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7-3   地球的能源
人類在地球上可取用的能源,追本溯源可說是絕大部分來自於太陽能,例如化石燃料(包括石油、煤、和天然氣)、水力、風力、生質能等;
小部分來自於核能,這是源自於宇宙的演化過程,在地球形成時就已存在的放射性元素,例如鈾等;
餘下的小量來自於地熱(地球內部的熱量)和月球運動引致的潮汐作用。

太陽能
每年照射在地球表面上的太陽能,估計為
1.78×1017-年,約為目前全世界每年所需能量的一萬多倍。假定我們能利用其中的一小部分,那麼人類的社會就不會有什麼能源問題了。

不過,這樣巨量的太陽能約有
30%被反射回太空;
50%為地球表面吸收後,再重新輻射出去,因此得以維持地球表面的溫度;
另有約20%將地表的水蒸發成水蒸氣,形成雲、雨、及空氣的流動,水力和風力即由此而來,同時也造成海洋表面和底層的溫差;
只有很小的百分比(約0.06%)的能量用於進行植物成長所需的光合作用,太陽能被轉化儲存為植物體內碳氫化合物的化學能。

生質能

動物以植物為食,因此能量也跟著轉移,生命也由此衍生。植物體本身、農作物的殘渣、動物牲畜的排泄物等,可經化學處理合成為液體燃料,或經微生物的發酵作用產生沼氣,可用於燃燒產生熱能,這種能量稱為生質能。動植物死亡後,埋葬在地下,經數百萬年以上的地壓、地熱和細菌引致的化學變化後,累積形成煤、石油、天然氣等化石燃料。

太陽能、水力、風力、生質能、潮汐等能源在短期內能自行補充,因此能持續供應,被稱為再生能源;反之,核能、地熱、化石燃料等,則被稱為非再生能源

太陽能應用

太陽能可經由太陽電池直接轉換為電能,或是利用反射鏡,將太陽光焦聚直接轉換為熱能。直接取用的太陽能,沒有造成任何汙染,是非常乾淨的能源。可是如欲取得可觀的能量,集能板必須占用廣大的地面,而且只能裝設在日照量充足的地區。目前太陽能集能系統的裝置和維修費用仍甚高昂,能量應用的經濟價值不高,僅適合裝設在沙漠或偏僻地帶,提供區域性的能源需求。

太陽能電池

 利用反射鏡,將太陽光焦聚直接轉換為熱能
 

石油和天然氣

石油和天然氣是所有能源中最方便使用的燃料,它可視需要量的多寡而調節生產量,便於輸送,也便於儲藏,可直接燃燒用於發電或驅動引擎。可惜地球的蘊藏量有限,人們開採使用石油的速率遠遠超過它形成的速率。至於另一化石燃料--煤,燃燒所產生的汙染比石油和天然氣嚴重得多,被認為是「髒」的能源,不過近年來工業界已積極在研究如何將煤轉化成便宜的、「清潔」的液體燃料,或轉化為可燃氣體,以提升煤的應用價值。

目前全世界每年消耗的能量約有90%來自於化石能源,其餘主要由核能和水力發電提供

水力發電和風力發電

水力發電和風力發電本質上都是太陽能的間接利用,發電過程中不會產生汙染性廢物,是相當理想的清潔能源。不過除了發展中國家外,可用於水力發電的資源已漸趨飽和。大規模水壩的建立,固然可提供大量廉價而清潔的電能,但是所造成對生態環境的影響,例如阻斷魚類的迴游,水庫淹沒廣大的河谷以致破壞原生動物的棲息等,一直是具有廣泛爭議性的話題。風力發電也僅限於某些風力盛行的地區,風車葉片旋轉時所產生的噪音令人不安,漫山遍野設置的風車對自然景觀有負面的影響。

利用風力轉動渦輪發電機的葉片而產生電力。

 利用潮汐的海水漲落,推動水輪發電機而產生電力。

利用地區和地形的特性

潮汐發電以及地熱發電都是善於利用地區和地形的特性,以產生乾淨能源的良好例子。

酒精,作為汽車的燃料

利用甘蔗或玉米可製成酒精,是當今最主要的生質能能源。巴西是地廣人稀的國家,極缺乏天然能源,因此大量種植甘蔗,轉製成酒精,作為汽車的燃料。生質能的供應需要依賴大面積種植快速生長的植物,因此產製成本甚高,也不適用於地狹人稠的國家。無論如何,生質能仍是一個值得選擇的替代化石燃料的能源。酒精燃燒固然會產生二氧化碳,但因大量植物的種植,經由光合作用,可回收大氣中的二氧化碳而達到平衡。