بحث عن الطاقة ومصادرها وصورها وأنواعها
الطاقة تعتبر الطاقة من المواضيع الرئيسيّة التي تشغل الحكومات والدول نظراً لأهميّتها وحاجة السكان لها، وقد ازداد التركيز على مفهوم الطاقة ومصادرها بعد اكتشاف النفط والفحم الحجري، فاعتمد عليه الإنسان بشكلٍ أساسي للحصول على الخدمات وتأمين الاحتياجات الرئيسيّة.
كما ظهرت الحاجة إلى توفير مصادر بديلة للنفط والفحم الحجري بوصفها مصادر غير متجددة وستنفذ يوماً ما، ولكن ما مفهوم الطاقة؟؟ وما هي أنواعها؟؟ وما هي المصادر التي من خلالها يمكن الحصول عليها؟؟
تعريف الطاقة
لقد مرّ مفهوم الطاقة بالكثير من التغيّرات بالنسبة لنظرة الإنسان إليها، فقد تم النظر إليها بدايةً على أنّها مرتبطة بشكلٍ أساسي بروح الإنسان والجسد، ثمّ لاحظ الإنسان وجود بعض المواد الجامدة التي لها القدرة على إنتاج الطاقة من دون حياة، فتوصّل إلى أنّه لا يمكن معرفة الطاقة إلّا من خلال تحوّلها من شكلٍ إلى آخر، وتوصل في النهاية إلى تعريف الطاقة على أنّها كميّة فيزيائيّة تظهر على شكل حرارة أو على شكل حركة ميكانيكيّة أو كطاقةِ ربطٍ في أنويه الذرّة بين البروتون والنيترون. لاحظ العلماء المختصّون بأنَّ الطاقة لا يمكن استحداثها، ولا يمكن أن تفنى، وإنّما تتحوّل من شكلٍ لآخر، وهذا هو قانون حفظ الطاقة المتعارف عليه.
أنواع الطاقة
لقد استطاع العلماء تصنيف الطاقة إلى عدّة أنواعٍ رئيسيّةٍ بعد الدراسات والتجارب المستفيضة، وهذه الأنواع هي:
الطاقة الكيميائية:
هي الطاقة الموجودة في الطبيعة ويمكن الحصول عليها من أنواع الوقود الموجود مثل النفط والفحم والغاز الطبيعي وكذلك الخشب.
الطاقة الميكانيكية:
هي الطاقة الناتجة من حركة الأجسام من مكان إلى آخر، ومن الأمثلة على مصادرها حركة الرياح وظاهرة المد والجزر وتحوّلها من أشكال الطاقة الأخرى.
الطاقة الحرارية:
هي عبارة عن الطاقة الحركيّة التي تمتلكها جزيئات وذرّات المادة، ومن مصادرها المباشرة الحرارة الجوفيّة، وتحويل الطاقة الإشعاعيّة من الشمس إلى طاقةٍ حراريّةٍ.
الطاقة الشمسيّة:
هي الطاقة المنبعثة من الشمس، وتصل إلى الأرض بجزئياتٍ، وهي طاقةٌ نظيفةٌ لا تسبب التلوث للبيئة.
الطاقة النووية:
هي الطاقة الناتجة من تفكك الروابط بين مكوّنات النواة ( البروتونات والنيترونات)، وينتج عنها أيضاً مقدار هائل من الحرارة.
الطاقة الكهربية :
هي الطاقة التي تنشأ من تحويل نوع من أنواع الطاقة الأخرى، ولايمكن الحصول عليها بشكلٍ مباشرٍ، مثل تحويل الطاقة الميكانيكيّة إلى طاقةٍ كهربيّةٍ كما هو الحال في المولد الكهربائي، أو تحويل الطاقة الكيميائيّة كما هو في البطاريات.
الطاقة الضوئية:
هي عبارة عن موجاتٍ كهرومغناطيسيةٍ تحتوي في كلٍّ منها على حزمٍ من الفوتونات، ويمكن تحويلها إلى أشكال الطاقة الأخرى مثل الحصول على الطاقة الكهربائيّة من الخلايا الضوئيّة.
مصادر الطاقة
مصادر متجددة: هي التي تتجدد باستمرار ولا خوف من نفاذها مثل الطاقة الناتجة من الرياح والمياه والشمس.
مصادر غير متجددة: هي التي ستنفذ يوماً من الأيام مثل الطاقة الناتجة من النفط والفحم الحجري.
وحــدات الطـاقة
كما توجد أنواع متعددة للطاقة ، مثل الطاقة الحرارية و الطاقة الكهربائية و والطاقة الميكانيكية فلا عجب أنه توجد وحدات عديدة أيضا لقياس الطاقة بحيث تناسب الوحدة نوع الطاقة تحت النظر . ومع ذلك فيمكن تحويل تلك الوحدات فيما بينها مثلما يمكن تحويل الطاقة الحرارية مثلا إلى طاقة ميكانيكية. ونجلب هنا أهم وحدات الطاقة ، ونذكر بوجود قائمة وحدة طاقة:
1 جول = 1 كيلوجرام . متر2 . ثانية −2
1 إرج = 1 جرام . سم2 . ثانية −2
1 جول = 107 إرج
1 كيلوواط ساعة = 3,6 . 106 جول
1 حصان = 2,68 . 106 جول
كما توجد وحدة صغيرة تناسب التعامل مع الجسيمات الأولية و الذرة وتستخدم في الفيزياء النووية ، ذلك لأن الجول وكيلوواط ساعة وحدات كبيرة لهذا المجال. والوحدة التي يستخدمها الفيزيائيون للجسيمات الأولية هي الإلكترون فولت ومقدارها :
1 إلكترون فولت = 1.6023×10−19 جول
مصــــادر الطاقة
ان أهمّ مصادر الطاقة المستخدمة حالياً، وتلك المتوقع أن يكون لها شأن في توفير الطاقة للبشرية، هي:
1- الوقود الأحفوري:
ويتمثل في الفحم والنفط والغاز الطبيعي، ويختزن هذا الوقود (طاقة كيميائية) يمكن الاستفادة منها عند حرقه، والوقود الأحفوري هو مصدر الطاقة الرئيس حيث يسهم بما يربو على 90% من الطاقة المستخدمة اليوم، ولأنه مصــــدر قابل للنضوب، وبسبب مشكلات التلوث البيئي، فإن البحث حثيث لتوفير وتطوير مصادر أخرى للطاقة.
2- المصادر الميكانيكية:
وهي مساقط المياه والسدود وحركة (المدّ والجزر) وطاقة الرياح، ولذا تُقام محطات (توليد الكهرباء) عند السدود والشلالات ومناطق المد العالي وربوع الرياح الشديدة لاستغلال قوة الدفع الميكانيكية في تشغيل التوربينات.
3 - الطاقة الشمسية:
يُستفاد منها عبر التسخين المباشر في عمليات تسخين المياه والتدفئة والطهي، كما يمكن تحويلها مباشرة إلى (طاقة كهربائية) بواسطة (الخلايا الشمسية).
4- الطاقة الحرارية الجوفية
حيث يُستفاد من ارتفاع درجة الحرارة في جوف الأرض، وفي بعض المناطق تكون هذه (الطاقة الجوفية) قريبة من سطح الأرض فتوجد بالتالي الينابيع الحارة، ففي أيسلندة ـ مثلاً - تنتشر هذه الينابيع، ويُستفاد منها لأغراض التدفئة والتسخين.
5- الكتل الحيوية (البيوماس):
وهي المخلفات الحيو، وهذا التصنيف يشمل: انية والزراعية التي يتم تخميرها في حفر خاصة ليتصاعد منها غاز الميثان، وهو غاز قابل للاشتعال.
6- غاز الهيدروجين:
يمثّل نوعاً مهماً من أنواع الوقود، وهو مرشح لأن يكون له دور كبير في تأمين الطاقة في المستقبل، وقد ظهرت سيارات تعمل على غاز الهيدروجين، وأبرز تطبيقاته الاســـتفادة منه في (خلايا الوقود)، وهي خلايا واعـــدة بتطبيقات واسعة في المستقبل، ويتم توليد الكهرباء داخلها مباشرة بتمرير الهيدروجين والهواء بها، وعبــر اتحاد الهيـــــدروجين والأوكسجين نحصل على (طاقة كهربـــائية)، وأما مخلــــفات هذه العملية فهي الماء فقـــــط، أي إن (خـــــلايا الوقود) لا تسـهم في تلويث البيئة.
7- الطاقة النووية:
تنتج عن (الانشطار النووي) في المفاعلات النــووية، ويُستفاد منها في تسيير الســــفن والغـواصات وتوليد (الطاقة الكهربائية)، وأبرز سلبياتها (النفايات المشعة) النــــاتجة، ومشكلة التخلص منها، وضوابط الســــلامة العالية اللازمة لمنع انفجار المفاعل، أو تسرّب الإشعاعات منه. وهناك تصنيف للطاقة ومصادرها يقوم على مدى إمكانية تجدد تلك الطاقة واستمراريتها 1- الطاقة التقليدية أو المستنفذة: وتشمل الفحم والبترول والمعادن والغاز الطبيعي والمواد الكيميائية، وهي مستنفذة لأنها لا يمكن صنعها ثانية أو تعويضها مجدداً في زمن قصير.
8- 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.
نص مائل==الواقع الحالي لاستخدام الطاقة :==
تعتمـد المجتمعات المتقدمة على مصادر الطاقة المختلفة في كافة مرافق الحياة. وغالبية المصادر المستخدمة حالياً هي مصادر الوقود الأحفوري . وقد كانت النسـب المئـوية لاسـتهلاك مصـادر الطـاقة المختلـفة فـي عــام 1992 (الشكل 1-1) كما يلي : النفط 33% ، والفحم 22.8% ، والغاز 18.8% ، ومصادر الكتلة الحيوية 13.8% ، والمحطات المائية 5.9% ، والمحطات التي تعمل بالطاقة النووية 5.6% .
استمــــرارية توفر مصادر الطاقة :
إن وضع الطاقة في الوقت الحاضر يختلف عما كان عليه في العقدين الماضيين . فانخفاض الأسعار ، وتوفر كميات كبيرة من الوقود في الأسواق أدّيا إلى الإسراف في استهلاك الطاقة ، وعدم الالتزام بترشيده ، وعدم البحث عن مصادر جديدة .
إن كمية الطاقة الموجودة في باطن الأرض محدودة ، ومن غير الممكن بقاؤها لفترة طويلة جداً . ولكن تقدير فترة بقائها ليس سهل أيضاً . فاحتياطي العالم من النفط ارتفع من 540 بليون برميل عام 1969 ميلادية إلى أكثر من 1000 بليون برميل في الوقت الحاضر . وهذا الارتفاع في الاحتياطي لا يعني أنه غير محدود . فلقد تم مسح مكامن الأرض بصورة مفصلة من قِبل شركات النفط واكتشفت الحقول السهلة والحقول ذات تكلفة الإنتاج القليلة . وهنالك حقول صعبة تحتاج إلى حفر عميق أو ذات طبيعة استخراج صعبة جداً وتحتاج إلى مواد وجهود كبيرة ، وقسم منها يحتاج إلى طاقة وأحياناً تكون الطاقة اللازمة للاستخراج مساوية أو أكثر من الطاقة المستخرجة. وفي هذه الحالات سيكون استخراج الطاقة بدون فائــدة .
من الأرقام المفيدة والمهمة جداً في هذا المجال نسبة الاحتياطي إلى المنتج . فإذا تم تقسيم الاحتياطي المضمون في نهاية كل سنة على الإنتاج في تلك السنة فإن الناتج سيمثل طول عمر الاحتياطي . وهذا الرقم سيدلّ على توفر الطاقة في منطقة معينة من العالم . فمثلاً لقد كان هذا الرقم في عام 1992 هو 10 أعوام لنفط غربي أوربا ، و 25 عاماً لأمريكا الشمالية بينما كان أكثر من 100 عام لمنطقة الشرق الأوسط . ويمتلك الشرق الأوسط أكثر من 60% من احتياطي العالم من النفط ، وتمتلك المملكة العربية السعودية وحدها أكثر من 25% من الاحتياطي .
ويختلف الأمر بالنسبة إلى الغاز الطبيعي . فإن الاحتياطي الأكبر يقع في دول الاتحاد السوفيتي السابق إذ تحتوي هذه المنطقة على أكثر من 40% من احتياطي العالم ، وتحتوي دول الأوبك على حوالي 40% أيضاً من الغاز. أما الباقي فإنه يتوزع على أنحاء مختلفة من العالم . وإن نسبة الاحتياطي إلى المنتج في الوقت الراهن بالنسبة إلى الغاز الطبيعي هي حوالي 65 عاماً .
أما بالنسبة إلى الفحم الحجري فإن الاحتياطي العالمي كبير وموزع على مناطق واسعة ومختلفة . ويبلغ مقدار الاحتياطي إلى المنتج بالنسبة إلى الفحم أكثر من 200 عام ، ولكن كما نعلم فإن للفحم مساوئ كثيرة ، حتى وإن قورنت بالنفط والغاز . وأهم هذه المساوئ هو انبعاث ثاني أكسيد الكربون وأكسيد الكبريت وأكسيد النيتروجين . وبالرغم من إمكانية تحويل الفحم إلى سائل لغرض تقليل مشاكله البيئية فإن سعر كلفة التحويل سيمثل عقبة لكونه عالياً .
مما تقدم أعلاه يتبين أنه إذا كان هدفنا هو تقليل كمية الوقود التقليدي الذي يتم حرقه لغرض إطالة عمره ولتقليل المخاطر البيئية التي يسببها فإنه يتوجب علينا البحث عن مصادر جديدة غير ناضبة وصديقة للبيئة ، وتطوير كفاءتها ، وتقليل أسعار منظوماتها .
الغاز الطبيعي
هو افضل ما يمكن ان يحل محل النفط، لانه اقل تلويثا للجو من البنزين. يذكر هنا ان ان المنتوج الرئيسي لوقود البنزين هو ثاني اكسيد الكربون. مع انه غير ضار بالصحه، الى ان ثاني اكسيد الكربون يحجب اشعة ما تحت الحمراء الشمسيه، كما يحجب الحرارة التي يعكسها سطح الارض ليلا. عادة ما تكون القدرة على الاحتفاظ بالسخونة مفيده. منذ بداية العصر الصناعي،بدأ مستوى ثاني اكسيد الكربون يتنامى الى حدود تنذر بالخطر، ويعود السبب في ذلك الى المحركات التي تعتمد على البنزين، اذ يؤكد الخبراء ان هذه العملية ستخل بجو كوكب الارض. يترك البنزين تاثيرا سلبيا اخر على البيئه. ذلك ان احتراقها لا يتم في المحركات بالكامل، فينجم عنها الغبار، وكمية من الهيدروكربون الغير محروق، الى جانب مركبات وسطيه كما هو حال المونواكسيد واكسيد النيتروس. مع ان حياتها تكون قصيرة في الغالب، الا ان هذه العناصر تعتبر سامه. كما انها تتدنى تحت تأثير اشعة الشمس. ينجم عن ذلك في المدن الكبرى ما يعرف بالسموغ، وهو مزيج من الدخان والضباب الذي يتسبب بامراض الرئة والاورام الخبيثه. يحتوي البنزين ايضا على السولفر الممزوج بذرات الاكسجين والهيدروجين. ذرات السولفير تنتج ثاني اكسيد السولفر، وهو غاز سام يشكل الحوامض ايضا. تلوث الهواء هو السبب الرئيسي للمطر الحامضي، ما يؤثر سلبا على احوال الطقس في مختلف انحاء العالم. مقارنة مع البنزين، للغاز الطبيعي فوائد قيمة من حيث البيئه. فهو يحترق بشكل اكمل من البنزين، ولا يخلف الغبار. رغم ان بعض المركبات الوسيطة تنجم عنه، كما هو حال الهيدرو كاربون الغير محترق، ونيترات الاكسيد، ومونواكسيد الكربون. لكل هذا لا يساهم الغاز الطبيعي كثيرا في سموغ المدن.
تعليقات
إرسال تعليق