أصبحت الطاقة المتجددة قضية متزايدة الأهمية في عالم اليوم. بالإضافة إلى ارتفاع تكلفة الوقود الأحفوري وخطر تغير المناخ ، كانت هناك أيضًا تطورات إيجابية في هذا المجال تشمل تحسينات في الكفاءة بالإضافة إلى انخفاض الأسعار.
وقد أدى كل هذا إلى زيادة الطلب على الطاقة البديلة وتسريع الانتقال نحو طرق أنظف وأكثر استدامة للطاقة الكهربائية. ومع ذلك ، من المهم ملاحظة أن هناك العديد من الأنواع - الكتلة الحيوية والطاقة الشمسية وطاقة الرياح والمد والجزر والطاقة الحرارية الأرضية - وأن لكل منها نصيبه الخاص من المزايا والعيوب.
الكتلة الحيوية:
إن الكتلة الحيوية هي الشكل الأكثر استخدامًا للطاقة المتجددة. تشير الكتلة الحيوية ببساطة إلى استخدام المواد العضوية وتحويلها إلى أشكال أخرى من الطاقة التي يمكن استخدامها. على الرغم من أن بعض أشكال الكتلة الحيوية قد استخدمت لعدة قرون - مثل حرق الخشب - فإن الطرق الأخرى الأحدث تركز على الطرق التي لا تنتج ثاني أكسيد الكربون.
على سبيل المثال ، هناك وقود حيوي نظيف يحل محل البدائل للنفط والغاز. على عكس الوقود الأحفوري ، الذي يتم إنتاجه بواسطة العمليات الجيولوجية ، يتم إنتاج الوقود الحيوي من خلال العمليات البيولوجية - مثل الزراعة والهضم اللاهوائي. الوقود المشترك المرتبط بهذه العملية هو الإيثانول الحيوي ، الذي يتم إنشاؤه عن طريق تخمير الكربوهيدرات المشتقة من محاصيل السكر أو النشا (مثل الذرة أو قصب السكر أو الذرة الرفيعة الحلوة) لإنتاج الكحول.
يُعرف الوقود الحيوي الشائع الآخر بالديزل الحيوي ، الذي يتم إنتاجه من الزيوت أو الدهون باستخدام عملية تعرف باسم الأسترة - حيث يتم تبادل الجزيئات الحمضية للكحول بمساعدة المحفز. هذه الأنواع من الوقود هي بدائل شائعة للبنزين ، ويمكن حرقها في المركبات التي تم تحويلها للتشغيل عليها.
الطاقة الشمسية:
تعد الطاقة الشمسية (المعروفة أيضًا باسم الخلايا الكهروضوئية) أحد مصادر الطاقة البديلة الأكثر شيوعًا والأسرع نموًا. هنا ، تتضمن العملية خلايا شمسية (عادة ما تكون مصنوعة من شرائح السيليكون البلوري) التي تعتمد على التأثير الكهروضوئي (PV) لامتصاص الفوتونات وتحويلها إلى إلكترونات. وفي الوقت نفسه ، تعتمد الطاقة الحرارية الشمسية (شكل آخر من أشكال الطاقة الشمسية) على المرايا أو العدسات لتركيز مساحة كبيرة من ضوء الشمس ، أو الطاقة الحرارية الشمسية (STE) ، على منطقة صغيرة (أي خلية شمسية).
في البداية ، تم استخدام الطاقة الكهروضوئية فقط للعمليات الصغيرة إلى المتوسطة الحجم ، بدءًا من الأجهزة التي تعمل بالطاقة الشمسية (مثل الآلات الحاسبة) إلى المصفوفات المنزلية. ومع ذلك ، منذ الثمانينيات ، أصبحت محطات الطاقة الشمسية المركزة التجارية أكثر شيوعًا. فهي ليست فقط مصدرًا للطاقة غير مكلفًا نسبيًا حيث تكون طاقة الشبكة غير ملائمة أو باهظة الثمن أو تكون غير متوفرة فقط ؛ تؤدي الزيادات في كفاءة الخلايا الشمسية وانخفاض الأسعار إلى جعل الطاقة الشمسية تنافسية مع مصادر الطاقة التقليدية (أي الوقود الأحفوري والفحم).
واليوم ، يتم استخدام الطاقة الشمسية أيضًا بشكل متزايد في المواقف المتصلة بالشبكة كوسيلة لتغذية الطاقة منخفضة الكربون في الشبكة. بحلول عام 2050 ، تتوقع وكالة الطاقة الدولية أن الطاقة الشمسية - بما في ذلك عمليات STE و PV - ستشكل أكثر من 25 ٪ من السوق ، مما يجعلها أكبر مصدر للكهرباء في العالم (مع نشر معظم المنشآت في الصين والهند).
قوة الرياح:
تم استخدام طاقة الرياح منذ آلاف السنين لدفع الأشرعة أو طواحين الهواء أو لتوليد ضغط لمضخات المياه. تسخير الرياح لتوليد الكهرباء كان موضوع البحث منذ أواخر القرن التاسع عشر. ومع ذلك ، فقط مع الجهود الرئيسية للعثور على مصادر بديلة للطاقة في القرن العشرين أصبحت طاقة الرياح النقطة المحورية للبحث والتطوير.
بالمقارنة مع الأشكال الأخرى للطاقة المتجددة ، تعتبر طاقة الرياح موثوقة وثابتة للغاية ، حيث أن الرياح ثابتة من سنة إلى أخرى ولا تتناقص خلال ساعات الذروة من الطلب. في البداية ، كان بناء مزارع الرياح مشروعًا مكلفًا. ولكن بفضل التحسينات الأخيرة ، بدأت طاقة الرياح في تحديد أسعار الذروة في أسواق الطاقة بالجملة في جميع أنحاء العالم وخفض عائدات وأرباح صناعة الوقود الأحفوري.
وفقًا لتقرير صادر في مارس الماضي من قبل وزارة الطاقة ، فإن نمو طاقة الرياح في الولايات المتحدة يمكن أن يؤدي إلى وظائف أكثر مهارة في العديد من الفئات. تشير الوثيقة التي تحمل عنوان "Wind Vision: A New New for Wind Power in the United States" ، إلى أنه بحلول عام 2050 ، يمكن أن تمثل الصناعة ما يصل إلى 35٪ من إنتاج الكهرباء في الولايات المتحدة.
بالإضافة إلى ذلك ، في العام الماضي ، اجتمع مجلس طاقة الرياح العالمي ومنظمة السلام الأخضر الدولية لنشر تقرير بعنوان "توقعات طاقة الرياح العالمية 2014". وذكر هذا التقرير أن طاقة الرياح في جميع أنحاء العالم يمكن أن توفر ما يصل إلى 25 إلى 30 ٪ من الكهرباء العالمية بحلول عام 2050. في وقت كتابة هذا التقرير ، كانت المنشآت التجارية في أكثر من 90 دولة بسعة إجمالية تبلغ 318 جيجاوات (GW) ، مما يوفر حوالي 3٪ من المعروض العالمي.
طاقة المد والجزر:
على غرار طاقة الرياح ، تعتبر طاقة المد والجزر مصدرًا محتملاً للطاقة المتجددة لأن المد والجزر ثابت ويمكن التنبؤ به. مثل طواحين الهواء ، تم استخدام طواحين المد والجزر منذ أيام روما القديمة والعصور الوسطى. تم تخزين المياه الواردة في برك كبيرة ، ومع خروج المد والجزر ، حولوا عجلات المياه التي ولدت طاقة ميكانيكية لطحن الحبوب.
فقط في القرن التاسع عشر تم إدخال عملية استخدام المياه المتساقطة والغزل التوربينية لتوليد الكهرباء في الولايات المتحدة وأوروبا. ومنذ 20 فقط تم إعادة تجهيز هذه الأنواع من العمليات للبناء على طول السواحل وليس الأنهار فقط.
تقليديا ، عانت قوة المد والجزر من التكلفة العالية نسبيا والتوافر المحدود للمواقع ذات نطاقات المد والجزر العالية بما فيه الكفاية أو سرعات التدفق. ومع ذلك ، تشير العديد من التطورات والتحسينات التكنولوجية الحديثة ، في كل من التصميم وتكنولوجيا التوربينات ، إلى أن التوافر الكلي لقوة المد والجزر قد يكون أعلى بكثير مما كان مفترضًا سابقًا ، وأن التكاليف الاقتصادية والبيئية قد تنخفض إلى مستويات تنافسية.
أول محطة طاقة مدية واسعة النطاق في العالم هي محطة Rance Tidal Power في فرنسا ، والتي تم تشغيلها في عام 1966. وفي أوركني ، اسكتلندا ، تم إنشاء أول مرفق عالمي لاختبار الطاقة البحرية - المركز الأوروبي للطاقة البحرية (EMEC) في 2003 لبدء تطوير صناعة طاقة الأمواج والمد والجزر في المملكة المتحدة.
في عام 2015 ، دخلت أول محطة طاقة أمواج متصلة بالشبكة في العالم (CETO ، سميت باسم إلهة البحر اليونانية) عبر الإنترنت قبالة ساحل غرب أستراليا. تعمل محطة الطاقة هذه ، التي طورتها كارنيجي ويف إنرجي ، تحت الماء وتستخدم عوامات تحت سطح البحر لضخ سلسلة من المضخات الراسية في قاع البحر ، والتي بدورها تولد الكهرباء.
الحرارة الأرضية:
الكهرباء الحرارية الأرضية هي شكل آخر من أشكال الطاقة البديلة التي تعتبر مستدامة وموثوقة. في هذه الحالة ، تُشتق الطاقة الحرارية من الأرض - عادةً من قنوات الصهارة أو الينابيع الساخنة أو الدورة الحرارية المائية - لتدوير التوربينات أو المباني الحرارية. تعتبر موثوقة لأن الأرض تحتوي على 1031 جول الطاقة الحرارية ، والتي تتدفق بشكل طبيعي إلى السطح عن طريق التوصيل بمعدل 44.2 تيراواط (TW) - أكثر من ضعف استهلاك الطاقة الحالية للإنسانية.
أحد العوائق هو حقيقة أن هذه الطاقة منتشرة ، ولا يمكن تسخيرها بثمن بخس إلا في مواقع معينة. ومع ذلك ، في مناطق معينة من العالم ، مثل أيسلندا وإندونيسيا ومناطق أخرى ذات مستويات عالية من النشاط الحراري الأرضي ، فهي طريقة سهلة الوصول وفعالة من حيث التكلفة لتقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري والفحم لتوليد الكهرباء. وتشمل البلدان التي تولد أكثر من 15 في المائة من طاقتها الكهربائية من مصادر الطاقة الحرارية الأرضية السلفادور وكينيا والفلبين وأيسلندا وكوستاريكا.
اعتبارًا من عام 2015 ، تبلغ سعة الطاقة الحرارية الأرضية في جميع أنحاء العالم 12.8 جيجاوات (GW) ، والتي من المتوقع أن تنمو إلى 14.5 إلى 17.6 جيجاوات بحلول عام 2020. علاوة على ذلك ، تقدر جمعية الطاقة الحرارية الأرضية (GEA) أن 6.5 بالمائة فقط من إجمالي الإمكانات العالمية كان تم استغلالها حتى الآن ، في حين أفادت الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ بأن طاقة الطاقة الحرارية الأرضية تتراوح بين 35 جيجاوات إلى 2 تيراواط.
مشاكل التبني:
تتمثل إحدى مشكلات العديد من أشكال الطاقة المتجددة في أنها تعتمد على ظروف الطبيعة - الرياح ، وإمدادات المياه ، وضوء الشمس الكافي - والتي يمكن أن تفرض قيودًا. وكانت القضية الأخرى هي التكلفة النسبية للعديد من أشكال الطاقة البديلة مقارنة بالمصادر التقليدية مثل النفط والغاز الطبيعي. حتى وقت قريب ، كان تشغيل المصانع التي تعمل بالفحم أو التي تعمل بالنفط أرخص من استثمار الملايين في إنشاء عمليات كبيرة تعمل بالطاقة الشمسية أو الرياح أو المدية أو الحرارية الأرضية.
ومع ذلك ، فقد أدت التحسينات الجارية في إنتاج الخلايا الشمسية وتوربينات الرياح وغيرها من المعدات - ناهيك عن التحسينات التي تم إجراؤها في كمية الطاقة المنتجة - إلى جعل العديد من أشكال الطاقة البديلة قادرة على المنافسة مع الطرق الأخرى. في جميع أنحاء العالم ، تتقدم الدول والمجتمعات لتسريع الانتقال نحو أساليب أنظف وأكثر استدامة واكتفاء ذاتيًا.
لقد كتبنا العديد من المقالات المثيرة للاهتمام حول الطاقة البديلة في مجلة الفضاء. إليك ما هي الطاقة البديلة ؟، ما هي الطاقة الشمسية؟ ومن أين تأتي الطاقة الحرارية الجوفية ؟، هل يمكن أن يعمل العالم بالطاقة الشمسية وطاقة الرياح؟ ، وحصاد الطاقة الشمسية من الفضاء.
يجب عليك أيضًا مراجعة المختبر الوطني للطاقة المتجددة ومشروع سياسة الطاقة المتجددة.
يلقي فريق علم الفلك أيضًا حلقة حول هذا الموضوع. إليك الحلقة 51: الأرض.
مصادر:
- ويكيبيديا - الطاقة المتجددة
- إدارة معلومات الطاقة الأمريكية - الوقود المتجدد والبديل
