כל המרות האנרגיה למיניהן, נשלטות על ידי חוקי טבע בסיסיים.
מדע התרמודינמיקה (Thermodynamics) ניסח מספר חוקים בסיסיים:
- החוק הראשון של התרמודינמיקה נראה מעודד, ומבטיח לכאורה שלא יכול להיות "משבר אנרגיה". חוק זה נקרא חוק שימור האנרגיה, והוא קובע כי:
"אנרגיה אינה יכולה להיעלם או להיווצר".
אם כך מה הבעיה? על פי חוק זה נראה שלעולם לא תיגמר לאנושות האנרגיה הקיימת.
החוק השני של התרמודינמיקה הוא המגביל אותנו, ונתייחס אליו כאל "מס" שעלינו לשלם עבור המרות אנרגיה ויצירת חום בלתי מנוצל במהלך ההמרות.
החוק קובע:
"בכל המרת אנרגיה, מצורה אחת לאחרת, חלק מהאנרגיה הופך להיות בלתי ניתן לניצול".
חלק מהאנרגיה הופך לחום, ואנרגיית חום לא ניתן להמיר לאנרגיה מסוג אחר במלואה. בכל המרה של אנרגיית חום יש כאילו לשלם "מס חום", כלומר אנרגיית חום דולפת מהמערכת ומחממת את הסביבה.
- החוק השני של התרמודינמיקה, הוא הסיבה לקיום "משבר מקורות האנרגיה הזמינה".
תהליכים הכוללים אנרגיית חום הם "בלתי הפיכים", כלומר יכולים להתקיים רק בכיוון אחד.
את כל צורות האנרגיה האחרות ניתן להפוך לאנרגיית חום, אך לא ניתן להפוך במלואה את אנרגיית החום חזרה לסוגי האנרגיה האחרים.
