第一氣候問題：潔淨能源

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更新於: 2021年04月17日18:17:25 格林威治標準時間

Image of 能源在全球排放中的份額 — 能源在全球排放中的份額

如今，我們所做的一切幾乎都需要大量能源。

Image of 需要能源的事物的例子 — 需要能源的事物的例子

我們能減少使用嗎？

一個國家的發展與每個公民使用多少\ definition {能源}{energy} 之間存在關聯性。

Image of 能源/發展的關聯性 — 能源/發展的關聯性

你可以看到，在每人使用大約5,000千瓦時之後，改善的幅度會變小。換句話說，每人使用超過5,000千瓦時的電力並不會顯著地促進一個國家的發展。但是，許多人均耗電量低於5,000千瓦時的國家仍在發展中，而且它們常常沒有適當的健康和教育系統。在理想的世界中，所有國家都旨在成為節能高效的國家，發達但不會消耗不需要的電力。

Image of 人均能源消耗 — 人均能源消耗

許多歐盟和美國人民可能認為是理所當然的事情（高質量的基礎設施，可靠的電力等）在撒哈拉以南非洲和東南亞部分地區都是不可能的，因為那裡的人民無法獲得足夠的能源去做這些事情。

問題出在哪里呢？

儘管能源似乎對發展至關重要，但是我們使用的大部分能源都是以對環境有害的方式產生的。

Image of 主要能源來源 — 主要能源來源

此圖顯示了我們獲取能源的地方。可悲的是，\ bold {我們84.7％的能量來自\ definition {化石燃料}{fossil fuel}}（煤，石油和天然氣）。這對氣候變化不利，因為燃燒\ definition {化石燃料}{fossil fuel} 會產生\ definition {溫室氣體}{greenhouse gas} \ definition {二氧化氮}{CO2} 。

與其他能源相比，比如核能，風能，太陽能和水能，煤、石油和天然氣每單位發電所排放的二氧化碳要多得多。

如果這還不夠，相比起其他能源，化石燃料产生的空气污染会造成更多的死亡。

讓我們來看看這些數字（我們將在後面的章節中更多地討論它們的來源）：

Image of 每百萬兆瓦時能源的死亡率和溫室氣體排放量 — 每百萬兆瓦時能源的死亡率和溫室氣體排放量

能源被用於社會的各個領域：從電力、運輸燃料和供暖到鋼鐵生產和製造業。

本課程的全部內容是關於如何在每個範疇中找到化石燃料的替代品，以減少溫室氣體排放。這將是一段漫長的旅程，但讓我們從最基本的問題開始：

甚麼是能量？

人類從食物中獲取能量。但能量無處不在的，只是形式不同。重要的是，\ bold {能量永遠不會被破壞或製造。它只是從一種類型轉換為另一種類型}。

所有形式的能量都分為兩個子類別：

\ bold {動能}：動力的能量。
\ bold {勢能}：將勢能想像為預算。動能就是你現在正在花的錢。勢能是你擁有的錢，當你需要的時候可以花掉。

不同形式的能量存在在這些細類別中：

Image of 能源的形式 — 能源的形式

你會看到為什麼能源對發展如此重要：我們需要產生熱能為房屋供暖，產生動能以驅動我們的汽車，並產生電能為照明提供動力。

能量（任何形式）都可以使用「焦耳」單位進行測量。因此，如果你拿著一個具有100焦耳重力勢能的球，當它掉落時，它會將其能量轉換為100焦耳的動能、熱能、甚至是聲能。

Image of 能量轉換 — 能量轉換

由於摩擦，一些能量將被損失。為什麼？這其實就像當你將雙手揉在一起會變得溫暖一樣。這就引申出一個重要的觀點：\ bold {轉換能量幾乎從未達到100％的效率 – 一些能量會作為熱能散發到環境中} ！這一點在課程的稍後階段將會非常重要。

電力如何運作？

電就是通過諸如燈，計算機或烤箱之類的裝置拉動稱為\ definition {電子}{electron} 的小\ definition {粒子}{particle}。

Image of 電力 — 電力

電力有三項參量：

\ bold {電壓}：電子被拉向另一側的強度。以伏特（V）為單位。
\ bold {電流}：每秒有多少電子通過導線。單位為安培（A）。
\ bold {時間}：在特定的電壓和電流下，電子在線圈中移動的時間。以小時為單位（h）。

電壓和電流共同給出以瓦特為單位的\ bold {功率}。這是通過使用以下公式來計算的：

Image of 功率方程式 — 功率方程式

使用瓦特可以讓我們測量一個設備所需的總功率，不管它使用的是更高的電壓還是更高的電流。

將功率與設備使用時間相乘，就可以得到正在使用的電量。例如，如果一個燈泡使用60瓦的功率，那麼將其運行兩個小時將消耗120瓦時（Wh）的能量，這等於432,000焦耳。

Image of 能量方程式 — 能量方程式

現在我們有了基本知識，讓我們開始研究可以獲取能量的方法。下一章將介紹我們現在使用的-\ definition {化石燃料}{fossil fuel}。一旦我們了解這一點後，我們將研究取代它們的不同方法。