عادتی که با کشف آتش آغاز شد

لحظه یی پیش خود تصور کنید سال ۲۰۳۰ میلادی است. منابع انرژی تجدیدپذیر بیش از ۵۰ درصد انرژی مورد نیاز ایالات متحده را تامین می کند. کل انرژی مصرفی از میزان سرسام آور دهه ۱۹۹۰ به شدت کاهش یافته است. نیروگاه های انرژی خورشیدی، بادی و زیست جرم در همه جا به چشم می آید. سوخت های زیستی و هیدروژن انرژی لازم برای حرکت خودروها، اتوبوس ها و قطارها را تامین می کند. فناوری انرژی فتوولتایی نور خورشید را مستقیم به جریان برق تبدیل می کند. تجهیزات جدید به نحو مطلوبی از انرژی آب جاری استفاده می کند. اصطلاح انرژی زمین گرمایی نیز در همه جا برای مردم شناخته شده است، چرا که انرژی زمین گرمایی حرارت مورد نیاز برای گرمخانه های بسیاری را تامین می کند. آیا اینها از پیش بینی های کارشنا سان انرژی است که در تلاشند سیاست های مقامات کشورها را برای نحوه تامین و مصرف انرژی تغییر داده و سناریوی ذکرشده در بالا را به اجرا درآورند. این اهداف که شامل صرفه جویی در مصرف انرژی، حمایت محیط زیست و استفاده از منابع انرژی تجدید پذیر است، از جمله برنامه هایی است که باعث مصرف صحیح و عاقلانه انرژی می شود. توجه داشته باشید که بسیاری از این طرح ها آرزوهایی دست نیافتنی در آینده یی رویایی یا خیالی نیست، بلکه کارهای مقدماتی برای انجام این امور تحت سرپرستی کارشنا سان خبره یی در حال انجام است که فردایی پاک و روشن را برای ما تدارک دیده اند.
هنگامی که انسان ماقبل تاریخ استفاده از آتش را آغاز کرد، نوع بشر در مسیر طولانی استفاده از انرژی های طبیعت گام گذاشت. در ادامه این مسیر هنگامی که برای استفاده از انرژی های طبیعت در مسابقه یی ناخواسته و بی پایان شرکت کردیم، در عصر جدید به انقلاب صنعتی و در نهایت به انقلاب فناوری رسیدیم. هم اکنون در شرایطی به سر می بریم که با استفاده هر چه بیشتر از انرژی در حقیقت به خودمان آسیب می رسانیم. اگر شرایط به همین منوال ادامه یابد حیات (زندگی انسان و حتی سیاره زمین) در معرض تهدید جدی قرار خواهد گرفت. برای انسان های اولیه چوب از ضروریات زندگی به شمار می رفت، چرا که سوخت، مسکن و ابزار حمل و نقلش را تامین می کرد. باد، آب، خورشید و جانوران نیز برای قرن های متمادی از عمده ترین منابع انرژی محسوب می شوند. سابقه یونانیان و رومی ها در استفاده از آسیاب های آبی به اولین قرن پیش از میلادی برمی گردد. در عین حال در همان زمان رومی های تجمل گرا در حمام های آب گرم استحمام می کردند. استفاده موثر و مفید از آسیاب های بادی حوالی سال ۱۱۸۰ میلادی آغاز شد. در سال ۱۴۰۰ بعد از میلاد هلندی ها کوره مخصوصی ابداع کردند که می توانستند با استفاده از یک تلمبه، هوای کافی به داخل آن بدمند. این کوره به رغم آنکه از چوب استفاده می کرد، می توانست دمای زیادی تولید و حتی چدن را نیز ذوب کند. استفاده از زغال سنگ در قرن اول بعد از میلاد آغاز شد اما با این همه چوب، باد و آب از مهم ترین عوامل در تامین انرژی تمدن مغرب زمین تا قرن ۱۶ به حساب می آمد.
● انقلاب صنعتی
در سال های اولیه دهه ۱۶۰۰ زغال سنگ سوختی بود که قسمت عمده انرژی مورد نیاز انگلستان را تامین می کرد. به همین دلیل کارگران بسیاری در معادن به کار گرفته شدند تا زغال سنگ مورد نیاز صنایع را استخراج کنند. در همین زمان لزوم ساخت ماشینی که بتواند با استفاده از انرژی زغال، کمک کار انسان باشد به شدت احساس می شد. در سال ۱۶۹۸ اولین ماشین بخار ساخته شد. با این ابداع، راه ساخت دیگر ابزارها هموار و مقدمات شکل گرفتن انقلاب صنعتی فراهم شد. در آن زمان کارخانه های نساجی از مهم ترین صنایع انگلستان به شمار می رفت. برای توسعه این کارخانه ها دستگاه هایی اختراع شد که فعالیت های این کارخانجات را دقیق تر، سریع تر و با قیمت کمتری انجام می داد. این دستگاه ها در ابتدا از انرژی آب استفاده می کردند، اما بعدها تغییر ماهیت داده و انرژی بخار را به کار گرفتند؛ همین امر باعث مصرف بیش از اندازه زغال شد. معدنکاران مجبور بودند هر چه بیشتر کار کنند تا پاسخگوی اشتهای سیری ناپذیر این غول ساخته دست بشر باشند. مردم گروه گروه از اقامتگاه های خود مهاجرت کرده و در نزدیکی کارخانجات و معادن مستقر می شدند و بدین گونه اولین شهرهای صنعتی جهان شکل گرفت. بعدها استفاده از یکی از مشتقات زغال یعنی کک که هنگام سوختن دمای بسیار زیادی تولید می کند، توسعه پیدا کرد و در نتیجه تولید آهن رشد بیشتری پیدا کرد که افزایش تولید و ساخت ماشین آلات یکی دیگر از پیامد های آن بود. در سال ۱۷۱۲ توانستند با انجام تغییراتی، بازدهی این ماشین ها را افزایش دهند. در سال ۱۷۵۲، «بن فرانکلین» بادبادک مشهورش را به هوا فرستاد و وجود الکتریسیته ساکن را اثبات کرد. «جیمز وات» نیز اصلاحات دیگری در ماشین بخار انجام داد، به طوری که هم بازدهی آن را افزایش داد و هم استفاده از آن را راحت تر کرد. در سال ۱۷۸۳ اولین کشتی بخار به آب انداخته شد و در سال ۱۷۹۲ با اختراع چراغ روشنایی بر ظلمت خیابان های شهر غلبه کردند.
اکنون دیگر مردم می توانستند سریع تر به مسافرت بروند یا کالاهایشان را آسان تر به مقصد برسانند و با فرا رسیدن شب کار و خرید و فروش تعطیل نمی شد. در سال های اولیه قرن نوزدهم ماشین هایی ابداع شد که پنج برابر ماشین وات قدرت داشتند. در ایتالیا «الساندرو ولتا» توانست از اولین باتری جریان الکتریسیته به دست آورد. در سال ۱۸۲۱ نیز «مایکل فارادی» انگلیسی اولین موتور الکتریکی را اختراع کرد. در سال ۱۸۳۱ نیز مهندسان امریکایی دستگاهی ابداع کردند که می توانست ۲۰۸۶ پوند را بالا ببرد.
در این هنگام فرانسوی ها سرگرم ساخت اولین توربین آبی بودند. در عین حال تا پایان قرن نوزدهم استفاده از سوخت های فسیلی به اوج خود رسید. همان طور که کارخانه های جدیدی در انگلستان، آلمان، فرانسه و امریکا افتتاح می شد، نیاز به زغال سنگ نیز مرتب افزایش می یافت. در سال ۱۸۵۹ اولین چاه نفت دنیا در امریکا حفر شد. سال بعد از آن در بلژیک اولین موتور احتراق داخلی که در حقیقت پیشگام خودروهای امروزی محسوب می شود، به راه افتاد که از نفت و مشتقات آن به عنوان سوخت استفاده می کرد. در همان سال اولین مولد خورشیدی دنیا ساخته شد. این تجهیزات با استفاده از آیینه هایی که نور خورشید را به دیگ های آب متمرکز می کرد، آب را به جوش آورده و بخار مورد نیاز ماشین های بخار را تامین می کرد.
در سال ۱۸۸۵ «کارل بنز» آلمانی اولین موتور سه چرخه را که با سوخت فسیلی کار می کرد، به راه انداخت و کمی بعد «گوتلیب دایملر» در سال ۱۸۸۷ ماشین چهارچرخه خود را ساخت. کمی بعد از این ماجراها دو طراح فرانسوی اولین خودرو را که به سبک جدید طراحی شده بود، ساختند و «میشلن» مخترع دیگر فرانسوی اولین تایر را که حاوی هوا بود، ابداع کرد. این تایرها نسبت به تایرهای قدیمی مزیت های بسیاری داشت که از جمله می توان به راحتی استفاده و سهولت ساخت آنها اشاره کرد. «چارلز پارسونز» انگلیسی اولین توربین بخار را که برای تولید الکتریسیته به کار می رفت، اختراع کرد. در سال ۱۸۷۹ «تام ادیسون» لامپ الکتریکی خود را تکمیل و محصول جدیدی را به جامعه صنعتی عرضه کرد. کمی بعدتر «ادیسون» اولین کارگاه تولید برق را ساخت. این کارگاه از سوخت زغال سنگ استفاده و بخار مورد نیاز ژنراتورها را تامین می کرد. در سال ۱۸۹۷ «پارسونز» ماشین بخار خود را روی قایقش که توربینیا نام داشت، نصب کرد و توانست با این قایق از بزرگ ترین و سریع ترین کشتی های زمان خود سبقت بگیرد. به زودی کشتی های بخار در همه جا به کار گرفته شد. البته در همان زمان در خشکی ها نیز استفاده از چراغ های برق که از انرژی پاکیزه و آسان الکتریسیته استفاده می کردند، رو به افزایش گذاشت. در سال ۱۸۹۱ اولین نیروگاه برقابی جهان به طور همزمان در فرانکفورت آلمان و ایالات متحده راه اندازی شد. در آن زمان هیچ کس فکر نمی کرد زمانی برسد که نیروگاه های برقی یک چهارم کل الکتریسیته مورد نیاز جهان را تامین کند.
آغاز قرن جدید تحولات بی شمار دیگری را به همراه داشت. در سال ۱۹۰۸ اولین نیروگاه زمین گرمایی در ایتالیا آغاز به کار کرد و توانست از انرژی زیرزمینی جریان برق تولید کند. «اینشتین» نیز تئوری انقلابی خود را منتشر کرده و در ضمن آن اعلام کرد ماده می تواند به انرژی تبدیل شود. انرژی باد نیز در سال های اولیه دهه ۱۹۲۰ برای تولید الکتریسیته به کار رفت. اولین ژنراتور بادی در ایالات متحده ساخته شد. اما به هر حال نفت و گاز به عنوان مهم ترین تولیدکنندگان انرژی به کار گرفته شدند زیرا تصور می کردند نفت منبع پایان ناپذیر انرژی است. پس از آن دوره انرژی هسته یی آغاز شد. «اتوهان» شیمیدان آلمانی در سال ۱۹۳۳ فرآیند شکافت هسته یی را کشف کرد (آزادسازی انرژی به وسیله شکافت اتم های اورانیوم). در سال ۱۹۴۲ فیزیکدان ایتالیایی «انریکو فرمی» که در ایالات متحده امریکا ساکن بود اولین رآکتور شکافت هسته یی را طراحی و بر ساخت آن نظارت کرد. در سال ۱۹۵۴ اولین نیروگاه هسته یی تولید برق در شوروی سابق افتتاح شد در حالی که همان زمان آزمایشگاه تلگراف «بل» در ایالات متحده موفق به ساخت اولین سلول خورشیدی شد که می توانست برق تولید کند. اما با همه این مسائل استفاده از سوخت های فسیلی همچنان ادامه دارد و حدود سه چهارم کل نیروگاه های برق امریکا از سوخت های فسیلی استفاده می کنند. امروز هر شهروندی یا صاحب یک خودروی احتراق داخلی است یا از وسایل نقلیه عمومی استفاده می کند که سوخت های فسیلی به کار می برد. ایالات متحده به رغم توسعه منابع انرژی جایگزین غیرآلاینده، همچنان به استفاده سوخت های فسیلی (که مطمئن هستیم روزی به پایان خواهد رسید) به عنوان منابع سوخت ادامه می دهد.
● انواع منابع انرژی
ـ الکتریسیته؛ واقعیت این است که ما روزانه مقدار بسیار زیادی انرژی الکتریکی را مصرف می کنیم که قسمت عمده آن از سوختن سوخت های فسیلی تامین می شود. این سوخت بسیار آلاینده و در عین حال تجدیدناپذیر است.
ـ آب؛ ژنراتورهای تولید جریان الکتریسیته، می تواند کارش را بدون نیاز به بخار، بلکه با استفاده از انرژی آب ذخیره شده در پشت سدها فراهم آورد. طی قرن های متمادی آب، توربین آسیاب ها یا حتی ساعت های آبی را می چرخاند. (ساعت آبی ۲۰۰۰ سال پیش در کتابخانه بزرگ اسکندریه به کار می رفت.) امروزه انرژی آب بیشتر از هر منبع انرژی دیگر برای تولید برق به کار می رود.
ـ زیست جرم؛ از سوزاندن زباله هایی که حاوی مقادیر قابل توجهی از ترکیبات آلی است می توان الکتریسیته تولید کرد که در نهایت این الکتریسیته برای گرم کردن آب و تولید بخار به کار می رود. معمول ترین و فراوان ترین نوع زیست جرم چوب است، اما امروزه از زباله های جامد شهری و کشاورزی و گازهای حاصل از انباشت و تجزیه زباله ها نیز به عنوان منبع زیست جرم استفاده می شود.
ـ باد؛ ایرانیان طرح های جالبی داشتند که توسط آن می توانستند از انرژی باد استفاده کرده و پره های تلمبه یی را به چرخش درآورند که برای آبیاری مزارع وسیع به کار می رفت. از آن زمان تاکنون در سرتاسر جهان آسیاب های بادی برای آرد کردن گندم ها و پمپ کردن آب به کار می رود و بالاخره از دهه ۱۹۴۰ به بعد برای تولید الکتریسیته به کار گرفته شده است.
نیروگاه های بادی به شکل امروزی از دهه ۱۹۸۰ رواج یافت. این نیروگاه ها در آن زمان تنها حدود ۵۰ کیلووات انرژی تولید می کردند اما اکنون این مقدار به بیش از چندین مگاوات می رسد. نیروگاه های کنونی در جهت حرکت باد، تغییر راستا می دهند و با محورهای افقی یا قائم، انرژی جنبشی باد را به انرژی مکانیکی و سپس آن را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. نیروگاه های بادی با هزینه بسیار کم و توان بالا، بدون آلودگی زیست محیطی و نیاز به فضای گسترده، می توانند در بسیاری از مناطق راهگشا باشند.
ـ انرژی خورشیدی؛ پرتوهای درخشان خورشید، سیاره ما را میلیون ها سال متمادی روشن و حیات را در زمین ممکن ساخته و انسان از فواید آن بهره های بسیار برده است. از دهه ۱۹۷۰ فناوری لازم برای متمرکز کردن این پرتوها برای تبدیل انرژی آنها به الکتریسیته در اختیار بشر قرار گرفت. در نیروگاه های حرارتی خورشیدی، پرتوهای خورشید توسط آیینه های بزرگی روی مخزن های عظیم آب متمرکز شده و باعث گرم شدن و تبخیر آب می شود که در نهایت انرژی مورد نیاز برای تولید الکتریسیته تامین می شود.
در حال حاضر، تامین انرژی بیش از ۱۶۰ هزار روستا در سراسر جهان بر پایه انرژی خورشیدی است و این تازه آغاز راه است. در کشوری مانند اندونزی که از چندین هزار جزیره کوچک و بزرگ تشکیل شده، به کارگیری نیروگاه و خطوط انتقال نیرو، تقریباً ممکن نیست و انرژی خورشیدی تنها امید جمعیت ۲۰ میلیونی روستاهای اندونزی است. هم اکنون تحقیقات دامنه دار و بی وقفه یی در حال انجام است و در آینده یی نه چندان دور، موج ساخت و بهره برداری از نیروگاه های بزرگ خورشیدی، همه گیر خواهد شد. امروزه از شیوه های مختلفی برای تولید برق از انرژی خورشیدی استفاده می شود، اما متداول ترین روش مهار انرژی خورشیدی با کمک سلول های خورشیدی یا راه اندازی نیروگاه های حرارتی است.
صحرای نوادا در امریکا که زمانی محل آزمایش های هسته یی بود، اینک به بزرگ ترین آزمایشگاه خورشیدی جهان تبدیل شده و بانک جهانی نیز از مدت ها پیش تحت فشار است تا طرح بهره گیری از انرژی خورشیدی و دیگر طرح های سازگار با محیط زیست را زیر پوشش مالی قرار دهد.
نیروگاه های خورشیدی با هزینه یی بسیار کم، بدون تولید گازهای مخرب و بدون اشغال فضاهای مفید، به زودی جایگزینی کامل برای نیروگاه های سوخت فسیلی خواهد بود.
ـ انرژی زمین گرمایی؛ از اولین نیروگاه های برق که در ایتالیا ساخته شد، تا پیشرفته ترین نوع آن که امروز در سرتاسر جهان به وفور یافت می شود، همه نیروگاه های زمین گرمایی از آب داغ طبیعی و بخار آب برای چرخاندن توربین های ژنراتورها استفاده می کنند. پیشرفت های اخیر در فناوری می تواند باعث گسترش استفاده از آن و کاهش هزینه ها شود. انتظار می رود در آینده یی نزدیک استفاده از این منبع به خصوص در مناطقی مانند غرب امریکا و اندونزی که دسترسی به این منبع آسان است، گسترش یابد. انرژی زمین گرمایی منبع بسیار مناسبی برای بهره برداری از انرژی های طبیعت است که انسان می تواند بسته به نیاز و شرایط موجود، یا مستقیم از انرژی حرارتی برای گرمایش ساختمان ها یا گرم کردن آب مصرفی واحدهای مسکونی یا دیگر موارد مشابه استفاده کند یا آنکه از این انرژی برای تولید جریان الکتریسیته استفاده کند. امروزه در بیش از ۳۰ کشور جهان انرژی زمین گرمایی بخش بسیار مهمی از منابع انرژی را تامین می کند و این مساله برای تامین انرژی کشورهای در حال توسعه بسیار حیاتی است. برای مثال در کشوری مانند فیلیپین انرژی زمین گرمایی حدود ۲۷ درصد از کل انرژی الکتریکی این کشور را تامین می کند.
نیروگاه های انرژی زمین گرمایی به طور معمول بین حداقل ۱۰۰ کیلووات تا ۱۰۰ مگاوات الکتریسیته تولید می کند که میزان تولید واقعی به عوامل بسیاری بستگی دارد. از عوامل موثر بر میزان تولید نیروگاه به منابع انرژی موجود و مقدار تقاضا برای انرژی می توان اشاره کرد. انرژی زمین گرمایی مخصوصاً برای کشورهای در حال توسعه یی که دارای منابع سوخت های فسیلی همانند نفت، زغال و گاز طبیعی نیستند، بسیار مهم است. برای مثال در تبت که منابع انرژی قابل توجهی ندارد، درصد زیادی از انرژی مصرفی از این راه تامین می شود. البته لازم به ذکر است که در دهه گذشته بسیاری از کشورها با استفاده از کمک های سازمان ملل متحد نیروگاه های مناسبی را برای خود تدارک دیده اند.
اما مساله بسیار مهمی که در اولین نگاه جلب توجه می کند میزان سرمایه گذاری لازم برای ساخت یک نیروگاه زمین گرمایی مناسب است. در پاسخ باید گفت هزینه های مورد نیاز عمدتاً به مشخصات زمین شناختی منطقه و بزرگی طرح اجرا شده بستگی دارد. اما در مجموع باید گفت هزینه های اولیه ساخت این گونه نیروگاه ها سنگین است و این مساله استفاده گسترده از منبع رایگان انرژی را محدود می سازد. اخیراً بانک جهانی از طرحی که در هلند در حال اجرا است و طی آن قرار است از آب گرم چاه های نفت استفاده شود، حمایت به عمل آورده است. انتظار می رود با انجام این کار نیاز به زغال سنگ برای گرمایش منازل مسکونی و ساختمان ها به شدت کاهش یابد.
ـ انرژی هسته یی؛ انرژی هسته یی از بحث برانگیزترین انرژی های تجدیدپذیر است که با وجود تنگناها و دغدغه ها، هنوز بسیاری از کشورها آن را سالم ترین و ارزان ترین منبع انرژی آینده خود می دانند و بهره گیری از آن را در دستور کار برنامه بلندمدت خود قرار داده اند. قیمت هر کیلووات ساعت برق هسته یی، معادل نصف هزینه برق تولیدشده از سوخت های فسیلی است. بزرگ ترین مشکل این انرژی، پسماند های پرتوزاست که برای دفع آن در مقیاس وسیع، حتماً باید چاره یی اندیشیده شود. از این انرژی می توان برای تولید برق و تولید گرما بهره برد البته امروزه نگرانی هایی درباره محدود بودن منابع اورانیوم در جهان وجود دارد اما رشد فناوری، امکان به کارگیری سایر مواد پرتوزا به جای اورانیوم را فراهم کرده است.

زینب همتی

FirstScience.com
www.csmonitor.com
www.enn.com

منبع : روزنامه اعتماد