2/26/2014

Homework #2 DueEnergy Update!Research/Paper Proposal Due next Wednesday (consult syllabus)

Mid Term in 2 weeks 3/12/14Review Last Lecture 7Heat Engines

Today’s Material: Lecture 8Fossil FuelsNuclear Energy

Homework Chapter 5 Exercises 2, 3, 6, 7, 8, & 9 Due next Wednesday

http://www.ipcc.ch/

http://www.ipcc.ch/report/ar5/wg1/

The Qori Kalis glacier in Peru in 1978.Photo Credit: Lonnie Thompson/Ohio State University

The Qori Kalis glacier in Peru in 2008.Photo Credit: Lonnie Thompson/Ohio State University

http://www.nytimes.com/2014/02/26/science/study‐links‐melting‐peruvian‐ice‐cap‐to‐higher‐temperatures.html?_r=1

http://geology.gsapubs.org/content/early/2014/02/24/G35245.1.abstract

Study Implicates Mankind in a Peruvian Glacier’s Retreat

http://www.skepticalscience.com/himalayan‐glaciers‐growing.htm

Figure 1: Long‐term changes in glacier volume adapted from Cogley 2009. 

The answer is not only clear but it is definitive and based on the scientific literature. Globally glaciers are losing ice at an extensive rate (Figure 1). There are still situations in which glaciers gain or lose ice more than typical for one region or another but the long term trends are all the same, and about 90% of glaciers are shrinking worldwide (Figure 2). The bottom line is that glacier variations can be dependent on localized conditions but that these variations are superimposed on a clear and evident long term global reduction in glacier volume which has accelerated rapidly since the 1970s.

Figure 2:  Percentage of shrinking and growing glaciers in 2008–2009, from the 2011 WGMS report

Are glaciers growing or retreating? Figure 2: Glacier Mass Balance over 2002 (blue) and 2003 (red). (WGMS)mm w.e. = mm of water equivalent

http://www.wgms.ch/mbb/sum12.html

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http://www.antarcticglaciers.org/glaciers‐and‐climate/glacier‐recession/glaciers‐and‐climate‐change/

Glaciers & climate change• Temperatures are rising• Ice shelves are collapsing• Glaciers are shrinking• Glaciers are thinning• Glaciers are accelerating• Sea level is rising

1981‐2007 Temperature Trends, NASAIce core record of Antarctic atmospheric gases and temperature change over the past 650,000 years. 

Landsat images showing the collapse of the Larsen Ice Shelf. Note the blue mottled appearance in 2002, resulting from the exposure of deep blue ice.

Antarctic ice shelf thickness changes. 

http://news.harvard.edu/gazette/story/2014/01/renewable‐energy‐breakthrough/

Battery offers renewable energy breakthroughA metal‐free organic–inorganic aqueous flow battery.Flow batteries store energy in chemical fluids contained in external tanks, as with fuel cells, instead of within the battery container itself. The two main components — the electrochemical conversion hardware through which the fluids are flowed (which sets the peak power capacity) and the chemical storage tanks (which set the energy capacity) —may be independently sized. Thus the amount of energy that can be stored is limited only by the size of the tanks. The design permits larger amounts of energy to be stored at lower cost than with traditional batteries.

http://www.nature.com/nature/journal/v505/n7482/full/nature12909.html

Horror at the world's largest solar farm days after it opens as it is revealed panels are SCORCHING birds that fly over them

http://www.dailymail.co.uk/news/article‐2560494/Worlds‐largest‐solar‐farm‐SCORCHING‐BIRDS‐fly‐it.html

One of the three boiler towers with uses the reflections from the mirrors to heat water and create steam which powers the turbines to create electricity

After years of regulatory tangles around the impact on desert wildlife, the Ivanpah Solar Electric Generating System opened on Thursday but environmental groups say the nearly 350,000 gigantic mirrors are generating 1000 degree Fahrenheit temperatures which are killing and singeing birds.

http://docketpublic.energy.ca.gov/PublicDocuments/07‐AFC‐05C/TN201443_20131217T074835_ISEGS_November_2013_MCR.pdf

http://www.nature.com/ngeo/journal/vaop/ncurrent/full/ngeo2098.html

Volcanic contribution to decadal changes in tropospheric temperatureFigure 1 Modeled and observed near‐global (82.5° N–70 ° S) monthly mean Temperature of the Lower Troposphere (TLT) anomalies before and after statistical removal of ENSO and volcano signals. a, The original TLT anomalies are departures from the climatological monthly means over January 1979–December 2012. b, Removal of the estimated ENSO signal in TLT reduces the noise that partially obscures the temperature response to the eruptions of El Chichón and Pinatubo. c, Subtraction of the ENSO, El Chichón and Pinatubo signals from the original TLT data yields the temperature residuals.

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The impossible case of an ideal engine, which extracts heat from a hot substance and delivers an equal amount of mechanical work or electricity. 

A real engine converts only some of the extracted heat into work; the rest is rejected to the cool environment.

Fossil fuels are depleted at a rate that is 100,000 times faster than they are formed. What does this mean? What do you think will happen to the supply of fossil fuels within our lifetime?

Diagram of a typical fossil‐fueled power plant.

Thermodynamic losses and friction leave only about 15 percent of the fuel energy available at the wheels, all of which is dissipated by air resistance, tire friction, and braking. The power needed for accessories runs the air conditioning, lights, audio system, and vehicle electronics.

http://earththeoperatorsmanual.com/segment/3

Formation of an oil deposit in a geological structure called an anticline, in which rock layers have bent upward. The oil originally forms in the source rock, then migrates upward through the porous layer to collect at the top, where it is trapped by the overlying impermeable rock. Natural gas may collect above the oil.

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Simplified diagram of the fractional distillation process used in oil refining, showing temperatures at which different products condense out of the distillation column.

World fossil fuel consumption since 1950. The height of each shaded area represents the amount for one of the three fuels, so the top curve is the total fossil fuel consumption. Thus the graph shows that, in the final year plotted, fossil fuels equivalent to more than 10 giga tonnes of oil (Gtoe) were consumed globally.

Carbon dioxide emission per gigajoule of energy released in the combustion of the three fossil fuels. Natural gas produces just over half the CO2 of coal, making it a more climate‐friendly fuel.

World coal reserves in giga tonnes (billions of metric tons).The full height of each bar gives the total coal reserves for the indicated continent, while the lower part shows reserves for the listed country, which has the most coal in that continent.

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http://www.mapsofworld.com/business/industries/coal‐energy/world‐coal‐deposits.html

Ranking CountryTotal Recoverable Coal Reserves in 2008 (million tons)

% of World

1 United States 237,295 22.62 Russia 157,010 14.43 China 114,500 12.64 Australia 76,400 8.95 India 60,600 76 Germany 40,699 4.77 Ukraine 33,873 3.98 Kazakhstan 33,600 3.99 South Africa 30,156 3.510 Serbia 13,770 1.6

Top Coal Reserves/Deposits Countries in the World

http://www.eia.gov/todayinenergy/detail.cfm?id=4390Source: U.S. Energy Information Administration, International Energy Statistics.Note: With about 15 million short tons in total consumption, the Middle East was by far the smallest coal‐consuming region and was too small to show on the map. In the animation, the line chart at the bottom shows the annual production of coal by region in billion short tons.

http://www.eia.gov/naturalgas/

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http://www.eia.gov/naturalgas/

https://blogs.law.harvard.edu/mesh/2007/12/who_has_oil/

https://blogs.law.harvard.edu/mesh/2007/12/who_has_oil/

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https://blogs.law.harvard.edu/mesh/2007/12/who_has_oil/

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Oil_Reserves.png 15 June 2009

U.S. oil imports have risen substantially to compensate for declining domestic production. The two large drops are the result of oil supply disruptions, price increases, and economic recessions, including the Great Recession of 2008–2010. Have these trends continued?

http://www.washingtonpost.com/blogs/wonkblog/wp/2013/01/09/u‐s‐oil‐imports‐are‐falling‐to‐their‐lowest‐level‐since‐1987/

U.S. oil imports are falling to their lowest level since 1987 Brad Plumer

http://blogs.cfr.org/levi/2013/01/09/how‐far‐have‐u‐s‐oil‐imports‐fallen/

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An idealized bell‐shaped curve for oil production known as Hubbert’s peak. Production peaks when half the resource has been exhausted; thereafter, the production rate declines as the remaining oil reserves become more difficult and expensive to extract

http://en.wikipedia.org/wiki/Peak_oilPeak oil, an event based on M. King Hubbert's theory, is the point in time when the maximum rate of petroleum extraction is reached, after which the rate of production is expected to enter terminal decline.Choosing a particular curve determines a point of maximum production based on discovery rates, production rates and cumulative production. Early in the curve (pre‐peak), the production rate increases because of the discovery rate and the addition of infrastructure. Late in the curve (post‐peak), production declines because of resource depletion.http://en.wikipedia.org/wiki/Hubbert_peak_theory

http://en.wikipedia.org/wiki/File:PU200611_Fig1.png Peak oil scenarios graph, depicting cumulative published by the Association for the Study of Peak Oil and Gas and others, comparing various prediction models.

The 1973 oil crisis started in October 1973, when the members of Organization of Arab Petroleum Exporting Countries or the OAPEC (consisting of the Arab members of OPEC, plus Egypt, Syria and Tunisia) proclaimed an oil embargo.Graph of oil prices from 1861–2007, showing a sharp increase in 1973, and again during the 1979 energy crisis. The orange line is adjusted for inflation. The 1979 (or second) oil crisis in the United States occurred in the wake of the Iranian Revolution. Protests severely disrupted the Iranian oil sector, with production being greatly curtailed and exports suspended. 

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http://avonapbio.pbworks.com/w/page/9429249/Atomic%20Number%20and%20Atomic%20Mass

http://www.windows2universe.org/physical_science/physics/atom_particle/atomic_mass.html

Here you can see an example of atomic weight, atomic number, and mass number.The atomic number is the smaller number associated with the element and is equal to the number of protons in the nucleus.

https://np‐apchemistry.wikispaces.com/chapter3

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Decay of a radioactive sample containing initially 1,000 nuclei.

The curve of binding energy, a plot of binding energy per nucleon versus mass number. Individual isotopes may lie slightly off the general curve, as with He‐4. Arrows indicate the energy‐releasing paths of nuclear fusion and fission. Neutron‐induced fission. (a) A neutron strikes a heavy nucleus and is absorbed. (b) 

The nucleus begins to oscillate. (c) It takes on a dumbbell shape, and the repulsive electric force begins to dominate. (d) The nucleus fissions into two unequal middleweight nuclei, emitting several neutrons in the process.

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A nuclear chain reaction. At left, a neutron strikes a U‐235 nucleus, causing it to fission and, in this case, release two neutrons that go on to cause two additional fissions. Each of those fission events releases neutrons that cause more fission, and the chain reaction grows exponentially. This is what happens in a bomb. In a reactor, the neutrons are carefully controlled to ensure that, on average, each fission results in only one additional fission.

Nuclear fuel cycles. A once‐ through cycle is in black; additional steps in a reprocessing cycle are in gray. On‐site storage involves pools of water for short‐term storage of fresh, highly radioactive waste, followed by longer‐term dry cask storage.

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A hill‐and‐valley analogy for fusion. It takes substantial energy to get the ball up the hill, but a lot more is released when it drops into the valley.

The deuterium–tritium fusion reaction of Equation 7.3 produces a helium nucleus (He‐4), a neutron, and energy.

http://www.nei.org/Knowledge‐Center/How‐Nuclear‐Reactors‐Work

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http://www.pbslearningmedia.org/resource/b373c10f‐ddae‐42b0‐93fc‐ca5ed821f38a/whats‐next‐for‐nuclear/

http://science.kqed.org/quest/video/whats‐next‐for‐nuclear/

http://www.ted.com/talks/taylor_wilson_my_radical_plan_for_small_nuclear_fission_reactors.html

Class Review:Fossil Fuels:

CoalGasOilNuclear Energy

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