第一氣候問題:潔淨能源

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向Sat Apr 17 2021 提供最新信息

猜一下!全球溫室氣體排放量百分率中有多少來自能源? (這包括電,燃料和暖氣)?


能源在全球排放中的份額

如今,我們所做的一切幾乎都需要大量能源。

需要能源的事物的例子

我們能減少使用嗎?

一個國家的發展與每個公民使用多少能源 之間存在關聯性[MITEnergyHappy,UNEnergyHappy]。

能源/發展的關聯性

你可以看到,在每人使用大約5,000千瓦時之後,改善的幅度會變小。換句話說,每人使用超過5,000千瓦時的電力並不會顯著地促進一個國家的發展。但是,許多人均耗電量低於5,000千瓦時的國家仍在發展中,而且它們常常沒有適當的健康和教育系統。在理想的世界中,所有國家都旨在成為節能高效的國家,發達但不會消耗不需要的電力。

如果地球上的每個人使用的能源 與普通美國人一樣多,我們將使用多少呢


人均能源消耗

許多歐盟和美國人民可能認為是理所當然的事情(高質量的基礎設施,可靠的電力等)在撒哈拉以南非洲和東南亞部分地區都是不可能的,因為那裡的人民無法獲得足夠的能源去做這些事情。

問題出在哪里呢?

儘管能源似乎對發展至關重要,但是我們使用的大部分能源都是以對環境有害的方式產生的

主要能源來源

此圖顯示了我們獲取能源的地方。可悲的是,我們84.7%的能量來自化石燃料(煤,石油和天然氣)。這對氣候變化不利,因為燃燒化石燃料 會產生溫室氣體 二氧化氮

與其他能源相比,比如核能,風能,太陽能和水能,煤、石油和天然氣每單位發電所排放的二氧化碳要多得多

如果這還不夠,相比起其他能源,化石燃料产生的空气污染会造成更多的死亡

哪種能源每生產一單位的能量所導致的死亡最多?


讓我們來看看這些數字(我們將在後面的章節中更多地討論它們的來源):

每百萬兆瓦時能源的死亡率和溫室氣體排放量

能源被用於社會的各個領域:從電力、運輸燃料和供暖 到鋼鐵生產和製造業

本課程的全部內容是關於如何在每個範疇中找到化石燃料的替代品,以減少溫室氣體排放。這將是一段漫長的旅程,但讓我們從最基本的問題開始:

甚麼是能量?

人類從食物中獲取能量。但能量無處不在的,只是形式不同。重要的是,能量永遠不會被破壞或製造。它只是從一種類型轉換為另一種類型[Firstlaw,FormsOfEnergy]。

所有形式的能量都分為兩個子類別

  • 動能:動力的能量
  • 勢能:將勢能想像為預算。動能就是你現在正在花的錢。勢能是你擁有的錢,當你需要的時候可以花掉。

不同形式的能量存在在這些細類別中:

能源的形式

你會看到為什麼能源對發展如此重要:我們需要產生熱能為房屋供暖,產生動能以驅動我們的汽車,並產生電能為照明提供動力。

能量(任何形式)都可以使用「焦耳」 單位進行測量。因此,如果你拿著一個具有100焦耳重力勢能的球,當它掉落時,它會將其能量轉換為100焦耳的動能、熱能、甚至是聲能。

能量轉換

為什麼有些能量會轉換成熱能?[AirResist,Drop]


由於摩擦,一些能量將被損失。為什麼?這其實就像當你將雙手揉在一起會變得溫暖一樣。這就引申出一個重要的觀點:轉換能量幾乎從未達到100%的效率 -- 一些能量會作為熱能散發到環境中!這一點在課程的稍後階段將會非常重要。

電力如何運作?

電就是通過諸如燈,計算機或烤箱之類的裝置拉動稱為電子 的小粒子

電力

電力有三項參量:

  • 電壓:電子被拉向另一側的強度。以伏特(V)為單位。
  • 電流:每秒有多少電子通過導線。單位為安培(A)。
  • 時間:在特定的電壓和電流下,電子在線圈中移動的時間。以小時為單位(h)。

電壓和電流共同給出以瓦特為單位的功率。這是通過使用以下公式來計算的:

功率方程式

使用瓦特可以讓我們測量一個設備所需的總功率,不管它使用的是更高的電壓還是更高的電流。

將功率與設備使用時間相乘,就可以得到正在使用的電量。例如,如果一個燈泡使用60瓦的功率,那麼將其運行兩個小時將消耗120瓦時(Wh)的能量,這等於432,000焦耳。

能量方程式

現在我們有了基本知識,讓我們開始研究可以獲取能量的方法。下一章將介紹我們現在使用的-化石燃料。一旦我們了解這一點後,我們將研究取代它們的不同方法。

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