منبع انرژی جایگزین سوخت‌ های فسیلی

در چنین شرایطی جهان به منابع انرژی جایگزینی نیاز دارد که پایدار و قدرتمند باشند. ما درحال‌حاضر از منابعی مانند سلول‌های خورشیدی، نیروی باد و دیگر انرژی‌های تجدیدپذیر برخورداریم اما از تمام ظرفیت این منابع استفاده نمی‌کنیم.

خوشبختانه در آینده منابع انرژی دست‌نخورده، فرصت‌های زیادی برای ما ایجاد خواهند کرد که می‌توانند چهره جهان را تغییر دهند.

انرژی جلبک

جلبک‌ها یک منبع انرژی غیرقابل تصور اما بسیار جالب در جهان هستند. لایه سبزرنگی که در استخرها و آکواریوم‌ها ایجاد می‌شود، ظرفیت قابل‌توجهی برای ایجاد سوخت زیستی دارد.

چنانکه سلول‌های فتوولتائیک قادر به تولید انرژی با استفاده از نور خورشید هستند، سلول‌های فتوولتائیک زیستی مانند گیاهان انرژی تولید می‌کنند. در این سلول‌ها فتوسنتز اتفاق می‌افتد و به آنها این امکان را می‌دهد که نور خورشید را به الکتریسیته تبدیل کنند.

تنها چیزی که برای رخ‌دادن این اتفاق مورد نیاز است سلول‌های گیاهی است که به آسانی می‌توان آنها را به شکل جلبک پرورش داد. جلبک‌ها هنگام فتوسنتز در معرض نور خورشید، الکترون تولید می‌کنند.

این الکترون‌ها می‌توانند بلافاصله پس از تشکیل‌ روی سلول‌های فتوولتائیک زیستی به‌صورت الکتریسیته مانا مورد استفاده قرار بگیرند. در‌ واقع جلبک مانند یک باتری کوچک کامل و مستقل عمل می‌کند.

بهره‌وری این انرژی به‌خوبی انرژی خورشیدی نیست‌ اما می‌تواند در مناطق روستایی و کشورهای توسعه نیافته که به شبکه‌های برق مدرن دسترسی ندارند، بسیار مفید باشد. بر‌خلاف بسیاری از منابع انرژی، فرآیند تولید انرژی با جلبک‌ها نه‌تنها سوخت قابل‌اعتماد و پاکی تولید می‌کند، بلکه به تمیز‌کردن محیط نیز کمک می‌کند.

بازیافت ضایعات هسته‌ ای

70‌سال است که درمورد انرژی هسته‌ای بحث و جدل وجود دارد. این نوع انرژی برق فراوانی تولید می‌کند، با این حال اگر اشتباهی صورت بگیرد فاجعه به‌بار می‌آید‌ اما جدا از فاجعه‌های گاه‌و‌بیگاه‌ درصورتی که همه‌چیز خوب پیش برود هم انرژی هسته‌ای مشکلاتی دارد.

مثلا فرآیند شکافت هسته‌ای، زباله‌های هسته‌ای فوق‌العاده خطرناکی تولید می‌کند. بیشتر زباله‌هایی که نمی‌توانند به نحوی مورد‌استفاده قرار بگیرند‌ در محفظه‌های مهر و موم‌شده قرار‌داده می‌شوند تا به مکان‌های ذخیره‌سازی منتقل شوند.

کوه‌های توخالی یا معادن سنگ نمک، خاک رس یا گرانیت اغلب به‌عنوان مکان‌های ذخیره این زباله‌ها در نظر گرفته می‌شوند. این مکان‌ها می‌توانند برای یک میلیون سال این زباله‌ها را در خود نگه‌دارند.

بسیاری از زباله‌های هسته‌ای بین 1000تا10هزار سال رادیواکتیو باقی می‌مانند. از آنجا که زباله‌های هسته‌ای رادیواکتیو هستند هنوز ظرفیت بالقوه‌ای برای تولید انرژی دارند و این انرژی قابل مهار است. فرآیند بازیافت هسته‌ای به دنبال آن است که ضایعات تولید‌شده در یک رآکتور را در رآکتور دیگر مورد استفاده قرار دهد.

رآکتورهای هسته‌ای به‌طرز عجیبی در استخراج انرژی ناکارآمد هستند. زباله‌های هسته‌ای تولید‌شده در این رآکتورها می‌توانند کل انرژی مورد‌نیاز شبکه برق کشوری مثل آمریکا را به مدت یک قرن تامین کنند. افزون بر این‌ هنگامی که به بازیافت زباله‌ها برای استخراج نیرو ادامه داده شود، زباله‌های نهایی که دیگر قابل بازیافت نیستند، بسیار بیشتر از تشعشعات تخلیه‌شده و به جای هزاران سال، صدها سال دیگر به حالت بی‌ضرر تبدیل می‌شوند.

باد فراساحلی

نکته مهم در مورد باد این‌ که تقریبا همه‌جا وجود دارد. هرچه فضا بازتر باشد، مهار باد آسان‌تر است. روی سطح آب یکی از بهترین مکان‌ها برای استفاده از انرژی باد است زیرا چیزهایی مانند ساختمان‌ یا درخت‌ در مسیر آن مانع ایجاد نمی‌کنند.

مزارع بادی فراساحلی فرصتی عالی برای استفاده از یک منبع انرژی تجدیدپذیر هستند. باد فراساحلی ظرفیت تولید 120هزار گیگاوات برق را دارد. این میزان 11برابر تقاضای جهانی برای برق سال‌1419شمسی/2040میلادی است.

به عبارت دیگر، بادهای فراساحلی می‌توانند انرژی به میزان بیشتر از برق مورد نیاز کل جهان را تامین کنند.

توربین‌های دریایی حدود سه‌برابر بیشتر از توربین‌های ساخته‌شده در خشکی برق تولید می‌کنند. مشکلی که اکنون وجود دارد چگونگی تاثیرگذاری مزارع بادی بر صنعت ماهیگیری است. این صنعت نگران است که ساخت‌و‌ساز توربین‌ها، ماهی‌ها را از سواحل دور و صیادی را سخت‌تر کند. با حل این مشکلات می‌توان از مزایای بالقوه این انرژی برخوردار شد.

سوخت خورشیدی

بیشتر مردم با اصطلاح انرژی خورشیدی آشنا هستند اما سوخت خورشیدی موضوع دیگری است. بسیاری از ما با این مفهوم آشنا نیستیم. سوخت خورشیدی الکتریسیته تولید‌شده از انرژی خورشیدی نیست، بلکه نوعی سوخت مایع یا گاز است که از انرژی خورشید ساخته شده است.

از انرژی خورشیدی می‌توان برای تجزیه اتم‌های آب به‌منظور تولید سوخت هیدروژنی استفاده کرد. همچنین می‌توان این را انرژی برای تولید سوخت‌های الکلی مانند اتانول و حتی آمونیاک به کار برد. زیرساخت‌های فعلی برای تولید سوخت‌های شیمیایی می‌توانند به‌آسانی سوخت‌های خورشیدی را پشتیبانی کنند. در فرآیند تولید سوخت خورشیدی، با بهره‌گیری از نور و گرمای خورشید، پروتون عنصر سنگین‌تر کاهش داده شده و هیدروژن تولید یا دی‌اکسید‌کربن به ترکیبات آلی تبدیل می‌شود. کاتالیزگرهای نوری گوناگونی در دست طراحی و تولید هستند که این واکنش‌ها را به شکلی سازگار با محیط‌زیست ایجاد کنند.

انرژی جنبشی انسان

واقعیت این است که ما می‌توانیم از یک انسان به‌عنوان منبع انرژی استفاده کنیم. انسان‌ها در تمام طول روز درحال مصرف‌کردن انرژی هستند. اگر بخواهیم می‌توانیم از بخش بیشتر این انرژی دوباره استفاده کنیم. ما پیوسته با صرف انرژی جنبشی گرما تولید می‌کنیم. این درحالی است که می‌توان از این انرژی‌ها به نحو مؤثرتری استفاده کرد.

سال2008، محققان زانوبندی ساختند که قادر به تبدیل انرژی جنبشی به انرژی برق قابل‌استفاده در وسایل الکترونیکی شخصی بود.

این فناوری به فرد امکان می‌داد با قدم‌زدن گوشی خود را شارژ کند. شاید امروزه، فناوری‌های پوشیدنی و کاشتنی به فناوری باتری‌های سنتی متکی باشند اما در آینده‌ اگر این فناوری‌ها بتوانند با انرژی جنبشی یا گرمای بدن یا بار‌الکتریکی تولید‌شده در بدن انسان تغذیه شوند، کار بسیار آسان‌تر و کم‌هزینه‌تر ادامه خواهد یافت.

همجوشی هسته‌ ای

جهان دهه‌هاست منتظر انرژی همجوشی است. این انرژی همان چیزی است که خورشید را فعال نگه‌می‌دارد؛ بنابراین می‌تواند بسیار قابل‌اعتماد باشد.

مشکلی که وجود دارد، استحصال این انرژی برای اهداف علمی است. هرچند ثابت‌شده که شکافت هسته‌ای باوجود ضایعات زیاد و دارابودن خطرات بالقوه موفقیت‌آمیز است اما همجوشی منبع انرژی بسیار برتری است زیرا انرژی تولیدشده از آن فراوان‌تر بوده و ضایعات کمتری دارد. ایده همجوشی برای مدت طولانی موضوعی پر سروصدا بود.

آزمایش‌ها در این زمینه از دهه 1320‌شمسی/ 1940میلادی آغاز‌شده و تا امروز ادامه یافته است. موضوع این نیست که ما نمی‌توانیم یک واکنش همجوشی ایجاد کنیم، مشکل فقط ایجاد یک‌واکنش خوب است. شروع یک واکنش همجوشی به انرژی زیادی نیاز دارد و انرژی لازم برای این واکنش بیشتر از چیزی است که می‌توانیم از آن دریافت کنیم.

با این حال،عقیده بسیاری از کارشناسان بر این است که در 10تا20سال زمینه برای استفاده از این انرژی فراهم خواهد شد. سوخت واکنش‌های همجوشی یک ایزوتوپ هیدروژن ساده است که به فراوانی یافت می‌شود. برخلاف فرآیند شکافت و ضایعات هسته‌ای رادیواکتیو آن، همجوشی هلیوم می‌سازد؛ بنابراین ما در کنار انرژی بی‌پایان، بادکنک‌های فراوانی نیز خواهیم داشت! نتیجه نهایی، منبع انرژی‌ای چهار میلیون بار موثرتر از سوخت‌های فسیلی خواهد بود.

انرژی باد

امروزه انرژی باد بزرگ‌ترین منبع انرژی تجدیدپذیر در برخی کشورهاست و حتی انرژی خورشیدی را نیز پشت‌سر می‌گذارد اما این انرژی می‌تواند بسیار بهتر از این عمل کند.

باد منبعی همیشگی است و حتی خورشید هم نمی‌تواند با این ویژگی باد رقابت کند. مشکل از آسیاب‌های‌بادی زمینی است. باد در روی زمین همیشه نمی‌وزد‌ اما اگر ارتفاع به اندازه کافی بلند باشد ما باد شدیدتر و ثابت‌تری خواهیم داشت و اینجاست که توربین‌های بادی پرنده وارد عمل می‌شوند. توربین‌های بادی پرنده ساختاری مانند بادبادک دارند.

این توربین‌ها را می‌توان در ارتفاع حدود 490‌متری نصب کرد که باد بسیار قوی‌تر می‌وزد. برخی از توربین‌های پرنده می‌توانند دو برابر توربین‌های روی برج‌، برق تولید کنند.

انرژی زمین‌ گرمایی

استفاده از انرژی زمین گرمایی به معنای برداشت گرما و الکتریسیته از زمین است. هسته زمین تقریبا به اندازه خورشید گرما تولید می‌کند؛ بنابراین ظرفیت زیادی در این ناحیه وجود دارد.

انرژی زمین‌ گرمایی از انرژی خورشیدی که در طول هزاران سال در داخل زمین ذخیره‌شده و همچنین فروپاشی ایزوتوپ‌های رادیواکتیو طی سال‌های طولانی در عمق زمین منشأ می‌گیرد.

جالب است بدانید سطح زمین تا عمق ۱۰متر در فصول گرم با نور خورشید گرم می‌شود و این گرما را در فصول سرد تخلیه می‌شود. از نظر قدرت عملی، تخمین زده می‌شود 0.1درصد از گرمای اعماق زمین می‌تواند انرژی موردنیاز جهان را برای حدود دو میلیون سال تامین کند.

از انرژی زمین‌گرمایی می‌توان برای کارهایی مانند گرم‌کردن ساختمان‌های شهری و صنعتی یا تولید برق استفاده کرد. چهار روش اصلی برای استفاده از انرژی زمین‌گرمایی وجود دارد: نیروگاه زمین‌گرمایی، پمپ حرارتی زمین‌گرمایی، استفاده مستقیم و سامانه‌های تقویت‌شده زمین‌گرمایی.

این نوع انرژی در مقیاس زیاد، به شکل مطمئن و به‌عنوان یک نوع منبع تجدیدپذیر در دسترس است؛ به شرایط آب‌وهوایی وابستگی ندارد و کمترین آسیب را به محیط‌زیست وارد می‌کند. خوشبختانه توسعه فناوری امکان استفاده از این منبع را در مقیاس بسیار بزرگ و به شکل بسیار مطمئن فراهم کرده است.

انرژی جزر و مد

شکلی از انرژی آبی است که با تبدیل نیروی جزرومد به انرژی الکتریکی تولید می‌شود. حدود یک تراوات ظرفیت انرژی در جزرومد وجود دارد. کل جهان حدود 17‌تراوات انرژی در سال مصرف می‌کند؛ بنابراین انرژی جزرومد میزان قابل‌توجهی از نیاز جهانی را برطرف می‌کند.

استفاده از انرژی جزرومد همیشه با مشکل هزینه بالا و محدودیت در مکان‌های با جزرومد شدید یا سرعت بالای جریان آب روبه‌رو بوده است.

با این وجود‌ بسیاری از پیشرفت‌های فناورانه اخیر از‌جمله طراحی نیروگاه جزر‌و‌مدی دینامیکی، تالاب‌های جزرومدی و نیز پیشرفت در فناوری توربین نشان می‌دهد ظرفیت‌های انرژی جزرومدی می‌تواند از آنچه تا پیش از این فرض می‌شد، بسیار بیشتر باشد.

وقوع جزرومد بهتر از انرژی باد و انرژی خورشیدی قابل پیش‌بینی است و امکان کاهش هزینه‌های اقتصادی و زیست‌محیطی نیز وجود دارد.

انرژی خورشیدی مبتنی بر فضا

حقیقت این است که خورشید به اندازه‌ای انرژی تولید می‌کند که ما بتوانیم چند برابر تمام انرژی موردنیاز خود را تامین کنیم.

یک‌ساعت برخورد نور خورشید با زمین، انرژی مصرفی یک‌سال تمام سیاره ما را تامین می‌کند‌ اما برداشت همه این انرژی هرگز اتفاق نمی‌افتد.

قطعا با روش‌های کارآمدتر جمع‌آوری انرژی می‌توان سطح کنونی استحصال انرژی از خورشید را بهبود بخشید. راه‌حل، ممکن است ترک‌کردن زمین باشد.

به هر حال روی زمین نور خورشید فقط هنگام روز و در هوای آفتابی دما در دسترس ماست. اگر جو زمین را ترک کنیم و در جهت درست قرار بگیریم، تمام‌مدت می‌توانیم از نور خورشید استفاده کنیم.

ساخت سلول‌های خورشیدی فشرده و سبک‌وزن اکنون از نظر فناوری امکان‌پذیر است و ما با ساخت مجموعه‌ای از سلول‌های خورشیدی نسبتا کم‌هزینه که بتواند انرژی را از طریق امواج مایکروویو به زمین ارسال کند‌ فقط چند سال فاصله داریم.

مترجم: یاسمین مشرف - دانش / روزنامه جام جم

منبع: toptenz.net