۹ انرژی که بقای بشر به آنها وابسته است

یک پزشک: همه ی ما این را به خوبی می دانیم که ذخیره ی انرژی های طبیعی بر روی کره زمین در حال تمام شدن است و منابعی که انسان ها تا به امروز از آنها استفاده کرده اند دیر یا زود به اتمام خواهند رسید. تنها راه نجات برای نسل های آینده و بقای بشریت استفاده از انرژی های تجدیدپذیر است. در این بخش می خواهیم ۹ منبع انرژی مهم که خاصیت تجدیدپذیری دارند را به شما معرفی کنیم.

انرژی جزر و مد


انرژی جزر و مد شکلی از انرژی آبی است که از تبدیل انرژی جزر و مد به اشکال مفید انرژی - عمدتاً نیروی برق - به دست می‌آید. گرچه هنوز استفاده فراگیر نیافته اما انرژی جزر و مد می‌تواند منبع مناسبی برای تولید برق در آینده باشد. جزر و مد بهتر از انرژی باد و انرژی خورشیدی قابل پیش بینی است. در میان منابع انرژی تجدید پذیر، استفاده از انرژی جزر و مد همیشه با مشکل هزینه بالا و محدودیت در مکانهای با کشند شدید یا سرعت بالای جریان آب روبرو بوده است. با وجود این، بسیاری از پیشرفتهای اخیر هم در طراحی (مانند نیروگاه کشند دینامیکی، تالابهای کشندی) و هم در تکنولوژی توربین (مانند توربین‌های جدید محوری و کراس فلو) نشان می‌دهد که کل برق کشندی موجود ممکن است از آنچه تا پیش از این فرض می‌شد بسیار بیشتر باشد و ممکن است هزینه‌های اقتصادی و زیست محیطی به سطح قابل رقابتی کاهش یابد.

اولین نمونه تجاری ساخته شده از آن در ایرلند است. از نظر تاریخی آسیاب‌هایی که از انرژی کشندی بهره می‌گرفتند هم در اروپا وجود داشته‌اند و هم در سواحل شرقی آمریکای شمالی. آب ورودی در استخرهای بزرگی ذخیره می‌شدند و در هنگام فروکش کردن مد چرخ‌های آبی را به چرخش در می‌آوردند که از این نیروی مکانیکی برای آرد کردن غلات استفاده می‌کردند. تاریخ اولین آنها به قرون وسطی و حتی به روم باستان بر می‌گردد. تنها در قرن نوزدهم بود که فرایند استفاده از آب‌های ریزان و توربین‌های چرخان برای تولید الکتریسیته در آمریکا و اروپا معرفی شد. نیروگاه کشندی رانس اولین نیروگاه کشندی در مقیاس بزرگ است که در سال ۱۹۶۶ مورد بهره‌برداری قرار گرفت.

انرژی خورشیدی


انرژی خورشیدی به تبدیل نور خورشید به الکتریسیته، به صورت مستقیم و با استفاده از سامانه فتوولتاییک و یا غیرمستقیم، با استفاده از توان خورشیدی متمرکز، گفته می‌شود. سامانه‌های توان خورشیدی متمرکز، از عدسی و آینه و سامانه‌های ردیاب، برای متمرکز کردن نور خورشید استفاده می‌کنند. همچنین سامانه‌های فتوولتاییک، با استفاده از اثر فوتوالکتریک، نور را به جریان الکتریکی تبدیل می‌کنند. نیروگاه‌های توان خورشیدی متمرکز، در دهه ۱۹۸۰ ایجاد شدند. بزرگ‌ترین نیروگاه خورشیدی جهان، با توان ۳۵۴ مگاوات در بیابان موهاوی قراردارد. نمونه‌هایی از استفاده از توان خورشیدی در ایران، نیروگاه خورشیدی یزد و نیروگاه خورشیدی شیراز هستند.

سی ان جی


گاز طبیعی فشرده یا سی‌ان‌جی سوختی است که عمدتا به عنوان جایگزینی برای بنزین، گازوئیل و گاز مایع به کار می‌رود. سی‌ان‌جی نسبت به هر سه اینها آلودگی کمتری ایحاد می‌کند. همچنین ایمنی بیشتری در هنگام نشت دارد چون گاز از هوا سبکتر است و به سرعت پراکنده می‌شود.

سی‌ان‌جی با فشرده‌سازی گاز طبیعی ایجاد می‌شود به گونه‌ای که حجمی که اشغال می‌کند کمتر از یک درصد حجمی است که گاز طبیعی در شرایط عادی اشغال می‌کند. گاز طبیعی عمدتا از متان تشکیل می‌شود و از چاه‌های گاز طبیعی، چاه‌های نفتی و فراوری زباله‌ها تولید می‌شود.

سی‌ان‌جی هم در خودروهای بنزین‌سوز که موتور آنها برای استفاده از سی‌ان‌جی اصلاح شده و هم در خودروهایی که با موتور اختصاصا سی‌ان‌جی سوز ساخته شده‌اند، استفاده می‌شود. در سال ۲۰۱۳ بیش از ۱۸ میلیون خودرو سی‌ان‌جی فعال بوده‌اند. ایران بزرگترین ناوگان خودروهای سی‌ان‌جی سوز را با ۳.۵ میلیون در اختیار داشته‌است. پاکستان و آرژانتین با بیش از دو میلیون و برزیل، چین و هند با بیش از یک و نیم میلیون خودروی سی‌ان جی‌سوز در رتبه‌های بعد قرار دارند.

از مزایای استفاده از گاز طبیعی در مقایسه با بنزین می‌توان به آلایندگی کمتر، عدد اکتان بالا (۱۳۰)، افزایش راندمان ۱۵ درصدی و در کشوری چون ایران فراوانی و قیمت مناسب نام برد.

الکتریسیته زمین گرمایی


تاریخ اولین استفاده از انرژی زمین گرمایی به شاهزاده پیرو گینوری کونتی در ایتالیا بازمی‌گردد. در سال ۱۹۰۴ میلادی برای اولین بار استفاده تجاری از انرژی زمین گرمایی به عنوان یک منبع تولید برق در ایتالیا شروع شد و سپس در سال ۱۹۵۸ نیروگاه زمین‌گرمایی وایراکی در نیوزیلند و در دهه ۱۹۶۰ نیروگاهی در منطقه آتشفشانی آبفشان‌ها در ایالت کالیفرنیای آمریکا ساخته شد که امروزه بزرگترین نیروگاه زمین گرمایی به شمار می‌رود. تا سال ۲۰۰۸ انرژی زمین گرمایی سهمی کمتر از یک درصد از تولید کل انرژی الکتریکی جهان را به خود اختصاص داده.

تولید انرژی زمین‌گرمایی به علت میزان بسیار اندک استخراج انرژی گرمایی در مقایسه با حرارت درونی کره زمین انرژیی پایایی در نظر گرفته می‌شود. شدت انتشار گازهای گلخانه‌ای در نیروگاه‌های زمین‌گرمایی موجود به طور متوسط ۱۲۲ کیلوگرم کربن دی‌اکسید (CO۲) به ازای هر مگاوات ساعت انرژی الکتریکی است که حدود یک هشتم یک نیروگاه با سوخت زغالی معمولی است.

نیروی برق آبی


بیشتر نیروگاه‌های برق-آبی انرژی مورد نیاز خود را از انرژی پتانسیل آب پشت یک سد تامین می‌کنند. در این حالت انرژی تولیدی از آب به حجم آب پشت سد و اختلاف ارتفاع بین منبع و محل خروج آب سد وابسته‌است. به این اختلاف ارتفاع، ارتفاع فشاری می‌گویند و آن را با H (مخفف Head) نمایش می‌دهند. در واقع میزان انرژی پتانسیل آب با ارتفاع فشاری آن متناسب است. برای افزایش فاصله یا ارتفاع فشاری، آب معمولاً برای رسیدن به توربین آبی فاصله زیادی را در یک لوله بزرگ طی می‌کند.

برخی نیروگاه‌های آبی که تعداد آنها زیاد هم نیست از انرژی جنبشی آب جاری استفاده می‌کنند. در این دسته از نیروگاه‌ها نیازی به احداث سد نیست. توربین این نیروگاه‌ها شبیه یک چرخ آبی عمل می‌کند. این نوع استفاده از انرژی شاخه نسبتاً جدیدی از علم جنبش مایعات است.

انرژی اتمی


در هر اتمی، ذراتی از انرژی نهفته که اجزای مختلف اتم نیز به وسیلهٔ همان بهم پیوند یافته است لذا هسته اتم منبعی از انرژی بشمار می‌رود که با شکافت اتم این انرژی رها می‌شود. انرژی نهفته در هسته اتم‌های برخی از عناصر (مانند اورانیوم) می‌تواند با آزاد شدن، همان کاری را بکند که سوزاندن مقدار زیادی نفت و گاز انجام می‌دهد که البته سوزاندن نفت و گاز، مشکلات زیست محیطی ایجاد کرده و مقدار زیادی گاز گلخانه‌ای تولید می‌کند. همراه سایر منابع انرژی پایدار، انرژی هسته‌ای، روش تولید انرژی کم‌کربن برای ایجاد الکتریسیته است که در مقایسه با انتشار گازهای گلخانه‌ای در هر واحد از انرژی تولید شده، شبیه سایر منابع تجدید پذیر است. بدین ترتیب، از زمان آغاز تجاری سازی نیروگاه‌های هسته‌ای در دههٔ ۱۹۷۰، از تولید ۶۴ گیگاتن کربن دی اکسید جلوگیری شده است.

همانطور که اکثر نیروگاههای حرارتی با مهار انرژی حرارتی آزاد شده از سوخت‌های فسیلی برق تولید می کنند، نیروگاه‌های انرژی هسته‌ای نیز انرژی آزاد شده از هسته ی اتم ها در فرایند شکافت هسته‌ای درون رآکتور هسته‌ای را مورد استفاده قرار می دهند. گرمای هسته ی رآکتور، به وسیله ی یک سیستم سرمایشی دفع می شود و با استفاده از این گرما، توربین بخار متصل به ژنراتور، به منظور تولید الکتریسیته به حرکت در می آید.

انرژی موج


انرژی موج در اقیانوس باز بر اثر عمل باد روی سطح اقیانوس تولید می‌شوند. کل انرژی موج توزیع شده در زمین در حدود ۲٫۵×۱۰۶ MW تخمین زده می‌شود که در حدود انرژی کلی توزیعی جزر و مد است. انرژی موج منبع تجدید شونده است و معمولاً نسبت به انرژی باد بیشتر قابل تولید است. انرژیی که از امواج استخراج می‌شود، دوباره به سرعت توسط برهمکنش با دو سطح اقیانوس پر می‌شود. انرژی موج نامنظم، نوسانی و دارای فرکانس پائین است که قبل از اضافه شدن به شبکه باید یه فرکانس ۶۰ هرتز تبدیل شود.

انرژی باد


انرژی بادی در مقادیر زیاد در مزارع بادی تولید و به شبکه الکتریکی متصل می‌شود. از توربین‌ها در تعداد کم معمولاً فقط برای تامین برق در مناطق دور افتاده استفاده می‌شود. باد یکی از شاخصه‌های اصلی انرژی خورشیدی و هوای متحرک است و جزء کوچکی از خورشید که از تابش خورشید که از خارج به اتمسفر می‌رسد به انرژی بادتبدیل می‌شود اما از جمله دلایل تمایل کشورها برای افزایش ظرفیت تولید برق بادی مزایای بسیار زیاد این روش تولید انرژی الکتریکی است چراکه انرژی بادی فراوان، تجدیدپذیر و پاک است، در همه جای دنیا وجود دارد و همچنین در مقایسه با استفاده از انرژی سوخت‌های فسیلی میزان کمتری گاز گلخانه‌ای منتشر می‌کند.

قدیمی‌ترین روش استفاده از انرژی باد، به ایران باستان باز می‌گردد. برای نخستین بار، ایرانیان موفق شدند با استفاده از نیروی باد، دلو (دولاب) یا چرخ چاه را به گردش درآورده و از چاه‌های آب خود، آب را به سطح مزارع برسانند. احتمالاً نخستین ماشین بادی توسط ایرانیان باستان ساخته شده است و یونانیان برای خرد کردن دانه‌ها و مصریها، رومی‌ها و چینی‌ها برای قایقرانی و آبیاری از انرژی باد استفاده کرده‌اند.

در قرن ۱۳ این فناوری توسط سربازان صلیبی به اروپا برده شد و هلندیها فعالیت زیادی در توسعه دستگاههای بادی داشتند، به طوری که در اواسط قرن نوزدهم در حدود ۹ هزار ماشین بادی به منظورهای گوناگون مورد استفاده قرار می‌گرفته است.

زیست توده


زیست توده یا بیوماس یک منبع تجدید پذیر انرژی است که از مواد زیستی به دست می‌آید.بطورکلی کلیه زباله هایی که منشاء زیستی داشته باشند و از تکثیر سلولی پدید آمده باشند بیوماس نامیده می شوند. منابع بیوماسی که برای تولید انرژی مناسب هستند، طیف وسیعی از مواد را شامل می شوند که بطور عمده به شش گروه تقسیم بندی می گردند: ۱-جنگل ها و ضایعات جنگلی,۲- محصولات و ضایعات کشاورزی، باغداری و صنایع غذایی ۳- فضولات دامی ۴- فاضلابهای شهری ۵- فاضلابها، پسماندها و زائدات آلی صنعتی ۶- ضایعات جامد.

زیست توده شامل زباله‌های زیستی قابل سوزاندن هم می‌شود، اما شامل مواد زیستی مانند سوخت فسیلی که طی فرایندهای زمین شناسی تغییر شکل یافته‌اند، مانند ذغال سنگ یا نفت نمی‌شود.