La energía no puede ser creada ni destruida. Entonces, ¿de dónde viene la crisis energética?

La energía química (gasolina, petróleo crudo, carbón) y la energía nuclear pueden aprovecharse para liberar grados muy altos de calor (1000+ grados C) que pueden (de alguna manera) convertirse eficientemente en trabajo (empujando pistones hacia abajo, girando turbinas de vapor). Una vez que el calor se rechaza desde el tubo de escape de un automóvil o hacia la torre de enfriamiento de una planta de energía, ahora es calor de bajo grado (<300 grados C). Todavía hay la misma cantidad de energía (si incluye el trabajo útil producido), solo existe en muchas más moléculas calientes en lugar de muy pocas moléculas calientes. Es más difícil extraer trabajo útil del calor de baja calidad, ya que la eficiencia aumenta en proporción a la diferencia entre el lado caliente y el frío de un motor térmico. Una vez que la temperatura se acerca a unos pocos grados del entorno, es prácticamente imposible hacer algo útil en términos de extracción de trabajo.

La raza humana no está utilizando energía, sino que está convirtiendo fuentes de calor de alto grado en cantidades mucho más grandes de calor de bajo grado que no son útiles para iluminar edificios o mover automóviles. La energía total se conserva, pero la energía útil total continúa disminuyendo.

No estoy muy seguro de qué pregunta responder aquí, porque la pregunta se ha fusionado con otra. No me gusta esta práctica de fusionar preguntas, cuando las preguntas son significativamente diferentes. La pregunta de respuesta apareció en mis notificaciones como algo así como “Einstein dijo que la energía no se crea ni se destruye, sino que solo se transforma de una forma a otra. Entonces, ¿de dónde vino?” Y este es un tipo particular de pregunta metafísica, que encuentro algo molesto, pero no obstante haría un esfuerzo para responder. Pero esta pregunta sobre la crisis energética es mucho más real y práctica, por lo que responderé a esta en su lugar.

Chris Rentsch dio una respuesta que es directa y al grano y contiene toda la física esencial.

La declaración de Einstein es una declaración de la primera ley de la termodinámica: lo que Chris señala es que la segunda ley de la termodinámica también es importante. Una forma de plantear la segunda ley es decir que existe una eficiencia teórica máxima en la que se puede extraer el trabajo utilizable de una fuente de energía: esto nunca es del 100% y en la práctica es un poco menos para la mayoría de las fuentes de energía que se utilizan. actualmente utilizable: las eficiencias térmicas están realmente más cerca del 30-40% para algunas de las principales fuentes de energía que utilizamos, como por ejemplo la quema de productos derivados del petróleo, carbón, gas natural. La generación de energía nuclear tiene aproximadamente la misma eficiencia térmica con los diseños actuales: los diseños avanzados podrían tener temperaturas de trabajo más altas que mejorarían esa eficiencia térmica, pero las temperaturas de trabajo más altas conllevan más riesgos y se requerirán diferentes materiales.

El resto de la energía se convierte en calor, y aunque todavía se puede usar una cierta cantidad de esta con fines útiles, hay un punto en el que la eficiencia cae demasiado para que sea práctica. En ese punto, todo es calor residual. Y no se puede evitar la producción de calor residual.

Entonces, ¿de dónde viene la crisis energética?

La respuesta es que necesita una fuente de energía para producir energía utilizable, a medida que transforma la energía en otras formas. Una vez que la energía se ha transformado en una nueva forma, no puede volver a transformarla en la forma original y usarla nuevamente. Eso costará más energía utilizable que la que obtendrá, incluso si lo hace. La crisis energética es una crisis de energía utilizable y una escasez inminente de las fuentes de energía conocidas con las cuales producir energía utilizable, dada la velocidad a la que la humanidad está utilizando estas fuentes. Es una crisis de recursos finitos.

Las soluciones son muchas y todas deben ser prácticas. La generación de energía eólica y solar está muy cerca de ser fuentes inagotables de energía utilizable, pero tienen la desventaja de que son fuentes de baja densidad de energía y también fuentes intermitentes. Requerirían sistemas de distribución en todo el continente, así como la construcción de instalaciones de almacenamiento de energía a gran escala para ser realmente prácticos para la producción de energía eléctrica, si son las únicas fuentes que se alimentan a la red de distribución. Este es un problema de ingeniería muy importante y difícil de resolver. No he visto ninguna propuesta realmente práctica para hacer frente a estos problemas: tampoco he visto análisis de costos reales que considero creíbles.

La energía nuclear basada en la fisión tiene el potencial de generar electricidad en una escala de tiempo bastante larga, incluso con las reservas actuales ricas, baratas y conocidas de mineral de uranio y torio. Con las tasas de uso actuales, puede haber entre 400 y 500 años de suministro. Pero las tasas de consumo están lejos de ser constantes. En promedio están creciendo aproximadamente exponencialmente.

También todavía hay mucho petróleo disponible a costos progresivamente más altos.

Pero en última instancia, estas fuentes de energía muy fácilmente explotadas demostrarán ser finitas.

El verdadero problema es que la población humana está creciendo exponencialmente y todas las personas quieren usar la energía a la mayor velocidad posible; Esto hace que la vida sea mucho más cómoda, por lo que es perfectamente natural y comprensible que eso sea lo que la gente quiere. También quieren y se ven obligados a reproducirse, y a la larga, esto significará que algunas de las fuentes de energía utilizables se agotarán.

Estas son las dimensiones aproximadas de la crisis energética, es real y hay que hacer algo.

Yo diría que hay dos cosas importantes que deben hacerse. El crecimiento de la población debe terminarse e idealmente se aplicaría una reducción gradual de la población. No veo la necesidad de más de mil millones de humanos para habitar la Tierra. Con un billón, o mejor, incluso un par de cientos de millones de humanos, se podrían resolver muchos problemas, y muy probablemente la energía solar y eólica podrían convertirse en soluciones a muy largo plazo.

Tampoco existe una crisis energética: muchos recursos son limitados y se están utilizando a un ritmo demasiado rápido.

No hay ninguna señal de que esto suceda: así que soy pesimista. Las personas realmente no pueden planificar a largo plazo, es decir, en una escala de muchas vidas humanas. Hay muy pocas instituciones humanas que se hayan mostrado verdaderamente capaces de hacerlo. No estamos hechos de esa manera, parece.

Por lo tanto, defiendo firmemente que los seres humanos deberían pasar a la generación de energía nuclear para la mayor parte de nuestra producción de electricidad como medida provisional, y que lo más rápido posible pasamos a usar la electricidad para casi todas las necesidades de transporte. En este momento, la energía nuclear es práctica a gran escala y es, con mucho, la forma más segura y limpia de producir energía, a pesar de las afirmaciones de algunas personas.

Esto ayudaría a darle a la humanidad algo de tiempo para respirar y pensar durante el cual, con suerte, no habría un colapso masivo en los sistemas económicos debido a una escasez de energía.

Además, los productos derivados del petróleo son un recurso muy preciado: demasiado preciado para quemar alguno de ellos para la producción de electricidad. Estos hidrocarburos aromáticos y de cadena larga son críticos para muchos aspectos de la vida moderna en el mundo desarrollado.

Probablemente hay una cantidad mínima irreducible de petróleo que debe usarse para el transporte, en particular para el combustible de los aviones. Pero gran parte del transporte puede ser para usar electricidad.

La esperanza sería que a largo plazo las personas se despertaran a ciertas realidades, pero puede ser una gran esperanza.

El problema con su pregunta es que supone que la Tierra es un sistema completamente cerrado. Tiene razón acerca de la primera ley de la termodinámica: la energía (en su mayor parte) realmente no va a ninguna parte, y la energía que se pierde en el espacio se reemplaza principalmente por la energía que regresa del sol en este momento. El problema es la segunda ley de la termodinámica, que trata con un concepto llamado entropía .

La entropía es la tendencia de la energía a pasar de estados ordenados a estados desordenados. A medida que la energía se mueve de uno a otro, podemos usar esa transformación para hacer cosas. Por ejemplo, cuando se levanta un gran peso en el aire, hay una tonelada de energía potencial en él. Cuando dejamos caer ese peso, se transforma en energía cinética, y podemos usar esa energía cinética para hacer cosas como arrojar grandes rocas a personas que no nos gustan.

La Tierra está generando toneladas de energía que podemos aprovechar y utilizar, y muchas de las cuales es bastante poco práctico intentar hacerlo. Piensa en la energía en un volcán, por ejemplo. Hay tanta energía en una erupción volcánica típica como varias bombas atómicas en muchos casos. Esa energía se convierte en cosas como la energía térmica y la energía cinética.

El problema es aprovecharlo y convertirlo en algo útil.

La forma más común de energía potencial que podemos convertir fácilmente en este momento es la energía química almacenada en materiales como el carbón y el petróleo. Durante mucho tiempo, fueron cosas como la energía potencial química almacenada en materiales como la madera. Esos enlaces químicos se rompen cuando quemamos la madera, el carbón o el petróleo, y los convierte en energía térmica (calor), que luego transferiríamos al agua para crear vapor, que luego usaríamos para alimentar dispositivos cinéticos como locomotoras y barcos o turbinas para producir electricidad. En realidad no es muy eficiente. De hecho, probablemente solo alrededor del 30% de la energía en esos enlaces químicos realmente va a hacer algo útil. El resto simplemente se pierde en la entropía.

Ahora, como se mencionó, la fuente de energía más común durante los últimos dos siglos han sido los combustibles fósiles. El problema no es tanto que nos estamos quedando sin esos por completo, sino que nos estamos quedando rápidamente sin tipos de esos fácilmente accesibles. Hay una tonelada de esquisto bituminoso, pero sacar la energía del esquisto bituminoso requiere mucha más energía que bombear petróleo del suelo.

Por lo tanto, debemos tener en cuenta la ganancia neta de energía para determinar qué es económicamente factible. En este momento, a medida que perdemos fuentes de energía química de fácil acceso, se está llegando al punto en que se necesita mucha más energía para extraer las cosas del suelo y hacer algo fácilmente útil de lo que nunca recuperamos.

El otro problema que tenemos es el transporte de energía. Hay toneladas de energía fácilmente accesible que tiene una ganancia neta de energía muy positiva. La energía solar, por ejemplo, es muy barata y muy abundante. Su relación de ganancia de energía neta es realmente buena. No se necesita mucho para producir paneles solares en estos días, o para usar la energía solar para el agua caliente, y una vez que el sistema está en funcionamiento, obtienes mucha energía rápidamente.

Sin embargo, la energía solar no es fácil de transportar como la gasolina. Podemos ponerlo en baterías, lo cual es excelente si las baterías pueden almacenar suficiente energía en un recipiente lo suficientemente pequeño como para ser fácilmente utilizables. Este ha sido durante mucho tiempo el problema con los autos eléctricos. Simplemente no había una buena tecnología de batería disponible para hacerlas útiles. Los vehículos Tesla están comenzando a mostrar que las baterías modernas son considerablemente mejores, al menos. La mayoría de nosotros probablemente estamos leyendo esto en computadoras portátiles o tabletas que usan tecnologías de batería para hacerlas portátiles.

Lo mismo ocurre con la energía eólica o la energía nuclear. Es más eficiente, pero no muy portátil.

Sin embargo, el petróleo y el gas nos ayudan a tener fuentes de energía densas en energía y muy portátiles. Es por eso que los colocamos en automóviles, camiones y aviones. Han funcionado bien (bueno, si no se tiene en cuenta la contaminación química y solo se mira desde el punto de vista de la física) durante un buen tiempo. Sin embargo, ahora que nos estamos quedando sin fuentes de fácil acceso, ya no funcionan tan bien.

Ahí es donde entra la crisis energética. No es tanto una crisis de “¡no tenemos energía!” por mucho que sea “¡no tenemos fuentes de energía fácilmente accesibles y altamente portátiles!”

Ahora, científicos brillantes están trabajando en todo el mundo en varias ideas sobre cómo podemos solucionar esto, desde biocombustibles como aceite de pirólisis refinado, etanol o incluso hidrógeno desde puré de cerveza hasta generadores de fusión y reactores de torio. Hay toneladas de fuentes de energía alternativas, si estamos dispuestos a construirlas.

La crisis energética no proviene del hecho de que no estamos rodeados de suficiente energía. Viene del hecho de que solo tenemos formas muy primitivas de extraer esa energía.

Actualmente, la forma predominante de obtener energía utilizable es rompiendo las cadenas de hidrocarburos y extrayendo la energía de enlace de los enlaces químicos. Por casi cualquier estándar esto es anticuado. Quemar combustibles fósiles está sucio en el sentido de que libera productos no deseados. Y también solo libera una fracción increíblemente pequeña de la energía presente en esas cadenas de hidrocarburos.

Para obtener más energía más limpia, tenemos energía de fisión obtenida dividiendo los núcleos de átomos pesados. La energía proviene del hecho de que dividir un núcleo pesado (más pesado que el hierro) libera parte de la energía de unión que mantiene unido el núcleo. Esto libera mucha más energía que el proceso químico de quemar combustibles fósiles. Pero también deja productos radioactivos que son peligrosos y continuarán siendo peligrosos durante mucho tiempo.

Tenemos formas relativamente eficientes de convertir la energía eólica en energía eléctrica. Esto es muy limpio, pero solo puede existir en ciertos lugares.

La energía solar es otra forma de extracción de energía que utiliza la energía de los fotones que provienen del Sol para excitar los electrones que luego son capturados en un circuito eléctrico. Esta es un área de investigación activa y tiene un futuro prometedor. Pero actualmente es solo una pequeña fracción de nuestro presupuesto total de energía.

Otra forma de extraer energía es la fusión nuclear. En este método, a diferencia de la fisión, donde los núcleos pesados ​​se dividen, los núcleos ligeros se fusionan liberando energía. Esta es un área de investigación activa. Aunque hay grandes desafíos que superar, la mayoría de los involucrados en la investigación lo ven como el futuro de la energía limpia y renovable. Sin embargo, la mayoría de los plazos muestran esto como una fuente de energía comercial viable alrededor de 2050.

También existen otras formas de extracción de energía, como la energía de las mareas y la energía geotérmica. La energía de las mareas básicamente extrae la energía mecánica del movimiento del agua debido a la atracción de la Luna. Esta es una conversión de energía gravitacional a energía eléctrica mediante el uso de algún tipo de turbina. La energía geotérmica extrae calor de las áreas calientes debajo del suelo.

A pesar de todo esto, tenga en cuenta que aunque tenemos muchas formas de extraer energía de nuestro medio ambiente, la mayoría son muy primitivas, y la parte abrumadora de nuestro presupuesto energético proviene del método más primitivo: los combustibles fósiles. Las razones para esto son complicadas, pero el factor determinante más importante es la economía. Hasta que haya una escasez significativa en las reservas de petróleo que impulse los precios a niveles económicamente insostenibles, simplemente no hay suficiente incentivo económico para una amplia adopción de otras fuentes de energía.

Entonces, la crisis energética no proviene de la falta de energía. Probablemente sepa que existe una relación entre la materia y la energía a través de la famosa ecuación de Einstein [matemáticas] E = mc ^ 2 [/ matemáticas]. Entonces, en cierto sentido, todo el Universo y todo lo que nos rodea es energía. Nuestro problema es que nos faltan algunas formas de extraer esta energía y ponerla en una fuente limpia y utilizable.

Puede ser un tipo de pregunta demasiado complicada, se mezcla entre las leyes fundamentales de la ciencia y la conveniencia de disponibilidad de la fuente de energía, en relación con el petróleo, el gas, el carbón, los cursos renovables de energía. Todos estos se utilizan para generar diferentes tipos de energía, térmica, mecánica, luego eléctrica, trabajo, etc., pero aún así la energía allí que se convierte de un estado a otro, el calor empuja la atmósfera terrestre, elevando la temperatura de la atmósfera, el agua de los océanos. Pero la crisis es con la necesidad futura de tales fuentes, especialmente la primera
tres, pero si las fuentes nuevas y renovables, como la radiación solar, el viento del aire, la energía nuclear, la energía geotérmica, etc., están bien desarrolladas, no habrá una crisis real, ¡así que eso no afecta las leyes básicas de conservación de energía!

Hay un par de problemas:

1) La segunda ley de la termodinámica. Esta ley dice que la entropía nunca disminuye. La entropía es la cantidad de energía que tiene un sistema que no está disponible para usar el trabajo. Si la entropía nunca disminuye, a medida que usemos energía para hacer el trabajo, habrá menos energía disponible para hacer el trabajo en el futuro. Aunque tenemos mucha energía, tenemos menos energía utilizable a medida que pasa el tiempo. Esto significa que debemos estar constantemente buscando más energía utilizable para satisfacer la demanda.

2) No toda la energía es accesible en una forma que podamos utilizar. Si tuviéramos acceso a toda la energía del universo en un estado fácilmente utilizable, no tendríamos una crisis energética. El problema es que mucha energía es inherentemente inutilizable. Las células solares no son tan eficientes como podrían ser, por ejemplo. Tenemos que poder acceder a esta energía y también convertirla en una forma utilizable.

El problema no es la energía, per se. El problema es que estamos convirtiendo fuentes compactas y densas de energía química —la energía, en última instancia, de la luz solar que fue absorbida por las plantas y las algas, convertida en energía química a través de la fotosíntesis y almacenada durante millones de años en forma de carbón y petróleo— en calor residual. y gas CO2. Esa es la “crisis” energética y esta última es una gran contribución al calentamiento global, a pesar de las ilusiones de nuestros líderes republicanos.

La energía verde busca eludir los millones de años de tiempo de espera al convertir la energía solar directamente en energía eléctrica como en el caso de la energía fotovoltaica, en biocombustible al cultivar algas o maíz, o al dividir el agua en hidrógeno y oxígeno.

¡pregunta a Dios! ¡seriamente! El universo es lo que es.

¡no existe! El universo de la materia es la energía de masa. dos formas de lo mismo / lo que existe.

hay MUCHO que aún no conocemos.

La estimación actual es el universo que los dos conocen tiene 14 mil millones de años. la vida es menos de 1 billón, la humana menos de 300,000 y el conocimiento científico tiene menos de 300 años. La mayor parte de lo que sabemos hoy es solo desde el siglo XX.

Sí, se puede decir que la energía no está “creada ni destruida”, pero el resto de la definición del libro de texto dice “simplemente cambia de una forma a otra”.

La “crisis energética” que tenemos en el mundo hoy es una crisis de “energía utilizable”. Tomemos un ejemplo simplificado (y por lo tanto inexacto). Hay energía en un bloque de carbón. Quemo el carbón. Ahora la energía ha cambiado en energía luminosa y energía calorífica. La energía de la luz es demasiado baja / diluida para ser reutilizada eficientemente por cualquier tecnología actual. La energía térmica también se disipa lo suficientemente pronto y no tenemos la habilidad tecnológica para reutilizarla. Entonces, a todos los efectos prácticos, esa energía en el carbón se “pierde”. Por lo tanto, la cantidad de energía utilizable (y la humanidad ha encontrado tradicionalmente formas de usar solo combustibles fósiles) está disminuyendo constantemente. Lo que nos lleva a una crisis energética (utilizable).

El mecanismo primario a través del cual los planetas pierden energía es la radiación. Puede ser radiación infrarroja, luz (visible) o cualquier otra forma de radiación electromagnética. ¡Ahora, también debes recordar que la Tierra también recibe energía continuamente del sol! Cómo de nuevo, a través de la radiación. Y esa energía se produce continuamente mediante la conversión de la materia en energía (reacciones nucleares).

Las fuentes de energía varían en calidad, y EXERGY es un nombre para la fracción útil de una fuente de energía. Esta fracción se acerca al 100% para electricidad y luz, y se acerca a cero para una fuente de calor apenas por encima de la temperatura ambiente. El ejercicio puede ser destruido, y lo que llamamos eficiencia energética se trata realmente de minimizar la destrucción de la energía. Este cuadro de recursos de exergía global, de Wes Hermann de Stanford, es increíblemente fantástico.
Página en stanford.edu

Puedes pensar en esto como “la cantidad total de energía en el universo es siempre X”. Preguntar cómo “se convirtió en X” implica que fue 0, luego se convirtió en X, en lugar de que siempre haya sido X.

La oración “… la misma cantidad aún debería estar presente en la Tierra”. en tu pregunta es incorrecta Debería leer “… la misma cantidad aún debe estar presente en el universo”.

Además, solo hay ciertas formas de energía que podemos usar, como se menciona en las otras respuestas.

La energía / materia se puede crear de la nada, hacer cosas (como interactuar con algunas partículas) y luego desaparecer.
Cuanto mayor es la energía, más corta es la vida.
Esta es una consecuencia del Principio de incertidumbre de Heisenberg.

Para que la energía sea útil para la raza humana, debe estar en el lugar correcto.
Por ejemplo, Nueva York necesita una cierta cantidad de electricidad para seguir funcionando. El problema surge en la tarea de generar electricidad, construir centrales eléctricas, excavar el carbón, refinar el uranio, perforar el petróleo, etc. para alimentar esas estaciones
La demanda mundial de electricidad está excediendo nuestra capacidad de generar energía eléctrica, de ahí la crisis energética.
No tiene nada que ver con las leyes de la termodinámica, solo la dificultad de construir centrales eléctricas rápidamente.

Sí, la energía está en todas partes, pero necesitamos fuentes particulares para convertirla en formas utilizables. Estas fuentes particulares se están agotando y conducen a una crisis energética.

La energía no puede ser creada ni destruida. Entonces, cuando su tanque de gasolina se vacía, ¿de dónde viene su crisis energética? Es así de simple.