1954687387

inne formy energii w procesie cyklicznym¹⁹. Ma to daleko idące konsekwencje z punktu widzenia problemu źródeł energii, która jest niezbędna dla funkcjonowania cywilizacji ziemskiej. Dlatego poniżej zamieszczamy obszerną dygresję dotycząca tego zagadnienia.

Podstawowym źródłem energii cieplnej dla Ziemi jest Słońce²⁰. Energia słoneczna idzie głównie na: [4]

■    podtrzymanie średniej temperatury biosfery²¹;

■    podtrzymywaniu krążeniu wody (ta część energii słonecznej przekształca się w energię potencjalną wód rzek, wykorzystywaną następnie w elektrowniach wodnych);

■    energię wiatrów (tę energię wykorzystujemy coraz efektywniej do napędzania ekologicznych elektrowni wiatrowych, których ilość szybko rośnie);

■    energię fotosyntezy (wynikiem tego procesu są pokłady węgla kamiennego i brunatnego, gazu ziemnego i ropy naftowej, a także cała energia konsumowana przez ludzi pod postacią żywności).

Ziemskie zasoby energii można podzielić na dwie duże grupy:

1.    Zasoby energii makroskopowo uporządkowanej — jej źródłem jest energia wiatrów, wód, przypływów i odpływów mórz, wybuchów wulkanów. Zasoby tej samoregenerującej się energii wykorzystujemy w bardzo małym stopniu (około 10~⁴ części). Termin energia makroskopowo uporządkowana oznacza, że cząstki danego układu poruszają się w pełni określony (zdeterminowany) i uporządkowany sposób. Przykładowo, energia kinetyczna ciała stałego poruszającego się ze stałą prędkością jest energią uporządkowaną, ponieważ wszystkie punkty ciała poruszają się z taką samą prędkością. Energia kinetyczna ruchu obrotowego ciała obracającego się ze stałą prędkością kątową wokół ustalonej osi jest także przykładem energii uporządkowanej.

2.    Zasoby energii makroskopowo nieuporządkowanej — zmagazynowane w ruchu termicznym molekuł biosfery oraz pod postacią wewnątrzcząsteczkowej energii chemicznej oraz jądrowej. Tutaj należy wskazać ogromne ilości energii chemicznej zgromadzonej w paliwach naturalnych (węgiel, ropa naftowa, gaz ziemny, wodzian metanu²²).

Około 80% produkowanej na Ziemi energii jest otrzymywanej na drodze chemicznej w wyniku spalania paliw naturalnych. Efektywność takich procesów spalania, mierzona w ilości ułamka energii cieplnej wykorzystywanej do wykonywania pracy, jest stosunkowo niewielka, rzędu 10%-40%.

Zdecydowana większość energii powstającej podczas spalania paliw naturalnych zamienia się w energię bezładnego ruchu cieplnego (energię nieuporządkowaną) cząsteczek paliwa i otoczenia. Wydawać by się mogło, że to nic nie szkodzi — przecież obowiązuje zasada zachowania energii! Procesy spalania powodują jedynie przekształcenie się energii chemicznej w energię cieplną. Można by sądzić, że wyczerpanie się zasobów paliw naturalnych nie jest dla naszej cywilizacji zbyt groźne. Wszak spalając paliwa nie tracimy nic a nic na całkowitej energii, ponieważ jej ilość pozostaje taka sama zgodnie z zasadą zachowania energii. Byłoby tak pod jednym warunkiem, mianowicie że potrafilibyśmy przekształcać bez żadnych ograniczeń

¹⁹Jest to sformułowanie II zasady termodynamiki, mówiące o nieistnieniu perpetuum mobile drugiego rodzaju.

²⁰Rocznie do powierzchni Ziemi dociera ze Słońca około 3,0 ■ 10²⁴ J energii, głównie w postaci promieniowania widzialnego. Mniej więcej tyle samo Ziemia traci w wyniku promieniowania podczerwonego.

²¹ Gdyby nie stały dopływ energii słonecznej, Ziemia ostygłaby do temperatury bliskiej zera absolutnego na skutek promieniowania cieplnego.

²²W ostatnich latach odkryto na dnie oceanów ogromne ilości tego surowca, szacowane na 10 bilionów ton. Artykuł [32] omawia ryzyko związane z możliwością wystąpienie kolejnego kryzysu paliwowego.

20