ما هي الطاقة المتجددة وما هي الطاقة القابلة للتحلل؟ ما أصل أحدهما وما أصل الآخر؟ كيف يتم فرز مصادر الطاقة عادة وكيف يمكن تقسيمها بشكل مختلف؟
المراسل: د. نتساح فاربياش، نائب رئيس بارك كارسو للعلوم
من الشباب جاليليو انقر للحصول على ورقة هدية رقمية כאן
أحد المواضيع الرئيسية في الخطاب حول جودة البيئة هو الاستخدام الذكي للطاقة، وخاصة مصادر الطاقة التي نستخدمها. لقد جرت العادة على فصل مصادر الطاقة إلى متجددة وغير متجددة، ونحن نشجع على التحول إلى استخدام مصادر الطاقة المتجددة من أجل الحفاظ على البيئة. ما هي مصادر الطاقة تلك؟ وما علاقتها بالنجوم؟
ملجأ
وكما ذكرنا فإن مصادر الطاقة تنقسم إلى مصادر متجددة ومصادر قابلة للتحلل. تشمل المصادر المستهلكة بشكل رئيسي الوقود الأحفوري (الفحم والنفط والغاز الطبيعي) والطاقة النووية المشتقة من النظائر الانشطارية. وتشمل المصادر المتجددة الطاقة المائية (من خلال السدود على سبيل المثال)، وطاقة الرياح، والطاقة الشمسية، وإنتاج الطاقة من الكائنات الحية (مثل النباتات) أو منتجاتها، والطاقة الحرارية الأرضية التي تأتي من الخزان الحراري الداخلي للأرض، وطاقة المد والجزر - نتيجة من قوى الجاذبية للقمر والشمس.
الآن سنقوم بفرز مصادر الطاقة مرة أخرى إلى مجموعتين أخريين لهما قواسم مشتركة أخرى. في المجموعة الأولى: الوقود الأحفوري (الفحم، النفط، الغاز الطبيعي)، طاقة الرياح، الطاقة الشمسية، إنتاج الطاقة من الكائنات الحية ومنتجاتها والطاقة المائية. وفي الثاني: الطاقة الحرارية الأرضية والطاقة النووية. ما هو المنطق في هذا الفرز؟
تعتمد مصادر الطاقة في المجموعة الأولى على العملية التي تحدث في قلب الشمس، وهي عملية لم يسبق رؤيتها على الأرض تقريبًا وهي الاندماج النووي.
ما هو الاندماج النووي؟
لفهم ماهية الاندماج النووي، ننتقل إلى أصغر الجسيمات التي تشكل العناصر: الذرات. الذرات صغيرة جدًا لدرجة أنه في كل مرة نذرف فيها دمعة، نترك جسمنا أكثر غموضًا بكثير من عدد الأشخاص الذين يعيشون على الأرض (في كل دمعة هناك حوالي ألف مليار مليار جزيء ماء؛ كل منها يتكون من ثلاثة الذرات: ذرتان هيدروجين وذرة أكسجين)!
عندما تكون درجات الحرارة مرتفعة بدرجة كافية، يحدث الاندماج النووي، حيث تتحد ذرات العنصر الخفيف، في عملية طويلة ومعقدة، وتصبح ذرات عنصر أثقل. في الغالب الهيدروجين هو الذي يتحول إلى الهيليوم. اتضح أنه في عملية الاندماج النووي "اختفى" جزء من الكتلة الأصلية.
ماذا اكتشف أينشتاين؟
لقد فهم ألبرت أينشتاين، أحد أعظم العلماء في التاريخ، العلاقة بين الكتلة والطاقة وصاغها في المعادلة المعروفة E=mc². توضح المعادلة أنه إذا قمت بتحويل مادة كتلتها (m) إلى طاقة (E)، فسيتم الحصول على قدر كبير من الطاقة.
العلاقة بين كمية المادة والطاقة هي مربع سرعة الضوء (c²)، أي 300,000,000X300,000,000 (كل رقم من الرقمين بوحدة المتر في الثانية). وهذا رقم ضخم! هذه هي العملية التي تنتج بها النجوم، بما في ذلك شمسنا، الطاقة.
تمر الطاقة الهائلة التي يتم إنشاؤها عبر عمليات معقدة من قلب النجم إلى حافة النجم، ومن هناك تنبعث إلى الفضاء على شكل إشعاع كهرومغناطيسي (الضوء وكذلك أنواع الإشعاع التي لا تستطيع العين رؤيتها، مثل: الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء). نرى الإشعاع المنبعث كأشعة الشمس.
تحولت النباتات إلى الفحم
والذين يعرفون كيفية التقاط طاقة الضوء القادمة من الشمس في عملية كيميائية ينتج عنها السكريات هم البكتيريا والطحالب والنباتات القادرة على القيام بعملية التمثيل الضوئي. إنها تحول الطاقة التي تأتي من الشمس إلى طاقة كيميائية متاحة للإنسان: عندما نأكل النباتات نحصل على السكريات اللازمة لتزويد أجسامنا بالطاقة؛ يمكن استخدام جذوع الأشجار وأغصانها كوقود للتدفئة وغير ذلك الكثير.
تستغرق العمليات التي يتم من خلالها تكوين الفحم والنفط والغاز الطبيعي ملايين السنين. ينمو النبات بمعدل أسرع، وبدلاً من قطع كل شجرة للاستخدام، يمكن زراعة شجرة جديدة
تم دفن النباتات التي نمت على الأرض منذ ملايين السنين تحت طبقات من التربة، وتحت ظروف مناسبة تحولت إلى فحم. ينشأ النفط والغاز الطبيعي من بقايا الكائنات البحرية، مثل العوالق والطحالب، التي تراكمت في قاع المحيط على مدى مئات الملايين من السنين. وبمرور الوقت، وتحت حرارة وضغط كبيرين، حدثت تغيرات كيميائية حولت بقايا هذه المخلوقات إلى نفط أو غاز.
من يرفع المياه إلى السدود؟
لقد رأينا أن النفط والغاز الطبيعي والفحم أو الخشب تنشأ من نفس عملية الاندماج النووي في قلب الشمس. إذا كان الأمر كذلك، فلماذا يعتبر الخشب مصدرا للطاقة المتجددة، والآخرين - مصادر قابلة للتحلل؟ الجواب يكمن في وتيرة العملية. تستغرق العمليات التي يتم من خلالها تكوين الفحم والنفط والغاز الطبيعي ملايين السنين. ينمو النبات بمعدل أسرع، وبدلاً من قطع كل شجرة للاستخدام، يمكن زراعة شجرة جديدة.
وما العلاقة بين الشمس ومصادر الطاقة الأخرى؟ وفي حالة الطاقة الشمسية التي تحول ضوء الشمس مباشرة إلى طاقة حرارية أو كهربائية فهذا واضح. ولكن عندما يتعلق الأمر بالمياه المخزنة خلف سد كبير، وأثناء سقوطها من ارتفاع تنتج الكهرباء، أين تأتي الشمس في الصورة؟ وجواباً على السؤال: من الذي رفع الماء إلى ارتفاع السحاب وسمح لهطول المطر، وهو نفس المطر الذي ملأ السد وجعل العملية ممكنة؟ وهي الشمس التي تبخر ماء البحر وتتسبب في ارتفاع نسبة الرطوبة في الهواء، ثم تساقطها في النهاية على الأرض على شكل أمطار.
وماذا عن المجموعة الثانية وهي الطاقة الحرارية الأرضية والطاقة النووية؟ وعلى الرغم من أنها لا تعتمد على الشمس، إلا أنها ترتبط بشكل مباشر بعملية خلق النظام الشمسي. فلو لم تكن هناك نجوم في الماضي تنفجر على شكل مستعرات أعظم، لما تم إنشاء مواد انشطارية ثقيلة، مثل اليورانيوم، الذي نستخدمه لأغراض إنتاج الطاقة...
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
תגובה אחת
تخلق الطاقة الكهرومائية العديد من المشاكل تحت ستار الطاقة المتجددة - تغيرات في مجرى الأنهار، وتدمير الموائل، وتدمير بيئة القبائل (في الأماكن النائية). ليست حقًا طاقة صديقة للبيئة والإنسان. ويمكن استخدامه بعد إجراء فحص شامل للغاية، وهو ما لا يتم إجراؤه عادةً