أمثلة على مصادر الطاقة

ما هي الطاقة ومن أين أتت؟ في لغة الحياة اليومية ، تعتبر الطاقة نوعية غير قابلة للتحديد ولكنها مرغوبة تسمح لك بالقيام بأشياء مثل التمرين وإكمال المهام الدراسية والقيام بعملك. في الفيزياء ، إنها قوة مضروبة في مسافة ، ويتم التعبير عنها بنفس وحدات الشغل والحرارة. من الناحية العملية ، هذا ما تعتمد عليه المجتمعات البشرية في الدفء والضوء والنقل والتصنيع وغيرها من العمليات التي تفصل الناس اليوم عن أولئك الذين عاشوا في عصور ما قبل التاريخ وأوائل التاريخ مرات.

هذه الأيام ، الطاقة أيضًا مثيرة للجدل - ما هو غير ذلك؟ - بفضل قضية تغير المناخ بشكل رئيسي. تم ترسيخ حرق الوقود الأحفوري ، وخاصة الفحم ، كمساهم رئيسي في الاحترار العالمي الذي يسببه الإنسان بسبب ثاني أكسيد الكربون (CO).₂) في الغلاف الجوي أثناء عملية الاحتراق. لكن العالم يحتاج إلى إنتاج قدر كبير من الطاقة للحفاظ على مستويات المعيشة الشخصية والتجارية الحديثة. لحسن الحظ بالنسبة لصحة البيئة ، يتم استكشاف مصادر أخرى للطاقة قوة متزايدة حيث يتأثر الكوكب بشكل حتمي أكثر فأكثر بأضرار المناخ يتغيرون.

بشكل عام ، يأتي إنتاج الطاقة من اثنين خبرات مصادر؛ هذه هي الوقود الأحفوري والطاقة النظيفة.

غالبًا ما يتم استخدام مصطلحي "الطاقة النظيفة" و "الطاقة المتجددة" بالتبادل. هذا ليس دقيقًا تمامًا لأنه ، كما سترى ، في حين أن الطاقة النووية هي شكل من أشكال الطاقة النظيفة ، فإن إمكانية تصنيفها على أنها متجددة أمر مفتوح للتساؤل. بغض النظر ، تشمل أشكال الطاقة النظيفة - إلى جانب الطاقة النووية - الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة المائية والطاقة الحرارية الأرضية والطاقة الحيوية.

ستشمل قائمة ذات مغزى من الموارد المتجددة لإنتاج الطاقة في القرن الحادي والعشرين الكتلة الحيوية (على سبيل المثال ، نفايات الخشب والأخشاب ، والنفايات الصلبة البلدية ، وغاز مدافن النفايات والغاز الحيوي ، والإيثانول و وقود الديزل الحيوي) ؛ الطاقة المائية ، أو الطاقة المائية ؛ الطاقة الحرارية الأرضية ، والتي تأتي من أعماق الأرض ؛ وطاقة الرياح والطاقة الشمسية. هذه تسمى "متجددة" لأنها تنشأ من العرض الذي لا ينضب من الناحية النظرية. أي ، في حين أنه من المتوقع أن تنتج الأرض يومًا ما أوقيتها الأخيرة من الغاز الطبيعي والأوقية الأخيرة من الفحم ، فإن فكرة اختفاء ضوء الشمس والرياح والأنهار تمامًا - نأمل على الأقل! - عديم الإحساس.

حتى منتصف القرن التاسع عشر ، كانت أمريكا تستمد الطاقة التي تحتاجها من حرق الأخشاب. لأن عدد سكان الولايات المتحدة كان منخفضًا نسبيًا وكان معظم هذه الطاقة للتدفئة والضوء و الطهي ، مع وجود آلات مثل السيارات ومكيفات الهواء لا تزال بعيدة المنال ، كان الخشب كافياً للقيام بذلك مهنة. من أواخر القرن التاسع عشر حتى أوائل القرن الحادي والعشرين ، كان الوقود الأحفوري (الفحم والنفط والغاز الطبيعي) بمثابة مصدر طاقة الأمة. حتى تسعينيات القرن الماضي ، كانت مصادر الطاقة المتجددة الرئيسية - وهو المصطلح الذي كان نظريًا أكثر منه حقيقيًا حتى العقود الأخيرة - هو الطاقة المائية والكتلة الحيوية الصلبة ؛ اليوم ، يلعب الوقود الحيوي والطاقة الشمسية وطاقة الرياح أدوارًا جادة ومتنامية باستمرار.

في عام 2017 ، وفرت الطاقة المتجددة حوالي تسع من إجمالي استخدام الطاقة في الولايات المتحدة. كان 57 في المائة من الاستهلاك في شكل طاقة كهربائية ، وتم توليد حوالي السدس من مصادر الطاقة المتجددة.

الطاقة المتجددة مهمة للحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري لأنها تقلل الاعتماد على الوقود الأحفوري. في حين أن الفحم والغاز والبترول معًا هم بطل الطاقة العالمي بلا منازع منذ فترة طويلة ، فإن استهلاك الوقود الحيوي وغيرها من مصادر الطاقة المتجددة غير الكهرومائية ، كانت أعلى بمرتين في عام 2017 كما كانت في بداية القرن الحادي والعشرين مئة عام. وقد حفز هذا الاتجاه مجموعة من الإجراءات التنظيمية الرسمية والحوافز المالية للشركات لتطوير مصادر الطاقة المتجددة. ومن المتوقع أن يستمر هذا الاتجاه المتمثل في زيادة استخدام الوقود الحيوي غير المائي حتى عام 2050.

على الرغم من وجود شيء غير مرغوب فيه في عالم الطاقة في الوقت الحاضر ، ظل النفط والغاز الطبيعي والبترول المصادر الرئيسية للطاقة في الولايات المتحدة والعالم اعتبارًا من عام 2018. يعد احتراق هذه الأنواع من الوقود مسؤولاً عن 75 بالمائة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون منذ نهاية القرن العشرين.

تشكل الوقود الأحفوري عندما هلكت نباتات وحيوانات ما قبل التاريخ ودُفنت وسحق تحت طبقات من الصخور على مدى ملايين السنين. نتيجة للضغط الميكانيكي بشكل أساسي ، تشكلت أنواع مختلفة من هذه الوقود اعتمادًا على الظروف المحلية ، مثل ما هي المادة المحتوية على الكربون الموجودة ، ومدة دفنها وما هي درجة الحرارة وظروف الضغط في زمن. تقوم صناعات الوقود الأحفوري بالتنقيب (النفط والغاز) أو المناجم (الفحم) لمصادر الطاقة هذه ، ثم حرقها لإنتاجها الكهرباء أو تعديلها لاستخدامها كوقود لأغراض التدفئة (مثل زيت الفرن) أو النقل (على سبيل المثال ، الغازولين).

تشير الكتلة الحيوية إلى مادة حية سابقًا ، أي النباتات والحيوانات. تشمل مصادر طاقة الكتلة الحيوية نفايات معالجة الأخشاب ، والتي يمكن حرقها لتدفئة المباني ، وإنتاج حرارة المعالجة في الصناعة وتوليد الكهرباء ؛ مواد النفايات الزراعية ، التي يمكن حرقها كوقود أو تحويلها إلى وقود حيوي سائل ؛ بعض القمامة التي يمكن حرقها لتوليد الكهرباء في محطات توليد الطاقة أو تحويلها إلى غاز حيوي في مدافن النفايات ؛ وحتى السماد الطبيعي والصرف الصحي الذي يمكن تحويله إلى غاز حيوي.

من الواضح أن الشمس كانت مصدر طاقة لجميع الكائنات الحية عبر تاريخ البشرية. في الآونة الأخيرة ، طور الناس القدرة على تسخير هذه الطاقة ووضعها في مختلف الاستخدامات الحديثة. تستخدم أنظمة الطاقة الحرارية الشمسية اليوم لتسخين المياه لاستخدامها في المنازل والمباني والدوامات. تدفئة داخل المنازل والسقائف والصوبات الزراعية ؛ وتسخين السوائل إلى درجات الحرارة العالية جدًا المطلوبة في محطات الطاقة الشمسية.

تستخدم أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية لتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء. تقوم الخلايا الكهروضوئية بتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء. يمكن لبعض هذه الأجهزة تشغيل الأجهزة الصغيرة مثل الآلات الحاسبة والساعات ، بينما يمكن لمصفوفات كبيرة من الخلايا الكهروضوئية إنتاج ما يكفي من الكهرباء لمنزل نموذجي. تحتوي بعض محطات الطاقة هذه على صفيفات ضخمة من الخلايا الكهروضوئية تمتد على عدة أفدنة ، وهي كبيرة بما يكفي لخدمة احتياجات الكهرباء في آلاف المنازل.

خلال ساعات النهار ، يسخن الهواء فوق الأرض بسرعة أكبر من الهواء فوق الماء. يتمدد الهواء فوق الأرض ويرتفع مع ارتفاع درجة حرارته ، ويتدفق الهواء الأثقل والأبرد إلى الداخل ليحل محله ، مما ينتج عنه الرياح. في الليل ، الرياح عكس الاتجاه. وبالمثل ، يتم إنشاء الرياح الجوية التي تدور حول الأرض لأن الأرض القريبة من خط الاستواء تكون أكثر دفئًا من الأرض القريبة من القطبين. تُستخدم طاقة الرياح ، التي يتم التقاطها بواسطة طواحين الهواء (غالبًا في صفائف كبيرة) بشكل أساسي لتوليد الكهرباء

الطاقة النووية هي مثال على الطاقة "النظيفة" وتعتبر متجددة من قبل بعض المصادر ، ومع ذلك فهي مثيرة للجدل إلى حد كبير في حد ذاتها. نظرًا لأن الإمداد العالمي باليورانيوم ، والمواد المستخدمة في محطات الطاقة النووية ، محدود ، فإن الطاقة النووية عادةً ما يتم تجميعها مع الوقود الأحفوري وتصنف على أنها غير قابلة للتجديد.

على أي حال ، قدمت الطاقة النووية 20 في المائة من الطاقة في الولايات المتحدة اعتبارًا من عام 2018 ، بعد أن تم استخدامها لأكثر من 60 عامًا. نظرًا لدورها في المساعدة بشكل غير مباشر في تقليل انبعاثات الكربون ، تظل "المصانع النووية" الدعامة الأساسية في الولايات المتحدة وكذلك في الخارج. بسبب الحوادث التي تم الإعلان عنها بشكل جيد والمخاوف على مر السنين في محطات الطاقة النووية ، لا يزال الكثير من الناس متخوفين مصدر الطاقة هذا ، لكن الإجماع العلمي يؤيد المزيد من التطوير في هذا المجال مع التركيز على سلامة.