Năng lượng và Tiêu thụ năng lượng

6.1

Tài nguyên Tái tạo và Không tái tạo

Chương trình

Hiểu biết cốt lõi (ENG-3): Con người sử dụng năng lượng từ nhiều nguồn khác nhau, dẫn đến cả hậu quả tích cực và tiêu cực.

Mục tiêu học tập ENG-3.A: Xác định sự khác biệt giữa các nguồn năng lượng tái tạo và không tái tạo.

ENG-3.A.1 Các nguồn năng lượng không tái tạo là những nguồn tồn tại với số lượng cố định và liên quan đến quá trình chuyển đổi năng lượng không thể dễ dàng thay thế.
ENG-3.A.2 Các nguồn năng lượng tái tạo là những nguồn có thể được bổ sung tự nhiên, ở tốc độ bằng hoặc gần bằng tốc độ tiêu thụ, và có thể tái sử dụng.

Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP

Tài nguyên tái tạo được bổ sung trong thang thời gian của con người (mặt trời, gió, nước, sinh khối); tài nguyên không tái tạo tồn tại với số lượng cố định mất hàng triệu năm để hình thành (nhiên liệu hóa thạch, nhiên liệu hạt nhân). Tài nguyên không tái tạo cuối cùng sẽ cạn kiệt và thường gây ô nhiễm nhiều hơn.

Tuabin gió: nguồn tái tạo được bổ sung trong thang thời gian của con người; nhiên liệu hóa thạch thì không — Tuabin gió: nguồn năng lượng tái tạo được bổ sung trong thang thời gian của con người; nhiên liệu hóa thạch thì không

6.2

Tiêu thụ Năng lượng Toàn cầu

Chương trình

Hiểu biết cốt lõi (ENG-3): Con người sử dụng năng lượng từ nhiều nguồn khác nhau, dẫn đến cả hậu quả tích cực và tiêu cực.

Mục tiêu học tập ENG-3.B: Mô tả xu hướng tiêu thụ năng lượng.

ENG-3.B.1 Việc sử dụng các nguồn tài nguyên năng lượng không phân bố đều giữa các quốc gia phát triển và đang phát triển.
ENG-3.B.2 Các nguồn năng lượng được sử dụng rộng rãi nhất trên toàn cầu là nhiên liệu hóa thạch.
ENG-3.B.3 Khi các quốc gia đang phát triển trở nên phát triển hơn, sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch để lấy năng lượng của họ tăng lên.
ENG-3.B.4 Khi thế giới trở nên công nghiệp hóa hơn, nhu cầu về năng lượng tăng lên.
ENG-3.B.5 Khả năng sẵn có, giá cả và quy định của chính phủ ảnh hưởng đến việc mọi người sử dụng nguồn năng lượng nào và cách họ sử dụng chúng.

Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP

Năng lượng toàn cầu đang gia tăng, đặc biệt là ở các quốc gia đang phát triển. Hầu hết năng lượng vẫn đến từ nhiên liệu hóa thạch. Các quốc gia giàu có tiêu thụ nhiều nhất trên đầu người; việc tiếp cận năng lượng định hình sự phát triển kinh tế.

Khám phá

Theo dõi dòng năng lượng từ nguồn đến mục đích sử dụng

A biểu đồ Sankey cho thấy cách năng lượng di chuyển từ các nguồn sang công ích — và lượng năng lượng bị thất thoát bao nhiêu. Phần lớn năng lượng sơ cấp bị lãng phí dưới dạng nhiệt trước khi thực hiện bất kỳ công dụng nào thiết thực.

6.3

Các Loại Nhiên Liệu và Công Dụng

Chương trình

Hiểu biết cốt lõi (ENG-3): Con người sử dụng năng lượng từ nhiều nguồn khác nhau, dẫn đến cả hậu quả tích cực và tiêu cực.

Mục tiêu học tập ENG-3.C: Xác định các loại nhiên liệu và ứng dụng của chúng.

ENG-3.C.1 Gỗ thường được sử dụng làm nhiên liệu dưới dạng củi và than củi. Nó thường được sử dụng ở các quốc gia đang phát triển vì dễ tiếp cận.
ENG-3.C.2 Than bùn là vật liệu hữu cơ bị phân hủy một phần có thể được đốt để làm nhiên liệu.
ENG-3.C.3 Ba loại than dùng làm nhiên liệu là than nâu, than mỡ và than Anthracite. Nhiệt độ, áp suất và độ sâu chôn vùi đóng góp vào sự hình thành các loại than khác nhau và chất lượng của chúng.
ENG-3.C.4 Khí tự nhiên, loại nhiên liệu hóa thạch sạch nhất, chủ yếu là methane.
ENG-3.C.5 Dầu thô có thể được khai thác từ các mỏ cát nhựa đường, là sự kết hợp giữa đất sét, cát, nước và bitumen.
ENG-3.C.6 Nhiên liệu hóa thạch có thể được chế biến thành các loại nhiên liệu cụ thể cho các mục đích chuyên biệt (ví dụ: trong xe cơ giới).
ENG-3.C.7 Phát điện đồng thời xảy ra khi một nguồn nhiên liệu được sử dụng để tạo ra cả nhiệt có ích và điện.

Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP

Các loại nhiên liệu khác nhau phù hợp với nhu cầu khác nhau: than và khí tự nhiên dùng để sản xuất điện, dầu mỏ cho giao thông vận tải, và sinh khối dùng để sưởi ấm và nấu ăn ở nhiều khu vực. Mỗi loại đều có những đánh đổi về chi phí, khả năng sẵn có và ô nhiễm môi trường.

6.4

Sự Phân布的 Tài Nguyên Năng Lượng Tự Nhiên

Chương trình

Hiểu biết cốt lõi (ENG-3): Con người sử dụng năng lượng từ nhiều nguồn khác nhau, dẫn đến cả hậu quả tích cực và tiêu cực.

Mục tiêu học tập ENG-3.D: Xác định vị trí xuất hiện của các tài nguyên năng lượng tự nhiên.

ENG-3.D.1 Sự phân布的 toàn cầu của các tài nguyên năng lượng tự nhiên, như quặng, than, dầu thô và khí, không đồng đều và phụ thuộc vào lịch sử địa chất của từng khu vực.

Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP

Tài nguyên năng lượng được phân bố không đồng đều – dầu mỏ tập trung ở một số khu vực, than ở nơi khác, và năng lượng tái tạo phụ thuộc vào ánh sáng mặt trời, gió hoặc sông ngòi tại địa phương. Sự phân bố không đồng đều này thúc đẩy thương mại, kinh tế học và địa chính trị.

6.5

Nhiên Liệu Hóa Thạch

Chương trình

Hiểu biết cốt lõi (ENG-3): Con người sử dụng năng lượng từ nhiều nguồn khác nhau, dẫn đến cả hậu quả tích cực và tiêu cực.

Mục tiêu học tập ENG-3.E: Mô tả việc sử dụng và phương pháp sử dụng nhiên liệu hóa thạch trong sản xuất điện.

ENG-3.E.1 Quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch là phản ứng hóa học giữa nhiên liệu và oxy, tạo ra carbon dioxide và nước và giải phóng năng lượng.
ENG-3.E.2 Năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch được sản xuất bằng cách đốt cháy các nhiên liệu đó để tạo ra nhiệt, sau đó biến nước thành hơi nước. Hơi nước này quay tua-bin, làm quay máy phát điện, tạo ra điện.
ENG-3.E.3 Con người sử dụng nhiều phương pháp khác nhau để khai thác nhiên liệu hóa thạch từ lòng đất phục vụ sản xuất năng lượng.

Mục tiêu học tập ENG-3.F: Mô tả tác động của nhiên liệu hóa thạch lên môi trường.

ENG-3.F.1 Mổ vỡ thủy lực (fracking) có thể gây ô nhiễm nguồn nước ngầm và giải phóng các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi.

Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP

Nhiên liệu hóa thạch (than, dầu mỏ, khí tự nhiên) hình thành từ các sinh vật cổ đại. Chúng có mật độ năng lượng cao và đáng tin cậy nhưng không tái tạo được và là nguồn chính gây ra $\text{CO}_2$ và ô nhiễm không khí. Than là loại bẩn nhất; khí tự nhiên cháy sạch hơn nhưng bị rò rỉ methane.

Mỏ khai thác than nâu mở, với nhà máy điện đang đốt ngay phía sau: nhiên liệu được đào trực tiếp từ lòng đất và đốt ngay tại chỗ *Mỏ khai thác than nâu (lignite) mở, cung cấp nhiên liệu cho nhà máy điện phía sau — nhiên liệu được đào từ lòng đất và đốt ngay tại chỗ

Than hình thành qua các giai đoạn, và hạng của nó tăng lên theo nhiệt độ, áp lực và độ sâu chôn vùi mà nó đã chịu đựng. Một phần chất hữu cơ thực vật phân hủy đầu tiên trở thành than bùn (có thể sấy khô và đốt), sau đó là than nâu mềm, rồi than bituminous, và cuối cùng là than cứng anthracite – mỗi bước chuyển đổi đều khô hơn, giàu carbon hơn và có mức năng lượng cao hơn, do đó than anthracite có nhiệt độ cháy cao và sạch nhất.

Dầu mỏ và khí tự ngày càng được khai thác bằng cách thủy lực fracturing (

Dầu thô cũng có thể được thu hồi từ cát nhựa – hỗn hợp của đất sét, cát, nước và bitumen dày đặc. Việc tách dầu đòi hỏi năng lượng và nước lớn, đồng thời phá hủy diện tích rộng lớn đất đai, nên chi phí môi trường tính trên mỗi thùng dầu là rất cao.

Từ vựng Luyện tập

English	Tiếng Việt
renewable resource/rɪˈnjuːəbl rɪˈzɔːs/	Tài nguyên tái tạo
nonrenewable resource/ˌnɒnrɪˈnjuːəbl rɪˈzɔːs/	tài nguyên không tái tạo
fossil fuels/ˈfɒsl ˈfjuːəlz/	Fossil fuels
methane/ˈmiːθeɪn/	methane
lignite/ˈlɪɡnaɪt/	than nâu
peat/piːt/	than bùn
bituminous/baɪˈtjuːmɪnəs/	than mỡ
anthracite/ˈænθrəsaɪt/	than Anthracite
hydraulic fracturing/haɪˈdrɔːlɪk ˈfræktʃərɪŋ/	thủy lực fracturing (giãn nứt bằng áp lực nước)
volatile organic compounds/ˈvɒlətaɪl ɔːˈɡænɪk ˈkɒmpaʊndz/	hợp chất hữu cơ bay hơi
tar sands/tɑː sændz/	cát nhựa đường
bitumen/ˈbɪtʃuːmən/	nhựa đường
Nuclear power/ˈnjuːklɪə ˈpaʊə/	năng lượng hạt nhân

6.6

Điện hạt nhân

Chương trình

Hiểu biết cốt lõi (ENG-3): Con người sử dụng năng lượng từ nhiều nguồn khác nhau, dẫn đến cả hậu quả tích cực và tiêu cực.

Mục tiêu học tập ENG-3.G: Mô tả việc sử dụng năng lượng hạt nhân trong sản xuất điện.

ENG-3.G.1 Điện hạt nhân được tạo ra thông qua quá trình phân hạch, trong đó các nguyên tử Uranium-235, được chứa trong thanh nhiên liệu, bị tách ra thành các phần nhỏ hơn sau khi va chạm với neutron. Phân hạch hạt nhân giải phóng một lượng nhiệt lớn, được sử dụng để tạo hơi nước, quay tua-bin và sản xuất điện.
ENG-3.G.2 Tính phóng xạ xảy ra khi hạt nhân của một đồng vị phóng xạ mất năng lượng bằng cách phát ra bức xạ.
ENG-3.G.3 Uranium-235 vẫn còn tính phóng xạ trong thời gian dài, dẫn đến những vấn đề liên quan đến việc xử lý chất thải hạt nhân.
ENG-3.G.4 Sản xuất điện hạt nhân là một nguồn năng lượng không tái tạo. Điện hạt nhân được coi là nguồn năng lượng sạch hơn vì nó không tạo ra chất ô nhiễm không khí, nhưng nó lại gây ra ô nhiễm nhiệt và chất thải rắn nguy hiểm.

Mục tiêu học tập ENG-3.H: Mô tả tác động của việc sử dụng năng lượng hạt nhân lên môi trường.

ENG-3.H.1 Three Mile Island, Chernobyl và Fukushima là ba trường hợp mà tai nạn hoặc thiên tai đã dẫn đến việc phát tán bức xạ. Các đợt phát tán này đã có tác động ngắn hạn và dài hạn lên môi trường.
ENG-3.H.2 Thời gian bán rã của một nguyên tố phóng xạ có thể được sử dụng để tính toán nhiều thứ, bao gồm tốc độ phân rã và mức độ phóng xạ tại các thời điểm cụ thể.

Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP

Điện hạt nhân phân chia uranium (phân hạch) để đun sôi nước và quay tuabin. Nó sản xuất không có $\text{CO}_2$ và tạo ra nhiều năng lượng từ ít nhiên liệu, nhưng rủi ro bao gồm chất thải phóng xạ (dài hạn), nguy cơ tan chảy lõi phản ứng, và chi phí cao.

Ví dụ minh họa. Chất thải phóng xạ phân rã theo bán đời – thời gian để một nửa lượng chất phân rã. Giả sử một đồng vị có bán đời là $30$ năm và lò phản ứng để lại $100\ \text{g}$ lượng chất. Sau $30$ năm còn lại $50\ \text{g}$; sau $60$ năm còn $25\ \text{g}$; sau $90$ năm (ba bán đời) còn lại $100\times\left(\tfrac12\right)^3=12.5\ \text{g}$. Vì sự giảm đi mang tính chất chia đôi chứ không phải tuyến tính, nên chất thải vẫn độc hại trong nhiều bán đời – đây là lý do cốt lõi khiến nó phải được lưu giữ an toàn trong hàng thế kỷ.

*Phân hạch hạt nhân của hạt nhân Uranium-235 giải phóng năng lượng

Nhà máy điện hạt nhân bên cạnh biển: hai tòa nhà lò phản ứng hình chữ nhật lớn, sử dụng nước biển để làm mát *Một nhà máy điện hạt nhân. Các tòa nhà chứa nhiên liệu; biển cung cấp nước làm mát. Lưu ý rằng không có khói – quá trình phân hạch không giải phóng $\text{CO}_2$

Từ vựng Luyện tập

English	Tiếng Việt
fission/ˈfɪʃn/	phân hạch
waste/weɪst/	chất thải hạt nhân
Biomass/ˌbaɪəʊˈmæs/	sinh khối

6.7

Năng lượng từ Sinh khối

Chương trình

Hiểu biết cốt lõi (ENG-3): Con người sử dụng năng lượng từ nhiều nguồn khác nhau, dẫn đến cả hậu quả tích cực và tiêu cực.

Mục tiêu học tập ENG-3.I: Mô tả tác động của việc sử dụng sinh khối trong sản xuất điện lên môi trường.

ENG-3.I.1 Đốt cháy sinh khối tạo ra nhiệt để lấy năng lượng với chi phí tương đối thấp, nhưng cũng tạo ra carbon dioxide, carbon monoxide, nitơ oxit, bụi mịn và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi. Việc khai thác cây cối quá mức để làm nhiên liệu cũng gây ra tình trạng phá rừng.
ENG-3.I.2 Ethanol có thể được sử dụng thay thế xăng. Đốt cháy ethanol không bổ sung thêm carbon vào bầu khí quyển thông qua quá trình đốt cháy, nhưng tỷ lệ hoàn vốn năng lượng cho đầu tư năng lượng của ethanol là thấp.

Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP

Sinh khối (gỗ, cây trồng, chất thải, nhiên liệu sinh học như ethanol) là nguồn tái tạo và có thể trung hòa carbon nếu được trồng lại, nhưng việc đốt chúng gây ô nhiễm không khí, và việc trồng cây lấy nhiên liệu cạnh tranh với lương thực và môi trường sống.

Ethanol, được sản xuất từ các loại cây trồng như ngô hay mía, có thể thay thế xăng và không thêm carbon mới khi đốt (vì cây hấp thụ lượng carbon $\text{CO}_2$ đó khi nó phát triển). Nhược điểm của nó là tỷ lệ hoàn vốn năng lượng thấp (EROEI): việc trồng trọt, thu hoạch và chưng cất cây trồng tốn gần bằng lượng năng lượng mà nhiên liệu cuối cùng cung cấp.

Từ vựng Luyện tập

English	Tiếng Việt
Ethanol/ˈeθənɒl/	ethanol
energy return on energy investment (EROEI)/ˈenədʒi rɪˈtɜːn ɒn ˈenədʒi ɪnˈvestmənt/	tỷ lệ hoàn vốn năng lượng (EROEI)

6.8

Năng lượng Mặt trời

Chương trình

Hiểu biết cốt lõi (ENG-3): Con người sử dụng năng lượng từ nhiều nguồn khác nhau, dẫn đến cả hậu quả tích cực và tiêu cực.

Mục tiêu học tập ENG-3.J: Mô tả việc sử dụng năng lượng mặt trời trong sản xuất điện.

ENG-3.J.1 Pin quang điện mặt trời thu nhận năng lượng ánh sáng từ mặt trời và chuyển đổi trực tiếp thành năng lượng điện. Việc sử dụng chúng bị giới hạn bởi khả năng có sẵn của ánh sáng mặt trời.
ENG-3.J.2 Hệ thống năng lượng mặt trời chủ động sử dụng năng lượng mặt trời để làm nóng chất lỏng thông qua thiết bị cơ khí và điện để thu gom và lưu trữ năng lượng được hấp thụ từ mặt trời.
ENG-3.J.3 Hệ thống năng lượng mặt trời thụ động hấp thụ nhiệt trực tiếp từ mặt trời mà không cần sử dụng thiết bị cơ khí và điện, và năng lượng không thể được thu gom hoặc lưu trữ.

Mục tiêu học tập ENG-3.K: Mô tả tác động của việc sử dụng năng lượng mặt trời trong sản xuất điện lên môi trường.

ENG-3.K.1 Các hệ thống năng lượng mặt trời có mức độ ảnh hưởng môi trường thấp và tạo ra nguồn năng lượng sạch, nhưng chúng có thể tốn kém. Các trang trại năng lượng mặt trời quy mô lớn có thể gây ảnh hưởng tiêu cực đến hệ sinh thái sa mạc.

Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP

Năng lượng mặt trời chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện (tấm pin quang điện) hoặc nhiệt. Nó là nguồn tái tạo và sạch khi sử dụng, nhưng mang tính ngắt quãng (không có nắng ban đêm), cần diện tích rộng và có tác động môi trường trong quá trình sản xuất.

Một cánh đồng rộng lớn được bao phủ bởi các hàng tấm pin năng lượng mặt trời nghiêng dưới bầu trời xanh *Trang trại năng lượng mặt trời. Các hàng tấm pin quang điện được nghiêng về phía mặt trời; công suất lớn đòi hỏi diện tích đất rộng lớn

Từ vựng Luyện tập

English	Tiếng Việt
Solar/ˈsəʊlə/	Năng lượng mặt trời
photovoltaic/ˌfəʊtəʊvəʊlˈteɪɪk/	quang điện
Hydroelectric/ˌhaɪdrəʊɪˈlektrɪk/	thủy điện
reservoir/ˈrezəvwɑː/	Hồ chứa nước

6.9

Thủy điện

Chương trình

Hiểu biết cốt lõi (ENG-3): Con người sử dụng năng lượng từ nhiều nguồn khác nhau, dẫn đến cả hậu quả tích cực và tiêu cực.

Mục tiêu học tập ENG-3.L: Mô tả việc sử dụng điện năng thủy điện trong sản xuất điện.

ENG-3.L.1 Điện năng thủy điện có thể được tạo ra theo nhiều cách khác nhau. Các con đập xây trên sông thu nước vào hồ chứa. Dòng nước chảy có thể được dùng để quay tua-bin. Tua-bin cũng có thể được đặt trong các dòng sông nhỏ, nơi dòng nước chảy quay tua-bin.
ENG-3.L.2 Năng lượng thủy triều sử dụng năng lượng do dòng chảy thủy triều tạo ra để quay tua-bin.

Mục tiêu học tập ENG-3.M: Mô tả tác động của việc sử dụng điện năng thủy điện trong sản xuất điện lên môi trường.

ENG-3.M.1 Điện năng thủy điện không tạo ra ô nhiễm không khí hay chất thải, nhưng việc xây dựng các nhà máy điện có thể tốn kém, và có thể xảy ra mất mát hoặc thay đổi môi trường sống sau khi xây dựng các con đập.

Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP

Thủy điện sử dụng dòng nước chảy (mặt cắt hồ) để quay tuabin – là nguồn tái tạo và phát thải thấp, nhưng các đập nước gây ngập lụt môi trường sống, chặn đường di cư của cá, bẫy trầm tích và di dời dân cư.

Một con đê bê tông cao trong thung lũng: hồ chứa đầy nước phía sau bức tường cong, và nhà máy phát điện ở chân nơi nước được xả ra *Đập thủy điện. Hồ chứa được giữ lại bởi bức tường; nước rơi xuống qua đập để quay tuabin trong nhà máy điện ở chân đập

Từ vựng Luyện tập

English	Tiếng Việt
dam/dæm/	đập nước

6.10

Năng lượng Địa nhiệt

Chương trình

Hiểu biết cốt lõi (ENG-3): Con người sử dụng năng lượng từ nhiều nguồn khác nhau, dẫn đến cả hậu quả tích cực và tiêu cực.

Mục tiêu học tập ENG-3.N: Mô tả việc sử dụng năng lượng địa nhiệt trong sản xuất điện.

ENG-3.N.1 Năng lượng địa nhiệt được thu nhận bằng cách sử dụng nhiệt lưu trữ trong lòng Trái Đất để làm nóng nước, sau đó đưa nước lên bề mặt dưới dạng hơi nước. Hơi nước được sử dụng để quay tua-bin, từ đó chạy máy phát điện.

Mục tiêu học tập ENG-3.O: Mô tả tác động của việc sử dụng năng lượng địa nhiệt trong sản xuất điện lên môi trường.

ENG-3.O.1 Chi phí tiếp cận năng lượng địa nhiệt có thể rất đắt đỏ, đồng thời nó không dễ tiếp cận ở nhiều khu vực trên thế giới. Ngoài ra, nó có thể gây ra sự giải phóng khí hydro sunfua.

Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP

Năng lượng địa nhiệt khai thác nhiệt bên trong Trái Đất để sản xuất điện và sưởi ấm. Nó là nguồn tái tạo và đáng tin cậy, nhưng chỉ thực tế nơi đá nóng nằm gần bề mặt (khu vực núi lửa) và có thể giải phóng các khí dưới lòng đất.

Nhà máy điện địa nhiệt trên vùng đất núi lửa trơ trụi ở Iceland, với hơi nước trắng bốc lên từ nhà máy và đường ống *Nhà máy điện địa nhiệt ở Iceland, một khu vực núi lửa. Hơi nước từ đá nóng bên dưới được dẫn qua đường ống để quay tuabin

Từ vựng Luyện tập

English	Tiếng Việt
Geothermal/ˌdʒiːəʊˈθɜːml/	Năng lượng địa nhiệt
Steam/stiːm/	hơi nước
hydrogen fuel cell/ˈhaɪdrədʒn ˈfjuːəl sel/	pin nhiên liệu hydro

6.11

Pin nhiên liệu Hydro

Chương trình

Hiểu biết cốt lõi (ENG-3): Con người sử dụng năng lượng từ nhiều nguồn khác nhau, dẫn đến cả hậu quả tích cực và tiêu cực.

Mục tiêu học tập ENG-3.P: Mô tả việc sử dụng pin nhiên liệu hydrogen trong sản xuất điện.

ENG-3.P.1 Pin nhiên liệu hydrogen là một lựa chọn thay thế cho các nguồn nhiên liệu không tái tạo. Chúng sử dụng hydrogen làm nhiên liệu, kết hợp hydrogen và oxy trong không khí để tạo ra nước và giải phóng năng lượng (điện) trong quá trình này. Nước là sản phẩm (phát thải) của pin nhiên liệu.

Mục tiêu học tập ENG-3.Q: Mô tả tác động của việc sử dụng pin nhiên liệu hydrogen trong sản xuất điện lên môi trường.

ENG-3.Q.1 Pin nhiên liệu hydrogen có tác động môi trường thấp và không sản sinh carbon dioxide khi hydrogen được sản xuất từ nước. Tuy nhiên, công nghệ này đắt tiền và vẫn cần năng lượng để tạo ra khí hydrogen được sử dụng trong pin nhiên liệu.

Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP

Một pin nhiên liệu hydro kết hợp hydro và oxy để tạo ra điện, với nước là sản phẩm thải duy nhất khi sử dụng. Tuy nhiên, việc sản xuất hydro thường đòi hỏi năng lượng (thường từ nhiên liệu hóa thạch), và việc lưu trữ rất khó khăn.

Pin nhiên liệu hydro-oxy tạo ra điện năng, với nước là sản phẩm duy nhất — Pin nhiên liệu hydro–oxi tạo ra điện, với nước là sản phẩm duy nhất

6.12

Năng lượng Gió

Chương trình

Hiểu biết cốt lõi (ENG-3): Con người sử dụng năng lượng từ nhiều nguồn khác nhau, dẫn đến cả hậu quả tích cực và tiêu cực.

Mục tiêu học tập ENG-3.R: Mô tả việc sử dụng năng lượng gió trong sản xuất điện.

ENG-3.R.1 Tua-bin gió sử dụng động năng của không khí di chuyển để quay tua-bin, tua-bin này quay máy phát điện, tạo ra điện.

Mục tiêu học tập ENG-3.S: Mô tả tác động của việc sử dụng năng lượng gió trong sản xuất điện lên môi trường.

ENG-3.S.1 Năng lượng gió là một nguồn năng lượng tái tạo, sạch. Tuy nhiên, chim và dơi có thể bị chết nếu bay vào các cánh quạt đang quay của tua-bin.

Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP

Các tua-bin gió chuyển đổi không khí di chuyển thành điện – nguồn năng lượng tái tạo, sạch sẽ và chi phí vận hành thấp, nhưng mang tính gián đoạn, cần diện tích đất hoặc biển lớn, và là mối nguy hiểm đối với chim và dơi. Phù hợp nhất ở những nơi có gió mạnh và ổn định.

Ba tua-bin gió trắng cao đứng trên đồng ruộng xanh — Tua-bin gió trên đồng ruộng. Chúng chiếm ít diện tích mặt đất, nên khu vực giữa các tua-bin vẫn có thể canh tác

Từ vựng Luyện tập

English	Tiếng Việt
Wind/wɪnd/	Năng lượng gió
wind turbines/wɪnd ˈtɜːbaɪnz/	tuabin gió

6.13

Bảo Tồn Năng Lượng

Chương trình

Hiểu biết cốt lõi (ENG-3): Con người sử dụng năng lượng từ nhiều nguồn khác nhau, dẫn đến cả hậu quả tích cực và tiêu cực.

Mục tiêu học tập ENG-3.T: Mô tả các phương pháp tiết kiệm năng lượng.

ENG-3.T.1 Một số phương pháp tiết kiệm năng lượng trong gia đình bao gồm điều chỉnh bộ điều nhiệt để giảm sử dụng hệ thống sưởi và làm mát, tiết kiệm nước, sử dụng thiết bị tiết kiệm năng lượng, và cảnh quan tiết kiệm năng lượng.
ENG-3.T.2 Các phương pháp tiết kiệm năng lượng quy mô lớn bao gồm cải thiện hiệu quả nhiên liệu cho xe cộ, sử dụng xe điện pin (BEVs) và xe hybrid, sử dụng phương tiện giao thông công cộng, và áp dụng các đặc điểm thiết kế công trình xanh.

Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP

Bảo tồn năng lượng giảm nhu cầu thông qua hiệu suất (đèn LED, cách nhiệt, thiết bị tiết kiệm năng lượng, giao thông công cộng) và thay đổi hành vi. Tiết kiệm năng lượng thường là lựa chọn rẻ nhất và sạch nhất – lượng năng lượng bạn không sử dụng không cần nhiên liệu và không tạo ra ô nhiễm.

Một lợi ích về hiệu suất liên quan là phát điện đồng thời (kết hợp nhiệt và điện): một lần đốt nhiên liệu duy nhất được dùng để tạo ra cả điện và nhiệt hữu ích, thu hồi nhiệt thải mà nhà máy điện thông thường chỉ xả bỏ – do đó, phần lớn năng lượng của nhiên liệu cuối cùng đều thực hiện công hữu ích.

Ví dụ minh họa. Thay thế một bóng đèn sợi đốt $60\ \text{W}$ bằng một bóng đèn LED $10\ \text{W}$ cho cùng độ sáng sẽ tiết kiệm $50\ \text{W}$. Chạy trong $5$ giờ mỗi ngày sẽ tiết kiệm $50\ \text{W}\times5\ \text{h}=250\ \text{Wh}=0.25\ \text{kWh}$ mỗi ngày, hoặc khoảng $0.25\times365\approx91\ \text{kWh}$ mỗi năm. Nhân số này với tất cả các bóng đèn trong một thành phố, việc bảo tồn năng lượng có thể sánh ngang với việc xây dựng một nhà máy điện mới – nhưng với chi phí thấp hơn nhiều.

*Một trang trại năng lượng mặt trời: sản xuất thêm năng lượng tái tạo và cắt giảm nhu cầu đều là chiến lược bảo tồn năng lượng

Từ vựng Luyện tập

English	Tiếng Việt
Energy conservation/ˈenədʒi ˌkɒnsəˈveɪʃn/	tiết kiệm năng lượng
cogeneration/ˌkəʊdʒənəˈreɪʃn/	đồng sản xuất
power station/ˈpaʊə ˈsteɪʃn/	trạm phát điện
nuclear power station/ˈnjuːklɪə ˈpaʊə ˈsteɪʃn/	trạm điện hạt nhân

6.13

Mẹo làm bài thi

Phân biệt tái tạo (mặt trời, gió, nước) khỏi không tái tạo (nhiên liệu hóa thạch, hạt nhân) và cân nhắc các đánh đổi của từng nguồn năng lượng.
Nhiên liệu hóa thạch có mật độ năng lượng cao nhưng phát thải CO₂; hạt nhân không phát thải CO₂ nhưng tạo ra chất thải kéo dài.
Tính toán bán衰期: sau $n$ bán衰期, một tỷ lệ $(\tfrac12)^n$ còn lại.
Lưu ý rằng năng lượng mặt trời và gió là gián đoạn và cần hệ thống lưu trữ hoặc dự phòng.
Bảo tồn (hiệu suất) thường là lựa chọn rẻ nhất, sạch nhất – lượng năng lượng không sử dụng không cần nhiên liệu.
Hiểu rõ hạng than (than bùn → than nâu → than Anthracite; nhiệt/áp lực/mộ chôn sâu hơn → năng lượng cao hơn) và các nhiên liệu phi truyền thống như fracking (dầu/gas đá phiến; ô nhiễm nước ngầm + VOC) và cát nhựa (bitumen, tiêu tốn năng lượng).
Ethanol không tăng CO₂ ròng nhưng có EROEI thấp; phát điện đồng thời (kết hợp nhiệt và điện) thu hồi nhiệt thải để một loại nhiên liệu cung cấp cả điện và nhiệt.