منابع انرژی

در نوشته قبلی با عنوان انرژی واقعاً چیست؟ به چیستی انرژی و صورت‌های مختلف آن پرداختیم. در این نوشته اما به عنوان اولین منبع فارسی، منابع انرژی را به طور جامع شرح می‌دهیم.

اگرچه هر روز منابع جدیدی از انرژی کشف می‌شوند، اما هنوز به طور عمده و بهینه مورد استفاده قرار نگرفته‌اند.

به‌طور کلی همه‌ی این منابع بیشتر برای تولید برق استفاده شده و از انرژی آن‌ها به‌طور مستقیم کمتر بهره‌برداری می‌شود.

جهان بر پایه‌ی دنباله‌ای از واکنش‌های الکتریکی اداره می‌شود؛ چه استارت زدن خودروی زیر پای شما و چه خاموش کردن لامپ اتاق خواب از این قاعده مستثنی نیستند.

همه‌ی این منابع مختلف انرژی در نهایت به توان الکتریکی تبدیل شده و توسط خطوط انتقال پر‌توان به فاصله‌های دور و نزدیک فرستاده می‌شوند.

در ادامه با مروری بر ۱۰ منبع عمده و اصلی انرژی به همراه مزایا و معایب هر‌کدام، با خط مهندسی همراه باشید.

• انرژی خورشیدی

پنل‌های خورشیدی، انرژی خورشید را به شکل‌های مختلف توان قابل مصرف بهره‌برداری می‌کنند. میدان‌های بزرگی ازصفحات خورشیدی در صحرا‌ها نصب شده و می‌توانند برق ایستگاه‌های فرعی را تامین کنند.

همچنین خانه‌های بسیاری در دنیا از سیستم‌های خورشیدی برای تأمین آب داغ، تهویه منزل و تأمین برقاستفاده می‌کنند.

در ایران نیز با حمایت‌های وزارت نیرو امکان نصب صفحات خورشیدی روی سقف خانه‌ها امکان پذیر شده و مازاد برق تولید شده توسط وزارت نیرو خریداری می‌شود.

مشکل اصلی انرژی خورشیدی این است که با وجود این‌ که نور خورشید  همیشه به وفور وجود دارد، نقاط محدودی از کره زمین هستند که در همه‌ی بازه‌های زمانی سال و در ساعات مختلف روز نور خورشید را به‌طور مستقیم دریافت کنند.

انرژی خورشیدی یکی از مهم‌ترین منابع انرژی تجدید پذیر و نامحدود در جهان است.

• انرژی باد

بهره‌برداری از انرژی باد در سراسر دنیا در حال فرا‌گیر شدن است. اختراعات جدید در حوزه‌‌ی مزرعه‌های بادی به گسترش آن‌ها کمک بسیاری کرده‌اند.

همچنین با استفاده از توربین‌های بادی می‌توان انرژی باد را به چرخاندن توربین واداشت و توربین نیز با چرخاندن ژنراتور (مولد) برق تولید می‌کند.

در حالی که استفاده از توربین‌های بزرگ عالی به‌نظر می‌رسد، شواهد پیش‌بینی نشده‌ی زیست محیطیمختلفی در حال نقض کردن این رویه‌ی بهره‌برداری از انرژی باد هستند.

• انرژی زمین گرمایی

انرژی زمین گرمایی، راه‌حلی پاک و پایدار برگرفته از دل زمین است. گرما از اعماق پوسته زمین به شیوه‌های مختلفی گرفته شده و با تبخیر آب و ایجاد بخار پرفشار، درست مانند نیروگاه‌های فسیلی و هسته‌ای توربین‌های تولید برق را می‌چرخاند.

برخی از شیوه‌های گرفتن انرژی زمین گرمایی عبارتند از : منابع آب داغ ، منابع بخار خشک ، منابع تحت فشار زمین، تخته سنگ‌های خشکِ داغ و منابع ماگمایی

انرژی زمین گرمایی را می‌توان هم در پایگاه‌های مسکونی و هم در مقیاس‌های صنعتی به بهره برداری رساند و حتی استفاده از آن بسیار مقرون به‌صرفه است.

بزرگترین عیب انرژی زمین گرمایی که فقط در مناطق بسیار محدودی امکان استفاده از آن وجود دارد.

بزرگترین میدان تولید برق زمین گرمایی جهان در گایزر، کالیفرنیا، ایالات متحده‌ی آمریکا قرار دارد. که در تصویر زیر مشاهده می‌کنید. (The Geysers Geothermal Field, California, United States of America)

• انرژی هیدروژن

منبع اصلی هیدروژن یعنی آب، فراوان‌ترین ماده در پوسته‌ی زمین است. دو سوم آب از هیدروژن تشکیل شده و هنگامی که این هیدروژن استخراج شود، می‌توان از آن به عنوان سوخت و حتی برای تولید برق استفاده کرد.

هیدروژن منبعی فوق‌العاده از انرژی است که می‌تواند به عنوان سوخت در خودرو ها، کشتی‌ها، خانه‌ها، صنعت، موشک‌ها و منازل استفاده شود.
سوخت هیدروژن کاملاً پاک است و هیچ ضایعات سمی به‌جا نمی‌گذارد.

• انرژی جذر و مد

با تبدیل انرژی جنبشی حاصل از بالا و پایین رفتن سطح دریا‌ها در جذر و مد در ژنراتور‌هایی مخصوص می‌توان برق تولید کرد. بهره‌برداری از انرژی جذر و مد بیشتر در نواحی ساحلی دنیا برتری دارد.

نیاز به سرمایه‌ی گذاری بالا و در دسترس نبودن این تکنولوژی، بزرگترین موانع گسترش بهره‌ برداری از این نوع انرژی هستند.

انرژی جذر و مد نیز کاملاً تجدید‌پذیر و پاک است و همچنین قابلیت تولید برق قابل‌ توجهی در اقیانوس‌ها دارد.

• انرژی موج

انرژی موج از موج‌های به‌وجود آمده در دریا‌ها و اقیانوس ها بهره برداری می‌شود. انرژی موج نیز تجدید پذیر وسازگار با محیط زیست است و استفاده از آن به اتمسفر آسیبی وارد نمی‌کند. از انرژی موج می‌توان در نواحی ساحلی بسیاری از کشور‌ها استفاده کرده و باعث کاهش وابستگی آن ها به سوخت فسیلی شد.

اما بهره‌ برداری از انرژی موج می‌تواند باعث آسیب به زیست‌بوم ساحلی و دریایی شود و از نظر دیداری و آلودگی صوتی نیز به زیبایی محیط صدمه می‌زند.

• انرژی برقابی (هیدروالکتریک)

امروزه شهر‌های بسیاری در دنیا به انرژی برقابی وابسته هستند؛ در قرن اخیر هر جا سدی ساخته شده است، یک نیروگاه برقابی برای تغذیه یک ایستگاه برق رسانی نیز ساخته شده است. از توان آب پشت سد‌ها برای گرداندن توربین‌های عظیم و تولید توان الکتریکی استفاده می‌شود.

بزرگترین چالش پیش‌رو در حال حاضر قدیمی شدن این سد ها است. بسیاری از نیروگاه‌های برقابی واقع در این سد‌ها برای حفظ کاربری و امنیت، نیازمند تعمیرات و نوسازی جدی هستند و این امر هزینه زیادی می‌طلبد.

خشک شدن تدریجی منابع آب قابل شرب و رودخانه‌ها نیز چالش دیگری است که باید برای آن چاره‌ای اندیشیده شود.

• انرژی زیست توده

زیست‌توده از مواد طبیعی به‌وجود می‌آید و هم اکنون به طور گسترده در جهان استفاده می‌شود. کلروفیل موجود در گیاهان انرژی خورشید را با گرفتن کربن دی‌اکسید هوا و آب از زمین، طی فرآیند فتوسنتز به کربوهیدرات تبدیل می‌کند. وقتی گیاه می‌سوزد، دوباره کربن دی‌اکسید و آب را به جو باز می‌گرداند.

زیست توده به طور کلی گیاهان، محصولات کشاورزی، درختان، خرده چوب و ضایعات حیوانات را شامل می‌شود.

انرژی زیست توده به عنوان سوخت برای پخت‌و‌پز و گرمایش در منازل و همچنین در تولیدات صنعتی استفاده می‌شود.

این نوع از انرژی تجدیدپذیر نیست و مقدار زیادی دی اکسید کربن وارد جو می‌کند.

منابع انرژي را مي توان به دو دسته ي تجديد پذير و تجديد نا پذير تقسيم بندي كرد

منابع انرژي تجديدناپذير

اين نوع از انرژي ها فقط يك بار قابليت مصرف دارند و منابع آن ها محدود است. دو نمونه از اين سوخت ها را شرح مي دهيم

الف – سوخت هاي فسيلي

وقتي تنه هاي پوسيدهِ درختان و باقيمانده ي جانوران در زير گل و لاي، تحت فشار و دماي مناسب قرار مي گيرند به اين نوع از سوخت ها تبديل مي شوند كه به آن ها سوخت هاي فسيلي مي گويند. از مجموعه ي اين ماده ها مي توان زغال سنگ، نفت سفيد، بنزين، نفت گاز، روغن موتور، رنگ و . . . را نام برد. اين سوخت ها با توليد گازهايي مانند    باعث آلودگي محيط زيست و گرم شدن زمين مي شوند

ب – سوخت هاي هسته اي

بر اثر واكنش نوترون با هسته ي برخي از اتم هاي سنگين مانند اورانيوم و توريم اين هسته به دو يا چند هسته ي سبك ترشكافته مي شود كه بر اثر آن گرماي بسيار زيادي توليد مي شود. به عنوان مثال انرژي حاصل از شكافت كامل  1   اورانيوم معادل با انرژي حاصل از سوختن حدود     زغال سنگ است

الف – انرژي خورشيدي

يكي از منبع هاي انرژي پايان ناپذير خورشيد است. انرژي اي كه زمين از خورشيد دريافت مي كند بسيار زياد است درهر ثانيه، هر متر مربع زمين حدود   انرژي از خورشيد دريافت مي كند. بخشي از انرژي خورشيد صرف گرم كردن زمين و جسم هاي روي آن مي شود. بخش ديگري براي فوتوسنتز در گياهان استفاده مي شود

روش ديگر بهره گيري از انرژي خورشيدي به كار بردن سلول هاي خورشيدي است كه نور را مستقيماً به الكتريسيته تبديل مي كند

با استفاده از آينه هاي مقعر بزرگ (كوره ي خورشيدي) براي متمركز كردن پرتوهاي خورشيد در يك ناحيه ي كوچك مي توان دماهايي تا حدود    توليد كرد