Compreresti una casa senza prese di corrente funzionanti? Siamo arrivati a dipendere dall'energia elettrica per molte delle nostre attività quotidiane. Quando ci sono interruzioni , sentiamo l'impatto di quella dipendenza, seguito da un senso di sollievo quando il potere torna di nuovo.
L'elettricità ci ha aiutato a rimanere più sani, a lavorare in modo più efficiente e a vivere la vita 24 ore su 24. Poiché l'elettricità ha avuto un'influenza così positiva sulle nostre vite, i ricercatori della scienza e dell'industria sono costantemente alla ricerca di modi per fornire energia elettrica in modo più semplice ed economico. Di conseguenza, le innovazioni nell'energia elettrica hanno reso il settore più pulito ed efficiente nel corso della sua storia e hanno reso disponibile il servizio elettrico a milioni di case.
Questo articolo include le nostre prime cinque scelte da queste innovazioni. Esamineremo la tecnologia mirata a determinate risorse energetiche e verificheremo i componenti principali che ti danno accesso a tali risorse. Per dare il via alle cose, diamo un'occhiata a un'innovazione attuale per una risorsa rinnovabile a lungo utilizzata.
- Turbine eoliche
- Dighe idroelettriche
- Celle solari
- Reattori nucleari
- Reti elettriche
5: Turbine eoliche
Per millenni, le persone hanno sfruttato la forza del vento per svolgere compiti. Ad esempio, i mercanti una volta facevano affidamento sul vento per navigare nel mondo. Inoltre, i vecchi mulini a vento, un tempo usati per macinare i cereali, sono una parte iconica del paesaggio olandese. Con le nostre vite incentrate sull'elettricità, gli scienziati moderni hanno trovato modi innovativi per convertire l'energia cinetica del vento in energia elettrica.
Oggi, in tutto il mondo, la turbina eolica sta diventando un'icona come il mulino a vento olandese. Una turbina eolica è tipicamente costituita da una grande elica a tre pale, chiamata rotore, in cima a una torre abbastanza alta da non essere bloccata dal vento. La turbina ha una trasmissione simile al motore di un'auto che include un generatore elettrico. L' elettricità generata viene aggiunta alla rete elettrica, che alimenta centinaia di case e aziende in una posizione geografica.
Una piccola turbina eolica può alimentare una singola casa o una piccola impresa. Queste versioni più piccole hanno rotori tra 8 e 25 piedi (2,4 e 7,6 metri) di diametro e possono resistere fino a 30 piedi (9,1 metri) in aria. I parchi eolici stanno diventando sempre più comuni nei grandi spazi aperti. Puoi vedere alcune di queste fattorie durante un viaggio in auto o in volo attraverso gli Stati Uniti occidentali, con migliaia di gigantesche turbine eoliche bianche che si estendono sui pendii a perdita d'occhio.
Successivamente, diamo un'occhiata a un'altra innovazione che crea elettricità dall'energia cinetica della natura.
4: Dighe idroelettriche
Le dighe idroelettriche sono la più antica innovazione tecnologica nel nostro conto alla rovescia. All'inizio del 1900, il 40 per cento dell'elettricità utilizzata negli Stati Uniti proveniva da dighe idroelettriche. Oggi, l'energia idroelettrica rappresenta quasi un quarto di tutta l'elettricità utilizzata nel mondo. Inoltre, le strutture fisiche stesse sono meraviglie dell'ingegneria umana e della costruzione, attirando fotografi e turisti, secondo l'US Bureau of Reclamation.
Le dighe idroelettriche funzionano trattenendo enormi quantità di acqua e consentendo a una quantità limitata di fluire attraverso la diga. La pressione dell'acqua creata dalla limitazione di questo flusso è enorme e le centrali idroelettriche sfruttano questa pressione per far girare le turbine collegate ai generatori elettrici. Come per le turbine eoliche, l'elettricità generata da una diga idroelettrica viene aggiunta alla rete elettrica associata alla posizione geografica della diga.
Una diga idroelettrica fornisce alla rete elettrica da diverse centinaia di kilowatt a diverse migliaia di megawatt di elettricità al secondo. Il National Renewable Energy Laboratory degli Stati Uniti afferma che le dighe più grandi del mondo possono generare circa 10.000 megawatt, sufficienti per essere utilizzate da milioni di persone.
Nonostante la sua età, il futuro è roseo per l'energia idroelettrica poiché la diga idroelettrica viene rinnovata nel 21° secolo. I ricercatori stanno trovando modi per migliorare l'efficienza e l'impatto ambientale dell'energia idroelettrica migliorando le dighe esistenti e costruendo nuove dighe.
Nanogeneratori: usare il potere dentro di noi
Mentre il movimento del vento e dell'acqua può alimentare molte case, i nanogeneratori usano il movimento del tuo corpo per produrre elettricità su scala più piccola. I nanogeneratori sono piccoli dispositivi con un materiale piezoelettrico, il che significa che il materiale crea una corrente elettrica semplicemente piegandolo o allungandolo. Questo potere potrebbe provenire dal sottile dei movimenti, come un battito cardiaco o polmoni che si espandono e si contraggono. Alla fine, i nanogeneratori potrebbero essere utilizzati per alimentare i pacemaker, eliminando la necessità di interventi chirurgici ripetuti quando le batterie si guastano. Nel prossimo futuro, cerca nanogeneratori disponibili nell'abbigliamento, che ti consentano di alimentare il tuo lettore musicale portatile semplicemente respirando e muovendoti.
3: Celle solari
Mentre il vento e l'acqua possono essere utilizzati per generare energia attraverso il movimento, il sole fornisce una quantità significativa di energia sotto forma di calore e luce. La tecnologia delle celle solari , chiamate celle fotovoltaiche (PV), converte quella luce in elettricità . Queste celle fotovoltaiche contengono materiali semiconduttori come il silicio. Gli elettroni nel semiconduttore si muovono quando il materiale assorbe la luce.
A differenza delle tecnologie dell'acqua e dell'energia eolica che abbiamo trattato, le celle solari sono versatili in termini di dimensioni e portabilità. Grandi pannelli solari con centinaia di celle possono essere costruiti in una fabbrica e poi venduti per estendersi su un terreno o essere montati su un tetto. Questi grandi pannelli sono utilizzati per alimentare case e aziende e devono essere sostituiti dopo circa 30 anni. Piccoli pannelli solari con poche celle raccolgono energia sufficiente per alimentare dispositivi autonomi, come calcolatrici e illuminazione esterna.
Nonostante sia una fonte di energia pulita e rinnovabile, la luce solare da sola non è sufficiente per chi vuole usare l'elettricità di notte o nelle giornate nuvolose. Nella maggior parte dei casi, i pannelli solari sono una fonte di energia supplementare per un edificio già collegato alla rete elettrica. Alcune persone, tuttavia, scelgono di andare completamente "fuori rete" e utilizzano batterie ricaricabili per immagazzinare l'elettricità generata dal sole quando il sole non splende.
Finora abbiamo esaminato le innovazioni che sfruttano al meglio le fonti di energia rinnovabile. Successivamente, esamineremo un'innovazione che utilizza la più efficiente fonte di energia non rinnovabile conosciuta oggi.
2: Reattori nucleari
La fissione nucleare è il processo di rottura di un atomo, liberando l'energia che tiene insieme l'atomo. Negli anni '50, la fissione nucleare dell'isotopo radioattivo uranio-235 rendeva l'energia più economica ed efficiente da produrre. Un reattore nucleare è una struttura che produce questo processo di fissione dall'uranio-235. Le centrali nucleari includono uno o più reattori insieme a meccanismi grandi e complessi per il raffreddamento e il contenimento.
Il reattore nucleare stesso è l'innovazione chiave qui. Il reattore controlla il processo di fissione da una quantità molto piccola di uranio-235 e convoglia l'energia verso barre di calore che, a loro volta, riscaldano l'acqua per produrre vapore. Il vapore muove una turbina e fa girare un generatore elettrico, in modo simile al modo in cui funzionano le turbine eoliche e idrauliche. Quindi, in sostanza, una centrale nucleare è solo una centrale a vapore alimentata dal suo nucleare.
Utilizzando l'energia nucleare, il mondo utilizza meno altre risorse, come carbone e petrolio, per riscaldare l'acqua e produrre vapore. Nonostante questo vantaggio, le preoccupazioni affliggono ancora le menti degli scettici. Le preoccupazioni includono la sicurezza delle persone che vivono e lavorano dentro e intorno alle centrali nucleari e i potenziali rischi dello smaltimento delle scorie nucleari. Inoltre, diversi famigerati disastri di reattori nucleari in tutto il mondo hanno contaminato la reputazione di questa fonte di energia.
Nessuna di queste grandi innovazioni nell'energia elettrica sarebbe ampiamente disponibile senza l'innovazione principale nella nostra lista. Diamo un'occhiata ora.
1: Reti elettriche
In cima alla nostra lista di innovazioni c'è la griglia stessa. Quando le persone dicono "la rete", si riferiscono a una rete di risorse di energia elettrica che copre una determinata area geografica. Alcune griglie sono collegate ad altre griglie per condividere le risorse in caso di emergenza. La maggior parte delle persone che utilizzano una fonte di energia elettrica si collegano a una rete esistente tramite linee elettriche.
Una rete è un'enorme infrastruttura elettrica composta da linee elettriche, centrali elettriche, sottostazioni e trasformatori. Le reti negli Stati Uniti sono controllate da una combinazione di enti pubblici e privati. Gli enti pubblici sono le burocrazie statali e federali che applicano le leggi che regolano il settore. Gli enti privati sono società di servizi che forniscono l'accesso a una rete e misurano l'energia utilizzata da ogni casa o azienda. Queste forze di controllo determinano il prezzo che un utente deve pagare per ogni kilowattora di elettricità su quella rete.
La tecnologia della rete continua ad espandersi anche se le persone cercano altre fonti di energia per riempirla. Ad esempio, la tecnologia delle reti intelligenti è in fase di sviluppo per migliorare l'efficienza nel modo in cui l'energia viene monitorata e misurata per ciascun cliente. Inoltre, lo stoccaggio della rete nelle stazioni e nei trasformatori può anche mantenere l'energia di riserva per aiutare a prevenire i blackout durante alcuni dei normali singhiozzi operativi della rete.
