در این مطلب که احتمالاً در دو قسمت منتشر خواهد شد، قصد دارم به طور بسیار کلی و خلاصه، به آینده‌ی تولید انرژی و مصرف آن بپردازم. در متن، لینک‌هایی قرار دارند که خوانندگان می‌توانند برای کسب اطلاعات بیشتر به آن‌ها مراجعه فرمایند. در این مطلب طولانی بر روی انرژی تجدیدپذیر به تنهایی تاکید نمی‌کنم چون قرار نیست در این مطلب سوخت‌های فسیلی همچون طلای سیاه، نفت را تنها بگذاریم.

تاکنون تلاش‌ها و تحقیقات بسیاری برای توسعه‌ی راه‌حل‌هایی جهت رهایی از وابستگی به سوخت‌های فسیلی صورت گرفته است که در اینجا اشاراتی به آن خواهد شد. راه‌حل‌های مذکور به سه دسته تقسیم می‌شوند:

۱- انرژی تجدیدپذیر- انرژی خورشیدی، انرژی بادی، انرژی زمین گرمایی (ژئوترمال)، انرژی آب، انرژی جزر و مد دریا و بیوانرژی (بیوماس) که شامل بیوسوخت‌ها نیز می‌شود.
۲- توزیع انرژی تجدیدپذیر- ذخیره انرژی و شبکه‌ی برق
۳- ایجاد جایگزین‌هایی برای نفت و دیگر سوخت‌های فسیلی- حمل و نقل الکتریکی، بیوپلاستیک یا پلاستیک زیستی و مدل‌های جدید برای تولید، ساختار و کشاورزی.

انرژی تجدیدپذیر

شکل زیر نشان دهنده‌ی انرژی قابل دسترس سالیانه از منابع انرژی‌ها نو در مقایسه با مصرف جهانی انرژی است. اعداد طوری در نظر گرفته شده‌اند تا ایده‌ی تقریبی از مقیاس نسبی را ارائه کنند. برای هرگونه منبع انرژی یک محدوده‌ی وسیعی از تخمین‌ها می‌تواند قابل دسترس باشد بنابراین اعداد، فقط برای نمایش هستند.

clean-energy-future-energy-potantial-ecogeek-01

این اعداد از بعضی نظرها میزان پتانسیل قابل دسترس را دست کم گرفته‌اند (مثلاً از پتانسیل انرژی خورشیدی در دریا یا در فضا یا از انرژی بادی در ارتفاعات بالا یا مکان‌های دورافتاده‌ی فرا ساحلی، یا از انرژی زمین گرمایی در اعماق بسیار زیاد کره زمین چشم‌پوشی شده است) ولی اینگونه می‌توان دریافت که همچنان انرژی‌های نو قابل دسترس برای ما، بیشتر از مصرف انرژی کنونی در دنیا است.

انتظار می‌رود تا سال ۲۰۱۶، انرژی کسب شده از راه‌های تجدیدپذیر، از انرژی کسب شده از گاز پیشی گیرد. بنابراین ما باید به این روند شتاب بیشتری دهیم، اگر خواهان سیستم‌های انرژی پایدار هستیم.

انرژی خورشیدی

انرژی خورشیدی بزرگ‌ترین منبع انرژی قابل دسترس برای ما است بطوریکه تمامی منابع، خواه تجدیدپذیر خواه غیر تجدیدپذیر در مقابل آن کم می‌آورند. حدود ۳۶۰۰۰ تراوات توان می‌تواند توسط خورشید برداشت شود که این مقدار در حال حاضر فقط ۱۶ تراوات است. به عنوان یک نتیجه، اکثر نیروگاه‌ها به سمت ۱۰۰ درصد تجدیدپذیر شدن پیش می‌روند همان‌طور که هفته گذشته در یکی از منابع خواندم که تمامی نیروگاه‌های جدید در استرالیا، با انرژی تجدیدپذیر راه‌اندازی خواهند شد. البته در آلمان نیز نیروگاه‌های فسیلی رو به تعطیلی هستند… اینگونه کشورها در درجه اول، بر انرژی خورشیدی تکیه می‌کنند. اگر از خوانندگان اکوگیک باشید، باید از رکورد دار بودن آلمان در انرژی خورشیدی مطلع باشید.

solar-th

انرژی خورشیدی نه تنها قابل دسترس‌ترین منبع انرژی تجدیدپذیر برای ما است، بلکه سریع‌ترین رشد را در میان دیگر منابع انرژی دارد به طوری که در سال ۲۰۱۲، میزان استفاده از انرژی تجدیدپذیر خورشیدی ۵۸ درصد افزایش پیدا کرد (منبع).

راه‌های متعددی برای استحصال انرژی خورشیدی وجود دارد از جمله فتوولتائیک (PV) که به زودی در اکوگیک به طور نسبتاً جامع معرفی خواهد شد و آرایه‌های حرارتی خورشیدی که تاکنون برخی از آن‌ها در بخش آموزش اکوگیک معرفی شدند و در نهایت، تکنیک‌های پسیو برای استفاده از انرژی پاک خورشیدی.

ممکن است که انرژی حاصل از نیروگاه‌های حرارتی خورشیدی، یکی از مهم‌ترین منابع انرژی ما در زمان‌های آینده باشد. این دیدگاه بر اساس تعدادی از مزایای نیروگاه‌های حرارتی برقی خورشیدی است. برای مثال می‌توانم به این نکات اشاره کنم:

۱- نیروگاه‌های حرارتی برقی خورشیدی نیازمند مواد گران قیمت نیست ( و می‌توان آن را با محدودیت‌های کمتری گسترش داد)

 ۲- نیروگاه‌های حرارتی برقی خورشیدی سازگار با مدل‌های کنونی متمرکز می‌باشند و همچنین می‌توانند با منابع تولید انرژی قدیمی (گاز یا ذغال سنگ) ادغام شوند و نیروگاه‌های هیبرید را به وجود آورند.

۳- احداث یک نیروگاه حرارتی خورشیدی در ناحیه‌ای با مساحت حدود ۲۵۰ کیلومتر در ۲۵۰ کیلومتر از بیابان‌ها، می‌تواند پاسخ‌گوی برق تمام دنیا باشد. همچنین باید به این نکته اشاره کنم که یکی از داغ‌ترین بیابان‌های دنیا نیز در ایران واقع شده است و خوشبختانه کشورمان از این نظر هیچ کمبودی ندارد.

clean-energy-future-energy-ecogeek-02

علت اینکه تاکنون این اتفاق در سطح گسترده نیفتاده است، در درجه اول، بالا بودن قیمت‌ها و عدم توانایی برای کاهش آن بوده است. ساخت اینگونه نیروگاه‌های در اطراف دنیا در حال گسترش است. نیروگاه‌های حرارتی خورشیدی در مکان‌هایی مانند ابوظبی (بزرگ‌ترین نیروگاه متمرکز سهموی دنیاکویت، عربستان سعودی، مصر، مراکش، الجزایر، آفریقای جنوبی، هند، چین و شیلی و حتی ایران ساخته شده‌اند یا در حال ساخت هستند.

clean-energy-future-energy-ecogeek-03

در حالی که کشورهای زیادی برای حرکت به سمت استحصال انرژی حرارتی خورشیدی تشویق می‌شوند، این موضوع به دلیل کاهش قیمت پنل‌های فتوولتائیک در جهان تحت‌الشعاع قرار گرفته است. اکنون حتی سلول‌های خورشیدی به صورت فیلم نازک نیز با فتوولتائیک‌های سنتی مبتنی بر سیلیکون قابل مقایسه شده‌اند.

تحقیقات بر روی بهبود فتوولتائیک با مواد جدید و تکنیک‌های متمرکز کننده‌ی انرژی خورشیدی به تپش در آمده و تلاش‌ها به سمت کاهش قیمت این انرژی نسبت به انرژی‌های فسیلی است.

clean-energy-future-energy-sunny-day-solar-pannels-ecogeek-03

 

انرژی بادی

انرژی بادی، دومین منبع انرژی تجدیدپذیر بزرگ برای برداشت است بطوریکه کل بادهای کره زمین پاسخگوی تمامی نیازهای انرژی ما می‌باشد.

انرژی بادی نیز در دهه‌ی اخیر دارای رشد قابل توجهی بوده است بطوریکه در سال ۲۰۱۲ شاهد یک رشد ۱۸ درصدی در برداشت انرژی بادی بوده‌ایم (منبع). انرژی بادی بیش از ۲۸ درصد از انرژی الکتریکی مورد نیاز دانمارک را تأمین می‌کند.

انرژی بادی اکنون ارزان‌ترین منبع انرژی تجدیدپذیر است. انرژی بادی همچنین به کاهش هزینه‌های انرژی مصرف کنندگان نیز کمک می‌کند. تکنولوژی انرژی بادی با بهبود سایز توربین‌ها و تکنولوژی‌های الکترومغناطیس و همچنین بهبود مزرعه‌های بادی اکنون به مرحله‌ی قابل قبولی رسیده است و بازده استحصال این انرژی تجدیدپذیر همواره در حال افزایش است.

clean-energy-future-wind-field-ecogeek-01

همانند انرژی خورشیدی، انرژی بادی نیز می‌تواند در زمین‌هایی استفاده شود که برای اهداف دیگری در حال استفاده هستند. انرژی بادی می‌تواند به صورت فرا ساحلی نیز برداشت شود.

انرژی برق آبی

انرژی برق آبی، کامل‌ترین منبع انرژی تجدیدپذیر است که تاکنون مورد استفاده قرار گرفته است و تاکنون نسبت به منابع خورشیدی، بادی و زمین گرمایی بیشترین الکتریسیته را تولید می‌کند. این منبع انرژی نو در سال ۲۰۱۲ حدود ۳ درصد رشد نسبت به قبل داشته است، که نسبت به دیگر منابع مقدار کمی است.

انرژی برق آبی اکنون ۱۶ درصد از کل انرژی جهان را تأمین می‌کند و همچنین، ۴ عدد از بزرگ‌ترین نیروگاه‌های تولید انرژی در جهان، از نوع برق آبی می‌باشند(منبع).

clean-energy-future-hydro-power-ecogeek

باید به این نکته اشاره کنم که انرژی میکروهیدرو نیز یک جایگزین برای انرژی برق آبی محسوب می‌شود که در حال توسعه است. هنوز پتانسیل انرژی زیادی در این مورد مشاهده نشده است و میکروهیدرو از آینده‌ی نامعلومی برخوردار است (اطلاعات یبشتر).

انرژی زمین گرمایی

انرژی زمین گرمایی در مقابل دیگر منابع تجدیدپذیر، زیاد رایج نیست. پتانسیل این انرژی تجدیدپذیر در کره زمین، با کل نیازمان به انرژی تقریباً برابری می‌کند.

اولین نیروگاه انرژی زمین گرمایی در سال ۱۹۰۴ در لاردرلو ایتالیا احداث شد و به دنبال آن ، نیروگاه‌های زمین گرمایی Wairakei در نیوزیلند در دهه‌ی ۱۹۵۰ و Geysers در کالیفرنیا در دهه‌ی ۱۹۶۰ احداث گردیدند. در سال ۲۰۱۲ بیست و چهار کشور از انرژی تجدیدپذیر زمین گرمایی استفاده می‌کردند که در مجموع، توان ۱۲ گیگاوات را تولید می‌کردند.

رشد انرژی زمین گرمایی در سال ۲۰۱۲ کمتر از ۳ درصد بود. انرژی زمین گرمایی اکنون در مکان‌هایی متمرکز شده که به لحاظ جغرافیایی فعال می‌باشند مانند غرب آمریکا، اندونزی، فیلیپین، نیوزیلند، ایسلند، کاستاریکا و شرق آفریقا.

در تولید توان فعال از منابع زمین گرمایی سنتی، شامل زمین‌گرماهایی با دمای پایین، پمپ‌های حرارتی می‌توانند برای تولید گرمای مستقیم مورد استفاده قرار گیرند.

امید زیادی که به تولید انرژی زمین گرمایی وجود دارد، مربوط به سیستم ژئوترمال پیشرفته یا EGS است که گاهی صخره داغ خشک نیز نامیده می‌شود. این سیستم توسط ایجاد سوراخ‌های عمیقی در زمین برای چرخش آب در آن‌ها عمل می‌کند. پتانسیل این نوع انرژی زمین گرمایی بسیار زیاد است با این حال تاکنون تلاش‌هایی که برای تولید انرژی به صورت تجاری در این راستا صورت گرفته چندان امیدوارکننده نبوده است.

برخی از عملیات اولیه در نیوزیلند انجام گرفته ولی به علت نگرانی‌های مربوط به زمین‌لرزه‌هایی که توسط حفر زمین رخ داد، این عملیات متوقف شد. نویدبخش‌ترین تحقیقات توسط ژئوداینامیک در استرالیا انجام گرفت بطوریکه این روند بسیار کند بود و با چندین عقب نشینی، نهایتاً امسال با ظرفیت یک مگاوات راه‌اندازی شد. نکته‌ی مثبتی که در این پروژه وجود دارد این است که نتایج حاصل شده، فراتر از چیزی هستند که انتظار می‌رفت (منبع).

انرژی اقیانوس

انرژی در اقیانوس‌ها و دریاها می‌تواند به ۳ صورت به دام انداخته شود: انرژی امواج، انرژی جزر و مد و تبدیل انرژی حرارتی اقیانوس یا به اختصار، OTEC که زیاد شناخته شده نیست.

clean-energy-future-ocean-power-ecogeek

در حالی که انرژی اقیانوس دارای پتانسیل بالایی است و با نیاز کنونی انرژی دنیا برابری می‌کند، تکنولوژی مورد نیاز برای بهره‌برداری کردن از این سه فرم انرژی هنوز به حد قابل قبول نرسیده و نیازمند صرف هزینه‌ی بسیاری است. انرژی جزر و مد به طور تجاری در دهه ۱۹۶۰ در پروژه‌ی ۲۴۰ مگاواتی لارنس فرانسه مورد بهره برداری قرار گرفت. کره‌ی جنوبی قصد دارد تا ۵ سال آینده، بهره برداری از انرژی جزر و مد خود را بسیار گسترش دهد و همچنین انگلستان، استرالیا و آمریکا نیز یک سری پروژه از این دست را برای آینده‌ای نزدیک مد نظر قرار داده‌اند. این‌طور که از ظاهر قضیه پیداست، شاهد بهره‌برداری عظیم از این انرژی تجدیدپذیر در دهه‌های آینده خواهیم بود.

انرژی امواج و OTCE نسبت به انرژی جزر و مد از پیشرفت کمتری برخوردار هستند هرچند تاکنون با سرعت آهسته پروژه‌های زیادی در هر دو زمینه صورت گرفته است.نوع دیگر روش مرموز تولید الکتریسیته، استفاده از اختلاف شوری سطوح آب است (منبع).

clean-energy-future-OTCE-ecogeek

همان‌طور که در شکل مشخص شده، OTCE به درد کشور ما نمی‌خورد، مگر با سرمایه گذاری در کشورهای دیگر.

بیوماس (زیست توده)، بیوگاز و بیوسوخت

فتوسنتز دسته‌ای از مواد را برای ما فراهم می‌آورد که می‌توانند با هدف “انرژی” مورد استفاده قرار گیرند با این پیش بینی که محدودیت‌هایی در مورد اثرات این مواد بر روی توانایی ما در تولید خوراک و حفظ سلامتی محیط زیست وجود دارد.

در تمام کلمات و عبارت زیر می‌توان بجای “بیو” از “زیست” استفاده کرد. مانند بیوگاز=زیست گاز

راه‌های متعددی برای استحصال انرژی از مواد آلی (ارگانیک) وجود دارد از جمله استفاده از زیست توده یا بیوماس برای تولید انرژی، تولید بیوگاز که برای تولید حرارت یا انرژی مورد استفاده برای حمل و نقل استفاده می‌شود، انرژی بیوسوخت که می‌تواند جایگزین سوخت‌های مایع سنتی شود یا به عنوان مکملی برای آن‌ها باشد. از طریق گرماکافت می‌توان نسبت به تولید بیودیزل، حاصلخیز کننده (fertiliser) و بیوچار (biochar) اقدام کرد.

تلاش‌های دیگر در زمینه بیوسوخت مانند “اتانول وابسته به سلولز” و “بیوسوخت‌های بر اساس خزه و جلبک” تاکنون از نظر تولید به قدر کافی و قابل قبول، موفق نبوده‌اند.

هرچند تولید انرژی بر اساس زیست توده دارای نقد و انتقاداتی است ولی در اکثر موارد اینگونه پذیرفته می‌شود که نسبت به تولید بیوسوخت، ارجحیت دارد (اطلاعات بیشتر). ظرفیت تولید زیست توده کل دنیا در سال ۲۰۱۱ حدود ۵۸ گیگاوات بود و انتظار می‌رود که تا سال ۲۰۱۲ تا میزان ۸۶ گیگاوات رشد پیدا کند (منبع). با توجه به بزرگ‌ترین نیروگاه زیست توده دنیا (تیبوری انگلستان) که اخیرا طرح‌ریزی شد به نظر می‌رسد که این صنعت دارای موانع و دشواری‌هایی در مسیر خود است. پروژه‌ی بزرگ دیگری که در انگلستان وجود دارد (دراکس) به نظر می‌رسد که به خوبی پیش می‌رود و همچنین تولید انرژی از دور ریزهاو ضایعات در اروپا دارای رونق خوبی است.

بیوگاز نویدبخش‌ترین رویکرد تولید انرژی بر اساس زیست توده است نقد و انتقادات کمتری در مورد آن صورت گرفته است. مهم‌ترین موردی که باید به آن اشاره کنم، یک رقابت محدود بین تولید غذا و تولید بیوگاز است؛ این دو مورد اصولاً مکمل یکدیگرند و انرژی خالص قابل دسترس از بیوگاز بیشتر از بیوسوخت‌ها است(منبع). بیوگاز می‌تواند از گوارنده‌ها که ضایعات کشاورزی را مورد پردازش قرار می‌دهند یا از زمین‌های دفن زباله ( و در مواقع خاص، از منابع طبیعی بیوگاز) تولید شود.

محدودیت‌های بیشتر برای تولید بیوگاز مشخص نیستند. با این حال، برخی مطالعات مدعی تولید بالقوه میزان قابل توجه می‌باشند مثلاً یک مطالعه اروپایی می‌گوید که تمام نیاز اروپا به گاز می‌تواند با بیوگاز پاسخ داده شود. در سال ۲۰۱۲ میزان تولید بیوگاز ۱۴.۵ گیگاوات بوده است (منبع).

بیوگاز فقط یک جایگزین دوست دار محیط زیست برای زیست توده نیست بلکه فراگیرترین مورد و دارای گازی است که می‌تواند برای تولید انرژی و گرما یا ترکیبی از هر دو و همچنین حمل و نقل مورد استفاده قرار گیرد.

clean-energy-future-biogas-ecogeek

کاربرد آخر زیست توده، تولید بیوچار(Biochar) است. تولید کنندگان بیوچار، زیست توده‌ی خشک را گرفته و آن را در یک کوره می‌پزند تا بیوچار تولید شود. بیوچار چیزی است که پس از حذف انرژی بر جای می‌ماند: یک زغال مبتنی بر اصلاح خاک. این روند گرماکافت (pyrolysis) نامیده می‌شود. در طی این روند، گازها و نفت‌های متعددی از ماده استخراج می‌شود و سپس برای تولید انرژی مصرف می‌شود. زغال در زمین مدفون می‌شود و کربنی که گیاهان از اتمسفر جذب کرده‌اند، از آن جدا می‌شود. نتیجه‌ی نهایی افزایش حاصلخیزی خاک و منبع انرژی با آلاینده‌های کربنی منفی خواهد بود.

قسمت اول “آینده ی انرژی‌های پاک” در اینجا به پایان رسید. هرچند این متن، مانند قطره‌ای در برابر دریا بود ولی امیدوارم با لینک‌های قرار گرفته از منابع، دوستان بتوانند اطلاعات بیشتری کسب کنند و در صورت تمایل با ما به اشتراک بگذارند. برای اطلاع از انتشار قسمت دوم و پایانی این متن که شامل توزیع انرژی تجدیدپذیر، ذخیره انرژی، جایگزین‌های نفت، بیوپلاستیک و کشاورزی خواهد بود، می‌توانید اکوگیک را از طریق فید، فیس‌بوک یا توییتر دنبال کنید.