بزرگنمايي:

آریا بانو - انرژی‌ تجدید پذیر نیرویی‌ است که منبع آن تمام شدنی نیست. منابع انرژی تجدید پذیر شامل انرژی خورشیدی، انرژی مهار باد، انرژی ژئوترمال یا زمین گرمایی، انرژی توربین‌های بادی، نیروی امواج اقیانوسی، انرژی بیومس و هیدروژن می‌شود.


سرویس علوم - آیا تا به حال کنجکاو شده اید که واقعا "انرژی تجدید پذیر" چیست؟ به زبان ساده، انرژی تجدید پذیر در منابعی مانند نور خورشید، هوا و جو زمین و اقیانوس‌ها پیدا شده اند. این‌ها بخشی از ساختار فیزیکی سیاره زمین هستند، یعنی به طور مداوم توسط ابزار‌های طبیعی باز تولید می‌شوند. به بیان ساده، این منابع تمام شدنی نیستند. در ادامه با منابع اصلی انرژی تجدید پذیر آشنا خواهید شد.
این منابع پایدار انرژی معمولاً به نام "انرژی تجدید پذیر" شناخته می‌شوند، زیرا به عنوان جایگزین سوخت‌های فسیلی سنتی از قبیل نفت و زغال سنگ مورد توجه قرار گرفته اند. البته نمی‌توان گفت که یک منبع انرژی، فقط به دلیل قابلیت تجدید پذیری، 100 درصد از لحاظ محیط زیستی ایمن است. برای مثال سد‌ها نیروی جنبشی آب را کنترل می‌کنند، اما ممکن است به ماهی‌ها و حیات وحش نیز صدمه بزنند.
فواید منابع انرژی تجدید پذیر
با این وجود، منابع انرژی جایگزین تأثیرات محیط زیستی بسیار کمتری نسبت به سوخت‌های فسیلی دارند. به همین دلیل منابع انرژی تجدید پذیر اهمیت بسیار فراوانی دارند. آن‌ها انسان را به جهانی که دارای آلودگی کمتری است، وارد می‌کنند. حتی اگر انسان با تهدید تغییرات اقلیمی هم رو به رو نشود، به حدأقل رساندن آلودگی در سلامت انسان و محیط زیست نقشی اساسی ایفا می‌کند. همچنین هر چیزی که برای محیط زیست مفید باشد، تأثیرات مفید فزاینده‌ای بر صاحب خانه‌ها و کسب و کار‌ها هم خواهد داشت. امروزه در بسیاری از نقاط جهان، به ویژه نیروی خورشیدی و بادی ارزان‌تر از سوخت‌های فسیلی هستند و قیمت‌ها هر سال کاهش پیدا می‌کنند.
پس انرژی تجدید پذیر چگونه عمل می‌کند؟ در اینجا به منابع انرژی تجدید پذیر نگاهی می‌اندازیم. این منابع می‌توانند به صورت مستقیم یا غیرمستقیم گام‌های انسان را به سوی خلق جهانی سبز و مبارزه با گرمایش جهانی استوارتر سازند. گذشته از حرارت مرکزی زمین و هیدروژن، خورشید نقش قابل توجهی در هر یک از انواع انرژی تجدید پذیر مورد بحث ایفا می‌کند.
منابع انرژی تجدید پذیر؛ سبز و پاک
انرژی خورشیدی
نور خورشید یک منبع تجدید پذیر است و کاربرد مستقیم آن از طریق کنترل انرژی خورشید حاصل می‌شود. به این دلیل، تنوعی از فناوری‌های انرژی خورشیدی برای تبدیل انرژی و نور خورشید به گرما، روشنایی، آب گرم، برق و سیستم‌های سرمایش کسب و کار‌ها و صنایع وجود دارند.

سیستم‌های فتو ولتایک نور خورشید را به واسطه سلول‌های خورشیدی به برق تبدیل می‌کنند. سیستم‌های آب گرم خورشیدی را می‌توان با گردش دادن آب از میان گیرنده‌های خورشیدی مسطح، برای گرمایش ساختمان‌ها به کار گرفت. ظرف‌های آینه‌ای که بر جوشاندن آب در ژنراتور بخار مرسوم تمرکز کرده اند، می‌توانند از طریق جمع کردن گرمای خورشید به تولید برق بپردازند. ساختمان‌های تجاری و صنعتی نیز می‌توانند برای برآوردن نیاز‌های بیشتری از قبیل تهویه، گرمایش و سرمایش از انرژی خورشیدی استفاده کنند. سرانجام، طراحی‌های معماری متفکرانه می‌توانند به صورت منفعلی از خورشید به عنوان منبع نوری گرمایش و سرمایش بهره ببرند. صاحب خانه ها، کسب و کار‌ها و نهاد‌های دولتی می‌توانند به طرق گوناگونی که در ادامه خواهد آمد، از مزایای انرژی خورشیدی بهره برداری کنند: نصب سیستم خورشیدی خانگی یا پنل‌های خورشیدی تجاری؛ ساخت یا تکمیل ساختمانی جهت ثبت آب گرم خورشیدی، سیستم‌های سرمایش یا تهویه؛ طراحی ساختار خراشی که از ویژگی‌های طبیعی خورشید برای گرمایش و نور منفعل بهره می‌گیرد.
مهار باد
باد را می‌شود شکلی از انرژی خورشیدی دانست، زیرا گرمایش و سرمایش نامساعد جو زمین (و گردش زمین و دیگر عوامل توپوگرافیکی) باعث پیدایش باد‌ها می‌شود. جریان باد را می‌توان به وسیله توربین‌ بادی مهار و به برق تبدیل کرد. در مقیاس کوچکتری، آسیاب‌های بادی امروزه هم در پمپاژ آب در مزارع کاربرد دارند. سیستم‌های تولید نیروی بادی درجه تجاری برای تأمین نیاز‌های انرژی تجدید پذیر بسیاری از سازمان‌ها در دسترس هستند.

توربین‌های بادی خاصی، برق الحاقی به ذخیره الکتریکی موجود را تولید می‌کنند. هنگام وزش باد، نیروی تولیدی سیستم به جبران نیاز استفاده از برق ذخیره شده می‌پردازد. مزارع بادی در مقیاس مطلوب، برقی را که در بازار‌های فروش عمده نیرو می‌توان فروخت، تولید می‌کنند.
حرارت مرکزی زمین؛ نیروی نشأت گرفته از زمین
انرژی ژئوترمال از گرمای مرکزی زمین نشأت می‌گیرد. این گرما می‌تواند از نزدیکی سطح زمین یا از صخره‌های گرم و مخازن آب گرمی که در اعماق چندین و چند کیلومتری زمین قرار دارند، ناشی شوند. واحد‌های نیروی حرارتی زمین، این منابع گرم را کنترل کرده و از این طریق به تولید برق می‌پردازند. در مقیاس بسیار کوچکتری، سیستم پمپاژ گرمای حرارت مرکزی زمین از دمای پایدار زمین، که تنها در عمق 10 پایی زمین قرار دارد، استفاده کرده و آن را برای گرمایش ساختمان مجاور در فصل زمستان یا سرمایش فصل تابستان ذخیره می‌کند.

انرژی ژئوترمال را می‌توان در مقیاسی بزرگ، بخشی از استفاده تجاری چاره سازی انرژی یا بخشی از یک تمرین پایدار در سطح منطقه‌ای دانست. استفاده مستقیم از انرژی حرارت مرکزی زمین شامل گرمایش ساختمان‌های اداری یا واحد‌های صنعتی، کمک به رشد گیاهان گلخانه‌ای، گرمایش آب در کشتزار‌های ماهی، و یاری رسانی به فرآیند‌های صنعتی متنوع (برای مثال، پاستوریزه کردن شیر) می‌شود.
از توربین آبی تا هیدرو الکتریسیته
نیروگاه‌های آبی اختراع جدیدی نیستند، و چرخ‌های آبی که در آمریکای قدیم برای راه اندازی آسیاب غلات و کارخانه اره کشی استفاده می‌شد، اکنون به عنوان مکان‌های تاریخی دیدنی و موزه‌ها ایفای نقش می‌کنند. امروزه انرژی جنبشی رودخانه‌های جاری به روش‌های کاملاً متفاوتی مهار و به هیدرو الکتریسیته تبدیل می‌شود. شاید شناخته شده‌ترین نیروی هیدرو الکتریکی توسط سیستمی تولید می‌شود که در سد‌ها کار گذاشته شده است. این سد‌ها به منظور انبار آب در مخازنی راه اندازی شده اند که در صورت رها کردن آب، جریان حاصل از آن، توربین‌ها را برای تولید برق به چرخش درمی آورد.
این پدیده به نام "نیروگاه آبی ذخیره پمپاژ" شناخته می‌شود. در این نیروگاه ها، آب در بین انبار‌های پایینی و بالایی در گردش است تا تولید برق در میان اوقات کم مصرف و اوج مصرف کنترل شود.

ساخت "نیروگاه روی رودخانه‌ها" یکی از انواع دیگر این نیروگاه‌هاست. در این روش مقداری از جریان رودخانه از طریق یک کانال مهار می‌شود و به سد نیازی نیست. از نظر اندازه می‌توان واحد‌های صنعتی نیروگاه آبی را از پروژه‌های عظیمی مانند سد هوور آمریکا تا سیستم‌های نیروگاه آبی کوچک تقسیم کرد.
طبیعتاً استفاده مستقیم از نیروی هیدروالکتریکی به موقعیت جغرافیایی بستگی دارد. با فرض وجود و دسترس پذیری یک منبع آبراهه قابل اتکا می‌توان واحد‌های هیدروالکتریکی کوچک را راه اندازی کرد و برق را برای مزارع و عملیات‌های دامپروری یا شهرداری‌های کوچک ذخیره نمود. شهر‌های کوچک می‌توانند انرژی آبراهه‌های محلی را با ساخت سیستم‌های نیروگاه هیدروالکتریکی متوسط کنترل کنند.
نیروی برگرفته از اقیانوس
اقیانوس دو نوع انرژی را برای استفاده انسان تولید می‌کند: انرژی حرارتی ناشی از گرمای خورشید و انرژی مکانیکی ناشی از حرکت جزر و مد و امواج. انرژی حرارتی اقیانوس را با استفاده از تعدادی از سیستم‌های متکی به سطح گرمای دمای آب، به برق تبدیل می‌کنند. اما انرژی مکانیکی اقیانوس، جزر و مد‌های کشندی ناشی از گردش زمین و تأثیرات گرانشی ماه را کنترل می‌کند. انرژی حاصل از امواج ناشی از باد‌ها را نیز می‌توان تبدیل و جهت کمک به کاهش هزینه‌های برق خانوار‌ها مورد استفاده قرار داد.

فناوری‌های کمتر توسعه یافته دیگری نیز برای کنترل جریان‌ها و باد‌های اقیانوسی و شیب شوری به عنوان منابع تبدیل نیرو، وجود دارند. آب‌های سرد واقع در اعماق زیرین اقیانوس را می‌توان برای سرمایش ساختمان‌ها (با آب نمک زدایی شده که معمولاً به عنوان محصول جانبی تولید می‌شود) استفاده کرد. جوامع ساکن جوار دریا می‌توانند روش‌های فوق مهار انرژی طبیعی اقیانوس را به کار گرفته و نیروی شهری و انرژی مورد نیاز خود را تأمین کنند.

انرژی اقیانوس یک منبع در حال رشد تولید انرژی جایگزین است. با توجه به اینکه بیش از 70 درصد سطح کره زمین را آب فرا گرفته است، چنین به نظر می‌رسد که آینده این نوع از انرژی نوید بخش، وابسته به موقعیت جغرافیایی و رهنمود‌های منظم است.
دیگر منابع انرژی جایگزین
هر دو نوع انرژی تجدید پذیر بخش قبل را باید با استفاده از ابزار‌های مکانیکی و نه کنترل فرآیندی طبیعی، تولید کرد. انرژی زیستی نوعی از انرژی تجدید پذیر است که از توده‌های زیستی حاصل آمده و در تولید گرما، برق و سوخت‌های مایعی مانند اتانول و دیزل زیستی مورد استفاده حمل و نقل، کاربرد دارد.

توده زیستی (بیومس) به هر ماده ارگانیک حاصل از گیاهان یا حیواناتی که تازه مرده اند، اشاره دارد. هرچند دی اکسید کربن ناشی از استفاده از انرژی زیستی تقریباً با سوخت‌های فسیلی یکسان است، اما گیاهان جایگزین رشد کرده به عنوان توده زیستی، معادل همان مقدار CO2 را از جو زمین خارج می‌کنند. پس می‌توان نتیجه گرفت که توده‌های زیستی از تأثیرات محیط زیستی نسبتاً خنثی برخوردارند.
سیستم‌های گوناگونی، از سوزاندن مستقیم توده زیستی تا مهار و استفاده از گاز متان ناشی از تجزیه طبیعی مواد ارگانیک، برای تولید این نوع از الکتریسیته وجود دارند.
اما انرژی زیستی را چگونه مورد استفاده قرار می‌دهند؟ کسب و کار‌ها یا سازمان‌های حمل و نقل محصولات یا عموم مردم می‌توانند ناوگان خود را با خودرو‌هایی تعویض کنند که از سوخت‌های زیستی از قبیل: اتانول یا دیزل زیستی استفاده می‌کنند.

امکانات کارخانه‌ای را می‌توان به سوخت توده زیستی مجهز کرد تا بخار مورد نیاز توربین مولد برق را تأمین کند. در برخی موارد، این فرآیند با نیرورسانی به امکانات و گرمایش آن، هدفی دوگانه را محقق می‌سازد. برای مثال، می‌توان در کارخانه ساخت کاغذ از زباله چوب برای تولید برق و از بخار برای گرمایش استفاده کرد. عملیات مزرعه می‌تواند زباله را از حیوانات اهلی گرفته و با استفاده از سیستم‌های کوچک و مدولار به برق تبدیل کند. شهر‌ها می‌توانند گاز متان تولیدی تجزیه بی‌هوازی دفن زباله‌های ارگانیک را مهار کرده و به عنوان سوخت تولید برق از آن استفاده کنند.
هیدروژن؛ انرژی فراوان و آلودگی اندک
هیدروژن ساده‌ترین (تشکیل شده از یک پروتون و یک الکترون) و فراوانترین عنصر موجود در جهان است. اما این عنصر به طور طبیعی به اندازه گاز در زمین واقع نمی‌شود. در عوض آن را در ترکیبات ارگانیک (هیدروکربن‌هایی مانند گازولین، گاز طبیعی، متانول و پروپان) و آب می‌توان یافت. همچنین در شرایط خاصی می‌شود هیدروژن را به واسطه برخی از خزه-های دریایی و باکتری‌هایی که از نور خورشید به عنوان منبع انرژی استفاده می‌کنند، تولید کرد. هیدروژن حاوی انرژی فراوانی است، اما میزان تولید آلودگی آن در هنگام اشتعال صفر و یا بسیار اندک است. از دهه 1950، هیدروژن مایع را برای پرتاب شاتل فضایی و دیگر راکت‌ها به فضا مورد استفاده قرار داده اند. سلول‌های سوختی هیدروژن، انرژی شیمیایی بالقوه آن را به برق تبدیل می‌کنند و یگانه محصول جانبی آن نیز آب خالص و گرما است.
به هر حال، تجاری سازی این سلول‌های سوختی به عنوان منبع عملی انرژی سبز احتمالاً تا زمان کاهش هزینه‌ها و بهبود سطح ماندگاری آن محدود خواهد ماند. تقریباً تمام هیدروژن مورد استفاده ایالات متحده در صنعت پالایش نفت، فلزسازی، تولید کود شیمیایی و پردازش غذا‌ها به کار برده می‌شود. علاوه بر آن، سلول‌های سوختی هیدروژن در اوقاتی که اتم‌های هیدروژن و اکسیژن برای تولید برق ترکیب می‌شوند، به عنوان منبع انرژی عمل می‌کنند. همچنین در حال حاضر تعداد چند صد کامیون هیدروژن سوز در ایالات متحده وجود دارند. البته همین که هزینه تولید سلول سوختی کاهش یافت و تعداد ایستگاه‌های سوخت-گیری افزایش یافت، می‌توان تعداد این خودرو‌ها را نیز افزایش داد. دیگر کاربرد‌های عملی این نوع از انرژی تجدید پذیر عبارتند از: سلول‌های سوختی بزرگ تولید کننده برق اضطراری ساختمان‌ها و مکان‌های دورافتاده، خودرو‌های دارای موتور الکتریکی و کشتی‌های دریایی که از سلول‌های سوختی هیدروژن استفاده می‌کنند.
سامان کهنه پوشی