معلومة

11.1: تحديات وآثار استخدام الطاقة - علم الأحياء

11.1: تحديات وآثار استخدام الطاقة - علم الأحياء


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.

تأتي الطاقة للإضاءة والتدفئة والتبريد في مبانينا وتصنيع المنتجات وتشغيل أنظمة النقل لدينا من مجموعة متنوعة من المصادر الطبيعية. تستخدم النباتات والطحالب والبكتيريا الزرقاء الطاقة الشمسية للنمو وتكوين الكتلة الحيوية التي يمكن حرقها واستخدامها من أجل الوقود الحيوي، مثل الخشب والديزل الحيوي والإيثانول الحيوي. على مدار ملايين السنين ، يمكن للكتلة الحيوية من كائنات التمثيل الضوئي أن تخلق طاقة غنية الوقود الحفري من خلال العملية الجيولوجية للدفن والتحول من خلال الحرارة والضغط.

يمكن تعريف كل نوع من أنواع الطاقة هذه على أنه قابل للتجديد أو غير متجدد. يمكن تجديد مصادر الطاقة المتجددة خلال عمر الإنسان. تشمل الأمثلة الطاقة الشمسية وطاقة الرياح وطاقة الكتلة الحيوية. الطاقة غير المتجددة محدودة ولا يمكن تجديدها في نطاق زمني بشري. تشمل الأمثلة الطاقة النووية والوقود الأحفوري ، والتي تستغرق ملايين السنين لتتشكل. جميع مصادر الطاقة لها بعض التكاليف البيئية والصحية ، ولا يتم توزيع توزيع الطاقة بالتساوي بين جميع الدول.

التحديات البيئية والصحية لاستخدام الطاقة

يمكن أن تحدث التأثيرات البيئية لاستخدام الطاقة على البشر والكوكب في أي مكان خلال دورة حياة مصدر الطاقة. تبدأ التأثيرات باستخراج المورد. يستمرون في معالجة أو تنقية أو تصنيع المصدر ؛ نقله إلى مكان توليد الطاقة ، وينتهي بالتخلص من النفايات المتولدة أثناء الاستخدام.

يمكن استخدام استخراج الوقود الأحفوري كدراسة حالة لأن استخدامه له تأثيرات كبيرة على البيئة. نظرًا لأننا نقوم بالتعدين في أعماق الجبال ، أو بعيدًا في البحر ، أو بعيدًا في الموائل البكر ، فإننا نجازف بإتلاف البيئات الهشة ، ويمكن أن تكون نتائج الحوادث أو الكوارث الطبيعية أثناء عمليات الاستخراج مدمرة. غالبًا ما يوجد الوقود الأحفوري بعيدًا عن مكان استخدامه ، لذا يجب نقله عن طريق خطوط الأنابيب أو الناقلات أو السكك الحديدية أو الشاحنات. كل هذه تمثل احتمالية وقوع حوادث وتسرب وانسكاب. عند النقل بالسكك الحديدية أو الشاحنات ، يجب إنفاق الطاقة وتوليد الملوثات. تنتج معالجة البترول والغاز والفحم أنواعًا مختلفة من الانبعاثات والنفايات ، فضلاً عن استخدام موارد المياه. ينتج عن إنتاج الطاقة في محطات توليد الطاقة الهواء والماء وانبعاثات النفايات في كثير من الأحيان. يتم تنظيم محطات الطاقة بشكل كبير في الولايات المتحدة بموجب القانون الفيدرالي وقانون الولاية بموجب قوانين الهواء النظيف والمياه النظيفة ، بينما يتم تنظيم محطات الطاقة النووية من قبل لجنة التنظيم النووية.

التحديات الجيوسياسية للوقود الأحفوري

سمح استخدام الوقود الأحفوري للكثير من سكان العالم بالوصول إلى مستوى معيشي أعلى. ومع ذلك ، فإن هذا الاعتماد على الوقود الأحفوري يؤدي إلى العديد من الآثار الهامة على المجتمع. تعتمد تقنياتنا وخدماتنا الحديثة ، مثل النقل والمواد البلاستيكية ، في نواح كثيرة على الوقود الأحفوري. إذا أصبحت الإمدادات محدودة أو مكلفة للغاية ، فإن اقتصاداتنا ستكون عرضة للخطر. إذا لم يكن لدى البلدان احتياطيات من الوقود الأحفوري خاصة بها ، فإنها تتعرض لمخاطر أكبر. أصبحت الولايات المتحدة تعتمد بشكل متزايد على النفط الأجنبي منذ عام 1970 عندما بلغ إنتاجنا النفطي ذروته. استوردت الولايات المتحدة أكثر من نصف النفط الخام والمنتجات البترولية المكررة التي استهلكناها خلال عام 2009. وجاء ما يزيد قليلاً عن نصف هذه الواردات من نصف الكرة الغربي (الشكل ( PageIndex {2} )).

المالك الرئيسي لاحتياطيات النفط هو منظمة البلدان المصدرة للبترول، (أوبك) (الشكل ( PageIndex {3} )). اعتبارًا من عام 2018 ، كان هناك 15 دولة عضو في أوبك: الجزائر وأنغولا والكونغو والإكوادور وغينيا الاستوائية والغابون وإيران والعراق والكويت وليبيا ونيجيريا وقطر والمملكة العربية السعودية والإمارات العربية المتحدة وفنزويلا. تحاول منظمة أوبك التأثير على كمية النفط المتاحة للعالم من خلال تخصيص حصة إنتاج لكل عضو باستثناء العراق ، حيث لا توجد حصة محددة له حاليًا.

الامتثال العام لهذه الحصص مختلط لأن البلدان الفردية تتخذ قرارات الإنتاج الفعلية. كل هذه الدول لديها شركة نفط وطنية ولكنها تسمح أيضًا لشركات النفط العالمية بالعمل داخل حدودها. يمكنهم تقييد كميات الإنتاج من قبل شركات النفط تلك. لذلك ، فإن دول أوبك لها تأثير كبير على مقدار الطلب العالمي الذي يتم تلبيته من قبل أوبك وخارجها. ومن الأمثلة الحديثة على ذلك ارتفاع الأسعار الذي حدث خلال عام 2011 بعد انتفاضات شعبية متعددة في الدول العربية ، بما في ذلك ليبيا.

قاد هذا الضغط الولايات المتحدة إلى تطوير سياسات من شأنها أن تقلل الاعتماد على النفط الأجنبي مثل تطوير مصادر محلية إضافية والحصول عليه من دول غير شرق أوسطية مثل كندا والمكسيك وفنزويلا ونيجيريا. ومع ذلك ، نظرًا لأن احتياطيات الوقود الأحفوري تخلق فرص عمل وتوفر أرباحًا للمستثمرين ، فإن الكثير على المحك في دولة لديها احتياطيات نفطية. قد يتم تقاسم الثروة النفطية مع سكان البلاد أو الاحتفاظ بها من قبل شركات النفط والديكتاتوريات ، كما هو الحال في نيجيريا قبل التسعينيات.


بعد دراسة هذا الفصل ، يجب أن تكون قادرًا على:

  • صف ما هي البيئة وبعض مكوناتها الرئيسية.
  • تحديد الخصائص المشتركة للعلوم الطبيعية
  • فهم عملية البحث العلمي
  • قارن الاستدلال الاستقرائي بالمنطق الاستنتاجي
  • وصف أهداف العلوم الأساسية والعلوم التطبيقية
  • تعريف علم البيئة
  • افهم سبب أهمية دراسة العلوم البيئية
  • شرح مفهوم الاستدامة وتحدياتها الاجتماعية والسياسية والثقافية
  • تقييم النقاط الرئيسية لأخلاقيات البيئة
  • صف مفهوم العدالة البيئية
  • التفريق بين الدول المتقدمة والدول النامية

11.1: تحديات وآثار استخدام الطاقة - علم الأحياء

يتم توفير جميع المقالات المنشورة بواسطة MDPI على الفور في جميع أنحاء العالم بموجب ترخيص وصول مفتوح. لا يلزم الحصول على إذن خاص لإعادة استخدام كل أو جزء من المقالة المنشورة بواسطة MDPI ، بما في ذلك الأشكال والجداول. بالنسبة للمقالات المنشورة بموجب ترخيص Creative Common CC BY ذي الوصول المفتوح ، يمكن إعادة استخدام أي جزء من المقالة دون إذن بشرط الاستشهاد بالمقال الأصلي بوضوح.

تمثل الأوراق الرئيسية أكثر الأبحاث تقدمًا مع إمكانات كبيرة للتأثير الكبير في هذا المجال. يتم تقديم الأوراق الرئيسية بناءً على دعوة فردية أو توصية من قبل المحررين العلميين وتخضع لمراجعة الأقران قبل النشر.

يمكن أن تكون ورقة الميزات إما مقالة بحثية أصلية ، أو دراسة بحثية جديدة جوهرية غالبًا ما تتضمن العديد من التقنيات أو المناهج ، أو ورقة مراجعة شاملة مع تحديثات موجزة ودقيقة عن آخر التقدم في المجال الذي يراجع بشكل منهجي التطورات الأكثر إثارة في العلم. المؤلفات. يوفر هذا النوع من الأوراق نظرة عامة على الاتجاهات المستقبلية للبحث أو التطبيقات الممكنة.

تستند مقالات اختيار المحرر على توصيات المحررين العلميين لمجلات MDPI من جميع أنحاء العالم. يختار المحررون عددًا صغيرًا من المقالات المنشورة مؤخرًا في المجلة ويعتقدون أنها ستكون مثيرة للاهتمام بشكل خاص للمؤلفين أو مهمة في هذا المجال. الهدف هو تقديم لمحة سريعة عن بعض الأعمال الأكثر إثارة المنشورة في مجالات البحث المختلفة بالمجلة.


الطاقة وتغير المناخ

المناخ العالمي آخذ في التغير وهذا يشكل مخاطر متزايدة الخطورة على النظم البيئية وصحة الإنسان والاقتصاد. يُظهر التقييم الأخير الذي أجرته المنطقة الاقتصادية الأوروبية "تغير المناخ والتأثيرات وقابلية التأثر في أوروبا 2016" أن مناطق أوروبا أيضًا تواجه بالفعل تأثيرات تغير المناخ ، بما في ذلك ارتفاع مستويات سطح البحر والطقس الأكثر قسوة والفيضانات والجفاف والعواصف.

تحدث هذه التغييرات بسبب إطلاق كميات كبيرة من غازات الدفيئة في الغلاف الجوي نتيجة للعديد من الأنشطة البشرية في جميع أنحاء العالم ، بما في ذلك ، والأهم من ذلك ، حرق الوقود الأحفوري لتوليد الكهرباء والتدفئة والنقل. يؤدي احتراق الوقود الأحفوري أيضًا إلى إطلاق ملوثات الهواء التي تضر بالبيئة وصحة الإنسان.

على الصعيد العالمي ، يمثل استخدام الطاقة إلى حد بعيد أكبر مصدر لانبعاثات غازات الاحتباس الحراري من الأنشطة البشرية. يرتبط حوالي ثلثي انبعاثات غازات الاحتباس الحراري العالمية بحرق الوقود الأحفوري للطاقة لاستخدامه في التدفئة والكهرباء والنقل والصناعة. في أوروبا أيضًا ، تعد عمليات الطاقة أكبر مصدر لانبعاثات غازات الاحتباس الحراري ، حيث إنها مسؤولة عن 78٪ من إجمالي انبعاثات الاتحاد الأوروبي في عام 2015.

إن استخدامنا وإنتاجنا للطاقة لهما تأثير هائل على المناخ والعكس صحيح بشكل متزايد. يمكن أن يغير تغير المناخ إمكانات توليد الطاقة واحتياجات الطاقة لدينا. على سبيل المثال ، تؤثر التغييرات في دورة المياه على الطاقة الكهرومائية ، وتؤدي درجات الحرارة الأكثر دفئًا إلى زيادة الطلب على الطاقة للتبريد في الصيف ، مع تقليل الطلب على التدفئة في الشتاء.

التزام عالمي وأوروبي بالعمل

توجت الجهود العالمية حتى الآن للتخفيف من تغير المناخ باتفاقية باريس في عام 2015. ومن خلال الاتفاقية ، تبنت 195 دولة أول اتفاقية عالمية بشأن المناخ تكون عالمية وملزمة قانونًا. الهدف من الاتفاقية - الحد من ارتفاع متوسط ​​درجة الحرارة العالمية إلى أقل من 2 درجة مئوية ، بينما تهدف إلى الحد من الزيادة إلى 1.5 درجة مئوية - هو هدف طموح ولا يمكن تحقيقه دون إجراء إصلاح شامل لإنتاج واستهلاك الطاقة العالمية.

لدعم أجندة المناخ العالمي ، اعتمد الاتحاد الأوروبي أهدافًا ملزمة للمناخ والطاقة لعام 2020 واقترح أهدافًا لعام 2030 كجزء من جهوده الشاملة للانتقال إلى اقتصاد منخفض الكربون وخفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري بنسبة 80-95٪ بحلول عام 2050. تتضمن المجموعة الأولى من أهداف المناخ والطاقة لعام 2020 خفضًا بنسبة 20٪ في انبعاثات غازات الاحتباس الحراري (مقارنة بمستويات عام 1990) ، وتأتي 20٪ من استهلاك الطاقة من مصادر الطاقة المتجددة وتحسين كفاءة الطاقة بنسبة 20٪. استنادًا إلى المقترحات الحالية قيد المناقشة في مؤسسات الاتحاد الأوروبي ، يدفع المعلم التالي لعام 2030 هذه الأهداف إلى خفض الانبعاثات بنسبة 40٪ ، وتأتي 27٪ من الطاقة من مصادر متجددة وتحسين كفاءة الطاقة بنسبة 27٪ (أو 30٪ مؤخرًا. المقترحة من قبل المفوضية الأوروبية) مقارنة بخط الأساس.

انخفاض في إجمالي الانبعاثات

تساهم الإجراءات التي تم تبنيها لتحقيق هذه الأهداف في الحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في أوروبا. في عام 2015 ، كانت انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في الاتحاد الأوروبي أقل بنحو 22٪ من مستواها في عام 1990. وباستثناء قطاعي النقل والتبريد ، فقد انخفضت في جميع القطاعات الرئيسية. خلال هذه الفترة ، تم تقسيم الجزء الأكبر من تخفيضات الانبعاثات بالتساوي تقريبًا بين قطاعي الصناعة وإمدادات الطاقة.

وفقًا للتقييمات الأخيرة للمنطقة الاقتصادية الأوروبية بشأن انبعاثات غازات الاحتباس الحراري والطاقة (الاتجاهات والتوقعات في أوروبا 2016) ، فإن الاتحاد الأوروبي ، بشكل جماعي ، يسير على الطريق الصحيح لتحقيق أهدافه لعام 2020. من المتوقع أن تتباطأ وتيرة التخفيضات إلى ما بعد عام 2020 وهناك حاجة إلى مزيد من الجهود لتحقيق الأهداف طويلة الأجل. على وجه الخصوص ، على الرغم من الكفاءة الأفضل في استهلاك الوقود للسيارات والاستخدام المتزايد للوقود الحيوي ، فقد ثبت أن تقليل الانبعاثات الإجمالية من النقل في الاتحاد الأوروبي أمر صعب للغاية. من المتوقع أن تساهم بعض الحلول التكنولوجية ، مثل الوقود الحيوي من الجيل الثاني واحتجاز الكربون وتخزينه ، في الجهود المناخية الشاملة ، لكن من غير الواضح ما إذا كان يمكن تنفيذها على النطاق المطلوب أم لا وتكون قابلة للتطبيق ومستدامة حقًا على المدى الطويل.

قرار تقاسم الجهد ونظام تداول الانبعاثات في الاتحاد الأوروبي

فيما يتعلق بخفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري ، فإن أحد الركائز الأساسية لجهود الاتحاد الأوروبي هو قرار مشاركة الجهود ، الذي يحدد أهدافًا سنوية ملزمة لانبعاثات غازات الاحتباس الحراري لجميع الدول الأعضاء في الاتحاد الأوروبي لعام 2020. ويغطي القرار قطاعات مثل النقل والمباني والزراعة والنفايات ، المسؤولة عن حوالي 55٪ من إجمالي انبعاثات الاتحاد الأوروبي. تم تحديد أهداف الانبعاثات الوطنية على أساس الثروة النسبية للدول الأعضاء ، مما يعني أن الدول الأكثر ثراءً مطالبة بخفض انبعاثاتها أكثر من غيرها ، بينما يُسمح لبعض البلدان بزيادة انبعاثاتها من القطاعات المشمولة. بحلول عام 2020 ، ستؤدي الأهداف الوطنية بشكل جماعي إلى خفض حوالي 10٪ من إجمالي انبعاثات الاتحاد الأوروبي من القطاعات المشمولة مقارنة بمستويات عام 2005.

يتم تنظيم 45٪ المتبقية من انبعاثات الاتحاد الأوروبي (بشكل رئيسي من محطات الطاقة والمنشآت الصناعية) بواسطة نظام تداول الانبعاثات بالاتحاد الأوروبي (EU ETS). يضع الاتحاد الأوروبي ETS حدًا أقصى للكمية الإجمالية لغازات الدفيئة التي يمكن أن تنبعث من أكثر من 11000 منشأة تستخدم الطاقة الثقيلة في 31 دولة ([1]). ويشمل أيضًا الانبعاثات الصادرة عن شركات الطيران العاملة بين هذه البلدان.

ضمن النظام ، تتلقى الشركات أو تشتري علاوات الانبعاثات ، والتي يمكنهم تداولها مع الآخرين. تفرض غرامات باهظة على الشركات التي تصدر أكثر من المخصصات. يتم تقليل الحد الأقصى على مستوى النظام بمرور الوقت بحيث ينخفض ​​إجمالي الانبعاثات. من خلال وضع قيمة نقدية على الكربون ، تخلق ETS التابعة للاتحاد الأوروبي حوافز للشركات لإيجاد أكثر تخفيضات الانبعاثات فعالية من حيث التكلفة والاستثمار في تقنيات نظيفة منخفضة الكربون.

تراقب وكالة البيئة الأوروبية التقدم المحرز في خفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري التي يغطيها الاتحاد الأوروبي ETS. وفقًا لأحدث البيانات والتقييمات ، انخفضت هذه الانبعاثات بنسبة 24٪ بين عامي 2005 و 2015 وهي بالفعل أقل من الحد الأقصى المحدد لعام 2020. وكان الدافع وراء هذا الانخفاض أساسًا هو استخدام كميات أقل من الفحم الصلب والوقود اللجنايت والمزيد من مصادر الطاقة المتجددة لتوليد الطاقة. كما انخفضت الانبعاثات من الأنشطة الصناعية الأخرى التي يغطيها الاتحاد الأوروبي ETS منذ عام 2005 ، لكنها ظلت مستقرة في السنوات الأخيرة.

اقترحت المفوضية الأوروبية مؤخرًا زيادة وتيرة التخفيضات في الانبعاثات اعتبارًا من عام 2021 فصاعدًا ، بحيث بحلول عام 2030 ، ستخفض القطاعات التي تغطيها "خدمات الاختبارات التربوية" انبعاثاتها بنسبة 43٪ مقارنة بعام 2005. على المدى الطويل ، النظر إلى ما بعد أهداف عام 2030 ، يمكن للدول الأعضاء في الاتحاد الأوروبي تحقيق تخفيضات أكبر في انبعاثات غازات الاحتباس الحراري من القطاعات التي يغطيها قرار تقاسم الجهود. وبدون جهود كبيرة تستهدف هذه القطاعات ، لن يتمكن الاتحاد الأوروبي من الوصول إلى هدفه لعام 2050 بخفض انبعاثاته إلى 80٪ دون مستويات عام 1990.

استهداف القطاعات وضمان التماسك على المدى الطويل

يتم دعم جهود الحد من الانبعاثات التي يبذلها الاتحاد الأوروبي والمرتبطة بقرار مشاركة الجهود و ETS من خلال مجموعة واسعة من السياسات والاستراتيجيات طويلة الأجل. على سبيل المثال ، يمكن أن تؤثر التغييرات في استخدام الأراضي ، مثل إزالة الغابات أو التحريج ، على تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. ولهذه الغاية ، قدمت المفوضية الأوروبية اقتراحًا تشريعيًا في يوليو 2016 لتضمين انبعاثات غازات الاحتباس الحراري وعمليات الإزالة من الغلاف الجوي الناتجة عن استخدام الأراضي وتغير استخدام الأراضي والحراجة في إطار عمل الاتحاد الأوروبي للمناخ والطاقة لعام 2030.

وبالمثل ، فإن الطلب المتزايد على النقل جعل من الصعب للغاية خفض الانبعاثات من هذا القطاع. لمعالجة هذا الأمر ، طرح الاتحاد الأوروبي حزم سياسات مختلفة للنقل ، بما في ذلك الاستراتيجية الأوروبية للتنقل منخفض الانبعاثات ومبادرات مثل أوروبا في حالة حركة. كما تم مؤخرًا تعزيز التحديات الأخرى ، مثل تعزيز كفاءة الطاقة في المباني أو الطاقة المتجددة ، من خلال حزمة شاملة تم اقتراحها في نوفمبر 2016.

يتم تضمين أهداف المناخ طويلة الأجل للاتحاد الأوروبي ودعمها من قبل أطر سياسية أوسع ، مثل استراتيجية اتحاد الطاقة ، والتي تهدف إلى ضمان اتساق السياسات على المدى الطويل. بدون رؤية سياسية واضحة والتزام سياسي قوي بمرور الوقت ، سيتردد المستثمرون والمنتجون والمستهلكون في تبني الحلول التي قد يرون أنها استثمارات محفوفة بالمخاطر.

قرارات الاستثمار تشكل المستقبل

في الأساس ، يمكن خفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري المتعلقة بالطاقة بطريقتين: عن طريق اختيار مصادر طاقة أنظف ، على سبيل المثال عن طريق استبدال الوقود الأحفوري بمصادر متجددة غير قابلة للاحتراق ، و / أو عن طريق تقليل الاستهلاك الكلي للطاقة من خلال توفير الطاقة و زيادة كفاءة الطاقة ، على سبيل المثال عن طريق تحسين العزل المنزلي أو استخدام وسائط نقل أكثر مراعاة للبيئة.

لتجنب أسوأ آثار تغير المناخ ، يجب أن يحدث هذا التبديل قريبًا جدًا ، قبل استنفاد احتياطيات الوقود الأحفوري بوقت طويل. كلما أطلقنا غازات الدفيئة في الغلاف الجوي ، قل احتمال قيامنا بالحد من الآثار الضارة لتغير المناخ.

نظرًا لإلحاح المهمة المطروحة ، يصبح السؤال بعد ذلك هو ما إذا كنا لا نزال نستثمر ونخطط للاستثمار في الطاقة القائمة على الوقود الأحفوري. يمكن أن تؤثر قرارات السياسة لدعم مصدر للطاقة على قرارات الاستثمار. وفي هذا الصدد ، كانت الإعانات والحوافز الضريبية مفيدة في تعزيز توليد الطاقة المتجددة من الطاقة الشمسية وطاقة الرياح. وينطبق هذا أيضًا على الاستثمارات في الوقود الأحفوري ، والتي لا تزال مدعومة في العديد من البلدان.

في السنوات الأخيرة ، أعلن العديد من المستثمرين قراراتهم بالتخلي عن - نقل استثماراتهم - من الأنشطة المرتبطة بالوقود الأحفوري. استندت بعض هذه الإعلانات إلى مخاوف أخلاقية ، بينما أشار البعض الآخر إلى شكوك فيما يتعلق بالحس التجاري لمثل هذه الاستثمارات عندما تم وضع حد أقصى للكمية الإجمالية لغازات الدفيئة التي يمكن إطلاقها (يشار إليها غالبًا باسم "ميزانية الكربون") الحد من ظاهرة الاحتباس الحراري إلى درجتين مئويتين بحلول نهاية القرن.

غالبًا ما يتطلب توليد الطاقة استثمارات كبيرة ، ومن المتوقع أن تظل محطة الطاقة ، بمجرد تشغيلها ، في الخدمة لعقود. يمكن للاستثمارات الحالية والمخطط لها في التقنيات التقليدية الملوثة أن تبطئ في الواقع التحول نحو مصادر الطاقة النظيفة. يمكن لقرارات الاستثمار هذه أن تغلق خيارات وموارد الطاقة لعقود ، مما يجعل من الصعب اعتماد حلول جديدة.

لتسليط الضوء على هذا النوع من المخاطر ، حللت المنطقة الاقتصادية الأوروبية محطات الطاقة الحالية والمخطط لها في أوروبا والتي تعمل بالوقود الأحفوري. يُظهر التحليل أنه إذا قمنا بإطالة عمر المحطات الحالية وبنينا محطات جديدة قائمة على الوقود الأحفوري في العقود القادمة ، فإن الاتحاد الأوروبي يخاطر بامتلاك قدرة توليد طاقة قائمة على الوقود الأحفوري أكبر بكثير مما يحتاج إليه. بعبارة أخرى ، لتحقيق أهداف الاتحاد الأوروبي المتعلقة بالمناخ ، يجب أن تظل بعض محطات الطاقة هذه في وضع الخمول.

هناك مخاطر مماثلة من الانغلاق ، على سبيل المثال في النقل ، حيث تعتمد حركتنا بشكل كبير على محرك الاحتراق الداخلي الذي يعمل بالوقود الأحفوري ، والذي يقترن بالاستثمارات المستمرة في البنية التحتية التقليدية للنقل البري. معًا ، تشكل هذه العوامل حاجزًا أمام التحول إلى وسائل نقل أكثر استدامة ، والتي تمس الحاجة إليها للتخفيف من تغير المناخ ، والحد من تلوث الهواء والضوضاء ، وفي النهاية تحسين نوعية حياة الناس.

إن معالجة معضلة الطاقة والمناخ ليس بالأمر السهل ، لكن العديد من الابتكارات الواعدة بدأت بالفعل في الظهور. يعرض تقرير حديث بعنوان `` انتقالات الاستدامة: الآن على المدى الطويل '' ، صادر عن الوكالة الاقتصادية الأوروبية والشبكة الأوروبية للمعلومات والمراقبة البيئية (Eionet) بعض الابتكارات في قطاعات متعددة لديها جميعها القدرة على تقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري المرتبطة بالطاقة. . قد يكون الحد من هدر الطعام ، والبستنة الحضرية ، وسلاسل التوريد الأفضل ، والسفر الجوي الذي يعمل بالطاقة الشمسية قطعًا صغيرة في لغز كبير ، لكنهم معًا يعرضون كيف يمكن للتقنيات والممارسات المبتكرة أن تظهر وتمهد الطريق لتغيير أوسع في الاستدامة.


الملخص

يؤدي إهدار الطعام ، خاصة عندما يكون من الممكن تجنبه ، إلى فقدان الموارد وتأثيرات بيئية كبيرة بسبب العمليات المتعددة التي تنطوي عليها دورة الحياة. تطبق هذه الدراسة طريقة تقييم دورة الحياة من القاعدة إلى القمة لتقدير الآثار البيئية للنفايات الغذائية التي يمكن تجنبها الناتجة عن أربعة قطاعات من سلسلة الإمداد الغذائي في المملكة المتحدة ، وهي المعالجة ، وتجارة الجملة والتجزئة ، والخدمات الغذائية ، والأسر. تم قياس التأثيرات لعشر فئات من التأثيرات البيئية ، من الاحترار العالمي إلى نضوب المياه ، بما في ذلك التأثيرات غير المباشرة لتغير استخدام الأراضي بسبب الطلب على الأراضي. تم قياس تأثير الاحترار العالمي لنفايات الطعام التي يمكن تجنبها بين 2000 و 3600 كجم من ثاني أكسيد الكربون2-مكافئ. ر −1. يعكس النطاق التكوينات المختلفة للنفايات في كل قطاع. كان من المساهمين البارزين في التأثير ، عبر جميع الفئات البيئية التي تم تقييمها ، تغيرات استخدام الأراضي وإنتاج الغذاء. كما قدم تحضير الطعام للأسر وقطاعات الخدمات الغذائية مساهمة مهمة في تأثيرات الاحتباس الحراري ، بينما خففت إدارة النفايات جزئيًا من الآثار الإجمالية من خلال تحقيق وفورات كبيرة عندما تم استبدال الدفن بالهضم والحرق اللاهوائي. لزيادة تحسين هذه النتائج ، يوصى بتركيز الجهود المستقبلية على توفير بيانات محسنة فيما يتعلق بتفكيك منتجات غذائية معينة داخل النفايات المختلطة ، وتأثيرات تغيير استخدام الأراضي غير المباشرة ، وحصة نفايات الطعام التي يتم طهيها. التعلم من هذه الدراسات السابقة ، نسلط الضوء على التحديات المتعلقة بالنمذجة والخيارات المنهجية. على وجه الخصوص ، يجب اختيار مجموعات بيانات إنتاج الغذاء واستخدامها بعناية لتجنب الحساب المزدوج والإفراط في تقدير الآثار النهائية.


ضمان الامتثال

نحن نستهدف أنشطة الامتثال والإنفاذ لضمان الامتثال للقوانين واللوائح ، مع التركيز على تصحيح الانتهاكات التي تنطوي على ضرر محتمل كبير على صحة الإنسان والبيئة. بالإضافة إلى التحقيقات ذاتية التوجيه ، نتلقى الآلاف من تقارير العملاء المحتملين وتقارير الحوادث المتعلقة بأنشطة النفط والغاز الطبيعي التي يمكن أن تؤثر على صحة الإنسان وجودة الهواء أو المياه. نحن نعمل مع حكومات الولايات والحكومات المحلية للاستجابة للحوادث ، وتشجيع الوقاية الدؤوبة من الحوادث ، وتوفير استجابات فعالة وسريعة عند حدوث حالات طوارئ. توفر مكاتبنا في جميع أنحاء الدولة ("المناطق" أو "المكاتب الإقليمية") التوجيه والمنح لمنظمي الولاية ، وإجراء عمليات التفتيش ، وتنفيذ إجراءات الإنفاذ ، وإصدار التصاريح وخطابات طلب المعلومات ، من أجل ضمان أن القوانين الفيدرالية الحالية متسقة وفعالة منفذ.

في مارس 2019 ، أعلنت وكالة حماية البيئة عن برنامج إفصاح طوعي للمالكين الجدد لمنشآت التنقيب عن النفط والغاز الطبيعي والمنشآت. تم تطوير البرنامج لتشجيع المالكين الجدد لهذه المرافق على المشاركة لأنه وفر يقينًا تنظيميًا وتخفيفًا واضحًا للعقوبة المدنية بما يتجاوز ما تم تقديمه بواسطة سياسات الإفصاح الذاتي الحالية لوكالة حماية البيئة. تعرف على المزيد حول سياسة تدقيق وكالة حماية البيئة. في ديسمبر 2019 ، وسعت وكالة حماية البيئة مؤقتًا برنامج التدقيق الذاتي الطوعي والإفصاح لمنشآت التنقيب عن النفط والغاز الطبيعي من خلال منح المالكين الحاليين الفرصة للعثور على انتهاكات قانون الهواء النظيف وتصحيحها والإفصاح عنها. تعرف على المزيد حول برنامج تدقيق المالك الحالي لمنشآت إنتاج النفط والغاز الطبيعي.


واجهت واحدة من كل ثلاث أسر في الولايات المتحدة تحديات في دفع فواتير الطاقة في عام 2015

أفاد ما يقرب من ثلث الأسر الأمريكية (31٪) أنهم يواجهون تحديًا في دفع فواتير الطاقة أو الحفاظ على التدفئة والتبريد المناسبين في منازلهم في عام 2015. وفقًا لأحدث النتائج من مسح استهلاك الطاقة في المنازل (RECS) الذي أجرته إدارة معلومات الطاقة ، أفادت خمس أسر عن تقليل أو التخلي عن الضروريات الأساسية مثل الغذاء والدواء لدفع فاتورة الطاقة وأفادت 14٪ أنها تلقت إشعارًا بفصل خدمة الطاقة. قد تكون الأسر المعيشية قد استخدمت أيضًا طاقة أقل مما تفضله: أفادت 11٪ من الأسر التي شملها الاستطلاع أنها حافظت على منزلها في درجة حرارة غير صحية أو غير آمنة.

استفسر RECS لعام 2015 عن هذه التحديات وغيرها ، بما في ذلك دفع فواتير الطاقة وإصلاح المعدات المكسورة في المنزل. قد تكون الأسر التي تعاني من هذه الظروف ، والتي غالبًا ما تُعتبر من مكونات انعدام الأمن المنزلي للطاقة ، تقوم بمقايضات مالية صعبة حول الاحتياجات الأساسية التي يجب تلبيتها.

سجل استبيان RECS لعام 2015 حدوث انعدام أمن الطاقة المنزلي وشدة انعدام أمن الطاقة المنزلي في عام 2015 ، مقاسة بتكرار الأحداث غير الآمنة للطاقة التي تستمر في أي مكان من بضعة أسابيع إلى معظم العام. من بين 25 مليون أسرة أبلغت عن التخلي عن الغذاء والدواء لدفع فواتير الطاقة ، واجهت 7 ملايين هذا القرار كل شهر تقريبًا. من بين 17 مليون أسرة أبلغت عن تلقي إشعار انقطاع الخدمة ، أجاب 2 مليون أن هذا يحدث كل شهر تقريبًا.

في بعض الأحيان ، قد تفقد المنازل استخدام معدات التدفئة أو تكييف الهواء بالكامل. يمكن أن يحدث هذا عندما تتعطل المعدات ولا تستطيع الأسرة تحمل تكاليف إصلاحها ، وكذلك عندما لا تستطيع الأسرة تحمل تكلفة الوقود لمعداتها. تظهر نتائج RECS لعام 2015 أن سبعة ملايين أسرة (6 ٪ من الإجمالي الوطني) عانت من عدم القدرة على استخدام معدات التدفئة في وقت ما في عام 2015 و 6 ملايين (5 ٪) عانت من فقدان تكييف الهواء. حدثت هذه المشكلات خلال عام كانت فيه النفقات الإجمالية المتعلقة بالطاقة في أدنى مستوى لها منذ أكثر من عقد.

تم العثور على اختلافات طفيفة فقط عبر المناطق الجغرافية من البلاد وبين المستجيبين في المناطق الحضرية والريفية. يشير هذا إلى أن قدرة الأسرة على تحمل تكاليف الطاقة وصيانة المعدات أكثر ارتباطًا بالسمات الهيكلية والخصائص الديموغرافية أكثر من ارتباطها بالجغرافيا والمناخات المرتبطة بها. على سبيل المثال ، الأسر التي تضم الأطفال ، الذين لديهم سكان تم تحديدهم مع مجموعة عرقية أقلية أو من أصل إسباني ، أو من ذوي الدخل المنخفض ، يعانون من انعدام أمن الطاقة بشكل أكبر. كان من المرجح أن تعيش الأسر التي تعاني من انعدام أمن الطاقة في منازل تم بناؤها قبل عام 1990.

تتوفر معلومات إضافية حول انعدام أمن الطاقة المنزلية واستخدام الطاقة في جميع المنازل في تقارير وجداول 2015 RECS وملف البيانات الجزئية للاستخدام العام.


ما تحتاج لمعرفته حول الطاقة

نقسم استخدامنا للطاقة على أربعة قطاعات اقتصادية: السكنية والتجارية والنقل والصناعية. تدفئة وتبريد منازلنا ، وإنارة مباني المكاتب ، وقيادة السيارات ونقل البضائع ، وتصنيع المنتجات التي نعتمد عليها في حياتنا اليومية ، كلها وظائف تتطلب طاقة. إذا كانت التوقعات صحيحة ، فسنظل بحاجة إلى المزيد. في الولايات المتحدة وحدها ، من المتوقع أن يرتفع استهلاك الطاقة بنسبة 7.3٪ خلال العقدين المقبلين. من المتوقع أن يزداد الاستهلاك العالمي بنسبة 40٪ خلال نفس الفترة الزمنية.

المنزل والعمل أمبير

المنزل والعمل أمبير

الاستخدام السكني والتجاري يمثل 40% من الطاقة المستهلكة في الولايات المتحدة في عام 2015.

من أين تأتي الطاقة المستهلكة في المنازل والمباني التجارية؟ ولماذا تستخدم؟ اكتشف كيف تخدمنا الطاقة أينما نعيش وأين نعمل.

مواصلات

مواصلات

28% من كل الطاقة المستهلكة في الولايات المتحدة تذهب لنقل الأشخاص والبضائع.

مع أقل من واحد على عشرين من سكان العالم و rsquos ، تعد الولايات المتحدة موطنًا لأكثر من خمس مركبات العالم و rsquos. تعرف على تأثيرات اعتمادنا على المركبات والوقود الذي نستخدمه لتشغيلها.

صناعة

صناعة

استأثرت الصناعة 32% من الطاقة المستهلكة في الولايات المتحدة في عام 2015.

تعتبر الصناعة حيوية لاقتصادنا وتتطلب حصة متزايدة من طاقتنا. اكتشف الصناعات التي تستفيد أكثر من إمدادات الطاقة لدينا والمصادر التي يعتمدون عليها لتشغيل عملياتهم.


7.1 الطاقة في الأنظمة الحية

في هذا القسم سوف تستكشف الأسئلة التالية:

  • ما هي أهمية الإلكترونات في نقل الطاقة في الأنظمة الحية؟
  • كيف تستخدم الخلية ATP كمصدر للطاقة؟

اتصال لدورات AP ®

كما تعلمنا في الفصول السابقة ، تتطلب الكائنات الحية طاقة مجانية لتشغيل عمليات الحياة مثل النمو والتكاثر والحركة والنقل النشط. يعمل ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات) كعملة للطاقة للخلايا. يسمح للخلايا بتخزين الطاقة ونقلها داخل الخلايا لتوفير الطاقة للعمليات الخلوية مثل النمو والحركة والنقل النشط. يتكون جزيء ATP من سكر الريبوز وقاعدة أدينين مع ثلاثة فوسفات مرفقة. في التحلل المائي لـ ATP ، يتم توفير الطاقة الحرة عند فصل مجموعة أو اثنتين من الفوسفات ، ويتم إنتاج إما ADP (ثنائي فوسفات الأدينوزين) أو AMP (أدينوزين أحادي الفوسفات). تُستخدم الطاقة المشتقة من استقلاب الجلوكوز لتحويل ADP إلى ATP أثناء التنفس الخلوي. بينما نستكشف التنفس الخلوي ، سنتعلم أن طريقتين يتم تجديد ATP بواسطة الخلية تسمى الفسفرة على مستوى الركيزة والفسفرة المؤكسدة.

المعلومات المقدمة والأمثلة الموضحة في القسم تدعم المفاهيم وأهداف التعلم الموضحة في Big Idea 2 و Big Idea 4 من AP ® Biology Curriculum Framework ، كما هو موضح في الجدول. توفر أهداف التعلم المدرجة في إطار المنهج الدراسي أساسًا شفافًا لدورة AP ® Biology ، وتجربة معملية قائمة على الاستفسار ، وأنشطة تعليمية ، وأسئلة اختبار AP ®. يدمج هدف التعلم المحتوى المطلوب مع واحد أو أكثر من الممارسات العلمية السبعة.

فكرة كبيرة 2 تستخدم الأنظمة البيولوجية الطاقة المجانية ولبنات البناء الجزيئية للنمو والتكاثر والحفاظ على التوازن الديناميكي.
الفهم الدائم 2 يتطلب نمو وتكاثر وصيانة الأنظمة الحية طاقة ومادّة حرة.
المعرفة الأساسية 2-أ -2 الكائنات الحية تلتقط وتخزن الطاقة المجانية لاستخدامها في العمليات البيولوجية.
ممارسة العلوم 1.4 يمكن للطالب استخدام التمثيلات والنماذج لتحليل المواقف أو حل المشكلات نوعًا وكميًا.
ممارسة العلوم 3.1 يمكن للطالب طرح أسئلة علمية.
هدف التعلم 2.4 يستطيع الطالب استخدام التمثيلات لطرح أسئلة علمية حول الآليات والميزات الهيكلية التي تسمح للكائنات الحية بالتقاط وتخزين واستخدام الطاقة المجانية.
المعرفة الأساسية 2-أ -2 الكائنات الحية تلتقط وتخزن الطاقة المجانية لاستخدامها في العمليات البيولوجية.
ممارسة العلوم 6.2 يمكن للطالب بناء تفسيرات للظواهر بناءً على الأدلة المنتجة من خلال الممارسات العلمية.
هدف التعلم 2.5 الطالب قادر على بناء تفسيرات للآليات والميزات الهيكلية للخلايا التي تسمح للكائنات الحية بالتقاط أو تخزين أو استخدام الطاقة المجانية.

تحتوي أسئلة تحدي ممارسة العلوم على أسئلة اختبار إضافية لهذا القسم والتي ستساعدك على التحضير لامتحان AP. تتناول هذه الأسئلة المعايير التالية:
[APLO 2.5] [APLO 2.16]

دعم المعلم

اسأل الطلاب عما يحدث عندما يأكلون قطعة حلوى. كيف يتم استخلاص الطاقة؟ ماذا نعني عندما نقول أن أجسامنا تحرق السكر في الطعام للحصول على الطاقة؟ كيف يتشابه التنفس الخلوي مع الاحتراق؟ كلاهما تفاعلات الأكسدة والاختزال التي تولد الطاقة من تفاعل الوقود (الجلوكوز في التنفس الخلوي) مع الأكسجين. ومع ذلك ، تحتاج أجسامنا إلى التحكم في إطلاق هذه الطاقة ، حتى تتمكن الخلايا من التقاط الطاقة الحرة الصادرة للقيام بعمل مفيد.

يتضمن إنتاج الطاقة داخل الخلية العديد من المسارات الكيميائية المنسقة. معظم هذه المسارات عبارة عن مجموعات من تفاعلات الأكسدة والاختزال. تحدث الأكسدة والاختزال جنبًا إلى جنب. يزيل تفاعل الأكسدة إلكترونًا من ذرة في مركب ، وإضافة هذا الإلكترون إلى مركب آخر هو تفاعل اختزال. نظرًا لأن الأكسدة والاختزال يحدثان معًا عادةً ، فإن هذه الأزواج من التفاعلات تسمى تفاعلات تقليل الأكسدة ، أو تفاعلات الأكسدة والاختزال.

الإلكترونات والطاقة

ينتج عن إزالة الإلكترون من الجزيء ، وأكسدته ، انخفاض في الطاقة الكامنة في المركب المؤكسد. ومع ذلك ، فإن الإلكترون (أحيانًا كجزء من ذرة الهيدروجين) لا يظل غير مرتبط في سيتوبلازم الخلية. بدلا من ذلك ، يتم إزاحة الإلكترون إلى مركب ثان ، مما يقلل من المركب الثاني. يؤدي انتقال الإلكترون من مركب إلى آخر إلى إزالة بعض الطاقة الكامنة من المركب الأول (المركب المؤكسد) وزيادة الطاقة الكامنة للمركب الثاني (المركب المختزل). يعد نقل الإلكترونات بين الجزيئات أمرًا مهمًا لأن معظم الطاقة المخزنة في الذرات والمستخدمة لتغذية وظائف الخلايا تكون في شكل إلكترونات عالية الطاقة. يسمح نقل الطاقة على شكل إلكترونات للخلية بنقل واستخدام الطاقة بطريقة تدريجية - في حزم صغيرة بدلاً من دفعة واحدة مدمرة. يركز هذا الفصل على استخراج الطاقة من الطعام ، وسوف ترى أنه أثناء تتبعك لمسار عمليات النقل ، فإنك تتعقب مسار الإلكترونات التي تتحرك عبر المسارات الأيضية.

ناقلات الإلكترون

في الأنظمة الحية ، تعمل فئة صغيرة من المركبات كمكوكات إلكترونية: تربط وتحمل إلكترونات عالية الطاقة بين المركبات في المسارات. ناقلات الإلكترون الرئيسية التي سننظر فيها مشتقة من مجموعة فيتامين ب وهي مشتقات من النيوكليوتيدات. يمكن اختزال هذه المركبات بسهولة (أي أنها تقبل الإلكترونات) أو تتأكسد (تفقد الإلكترونات). مشتق نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NAD) (الشكل 7.2) من فيتامين ب 3 ، النياسين. NAD + هو الشكل المؤكسد للجزيء NADH هو الشكل المختزل للجزيء بعد أن يقبل إلكترونين وبروتون (وهما معًا ما يعادل ذرة هيدروجين مع إلكترون إضافي).

يمكن أن يقبل NAD + الإلكترونات من جزيء عضوي وفقًا للمعادلة العامة:

عندما تضاف الإلكترونات إلى مركب ، فإنها تقل. يسمى المركب الذي يقلل من الآخر عامل الاختزال. في المعادلة أعلاه ، RH هو عامل مختزل ، ويتم تقليل NAD + إلى 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. تحقق الخلايا الحية ذلك باستخدام مركب الأدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP). غالبًا ما يُطلق على ATP اسم "عملة الطاقة" للخلية ، ومثل العملة ، يمكن استخدام هذا المركب متعدد الاستخدامات لسد أي حاجة للطاقة للخلية. كيف؟ 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 ديphosphate (ADP) the addition of a third phosphate group forms adenosine triphosphate (ATP).

The addition of a phosphate group to a molecule requires energy. مجموعات الفوسفات مشحونة سالبة وبالتالي تتنافر عندما يتم ترتيبها في سلسلة ، كما هو الحال في ADP و ATP. هذا التنافر يجعل جزيئات ADP و ATP غير مستقرة بطبيعتها. 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 (Pأنا), 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. من اين تاتي هذه الطاقة؟ 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 .

الفسفرة التأكسدية

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.

اتصال ممارسة العلوم لدورات AP®

فكر في الأمر

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

دعم المعلم

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

الاتصال الوظيفي

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.

بصفتنا مشاركًا في Amazon ، فإننا نكسب من عمليات الشراء المؤهلة.

هل تريد الاستشهاد بهذا الكتاب أو مشاركته أو تعديله؟ هذا الكتاب هو Creative Commons Attribution License 4.0 ويجب أن تنسب OpenStax.

    إذا كنت تعيد توزيع هذا الكتاب كله أو جزء منه بتنسيق طباعة ، فيجب عليك تضمين الإسناد التالي في كل صفحة مادية:

  • استخدم المعلومات أدناه لتوليد اقتباس. نوصي باستخدام أداة استشهاد مثل هذه.
    • المؤلفون: Julianne Zedalis، John Eggebrecht
    • الناشر / الموقع الإلكتروني: OpenStax
    • عنوان الكتاب: Biology for AP® Courses
    • تاريخ النشر: 8 مارس 2018
    • المكان: هيوستن ، تكساس
    • عنوان URL للكتاب: 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 كانون الثاني (يناير) 2021 OpenStax. محتوى الكتاب المدرسي الذي تنتجه OpenStax مرخص بموجب ترخيص Creative Commons Attribution License 4.0. لا يخضع اسم OpenStax وشعار OpenStax وأغلفة كتب OpenStax واسم OpenStax CNX وشعار OpenStax CNX لترخيص المشاع الإبداعي ولا يجوز إعادة إنتاجه دون الحصول على موافقة كتابية مسبقة وصريحة من جامعة رايس.


    شاهد الفيديو: استخدم القلادات والاكسسوارات في جلب البركة والوفرة طاقة جسمك (شهر نوفمبر 2022).