Wyjaśnienie klimatu: Ile energii na świecie pochodzi z paliw kopalnych i czy możemy ją zastąpić odnawialnymi?

Wyjaśnienie klimatu Jest to współpraca między The Conversation, Stuff i New Zealand Science Media Center, aby odpowiedzieć na Twoje pytania dotyczące zmian klimatycznych.

Jeśli masz pytanie, na które chcesz odpowiedzieć ekspertowi, wyślij je do niego Climate [email protected].

P: Jak powstają paliwa kopalne, dlaczego uwalniają dwutlenek węgla i ile energii dostarcza świat? Jakie są odnawialne źródła energii, które mogą zastąpić paliwa kopalne?

Paliwa kopalne powstały przez miliony lat ze szczątków roślin i zwierząt uwięzionych w osadach, a następnie przekształconych pod wpływem ciepła i ciśnienia.

kość powstały węgiel drzewny W okresie karbońskim (360-300 mln lat temu) epoka płazów i rozległych lasów bagiennych. Skamieniałość drzew przeniosła ogromne ilości węgla z powietrza do ziemi, obniżając poziom dwutlenku węgla w atmosferze – wystarczająco, aby sprowadzić Ziemię prawie całkowicie poniżej poziomu Ziemi. zamrożony kraj.

Czytaj więcej:
* Wykorzystanie węgla w Nowej Zelandii do wytwarzania energii elektrycznej rośnie
* Wyjaśnienie klimatyczne: kiedy Antarktyda topnieje, czy zmiany grawitacyjne podniosą poziom lądu i obniżą poziom mórz?
* Zielona technologia, która pomaga nam ograniczać emisję gazów cieplarnianych na całym świecie
* Zmiana klimatu: zielony wodór to coś więcej niż tylko hałas

Ta zmiana klimatu w połączeniu z rozwojem grzybów, które mogą trawić martwe drewno i uwalniać węgiel z powrotem do powietrza, doprowadziła do etapu rozwoju węgla drzewnego. Kończyć się.

Ropa i gaz ziemny (metan, metan) powstały w podobny sposób, nie z drzew, ale z planktonu oceanicznego i to przez dłuższy czas. Pole naftowe Maui w Nowej Zelandii jest stosunkowo mały, którego historia sięga eocenu, około 50 milionów lat temu.

Płonące zakopane słońce

Podczas spalania paliw kopalnych węgiel reaguje z tlenem, tworząc dwutlenek węgla. ten Energia pierwotnie dostarczana przez słońce, przechowywany w wiązaniach chemicznych przez miliony lat, zostaje uwolniony, a węgiel wraca do powietrza. Prostym przykładem jest spalanie gazu ziemnego: jedna cząsteczka metanu i dwie cząsteczki tlenu łączą się, tworząc dwutlenek węgla i wodę.

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O

Spalanie jednego kilograma gazu ziemnego uwalnia 15 kilowatogodzin energii w postaci promieniowania podczerwonego (ciepło promieniowania). To dużo pieniędzy.

Aby powstrzymać nasilające się zmiany klimatyczne, musimy zaprzestać spalania paliw kopalnych na energię. To długa prośba, ponieważ Paliwo kopalne oszczędza 84 procent całej energii zużywanej przez ludzką cywilizację. (Nowa Zelandia jest mniej zależna od paliw kopalnych, w 65 procent.)

Istnieje wiele potencjalnych źródeł energii odnawialnej lub niskoemisyjnej: jądrowej, wodnej, wiatrowej, słonecznej, geotermalnej, biomasy (elektrownie spalające) i biopaliw (wytwarzanie paliw płynnych lub gazowych z roślin). Działa kilka elektrowni pływowych i prowadzone są eksperymenty mające na celu wygenerowanie fal i prądów oceanicznych.

Ale spośród nich jedyne dwa, które mają potencjał, by zwiększyć skalę do ogromnej ilości zużywanej przez nas energii, to wiatr i słońce. Pomimo imponującego wzrostu (podwojenie w niecałe pięć lat) tylko wiatr zapewnia 2,2 procent Z całej energii energia słoneczna 1,1 procent.

Przejście na odnawialne źródła energii

Jedną z oszczędności, która wskazuje na możliwość całkowitego przejścia na energię odnawialną, jest marnowanie dużej ilości energii z paliw kopalnych.

Po pierwsze wydobycie, rafinacja i transport paliw kopalnych stanowią 12 procent wszystkich zastosowań energii. Po drugie, paliwa kopalne są często spalane w bardzo nieefektywny sposób, na przykład w samochodowych silnikach spalinowych. Świat oparty na energii odnawialnej będzie potrzebował o połowę Energia na pierwszym miejscu.

Potencjalne zasoby energii słonecznej i wiatrowej są ogromne, a koszty gwałtownie spadły. niektórzy mają kłócić się Do 2050 r. możemy przejść na w pełni odnawialną energię, w tym linie przesyłowe i magazynowanie energii, a także w pełni syntetyczne paliwa płynne.

Jeden Scenariusz Widzisz, jak Nowa Zelandia buduje 20 GW energii słonecznej i 9 GW wiatru. To nie jest nierozsądne – zrobiła to Australia tyle zbudowałem za pięć lat. Musimy się pospieszyć. Budowa elektrowni odnawialnej wymaga czasu i Branże Aktualizacja wymaga czasu.

Inne czynniki do rozważenia

Przejście na energię odnawialną rozwiązuje problemy paliw i zmian klimatycznych, ale nie problemy eskalacji zużycia zasobów. Budowa całkowicie nowego systemu energetycznego wymaga dużej ilości materiałów, z których niektóre są rzadkie i trudne do wydobycia. W przeciwieństwie do spalonego paliwa metal można poddać recyklingowi, ale nie pomoże to przy budowie nowego systemu po raz pierwszy.

Badania to koniec Że pomimo niedoboru niektórych minerałów (zwłaszcza kobaltu, kadmu, niklu, złota i srebra) „jest mało prawdopodobne, aby system energii odnawialnej w pełni wyczerpywał rezerwy i zasoby mineralne do 2050 roku”. Istnieją również możliwości zastąpienia bardziej powszechnych materiałów, przy czym w pewnym stopniu traci się wydajność.

Ale wiele metali jest na haju zlokalizowane. Połowa światowych zasobów kobaltu znajduje się w Demokratycznej Republice Konga, połowa litu w Chile, a 70 procent pierwiastków ziem rzadkich wykorzystywanych w turbinach wiatrowych i silnikach elektrycznych znajduje się w Chinach.

Inną kwestią jest zmarnowana konsumpcja. Nowe technologie (roboty, drony, Internet) oraz wzrost gospodarczy zwiększają zużycie energii i zasobów. Bogaci zużywają nieproporcjonalną ilość energii i modelują nadmierne zużycie oraz Śmieci Inni to podziwiają, w tym wschodzące bogate narody w krajach rozwijających się.

Badania analizują emisje na poziomie gospodarstw domowych w krajach europejskich znaleźli Najwyższy 1% populacji o największym śladzie węglowym wytworzył po 55 ton ekwiwalentu CO2, w porównaniu ze średnią europejską wynoszącą 10 ton.

Naukowcy ostrzegali przed konsumpcją bogatych i tam silny dyskusja o tym, jak go zmniejszyć, zachowując stabilne społeczeństwo.

Jednym ze sposobów odwrócenia tych pytań jest rozpoczęcie od dołu i pytanie: Jaka jest minimalna energia potrzebna do zaspokojenia podstawowych potrzeb człowieka?

Jeden badanie Uważa się, że „godne życie” obejmuje wygodne mieszkanie, odpowiednią ilość jedzenia i wody, 10 000 km podróży rocznie, edukację, opiekę zdrowotną i komunikację dla każdej osoby na ziemi – zdecydowanie nie udało nam się jeszcze osiągnąć. Okazało się, że wymagałoby to około 4000 kWh energii na osobę rocznie, mniej niż jedną dziesiątą tego, co obecnie zużywają Nowozelandczycy, oraz ilości łatwo dostarczanej z energii odnawialnej.

Cały ten węgiel pod ziemią był dojrzałą energią do zbierania. Wybraliśmy. Ale teraz nadszedł czas, aby przestać.

Robert MacLachlan jest profesorem matematyki stosowanej na Uniwersytecie Massey.

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany Rozmowa. Przeczytaj oryginalny artykuł.