世界のエネルギー資源

石炭は最も豊富に存在し、最も多く燃焼されている化石燃料です。これは産業革命のきっかけとなった燃料であり、その使用量は増加し続けています。世界で最も汚染された都市を多数抱える中国^{[ 2 ]}は、 2007年には毎週約2基の石炭火力発電所を建設していました^{[ 3 ] [ 4 ]} 。石炭の豊富な埋蔵量は、地球温暖化やその他の汚染物質の問題を除けば、世界のエネルギー需要を満たす有力な候補となるでしょう^{[ 5 ] 。}

天然ガスは広く利用可能な化石燃料であり、推定可採埋蔵量は85万立方 キロメートル^、シェールガスを採掘するための高度な技術を用いれば、少なくともそれ以上の埋蔵量が見込まれます。技術の進歩と広範な探査により、シェールガス採掘法が開発され、可採天然ガス埋蔵量は大幅に増加しました。現在の消費量であれば、天然ガスは今後100年から250年間、世界のエネルギー需要の大部分を賄うことができると推定されています（消費量の増加率によって変動します）。

地球上には、推定で 57ゼタジュール(ZJ) の石油埋蔵量が存在する可能性がある (ただし、推定値は、現在確認され回収可能な埋蔵量で構成される最低 8 ZJ ^{[ 8 ]}から、最大 110 ZJ ^{[ 9 ]}まで変動する)。この埋蔵量は、利用可能ではあるが必ずしも回収可能ではない埋蔵量で構成され、オイル サンドやオイル シェールなどの非在来型資源に対する楽観的な推定値も含まれる。現在、認められている 18 の供給プロファイル推定値の間での現在のコンセンサスは、抽出のピークが 2020 年に発生し、その速度は 1 日あたり 9300 万バレル(mbd) であるというものである。現在の石油消費量は、年間 0.18 ZJ (311 億バレル) または 85 mbd である。    

石油生産のピークが近い将来に訪れ、石油価格が大幅に上昇するのではないかという懸念が高まっている。^{[ 10 ]} 2005年のフランス経済・産業・財務省の報告書では、最悪のシナリオは2013年にも起こり得ると示唆されている。^{[ 11 ]} また、世界の石油生産のピークはわずか2～3年で訪れる可能性があるという説もある。 ASPOは、ピーク年を2010年と予測している。他のいくつかの理論では、ピークは2005年にすでに発生したとしている。米国エネルギー情報局（EIA）のデータによると、世界の原油生産量（リースコンデンセートを含む）は、2005年のピークである73.720 mbdから、2006年には73.437、2007年には72.981、2008年には73.697に減少した。^{[ 12 ]}ピークオイル理論によれば、生産量の増加は将来の生産量の急速な減少につながり、生産量の減少はベル型の曲線がより長い年月にわたって広がるため、より緩やかな減少につながる。

OPECは、1バレルあたり147ドルの高値から40ドルの安値まで下落した原油価格を75ドルまで引き上げるという目標を掲げ、2009年1月1日から日量220万バレルの減産を発表した。^{[ 13 ]}

供給の安定性に関する政治的考慮、地球温暖化や持続可能性に関連する環境問題などから、世界のエネルギー消費は化石燃料から離れていくと予想されている。ピークオイルの概念は、利用可能な石油資源の約半分が既に生産されており、今後生産量が減少すると予測している。

化石燃料からの脱却を目指す政府は、炭素排出量と環境税を通じて経済的圧力を生み出す可能性が高い。京都議定書の結果として行動を起こしている国もあり、この方向へのさらなる措置が提案されている。例えば、欧州委員会は、欧州連合のエネルギー政策において、 EU全体のエネルギーミックスにおける再生可能エネルギーの割合を2007年の7%未満から2020年までに20%に引き上げる拘束力のある目標を設定することを提案している。^{[ 14 ]}

持続可能性の対極にあるのは限界を無視することであり、これは一般的にイースター島効果と呼ばれ、持続可能性を発展させることができず、結果として天然資源が枯渇するという概念である。^{[ 15 ]}現在の消費率を前提とすると、現在の石油埋蔵量は2050年までに完全に枯渇する可能性があると推定する人もいる。^{[ 16 ]}

国際原子力機関は、残存ウラン資源を2500ゼタジュール（ZJ）と推定している。^{[ 17 ]}これは、消費するよりも多くの核分裂性物質を生成できる増殖炉の使用を前提としている。IPCCは、現在確認されているワンススルー燃料サイクル原子炉の経済的に回収可能なウラン鉱床はわずか2 ZJであると推定している。最終的に回収可能なウランは、ワンススルー原子炉では17 ZJ、再処理と高速増殖炉では1000 ZJと推定されている。^{[ 18 ]} 

資源と技術は、原子力発電が21世紀のエネルギー需要を満たすのに貢献する能力を制限するものではありません。しかし、原子力安全と放射性廃棄物に関する政治的および環境的懸念が、特に数々の原子力事故により、前世紀末からこのエネルギー供給の成長を制限し始めました。核拡散（特に増殖炉で生成されるプルトニウム）への懸念から、イランやシリアなどの国による原子力発電の開発は、国際社会によって積極的に阻止されています。^{[ 19 ]}

21世紀初頭にはウランが世界的に主要な核燃料であったが、トリウムや水素などの他の核燃料は20世紀半ばから研究対象となっていた。

トリウムの埋蔵量はウランの埋蔵量を大幅に上回り、もちろん水素も豊富です。また、ウランよりも入手しやすいと多くの人が考えています。ウラン鉱山は地下に閉鎖されているため、鉱夫にとって非常に危険ですが、トリウムは露天掘りで採掘され、地殻にはウランの約3倍の量が埋蔵されていると推定されています。^{[ 20 ]}

1960年代以降、世界中の数多くの施設でトリウムが燃焼されてきた。

水素核融合によるエネルギー生産の代替手段は、1950年代から研究されてきた。燃料を点火するために必要な温度に耐えられる材料は存在しないため、材料を使用しない方法で閉じ込める必要がある。磁気閉じ込めと慣性閉じ込めが主な代替手段であり（カダラッシュ、慣性閉じ込め核融合）、どちらも21世紀初頭の注目研究テーマとなっている。

核融合は太陽や他の恒星のエネルギー源となっているプロセスです。水素またはヘリウム同位体の原子核を融合させることで大量の熱を発生させ、これらの同位体は海水から得られる可能性があります。理論的には、この熱を利用して発電することができます。核融合を維持するために必要な温度と圧力は、制御が非常に難しいプロセスです。核融合は理論的には、比較的少ない汚染で膨大な量のエネルギーを供給できます。^{[ 21 ]}米国と欧州連合は、他の国々とともに核融合研究を支援していますが（ITER施設への投資など）、ある報告書によると、不十分な研究が過去20 年間、核融合研究の進歩を停滞させています。^{[ 22 ]}

バイオマスとバイオ燃料の生産は、持続可能な燃料源への関心の高まりとともに成長産業となっています。廃棄物を利用することで、食料と燃料のトレードオフを回避でき、メタンガスを燃焼させることで温室効果ガスの排出量を削減できます。これは、メタンガスは二酸化炭素を放出しますが、二酸化炭素はメタンの23分の1の温室効果ガスだからです。バイオ燃料は化石燃料の持続可能な部分的代替物ですが、温室効果ガス排出量への正味の影響は、燃料の原料として使用される植物を栽培するために使用される農業慣行に依存します。バイオ燃料はカーボンニュートラルであると広く信じられていますが、現在の農業方法で生産されたバイオ燃料は、正味の炭素排出量が相当量であることを示す証拠があります。^{[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]}地熱とバイオマスは、地域的な枯渇を避けるために慎重な管理が必要な唯一の2つの再生可能エネルギー源です。^{[ 27 ]}

世界中で利用可能な地熱エネルギー資源の推定値は、技術や探査への想定投資額や地質構造に関する推測によって大きく異なります。1998年の研究によると、これは「高度な技術を使用」した場合、65～138 GWの発電容量に相当する可能性があります。^{[ 28 ]}他の推定値では、発電容量は35～2000 GWで、さらに140 E J /年の直接利用の可能性があります。^{[ 29 ]}

2006年にMITが発表した、強化地熱システム（EGS）の利用を考慮した報告書では、 15年間で最大10億米ドルの研究開発投資で、2050年までに米国だけで100ギガワット（GWe）以上の発電が可能になると結論付けている。 ^{[ 30 ]} MITの報告書では、世界のEGS資源の総量は13  YJ以上であり、そのうち0.2 YJ以上が抽出可能で、技術改良により2 YJ以上に増やす可能性があり、これは数千年にわたって世界のエネルギー需要をすべて賄うのに十分であると計算している。^{[ 30 ]}地球の総熱量は13,000,000 YJである。^{[ 29 ]}

2005年には、水力発電は世界の電力の16.4%を供給したが、これは1973年の21.0%から減少しており、世界のエネルギーのわずか2.2%に過ぎない。^{[ 31 ]}

再生可能エネルギー源は従来の化石燃料よりもさらに大きく、理論的には世界のエネルギー需要を容易に満たすことができます。89 PW ^{[ 32 ]}の太陽エネルギーが地球の表面に降り注いでいます。このエネルギーのすべて、あるいは大部分を捕捉することは不可能ですが、0.02% 未満を捕捉するだけで現在のエネルギー需要を満たすのに十分です。太陽光発電のさらなる発展を阻む障壁としては、太陽電池の製造コストの高さや、発電が気象パターンに依存していることが挙げられます。また、現在の太陽光発電は夜間には発電しないため、北緯と南緯の高い国々では特に問題となります。エネルギー需要は冬に最も高くなる一方、太陽エネルギーの利用可能性は最も低くなります。これは、冬の間は赤道に近い国々から電力を購入することで克服できる可能性があり、また、安価なエネルギー貯蔵の開発などの技術開発によっても対処できる可能性があります。世界的に見ると、太陽光発電は最も急速に成長しているエネルギー源であり、過去数年間で年間平均 35% の成長を遂げています。中国、ヨーロッパ、インド、日本、米国は、太陽エネルギーへの投資を拡大している主要な国々である。2014年末時点での世界の電力使用量に占める太陽光発電の割合は1%であった。^{[ 33 ]}

At the end of 2005, 0.3 GW of electricity was produced by tidal power.^[34] Due to the tidal forces created by the Moon (68%) and the Sun (32%), and Earth's relative rotation with respect to Moon and Sun, there are fluctuating tides. These tidal fluctuations result in dissipation at an average rate of about 3.7 TW.^[35]

Another physical limitation is the energy available in the tidal fluctuations of the oceans, which is about 0.6 EJ (exajoule).^[36] Note this is only a tiny fraction of the total rotational energy of Earth. Without forcing, this energy would be dissipated (at a dissipation rate of 3.7 TW) in about four semi-diurnal tide periods. So, dissipation plays a significant role in the tidal dynamics of the oceans. Therefore, this limits the available tidal energy to around 0.8 TW (20% of the dissipation rate) in order not to disturb the tidal dynamics too much.

Waves are derived from wind, which is in turn derived from solar energy, and at each conversion there is a drop of about two orders of magnitude in available energy. The total power of waves that wash against Earth's shores adds up to 3 TW.^[37]

The available wind energy estimates range from 300 TW to 870 TW.^[32][38] Using the lower estimate, just 5% of the available wind energy would supply the current worldwide energy needs. Most of this wind energy is available over the open ocean. The oceans cover 71% of the planet and wind tends to blow more strongly over open water because there are fewer obstructions.