8 مصادر طاقة متجددة يمكن أن تحل محل النفط والغاز
Miscellanea / / April 26, 2023
حان الوقت للاهتمام أخيرًا بالكوكب وتقليل بصمتنا الكربونية.
1. طاقة شمسية
عندما يتعلق الأمر بالمصادر المتجددة ، أولاً وقبل كل شيء ، يتذكر الجميع الطاقة الشمسية والألواح لتحويلها. يخرج نوعان من هذه المولدات - النوع الكهروضوئي والمركّز.
السابق يعمل على هذا النحو: عندما يسخن موصل أو شبه موصل في بطارية بسبب امتصاص الطاقة الشمسية الإشعاع ، يتم إنشاء فرق الجهد بين المناطق الباردة والدافئة ، والكهرباء حاضِر.
تقوم المولدات من النوع المركز بتجميع الضوء وتسخين السائل وتحويله إلى بخار وتوليد الكهرباء عن طريق التوربينات الدوارة. يُقارن مبدأ تشغيل هذه الألواح بشكل إيجابي من حيث أنه يسمح لك بتجميع الحرارة ، مما يعني أنها تظل فعالة بشكل محدود في الليل.
بالإضافة إلى توليد الكهرباء ، يمكن لأشعة الشمس أيضًا يتقدم لتسخين السوائل مباشرة - على سبيل المثال ، في حمامات السباحة والاستحمام. سيوفر خزان كبير يقع على سطح منزل صديق للبيئة الكثير من الكهرباء.
2. وقود حيوي
الكتلة الحيوية هي مادة مشتقة من الكائنات الحية ، غالبًا من النباتات أو الطحالب. إنهم يعيشون على الطاقة الشمسية والمياه ، ويتضاعفون بكفاءة ، ولديهم طبيعة سهلة الانقياد.
الأكثر شيوعا مصدر الكتلة الحيوية في الوقت الحالي هي الخشب ، أي الأشجار الميتة ، والفروع والجذوع ، وقطع الألواح ، ورقائق الخشب ونفايات الإنتاج الأخرى. وكذلك المحاصيل - الدخن ، القنب ، الذرة ، فول الصويا ، المسك ، الذرة الرفيعة ، قصب السكر ، الخيزران. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يكون مصدرًا ممتازًا للكتلة الحيوية يصبح الطحالب لأنها تنمو بسرعة كبيرة.
من كل هذا ، يمكنك الحصول على الإيثانول ، والبيوتانول ، والهيدروجين ، وغاز الميثان ، والغاز التخليقي ، والديزل الحيوي والمزيد.
تتمثل ميزة الطاقة ، المبنية على الكتلة الحيوية ، في التخلص الفعال من النفايات. من كل شيء لا يستطيع الناس أو ليس لديهم وقت لتناول الطعام ، يمكنك الحصول على الوقود. بالفعل الآن إنتاجه جيد مقرر في الولايات المتحدة والبرازيل ، وكذلك في جنوب شرق آسيا.
صحيح أن التحول إلى الوقود الحيوي لا يحل مشكلة الاحتباس الحراري ، لأنه لا يزال يتعين حرقه ، تمامًا مثل زيت والغاز. لكنها على الأقل تنمو من تلقاء نفسها ولا تنفد مثل المعادن.
3. طاقة المحيط
تخلق موجات المحيط والمد والجزر والتيارات المائية إمدادًا هائلاً من الطاقة الحركية - بل إنه لأمر مؤسف أن يضيع الكثير من الخير. لكن في الواقع ، تعلمت بعض الدول بالفعل الاستفادة من كل هذا - على سبيل المثال، في المملكة المتحدة ، تم بناء أكبر مولد أمواج في العالم أويستر.
مبدأ تشغيل هذه الأجهزة هو كما يلي: الموجات يتحرك يطفو ، هؤلاء يقودون مضخة المكبس. وهو بدوره يقود مياه البحر إلى الشاطئ من خلال أنبوب ، حيث يدير الجزء المتحرك لمولد الطاقة الكهرومائية.
بالإضافة إلى محطات توليد الطاقة من المد والجزر الساحلية ، هناك مشاريع لإجراء تعديلات تحت الماء. سيعملون مثل طاحونة الهواء العادية: طاحونة ضخمة ذات شفرات مثبتة في قاع البحر ، تيار قوي يدير عمود المولد.
بالإضافة إلى الاستخدام المبتذل للطاقة الحركية للمد والجزر والتيارات ، هناك طريقة أكثر إسرافًا لاستخراج الكهرباء من البحار.
الحقيقة هي أن الشمس تسخن باستمرار سطح الماء للأرض - في الواقع ، المحيطات عبارة عن بطارية ضخمة. تشير التقديرات إلى أنه حتى 5٪ من الحرارة التي تنتجها يمد توليد 10000 جيجاواط من الكهرباء.
سوف تساعد محطات الطاقة المائية الحرارية في هذا المجال. عمل إنهم هكذا: نخفض أنبوبًا ضخمًا في أعماق قاع المحيط ، والذي سيأخذ الماء من هناك. بعد دخول المبادلات الحرارية بسائل دافئ بالقرب من السطح محيط في ظل ظروف الضغط المنخفض ، يبدأ الماء البارد في الغليان ليس عند 100 درجة مئوية ، كالمعتاد ، ولكن فقط عند 27 درجة مئوية. يتكون البخار البارد ، ويقوم بتدوير التوربينات ، ونحصل على الكهرباء.
حاليا ، هذه المرافق التجريبية تقع في اليابان وهاواي.
4. طاقة الرياح
تم اختراع المطاحن على الأقل في 700-900 بعد الميلاد في بلاد فارس ، وهم مألوفون لدى الجميع يملك في العصور الوسطى في أوروبا. منذ ما يقرب من 600 عام كانت الرياح موجودة رئيسي مصدر للطاقة حتى تحولت البشرية بشكل كبير إلى الفحم والمحركات البخارية.
أول مزرعة رياح على الإطلاق اخترع في يوليو 1887 من قبل البروفيسور جيمس بليث من كلية أندرسون ، غلاسكو. لكن السكان المحليين رفضوا استخدامها معتبرين الكهرباء "اختراع من إبليس".
في وقت لاحق ، قام الأستاذ ببناء توربين آخر ، مما أدى إلى تشغيل الملجأ المجنون المحلي منه.
الآن أصبحت طاقة الرياح رائجة مرة أخرى. هي مستخدم في نصف دول العالم. الدنمارك ، على سبيل المثال ، يستقبل بفضل ذلك ، استهلك 56٪ من الكهرباء ، أوروغواي - 40٪ ، ليتوانيا - 36٪ ، إيرلندا - 35٪ ، بريطانيا العظمى - 24٪. تستخدم طواحين الهواء أيضًا على نطاق واسع في الولايات المتحدة الأمريكية والصين والبرتغال وألمانيا وإسبانيا وأمريكا اللاتينية وأفريقيا.
طواحين الهواء جيدة لأنها تسمح لك بتوليد الكهرباء من الهواء حيث يكون من غير العملي سحب الأسلاك. بالإضافة إلى ذلك ، هم عمل أكثر كفاءة في الليل وفي الشتاء ، عندما تفقد الألواح الشمسية الطاقة. لذا فإن هذين المصدرين للطاقة يكملان بعضهما البعض.
نعم ، طواحين الهواء لها أيضًا بعض العيوب: شفراتها تتعطل أحيانًا الطيور أثناء الطيران ، وتهتز الدعامات بحيث تزحف الديدان من الأرض. ومع ذلك ، باحثون في جامعة سنغافورة الوطنية محتجز وخلصت المقارنة إلى أن هذه المولدات مسؤولة عن عدد وفيات الطيور أقل بشكل غير متناسب من محطات الوقود الأحفوري.
5. الكهرباء الساكنة لبخار الماء
طريقة غريبة جديدة لتوليد الكهرباء وجد في 2020 من قبل علماء من جامعة تل أبيب. نعلم جميعًا أن البرق يضرب أثناء العواصف الرعدية. يتم إنتاجها عندما تتصادم جزيئات بخار الماء ذات الكثافة المختلفة - من القطرات الصغيرة إلى الجليد الطافي - مع بعضها البعض وتكهرب البيئة المحيطة بها.
العلماء معاد هذه العملية في المختبر ووجدت أنه إذا كانت رطوبة الهواء أكثر من 60٪ ، فيمكن أن تنشأ بالفعل الكهرباء الساكنة بين الجسيمات. وإذا قمت ببناء أعمدة معدنية عالية بما يكفي ، فيمكن أن تشحن حرفيًا من بخار الماء في الهواء. نتيجة لذلك ، يمكن سحب الأسلاك منها وتشغيل البنية التحتية.
بالطبع ، بالكاد يمكنك إضاءة مدينة بالكهرباء من بخار الماء. لكن هذه طريقة واعدة للغاية للحصول على طاقة رخيصة للدول الاستوائية النامية حيث توجد رطوبة عالية.
6. الطاقة الحرارية الأرضية
لقد حسب العلماء ذلك يهدئ 1 درجة مئوية من نواة الأرض ستطلق طاقة تزيد 10000 مرة عن تلك الموجودة في جميع أنواع الوقود الأحفوري المعروفة. ويتم تسخينه لثانية واحدة إلى 6000 درجة مئوية ويبرد بمقدار 300-500 درجة مئوية خلال مليار سنة.
أي أنها ببساطة احتياطيات طاقة لا تصدق! ستتحول الشمس إلى عملاق أحمر قبل أن يكون لدينا الوقت لاستنفاد إمكانات نواة الأرض.
الينابيع الحرارية الجوفية الآن تغذي محطات توليد الطاقة في أيسلندا ونيوزيلندا وإيطاليا وفرنسا وليتوانيا والمكسيك ونيكاراغوا وكوستاريكا والفلبين وإندونيسيا والصين وكينيا واليابان.
يتم استغلال جزء صغير فقط من موارد الطاقة الحرارية الأرضية للكوكب لأغراض تجارية - غالبًا ما تقع هذه المحطات على حدود الصفائح التكتونية. ولكن إذا وضعت على تيار حفر الآبار على عباءة الكواكب، سيكون من الممكن استخلاص الطاقة ببساطة من تحت الأرض في أي مكان على الإطلاق.
في الواقع ، مثل هذا المشروع موجود فقط من الناحية النظرية. نحفر بئرًا في غلاف الأرض ، ونملأه بسائل التكسير الهيدروليكي ونحصل على طبقة مياه جوفية صناعية ساخنة. ثم نضع التوربينات في الأعلى ونصنع الكهرباء.
الوحيد لكن: يحتاج حفرة ضخمة حقًا - يبلغ عمقها حوالي 10 كيلومترات.
7. التمثيل الضوئي الاصطناعي
التمثيل الضوئي هو العملية التي تحدث في الخلايا النباتية ، والتي يتم خلالها تحويل الماء وثاني أكسيد الكربون إلى أكسجين وجلوكوز تحت تأثير أشعة الشمس. هذا فقط يكرر يمكن إجراؤه في ظروف معملية دون مساعدة النباتات.
يقوم العلماء في الولايات المتحدة والسويد واليابان بتطوير طرق التمثيل الضوئي الاصطناعي القابلة للتطبيق تجاريًا يسمح من ثاني أكسيد الكربون والماء لإنتاج الوقود والراتنجات والبلاستيك والألياف. وإذا نجح البحث ، فسنكون قادرين على تصنيع الوقود ومواد البناء حرفياً من الهواء.
بالإضافة إلى ذلك ، ليس من الضروري الرفض التام لمشاركة النباتات والكائنات المائية في العملية. على سبيل المثال ، لتربية الطحالب الخضراء المزرقة التمثيل الضوئي ، وبعد ذلك التقطير منهم في اللدائن الحيوية والوقود الحيوي هو أيضا خيار قابل للتطبيق.
8. الأشعة تحت الحمراء الحرارية للأرض
تسقط أشعة الشمس على جزء من الكوكب وتسخن السطح والغلاف الجوي. على العكس من ذلك ، يعطي الجانب الآخر من الأرض في هذا الوقت الطاقة المتراكمة خلال النهار في شكل إشعاع حراري بالأشعة تحت الحمراء. ينتج الكوكب 10 واط من الحرارة ، ويتم تبديد كل هذه الثروة بلا معنى الفضاء الخارجي.
مهندسين استراليين اخترع جهاز يسمى الصمام الثنائي الحراري الذي يولد الطاقة ليس عند التسخين ، ولكن عند التبريد. وإذا أنشأت نموذجًا كبيرًا نسبيًا منه ، والذي سوف يتراكم فيه الحرارة أثناء النهار ويطلقها في الليل ، ستحصل على شيء مثل بطارية شمسية تعمل على مدار الساعة.
و إذا يصنع الخلايا الضوئية التي تلتقط ضوء الأشعة تحت الحمراء (هذه موجودة بالفعل في أجهزة الرؤية الليلية) ، و استخدامها لامتصاص الإشعاع الحراري للكوكب ، تحصل على ما يسمى جامع طاقة الانبعاث. وسيسمح لك بتوليد الكهرباء في الليل من فراغ.
الألواح اسر يمكنك الإشعاع الحراري لسطح الكوكب في الليل وأشعة الشمس فوق البنفسجية المتناثرة أثناء النهار سيغطي جميع المباني الشاهقة في المناطق الحضرية والحصول على مصدر إضافي جيد كهرباء.
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تكون مجمعات الطاقة المنبعثة هذه ، عند عدم الحاجة إليها تحول في أبراج المبني للمجهول إشعاع التبريد (PDRC) - ستطلق الحرارة في الفضاء بشكل أكثر كفاءة من سطح الكوكب. هذا من شأنه أن يساعد في إنقاذ الأرض من الاحتباس الحراري.
اقرأ أيضا🧐
- فرضية جايا: لماذا يعتقد بعض العلماء أن الأرض كائن حي ضخم ، وهل هذا صحيح
- 3 طرق بسيطة لتقليل النفايات المنزلية
- هل من الممكن منع الانقراض الجماعي السادس وكيفية القيام بذلك - يقول عالم الأحياء إيفان زاتيفاخين