في السنوات الأخيرة ، كانت الطاقة البديلة موضوع اهتمام ومناقشة مكثفة. بفضل تهديد تغير المناخ ، وحقيقة أن متوسط درجات الحرارة العالمية يستمر في الارتفاع عامًا بعد عام ، فقد تكثف بشكل طبيعي الدافع لإيجاد أشكال من الطاقة التي ستقلل من اعتماد البشرية على الوقود الأحفوري والفحم وطرق التلوث الأخرى.
في حين أن معظم مفاهيم الطاقة البديلة ليست جديدة ، فقد أصبحت هذه القضية ملحة في العقود القليلة الماضية فقط. وبفضل التحسينات في التكنولوجيا والإنتاج ، انخفضت تكاليف معظم أشكال الطاقة البديلة بينما كانت الكفاءة تتزايد. ولكن ما هي الطاقة البديلة بالضبط ، وما هو احتمال أن تصبح سائدة؟
تعريف:
بطبيعة الحال ، هناك بعض الجدل حول ما تعنيه 'الطاقة البديلة' وما الذي يمكن تطبيقها عليه. من ناحية أخرى ، يمكن أن يشير المصطلح إلى أشكال الطاقة التي لا تزيد من البصمة الكربونية للبشرية. في هذا الصدد ، يمكن أن تشمل أشياء مثل المنشآت النووية ، والطاقة الكهرومائية ، وحتى أشياء مثل الغاز الطبيعي و 'الفحم النظيف'.
الألواح الشمسية السكنية في ألمانيا. الائتمان: ويكيميديا كومنز / سايدكا سولارتكنيك
من ناحية أخرى ، يستخدم المصطلح أيضًا للإشارة إلى ما يعتبر حاليًا طرقًا غير تقليدية للطاقة - مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الحرارية الأرضية والكتلة الحيوية والإضافات الحديثة الأخرى. يستبعد هذا النوع من التصنيف طرقًا مثل الطاقة الكهرومائية ، والتي كانت موجودة منذ أكثر من قرن ، وبالتالي فهي شائعة جدًا في مناطق معينة من العالم.
عامل آخر هو أن مصادر الطاقة البديلة تعتبر 'نظيفة' ، مما يعني أنها لا تنتج ملوثات ضارة. كما لوحظ بالفعل ، يمكن أن يشير هذا إلى ثاني أكسيد الكربون ولكن أيضًا انبعاثات أخرى مثل أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت وأكسيد النيتروجين وغيرها. ضمن هذه المعايير ، لا تعتبر الطاقة النووية مصدرًا بديلًا للطاقة لأنها تنتج نفايات مشعة شديدة السمية ويجب تخزينها.
ومع ذلك ، في جميع الحالات ، يستخدم المصطلح للإشارة إلى أشكال الطاقة التي ستحل محل الوقود الأحفوري والفحم باعتباره الشكل السائد لإنتاج الطاقة في العقود القادمة.
أنواع الطاقة البديلة:
بالمعنى الدقيق للكلمة ، هناك العديد من أنواع الطاقة البديلة. مرة أخرى ، أصبحت التعريفات نقطة شائكة إلى حد ما ، وقد تم استخدام المصطلح في الماضي للإشارة إلى أي طريقة كانت تعتبر غير سائدة في ذلك الوقت. ولكن عند تطبيق المصطلح على نطاق واسع ليعني بدائل الفحم والوقود الأحفوري ، يمكن أن يشمل أيًا من العناصر التالية أو كلها:
الطاقة الكهرومائية:يشير هذا إلى الطاقة المتولدة عن السدود الكهرومائية ، حيث يتم توجيه المياه المتساقطة (أي الأنهار أو القنوات) عبر جهاز لتدوير التوربينات وتوليد الكهرباء.
محطة للطاقة النووية ، تطلق البخار الساخن كنتيجة ثانوية لعملية الانشطار البطيء. الائتمان: Wikipedia Commons / Emmelie Callewaert
الطاقة النووية:الطاقة التي يتم إنتاجها من خلال تفاعلات الانشطار البطيء. تعمل قضبان اليورانيوم أو العناصر المشعة الأخرى على تسخين المياه لتوليد البخار ، والذي بدوره يدور التوربينات لتوليد الكهرباء.
الطاقة الشمسية:يتم تسخير الطاقة مباشرة من الشمس ، حيث تقوم الخلايا الكهروضوئية (التي تتكون عادة من ركيزة من السيليكون ، ومرتبة في مصفوفات كبيرة) بتحويل أشعة الشمس مباشرة إلى طاقة كهربائية. في بعض الحالات ، يتم تسخير الحرارة الناتجة عن أشعة الشمس لإنتاج الكهرباء أيضًا ، والتي تُعرف باسم الطاقة الحرارية الشمسية.
قوة الرياح:الطاقة المولدة من تدفق الهواء ، حيث يتم تدوير توربينات الرياح الكبيرة بواسطة الرياح لتوليد الكهرباء.
الطاقة الحرارية الجوفية:الطاقة الناتجة عن الحرارة والبخار الناتج عن النشاط الجيولوجي في القشرة الأرضية. في معظم الحالات ، يتكون هذا من أنابيب يتم وضعها في الأرض فوق مناطق نشطة جيولوجيًا لتوجيه البخار عبر التوربينات ، وبالتالي توليد الكهرباء.
طاقة المد والجزر:الطاقة المتولدة من أحزمة المد والجزر الموجودة حول الشواطئ. هنا ، تؤدي التغيرات اليومية في المد والجزر إلى تدفق المياه ذهابًا وإيابًا عبر التوربينات ، لتوليد الكهرباء التي يتم نقلها بعد ذلك إلى محطات الطاقة على طول الشاطئ.
الكتلة الحيوية:يشير هذا إلى الوقود المشتق من النباتات والمصادر البيولوجية - مثل الإيثانول والجلوكوز والطحالب والفطريات والبكتيريا - التي يمكن أن تحل محل البنزين كمصدر للوقود.
هيدروجين:الطاقة المشتقة من العمليات التي تنطوي على غاز الهيدروجين. يمكن أن يشمل ذلك المحولات الحفازة ، حيث تتفكك جزيئات الماء وتتحد بواسطة التحليل الكهربائي ؛ خلايا وقود الهيدروجين ، حيث يتم استخدام الغاز لتشغيل محركات الاحتراق الداخلي أو تسخينها واستخدامها لتدوير التوربينات ؛ أو الاندماج النووي ، حيث تندمج ذرات الهيدروجين في ظل ظروف خاضعة للرقابة لإطلاق كميات هائلة من الطاقة.
مفاعل Mega Ampere Spherical Tokamak (MAST) في مركز كولهام للطاقة الانصهار (المملكة المتحدة). الائتمان: CCFE
الطاقة البديلة والمتجددة:
في كثير من الحالات ، تكون مصادر الطاقة البديلة متجددة أيضًا. ومع ذلك ، فإن المصطلحات ليست قابلة للتبادل تمامًا ، نظرًا لحقيقة أن العديد من أشكال الطاقة البديلة تعتمد على مورد محدود. على سبيل المثال ، تعتمد الطاقة النووية على اليورانيوم أو العناصر الثقيلة الأخرى التي يجب تعدينها.
وفي الوقت نفسه ، تعتمد طاقة الرياح والطاقة الشمسية والمد والجزر والطاقة الحرارية الأرضية والطاقة الكهرومائية على مصادر متجددة بالكامل. أشعة الشمس هي مصدر الطاقة الأكثر وفرة للجميع ، وعلى الرغم من تقييدها بالطقس والأنماط اليومية ، فهي معمرة - وبالتالي لا تنضب من وجهة نظر الصناعة. الرياح أيضًا ثابتة ، وذلك بفضل دوران الأرض وتغيرات الضغط في غلافنا الجوي.
تطوير:
حاليًا ، لا تزال الطاقة البديلة في مهدها. ومع ذلك ، فإن هذه الصورة تتغير بسرعة ، بسبب مزيج من الضغط السياسي ، والكوارث البيئية العالمية (الجفاف ، والمجاعة ، والفيضانات ، ونشاط العواصف) ، والتحسينات في تكنولوجيا الطاقة المتجددة.
على سبيل المثال ، اعتبارًا من عام 2015 ، كانت احتياجات الطاقة في العالم لا تزال يتم توفيرها في الغالب من خلال مصادر مثل الفحم (41.3٪) والغاز الطبيعي (21.7٪). شكلت الطاقة الكهرومائية والنووية 16.3٪ و 10.6٪ على التوالي ، بينما شكلت 'مصادر الطاقة المتجددة' (أي الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والكتلة الحيوية وما إلى ذلك) 5.7٪ فقط.
في الدنمارك ، تمثل طاقة الرياح 28٪ من الإنتاج الكهربائي وهي أرخص من طاقة الفحم. الائتمان: denmark.dk
وهذا يمثل تغيراً كبيراً عن عام 2013 ، عندما بلغ الاستهلاك العالمي للنفط والفحم والغاز الطبيعي 31.1٪ و 28.9٪ و 21.4٪ على التوالي. شكلت الطاقة النووية والكهرومائية 4.8٪ و 2.45 ، بينما شكلت مصادر الطاقة المتجددة 1.2٪ فقط.
بالإضافة إلى ذلك ، كانت هناك زيادة في عدد الاتفاقيات الدولية المتعلقة بالحد من استخدام الوقود الأحفوري وتطوير مصادر الطاقة البديلة. وتشمل هذه توجيهات الطاقة المتجددة الموقع من قبل الاتحاد الأوروبي في عام 2009 ، والذي وضع أهدافًا لاستخدام الطاقة المتجددة لجميع الدول الأعضاء لعام 2020.
بشكل أساسي ، نصت الاتفاقية على أن الاتحاد الأوروبي يلبي ما لا يقل عن 20٪ من إجمالي احتياجاته من الطاقة باستخدام مصادر الطاقة المتجددة بحلول عام 2020 ، وأن 10٪ على الأقل من وقود النقل يأتي من مصادر متجددة بحلول عام 2020. وفي نوفمبر 2016 ، قامت المفوضية الأوروبية بمراجعة هذه الأهداف ، وهي تحديد أن 27٪ على الأقل من احتياجات الطاقة في الاتحاد الأوروبي تأتي من مصادر الطاقة المتجددة بحلول عام 2030.
في عام 2015 ، اجتمعت اتفاقية الأمم المتحدة الإطارية بشأن تغير المناخ (UNFCCC) في باريس للتوصل إلى إطار عمل لتخفيف غازات الاحتباس الحراري وتمويل الطاقة البديلة التي ستدخل حيز التنفيذ بحلول عام 2020. وقد أدى ذلك إلى اتفاقية باريس ، الذي تم اعتماده في 12 ديسمبر 2015 وفتح للتوقيع في 22 أبريل (يوم الأرض) ، 2016 ، في مقر الأمم المتحدة في نيويورك.
تقع محطة كرافلا لتوليد الطاقة الحرارية الأرضية في أيسلندا. الائتمان: ويكيبيديا كومنز / Ásgeir Eggertsson
كما لوحظت العديد من الدول والدول في الصدارة ريادتها في مجال تطوير الطاقة البديلة. على سبيل المثال ، في الدنمارك ، توفر طاقة الرياح ما يصل إلى 140٪ من طلب الدولة على الكهرباء ، مع توفير الفائض للدول المجاورة مثل ألمانيا والسويد.
حققت آيسلندا ، بفضل موقعها في شمال المحيط الأطلسي وبراكينها النشطة الاعتماد بنسبة 100٪ على الطاقة المتجددة بحلول عام 2012 من خلال مزيج من الطاقة الكهرومائية والطاقة الحرارية الأرضية. في عام 2016 ، أدت سياسة ألمانيا المتمثلة في التخلص التدريجي من الاعتماد على النفط والطاقة النووية إلى وصول البلاد إلى مرحلة بارزة 15 مايو 2016 - حيث يأتي ما يقرب من 100٪ من طلبها على الكهرباء من مصادر متجددة.
قطعت ولاية كاليفورنيا أيضًا خطوات مثيرة للإعجاب من حيث اعتمادها على الطاقة المتجددة في السنوات الأخيرة. في عام 2009 ، 11.6 دقائق تأتي جميع الكهرباء في الولاية من مصادر متجددة مثل طاقة الرياح ، والطاقة الشمسية ، والطاقة الحرارية الأرضية ، والكتلة الحيوية ، ومنشآت الطاقة الكهرومائية الصغيرة. بفضل البرامج المتعددة التي تشجع التحول إلى مصادر الطاقة المتجددة ، هذا الاعتماد زاد إلى 25٪ بحلول عام 2015.
استنادًا إلى معدلات الاعتماد الحالية ، تعد الآفاق طويلة الأجل للطاقة البديلة إيجابية للغاية. وفقا ل تقرير 2014 من قبل الوكالة الدولية للطاقة (IEA) ، ستشكل الطاقة الشمسية الكهروضوئية والطاقة الحرارية الشمسية 27٪ من الطلب العالمي بحلول عام 2050 - مما يجعلها أكبر مصدر منفرد للطاقة. بصورة مماثلة، تقرير 2013 على طاقة الرياح أشار إلى أنه بحلول عام 2050 ، يمكن أن تمثل الرياح ما يصل إلى 18٪ من الطلب العالمي.
وكالة الطاقة الدولية توقعات الطاقة العالمية 2016 تدعي أيضًا أنه بحلول عام 2040 ، سيتفوق الغاز الطبيعي وطاقة الرياح والطاقة الشمسية على الفحم والنفط كمصادر رئيسية للطاقة. بل إن البعض يذهب إلى أبعد من ذلك ليقول ذلك - بفضل التطورات في تكنولوجيا الطاقة الشمسية وطاقة الرياح وطاقة الاندماج - سيصبح الوقود الأحفوري متقادمًا بحلول عام 2050 .
كما هو الحال مع كل الأشياء ، كان اعتماد الطاقة البديلة تدريجياً. ولكن بفضل مشكلة تغير المناخ المتزايدة والطلب المتزايد على الكهرباء في جميع أنحاء العالم ، أصبح معدل اعتماد الأساليب النظيفة والبديلة أسيًا في السنوات الأخيرة. في وقت ما خلال هذا القرن ، قد تصل البشرية إلى نقطة أن تصبح محايدة للكربون ، وليس لحظة مبكرة!
لقد كتبنا العديد من المقالات حول الطاقة البديلة لـ Universe Today. هنا ما هي الأنواع المختلفة للطاقة المتجددة؟ و ما هي الطاقة الشمسية؟ و كيف تعمل توربينات الرياح؟ و هل يمكن للعالم أن يعمل بالطاقة الشمسية وطاقة الرياح؟ و من أين تأتي الطاقة الحرارية الجوفية؟ و التنازلات تؤدي إلى صفقة تغير المناخ .
إذا كنت ترغب في مزيد من المعلومات حول الطاقة البديلة ، تحقق من محاصيل الطاقة البديلة في الفضاء . وهنا رابط تقنيات الطاقة البديلة للتحكم في تغير المناخ .
لقد سجلنا أيضًا حلقة من برنامج Astronomy Cast كل شيء عن كوكب الأرض. استمع هنا، الحلقة 51: الأرض .
مصادر: