الطاقه المتجدده وطاقة الكتلة الحيوية
ماهيه الطاقه المتجدده :
هي الطاقة التي نحصل عليها من الموارد الطبيعية التي تتجدد أو التي لا يمكن ان تنفد.
إن مصادر الطاقة المتجددة، تختلف جذرياً عن الوقود الأحفوري من بترول وفحم والغاز الطبيعي..... ، حيث أن مخلفاتها لا تحتوي على غازات وملوثات اخرى كما في احتراق الوقود الأحفوري.
إن الطاقة المتجددة تنتج عن الرياح والمياه والشمس و... وتستخدم على نطاق واسع في البلدان المتقدمة وبعض البلدان النامية ؛ لكن وسائل انتاج الكهرباء باستخدام مصادر الطاقة المتجددة أصبح مألوفا في الآونة الاخيرة ، وذلك لتجنب التهديدات الرئيسية لتغير المناخ بسبب التلوث واستنفاد الوقود الأحفوري، بالإضافة للمخاطر الاجتماعية والسياسية للوقود الأحفوري والطاقة النووية.
ما الفرق بين الطاقة المتجدده وغير المتجدده ( الناضبة )؟
هناك تصنيف للطاقة ومصادرها يقوم على أساس إمكانية تجدد تلك الطاقة واستمراريتها، وهذا التصنيف يشمل:
أ-لطاقة التقليدية أو المستنفذة:
وتشمل الفحم والبترول والمعادن والغاز الطبيعي والمواد الكيميائية، وهي مستنفذة لأنها لا يمكن صنعها ثانية أو تعويضها مجدداً في زمن قصير.
ب- الطاقة المتجددة أو النظيفة أو البديلة:
وتشمل طاقة الرياح والهواء والطاقة الشمسية وطاقة المياه أو الأمواج والطاقة الجوفية في باطن الأرض وطاقة الكتلة الحيوية، وهي طاقات لا تنضب.
أنواع مصادر الطاقة المتجدده:
1.الطاقة المائية
الطاقة المائية :هي الطاقة المستمدة من حركة المياه المستمرة والتي لا يمكن ان تنفد. وتعد من أهم مصادر الطاقة المتجددة، وبمعنى آخر هي الاستفادة من حركة المياه لأغراض مفيدة. فقد كان استخدام الطاقة المائية قبل انتشار توفر الطاقة الكهربائية التجارية، وذلك في الري وطحن الحبوب، وصناعة النسيج، فضلا عن تشغيل المناشير.
تم استغلال طاقة المياه لـقرون طويلة. ففي امبراطورية روما، كانت الطاقة المائية تستخدم في مطاحن الدقيق وإنتاج الحبوب ، كما في الصين وبقية بلدان الشرق الاقصى، وتستخدم حركة الماء الهيدروليكية على تحريك عجلة لضخ المياه في قنوات الري وهو ما يعرف بالنواعير.
وفي الثلاثينات من القرن الثامن عشر ، في ذروة بناء القنوات المائية استخدمت المياه للنقل الشاقولي صعودا ونزولا عبر التلال باستخدام السكك الحديدية.
كان نقل الطاقة الميكانيكية مباشرة يتطلب وجود الصناعات التي تستخدم الطاقة المائية قرب شلال. وخاصة خلال النصف الأخير من القرن التاسع عشر، واليوم يعتبر أهم استخدامات الطاقة المائية هو توليد الطاقة الكهربائية، مما يوفر الطاقة المنخفضة التكلفة حتى لو استخدمت في الأماكن البعيدة من المجرى المائي.
أنواع استخدام الطاقة المائية
النواعير (Waterwheels) التي استخدمت لمئات من السنين في المطاحن وتسيير الآلات...الخ.
الطاقة الكهرمائية (Hydroelectric energy)، والمقصود هنا السدود والمنشآت النهرية التي تنتج الكهرباء.
طاقة المد و الجزر (Tidal power)، وهي استغلال طاقة المد والجزر في الاتجاه الأفقي.
طاقة التيار المدي (Tidal stream power) وهي استغلال طاقة المد والجزر في الاتجاه العمودي.
2ـ طاقة الكتل الحيوية Biomass
ونعني بذلك تحويل الطاقة الشمسية المخزنة في النباتات ( مواد عضوية ) أثناء عملية التمثيل الضوئي إلى طاقة يمكن إستغلالها . فقد إستعمل الإنسان الأخشاب وبقايا النباتات في الطبخ والتدفئة منذو أن اكتشف النار . فإحتراق الخشب يؤدي إلى إنتاج طاقة الكتلة الحيوية وكذلك إستعمال بعض المحاصيل الزراعية كوقود حيث أن نسبة المتهلك للأكل في النبات لايتجاوز 5% من كتلته الكلية والباقي لابد من إستغلالة لغرض ما مثل إنتاج الطاقة . ولقد بدا الغعلماء فعلا في جرساة إستخدام المخلفات الزراعية والحيوانية كمصادر محتملة للطاقة. ويتم هذا الإستخدام بعدة طرق :
أ- الإحتراق
وعيب هذا الإستخدام أنه يسبب الكثير من المشاكل للبيئة كما أسلفنا مثل إنتاج غازات الإحتباس الحراري التي تؤدي إلى رفع درجة حرارة الجو كما سنرى .
ب- تخمير الكحول Alcohol Fermentation
وهو تحويل النشاء في المواض العضوية ( أخشاب الأشجار ) إلى سكر بواسطة الحرارة ومنثم تخمير السكر بالخميرة وبعد تقطير الكحول الإيثيلي الناتاج يمزج بوقود آخر ويستخدم كمصدر للطاقة وقد استعمل هذا المزيج Gasohol بنجاح في البرازيل والولايات المتحدة كبديل للجازولين العادي المستخدم في السيارات .
ج- تسخين الكتلة الحيوية Pyrolysis
وتتضمن هذه الطريقة لإنتاج الطاقة تسخين الكتلة الحيوية في غياب الأكسجين حيث تتفكك إلى غاز الفحم ومن أهم مزايا هذه الطريقة عدم تكون ثاني اكسيدالكربون .
ولكن منعيوبها إستخدام درجات حرارة عالية ممايستهلك كمية كبيرة من الطاقة.
د- الهضم غير الهوائي Anaerobic Digestion
وهذا يتضمن تحويل المخلفات البشرية والحيوانية والنباتية أي الكتلة الحية إلى غاز اليثان أحد أهم مكونات الغاز الطبيعي خلال خلطها بالماء وتخزينها في صهاريج محكمة وعلى الرغم من أن هذه العملية مكلفة إلا أنها كفائتها في إنتاج الطاقة عالية جدا . ومن مميزات الكتل الحية كمصدر للطاقة أنها مصدر غير ناضب من الناحية النظرية على الأقل كما أن أخطارها على البيئة أقل مقارنة بالإحراق الماشر للكتل الحية بالإضافة إلى ذلك فإن الكحولات ومواد الوقود الأخرى المنتجة من قبل طاقة الكتل الحية ذات كفائة عالية وفعالة وإحتراقها نظيف نسبيا وهي متوفر في جميع أنحاء العالم . أما أهم عيوبها أنها مكلفة وقد تسبب بعض الأضرار للبيئة مثل تدمير الغابات وتوسع التصحر وقد تسبب أيضا ضررا على صحة الإنسان .
3ـ طاقة الرياح
وهي الطاقة المتولدة من تحريك ألواح كبيرة مثبتة بأماكن مرتفعة بفعل الهواء، ويتم إنتاج الطاقة الكهربائية من الرياح بواسطة محركات (أو توربينات) ذات ثلاثة أذرع دوًّارة تحمل على عمود تعمل على تحويل الطاقة الحركية للرياح إلى طاقة كهربية، فعندما تمر الرياح على الأذرع تخلق دفعة هواء ديناميكية تتسبب في دورانها، وهذا الدوران يشغل التوربينات فتنتج طاقة كهربية.
وتعتمد كمية الطاقة المنتجة من توربين الرياح على سرعة الرياح وقطر الذراع؛ لذلك توضع التوربينات التي تستخدم لتشغيل المصانع أو للإنارة فوق أبراج؛ لأن سرعة الرياح تزداد مع الارتفاع عن سطح الأرض، ويتم وضع تلك التوربينات بأعداد كبيرة على مساحات واسعة من الأرض لإنتاج أكبر كمية من الكهرباء.
والجدير بالذكر أن طاقة الرياح تستخدم كذلك في تسيير المراكب والسفن الشراعية.
هي الطاقة الرياح وتعرّف بأنهاعملية تحويل حركة (طاقة) الرياح إلى شكل آخر من أشكال الطاقة سهلة الاستخدام، غالبا كهربائية وذلك باستخدام عنفات (مروحيات)، وقد بلغ إجمالي إنتاج الطاقة الكهربائية من الرياح للعام 2006 بـ 74,223 ميغاواط، بما يعادل 1% من الاستخدام العالمي للكهرباء، وبالتفصيل فقد بلغت نسبة الانتاج إلى الاستهلاك حوالي 20% في الدانمارك و9% في اسبانيا و7% في ألمانيا. وبهذا يكون الانتاج العالمي للطاقة المحولة من الرياح قد تضاعف 4 مرات خلال الفترة الواقعة بين عام 2000 وعام 2006.
يتم تحويل حركة الرياح التي تُدَور العنفات عن طريق تحويل دوران هذه الأخيرة إلى كهرباء بواسطة مولدات كهربائية. ويستفيد العلماء من خبرتهم السابقة بتحويل حركة الرياح إلى حركة فيزيائية حيث أن استخدام طاقة الرياح بدأ مع بدايات التاريخ، فقد استخدمها الفراعنة في تسيير المراكب في نهر النيل كما استخدمها الصينيون عن طريق طواحين الهواء لضخ المياه الجوفية.
تستخدم طاقة الرياح على شكل حقول لعنفات الرياح لصالح شبكات الكهرباء المحلية. وعلى شكل العنفات الصغيرة لتوفير الكهرباء للمنازل الريفية او شبكات المناطق النائية.
تعتبر طاقة الرياح آمنة فضلا عن أنها من أحد أفراد عائلة الطاقة المتجددة، وهي طاقة بيئية لا يصدر منها ملوثات مضرة بالبيئة، يتجه العالم الآن بعد ظاهرة الاحتباس الحراري فضلا عن التلوث، لاعتماد مصادر الطاقة المتجددة كمصادر طاقة بديلة وللتخفيف من استخدام الوقود الاحفوري. ولهذه الأسباب يسعى التقدم التكنولوجي إلى خفض تكلفة الطاقة المتجددة لتوسيع انتشارها.
4.الطاقة الشمسية
تعد الشمس من أكبر مصادر الضوء والحرارة الموجودة على وجه الأرض، وتتوزع هذه الطاقة- المتولدة من تفاعلات الاندماج النووي داخل الشمس- على أجزاء الأرض حسب قربها من خط الاستواء، وهذا الخط هو المنطقة التي تحظى بأكبر نصيب من تلك الطاقة، والطاقة الحرارية المتولدة عن أشعة الشمس يُستفاد منها عبر يتم تحويلها إلى (طاقة كهربائية) بواسطة (الخلايا الشمسية)
وهناك طريقتان لتجميع الطاقة الشمسية، الأولى: بأن يتم تركيز أشعة الشمس على مجمع بواسطة مرايا محدبة الشكل، ويتكون المجمع عادة من عدد من الأنابيب بها ماء أو هواء، تسخن حرارة الشمس الهواء أو تحول الماء إلى بخار.
أما الطريقة الثانية، ففيها يمتص المجمع ذو اللوح المستوى حرارة الشمس، وتستخدم الحرارة لتنتج هواء ساخن أو بخار .
والطاقة الشمسية مسؤولة ايضا عن توزيع الامطار ، ويمتد تأثيرها إلى المشاريع الكهرمائية ونمو النباتات المستخدمة في تهيئة الوقود الحيوي.
ه.طاقة المد والجزر
طاقة المد والجزر او الطاقة القمرية هي نوع من الطاقة الحركية التي تكون مخزنة في التيارات الناتجة عن المد والجزر الناتجة بطبيعة الحال عن جاذبية القمر و الشمس ودوران الأرض وعليه تصنف هذه الطاقة على انها طاقة متجددة.
الكثير من الدول الساحلية بدات بالاستفادة من هذه الطاقة الحركية لتوليد الطاقة الكهربائية و بالتالي تخفيف الضغط عن معامل الطاقة الحرارية و بالنتيجة تخفيف التلوث الصادر عن هذه المعامل.
طريقة الاستغلال
يتم بناء سدود أو عوائق لتحكم بالتيارات الناتجة عن المد والجزر وتوجيه هذه التيارات بطريقة تمر في فتحات التوربينات أو المراوح.
هذه التوربينات عاداتا ما تكون شبيهة بالمرواح التي تستخدم لتوليد الطاقة من الريح و لكن في حالتنا تنصب هذه المراوح تحت سطح المياه و بفعل التيارات المائية تدور هذه التوربينات و عبر ناقل الحركة نقوم بمضاعفة عزم الدوران و من ثم نستفيد من هذا العزم لتحريك المولد الذي و بفعل الحقل المغناطيسي يقوم بتوليد الطاقة الكهربائية.
أيضاً هذه التوربينات قد تستخدم في ساعة الطلب الخفيف على الكهرباء الطاقة الفائضة من المعامل الأخرى لأعادة ملئ الأحواض بل ماء واعادت استخدام الماء لتوليد الكهرباء في أوقات الذروة، ولكن استخدام هذه التكنولوجية تعتمد على مكان تواجد هذه إلتوربينات فلا بد من تواجد أحواض وسدود لإستخدامها.
و للاستفادة من تيارات المد و الجزر التي هي بطبيعة الحال معكوسة الاتجاه لابد من تركيب المروحة على رأس متحرك ليتناسب مع اتجاه التيارات و بالتالي رفع نسبة الاستغلال.
كما ما يميز هذه التكنولوجيا اذا ما قورنت مع تكنولوجيا توليد الطاقة من الريح هي ان كثافة المياه 832 مرة أكبر من كثافة الهواء و بالتالي نستطيع توليد طاقة هائلة على سرعة دوران منخفضة من خلال استخدام ناقل الحركة.
6 : طاقة المحيطات
لقد تم تخزين كمية هائلة من الطاقة في المحيطات على هيئة مد وجزر وهذه يمكن إستغلالها لبناء سدود متدرجة على الشواطئ . وموجات المياه القوية يمكن إستغلالها في توليد الطاقة باستخدام وسائل معينة لايزال البحث جاريا حولها. وكذلك طاقة الشمس الحرارية المخزنة في مياه المحيطات واختلاف الملوحة بين المياه العذبة والمالحة ( الضغط الأسموزي ) كل ذلك يمكن إستغلاله لتوليد الطاقة .
7 : طاقة حرارة جوف الأرض Geothermal Power
قد تصل درجة حرارة مركز الارض الى 12000 درجه فهرنهيتيه نتيجه لوجود مصهور معدني وعناصر مشعه ولذا من الممكن استغلال هذه الحراره التي تنتقل عبر مياه الينابيع والبراكين في اغراضنا مثل تدفئه المنازل وانتاج الكهرباء . ومن مميزات طاقة حرارة جوف الارض من الناحية النظريه على الاقل انها مصدرا غير ناضب وليس لها تأثير ضار على البيئه وتعتبر مكمله لمصادر الطاقه غير الناضبه الاخرى كما انها رخيصه . اما عيوبها فتشمل عدم توفرها في جميع المناطق على الارض بالاضافه الا انا القوة المنتجه من المتنفس الواحد قليله نسبيا .
ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
✓✓👈 روابط كتب أخرى مهمة :
لا تستفيد وترحل ، من فضلك إترك بصمتك
شارك الموضوع مع زملاءك واكتب تعليق بالأسفل وسجل إعجابك بصفحتنا على الفيس بوك
وتابعنا على تويتر من ـ الفريد في الفيزياء
تعليقات