4 Tools Software and Data Sources for Performing TEA 517

28 LIFE-CYCLE ASSESSMENT 521
Ganti S. Murthy

28.2 What Is Life-Cycle Assessment (LCA)? 522

28.3 Procedure for LCA 524

28.4 Tools Available to Perform LCA 533

29 GOVERNMENT POLICY AND STANDARDS FOR BIOENERGY 544
Sami Kumar Khanal Gal Hochman Ajay Shah and Jeffrey M. Bielicki


Nyckelbegrepp

Som Amazon Associate tjänar vi på kvalificerade köp.

Vill du citera, dela eller ändra den här boken? Den här boken är Creative Commons Attribution License 4.0 och du måste tillskriva OpenStax.

    Om du omfördelar hela eller delar av denna bok i ett tryckformat måste du inkludera följande attribution på varje fysisk sida:

  • Använd informationen nedan för att skapa ett citat. Vi rekommenderar att du använder ett citeringsverktyg som det här.
    • Authors: Samantha Fowler, Rebecca Roush, James Wise
    • Utgivare/webbplats: OpenStax
    • Book title: Concepts of Biology
    • Publication date: Apr 25, 2013
    • Plats: Houston, Texas
    • Book URL: https://openstax.org/books/concepts-biology/pages/1-introduction
    • Section URL: https://openstax.org/books/concepts-biology/pages/20-key-terms

    © 12 jan 2021 OpenStax. Textbokinnehåll som produceras av OpenStax är licensierat under en Creative Commons Attribution License 4.0 -licens. OpenStax -namnet, OpenStax -logotypen, OpenStax bokomslag, OpenStax CNX -namn och OpenStax CNX -logotypen omfattas inte av Creative Commons -licensen och får inte reproduceras utan föregående och uttryckligt skriftligt medgivande från Rice University.


    Nonrenewable and Renewable Energy Resources

    There are nine major areas of energy resources. They fall into two categories: nonrenewable and renewable. Icke-förnybara energiresurser, som kol, kärnkraft, olja och naturgas, finns i begränsade mängder. This is usually due to the long time it takes for them to be replenished. Förnybara resurser fylls på naturligt och under relativt korta tidsperioder. The five major renewable energy resources are solar, wind, water (hydro), biomass, and geothermal.

    Since the dawn of humanity people have used renewable sources of energy to survive -- wood for cooking and heating, wind and water for milling grain, and solar for lighting fires. A little more than 150 years ago people created the technology to extract energy from the ancient fossilized remains of plants and animals. These super-rich but limited sources of energy (coal, oil, and natural gas) quickly replaced wood, wind, solar, and water as the main sources of fuel.

    Fossil fuels make up a large portion of today&rsquos energy market, although promising new renewable technologies are emerging. Careers in both the renewable and nonrenewable energy industries are growing however, there are differences between the two sectors. They each have benefits and challenges, and relate to unique technologies that play a role in our current energy system. For a range of reasons, from the limited amount of fossil fuels available to their effects on the environment, there is increased interest in using renewable forms of energy and developing technologies to increase their efficiency. This growing industry calls for a new workforce.


    3 - Non-renewable energy resources: fossil fuels – supply and future availability

    Today, the world's energy supply still depends to around 90% on non-renewable energy sources, which are largely dominated by fossil fuels. As the global energy mix is widely expected to continue relying predominantly on fossil fuels in the coming decades, the question arises to what extent and how long fossil fuels will be able to sustain the supply. The projected increase in global energy demand, particularly in the developing nations of Asia (such as China and India), as well as the economic and geopolitical implications of future shortcomings in the supply of oil and gas, are already creating serious concerns about the security of energy supply. Especially, the transport sector, which is still almost entirely dependent on oil worldwide and would be most vulnerable to supply shortages, is increasingly triggering the search for alternative fuels. The following chapter thus focuses primarily on the future availability of fossil fuels in the context of the development of global energy demand and sets the scene for the possible introduction of hydrogen.

    Projections on the future development of global energy demand

    In the following, the past and future development of global energy demand and its composition will be briefly analysed. The energy balance methodology for primary energy demand of oil, gas, coal and biomass is normally based on the calorific content of the energy commodities.


    Titta på videon: UppTalk Weekly: är 4:e generationens kärnkraftssystem svaret på världens framtida elförsörjning? (December 2022).