Năng lượng là gì? Các dạng năng lượng trong tự nhiên

Các dạng năng lượng trong tự nhiên được tìm thấy dưới nhiều dạng khác nhau và có thể được chuyển đổi từ dạng này sang dạng khác. Năng lượng là tài nguyên quý giá và đóng vai trò thiết yếu cho sự sống trên Trái Đất. Cùng Envico tìm hiểu về nguồn gốc, cách thức hoạt động đến ứng dụng của trong cuộc sống.

Năng lượng là gì?

Năng lượng là khả năng làm thay đổi hoặc thực hiện công việc, được định nghĩa là khả năng sinh công. Nó có thể tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau và có thể chuyển đổi từ dạng này sang dạng khác nhưng không thể bị tạo ra hoặc tiêu hủy, theo định luật bảo toàn năng lượng.

Các dạng năng lượng trong tự nhiên 

Trong tự nhiên, năng lượng được chia thành 2 dạng chính là năng lượng tái tạo và năng lượng không tái tạo. Cùng Envico phân tích rõ hơn về các dạng năng lượng trong tự nhiên ở phần tiếp sau đây nhé!

Năng lượng tái tạo

Năng lượng tái tạo hay còn được gọi là năng lượng sạch, năng lượng xanh, là năng lượng được khai thác từ những nguồn tài nguyên thiên nhiên phong phú, có khả năng tái tạo liên tục theo thời gian mà không bị cạn kiệt. Các dạng năng lượng tái tạo bao gồm: năng lượng mặt trời, gió, nước, địa nhiệt, sinh khối, sóng biển, thủy triều,…

Năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời là một trong các dạng năng lượng được sử dụng phổ biến nhất hiện nay. Nguồn Năng lượng này sinh ra từ sự tổng hợp hạt nhân trong lõi của Mặt Trời. Trong quá trình này, hidro bị đốt cháy thành helium, giải phóng ra một lượng lớn năng lượng dưới dạng bức xạ điện từ.

Đây là nguồn năng lượng dồi dào vô tận có thể được sử dụng một cách bền vững, không làm cạn kiệt nguồn tài nguyên thiên nhiên. Bên cạnh đó, tác động của chúng lên môi trường là thấp hơn các dạng năng lượng truyền thống như nhiên liệu hóa thạch…

Năng lượng mặt trời có thể được khai thác theo nhiều cách khác nhau. Một cách phổ biến là sử dụng pin mặt trời để chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện. Pin mặt trời có thể được sử dụng để cung cấp điện cho các tòa nhà, xe hơi…

Hình 1: Pin năng lượng mặt trời là ứng dụng phổ biến nhất trong các dạng năng lượng tái tạo

Năng lượng gió

Khi nói đến các dạng năng lượng trong tự nhiên, không thể không nhắc đến năng lượng gió. Năng lượng gió được hình thành từ sự chênh lệch áp suất khí quyển giữa các vùng có khí áp cao và thấp. Không khí di chuyển từ vùng có áp suất cao sang vùng có áp suất thấp hơn nhằm cân bằng hóa áp suất, quá trình này tạo ra dòng khí di chuyển gọi là gió.

Giống như năng lượng mặt trời, năng lượng gió là một trong các dạng năng lượng tái tạo, sạch và thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, tốc độ và hướng của gió thay đổi theo điều kiện khí tượng và địa hình địa phương nên tính ổn định của nguồn năng lượng này không cao. 
Con người khai thác năng lượng gió bằng cách sử dụng tuabin gió. Khi gió thổi qua, tuabin sẽ quay theo hướng của gió, biến năng lượng động của gió thành năng lượng quay của trục tuabin, cuối cùng sản sinh ra điện năng. Đây là cách thức hiệu quả để khai thác một nguồn năng lượng tái tạo và bền vững như năng lượng gió.

Hình 2: Cánh đồng quạt gió

Năng lượng thủy điện

Thủy điện là dạng năng lượng được ứng dụng rộng rãi nhất hiện nay. Năng lượng thủy điện được hình thành từ sự chênh lệch độ cao giữa hai vùng nước. Khi nước chảy từ vùng cao xuống vùng thấp, sự chênh lệch độ cao này tạo ra năng lượng động học, có thể được khai thác và chuyển đổi thành điện năng.

Để khai thác nguồn năng lượng này, con người xây dựng các đập thủy điện. Những đập này chặn dòng chảy tự nhiên của nước, tạo thành một hồ chứa lớn. Nước từ hồ chứa được dẫn qua các tuabin thủy điện. Khi nước chảy qua, các tuabin sẽ tạo ra chuyển động quay, từ đó sinh ra điện năng.

Đây là một trong các dạng năng lượng sạch, tái tạo được và phổ biến ở nhiều quốc gia, bao gồm cả Việt Nam. Nhờ việc khai thác nguồn năng lượng thủy điện này, nhiều quốc gia có thể đáp ứng một phần nhu cầu điện năng của mình một cách bền vững và thân thiện với môi trường.

Việt Nam hiện có 385 nhà máy thủy điện đang hoạt động, với tổng công suất đạt 18.564 MW, và 143 dự án thủy điện đang xây dựng, với tổng công suất dự kiến là 1.848 MW. Thủy điện là nguồn năng lượng điện quan trọng của nước ta hiện nay, chiếm khoảng 27% tổng sản lượng điện của cả nước.

Hình 3: Năng lượng thủy điện là một trong các dạng năng lượng được ứng dụng nhiều nhất

Năng lượng địa nhiệt

Năng lượng địa nhiệt là nguồn năng lượng quý báu được tạo ra từ nhiệt bên trong Trái Đất. Nguồn nhiệt này có nguồn gốc từ sự phân rã phóanic của các nguyên tố trong lõi Trái Đất, cũng như sự ma sát giữa các lớp vỏ Trái Đất. Nguồn năng lượng này còn chưa được biết đến nhiều so với các dạng năng lượng tái tạo khác

Một trong những ứng dụng phổ biến của năng lượng địa nhiệt là sử dụng đất như một nguồn nhiệt ổn định để làm lạnh và làm nóng không gian trong các tòa nhà. Nhiệt từ lòng đất được tận dụng một cách hiệu quả để cung cấp năng lượng phục vụ sinh hoạt và sản xuất.

Hình 4: Nhà máy năng lượng địa nhiệt

Năng lượng biển

Năng lượng biển là nguồn năng lượng được tạo ra từ các hiện tượng tự nhiên của đại dương, bao gồm sóng biển, thủy triều và dòng chảy của nước. Năng lượng biển có tiềm năng rất lớn, ước tính có thể đáp ứng hơn gấp đôi nhu cầu tiêu thụ điện toàn cầu hiện nay. Các dạng năng lượng mới như năng lượng sóng biển và năng lượng thủy triều cũng đang được nghiên cứu và ứng dụng tại một số quốc gia.

Các dạng năng lượng biển bao gồm:

• Năng lượng sóng: Được tạo ra từ chuyển động của sóng biển, khai thác bằng cách sử dụng các thiết bị như máy phát điện sóng.
  Năng lượng thủy triều: Hình thành từ sự chênh lệch mực nước thủy triều, được khai thác bằng cách sử dụng các đập thủy triều hoặc các thiết bị như tuabin thủy triều
• Năng lượng dòng chảy: Được tạo ra từ dòng chảy của nước biển, khai thác bằng cách sử dụng các tuabin dòng chảy.

Năng lượng Hydro

Hydro là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ, nhưng trên Trái đất, nó chủ yếu tồn tại ở dạng kết hợp với các nguyên tố khác, chẳng hạn như trong nước. Để sử dụng hydro làm nhiên liệu, người ta phải tách hydro ra khỏi các nguyên tố khác bằng phản ứng nhiệt điện hóa hoặc quang điện hóa.

Sau khi hydro được tách ra, nó có thể được sử dụng để tạo ra điện bằng cách đốt cháy nó trong một động cơ đốt trong hoặc một tuabin hơi. Hydro cũng có thể được sử dụng làm nhiên liệu cho các phương tiện giao thông, chẳng hạn như ô tô, xe buýt và máy bay.

Hình 5: Năng lượng Hydro là xu hướng mới trong tương lai

Năng lượng Sinh khối (năng lượng sinh học)

Năng lượng sinh khối là nguồn năng lượng được tạo ra từ các vật liệu hữu cơ như cây cối, động vật và chất thải. Đây là một trong các dạng năng lượng tái tạo và thân thiện với môi trường có thể được sử dụng để sản xuất điện, nhiệt và nhiên liệu.

Các nguồn sinh khối như gỗ, rơm rạ, phụ phẩm nông nghiệp và chất thải hữu cơ có thể được tái tạo trong thời gian ngắn, khác với các nguồn nhiên liệu hóa thạch như than đá, dầu mỏ – những nguồn tài nguyên được hình thành trong vòng hàng trăm triệu năm. Tính tái tạo nhanh chóng của sinh khối giúp giảm thiểu việc khai thác quá mức và cạn kiệt các nguồn tài nguyên.
Hơn nữa, khi sử dụng năng lượng sinh khối, lượng khí thải carbon dioxide được phát thải ra môi trường sẽ ít hơn nhiều so với việc sử dụng các dạng năng lượng hóa thạch. Điều này là do carbon dioxide được tái hấp thụ bởi các cây trồng và thực vật trong quá trình quang hợp, góp phần giảm thiểu tác động tiêu cực của con người đến biến đổi khí hậu.

Năng lượng không tái tạo

Năng lượng không tái tạo là loại năng lượng được hình thành từ các nguồn tài nguyên thiên nhiên hữu hạn, không thể tái tạo trong thời gian ngắn theo quy mô sử dụng của con người. Các dạng năng lượng không tái tại bao gồm hai loại là năng lượng hóa thạch và năng lượng hạt nhân.

Năng lượng hóa thạch

Nhiên liệu hóa thạch là một loại nhiên liệu được hình thành từ quá trình phân hủy kỵ khí của các sinh vật chết dưới lòng đất. Quá trình này diễn ra trong hàng triệu năm, và cần có các điều kiện thích hợp như nhiệt độ và áp suất cao… Năng lượng hóa thạch được dữ trữ dưới dạng các nhiên liệu hóa thạch sau:

• Than là một loại nhiên liệu hóa thạch rắn, được sử dụng để tạo ra điện, sưởi ấm và các mục đích khác.
• Dầu mỏ là loại nhiên liệu hóa thạch lỏng,được ứng dụng để tạo ra nhiên liệu cho các phương tiện giao thông, sản xuất nhựa, hóa chất và các sản phẩm khác.
• Khí đốt tự nhiên là dạng nhiên liệu hóa thạch khí, được sử dụng để tạo ra điện, sưởi ấm.

Hình 6: Khai thác than đá – nhiên liệu hóa thạch

Năng lượng hạt nhân

• Phản ứng phân hạch: Phân hạch hạt nhân là quá trình một hạt nhân nặng bị phân chia thành hai hạt nhân nhỏ hơn. Quá trình này giải phóng một lượng lớn năng lượng dưới dạng nhiệt.
• Phản ứng nhiệt hạch: Tổng hợp hạt nhân là quá trình hai hạt nhân nhẹ hợp nhất thành một hạt nhân nặng hơn. Quá trình này cũng giải phóng một lượng lớn năng lượng dưới dạng nhiệt.

Sự khác biệt của năng lượng tái tạo và năng lượng không tái tạo