ενέργεια στην καθημερινή ζωή

Γη Ενέργεια στον Ήλιο… Στην καρδιά του Ηλίου συμβαίνουν πυρηνικές αντιδράσεις. Η ενέργεια που δημιουργείται ακτινοβολείται προς όλες τις κατευθύνσεις στο Διάστημα. Υπολογίζεται ότι μόλις το ένα δισεκατομμυριοστό της ενέργειας που ακτινοβολεί ο Ήλιος στο Διάστημα φτάνει στη Γη.

Η ηλιακή ενέργεια… προσπίπτουσα ακτινοβολία ανακλώμενη ακτινοβολία Αν και το 1/3 της ηλιακής ακτινοβολίας ανακλάται από τα σύννεφα και από τους ωκεανούς, εντούτοις, η ηλιακή ενέργεια… 

Η ηλιακή ενέργεια… ανθρακωρυχείο εξέδρα άντλησης πετρελαίου Εμφανίζεται ως χημική ενέργεια αποθηκευμένη στις τροφές, στο ξύλο, στα ορυκτά καύσιμα. 

Η ηλιακή ενέργεια είναι φυσικός πόρος… Η ηλιακή ενέργεια είναι ένας φυσικός πόρος. Φυσικοί πόροι είναι όλα τα υπάρχοντα στον πλανήτη υλικά ή προϊόντα, που είναι χρήσιμα για τη ζωή και τις δραστηριότητες του ανθρώπου. Οι περισσότεροι φυσικοί πόροι είναι και αποθεματικοί, δηλαδή, δημιουργούν αρχικά απόθεμα ύλης και ενέργειας, που περικλείεται μέσα σε αυτή… Οι ανανεώσιμοι φυσικοί πόροι διαρκούν για πάντα ή έχουν μικρό κύκλο ανανέωσης και δεν εξαρτώνται από τις δραστηριότητες του ανθρώπου. H διαθέσιμη ηλιακή ενέργεια είναι ένας αστείρευτος, ανανεώσιμος φυσικός πόρος… Οι μη ανανεώσιμοι φυσικοί πόροι, όταν εξαντλούνται, δεν αυτο-καθίστανται ή ο ρυθμός σχηματισμού τους είναι εξαιρετικά αργός, όπως συμβαίνει με τα μεταλλεύματα, τα ορυκτά και τα πυρηνικά καύσιμα.

Τα πολλά «πρόσωπα» της ενέργειας… Ηλιακή Ανανεώσιμη Μη ανανεώσιμη Υδροδυναμική Φωτοβολταϊκή Αιολική Βιομάζας Γεωθερμική Τροφοενέργεια Χημική από ορυκτά καύσιμα Πυρηνική σχάση Πυρηνική σύντηξη

Η χημική ενέργεια… άντληση πετρελαίου εξόρυξη άνθρακα Ένα άλλο μέρος της ηλιακής ενέργειας αποταμιεύεται με τη μορφή χημικής ενέργειας στο ξύλο και στα ορυκτά καύσιμα στο υπέδαφος… ορυκτά καύσιμα φωτοσύνθεση

…με τη μορφή πετρελαίου, φυσικού αερίου και άνθρακα. Η χημική ενέργεια… μη ανανεώσιμη ανθρακωρυχείο κοίτασμα πετρελαίου άντληση πετρελαίου διυλιστήριο άνθρακας εξόρυξη άνθρακα πετρέλαιο κίνησης, βενζίνη, λιπαντικά αργό πετρέλαιο …με τη μορφή πετρελαίου, φυσικού αερίου και άνθρακα.

Μετατροπές χημικής ενέργειας Με την καύση των ορυκτών καυσίμων η χημική ενέργεια μετατρέπεται σε ενέργεια κίνησης και σε θερμότητα στις ατμομηχανές, στους βενζινοκινητήρες και στις πετρελαιομηχανές…

Μετατροπές χημικής ενέργειας μη ανανεώσιμη …και κινεί τις μηχανές και τα μηχανήματα στα εργοστάσια, τους κινητήρες στα αυτοκίνητα, στα πλοία, στα τρένα, στα αεροπλάνα, θερμαίνει το περιβάλλον.

Ηλεκτρική ενέργεια από ορυκτά καύσιμα μη ανανεώσιμη Θερμοηλεκτρικός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής Πτολεμαῒδας. Η χημική ενέργεια των ορυκτών καυσίμων κινεί τις ηλεκτρογεννήτριες στους θερμικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής …

Ηλεκτρική ενέργεια από καύση άνθρακα Η αύξηση των καυσαερίων από τη χρήση ορυκτών καυσίμων στους θερμικούς σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, στα εργοστάσια και στα μεταφορικά μέσα συντελεί, ώστε η Γη να γίνεται ολοένα και θερμότερη, με αποτέλεσμα να τροποποιείται σταδιακά το κλίμα της, με δραματικές πιθανόν επιπτώσεις στην ισορροπία των οικοσυστημάτων.

Ηλεκτρική ενέργεια και καύσιμο… 1 kWh ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να παραχθεί από: 0,37 - 0,40 kg κοκ 1,1- 1,6 kg λιγνίτη 0,26 - 0,30 kg πετρελαίου 4 m3 - 6 m3 νερού που πέφτει από ύψος 100 m 0,05 mg ουρανίου-235

Μετατροπές ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια Χημική ενέργεια Ηλεκτρική ενέργεια Ενέργεια βιομάζας Φωτοβολ-ταϊκή Υδροδυνα-μική Αιολική ενέργεια Ηλιακή ενέργεια Πυρηνική Γεωθερμική μετατροπέας... Ενέργεια σύντηξης ηλεκτρογεννήτρια Κατά τις μετατροπές της ενέργειας από μια μορφή σε άλλη μέσω ενός μετατροπέα ενέργειας, μεγάλο ποσοστό της αρχικής ενέργειας μετατρέπεται σε θερμότητα… 

Η ηλεκτρική ενέργεια σπίτι μας … σταθμός παραγωγής ΔΕΗ γραμμές μεταφοράς ρεύματος καταναλωτές Η ηλεκτρική ενέργεια, με όποιο τρόπο και αν παράγεται, μεταφέρεται στο σπίτι μας και μετατρέπεται σε φως, σε θερμότητα, σε κινητική ενέργεια, σε ηλεκτροχημική ενέργεια…

Η ενέργεια μετασχηματίζεται και διατηρείται… Παρά τις συνεχείς μετατροπές της η ενέργεια του Σύμπαντος διατηρείται σταθερή. Μπορεί να μετασχηματίζεται, αλλά δεν χάνεται. Απλά, κατά τη χρήση της από τον άνθρωπο «υποβαθμίζεται»… Η ενέργεια κατά τη χρήση της «υποβαθμίζεται» Με άλλα λόγια γίνεται σταδιακά όλο και δυσκολότερο να τη μετατρέψουμε μέσω ενός μετατροπέα σε μια ευκολόχρηστη μορφή της. Τελική κατάληξη είναι η υποβάθμισή της σε θερμότητα και η αύξηση της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος…

Μέση θερμοκρασία στην επιφάνεια της Γης για τα έτη 1950-2000 έτη θερμοκρασία (σε οC) Πηγή: Goddard Institute for Space Studies θερμότερη περίοδος ψυχρότερη περίοδος

Πετρέλαιο και φυσικό αέριο ασβεστόλιθος σχιστόλιθος άνθρακας φυσικό αέριο πετρέλαιο νερό και ψαμμίτης Το φυσικό αέριο και το πετρέλαιο διαμορφώθηκαν από τα λείψανα υδρόβιων μονοκύτταρων και πολυκύτταρων οργανισμών, που βυθίστηκαν στα βάθη των θαλασσών και θάφτηκαν από στρώματα της λάσπης από περίπου 500 εκατομμύρια χρόνια πριν. Η πίεση από αυτά τα στρώματα και η θερμότητα του γήινου φλοιού άλλαξαν βαθμιαία τη νεκρή οργανική ύλη σε πετρέλαιο και σε φυσικό αέριο. Το φυσικό αέριο και το πετρέλαιο μπορούν να κινηθούν μέσω των πορωδών βράχων (ψαμμιτών), να εγκλωβιστούν μεταξύ σχιστολιθικών και ασβεστολιθικών πετρωμάτων ή μπορούν ακόμη και να έρθουν στην επιφάνεια. Θύλακες πετρελαίου και φυσικού αερίου συνήθως εγκλωβίζονται μεταξύ μη πορωδών πετρωμάτων.

Προέλευση των κοιτασμάτων άνθρακα Από περίπου 300 εκατ. χρόνια πριν μέχρι πιο πρόσφατα (3 εκατ. χρόνια) δάση από φτέρες και άλλα φυτά καταπλακώθηκαν σε ελώδεις εκτάσεις, όπου αποσυντέθηκαν από τα βακτήρια και μετατράπηκαν σε τύρφη. Οι τυρφώνες κάποια εποχή βυθίστηκαν στο υπέδαφος από σεισμό ή από ηφαιστειακή δραστηριότητα. Οι μεγάλες πιέσεις από τα υπερκείμενα στρώματα τύρφης και πετρωμάτων και η υψηλή θερμοκρασία στο φλοιό της Γης (αυξάνεται κατά 1οC κάθε 30 μέτρα βάθους) δημιούργησαν τα κοιτάσματα λιγνίτη και ανθρακίτη. τύρφη Δάσος φτέρης Έλος εναποθέσεις τύρφης και καταβύθιση λιγνίτης πίεση ανθρακίτης πίεση θερμοκρασία Tα κοιτάσματα λιγνίτη και ανθρακίτη σχηματίστηκαν από τα υπολείμματα προϊστορικών φυτών.

«Θερμικές απώλειες» Εισερχόμενη ενέργεια καυσίμου 100% = Απώλειες στο σύστημα ψύξης 36% + Εξερχόμενη ενέργεια μηχανής που κινεί τους τροχούς 26% Απώλειες στην εξάτμιση 38% Κατά την κίνηση του αυτοκινήτου μόνο το ¼ περίπου της ενέργειας από την καύση της βενζίνης μετατρέπεται σε ενέργεια κίνησης. Τα υπόλοιπα ¾ είναι θερμότητα, που θερμαίνει το περιβάλλον (δηλαδή έχουμε υποβάθμιση της ενέργειας του καυσίμου)… 

Ηλεκτρική ενέργεια από καύση άνθρακα χοάνη άνθρακα ατμός ατμοστρόβιλος συμπυκνωτής κύκλωμα κρύου νερού καυστήρας βραστήρας κρύο νερό από συμπυκνωτή ηλεκτρογεννήτρια Προσομοίωση λειτουργίας θερμοηλεκτρικού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής.

Η ενέργεια μετριέται και…πωλείται! ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ Στο λογαριασμό της ΔΕΗ φαίνεται πόση ηλεκτρική ενέργεια αγοράζουμε σε κιλοβατώρες (ΩΧΒ ή kWh) σε ορισμένη χρονική περίοδο. Η ενέργεια μετριέται σε joule (J), σε cal, σε kWh, σε Btu. Η αντιστοιχία μεταξύ των μονάδων είναι: 1 joule = 0,24 cal 1 kWh = 3,6 εκατ. joules (3,6 ΜJ) 1 Btu = 1044 joules Η ενέργεια ενός σπίρτου που καίγεται ολοσχερώς είναι περίπου 1000 joules (1 kJ). Ενέργεια αρκετή για να περπατήσουμε 4 -5 μέτρα ή για 17 δευτερόλεπτα ύπνου! 

Η ενέργεια είναι εμπορεύσιμη… Η ενέργεια αποτελεί εμπορεύσιμο είδος στον πολιτισμό μας. Η παραγωγή, η διανομή, οι μετατροπές και η χρήση της ενέργειας, από οποιαδήποτε ενεργειακή πηγή και αν προέρχεται, έχει τεράστιες οικονομικές, πολιτικές, κοινωνικές και περιβαλλοντικές επιπτώσεις.

Η άνιση κατανομή κατανάλωσης ενέργειας… Η άνιση κατανομή κατανάλωσης ενέργειας… Η κατανάλωση ενέργειας στον πλανήτη μας είναι άνιση. Έτσι:  Το 20% του πληθυσμού της Γης καταναλώνει το 80% της παραγόμενης ενέργειας.  Το άλλο 80% του πληθυσμού της Γης καταναλώνει μόνο το 40% της διαθέσιμης ενέργειας.  Στη Σουηδία με 9 εκ. κατοίκους αντιστοιχούν ετησίως 15000 kWh ηλεκτρικής ενέργειας ανά κάτοικο, ενώ στην Τανζανία με τετραπλάσιο πληθυσμό, 35,5 εκ. κάτοικοι, αντιστοιχεί ετησίως 15 φορές λιγότερη ηλεκτρική ενέργεια, 100 kWh ανά κάτοικο.  Η Ευρωπαϊκή Ένωση καταναλώνει το 45% της ενέργειας των ΗΠΑ. Η Κίνα και η Ινδία φιλοξενούν περίπου το 1/3 του παγκόσμιου πληθυσμού και οι κυβερνήσεις τους εκτιμούν ότι οι ανάγκες σε ηλεκτρισμό θα αυξηθούν κατά έξι φορές στα επόμενα 30 χρόνια.

- Η ενέργεια είναι άμεσα συνδεδεμένη με την πρόοδο της ανθρωπότητας. π.Χ. Χρόνος πριν το 2000 (σε έτη) Μέση κατά κεφαλή κατανάλωση ενέργειας Ενέργεια ανά ημέρα (σε ΜJ/ημέρα) - Η ενέργεια είναι άμεσα συνδεδεμένη με την πρόοδο της ανθρωπότητας. Τα επίπεδα ζωής, υγείας, παιδείας συσχετίζονται με τα επίπεδα της καταναλισκόμενης ενέργειας. - Η κατά κεφαλή κατανάλωση ενέργειας στο διάστημα από 1 εκατομμύρια χρόνια πριν μέχρι σήμερα αυξήθηκε κατά 1000 φορές, από 10 ΜJ την ημέρα σε 10 000 ΜJ/ημέρα. Η κατανάλωση αυτή αντιστοιχεί σε μία μέση συνεχή ισχύ 10,4 kW (όση περίπου ισχύ έχουν 10 αναμμένοι ηλεκτρικοί λαμπτήρες των 100 W έκαστος) ή σε καύση 32 kg άνθρακα την ημέρα. 1 ΜJ = 1 000 000 joules

εκπομπές (σε 1012 kg άνθρακα/έτος) Περιβαλλοντικές επιπτώσεις ανθρώπινης δραστηριότητας… πληθυσμός (σε δις άτομα) έτος Παγκόσμιος πληθυσμός εκπομπές (σε 1012 kg άνθρακα/έτος) Εκπομπές ρύπων μεταβολή θερμοκρασίας (σε οC) Μεταβολή θερμοκρασίας Γης συγκέντρωση CO2 (σε ppmv) Συγκέντρωση διοξειδίου άνθρακα

Παραγωγοί, εξαγωγείς, εισαγωγείς πετρελαίου Εκατ. τόνοι % Σ. Αραβία 427 12,0 ΗΠΑ 354 10,0 Ρωσία 322 9,1 Ιράν 186 5,2 Βενεζουέλα 172 55,2 Μεξικό 171 4,8 Κίνα 163 4,6 Νορβηγία 158 4,4 Ιράκ 127 3,6 Μ. Βρετανία Λοιποί 1348 37,9 Συνολικά 3555 100,0 Εξαγωγείς Εκατ. τόνοι Σ. Αραβία 319 Νορβηγία 136 Ρωσία 135 Ιράν 107 Βενεζουέλα Ιράκ 101 Μ. Βρετανία 92 Νιγηρία 89 Ην. Αραβικά Εμι 86 Μεξικό 82 Λοιποί 620 Συνολικά 1874 Εισαγωγείς Εκατ. τόνοι ΗΠΑ 494 Ιαπωνία 214 Κορέα 121 Γερμανία 104 Ιταλία 88 Γαλλία 82 Ολλανδία 59 Ισπανία Ινδία 45 Μ. Βρετανία Λοιποί 615 Συνολικά 1926 ΟΟΣΑ, 2000 Από τους πίνακες φαίνεται ότι οι ΗΠΑ εξαρτώνται από την εισαγωγή πετρελαίου (κυρίως από χώρες της Μέσης Ανατολής) για την κάλυψη των αναγκών τους σε καύσιμα. Έτσι, οποιαδήποτε πολιτική αστάθεια στις πετρελαιοπαραγωγές χώρες έχει επιπτώσεις στην εισαγωγή και τη χρήση της ενέργειας στις ΗΠΑ.

Χημική ενέργεια ορυκτά καύσιμα Κινητική ενέργεια Ηλεκτρική ενέργεια Θερμότητα Ενέργεια βιομάζας χλωρο-φύλλη Φωτοβολ-ταϊκή Υδραυλική ενέργεια νερό Αιολική ενέργεια άνεμος Ηλιακή ενέργεια υδροστρόβιλος ανεμόμυλος ανεμογεννήτρια ατμοστρόβιλος ηλεκτρογεννήτρια κινητήρας

Φυσικός πόρος/ πηγή ενέργειας Θετικές πλευρές Αρνητικές πλευρές Ήλιος Αφθονία, μηδενικές εκπομπές, ανανεώσιμη Αστάθεια παροχής, ακριβή τεχνολογία Άνεμος Επάρκεια, μηδενικές εκπομπές, ανανεώσιμη Αστάθεια παροχής, επιπτώσεις στο τοπίο, ηχορύπανση Υδατοπτώσεις Υψηλό κόστος κατασκευής φράγματος Βιοαέριο Ελάχιστες εκπομπές, υποκαθι- στά το πετρέλαιο, ανανεώσιμη Ρύπανση κατά τη μεταφορά Γεωθερμία Ελάχιστες εκπομπές, ανανεώσιμη Βρίσκεται μόνο σε ορισμένες περιοχές, ρύπανση θείου Φυσικό αέριο Ελάχιστες εκπομπές, υποκαθιστά το πετρέλαιο Σχετική ρύπανση CO2, μη ανανεώσιμη Άνθρακας Επάρκεια (για 300 χρόνια), ευκολία μεταφοράς Υψηλές εκπομπές CO2, SO2, κατάλοιπα, μη ανανεώσιμη Πετρέλαιο Περιορισμένη επάρκεια (για 100 χρόνια περίπου) Εκπομπές CO2, SO2, ΝΟx, ρύπανση κατά τη μεταφορά, μη ανανεώσιμη Πυρηνικά καύσιμα Αφθονία, μηδενικές εκπομπές Κίνδυνος πυρηνικού ατυχήματος, ραδιενεργά κατάλοιπα

ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ Δες περισσότερα στο κεφάλαιο: Θερμότητα>Βρασμός>Διαθεματικά>Ατμομηχανή και ατμοκίνηση Θερμότητα>Βρασμός> Παραδείγματα>Υδρατμοί και ατμοκίνηση Θερμότητα>Διάδοση με ακτινοβολία>Διαθεματικά>Φαινόμενο θερμοκηπίου Πυρηνική Φυσική>Πυρηνική σχάση & πυρηνική σύντηξη>Παρατήρηση/ Διαθεματικά Ηλεκτρισμός>Το ηλεκτρικό κύκλωμα>Εξηγήσεις Άλλες αναφορές: Στο σχολικό βιβλίο σου Φυσικής, στο κεφάλαιο της Ενέργειας… Στο σχολικό βιβλίο σου Βιολογίας, στο κεφάλαιο της Φωτοσύνθεσης… J. Challoner, Ενέργεια, σειρά Ανακαλύπτω την Επιστήμη, εκδ. Ερευνητές, 1992, σελ. 6-21,28-37, 48-61 Μ. Ουίλσον, Ενέργεια, Επιστημονική βιβλιοθήκη Life, εκδ. Λύκειος Απόλλων, σελ. 8-49, 102-115 Εγκυκλοπαίδεια Πάπυρος- Λαρούς- Μπριτάννικα, Εκδοτικός Οργανισμός Πάπυρος, Αθήνα: σχετικά λήμματα Στο διαδίκτυο: http://www.cres.gr/kape/kidsol/sun/main.htm http://kpe-kastor.kas.sch.gr/energy1/human activities/energy_use.htm http://www.geocities.com/grphysics/news/scnews145.html www.physics4u.gr/energy/ geotherme.html http://www.felsted.essex.sch.uk/~cdjh/alt/index.htm ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ