エネルギーの種類と源

エネルギーの種類は、エネルギーが現れるさまざまな形式です。エネルギーとは、仕事を生み出す、つまり行動や動きを促進する体の能力です。

電気エネルギーは世界で最も使用されているエネルギーの 1 つで、ケーブルで簡単に輸送でき、水、風、太陽、可燃性物質の燃焼など、さまざまなエネルギー源から生成できます。

電気エネルギーまたは電気は、ワイヤーによって運ばれる電子と呼ばれる小さな粒子の動きの結果です。

私たちが家庭内で使用するすべての電子機器や照明は電気によって動かされています。電気は工場で作られ、電線を通って私たちの家庭に届きます。

プラントでは、電気エネルギーはタービンの動きによって駆動される発電機によって生成されます。タービンの動きは基本的に次の 2 つの方法で発生します。

熱電発電所で使用される燃料の例としては、石炭、石油、天然ガス、バイオマスなどがあります。原子力発電所ではウランやプルトニウムなどの放射性元素が使用されます。

機械的エネルギーとは、物体が動く能力を指します。機械エネルギーは、運動エネルギーと位置エネルギーの合計です。

位置エネルギーの例としては、振り子に取り付けられた金属球があります。ボールを手で持ち上げると、ボールを放すとボールが移動するため、位置エネルギーが得られます。

機械エネルギーは、動いているあらゆる物体や、動きを生み出す、つまり仕事を実行できる位置に存在します。

風、空中に投げられたボール、走っている人、動いている車など、私たちの日常生活の中で機械エネルギーの例を見つけることができます。

水の力は、電気など他の種類のエネルギーを生成するために最もよく使用される機械エネルギー源の 1 つです。

水力発電所では、大きな滝の力を利用してタービンを動かし、発電機を作動させ、機械エネルギーを電気エネルギーに変換します。

機械エネルギー についてさらに詳しく学びましょう。

熱エネルギーは物体または物質の内部エネルギーであり、その原子と分子の振動の結果です。

熱エネルギーは熱から得られます。物質が熱くなればなるほど、粒子の動きが速くなり、熱エネルギーも大きくなります。

寒いときに使用するヒーター、ケーキやホットチョコレートを焼くオーブンなど、私たちの日常生活における熱エネルギーの例がいくつか考えられます。

たとえば、ホットチョコレートを作るには、ミルクジャグに冷たい牛乳を入れてストーブをつけます。炎はミルクを加熱し、その分子を撹拌し、その結果熱エネルギーが増加します。

熱エネルギーは、ガス、石油、木材などの燃料の燃焼から得られるほか、太陽光線や地球内部で生成される熱からも得られます。

熱エネルギーは、一部のプラントで電気エネルギーや機械エネルギーなどの他の種類のエネルギーを生成するために使用されます。また、暖房システムで熱エネルギーとして直接使用することもできます。

熱エネルギー についてさらに詳しく学びましょう。

核エネルギーとは、原子核の中に存在し、原子核が分裂または破壊したときに放出されるエネルギーです。

原子は、自然界に存在するすべての物体（私たちの体を含む）を形成する粒子です。それらは陽子、電子、中性子と、エネルギーの源である原子核で構成されています。

原子力エネルギーは、世界中のいくつかの国で電気エネルギーの生産に使用されていますが、原子爆弾の製造という軍事目的にも使用されています。

核エネルギーの主な供給源は、岩石に含まれる放射性元素であるウランです。この元素は自然界で得られ、原子炉で使用されるペレットに変換されます。

エネルギー生成プロセスは次のように行われます。

化学エネルギーは位置エネルギーであり、化学元素の結合に蓄えられます。化学反応が起こると、このエネルギーが放出されます。

化学反応では通常、熱が発生し、元の物質はまったく新しい物質に変化します。化学エネルギーによる反応の主な例の 1 つは燃焼です。

化学エネルギーは、石炭、バイオマス、木材、石油など、燃焼するとエネルギーを生成する元素に存在します。

これらの元素は化学結合によって形成され、燃焼するとエネルギーが放出され、原子が再編成されて新しい化学物質が形成されます。

酸素分子の半分 (1/2 O ₂ ) で起こる水素 (H ₂ ) の燃焼反応を観察してみましょう。

H ₂ + 1/2 O ₂ → H ₂ O

水素分子が酸素分子の半分と反応すると、エネルギーが放出され、その生成物が水分子となる反応が起こります。

別の例は、酸素 (O ₂ ) と接触して反応する石炭 (C) の燃焼です。

C + O ₂ → CO ₂

石炭分子が酸素分子と反応して化学結合が変化し、二酸化炭素分子 (CO ₂ ) が形成されました。このプロセスでもエネルギーが放出されます。

化学エネルギー についてさらに詳しく学びましょう。

エネルギー源は、エネルギーを生産するために使用される原料です。エネルギーは、機械、輸送手段、電子機器の動作に使用されます。

エネルギー生産は、地球の天然資源と持続可能性に大きな影響を与える可能性があります。この点において、エネルギー源は再生可能と非再生可能に分類できます。

再生可能エネルギーは、風力や太陽エネルギーと同様、使っても枯渇しないエネルギー源です。これらの資源がエネルギーを生産するためにどれだけ使用されるかに関係なく、自然界におけるそれらの利用可能性は減少しません。

再生可能エネルギーの主な供給源は次のとおりです。

非再生可能エネルギー源とは、自然界では使用時と同じ速度でエネルギー源を再生することができないため、使用すると枯渇する可能性のあるエネルギー源です。

これらの供給源は植物と動物の両方に由来する有機物であり、何百万年にもわたるゆっくりとしたプロセスで自然によって形成されます。

主な非再生可能エネルギー源は次のとおりです。

鉱山エネルギー省の 2016 年のデータによると、ブラジルは再生可能エネルギーを最も多く使用している国の 1 つであり、エネルギー マトリックスの 42.9% を占めています。

世界全体で見ると、再生可能エネルギーの割合はわずか13.7%ですが、これはこの国の持続可能性の点で有利です。さらに、エネルギー源も多様化していますので、ぜひチェックしてみてください。

主なエネルギー源は、自然から直接得られ、人間が使用するために二次エネルギーに変換されるものです。一次エネルギー源には、水、太陽、風、化石燃料、サトウキビ、ウランなどがあります。

これらのエネルギーは、プラントや製油所などの変換センターで捕捉され、二次エネルギーに変換されます。二次エネルギーの例としては、電気、バイオガス、石油派生品、エタノール、ガソリン、木炭などがあります。

産業革命以来、エネルギー需要は非常に高い割合で増加しました。エネルギーは、産業の運営、輸送、家庭内での発電、農業などに必要です。

このエネルギー生産の高い必要性は、大気汚染や海洋汚染、生態系の不均衡など、大きな環境影響を引き起こしています。エネルギー生産による主な環境への影響をいくつかご覧ください。

現在、世界で最も使用されているエネルギー源は化石燃料です。石油、天然ガス、石炭を合わせると、世界の全エネルギー生産と消費の 81% を占めます。

化石燃料は、すべての生物（植物や動物）が数百万年かけて分解されて形成されます。これは、その生成が非常にゆっくりと行われることを意味します。

これらの燃料の組成には大量の炭素が含まれており、燃焼中に起こる化学反応によりエネルギーと二酸化炭素などのガスが放出されます。

化石燃料の燃焼により、二酸化炭素 (CO ₂ )、水蒸気 (H ₂ O)、メタン (CH ₄ )、亜酸化窒素 (N ₂ O) などの温室効果ガスが放出されます。

これらのガスは大気中に蓄積し、太陽光線が大気中に反射されるのを防ぎます。反射されるべき熱の一部が地表に閉じ込められ、地表の温度が上昇します。

地球温暖化は、極地の氷床の溶解と海面の上昇、種の絶滅、生態系の不均衡をもたらします。

原子力エネルギーの生産は、放射性物質の使用に伴うリスクのため、多くの批判の対象となっています。この種のエネルギーの最大の影響は次のとおりです。

ウランやプルトニウムなどの核エネルギーの生成に使用される元素は、放射性が高いため、生命に大きな危険をもたらします。

核エネルギーの生産には二酸化ウランペレットが使用されますが、このペレットは何千年も毒性が残るため、鉛の貯蔵庫に保管する必要があります。

この廃棄物が正しく保管されないと、土壌や水を汚染し、生態系に不均衡を引き起こし、あらゆる形態の生命にリスクをもたらす可能性があります。

原子力発電所は厳格な安全手順に従っていますが、チェルノブイリ (1986 年) や福島 (2011 年) で起こったような漏洩や事故のリスクがあります。

これらの事故で放出される放射線は、死亡、癌などの病気、胎児の奇形、昆虫、植物、動物の遺伝子変異、火傷などを引き起こす可能性があります。

原子力エネルギー生産プラントでは原子炉を冷却するために海水を使用しており、その海水がタービンを動かし、非常に高温になります。

この際、冷却に使用した海水を加熱して外気温より60℃高い海に戻すため、海洋生態系に影響を与える可能性があります。

水力発電所は、水の機械エネルギーを利用してタービンを動かしますが、水が必要な強度に達するために、水をせき止めるダムが建設されます。

ダムが満水になると、ダムが開き、水が大きな圧力で下降し、タービンを動かして電気エネルギーを生成します。

再生可能であるにもかかわらず、ダムを建設するには非常に広い地域を洪水させる必要があり、種の絶滅や生態系の変化など、環境に大きな影響を与えます。

さらに、非常に広大な土地を使用するため、水力発電所の建設は川沿いのコミュニティを奪う傾向があり、彼らは家を離れて別の場所で生活を再開することを余儀なくされます。

さらに詳しく: 地球温暖化と温室効果