Het energievraagstuk verwijst naar het probleem dat - vooral - de rijke landen steeds meer elektriciteit en warmte willen produceren terwijl de voorraad fossiele brandstoffen (kolen, gas en aardolie) steeds kleiner wordt. Vooral de opkomende economische mogendheid China heeft ook een groot aandeel in de wereldwijde toename van de vraag naar energie. Bovendien draagt het gebruik van fossiele brandstoffen bij aan de luchtvervuiling en aan het versterkte broeikaseffect. Er wordt dus naarstig gezocht naar alternatieve, liefst duurzame energiebronnen, waarover veel maatschappelijke discussie is. Waterkracht is een relatief weinig omstreden energiebron, die in bergachtige gebieden op aarde al eeuwen wordt toegepast. De aanleg van stuwmeren kan echter wel leiden tot spanningen met de plaatselijke bevolking die, door de overheid gedwongen, moet verhuizen. Getijdenenergie is slechts enigszins rendabel op plaatsen waar de zeekust een geschikte vorm heeft en verstoort de natuurlijke getijdebeweging, wat invloed heeft op het milieu. Zonne-energie en windenergie zijn in principe onuitputtelijk, maar voorlopig nog niet voldoende om een volwaardig alternatief voor fossiele brandstoffen te vormen. Kernenergie die gewonnen wordt door kernsplijting kan in principe veel meer energie leveren, maar daaraan kleven bezwaren van het radio-actieve afval, de potentieel grote rampen bij ongelukken in kerncentrales (al is de kans daarop klein) en het in de hand werken van de proliferatie van kernwapens. Op de lange termijn ligt beheerste kernfusie in het verschiet als betrekkelijk schone, veilige en vrijwel onuitputtelijke energiebron, maar na tientallen jaren van onderzoek zijn de technische problemen nog lang niet opgelost.
In een kerncentrale maakt men gebruik van de 'brandstof' uranium (vaak aangevuld met plutonium, hetzij gevormd in de reactor zelf door uranium-238, hetzij in de vorm van MOX-brandstof waarin plutonium is gerecycleerd) om warmte te genereren. Hiermee produceert men stoom om via een turbine een elektrische generator aan te drijven. Bij het splijten van uranium komt een grote hoeveelheid warmte vrij. Dit splijtingsproces vindt plaats in de kernreactor van de centrale. Voor het splijtingsproces in een kernreactor wordt meestal een specifieke isotoop van uranium gebruikt: uranium-235. In natuurlijk uranium zit gemiddeld 0,7% van dit uranium-235. De meeste kernreactoren hebben uranium nodig waarin minstens drie procent uranium-235 aanwezig is. De tussenstap die hiervoor nodig is, heet verrijking. Het is ook mogelijk om uranium-238, plutonium of thorium te splijten.
Het verrijkte uranium, waarin veelal nog meer dan 95 procent uranium-238 zit, komt in dichtgelaste staven in de reactor. Dit zijn de zogenoemde splijtstofstaven. De atoomkern van uranium-235 kan gemakkelijk worden gespleten wanneer het een neutron absorbeert. Het atoom valt uit elkaar in brokstukken (splijtingsproducten) en zendt daarbij ook neutronen uit. De neutronen kunnen bij een ander atoom uranium-235 een nieuwe kernsplijting veroorzaken. Daarbij ontstaan opnieuw warmte en enkele neutronen, die elk weer een nieuw atoom kunnen raken. Zo ontstaat een kettingreactie. Alle splijtingen samen zorgen ervoor dat een kerncentrale kan draaien.
De term 'thermische' centrale of 'thermische' reactor slaat niet op het feit dat elektriciteit uit warmte wordt geproduceerd, maar op de thermische neutronen. Deze term impliceert dat de neutronen in de reactor worden afgeremd totdat ze kunnen worden opgevangen door de U-235 atoomkernen in de brandstofstaven. Dit afremmen gebeurt door een zogenaamde moderator. Een moderator is bij voorkeur een stof die bestaat uit lichte atomen, zoals water, zwaar water of koolstof (grafiet). Doordat de neutronen tegen deze lichte atomen botsen, remmen ze af van ongeveer 10% van de lichtsnelheid tot een paar kilometer per seconde. Deze 'langzame' neutronen hebben een snelheidsverdeling die meer lijkt op de 'thermische' Maxwellverdeling. De U-235 atoomkernen kunnen de snelle neutronen niet opvangen; de langzame worden wel opgevangen, en zorgen dat de U-235 atomen splijten. Een thermische reactor draait dus voornamelijk op direct splijtbare atomen als brandstof. Om ook U-238 (efficiënt) als brandstof te gebruiken is een 'snelle' reactor nodig, waarbij de snelle neutronen worden ingevangen in het U-238 om de eveneens splijtbare isotoop plutonium-239 te vormen.
Voordelen;De bouw van stuwdammen heeft een aantal potentiële voordelen. Ten eerste kan men door de aanleg van een dam de stroming in de rivier verminderen en deze beter bevaarbaar maken, mits er ook een stelsel van sluizen aangelegd wordt. Het rivierwater kan gebruikt worden voor waterproductie, voor irrigatie of voor de opwekking van waterkracht. Het ontstane stuwmeer kan biologisch gezien een aanwinst zijn door nieuwe biotopen en natuurschoon te creëren.
En nu de nadeelen;
De aanleg van een stuwdam kan dus de mens tot groot nut dienen maar er is ook een aantal potentiële nadelen. Een deel van het boven de stuwdam gelegen droge land komt onder water te staan, met verlies van landbouwgrond of bebouwd areaal ten gevolge. Bewoners moeten worden herhuisvest [1], natuur- en cultuurmonumenten verdwijnen onder water.
Daarnaast verandert de rivier van karakter; de stroom, die tot dan toe sterk seizoensgebonden fluctueerde zal meestal gelijkmatiger worden. Sediment dat wordt aangevoerd zal voor de stuwdam bezinken en het stuwmeer opvullen, en de overstromingen die het land stroomafwaarts van de stuwdam vruchtbaar hielden, blijven uit (bijv. de Aswandam in de Nijl). Vis die zich boven de plaats van de stuwdam placht voort te planten, kan de paaiplaatsen niet meer bereiken. Een goed voorbeeld is het geval van de Europese zalm, een anadrome vis die een groot deel van zijn leven in de open oceaan verblijft, maar om te paren hetzelfde bronstroompje van dezelfde rivier opzoekt waar hij ooit zelf uit het ei gekropen is. Deze levenskringloop kan danig verstoord worden door de aanwezigheid van een stuwdam. Vaak worden er vistrappen ingebouwd om dit effect tegen te gaan. Als er te veel water aan het stuwmeer wordt onttrokken voor irrigatiedoeleinden kan het debiet van de rivier zoveel kleiner worden dat stroomafwaarts moeilijkheden met de watervoorziening voor irrigatie en drinkwater ontstaan. Stuwdammen geven daarom soms aanleiding tot internationale wrijving.
Een gevolg van de wet van behoud van energie is dat het niet mogelijk is om een experiment uit te voeren dat vanzelf energie genereert; het is dus niet mogelijk dat een apparaat vanzelf gaat draaien en blijft draaien zonder dat van buitenaf energie wordt toegevoerd. Er is door de eeuwen heen (en nog steeds!) heel vaak zo'n perpetuum mobile (letterlijk: een eeuwig beweeglijk iets) "uitgevonden", maar bij allemaal bleek er uiteindelijk toch energie van buiten aan te pas te komen.
Hoe zorgvuldig een machine ook wordt ontworpen, het is onvermijdelijk dat een deel van de beweging wordt omgezet in warmte door wrijving. In de ruimte is geen luchtwrijving, maar dan nog heeft de machine wrijving tussen zijn eigen onderdelen. Om van warmte weer arbeid te maken is wel mogelijk - denk aan een stoommachine - maar dat soort "warmtemotoren" heeft nooit 100% rendement, en het lukt dus nooit alle warmte weer terug te brengen naar arbeid. Volgens de Tweede wet van de thermodynamica kun je met zo'n warmtemotor arbeid verrichten door warmte naar een reservoir met een lagere temperatuur te laten stromen. Om àlle warmte weer in arbeid om te zetten moet dat reservoir een temperatuur van 0 k hebben, en houden. Maar in een gesloten systeem blijft dat reservoir niet zo koud: de temperatuur in het systeem wordt uiteindelijk overal gelijk en de machine komt tot stilstand.
De energie van een systeem is de totale hoeveelheid arbeid die moet worden verricht om vanaf een grondtoestand tot de huidige situatie te komen. Bijvoorbeeld hoeveel arbeid het kost om een zwaar voorwerp vanaf de grond op een tafel te zetten, of de hoeveelheid arbeid om een spiraalveer die eerst ontspannen was een bepaalde afstand in te drukken.
De totale energie van een systeem is de som van alle vormen van energie die op verschillende manieren zijn opgeslagen. Energie is een toestandfunctie dat wil zeggen: de hoeveelheid energie is onafhankelijk van de voorgeschiedenis. Het maakt bijvoorbeeld niet uit of een veer eerst is ingedrukt, toen op de tafel is gehesen of andersom.
Als het systeem niet wordt tegengehouden, zal het altijd proberen de hoeveelheid vrije energie zo klein mogelijk te maken: de veer rolt van tafel af en ontspant weer. Als een systeem zich in zo'n
