Conversia energiei în timpul arderii; Sprijin pentru elevi
Situatie
Stăpânirea conversiei energiei a fost întotdeauna un factor crucial pentru dezvoltarea omenirii și este intim legată de ideea de progres. De la stăpânirea „focului”, care nu este alta decât stăpânirea transformării energiei chimice conținute în combustibili în energie termică, prin stăpânirea „vântului” (conversia energiei mecanice) până la stăpânirea energiilor chimice conținute în combustibili fosili în secolele XIX și XX, ceea ce a dus la revoluția industrială prin conversie în energie electrică.
Din păcate, această sete crescândă de energie a fost însoțită și de o transformare profundă a mediului nostru, cu schimbări climatice pe care nu mai este posibil să le negăm în timp ce oameni de știință de renume, precum laureatul Nobel pentru chimie Paul Josef Crutzen, anunță că am intrat chiar o nouă eră geologică: Antropocenul !
Prin urmare, devine urgent să controlăm modul în care transformăm energia, să alegem resursele energetice care au un impact minim asupra mediului nostru, să ne gândim la stocarea energiei și să fim pe deplin informați cu privire la problemele care au acum impact asupra întregii umanități.
Resurse energetice
Resursele energetice sunt resursele de bază din care energia va fi transformată pentru uz uman. Există două tipuri de resurse: regenerabile și neregenerabile.
Resurse regenerabile sunt cele care nu se vor epuiza la scară umană. Este de la sine înțeles că nu putem vorbi la scara universului, deoarece știm că Soarele își va epuiza resursele interne de energie în aproximativ cinci miliarde de ani și că, prin urmare, nu va mai furniza energie. Dar peste cinci miliarde de ani omenirea va dispărea de mult sau se va transforma în altceva !
Printre resursele de energie regenerabilă putem clasifica, prin urmare, energia mecanică a vântului sau a apei, energia termică a subsolului (energia geotermală), energia radiantă de la Soare sau energia chimică conținută în biomasa organismelor. Toate aceste energii pot fi transformate în energie utilizabilă și transportabilă de către oameni, cum ar fi energia electrică sau termică. Aceste resurse sunt considerate a fi reînnoite suficient de repede pentru a fi „inepuizabile”.
Resurse energetice neregenerabile nu se reînnoiesc sau foarte încet, la scară umană. Includem combustibili fosili (gaz natural de cărbune, petrol) și combustibili fisionabili (uraniu 235) care sunt toate transformate în energie termică (înainte de a fi convertite înapoi la energie electrică în centralele termice sau nucleare).
Majoritatea covârșitoare a utilizării resurselor de energie, aceste resurse neregenerabile sunt epuizate rapid. De exemplu, se consumă câteva miliarde de tone de petrol pe an, în timp ce a fost nevoie de milioane de ani până când s-a format.
Estimarea rezervelor mondiale rămase este dificilă, deoarece variațiile de consum sunt mari. Criza economică globală din 2008 a redus drastic consumul de combustibili fosili, în timp ce războaiele l-au crescut drastic. Sunt descoperite puține zăcăminte noi, dar odată cu creșterea prețurilor, exploatarea anumitor resurse, cum ar fi nisipurile petroliere sau gazele de șist, devin profitabile. Fără ca aceste cifre să fie stabilite în piatră, iată estimările din 2017:
| Resursă | Durata rezervărilor |
| Ulei | 40 de ani |
| Gaz | 57 de ani |
| Cărbune | 150 de ani |
| Uraniu | 80 de ani |
Aceste cifre presupun un consum identic cu cel din 2010.
Provocări energetice pentru viitorul nostru
Pe termen lung, viitorul utilizării energiei noastre depinde, așadar, de controlul energiilor regenerabile și de optimizarea transformării acestora. Cu toate acestea, este posibil să îmbunătățim utilizarea pe care o avem de la aceste resurse energetice, luând în considerare anumite aspecte esențiale: transport, depozitare, costuri și impactul asupra mediului.
Resursele, în special fosilele și fisilele, nu sunt distribuite uniform pe planetă. În afară de gestionarea tensiunilor geopolitice asociate acestor resurse, trebuie amintit că transportul lor în sine folosește energie și nu este întotdeauna profitabil. Pe de altă parte, unele resurse sunt ușor stocate, cum ar fi petrolul, în timp ce unele forme de energie nu pot fi stocate pe termen lung, cum ar fi energia electrică.
Costul exploatării anumitor resurse energetice este uneori mai mare decât costul acelei energii sub formă transformată. Apoi, este o alegere socială și politică dacă se subvenționează aceste resurse energetice, care ar putea avea avantajul unui impact redus asupra schimbărilor climatice.
În cele din urmă, exploatarea anumitor resurse energetice pune serioase probleme de mediu sau de sănătate, cum ar fi exploatarea gazelor de șist, a nisipurilor de gudron sau tratarea deșeurilor radioactive datorită transformării energiilor fisibile.
Energie chimica
Energia chimică este legată de formarea sau descompunerea legăturilor covalente. Orice reacție chimică va aduce, prin urmare, această energie chimică în joc, absorbind-o sau eliberând-o. La fel de trebuie furnizată energie pentru a rupe legăturile covalente, unele reacții chimice vor „consuma” mai multă energie externă (de obicei termică) decât o eliberează și invers.
Energia chimică este conținută în tancuri care poate fi exploatat pentru transforma într-o altă formă. Aceste rezervoare pot fi naturale, cum ar fi petrolul, gazele naturale sau biomasa, sau au fost create de oameni, cum ar fi bateriile sau acumulatorii. Această energie chimică poate fi apoi transformată în mod natural sau provocată în dispozitive care permit recuperați într-o altă formă: termic, electric, radiant ... vorbim despre convertor de energie.
Deci corpul uman este un convertor de energie care consumă alimente pentru a-și transforma energia chimică în energie mecanică care îi va face să funcționeze mușchii. Dacă aceste alimente sunt plante, ele însele au transformat energia radiantă a Soarelui în energie chimică. Bateriile acumulatoare sunt, de asemenea, convertoare de energie care transformă energia electrică în energie chimică pentru a o stoca înainte de a face contrariul atunci când este nevoie de energie electrică.
Arderea alcanilor și a alcoolilor
Alcanii și alcoolii sunt foarte apreciați pentru energia pe care o eliberează în timpul unei reacții chimice numite combustie. Această reacție implică o combustibil, aici un alcan sau un alcool și un oxidant, de obicei oxigenul prezent în aer.