5 belangrijkste hernieuwbare natuurlijke hulpbronnen

Enkele van de belangrijkste hernieuwbare natuurlijke energiebronnen zijn: 1. Bio-energie 2. Geothermische energie 3. Waterkracht 4. Actief zonnesysteem 5. Windenergie.

1. Bio-energie:

Bio-energie maakt gebruik van hernieuwbare biomassabronnen om een ​​scala aan energiegerelateerde producten te produceren, waaronder elektriciteit, vloeibare vaste en gasvormige brandstoffen, warmte, chemicaliën en andere materialen. Bio-energie is goed voor ongeveer drie procent van de primaire energieproductie.

Dit komt uit biomassa, dat wil zeggen, elk op planten gebaseerd organisch materiaal dat op duurzame basis beschikbaar is, inclusief specifieke energiegewassen en bomen, landbouwvoedings- en -voergewassen, landbouwafval en -residuen, houtafval en -afval, waterplanten, dierlijk afval, stedelijk afval en andere afvalmaterialen.

Typen bio-energie en biobrandstoffen:

Vloeibare brandstoffen, waaronder ethanol, methanol, biodiesel en gasvormige brandstoffen zoals waterstof en methaan, afgeleid van biomassavoeding. Biobrandstoffen zijn vloeibare brandstoffen gemaakt van esters, alcoholen, ethers en andere biomassachemicaliën. Het zijn hernieuwbare brandstoffen die in elk klimaat kunnen worden geproduceerd met behulp van reeds ontwikkelde landbouwmethoden. Veel voorkomende biobrandstoffen zijn: ethanol en biodiesel. Ethanol wordt gemaakt van zetmeel of suikers, meestal graan of maïs. Biodiesel is een ester gemaakt van vetten of oliën. Cellulose-ethanol is de toekomst.

Voordelen van biobrandstoffen:

1. Omdat biobrandstoffen hernieuwbaar zijn, kunnen ze voor onbepaalde tijd worden gebruikt zonder de natuurlijke hulpbronnen van de aarde uit te putten

2. Bio-brandstoffen kunnen in korte tijd worden geproduceerd (bijvoorbeeld: één groeiseizoen), terwijl niet-hernieuwbare, zoals fossiele brandstoffen, 40 miljoen jaar of langer nodig hebben om geproduceerd te worden.

3. Biobrandstoffen zijn koolstofneutraal, wat betekent dat de netto CO ₂ -uitgangen gelijk zijn aan de netto CO ₂ -ingangen. Biobrandstoffen verminderen schadelijke emissies in de atmosfeer. Het is hernieuwbaar en draagt ​​niet bij aan het broeikaseffect als gevolg van
zijn gesloten koolstofcyclus.

Koolstof in de brandstof werd oorspronkelijk door planten uit de lucht verwijderd, dus er is geen netto toename van het kooldioxidegehalte. Het biedt aanzienlijke reducties in koolstofmonoxide, onverbrande koolwaterstoffen en deeltjesemissies van dieselmotoren.

De meeste emissieproeven hebben aangetoond dat lichte oxiden van stikstof (NOx) toenemen met biodiesel. Deze toename in NOx kan worden geëlimineerd met een kleine aanpassing aan de injectietijd van de motor, terwijl de deeltjesafname nog steeds behouden blijft. Biodiesel heeft uitstekende smeereigenschappen, wanneer het wordt toegevoegd aan normale dieselbrandstof in een hoeveelheid van 1-2%, kan het brandstof met slechte smeereigenschappen, zoals moderne diesel met een laag zwavelgehalte, omzetten in een acceptabele brandstof.

4. Biodiesel wordt gemaakt van een verscheidenheid aan voedermiddelen:

een. Sojaolie, maïsolie, canola (een eetbare variëteit van gape-zaad) olie, katoenzaadolie, mosterdolie, palmolie, zonnebloemolie, lijnzaadolie, Jatropha-olie, enz.

b. Afvaloliën voor restaurants zoals frituuroliën

c. Dierlijke vetten zoals rundertalk of varkensreuzel

d. Trapvet (afkomstig van restaurantvetvangers), drijfvet (van afvalwaterzuiveringsinstallaties), enz.

5. Biobrandstoffen versterken de economie door:

een. Vermindering van de afhankelijkheid van buitenlandse olie (waardoor het handelstekort wordt beperkt)

b. Stimulering van de groei in de landbouwsector

c. Bio-elektriciteitsopwekking uit biomassa. Op basis van directe verbrandingstechnologie: verbranding van biomassa om stoom te produceren in boilers. De stoom wordt gebruikt om elektriciteit te produceren in stoomturbine-generatoren. De meeste geproduceerde bio-energie is van afvalhout. Toekomstige bio-energietechnologieën kunnen zijn: bij- en meestoken, vergassing (biogas), pyrolyse en anaerobe vergisting.

d. Biogebaseerde chemicaliën en industriële producten, met uitzondering van voedingsmiddelen en diervoeders, afgeleid van biomassa-voedermiddelen. Voorbeelden: groene chemicaliën, hernieuwbare kunststoffen, natuurlijke vezels en natuurlijke structurele materialen.

2. Geothermische energie:

Ontwikkelingen in alternatieve energiebronnen, gevoed door bedreigingen van traditionele uitputting van energiebronnen, streven naar zelfvoorziening en streven naar het vinden van alternatieve energiebronnen die algemeen beschikbaar, veelzijdig, hernieuwbaar en beperkt van invloed zijn op het milieu.

Geothermische energie is de energiehitte die wordt gegenereerd door natuurlijke processen die zich in de aarde voordoen. Fumarolen, warmwaterbronnen en modderpotten zijn natuurlijke verschijnselen die het gevolg zijn van geothermische activiteit. Interne warmte van de aarde (die wordt geproduceerd door het verval van natuurlijke radioactieve materialen).

Meest waarschijnlijke sites zijn dichtbij plaatgrenzen met actieve vulkanen en een hoge warmtestroom, bijv. Pacific Rim, IJsland, Middellandse Zee. Faciliteiten voor exploitatie van geothermische energie worden op grote schaal gebruikt in Italië, de VS, Japan, Nieuw-Zeeland, Mexico, de USSR.

Traditioneel gebruik van geothermische energie: Natuurlijke vrijgaves van geothermische energie worden al eeuwenlang gebruikt in de Balneologie (Heling, Hygiëne), Huishoudelijke diensten zoals Koken, Wasserij, (Ex. Nieuw-Zeelanders), Minerale extractie, waar geothermisch water nuttige mineralen kan bevatten zoals boorzuur, zwavel, vitriol of aluminium.

Gebruik van geothermische energie:

De temperatuur in de aarde varieert met de diepte zoals weergegeven in Fig. 3.2. Binnen de aarde hebben verschillende gebieden verschillende thermische gradiënten en dus verschillende gebruikspotentialen. Hogere thermische gradiënten komen overeen met gebieden die meer geothermische energie bevatten. Geothermische gebieden die kunnen worden gebruikt voor grootschalige operaties zoals energieopwekking vereisen specifieke thermische gradiënten.

Gebieden met deze hellingen worden geclassificeerd als geothermische velden en bevinden zich alleen in geselecteerde gebieden van de wereld. Geothermische velden zijn de thermische gebieden, waar permeabele rotsformaties onder de grond een werkvloeistof bevatten zonder welke het gebied niet op grote schaal zou kunnen worden geëxploiteerd.

een. Semi-thermisch veld - produceert water tot 100 ° C vanaf een boordiepte van 1-2 km

b. Nat hyperthermisch veld (door water gedomineerd) - produceert water onder druk> 100 ° C

c. Droog hyperthermisch veld (door damp gedomineerd) - produceert droge verzadigde of enigszins oververhitte stoom bij P> P _atm

Door geothermische velden te exploiteren, met name hyperthermische velden, kan geothermische energie op grote schaal worden gebruikt. Semi-thermische velden die gewoonlijk worden aangetroffen in gebieden met abnormaal hoge temperatuurgradiënten, Hyper-thermische velden die zich over het algemeen bij tektonische plaatgrenzen in seismische zones bevinden. Warmte stroomt vanuit het centrum naar buiten als gevolg van radioactief verval.

De korst (ongeveer 30 en 60 km dik), isoleert ons van de binnenwarmte, een vaste binnenkern gevolgd door een vloeibare buitenkern, met de mantel in semi-gesmolten toestand en temperatuur aan de basis van de korst ongeveer 1000 ° C, neemt langzaam toe in de kern. De hotspots bevinden zich op 2 tot 3 km van het oppervlak.

Tektonische platen zijn constant in beweging (enkele centimeters / jaar). Wanneer een botsing of slijpen plaatsvindt, kan het bergen, vulkanen, geisers en aardbevingen creëren. Dichtbij de kruispunten van deze platen, waar de geothermische hitte snel van binnenland reist? Verdeling van de belangrijkste reserves voor geothermische energie wordt getoond in Fig. 3.3.

1. Milieueffecten voor de installatie van geothermische energiecentrales zijn veel minder dan traditionele energiecentrales met betrekking tot landinvloeden, luchtinvloeden, oppervlakte- en grondwaterinvloeden en esthetische gevolgen verder verminderd in systemen waarbij geothermisch afvalwater en stoom opnieuw worden geïnjecteerd in de grond.

De ernst van de milieueffecten is afhankelijk van: het type ontwikkeld thermisch materiaal, de chemische samenstelling van de geothermische vloeistof, de chemische samenstelling van ondergronds gesteente, geologie, hydrologie en topografie van het gebied, samen met de technologie die wordt gebruikt voor energieproductie en verontreinigingsbeheersing. Managementplanning kan vaak de invloed van vervuiling verminderen door emissiecontroles en een goede planning.

3. Hydro-elektrische energie:

Waterkracht moet een van de oudste methoden zijn om kracht te produceren. Waterkrachtenergie wordt verkregen uit stromend water. Energie in water kan worden aangewend en gebruikt in de vorm van drijfkracht of temperatuurverschillen. De meest voorkomende toepassing is de dam, maar deze kan direct worden gebruikt als een mechanische kracht of een thermische bron / gootsteen.

Waterkracht van potentiële energie van de waterstand, levert nu ongeveer 715.000 MWe of 19% van de wereldelektriciteit en grote dammen worden nog steeds ontworpen. Afgezien van een paar landen met een overvloed aan water, wordt waterkracht normaal gesproken toegepast op piekbelastingsvraag, omdat het zo gemakkelijk wordt gestopt en gestart.

Desalniettemin is hydro-elektrische energie waarschijnlijk geen belangrijke optie voor de toekomst van de energieproductie in de ontwikkelde landen, omdat de meeste belangrijke locaties in deze landen met het potentieel om de zwaartekracht op deze manier te benutten al worden uitgebuit of niet beschikbaar zijn om andere redenen, zoals milieu overwegingen.

Kleinschalige hydro- of micro-waterkracht wordt steeds meer gebruikt als alternatieve energiebron, vooral in afgelegen gebieden zijn andere krachtbronnen niet levensvatbaar. Kleinschalige waterkrachtsystemen kunnen worden geïnstalleerd in kleine rivieren of beekjes met weinig of geen waarneembaar milieu-effect op zaken als vismigratie. De meeste kleinschalige waterkrachtsystemen maken geen gebruik van een dam of grote waterafleiding, maar gebruiken eerder waterwielen met weinig impact op het milieu.

Water is nodig om een ​​waterkrachtcentrale te laten draaien. Het wordt in een reservoir of meer achter de dam gehouden en de kracht van het water dat uit het reservoir vrijkomt door de dam, draait de bladen van een turbine. De turbine is verbonden met de generator die elektriciteit produceert. Na het passeren van de turbine, komt het water terug in de rivier aan de stroomafwaartse kant van de dam. (Fig. 3.4).

4. Actief zonne-energiesysteem:

Door Active Solar Heating Systems verwarmde vloeistof wordt kunstmatig verspreid. Vlakke plaat collector-vlakke metalen plaat absorbeert de energie van de zon. De vloeistof komt in contact met de plaat en wordt naar de benodigde plaats gecirculeerd. De plaat bevindt zich in een geïsoleerde doos met een glazen deksel (glas is ondoorzichtig voor infrarood-re-straling maar maakt 90% van de invallende straling mogelijk).

Soorten verzamelaars:

1. Buizen ingeklemd tussen de platen

2. Water druppelt over de plaat

3. Zwarte rubbermat met buizen en vinnen (lage temperatuur zwembaden)

4. Collectorrendement = 100% x (geleverde nuttige energie) / (bezonning op collector) aantal kan oplopen tot 60-70%

Factoren die de efficiëntie beïnvloeden:

1. Watertemperatuur - aangezien geleidingsverliezen afhankelijk zijn van T, grotere T = meer verliezen

2. Stralingsverliezen - warme dingen stralen uit. Coating absorbers helpt koperoxide film-absorptie = .9, emissiviteit = .15

3. Hoek van collector - afhankelijk van gebruik.

opslag:

Er zijn verschillende soorten opslagsystemen, het gebruik is afhankelijk van de ruimte.

Volume warmtecapaciteit = hoeveelheid energie die nodig is om één volumeapparaat materiaal te verhogen, één graadtemperatuur = soortelijke warmte x dichtheid Ex. ijzer 1/8 warmtecapaciteit van water, maar 8 keer dichter We kunnen water onder gesteentelagen gebruiken, vooral voor luchtsysteem Faseveranderende materialen - warmte van fusieafgifte, kan kleinere opslagruimte zijn, maar houdt opslag bij specifieke temperatuur. Ex. Eutectische zouten.

Toepassingen:

1. Ruimteverwarming - Basisbordradiatoren. De warmte van de collector wordt naar de opslagtank gepompt. Vloeistof wordt vervolgens weggepompt en indien nodig wordt extra warmte toegevoegd voordat deze naar plinten gaat

2. Heet water - Hetzelfde als ruimteverwarming, behalve dat water beslist wordt gebruikt (warmtewisselaar in opslagtank).

Gerichte Collectors:

Gerichte Collectors - een actief zonnestelsel dat gebogen spiegels gebruikt om zonlicht op werkvloeistof te richten. Kan temperaturen van meer dan 180 F en maximaal 1000 F bereiken. Belangrijk gebruik is in stoomgeneratoren (waarom zou u 1000 F water of lucht nodig hebben?)

Passieve zonne-energiesystemen:

Passief zonneverwarmingssysteem - verwarmde vloeistof wordt niet kunstmatig overgebracht. Natuurlijke middelen (convectie en geleiding) worden gebruikt om al het transport te doen dat nodig is. Grote winst in besparingen. Dit type systeem maakt gebruik van het feit dat de hoeveelheid zonne-energie die door glas wordt overgedragen gedurende 24 perioden groter is dan de warmte die daardoor wordt verloren. Alle soorten hebben een uitstekende isolatie, zonnecollectie en thermische opslagfaciliteiten nodig.

Vier veel voorkomende typen zijn:

een. Directe versterking - direct zonlicht verwarmt de ruimte. Heeft thermische massa nodig om warmte op te slaan (beton, rotsen, enz.). Adobe-huizen in het zuidwesten

b. Indirecte winst - verzamel en bewaar energie in één deel en laat natuurlijke convectie energie overbrengen naar andere delen. Ex. Trombe muur

c. Bijgevoegde broeikas - net als indirecte winst. Zorgt echter ook voor barrière in de zomer van direct zonlicht in woonruimten. Ook goed voor voedselproductie

d. Thermosiphon - kan worden gebruikt voor warm water. Voor woningverwarming of raameenheid wordt het natuurlijke drijfvermogen gebruikt om te verwarmen.

Economie:

Actieve systemen zijn duur, passief minder. Duurder om achteraf in te passen dan om in te bouwen. In deze tijd, zonder stimulans om het te doen (energieprijzen laag, geen zonne-dividend) en op economisch vlak, denkt niemand daarover.

De grootste push kan meer zijn vanwege milieuredenen:

een. Mogelijke besparingen: 25% van het energieverbruik gaat naar verwarming en koeling

b. Noordelijke staten hebben in de winter een grotere behoefte aan warme lucht, maar ontvangen minder bezonning dan zuidelijke staten

c. Het grootste gebruik van Zuid-Amerika waarschijnlijk voor warm water. Warm water voor huishoudelijk gebruik is goed voor 4% van het energieverbruik.

d. Batterijen slaan de opgewekte energie op en ontladen de energie als dat nodig is.

e. Batterijbank bestaat uit een of meer batterijen van het type 'solar deep-cycle'.

f. Afhankelijk van de stroom en spanningen voor bepaalde toepassingen zijn de batterijen in serie en / of parallel geschakeld.

Drie manieren om zonlicht om te zetten in elektriciteit, voornamelijk fotovoltaïsche windturbines en zonnethermische (stoom) turbines.

Zonnecelprincipes:

Foto-elektrisch effect - ontdekt door Heinrich Hertz in 1887. Uitgelegd door Einstein in 1905. Elektronen worden uitgestraald wanneer licht metalen inslaat. Puzzel was dat voor bepaalde kleuren licht geen elektronen werden uitgezonden. Uitleg - Licht heeft golf- en deeltjeskenmerken. Als we denken aan deeltjes, dan heeft elk foton energie van E = hf. Aangezien foton wordt geabsorbeerd door metaal, als hf groter is dan de bindende energie van elektronen aan metaal, worden elektronen bevrijd.

Productie van zonnecellen:

De meeste zonne-energie (PV) -cellen bestaan ​​uit twee halfgeleidermaterialen die met elkaar zijn verbonden. Silicium wordt "gedoteerd" met fosfor om een ​​n-type halfgeleiderkristal te creëren, dat is verbonden met silicium "gedoteerd" met boor (p-type halfgeleider kristal) om een ​​pn overgang te creëren. Dit creëert een potentiële barrière die "richting" geeft aan de vrijgemaakte elektronen, dwz de vrijgemaakte elektronen worden in de richting van de potentiële energiedaling aangedreven.

p-n-juncties kunnen ook worden gevormd uit amorf silicium (geen kristallijne structuur). Bungelende bindingen (gebrek aan kristallijne structuur) kunnen vrije elektronen vangen. Deze zijn goedkoop te produceren en zijn efficiënt onder TL-licht.

Andere materialen dan silicium kunnen worden gebruikt om de pn-overgangen te maken. Materialen zoals galliumarsenide, cadmiumtelluride en cadmiumsulfide kunnen worden gebruikt. Efficiëntieverbeteringen dan op silicium gebaseerde PV-cellen kunnen worden bereikt (boekencitaat van 40% is niet in overeenstemming met langdurig gebruik, de beste efficiëntie is ongeveer 20-25%).

5. Windenergie:

Windenergie is de kinetische energie van wind, of de winning van deze energie door windturbines. In 2004 werd windenergie de goedkoopste vorm van nieuwe stroomopwekking, onder de kosten per kilowattuur van kolengestookte centrales.

Windenergie groeit sneller dan enige andere vorm van elektriciteitsopwekking, met ongeveer 37%, een groei van 25% in 2002. Eind jaren negentig waren de kosten van windenergie ongeveer vijf keer zo hoog als in 2005, en dat is neerwaarts gericht. de trend zal naar verwachting doorzetten naarmate grotere multi-megawatt-turbines in massaproductie worden geproduceerd.

Naar schatting wordt 1 tot 3 procent van de energie van de zon omgezet in windenergie. Dit is ongeveer 50 tot 100 keer meer energie dan wat door fotosynthese wordt omgezet in biomassa door alle planten op aarde. Het grootste deel van deze windenergie kan worden gevonden op grote hoogten waar continue windsnelheden van meer dan 160 km / h (100 mph) gebruikelijk zijn. Uiteindelijk wordt de windenergie door wrijving omgezet in diffuse warmte door het aardoppervlak en de atmosfeer.

Hoewel de exacte kinetiek van de wind buitengewoon gecompliceerd is en relatief weinig wordt begrepen, is de basis van de oorsprong relatief eenvoudig. De aarde wordt niet gelijkmatig door de zon verwarmd. Niet alleen ontvangen de palen minder energie van de zon dan de evenaar, maar het droge land wordt sneller opgewarmd (en koelt) sneller af dan de zeeën.

De differentiële verwarmingstoestellen van een wereldwijd atmosferisch convectiesysteem dat reikt van het aardoppervlak tot de stratosfeer fungeert als een virtueel plafond. De verandering van seizoenen, verandering van dag en nacht, Coriolis effect het onregelmatige albedo (reflectiviteit) van land en water, vochtigheid, en de wrijving van wind over verschillend terrein zijn enkele van de vele factoren die de stroom van wind over de oppervlakte compliceren .