Die Wissenschaft der Energie: Ressourcen und Energie erklärt

Wie viel Energie wird benötigt, um die menschliche Zivilisation anzutreiben? Was macht unsere Städte, Fabriken, Häuser und Autos so energieineffizient? Wie kann der Durchschnittsbürger die Energierichtung beeinflussen? Erfahren Sie in diesem Überblick, wie Energie alle Bereiche von Technik und Wirtschaft bis hin zu Biologie, Chemie und Geophysik berührt.

Energie ist ein grundlegender Bestandteil unseres Universums - in gewissem Sinne ist das Universum Energie. Hier stellt Ihnen Professor Wysession die vielen faszinierenden Formen der Energie vor, darunter potenzielle, kinetische, mechanische und thermische Energie. Er erklärt auch, wie Energie gemessen wird, damit Sie die "Energie-Sprache" besser beherrschen.

Eine der ersten Energieformen, die der Mensch zu nutzen gelernt hat, ist Wärme. Sie werden drei Arten des Wärmeflusses untersuchen (Strahlung, Konvektion, Leitung), die Wärmeflussgleichung und das Konzept der Entropie verstehen und das Innenleben einer "Wärmekraftmaschine" kennenlernen.

Entdecken Sie, warum Elektrizität ein so attraktiver Energieträger ist. Erfahren Sie, wie Strom aus Öl, Kohle, Sonnenenergie und anderen Quellen gewonnen werden kann und wie Strom mit Hilfe von Spannung durch Leitungen fließt. Untersuchen Sie auch die jüngsten Fortschritte, die es uns leichter machen, zu entscheiden, woher wir unseren Strom beziehen.

Chemische Energie ist potenzielle Energie, die durch die Anordnung der Atome in den Molekülen entsteht. Der Text befasst sich mit der Photosynthese, einem wichtigen Energieumwandlungsprozess, und damit, wie Biokraftstoffe durch Verbrennung in Licht und Wärme umgewandelt werden. Er behandelt auch die Auswirkungen der Energiedichte auf den Transport von Biokraftstoffen wie Erdöl.

Verstehen Sie eines der polarisierendsten Themen im Energiebereich: Kohle. Woher kommt die Kohle, und wie entsteht sie? Was macht Kohle "sauber" oder "schmutzig"? Warum verfügen bestimmte Länder über die größten Kohlereserven? Was sind die Vorteile der Kohleenergie? Und wie wirkt sich der Tagebau auf die Umwelt aus?

In einem ersten Blick auf Erdöl untersuchen Sie die Wissenschaft hinter diesem weit verbreiteten fossilen Brennstoff: wie er entsteht, wie er gefunden und verarbeitet wird, wie er transportiert wird und wie er verwendet wird. Außerdem erhalten Sie Einblicke in verwandte Themen, darunter geologische Strukturen wie Antiklinalen und das Wachstum der Erdölindustrie.

Werfen Sie einen Blick in die Zukunft, indem Sie sich einige der neuesten Trends in der Öl- und Gasförderung ansehen. Professor Wysession erklärt den Unterschied zwischen konventionellem und unkonventionellem Öl, die Geologie von Ölsand und Ölschiefer sowie die Risiken von Fracking (das Erdbeben und andere schwere Schäden verursachen kann).

Fossile Brennstoffe stellen ein erhebliches finanzielles, ökologisches und gesundheitliches Problem dar, wie z. B. Ölunfälle und Kohlebrände. Zu den jüngsten Maßnahmen gehören technologische Innovationen für sauberere Energie und strengere Umweltgesetze, um die Nutzung fossiler Brennstoffe zu verringern und die damit verbundenen Risiken zu mindern.

Kohlendioxid ist ein für die menschliche Zivilisation so bedeutender Schadstoff, dass Professor Wysession sich hier ausschließlich darauf konzentriert. Wenn CO2 nur 0,04 % der Atmosphäre ausmacht, wie kann es dann so schädlich sein? Ist die globale Erwärmung ein natürlicher Prozess? Welche Maßnahmen können wir ergreifen, um die Gefahren von CO2 zu verringern?

Begeben Sie sich auf die subatomare Ebene und erkunden Sie auf faszinierende Weise, wie Kernenergie erzeugt wird. Es ist eine augenöffnende Tour, die alles von der Kernspaltung und dem radioaktiven Zerfall bis zum Innenleben von Kernkraftwerken und den damit verbundenen Ängsten und Sorgen vor Kernschmelzen behandelt.

Professor Wysession erklärt, wie Uran durch den Prozess der Kernspaltung zur Stromerzeugung genutzt wird, von der Gewinnung uranhaltigen Gesteins bis zur Entsorgung des übrig gebliebenen Atommülls. Anschließend erfahren Sie etwas über die Vorteile der Kernenergie (u. a. ihre nahezu unbegrenzte Energie) und ihre Nachteile (z. B. ihre Unfähigkeit, dezentral oder mobil zu sein).

Das Sonnenlicht ist eine buchstäblich unerschöpfliche Energiequelle. Erfahren Sie, warum (und wie) die Sonne Licht abgibt, wie viel Sonnenenergie die Erdoberfläche an einem durchschnittlichen Tag erhält, wie viel Land wir benötigen würden, um unseren gesamten Energiebedarf durch Sonnenlicht zu decken, und welche geografischen Probleme mit der Solarenergie bestehen.

Der größte Wachstumsbereich der Solarenergie: die Umwandlung von Sonnenlicht in Strom mit Hilfe von Solarzellen. Tauchen Sie ein in die Welt der Photovoltaik-Solarmodule und erfahren Sie, wie sie Sonnenlicht in funktionale Energie umwandeln. Werfen Sie auch einen genaueren Blick auf andere Technologien im Zusammenhang mit der Solarenergie, wie z. B. Solartröge, Solartürme und Stirlingmotoren.

Die Windenergie ist als erneuerbare Energiequelle auf dem Vormarsch. Entdecken Sie den Betrieb großer Windturbinen, die Geschichte und die Meteorologie des Windes und identifizieren Sie die besten Regionen für die Windenergie. Erforschen Sie die Vorteile und Herausforderungen im Zusammenhang mit Windkraftanlagen.

Die Wasserkraft ist nach wie vor die größte erneuerbare Stromquelle der Welt. Professor Wysession erörtert die Vorteile der Wasserkraft (keine CO2-Produktion, kostenloser Brennstoff) und die Nachteile (Beeinträchtigung der Umwelt), die Funktionsweise der Wasserkrafterzeugung, Laufwasser- und Staukraftwerke sowie die Grundlagen des Wasserkreislaufs.

Flüssige Biokraftstoffe, wie Biodiesel und Ethanol auf Maisbasis, sind die am schnellsten wachsenden Energieformen aus Biomasse im 21. Jahrhundert. Der Text untersucht verschiedene chemische Reaktionen, die feste pflanzliche Biomasse in Flüssigkeiten mit hoher Energiedichte umwandeln, und untersucht deren wirtschaftliche und politische Auswirkungen.

Gehen Sie tief in die Erde, um einen Blick auf die geothermische Energie zu werfen. Zu den Themen gehören der Energiehaushalt unseres Planeten, zwei Hauptmethoden zur Nutzung geothermischer Energie, fünf verschiedene Technologien für hydrothermale Energiesysteme (einschließlich Trockendampfkraftwerke) und das Konzept der oberflächennahen Erdwärmepumpen (GSHPs).

Die Sonne scheint nicht immer, und der Wind weht nicht immer. Wie können wir also erneuerbare Energie aus diesen und anderen Quellen für später speichern? Wir konzentrieren uns auf mehrere grundlegende (sowie leistungsstarke und großvolumige) Technologien zur Speicherung des Energieüberschusses, den wir aus Quellen wie Wind- und Solarparks gewinnen können.

Das Verkehrswesen hat einen enormen Anteil an unserem weltweiten Gesamtenergieverbrauch. Von Flugzeugen über Züge bis hin zu Autos erfahren Sie, wie Wissenschaftler daran arbeiten, die gängigen Verkehrsmittel so kraftstoffsparend wie möglich zu machen. Erforschen Sie auch das Thema Elektroautos und die Frage, ob sie wirklich effizienter sind als benzinbetriebene Fahrzeuge.

Wo wird in der Regel Energie verschwendet? Wie kann man ein effizienterer Energienutzer werden? Diese Diskussion enthält eine Fülle von Anregungen, die jedem (vom Hausbesitzer über den Autofahrer bis hin zum Geschäftsführer) helfen können, in einer Reihe von Sektoren und Bereichen energieeffizienter zu werden: in der Industrie, im Verkehrswesen, in Wohn- und Geschäftsgebäuden.

Professor Wysession erörtert die wichtigsten wirtschaftlichen und politischen Faktoren, die die Entwicklung der globalen Energieressourcen beeinflussen. Er behandelt die versteckten Kosten, die sich auf Angebot und Nachfrage auswirken, staatliche Anreize und die Komplexität internationaler Abkommen und Handelskriege.

Werfen Sie einen Blick in die Zukunft auf die möglichen (und wahrscheinlichen) Fortschritte im Bereich der Energieressourcen. Sie befassen sich mit dem Wachstum der Gezeiten- und Wellenenergie, den Schwierigkeiten der Kernfusion, dem Energiepotenzial von Erdbeben und Supervulkanen sowie mit riesigen Solarzellenfeldern im Weltraum, die noch mehr Sonnenenergie einfangen sollen.

Nach Ansicht von Professor Wysession gibt es keine einfache Lösung für die Energiezukunft der Welt. Er geht viele der zuvor untersuchten Quellen durch und schätzt ab, wie viel Energie wir benötigen werden, welche Quellen uns zur Verfügung stehen (und stehen werden) und wie wir realistisch - und optimistisch - über unseren Energieverbrauch nachdenken können.