الطاقة الخضراء

الطاقة هي المقدرة على القيام بشغل (أى إحداث تغيير)، وهناك صور عديدة للطاقة، منها الحرارة والضوء (طاقة كهرومغناطيسية)، والطاقة الكهربائية.

 

ضمن الاستخدام الاجتماعي : تطلق كلمة “طاقة” على كل ما يندرج ضمن مصادر الطاقة، إنتاج الطاقة، واستهلاكها وأيضا حفظ موارد الطاقة. بما ان جميع الفعاليات الاقتصادية تتطلب مصدرا من مصادر الطاقة، فإن توافرها وأسعارها هي ضمن الاهتمامات الأساسية والمفتاحية. في السنوات الأخيرة برز استهلاك الطاقة كأحد أهم العوامل المسببة للاحترار العالمي global warming مما جعلها تتحول إلى قضية أساسية في جميع دول العالم.

 

ضمن سياق العلوم الطبيعية، الطاقة يمكن ان تاخذ أشكالا متنوعة : طاقة حرارية، كيميائية، كهربائية، إشعاعية، نووية، طاقة كهرومغناطيسية، وطاقة حركة. هذه الأنواع من الطاقة يمكن تصنيفها بكونها طاقة حركية أو طاقة كامنة ، في حين أن بعضها يمكن أن يكون مزيجا من الطاقتين الكامنة والحركية.

 

جميع أنواع الطاقة يمكن تحويلها Transformation من شكل لآخر بمساعدة أدوات بسيطة أو تقنيات معقدة : من الطاقة الكيميائية إلى الكهربائية عن طريق الأداة الشائعة البطاريات أو المركمات، ضمن سياق نظرية النسبية بدمج مجالي المادة والطاقة معا بحيث أصبح من الممكن ان تتحول الطاقة إلى مادة وبالعكس تحول المادة إلى طاقة : هذا الكشف الجديد عبر عنه أينشتاين بمعادلته الشهيرة E=mc2. هذا التحول ترجم عمليا عن طريق الحصول على الطاقة بعمليات الانشطار النووي والاندماج النووي.

 

مصطلحات الطاقة وتحولاتها مفيدة جدا في شرح العمليات الطبيعية. فحتى الظواهر الطقسية مثل الريح، والمطر والبرق والأعاصير tornado تعتبر نتيجة لتحولات الطاقة التي تأتي من الشمس على الأرض. الحياة نفسها تعتبر أحد نتائج تحولات الطاقة : فعن طريق التمثيل الضوئي يتم تحويل طاقة الشمس إلى طاقة كيميائية في النباتات ، يتم لاحقا الاستفادة من هذه الطاقة الكيميائية المختزنة في عملية التمثيل الغذائي للكائنات الحية والإنسان. ومن النبات ينتج الخشب وهو مصدر آخر للطاقة يرجع أصلها إلى الشمس.

تحول الطاقة

يمكن تحويل الطاقة الكيميائية المختزنة في بطارية الجيب إلى ضوء. كما تتحول الطاقة الكيميائية المختزنة في بطارية الرصاص إلى طاقة كهربائية. أو تحويل طاقة أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية عن طريق لوح ضوئي.

كمية الطاقة الموجودة في العالم ثابتة على الدوام، فالطاقة لا تفنى ولا تستحدث من العدم (قانون انحفاظ الطاقة)، وإنما تتحول من شكل إلى آخر. وعندما يبدو أن الطاقة قد استنفذت، فإنها في حقيقة الأمر تكون قد تحولت إلى صورة أخرى ، لهذا نجد أن الطاقة هي قدرة للقيام بالشغل تكون نتيجته مثلا طاقة حركية أو طاقة إشعاعية. فالطاقة التي يصاحبها حركة يطلق عليها طاقة حركة. والطاقة التي لها صلة بالموضع (الجاذبية) يطلق عليها طاقة الوضع (جهدية). فالبندول المتأرجح تختزن به طاقة وضع عند نقاطه النهائية ، وعند كل نقطة نهائية لاتهزاز البندول تتحول طاقة الوضع إلى طاقة حركية لذلك يعود في اتجاه وضع التوازن ومنه إلى النقطة النهائية الثانية ، وهكذا.

الطاقة توجد في عدة أشكال كالطاقة الميكانيكية (حركية)، والطاقة الحرارية ، والطاقة الكيميائية ، والطاقة الكهربائية، والطاقة الإشعاعية.

أثبت ألبرت أينشتاين تكافؤ المادة والطاقة في نظرية النسبية ،أي يمكن تحول المادة إلى طاقة وهذا ما يحدث في الشمس (اندماج نووي) ، كما يمكن أن تتحول الطاقة إلى مادة مثلما في إنتاج زوجي حيث يتحول شعاع جاما إلى إلكترون وبوزيترون.

 

طاقة باطن الأرض

         وفقاً لدراسات واسعة قام بها العلماء فان مصادر الطاقة التي تمدنا بالقدرة اللازمة لتشغيل تجهيزاتنا تعاني من النقص الحاد تعاني من النقص الحاد, وهذه الطاقة مقتربة بشكل كبير من النضوب وذلك خلال ال 40 عام المقبلة ,الأمر الذي جعل العلماء في حالة سباق مع الزمن في سبيل الوصول إلى مصادر طاقة بديلة تحل محل الوقود التقليدي في تأمين متطلبات البشرية من الطاقة.

ففي أعماق الأرض يكمن مصدر هام للطاقة يسمى الطاقة الجوفية الأرضية Geothermal energy. وهي نوع من الطاقة المخزنة في السطح الخارجي للأرض الصلبة وتحتوي على طاقة تعادل الطاقة التي تستخدمها البشرية الآن لمدة 30 مليون سنة أي أنها شمس تحت الأرض فحرارة باطن الأرض ستصبح في المستقبل القريب العمود الفقري لاقتصاد الطاقة الغير مستنفذة في العالم .

و إن كلمة geothermal من أصل يوناني وهي تعني الأرض Geo = Earth = وأما معنى Thermal = heat أي التسخين وبالتالي فإن معناها التسخين أو الحرارة من باطن الأرض.والآن يتم الاستفادة من هذه الطاقة لتلبية الحاجات البشرية من الطاقة المتزايدة يوماً بعد يوم.

فإن الأرض تحتوي في باطنها على فرن ذو درجة حرارة هائلة من الممكن أن تصل إلى 4200 درجة مئوية,جزء من هذه الحرارة يعود إلى مرحلة تشكل الأرض,والجزء الأخر ناتج عن النشاط الإشعاعي للمواد المشعة في باطن الأرض.

أول من استفاد من طاقة باطن الأرض الحيوانات التي كانت تحفر لها أنفاق في باطن الأرض وتبقى بها طيلة فترة الشتاء مستفيدة من النظام البيئي الطبيعي أي اختلاف درجات الحرارة على عمق  أكثر من متر واحد حيث تبلغ معدل درجة الحرارة 10-12 درجة مئوية.يعود تاريخ الاستفادة من طاقة باطن الأرض الى العصور القديمة حيث إن الرومانيون قاموا بتدفئة منازلهم عن طريق العيون الساخنة.

وفي سنة 1904 قامت ايطاليا بإنشاء أول محطة طاقة تعتمد على حرارة باطن الأرض في العالم

 تطبيقات الطاقة الجوفية:

هناك بعض تطبيقات الطاقة الجوفية تستخدم حرارة الأرض القريبة من السطح بشكل مباشر,بينما تتطلب تطبيقات أخرى للطاقة الجوفية حفر عدة أميال في العمق من أجل الحصول على الحرارة المطلوبة,والاستخدامات الرئيسسة الثلاث للطاقة الجوفية الأرضية هي:
-الاستخدام المُباشر للحرارة حيث تستفيد من خزانات المياه الساخنة الواقعة بالقرب من سطح الأرض.
-إنشاء محطات قدرة كهربائية:ويتطلب ذلك إنتاج الكهرباء للحصول على مياه ساخنة أو بخار بدرجة حرارة عالية من 150 إلى 400 درجة مئوية ,لذلك يتم إقامة محطات الكهرباء التي تعمل بتقنية الحرارة من باطن الأرض بالقرب من أماكن توافر خزانات الحرارة الجوفية وذلك بعمق 2 إلى 3.5 كم تحت سطح الأرض.
-مضخات الحرارة الأرضية :وتعتمد هذه المضخات على درجة الحرارة المستقرة للصخور أو المياه المتواجدة بالقرب من سطح الأرض وذلك لاستخدامها في تدفئة المباني .

وأحيانا يتم الاستفادة بشكل مباشر من الحرارة الجوفية الأرضية في بعض التطبيقات الصناعية مثل تجفيف الغذاء كتجفيف منتجات الفاكهة والخضار وبسترة الحليب,وله استخدامات أيضا في مناجم الذهب .

إعداد الموهوبة:

جمانة شهباز

 

الطاقة الشمسية

نبذة تاريخية:

لطاقة الشمسية هي الضوء المنبعث والحرارة الناتجة عن الشمس اللذان قام الإنسان بتسخيرهما لمصلحته منذ العصور القديمة باستخدام مجموعة من وسائل التكنولوجيا التي تتطور باستمرار.

الأوائل في استخدام الطاقة الشمسية:

1. استخدم الإنسان الطاقة الشمسية منذ القدم. عام ١٨٧٨، أخترع عالم الرياضيات الأستاذ أغسطين موشو آلة شمسية بالبخار.

2. استغلت الطاقة الشمسية لأول مرة بواسطة اليونانيين والصينيين الذين قاموا بإنشاء مبانيهم بحيث تكون لناحية الجنوب للحصول على الضوء والدفء .

3.تم  إنشاء أول قارب يعمل بالطاقة الشمسية في إنجلترا في عام 1975.

فوائد الطاقة الشمسية:

1. انها متجددة ولا تنضب.

2. انها صديقة للبيئة.

3. إن التقنية المستعملة فيها تبقى بسيطة نسبياً وغير معقدة بالمقارنة مع التقنية لمستخدمة في مصادر الطاقة الأخرى.

استخدامات الطاقة الشمسية:

1. تسخين الماء:

تستخدم نظم التسخين التي تعمل بالطاقة الشمسية ضوء الشمس في تسخين الماء.

2.التدفئة والتبريد والتهوية:

يقصد بالكتلة الحرارية أية مادة يمكن استخدامها لتخزين الحرارة – الحرارة المنبعثة من الشمس إذا كنا نخص الطاقة الشمسية بالذكر. وتشتمل هذه المواد على الحجارة والأسمنت والماء. ومن الناحية التاريخية، لقد تم استخدام هذه المواد في المناطق ذات المناخ الجاف أو المناخ المعتدل الدافئ للاحتفاظ ببرودة المباني في فترات النهار عن طريق امتصاص الطاقة الشمسية في أثناء النهار وإطلاق الحرارة المخزنة في الأجواء الباردة في فترات الليل.

3. معالجة الماء

يستخدم التقطير الشمسي لجعل الماءالمالح والماء الغث صالحًا للشرب. وأول من استخدم هذا الأسلوب علماء الكيمياء العرب في القرن السادس عشرهذا، وقد تم تأسيس أول مشروع تقطير شمسي ضخم في عام 1872 في مدينة “لاسساليناس ” الشيليةالمتخصصة في التعدين.

4. الطهو بالطاقة الشمسية:    

إن الطباخ الشمسي عبارة عن جهاز يستخدم ضوء الشمس في الطهو والتجفيف والبسترة وتنقسم أنواعه إلى ثلاث فئات: صناديق تحبس الحرارة ومواقد مكثفات منحنية (بارابولاكس) ومواقد مسطحة على شكل ألواح. وأبسط الأنواع هو الصناديق الحابسة للحرارة.

سيارات تعمل بالطاقة الشمسية:

قد كان اختراع سيارة تعمل بالطاقة الشمسية من أهم الأهداف في مجال الهندسة منذ ثمانينيات القرن العشرين. ويقام مرتين سنويًا سباق “وورلد سولار تشالنج” للسيارات، السباق العالمي للسيارات التي تعمل بالطاقة الشمسية.

إعداد الموهوبة :

وجـــــدان بكـــــاري

 

طاقة الرياح

نبذة تاريخية عنها :

لقد استغل الإنسان طاقة الرياح لخدمته منذ أكثر من 2000 عام خلال العصور المحتلفة في بلاد كثيرة و استغل المسلمون طاقة الرياح منذ القرن  العاشر الميلادي و تطورت هذه التقنية حيث انتشرت في هولندا و الدنمارك و غيرها من البلدان

أول من استخدمها :

و لقد استفاد الإنسان في العصور الأولى من الرياح في تحريك المراكب الشراعية و كانت الدنمارك من أول الدول التي عملت على استخدام الرياح لإنتاج الطاقة

تعريفها :

هي القدرة التي تمتلكها الريح والتي تمكنها من تحريك الأشياء ، أي هي الطاقة الحركية ( الميكانيكية ) التي يمتلكها الهواء نتيجة الحركة

استخداماتها :

1-    استخدمت لتحريك المراكب الشراعية

2-    استخدمت في الطواحين الهوائية في رفع المياه من الآبار الجوفية لسقي الاراضي الزراعية و في طحن الحبوب

فوائدها :

1-    انها لا تلوث البيئة (صديقة للبيئة )

2-    انها لا تنضب (لا تنفذ )

3-    انها أسرع مصادر توليد الكهرباء الجديدة نمواً في العالمـ

إعداد الموهوبة :

رحـــــاب الصبحي

 

طاقة الكتل الحيوية Biomass ..


استخدم الإنسان منذ القدم الكتل الحيوية والتي تشمل المخلفات النباتية والحيوانية ، فخلال قرون طويلة من الزمن لجأ الإنسان إلى حرق الأخشاب والحشائش والمخلفات النباتية والحيوانية
للحصول على الطاقة الحرارية وعلى الضوء ، وقد أدى اكتشاف النفط والتوسع في استخدامه ، إلى تراجع الطلب على هذا المصدر المتجدد للطاقة.
وفي عام 1973 ، ونتيجة للنقص العالمي في مصادر الطاقة ، تجددت الآمال المعقودة على هذا المصدر ، وأجريت مئات الدراسات والأبحاث والتي دلت على إمكانية الاستفادة من هذه المخلفات ، سواء بالحرق المباشر أو باتباع طرق تحويلية خاصة للحصول على الطاقة منها.

التطورات والتطلعات المستقبلية..

يتوقع في المستقبل أن يكون الاستخدام الرئيس لطاقة الكتلة الحيوية في الدول الصناعية الحرق المباشر للمخلفات والنفايات لتوليد الكهرباء وانتاج الايتانول الحيوي والديزل الحيوي كوقود، محطات الطاقة الحرارية التي تستخدم المحاصيل المستخدمة في إنتاج الطاقة. أما في المدى القريب والمتوسط فإنه من المتوقع أن إنتاج الطاقة من نفايات ومخلفات الكتلة الحيوية سوف يشكل التطبيق الأوسع لتطبيقات الطاقة الحيوية ليكون بديلا للمحاصيل المخصصة لإنتاج الطاقة على المدى الطويل. كما أن مستقبل توليد الكهرباء من الكتلة الحيوية يكمن في التكامل بين تغويز الكتلة الحيوية واستخدام تكنولوجيا التوربينات الغازية، التي تقدم مراديد تحويل عالية للطاقة والتي ستتطور بشكل أكبر لتعمل على وقود الكتلة الحيوية .

المبدأ وطريقة العمل..

تعرّف طاقة الكتلة الحيوية أيضا بالطاقة الحيوية أو الوقود الحيوي. وهي التي يتم الحصول عليها من المواد العضوية، إما مباشرة من النباتات أو بشكل غير مباشر من المنتجات الصناعية والزراعية والمنزلية والتجارية. يعتبر استخدام طاقة الكتلة الحيوية في عداد التقنيات المتوازنة لأن غاز ثاني أكسيد الكربون المنطلق أثناء توليد الطاقة يتوازن مع ثاني أكسيد الكربون الذي تمتصه النباتات أثناء نموها.

يمكن لطاقة الكتلة الحيوية أن تحوّل إلى حرارة وكهرباء بعدة طرق حسب نوع مصدر الطاقة الرئيس، وتتضمن التقنيات التالية: الحرق والتحلل الحراري (التحول أو التحلل للكتلة نتيجة للحرارة)، التغويز (وهو عملية تحويل الكتلة الحيوية الصلبة إلى وقود غازي)، الهضم اللاهوائي (وهوتحليل المواد العضوية البيولوجية بواسطة المواد البكتيرية عند عدم وجود الهواء وفي ظروف رطبة) أو التخمر.
يتمّ جمع الغاز الحيوي من تجمعات مياه الصرف الصحي. والفضلات الحيوانية التي تكون على شكل مزيج يتألف معظمه من المياه (حوالي 95%) يتمّ وضعه في هاضم إما عن طريق التغذية المستمرة أوعلى شكل دفعات. حيث تستغرق عملية الهضم من عشرة أيام إلى عدة أسابيع وتتم تحت درجة حرارة تقدر بـ 35 درجة مئوية.
أما الغاز المتولد من مطامر القمامة فإنه ينطلق من النفايات المدفونة تحت الأرض. حيث تتحلل النفايات العضوية لتنتج خليطاً غازياً مكوناً من ثاني أكسيد الكربون والميتان. إن محتوى الغاز الناتج من الميتان يعطيه إمكانية استخدامه كوقود لتوليد الكهرباء أو في العمليات الحرارية.
يتمّ الحصول على الايثانول الحيوي من التخمر اللا هوائي للسكريات وذلك باستخدام كائنات حية دقيقة عادة تكون الخميرة. يمكن للايثانول الحيوي أن يستخدم كوقود لوسائل النقل بخلطه مع البنزين أو باستخدامه بشكلٍ مباشر في محركات الاحتراق الداخلي المعدلة، ويعتبر قصب السكر أو الشمندر السكري من أغنى منابع الطاقة لإنتاج الايثانول كما يستخدم أيضاً لهذا الغرض كلاً من القمح والشعير والذرة والبطاطا.

الميزات..

1تعتبر طاقة الكتلة الحيوية طاقةً متجددة ويمكن التعامل معها عن طريق العديد من التقنيات.

2.تعتبر طاقة الكتلة الحيوية مصدر للوقود الذي يمكن خزنه ونقله واستخدامه عند وجود الحاجة إليه.

3.تعتبرهذه الطاقة متاحةً في كل مكانٍ حول العالم .

4.تعتبر الكحوليات وغيرها من أنواع الوقود الحيوي ذات قيمة حرارية جيدة وقابلة للاستخدام وذات احتراق نظيف إذا ما قورنت بالانبعاثات الغازية الناتجة عن حرق النفط والفحم الحجري 5. يترافق نمو نباتات الطاقة بامتصاص غاز ثاني اوكسيد الكربون من الجو وإنتاج الأوكسجين.

6.يتيح استخدام طاقة الكتلة الحيوية الفرصة لإعادة استخدام مخلفات المحاصيل الزراعية ومياه الصرف الصحي.

المساوئ..

هناك بعض الأدلة التي تشير إلى أن استهلاك النباتات من أجل انتاج الطاقة يؤدي إلى ارتفاع أسعار الغذاء وهو ما له أثر سلبي على الفئات الفقيرة في المجتمع.

1.ازدياد استهلاك الخشب لتوليد الطاقة يؤدي إلى ارتفاع أسعار الخشب ومنتجاته.

2.يتطلب انتاج الكتلة الحيوية زراعة مساحات كبيرة مما يؤدي إلى تناقص مساحة الأراضي المخصصة لزراعة المنتجات الغذائية.

3.يؤدي حرق الكتلة الحيوية بشكل مباشر إلى الاسهام بشكل كبير في ظاهرة الاحتباس الحراري.

4. يبقى هذا المصدر الطاقي مرتفع الكلفة سواء في مرحلة إنتاج الكتلة الحيوية أو مرحلة تحويلها إلى كحوليات.

5.من الآثار البيئية الضارة انتشار التصحر نتيجة لقطع الأشجار بشكل عشوائي مما يؤدي إلى تعرية التربة .

6.تستهلك عملية إنتاج الغاز كمية كبيرة من الطاقة لأن الطاقة المستخدمة في عمليات الجمع

و التجفيف و نقل المخلفات إلى محطات الطاقة كبيرة نسبياً لذلك لا يمكن ان تقام محطات الإنتاج هذه على نطاق صغير لأنها الطاقة المنتجة تكون اقل من الطاقة اللازمة للعمليات السابقة.

 الوقود الحيوي..  
يعتبر الوقود الحيوي أحد أهم نواتج الكتل الحيوية والتي يتم الحصول عليها ضمن ظروف تصنيعية خاصة ، ومن أهم أنواع الوقود الحيوي

الايثانول..
الايثانول أحد أهم الكحولات والتي تدخل في الكثير من الصناعات الكيميائية الهامة جدا ، ويتم إنتاج الايثانول من الكتل الحيوية عن طريق عملية التخمر للفضلات fermentation  بالاستعانة بالكائنات الحية المجهرية وبغياب الهواء ، وتعتبر البرازيل من أكثر الدول إنتاجا واستخداما للإيثانول كوقود للسيارات ، هذا علما بأن الايثانول يتميز بكونه وقود مثالي حيث لا يتخلف عن حرقه نواتج ثانوية ضارة بالبيئة ، كما يمكن أن يستخدم الايثانول لإنتاج الهيدروجين اللازم لخلايا الوقود.
الميثانول..
يدخل الميثانول في العديد من الصناعات ، وبالرغم من مخاطر هذه المادة على الإنسان في حال التعرض لها ، إلا أن لها تطبيقات واستخدامات لا يمكن الاستغناء عنها ، ويتم إنتاج الميثانول من خلال التحلل الحراري للكتل الحيوية وبغياب الهواء وعلى درجة 300 سيلسيوس .
الديزل الحيوي ..
يتم إنتاجه من خلال تفاعل بعض الزيوت النباتية مع أحد المركبات القاعدية حيث ينتج ما يعرف بالديزل الحيوي والذي يشهد حاليا تطبيقات واستخدامات واسعة في كل من الولايات المتحدة الأمريكية و أوروبا .

 

إعداد الموهوبـــة :

شيمــــاء الحـــرازي

 

الطاقة المائية أو الكهرومائية


 

نبذة تاريخية عنها:


كانت تستخدمها إمبراطورية روما قديما في طحن الحبوب وكذلك في الصين وبقية دول الشرق الأقصى واستخدمت أيضا في الري وصناعة النسيج وفي المناشير وفي تشغيل بعض الآلات .

لماذا استخدمت طاقة المياه ؟! :
استخدمت الطاقة المائية لأنها أحد مصادر الطاقة المتجددة التي لا تنضب والتي تعتبر من بدائل النفط الذي لابد له أن ينفذ وينتهي يوما ما ولأنها أيضا ذات تكلفة أقل منه ولكي نحافظ على بيئتنا نظيفة دون تلوث .

فوائد الطاقة الكهرومائية :
1- توليد الكهرباء بطريقة نظيفة صديقة للبيئة غير ملوثة لها .
2- التقليل من التكاليف الباهظة التي تصرف على النفط .
3- الاستعاضة التامة عن النفط المهدد بالنضوب والانتهاء.

استخداماتها:
كانت تستخدم قديما في طحن الحبوب وهي تستخدم حاليا في توليد الكهرباء.
ومن مجالات استخدامها المد والجزر والأمواج

النظرة المستقبلية للطاقة الكهرومائية:

 
يوما ما ستحل هذه الطاقة محل الوقود الأحفوري كغيرها من الطاقات المتجددة وستصبح من مصادر الطاقة الأساسية التي لا يمكن الاستغناء عنها وسوف ترقى بالأمة_بإذن الله_ وستضع بصمتها في العالم أجمع .

الموهوبة هنوف هوساوي         

أضف تعليق

إملأ الحقول أدناه بالمعلومات المناسبة أو إضغط على إحدى الأيقونات لتسجيل الدخول:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. تسجيل خروج   / تغيير )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. تسجيل خروج   / تغيير )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. تسجيل خروج   / تغيير )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. تسجيل خروج   / تغيير )

Connecting to %s

تابع

Get every new post delivered to your Inbox.

%d bloggers like this: