شكلان جديدان للطاقة في أواخر القرن التاسع عشر

في أواخر القرن التاسع عشر ، طور العلماء الأساس لتسخير الطاقة الكهرومائية والغاز الطبيعي بشكل كامل ، وهما شكلان من أشكال الطاقة التي تشغل الكثير من البنية التحتية في العالم اليوم. بالإضافة إلى فوائدهما ، يفرض كلا النموذجين تحديات لوجستية واقتصادية وأخلاقية ، مما يعزز بعض النقاش حول قابليتهما للبقاء على المدى الطويل كمصادر طاقة مستدامة.

استخدمت الحضارتان المصرية واليونانية قوة المياه المتدفقة منذ آلاف السنين ، باستخدام نواعير الماء في البداية لتحويل أحجار الرحى وطحن القمح. طورت المصانع اللاحقة في القرن الثامن عشر أنظمة مماثلة لإنتاج المنسوجات والأثاث بكميات كبيرة. إن زواج المولد الكهربائي في أواخر القرن التاسع عشر بالطاقة الكهرومائية هو ما مكّن مصدر كهرباء ثابتًا. في عام 1881 ، أصبحت شلالات نياجرا موقعًا لأول محطة لتوليد الطاقة الكهرومائية ، تُستخدم لتشغيل إنارة شوارع المدينة. تم بناء أكثر من 200 مصنع إضافي في الولايات المتحدة على مدى السنوات العشر القادمة. بعد تأسيس مكتب الاستصلاح في عام 1902 ، تم بناء أكثر من 220 سدًا للري والطاقة في جميع أنحاء غرب الولايات المتحدة ، وتم تجهيز 56 منها بمحطات الطاقة الكهرومائية.

تؤثر السدود المستخدمة لتوليد الطاقة الكهرومائية على البيئة على مستويات متعددة. الأنواع التي تزدهر في النظم البيئية للأنهار قد تعاني في الخزان الناتج عن السد ، و يمكن أن تؤدي الرواسب الغنية بالمغذيات المحتجزة بسبب بناء السدود إلى انخفاض خصوبة السهول الفيضية و دلتا المصب. من المثير للدهشة أن السدود تساهم أيضًا في تراكم غازات الاحتباس الحراري عندما تموت النباتات الحية المغمورة بخزان حديث التكوين وتتحلل إلى ثاني أكسيد الكربون أو الميثان. تأتي السدود أيضًا بتكلفة كبيرة لحقوق الأرض عند الاقتضاء والبناء والصيانة.

السجلات القديمة من 200 قبل الميلاد. توضيح كيف ابتكر الصينيون أنظمة أنابيب الخيزران لحرق الغاز الطبيعي ، والتي استخدموها لتبخير المياه المالحة وإنتاج الملح. وبالمثل ، سمح إنشاء البنية التحتية في القرن التاسع عشر بنقل الغاز الطبيعي عن طريق الأنابيب واستخدامه في الأضواء في المباني المنزلية والتجارية. تم تقليص الطلب على الكهرباء بالإضافة إلى الصعوبات الكامنة في نقل الغاز الطبيعي اعتماد واسع النطاق ، على الرغم من استمرار ارتفاع الإنتاج لتلبية الطلب الإقليمي على مياه التدفئة والمنازل و طبخ. بلغ إنتاج الغاز الطبيعي ذروته في الولايات المتحدة في عام 1973 ؛ يتم الآن استيراد حوالي 17 في المائة من الغاز الطبيعي المستخدم في الولايات المتحدة ، معظمها من كندا.

ينتج الغاز الطبيعي كمية أقل بكثير من ثاني أكسيد الكربون عند حرقه ، مما يجعله مصدر طاقة أنظف من أنواع الوقود الأحفوري الأخرى مثل النفط أو الفحم. ومع ذلك ، يجب تخزينها ونقلها ضمن أنظمة احتواء عالية الضغط وقابلة للغلق وإلا فسوف تتسرب. غالبًا ما تحدث رواسب الغاز الطبيعي بالقرب من مناجم الفحم وآبار النفط ، وتتكون عادةً من الميثان مع مركبات أخرى مثل البوتان أو البروبان أو بخار الماء أو ثاني أكسيد الكربون. يمكن أيضًا استخراج الغاز الطبيعي من مصادر غير تقليدية ، مثل غاز الميثان المستخرج من مدافن النفايات أو محطات معالجة مياه الصرف الصحي ، مما يجعله موردًا متجددًا. قد يحتوي الغاز الطبيعي مثل الرواسب الموجودة داخل طبقات الفحم الضحلة على كميات كبيرة من المياه ، مما يؤدي إلى حدوث جريان أو مضاعفات التخلص من البيئة المحلية.