電気とスペース：異なるエネルギー源に必要なスペースはどの程度か？

概要

本記事では、異なるエネルギー源が電気を生成するために必要なスペースについて探求します。化石燃料、原子力、再生可能エネルギーは、それぞれ出力に応じて異なるスペース要件があります。ただし、スペース要件は方程式の一部に過ぎません。私たちは、各エネルギー源の環境への影響やコストも考慮する必要があります。

化石燃料

石炭やその他の化石燃料から生成された電気には、それを燃やし熱を電気に変換するための採掘場や発電所が必要です。化石燃料は、1平方メートルあたり最大2,000ワットの電力を生み出すことができます。たとえば、石炭などの化石燃料で10ワットの電球を動かす場合、クレジットカードサイズの土地があれば十分です。

原子力

原子力には、ウランの採掘場、ウランを精製する施設、反応炉、そして使用済み燃料を安全に保管する場所が必要です。原子力を使用する場合、10ワットの電球を動かすためには、手のひらのサイズ程度の面積が必要です。

再生可能エネルギー

再生可能エネルギーには、風力タービンまたはソーラーパネルが必要です。必要なスペースは、電源によって異なります。ソーラー発電では、カフェテリアトレイの2倍の面積が必要です。風力発電では、駐車スペースの半分程度の面積が必要です。

スペース要件とエネルギーインフラ

都市、国、そして世界全体を動かすために必要なスペースは、急速に増加しています。現在、世界は3兆ワットの電力を使用しています。化石燃料だけで世界全体を動かすには、少なくとも1,200平方キロメートルのスペースが必要です。原子力を使用する場合、最低でも4,000平方キロメートルのスペースが必要です。ソーラー発電では、少なくとも95,000平方キロメートル、風力発電では2,000,000平方キロメートルが必要です。

もちろん、砂漠、熱帯雨林、町、そして海などでエネルギーインフラを構築することは、まったく異なる見通しです。エネルギー源は、占有するスペースによって異なります。たとえば、風力タービンは広がって配置する必要があるため、1つのタービンの乱流が他のタービンの効率を低下させないように、タービン同士を半キロメートル離す必要があります。風力発電に必要な土地の多くは、他の用途に利用できます。ただし、都市や人口密集地域では電力需要が高く、その近くのスペースはしばしば限られています。現在の電力インフラは、電気を生成する場所と時間が必要であり、長距離に送電することはできません。

環境への影響とコスト

2021年現在、私たちの電力の3分の2は化石燃料から生成されています。毎年、電力の発生によって、大気に50億トン以上の温室効果ガスが排出され、気候変動を加速させています。化石燃料は、既存の技術の中で最もスペースを必要としますが、これに頼り続けることはできません。原子力発電所は温室効果ガスを排出せず、スペースを必要としませんが、ソーラーパネルや風力タービンよりも建設費が高く、廃棄物処理が必要です。再生可能エネルギーは、燃料を購入して電気を生成する化石燃料を使用する発電所とは異なり、ほとんど余分なコストがかかりません。ただし、風や日光が得られる場所は、場所によって異なります。

結論

有害な温室効果ガスの排出を排除しながら、世界全体を動かすための最良の方法は、1つのアプローチではありません。一部の地域では、化石燃料の代替として原子力が最適な選択肢になる場合があります。米国など、再生可能エネルギーからほとんどまたはすべての電力を得るために必要な天然資源を持っている地域もあります。そして、私たちは、電力源をより良くするために取り組む必要があります。原子力の場合は、より安全に、再生可能エネルギーの場合は、より簡単に貯蔵および輸送できるようにすることが求められます。スペース要件、環境への影響、コストを考慮することで、持続可能な方法で世界を動かすために情報を得ることができます。