Inligting

11.1: Uitdagings en gevolge van energiegebruik - Biologie

11.1: Uitdagings en gevolge van energiegebruik - Biologie


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Energie vir die beligting, verhitting en verkoeling van ons geboue, die vervaardiging van produkte en die aandrywing van ons vervoerstelsels kom uit 'n verskeidenheid natuurlike bronne. Plante, alge en sianobakterieë gebruik sonenergie om te groei en biomassa te skep wat verbrand en gebruik kan word biobrandstof, soos hout, biodiesel, bio -etanol. In die loop van miljoene jare kan biomassa van fotosintetiese organismes energie ryk wees fossiel brandstowwe deur die geologiese proses van begrafnis en transformasie deur hitte en druk.

Elkeen van hierdie energiesoorte kan gedefinieer word as hernubare of nie hernubaar nie. Hernubare energiebronne kan binne menslike lewensduur aangevul word. Voorbeelde hiervan is son-, wind- en biomassa -energie. Nie-hernubare energie is eindig en kan nie binne 'n menslike tydsbestek aangevul word nie. Voorbeelde hiervan is kernenergie en fossielbrandstowwe, wat miljoene jare neem om te vorm. Alle energiebronne het 'n paar omgewings- en gesondheidskoste, en die verspreiding van energie word nie eweredig onder alle nasies versprei nie.

Omgewings- en Gesondheidsuitdagings van Energiegebruik

Die omgewingsimpak van energieverbruik op mense en die planeet kan oral tydens die lewensiklus van die energiebron gebeur. Die gevolge begin met die onttrekking van die hulpbron. Hulle gaan voort met die verwerking, suiwering of vervaardiging van die bron; die vervoer daarvan na die plek van energieopwekking, en eindig met die wegdoening van afval wat tydens gebruik gegenereer word.

Ontginning van fossielbrandstowwe kan as 'n gevallestudie gebruik word omdat die gebruik daarvan beduidende impakte op die omgewing het. Namate ons dieper in die berge myn, verder op see of verder in ongerepte habitats, loop ons die risiko om kwesbare omgewings te beskadig, en die gevolge van ongelukke of natuurrampe tydens onttrekkingsprosesse kan verwoestend wees. Fossielbrandstowwe is dikwels ver van waar dit gebruik word geleë, so dit moet per pypleiding, tenkwaens, spoor of vragmotors vervoer word. Dit bied almal die potensiaal vir ongelukke, lekkasies en stortings. As u per spoor of vragmotor vervoer, moet u energie spandeer en besoedeling veroorsaak. Die verwerking van petroleum, gas en steenkool genereer verskillende soorte uitstoot en afval, asook benut waterbronne. Die produksie van energie by kragsentrales lei tot lug-, water- en, dikwels, afvalvrystellings. Kragsentrales is sterk gereguleer in die Verenigde State deur federale en staatswetgewing ingevolge die wet op skoon lug en skoon water, terwyl kernkragaanlegte deur die Nuclear Regulatory Commission gereguleer word.

Geopolitieke uitdagings van fossielbrandstowwe

Die gebruik van fossielbrandstowwe het baie van die wêreldbevolking in staat gestel om 'n hoër lewenstandaard te bereik. Hierdie afhanklikheid van fossielbrandstowwe het egter baie beduidende gevolge vir die samelewing. Ons moderne tegnologieë en dienste, soos vervoer en plastiek, hang op baie maniere af van fossielbrandstowwe. As voorraad beperk of uiters duur raak, is ons ekonomieë kwesbaar. As lande nie hul eie fossielbrandstofreserwes het nie, loop hulle selfs meer risiko in. Die Verenigde State het al hoe meer afhanklik geraak van buitelandse olie sedert 1970 toe ons eie olieproduksie 'n hoogtepunt bereik het. Die Verenigde State het meer as die helfte van die ru-olie en geraffineerde petroleumprodukte ingevoer wat ons gedurende 2009 verbruik het. Net meer as die helfte van hierdie invoer het van die Westelike Halfrond gekom (Figuur (PageIndex{2})).

Die belangrikste houer van oliereserwes is die Organisasie van Petroleumuitvoerlande, (OPEC) (Figuur ( PageIndex {3} )). Vanaf 2018 was daar 15 lidlande in OPEC: Algerië, Angola, Kongo, Ecuador, Ekwatoriaal-Guinee, Gaboen, Iran, Irak, Koeweit, Libië, Nigerië, Katar, Saoedi-Arabië, die Verenigde Arabiese Emirate en Venezuela. OPEC poog om die hoeveelheid olie wat vir die wêreld beskikbaar is te beïnvloed deur 'n produksiekwota aan elke lid toe te ken, behalwe Irak, waarvoor geen kwota tans vasgestel is nie.

Die algemene nakoming van hierdie kwotas is gemeng, aangesien die individuele lande die werklike produksiebesluite neem. Al hierdie lande het 'n nasionale oliemaatskappy, maar laat ook internasionale oliemaatskappye toe om binne hul grense te werk. Hulle kan die produksiebedrae deur die oliemaatskappye beperk. Daarom het die OPUL-lande 'n groot invloed op hoeveel van die wêreldvraag deur OPEC en nie-OPUL-aanbod voorsien word. 'N Onlangse voorbeeld hiervan is die prysstygings wat gedurende die jaar 2011 plaasgevind het na verskeie volksopstande in Arabiese lande, insluitend Libië.

Hierdie druk het daartoe gelei dat die Verenigde State beleide ontwikkel het wat die afhanklikheid van buitelandse olie sou verminder, soos die ontwikkeling van bykomende binnelandse bronne en verkryging van lande uit die Midde-Ooste, soos Kanada, Mexiko, Venezuela en Nigerië. Aangesien fossielbrandstofreserwes werkgeleenthede skep en dividende aan beleggers bied, is baie op die spel in 'n land wat olie -reserwes het. Olierykdom kan met die land se inwoners gedeel word of deur die oliemaatskappye en diktature behou word, soos in Nigerië voor die 1990's.


Nadat u hierdie hoofstuk bestudeer het, behoort u in staat te wees om:

  • Beskryf wat die omgewing is, en 'n paar van die belangrikste komponente daarvan.
  • Identifiseer die gedeelde kenmerke van die natuurwetenskappe
  • Verstaan ​​die proses van wetenskaplike ondersoek
  • Vergelyk induktiewe redenering met deduktiewe redenering
  • Beskryf die doelwitte van basiese wetenskap en toegepaste wetenskap
  • Definieer omgewingswetenskap
  • Verstaan ​​waarom dit belangrik is om omgewingswetenskap te bestudeer
  • Verduidelik die konsep van volhoubaarheid en die sosiale, politieke en kulturele uitdagings daarvan
  • Evalueer die hoofpunte van omgewingsetiek
  • Beskryf die konsep van omgewingsgeregtigheid
  • Onderskei tussen ontwikkelde en ontwikkelende lande

11.1: Uitdagings en Impakte van Energiegebruik - Biologie

Alle artikels wat deur MDPI gepubliseer word, word onmiddellik wêreldwyd beskikbaar gestel onder 'n ooptoeganglisensie. Geen spesiale toestemming is nodig om die hele of 'n gedeelte van die artikel wat deur MDPI gepubliseer is, te hergebruik nie, insluitend syfers en tabelle. Vir artikels wat onder 'n oop toegang Creative Commons CC -lisensie gepubliseer word, mag enige deel van die artikel sonder toestemming hergebruik word, mits die oorspronklike artikel duidelik aangehaal word.

Feature Papers verteenwoordig die mees gevorderde navorsing met 'n groot potensiaal vir 'n groot impak in die veld. Speelvraestelle word op individuele uitnodiging of aanbeveling deur die wetenskaplike redakteurs ingedien en ondergaan ewekniebeoordeling voor publikasie.

Die artikel kan óf 'n oorspronklike navorsingsartikel wees, 'n aansienlike nuwe navorsingsstudie wat dikwels verskeie tegnieke of benaderings behels, óf 'n omvattende oorsigstuk met bondige en presiese opdaterings oor die nuutste vordering op die gebied wat stelselmatig die opwindendste vooruitgang in wetenskaplike stelsels hersien. letterkunde. Hierdie tipe papier bied 'n vooruitsig op toekomstige navorsingsrigtings of moontlike toepassings.

Editor's Choice -artikels is gebaseer op aanbevelings deur die wetenskaplike redakteurs van MDPI -tydskrifte van regoor die wêreld. Redakteurs kies 'n klein aantal artikels wat onlangs in die joernaal gepubliseer is wat hulle glo veral interessant sal wees vir skrywers, of belangrik sal wees in hierdie veld. Die doel is om 'n oorsig te gee van enkele van die opwindendste werk wat in die verskillende navorsingsgebiede van die tydskrif gepubliseer is.


Energie en klimaatsverandering

Die wêreldklimaat verander en dit hou toenemend ernstige risiko's in vir ekosisteme, menslike gesondheid en die ekonomie. Die EEA se onlangse assessering 'Klimaatverandering, impakte en kwesbaarheid in Europa 2016' toon dat Europa se streke ook reeds die impak van 'n veranderende klimaat in die gesig staar, insluitend stygende seevlakke, meer ekstreme weer, vloede, droogtes en storms.

Hierdie veranderinge vind plaas omdat groot hoeveelhede kweekhuisgasse in die atmosfeer vrygestel word as gevolg van baie menslike aktiwiteite wêreldwyd, insluitend, die belangrikste, die verbranding van fossielbrandstowwe vir elektrisiteitsopwekking, verhitting en vervoer. Verbranding van fossielbrandstowwe stel ook lugbesoedeling vry wat die omgewing en menslike gesondheid benadeel.

Wêreldwyd verteenwoordig die gebruik van energie verreweg die grootste bron van kweekhuisgasvrystellings deur menslike aktiwiteite. Ongeveer twee derdes van die wêreldwye kweekhuisgasvrystellings hou verband met die verbranding van fossielbrandstowwe om energie te gebruik vir verwarming, elektrisiteit, vervoer en nywerheid. In Europa is die energieprosesse ook die grootste uitstoot van kweekhuisgasse, wat verantwoordelik is vir 78 % van die totale EU -uitstoot in 2015.

Ons gebruik en produksie van energie het 'n massiewe impak op die klimaat en die omgekeerde is ook toenemend waar. Klimaatsverandering kan ons energieopwekkingspotensiaal en energiebehoeftes verander. Veranderinge in die watersiklus het byvoorbeeld 'n impak op waterkrag, en warmer temperature verhoog die energiebehoefte vir verkoeling in die somer, terwyl die vraag na verwarming in die winter verminder word.

Globale en Europese verbintenis tot aksie

Wêreldwye pogings tot dusver om klimaatsverandering te versag, het uitgeloop op die Parys-ooreenkoms in 2015. Deur die ooreenkoms het 195 lande die eerste universele en wetlik bindende, wêreldwye klimaatooreenkoms aangeneem. Die doelwit van die ooreenkoms - die beperking van die wêreldwye gemiddelde temperatuurstyging tot ver onder 2 ° C, terwyl dit ten doel het om die verhoging tot 1.5 ° C te beperk - is ambisieus en kan nie bereik word sonder 'n groot opknapping van die globale energieproduksie en -verbruik nie.

Ter ondersteuning van die globale klimaatagenda het die EU bindende klimaat- en energiedoelwitte vir 2020 aangeneem en doelwitte vir 2030 voorgestel as deel van sy algehele pogings om na 'n koolstofarme ekonomie oor te gaan en kweekhuisgasvrystellings teen 2050 met 80-95 % te verminder. Die eerste stel klimaat- en energieteikens vir 2020 sluit 'n 20% vermindering in kweekhuisgasvrystellings in (in vergelyking met 1990-vlakke), 20% van energieverbruik afkomstig van hernubare energie en 'n 20% verbetering in energiedoeltreffendheid. Op grond van die huidige voorstelle wat in die EU -instellings bespreek word, stel die volgende mylpaal van 2030 hierdie doelwitte tot 'n vermindering van 40 % in emissies, 27 % van die energie uit hernubare bronne en 'n verbetering van 27 % in energie -doeltreffendheid (of 30 %, soos onlangs voorgestel deur die Europese Kommissie) in vergelyking met basislyn.

Afname in algehele emissies

Die maatreëls wat getref is om hierdie doelwitte te bereik, dra by tot die vermindering van Europa se kweekhuisgasvrystellings. In 2015 was die kweekhuisgasvrystellings van die EU ongeveer 22 % laer as die 1990 -vlak. Met die uitsondering van die vervoer- en die verkoeling- en verkoelingsektor, het dit in alle hoofsektore afgeneem. Gedurende hierdie tydperk is die grootste deel van die vermindering van uitstoot byna gelykop verdeel tussen nywerhede en sektore vir energievoorsiening.

Volgens onlangse EEA-beoordelings oor kweekhuisgasvrystellings en energie (Tendense en projeksies in Europa 2016), is die EU gesamentlik op koers om sy 2020-teikens te bereik. Die tempo van die verlagings sal na verwagting na 2020 verlangsaam en meer pogings is nodig om die langtermyndoelwitte te bereik. In die besonder, ten spyte van die beter brandstofdoeltreffendheid van motors en die toenemende gebruik van biobrandstof, was die vermindering van algehele uitstoot van vervoer in die EU baie moeilik. Sommige tegnologiese oplossings, soos tweedegenerasie biobrandstof en koolstofopvang en -berging, sal na verwagting bydra tot algehele klimaatpogings, maar dit is onduidelik of dit op die nodige skaal geïmplementeer kan word en of dit lewensvatbaar en werklik volhoubaar is op die lang termyn.

Pogingsdeelbesluit en EU-emissiehandelstelsel

Met betrekking tot die vermindering van kweekhuisgasvrystellings, is een van die hoekstene van die pogings van die Europese Unie die poging om te deel, wat bindende jaarlikse doelwitte vir die uitstoot van kweekhuisgasse vir alle EU -lidlande vir 2020 stel. Die besluit dek sektore soos vervoer, geboue, landbou en afval, wat verantwoordelik is vir ongeveer 55 % van die EU se algehele emissies. Die nasionale emissiedoelwitte is opgestel op grond van die relatiewe welvaart van die lidstaten, wat beteken dat ryker lande hul uitstoot meer moet sny as ander, terwyl sommige lande hul emissies uit die sektore wat gedek word, moet verhoog. Teen 2020 lewer die nasionale doelwitte gesamentlik 'n vermindering van ongeveer 10 % van die totale EU -uitstoot van die sektore wat gedek word in vergelyking met die vlakke van 2005.

Die oorblywende 45 % van die uitstoot van die EU (hoofsaaklik uit kragstasies en nywerheidsaanlegte) word gereguleer deur die EU -emissiehandelstelsel (EU ETS). Die EU ETS stel 'n beperking op die totale hoeveelheid kweekhuisgasse wat deur meer as 11 000 installasies wat groot energiegebruikers in 31 lande is, kan uitstoot ([1]). Dit sluit ook emissies in van lugrederye wat tussen hierdie lande werk.

Binne die stelsel ontvang of koop ondernemings emissietoelaes wat hulle met ander kan verhandel. Swaar boetes word opgelê aan maatskappye wat meer as hul toelae vrystel. Die stelselwye kap word mettertyd verminder sodat die totale uitstoot daal. Deur 'n geldelike waarde op koolstof te plaas, skep die EU ETS aansporings vir maatskappye om die mees koste-effektiewe emissieverminderings te vind en om in skoon, lae-koolstoftegnologieë te belê.

Die Europese Omgewingsagentskap monitor die vordering van die vermindering van kweekhuisgasvrystellings wat deur die EU ETS gedek word. Volgens die jongste data en assessering het hierdie emissies tussen 2005 en 2015 met 24 % afgeneem en is dit reeds onder die perk wat vir 2020 gestel is. Die afname is hoofsaaklik aangedryf deur minder hardesteenkool- en bruinkoolbrandstowwe en meer hernubare energie vir kragopwekking te gebruik. Emissies van die ander industriële aktiwiteite wat onder die EU ETS gedek word, het ook sedert 2005 afgeneem, maar het die afgelope jare stabiel gebly.

Die Europese Kommissie het onlangs voorgestel om die tempo van besnoeiings in emissies vanaf 2021 te verhoog, sodat die sektore wat deur die ETS gedek word, teen 2030 sal verminder met 43 % in vergelyking met 2005. Op langer termyn, verby die doelwitte van 2030 , Kan die lidlande van die EU 'n groter vermindering in die uitstoot van kweekhuisgasse bereik uit die sektore wat onder die poging tot deelneming gedek word. Sonder aansienlike pogings om hierdie sektore te rig, sou die EU nie sy doelwit van 2050 bereik om sy uitstoot tot 80 % onder die 1990 -vlak te verminder nie.

Sektore teiken en langtermynsamehang te verseker

Die EU se pogings tot vermindering van emissies wat gekoppel is aan die besluit om pogings te deel en die EU ETS word ondersteun deur 'n wye reeks beleide en langtermynstrategieë. Byvoorbeeld, veranderinge in grondgebruik, soos ontbossing of bebossing, kan ook die koolstofdioksiedkonsentrasies in die atmosfeer beïnvloed. Vir hierdie doel het die Europese Kommissie in Julie 2016 'n wetgewingsvoorstel voorgelê om kweekhuisgasvrystellings en verwyderings uit die atmosfeer as gevolg van grondgebruik, verandering in grondgebruik en bosbou in die EU-klimaat- en energie-raamwerk van 2030 in te sluit.

Net so het die groeiende vraag na vervoer dit nogal moeilik gemaak om emissies van hierdie sektor te verminder. Om dit aan te pak, het die EU verskillende beleidspakkette vir vervoer voorgelê, waaronder die Europese strategie vir lae-emissie-mobiliteit en inisiatiewe soos Europe on the Move. Ander uitdagings, soos die verbetering van die energie -doeltreffendheid in geboue of hernubare energie, is ook onlangs versterk deur 'n omvattende pakket wat in November 2016 voorgestel is.

Die EU se langtermyn klimaatdoelwitte is ingebed in en ondersteun deur breër beleidsraamwerke, soos die Energie-unie-strategie, wat daarop gemik is om langtermynbeleidsamehang te verseker. Sonder 'n duidelike beleidsvisie en 'n sterk politieke verbintenis oor tyd, sal beleggers, produsente en verbruikers huiwerig wees om oplossings aan te neem wat hulle as riskante beleggings kan beskou.

Beleggingsbesluite vorm die toekoms

Die uitstoot van kweekhuisgasse wat verband hou met energie kan in wese op twee maniere verminder word: deur te kies vir skoner energiebronne, byvoorbeeld deur fossielbrandstowwe te vervang met nie-brandbare hernubare bronne, en/of deur die algehele verbruik van energie te verminder deur middel van energiebesparing en winste vir energie -doeltreffendheid, byvoorbeeld deur die verbetering van huisisolasie of die gebruik van groener vervoermodes.

Om die ergste gevolge van klimaatsverandering te vermy, moet hierdie verandering egter baie gou plaasvind, lank voordat die reserwes van fossielbrandstowwe uitgeput is. Hoe meer ons kweekhuisgasse in die atmosfeer vrystel, hoe minder waarskynlik is dit dat ons die skadelike gevolge van klimaatsverandering sal beperk.

Gegewe die dringendheid van die taak, word die vraag of ons nog belê en beplan om in fossielbrandstof gebaseerde energie te belê. Beleidsbesluite om 'n energiebron te subsidieer, kan beleggingsbesluite beïnvloed. In daardie opsig was subsidies en belastingaansporings instrumenteel in die bevordering van hernubare energieopwekking uit son- en windkrag. Dit geld ook vir beleggings in fossielbrandstowwe, wat in baie lande steeds gesubsidieer word.

In onlangse jare het baie beleggers hul besluite aangekondig om te onttrek - hul beleggings weg te skuif - van aktiwiteite wat aan fossielbrandstowwe gekoppel is. Sommige van hierdie aankondigings was gebaseer op etiese bekommernisse, terwyl ander twyfel aan die sakesin van sulke beleggings getoon het wanneer 'n perk gestel is op die totale hoeveelheid kweekhuisgasse wat vrygestel kan word (dikwels na verwys as die 'koolstofbegroting') beperk aardverwarming teen die einde van die eeu tot 2 °C.

Kragopwekking verg dikwels groot beleggings, en na verwagting sal 'n kragstasie vir dekades in diens bly. Huidige en beplande beleggings in konvensionele besoedelende tegnologieë kan die oorgang na skoon energiebronne eintlik vertraag. Sulke beleggingsbesluite kan energieopsies en hulpbronne dekades lank sluit, wat dit moeiliker maak om nuwe oplossings te aanvaar.

Om hierdie risiko te beklemtoon, ontleed die EER die bestaande en beplande kragsentrales van Europa wat op fossielbrandstowwe werk. Die ontleding toon dat, as ons die lewensduur van bestaande aanlegte verleng en nuwe fossielbrandstof-gebaseerde aanlegte in die volgende dekades bou, die EU die risiko loop om veel meer fossielbrandstof-gebaseerde kragopwekkingskapasiteit te hê as wat dit nodig sal hê. Met ander woorde, om die klimaatdoelwitte van die EU te bereik, sal sommige van hierdie kragsentrales ledig moet bly.

Daar is soortgelyke risiko's van toesluit, byvoorbeeld in vervoer, waar ons mobiliteit baie afhanklik is van die verbrandingsmotor wat deur fossielbrandstof aangedryf word, wat gepaard gaan met voortgesette beleggings in tradisionele padvervoerinfrastruktuur. Saam vorm dit 'n versperring om oor te skakel na meer volhoubare vervoermiddels, wat broodnodig is om klimaatsverandering te versag, lug- en geraasbesoedeling te verminder en uiteindelik die lewensgehalte van mense te verbeter.

Om die dilemma van energie en klimaat aan te pak is nie maklik nie, maar baie belowende innovasies neem reeds vorm aan. In 'n onlangse verslag, 'Volhoubaarheidsoorgange: nou vir die lang termyn', deur die EER en die European Environment Information and Observation Network (Eionet) word enkele van die innovasies in verskeie sektore vertoon wat almal die potensiaal het om energieverwante kweekhuisgasvrystellings te verminder . Die vermindering van voedselvermorsing, stedelike tuinmaak, beter voorsieningskettings en sonkrag-aangedrewe lugreise is miskien klein stukkies in 'n groot legkaart, maar saam wys dit hoe innoverende tegnologieë en praktyke na vore kan kom en die weg baan vir 'n groter verandering in volhoubaarheid.


Abstract

Voedselvermorsing, veral wanneer dit vermybaar is, lei tot verlies aan hulpbronne en aansienlike omgewingsimpakte as gevolg van die veelvuldige prosesse betrokke by die lewensiklus. Hierdie studie pas 'n lewens-siklus-assesseringsmetode van onder na bo toe om die omgewingsimpak te bepaal van die vermybare voedselafval wat deur vier sektore van die voedselvoorsieningsketting in die Verenigde Koninkryk gegenereer word, naamlik verwerking, groothandel en kleinhandel, voedseldiens en huishoudings. Die impakte is gekwantifiseer vir tien omgewingsimpakkategorieë, van aardverwarming tot wateruitputting, insluitend indirekte grondgebruikveranderingsimpakte as gevolg van die vraag na grond. Die aardverwarming impak van die vermybare voedselvermorsing is tussen 2000 en 3600 kg CO2 gekwantifiseer2-vgl. t −1. Die reeks weerspieël die verskillende samestellings van die afval in elke sektor. Vernaamste bydraers tot die impak in al die omgewingsgroepe wat beoordeel is, was veranderings in grondgebruik en voedselproduksie. Voedselvoorbereiding vir huishoudings en voedseldiensektor het ook 'n belangrike bydrae gelewer tot die gevolge van aardverwarming, terwyl afvalbestuur die algehele impak gedeeltelik verminder het deur aansienlike besparings te maak as stortingsterrein vervang is met anaërobiese vertering en verbranding. Om hierdie resultate verder te verbeter, word dit aanbeveel om toekomstige pogings toe te spits op die verskaffing van verbeterde data oor die afbreek van spesifieke voedselprodukte in die gemengde afval, die effek van indirekte grondgebruikverandering en die deel van voedselafval wat gekook word. Deur uit hierdie en vorige studies te leer, beklemtoon ons die uitdagings wat verband hou met modellering en metodologiese keuses. Veral die datastelle van voedselproduksie moet gekies en versigtig gebruik word om dubbele telling en oorskatting van die finale impak te vermy.


Verseker nakoming

Ons is gerig op nakomings- en handhawingsaktiwiteite om te verseker dat wette en regulasies nagekom word, met die klem op die regstelling van oortredings met 'n beduidende moontlike skade aan die menslike gesondheid en die omgewing. Benewens selfgerigte ondersoeke, ontvang ons duisende leidrade en voorvalverslae met betrekking tot olie- en aardgasaktiwiteite wat menslike gesondheid en lug- of watergehalte kan beïnvloed. Ons werk saam met staats- en plaaslike regerings om op voorvalle te reageer, ywerige ongelukvoorkoming aan te moedig, en doeltreffende en vinnige reaksies te verskaf wanneer noodgevalle voorkom. Ons kantore regoor die land ('streke' of 'streekskantore') bied leiding en toelaes aan staatsreguleerders, voer inspeksies uit, voer handhawingsaksies uit en reik permitte en inligtingsversoekbriewe uit om te verseker dat bestaande federale wette konsekwent en effektief is geïmplementeer.

In Maart 2019 kondig EPA 'n vrywillige openbaarmakingsprogram aan vir nuwe eienaars van stroomopsporing van olie en aardgas. Die program is ontwikkel om nuwe eienaars van hierdie fasiliteite aan te moedig om deel te neem, omdat dit regulatoriese sekerheid en duidelik gedefinieerde siviele strafversagting bied bo die wat die EPA se bestaande self-openbaarmakingsbeleid bied. Kom meer te wete oor EPA se ouditbeleid. In Desember 2019 het EPA sy vrywillige self-oudit- en openbaarmakingsprogram vir stroomop-olie- en aardgasfasiliteite tydelik uitgebrei deur bestaande eienaars die geleentheid te bied om oortredings van die skoon lug op te spoor, reg te stel en self bekend te maak. Kom meer te wete oor die bestaande eienaarouditprogram vir olie- en aardgasproduksiefasiliteite.


Een uit elke drie Amerikaanse huishoudings het in 2015 uitdagings in die gesig gestaar om energierekeninge te betaal

Byna 'n derde van die Amerikaanse huishoudings (31%) het gerapporteer dat hulle 'n uitdaging in die gesig staar om energierekeninge te betaal of om voldoende verhitting en verkoeling in hul huis te handhaaf in 2015. Volgens die mees onlangse resultate van die OIE se Residential Energy Consumption Survey (RECS), was ongeveer een uit elke vyf huishoudings het berig dat hulle die basiese benodigdhede soos voedsel en medisyne verminder of dat hulle 'n energierekening betaal en 14% dat hulle 'n ontkoppelingsberig vir energiediens ontvang het. Huishoudings het dalk ook minder energie gebruik as wat hulle sou verkies: 11% van die huishoudings wat ondervra is, het gerapporteer dat hulle hul huis by 'n ongesonde of onveilige temperatuur hou.

Die 2015 RECS het gevra oor hierdie en ander uitdagings, insluitend die betaling van energierekeninge en die herstel van stukkende toerusting in die huis. Huishoudings wat hierdie omstandighede ervaar, wat dikwels as komponente van huishoudelike energie-onsekerheid beskou word, kan moeilike finansiële afwegings maak oor watter basiese behoeftes om te vervul.

Die 2015 RECS -vraelys bevat sowel die voorkoms van huishoudelike energie -onsekerheid as die erns van huishoudelike energie -onsekerheid in 2015, gemeet aan die frekwensie van energie -onseker gebeure wat van 'n paar weke tot die grootste deel van die jaar duur. Van die 25 miljoen huishoudings wat aangemeld het dat hulle voedsel en medisyne afgestaan ​​het om energierekeninge te betaal, het 7 miljoen byna elke maand die besluit opgelê. Van die 17 miljoen huishoudings wat aangemeld het dat hulle 'n ontkoppelingsberig ontvang het, het 2 miljoen geantwoord dat dit byna elke maand plaasgevind het.

Soms kan huishoudings die gebruik van verwarmingstoerusting of lugversorgingstoerusting heeltemal verloor. Dit kan gebeur wanneer toerusting breek en 'n huishouding dit nie kan bekostig om dit reg te stel nie, sowel as wanneer 'n huishouding nie brandstof vir hul toerusting kan bekostig nie. Die 2015 RECS-resultate toon dat sewe miljoen huishoudings (6% van die nasionale totaal) op 'n stadium in 2015 die onvermoë ervaar het om verwarmingstoerusting te gebruik en 6 miljoen (5%) het die verlies aan lugversorging ervaar. Hierdie probleme het tydens 'n jaar plaasgevind toe die totale energieverwante uitgawes op die laagste in 'n dekade was.

Slegs geringe verskille is gevind oor geografiese streke van die land en tussen stedelike en landelike respondente. Dit dui daarop dat 'n huishouding se vermoë om energie te bekostig en toerusting in stand te hou meer verband hou met strukturele kenmerke en demografiese kenmerke as aan geografie en gepaardgaande klimate. Byvoorbeeld, huishoudings wat kinders insluit, wat inwoners gehad het wat hulle met 'n minderheidsgroep of Hispanic identifiseer, of 'n lae inkomste gehad het, het meer energie -onveiligheid beleef. Huishoudings wat energie -onveiligheid ervaar, woon ook meer geneig in huise wat voor 1990 gebou is.

Bykomende inligting oor huishoudelike energie-onsekerheid en energieverbruik in alle huise is beskikbaar in 2015 RECS-verslae, tabelle en 'n mikrodatalêer vir openbare gebruik.


Wat u moet weet oor energie

Ons verdeel ons energieverbruik in vier ekonomiese sektore: residensiële, kommersiële, vervoer en industriële. Verwarming en afkoeling van ons huise, die aansteek van kantoorgeboue, die bestuur van motors en die vervoer van vrag, en die vervaardiging van die produkte waarop ons in ons daaglikse lewens staatmaak, is alles funksies wat energie verg. As die projeksies korrek is, sal ons meer nodig hê. In die Verenigde State alleen sal energieverbruik na verwagting oor die volgende twee dekades met 7,3% styg. Globale verbruik sal na verwagting oor dieselfde tydperk met 40% toeneem.

Huis en amp werk

Huis en werk

Residensiële en kommersiële gebruik verantwoord 40% van die energie wat in 2015 in die Verenigde State verbruik is.

Waar kom die energie wat in huise en kommersiële geboue verbruik word, vandaan? En waarvoor word dit gebruik? Ontdek hoe energie ons dien waar ons woon en waar ons werk.

Vervoer

Vervoer

28% van al die energie wat in die Verenigde State verbruik word, gaan na die vervoer van mense en vrag.

Met minder as een twintigste van die wêreld se bevolking, is die Verenigde State die tuiste van meer as een vyfde van die wêreld se voertuie. Lees meer oor die impak van ons afhanklikheid van voertuie en die brandstof wat ons gebruik om dit te bestuur.

Nywerheid

Nywerheid

Die industrie was verantwoordelik 32% van die energie wat in 2015 in die Verenigde State verbruik is.

Nywerheid is noodsaaklik vir ons ekonomie en dit verg 'n groeiende deel van ons energie. Vind uit watter nywerhede die meeste uit ons energievoorsiening put en op watter bronne hulle staatmaak om hul prosesse aan te dryf.


7.1 Energie in lewende stelsels

In hierdie afdeling ondersoek u die volgende vrae:

  • Wat is die belangrikheid van elektrone vir die oordrag van energie in lewende stelsels?
  • Hoe word ATP deur die sel as 'n energiebron gebruik?

Verbinding vir AP ® kursusse

Soos ons in vorige hoofstukke geleer het, benodig lewende organismes gratis energie om lewensprosesse soos groei, voortplanting, beweging en aktiewe vervoer aan te dryf. ATP (adenosientrifosfaat) funksioneer as die energie -geldeenheid vir selle. Dit stel die selle in staat om energie op te slaan en binne die selle oor te dra om energie te verskaf vir sellulêre prosesse soos groei, beweging en aktiewe vervoer. Die ATP -molekule bestaan ​​uit 'n ribosesuiker en 'n adenienbasis met drie fosfate vas. In die hidrolise van ATP word vrye energie verskaf wanneer 'n fosfaatgroep of twee losgemaak word, en óf ADP (adenosiendifosfaat) óf AMP (adenosienmonofosfaat) word geproduseer. Energie wat afkomstig is van die metabolisme van glukose word gebruik om ADP na sellulêre asemhaling om te skakel na ATP. As ons sellulêre asemhaling ondersoek, leer ons dat die twee maniere waarop ATP deur die sel opgewek word, substraatvlak-fosforilering en oksidatiewe fosforylering genoem word.

Inligting aangebied en die voorbeelde wat in die afdeling beklemtoon word, ondersteun konsepte en leerdoelwitte wat uiteengesit word in Big Idea 2 en Big Idea 4 van die AP ® Biology Curriculum Framework, soos in die tabel getoon. Die leerdoelwitte wat in die Kurrikulumraamwerk gelys word, bied 'n deursigtige grondslag vir die AP ® Biologie-kursus, 'n ondersoekgebaseerde laboratoriumervaring, onderrigaktiwiteite en AP ® eksamenvrae. 'n Leerdoelwit voeg vereiste inhoud saam met een of meer van die sewe Wetenskappraktyke.

Groot idee 2 Biologiese stelsels gebruik vrye energie en molekulêre boustene om te groei, voort te plant en om dinamiese homeostase te handhaaf.
Volgehoue ​​begrip 2.A Groei, voortplanting en instandhouding van lewende stelsels verg gratis energie en materie.
Noodsaaklike kennis 2.A.2 Organismes vang gratis energie op en stoor dit vir gebruik in biologiese prosesse.
Wetenskappraktyk 1.4 Die student kan voorstellings en modelle gebruik om situasies te analiseer of probleme kwalitatief en kwantitatief op te los.
Wetenskappraktyk 3.1 Die student kan wetenskaplike vrae stel.
Leerdoelwit 2.4 Die student kan voorstellings gebruik om wetenskaplike vrae te stel oor watter meganismes en strukturele kenmerke organismes toelaat om vrye energie op te vang, op te slaan en te gebruik.
Noodsaaklike kennis 2.A.2 Organismes vang gratis energie op en stoor dit vir gebruik in biologiese prosesse.
Wetenskappraktyk 6.2 Die student kan verduidelikings van verskynsels bou op grond van bewyse wat deur wetenskaplike praktyke gelewer word.
Leerdoelwit 2.5 Die student is in staat om verduidelikings te konstrueer van die meganismes en strukturele kenmerke van selle wat organismes toelaat om vrye energie op te vang, te berg of te gebruik.

Die Wetenskappraktyk-uitdagingsvrae bevat bykomende toetsvrae vir hierdie afdeling wat jou sal help om vir die AP-eksamen voor te berei. Hierdie vrae handel oor die volgende standaarde:
[APLO 2.5] [APLO 2.16]

Onderwyserondersteuning

Vra studente wat gebeur wanneer hulle 'n lekkergoedstafie eet. Hoe word die energie onttrek? Wat bedoel ons as ons sê ons liggame verbrand die suiker in voedsel vir energie? Hoe is sellulêre asemhaling en verbranding dieselfde? Hulle is albei redoksreaksies wat energie genereer uit die reaksie van brandstof (glukose in sellulêre respirasie) met suurstof. Ons liggame moet egter die vrystelling van hierdie energie beheer, sodat selle die vrye energie wat vrygestel word, kan vasvang om nuttige werk te doen.

Energieproduksie binne 'n sel behels baie gekoördineerde chemiese weë. Die meeste van hierdie weë is kombinasies van oksidasie- en reduksiereaksies. Oksidasie en reduksie vind in tandem plaas. 'n Oksidasiereaksie stroop 'n elektron van 'n atoom in 'n verbinding, en die byvoeging van hierdie elektron by 'n ander verbinding is 'n reduksiereaksie. Omdat oksidasie en reduksie gewoonlik saam plaasvind, word hierdie reaksiepare oksidasieverminderingsreaksies of redoksreaksies genoem.

Elektrone en energie

Die verwydering van 'n elektron uit 'n molekule, oksidasie daarvan, lei tot 'n afname in potensiële energie in die geoksideerde verbinding. Die elektron (soms as deel van 'n waterstofatoom) bly egter nie ongebonde in die sitoplasma van 'n sel nie. Die elektron word eerder na 'n tweede verbinding verskuif, wat die tweede verbinding verminder. Die verskuiwing van 'n elektron van een verbinding na 'n ander, verwyder potensiële energie van die eerste verbinding (die geoksideerde verbinding) en verhoog die potensiële energie van die tweede verbinding (die verminderde verbinding). Die oordrag van elektrone tussen molekules is belangrik omdat die meeste energie wat in atome gestoor word en gebruik word om selfunksies aan te wakker, in die vorm van elektrone met hoë energie is. Deur die oordrag van energie in die vorm van elektrone kan die sel inkrementeel energie oordra en gebruik - in klein pakkies eerder as in 'n enkele, vernietigende uitbarsting. Hierdie hoofstuk fokus op die onttrekking van energie uit voedsel, en u sal sien dat u, terwyl u die weg van die oordragte volg, die pad van elektrone wat deur metaboliese paaie beweeg, volg.

Elektrondraers

In lewende stelsels funksioneer 'n klein klas verbindings as elektron-pendeltuie: dit bind en vervoer elektrone met hoë energie tussen verbindings in paaie. Die belangrikste elektrondraers wat ons sal oorweeg, is afkomstig van die B-vitamiengroep en is afgeleides van nukleotiede. Hierdie verbindings kan maklik gereduseer word (dit wil sê hulle aanvaar elektrone) of geoksideer word (hulle verloor elektrone). Nikotinamied adenien dinukleotied (NAD) (Figuur 7.2) is afgelei van vitamien B3, niasien. NAD + is die geoksideerde vorm van die molekule NADH is die verminderde vorm van die molekule nadat dit twee elektrone en 'n proton (wat saam die ekwivalent van 'n waterstofatoom met 'n ekstra elektron is) aanvaar het.

NAD + kan elektrone van 'n organiese molekule aanvaar volgens die algemene vergelyking:

Wanneer elektrone by 'n verbinding gevoeg word, word dit verminder. 'N Verbinding wat 'n ander verminder, word 'n reduktiemiddel genoem. In die bostaande vergelyking is RH 'n reduktiemiddel, en NAD + word gereduseer tot NADH. When electrons are removed from compound, it is oxidized. A compound that oxidizes another is called an oxidizing agent. In the above equation, NAD + is an oxidizing agent, and RH is oxidized to R.

Similarly, flavin adenine dinucleotide (FAD + ) is derived from vitamin B2, also called riboflavin. Its reduced form is FADH2. A second variation of NAD, NADP, contains an extra phosphate group. Both NAD + and FAD + are extensively used in energy extraction from sugars, and NADP plays an important role in anabolic reactions and photosynthesis.

ATP in Living Systems

A living cell cannot store significant amounts of free energy. Excess free energy would result in an increase of heat in the cell, which would result in excessive thermal motion that could damage and then destroy the cell. Rather, a cell must be able to handle that energy in a way that enables the cell to store energy safely and release it for use only as needed. Lewende selle bewerkstellig dit deur die saamgestelde adenosientrifosfaat (ATP) te gebruik. ATP word dikwels die "energiegeldeenheid" van die sel genoem, en, soos geldeenheid, kan hierdie veelsydige verbinding gebruik word om enige energiebehoefte van die sel te vul. Hoe? It functions similarly to a rechargeable battery.

When ATP is broken down, usually by the removal of its terminal phosphate group, energy is released. The energy is used to do work by the cell, usually by the released phosphate binding to another molecule, activating it. For example, in the mechanical work of muscle contraction, ATP supplies the energy to move the contractile muscle proteins. Recall the active transport work of the sodium-potassium pump in cell membranes. ATP alters the structure of the integral protein that functions as the pump, changing its affinity for sodium and potassium. In this way, the cell performs work, pumping ions against their electrochemical gradients.

ATP Structure and Function

At the heart of ATP is a molecule of adenosine monophosphate (AMP), which is composed of an adenine molecule bonded to a ribose molecule and to a single phosphate group (Figure 7.3). The addition of a second phosphate group to this core molecule results in the formation of adenosine diphosphate (ADP) the addition of a third phosphate group forms adenosine driephosphate (ATP).

The addition of a phosphate group to a molecule requires energy. Fosfaatgroepe is negatief gelaai en stoot mekaar dus af wanneer hulle in serie gerangskik is, soos in ADP en ATP. Hierdie afstoting maak die ADP- en ATP-molekules inherent onstabiel. The release of one or two phosphate groups from ATP, a process called dephosphorylation , releases energy.

Energy from ATP

Hydrolysis is the process of breaking complex macromolecules apart. During hydrolysis, water is split, or lysed, and the resulting hydrogen atom (H + ) and a hydroxyl group (OH - ) are added to the larger molecule. The hydrolysis of ATP produces ADP, together with an inorganic phosphate ion (Pek), and the release of free energy. To carry out life processes, ATP is continuously broken down into ADP, and like a rechargeable battery, ADP is continuously regenerated into ATP by the reattachment of a third phosphate group. Water, which was broken down into its hydrogen atom and hydroxyl group during ATP hydrolysis, is regenerated when a third phosphate is added to the ADP molecule, reforming ATP.

Obviously, energy must be infused into the system to regenerate ATP. Waar kom hierdie energie vandaan? In nearly every living thing on earth, the energy comes from the metabolism of glucose. In this way, ATP is a direct link between the limited set of exergonic pathways of glucose catabolism and the multitude of endergonic pathways that power living cells.

Phosphorylation

Recall that, in some chemical reactions, enzymes may bind to several substrates that react with each other on the enzyme, forming an intermediate complex. An intermediate complex is a temporary structure, and it allows one of the substrates (such as ATP) and reactants to more readily react with each other in reactions involving ATP, ATP is one of the substrates and ADP is a product. During an endergonic chemical reaction, ATP forms an intermediate complex with the substrate and enzyme in the reaction. This intermediate complex allows the ATP to transfer its third phosphate group, with its energy, to the substrate, a process called phosphorylation. Phosphorylation refers to the addition of the phosphate (

P). This is illustrated by the following generic reaction:

When the intermediate complex breaks apart, the energy is used to modify the substrate and convert it into a product of the reaction. The ADP molecule and a free phosphate ion are released into the medium and are available for recycling through cell metabolism.

Substrate Phosphorylation

ATP is generated through two mechanisms during the breakdown of glucose. A few ATP molecules are generated (that is, regenerated from ADP) as a direct result of the chemical reactions that occur in the catabolic pathways. A phosphate group is removed from an intermediate reactant in the pathway, and the free energy of the reaction is used to add the third phosphate to an available ADP molecule, producing ATP (Figure 7.4). This very direct method of phosphorylation is called substrate-level phosphorylation .

Oksidatiewe fosforilering

Most of the ATP generated during glucose catabolism, however, is derived from a much more complex process, chemiosmosis, which takes place in mitochondria (Figure 7.5) within a eukaryotic cell or the plasma membrane of a prokaryotic cell. Chemiosmosis , a process of ATP production in cellular metabolism, is used to generate 90 percent of the ATP made during glucose catabolism and is also the method used in the light reactions of photosynthesis to harness the energy of sunlight. The production of ATP using the process of chemiosmosis is called oxidative phosphorylation because of the involvement of oxygen in the process.

Wetenskappraktykverbinding vir AP®-kursusse

Dink daaroor

Explain why it is more metabolically efficient for cells to extract energy from ATP rather than from the bonds of carbohydrates directly.

Onderwyserondersteuning

This question is an application of Learning Objective 2.5 and Science Practice 6.2 because students are asked to explain why ATP is considered the “energy currency” of the cell.

Possible answer

Loopbaanverbinding

Mitochondrial Disease Physician

What happens when the critical reactions of cellular respiration do not proceed correctly? Mitochondrial diseases are genetic disorders of metabolism. Mitochondrial disorders can arise from mutations in nuclear or mitochondrial DNA, and they result in the production of less energy than is normal in body cells. In type 2 diabetes, for instance, the oxidation efficiency of NADH is reduced, impacting oxidative phosphorylation but not the other steps of respiration. Symptoms of mitochondrial diseases can include muscle weakness, lack of coordination, stroke-like episodes, and loss of vision and hearing. Most affected people are diagnosed in childhood, although there are some adult-onset diseases. Identifying and treating mitochondrial disorders is a specialized medical field. The educational preparation for this profession requires a college education, followed by medical school with a specialization in medical genetics. Medical geneticists can be board certified by the American Board of Medical Genetics and go on to become associated with professional organizations devoted to the study of mitochondrial diseases, such as the Mitochondrial Medicine Society and the Society for Inherited Metabolic Disease.

As 'n Amazon Associate verdien ons uit kwalifiserende aankope.

Wil u hierdie boek aanhaal, deel of wysig? Hierdie boek is Creative Commons Erkenningslisensie 4.0 en u moet OpenStax toeskryf.

    As u die hele of 'n gedeelte van hierdie boek in 'n gedrukte formaat herverdeel, moet u op elke fisiese bladsy die volgende kenmerk insluit:

  • Gebruik die inligting hieronder om 'n aanhaling te genereer. Ons beveel aan om 'n aanhalingsinstrument soos hierdie een te gebruik.
    • Skrywers: Julianne Zedalis, John Eggebrecht
    • Uitgewer/webwerf: OpenStax
    • Boektitel: Biologie vir AP®-kursusse
    • Publikasiedatum: 8 Maart 2018
    • Plek: Houston, Texas
    • Boek URL: https://openstax.org/books/biology-ap-courses/pages/1-introduction
    • Section URL: https://openstax.org/books/biology-ap-courses/pages/7-1-energy-in-living-systems

    © 12 Januarie 2021 OpenStax. Handboekinhoud wat deur OpenStax vervaardig word, is gelisensieer onder 'n Creative Commons Attribution License 4.0 -lisensie. Die OpenStax -naam, OpenStax -logo, OpenStax -boekomslag, OpenStax CNX -naam en OpenStax CNX -logo is nie onderhewig aan die Creative Commons -lisensie nie en mag nie gereproduseer word sonder die voorafgaande en uitdruklike skriftelike toestemming van Rice University nie.


    Kyk die video: WetenSnap Energie berekenen E = P x t (Junie 2022).


Kommentaar:

  1. Jarrad

    Korrek! Gaan!

  2. Gorry

    Ek wil 'n paar woorde sê.

  3. Erhard

    Bravo, die wonderlike frase en dit is tydig



Skryf 'n boodskap