«انرژی تجدیدپذیر» (Renewable energy)، «انرژی جایگزین یا نو» (Alternative energy) یا انرژی خالص و حتی انرژی نامحدود، نام‌های گوناگونی برای تعریف امید برای نجات زمین هستند. به منظور درک خطری که زمین با آن مواجه است و چگونگی غلبه بر این خطر، باید یک دید کلی درباره انرژی تجدیدپذیر، انواع و مزایای استفاده از آن به دست آوریم.
انرژی تجدیدپذیر، انرژی برگشت‌پذیر نیز نامیده می‌شود. تجدیدپذیر به انواعی از انرژی می‌گویند که منبع تولید آن نوع انرژی، می‌تواند توسط طبیعت در یک بازه زمانی کوتاه، مجددا به وجود آمده یا به عبارتی تجدید شود. نور خورشید، باد، باران، جزر و مد، امواج و انرژی گرمایی زمین از این دست هستند.
انرژی‌های تجدیدپذیر اغلب به چهار شکل مورد استفاده قرار می‌گیرند:
تولید برق و گرمایش
سرمایش هوا یا آب،
حمل‌و‌نقل
خدمات انرژی روستایی «خارج از مدار» (off-grid)
در مقایسه با سایر منابع انرژی که در تعداد محدودی از کشورها متمرکز هستند، منابع انرژی تجدیدپذیر در مناطق وسیع جغرافیایی وجود دارند.
تاریخچه انرژی تجدیدپذیر و متناوب
دانشمندان در سال 1830 ترکیبات فتوولتائیک را کشف کردند که هنگام قرارگیری در معرض نور، انرژی آزاد می‌نمود. این کشف در نهایت منجر به توسعه سلول‌های خورشیدی و انرژی خورشیدی شد.
در سال 1839، «ویلیام رابرت گروو» (William Robert Grove) نخستین «پیل سوختی هیدروژن» (hydrogen fuel cell) را اختراع کرد. در این سلول از واکنش بین هیدروژن و اکسیژن برق تولید می‌شود.
در اواخر سال 1880، برق تولیدی توسط آب اولین بار در ایالات متحده به طور تجاری در دسترس قرار گرفت و انرژی خورشیدی در اروپا کشف شد. کشورها اولین بخش‌های دولتی انرژی را قبل از شروع قرن بیستم تاسیس کردند.
در سال 1947 اولین پروژه راکتور هسته‌ای با هدف تولید انرژی در «Brookhaven» نیویورک آغاز شد. در همین زمان، تنش سیاسی بین ایالات متحده و کشورهای خاورمیانه، عرضه نفت به ایالات متحده را نیز تهدید می‌کرد.
در سال 1970، «سازمان حفاظت از محیط زیست ایالات متحده» (US Environmental Protection Agency) تاسیس شد. آسیب جدی به منابع طبیعی در نتیجه‌ی استفاده از انرژی فسیلی یکی از اولین چالش‌های رو در روی آژانس بود.
در سال 1976، کنگره ایالات متحده، کمیته‌ای را برای بررسی پتانسیل توسعه‌ی وسایل نقلیه الکتریکی، با هدف کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی تصویب کرد.
اکثر انرژی‌های تجدیدپذیر به صورت مستقیم و غیرمستقیم توسط خورشید ایجاد می‌شوند. با این حال منابع انرژی تجدیدپذیر به چند دسته مهم زیر تقسیم می‌گردند.
1. انرژی خورشیدی
انرژی خورشیدی از تبدیل نور خورشید به برق به دست می‌آید. برق حاصل به طور مستقیم با استفاده از فتوولتائیک «PV» و یا به طور غیر مستقیم با استفاده از «انرژی خورشیدی متمرکز» (concentrated solar power) تولید می‌شود. سیستم‌های انرژی خورشیدی متمرکز از عدسی‌ها یا آینه‌ها و سیستم‌های ردیابی نور خورشید استفاده می‌کنند. بدین ترتیب یک منطقه بزرگ حاوی آینه‌ها، نور خورشید را در یک نقطه‌ی کوچک متمرکز می‌نماید.
فتوولتائیک‌ها با استفاده از اثر فتوولتائیک، نور را به یک جریان الکتریکی تبدیل می‌کنند. از منظر زیست‌محیطی، انرژی خورشیدی از بهترین و پاک‌ترین نوع انرژی‌هاست. یک سیستم 1.5 کیلووات PV، بیش از 110،000 پوند دی‌اکسید کربن را به عنوان مهم‌ترین گاز گلخانه‌ای در طی 25 سال از جو زمین حذف می‌کند. سیستم خورشیدی همچنین از نیاز به سوختن 60،000 پوند زغال‌سنگ جلوگیری می‌کند. با استفاده از نور خورشید، باران‌های اسیدی، گرد و غبارهای شهری و هر نوع آلودگی از بین می‌رود. از منظر مالی، صاحب‌خانه‌ها می‌توانند در بلندمدت با استفاده از انرژی خورشیدی، معادل 25,000 دلار در هزینه‌ها صرفه‌جویی کنند.
اما یک سوال، هزینه تامین انرژی خورشیدی مسکونی چقدر است؟ در سال 2016، هزینه نصب صفحه‌ی PV به ازای هر وات، سه دلار بود. اندازه‌ی متوسط سیستم صفحه‌ی خورشیدی 5000 وات است. بنابراین هزینه کل به 15,000 دلار می‌رسد. این رقم البته فقط یک مقدار متوسط است. سیستم‌ها می‌توانند بیشتر یا کمتر از این مقدار بسته به مصرف انرژی صاحب‌خانه باعث صرفه‌جویی در هزینه شوند.
در اوایل سال 2016، قیمت خرده فروشی‌ها برای صفحه‌های خورشیدی معمولا از 0.70 دلار به ازای هر وات تا بیش از دو دلار در هر وات می‌رسید. تفاوت قیمت‌گذاری عمدتا به دلیل دو عامل نوع «ماژول خورشیدی» (solar module) و نام یا برند تجاری به وجود می‌آید. لازم به ذکر است قیمت‌های ذکر شده فقط مربوط به خرید صفحه‌ها است. این قیمت، هزینه‌های دیگر مرتبط با تامین برق از انرژی خورشیدی در خانه را شامل نمی‌شود.
2. انرژی باد
«انرژی باد» (Wind power) با استفاده از جریان هوا تولید می‌شود. جریان هوا از طریق توربین‌های بادی به ژنراتورهای مکانیکی انتقال می‌یابد و برق تولید می‌گردد. این انرژی به عنوان جایگزینی برای سوخت‌های فسیلی در نظر گرفته می‌شود. از مزایای انرژی بادی می‌توان به فراوان بودن، قابلیت تجدید، توزیع گسترده، پاک بودن، تولید گازهای گلخانه‌ای در حد صفر در طول عملیات بهره‌برداری و نیاز کم به زمین مورد استفاده اشاره کرد.
جوامع هزاران سال از قدرت باد برخوردار بوده‌اند. اولین استفاده شناخته شده از این نیرو به 5000 سال قبل از میلاد می‌رسد که مردم از بادبان برای حرکت در رود نیل استفاده می‌کردند. پارس‌ها به مدت 400 سال تا سال 900 بعد از میلاد، از آسیاب‌های بادی برای پمپ آب و آسیاب دانه‌ها استفاده می‌نمودند. آسیاب‌های بادی پیش از سال یک میلادی در چین توسعه پیدا کردند. اما اولین مدارک مکتوب در این باره مربوط به سال 1219 است. «کرت‌ها» (Cretans) به معنای واقعی کلمه، صدها آسیاب بادی را به کار می‌گرفتند تا آب را برای محصولات کشاورزی و دام پمپاژ کنند.
توربین‌های بادی کمتر از 100 کیلووات، هزینه‌ای حدود 3000 تا 8000 دلار به ازای هر کیلووات ظرفیت دارند. یک دستگاه 10 کیلووات (اندازه مورد نیاز برای تامین برق یک خانه بزرگ) ممکن است هزینه نصبی حدود 50،000 تا 80،000 دلار (یا بیشتر) داشته باشد.
3. انرژی زیست‌توده
اصطلاح «زیست‌توده یا بیومس» (Biomass) به موادی آلی اشاره دارد که انرژی را از طریق فرآیند فتوسنتز ذخیره می‌کنند. این انرژی در قالبی مانند گیاهان وجود دارد و از طریق زنجیره غذایی به بدن حیوانات و ضایعات آن منتقل می‌گردد. همه انرژی به این شکل می‌تواند برای موارد استفاده روزمره انسان از طریق فرآیندهایی مانند احتراق به دست آید. با این روش دی‌اکسید کربن ذخیره شده در مواد گیاهی آزاد می‌شود.
بسیاری از سوخت‌های زیست‌توده که امروزه استفاده می‌شوند به شکل محصولات چوب، پوشش گیاهی، بقایای محصول و گیاهان آبزی هستند. زیست‌توده در دو دهه گذشته یکی از رایج‌ترین منابع انرژی تجدیدپذیر بوده و تنها انرژی آبی (hydro power) در تولید برق از زیست‌توده جلوتر است. این منبع انرژی به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد به طوری که 15 درصد از کل انرژی در جهان را به دلیل کم‌هزینه بودن و طبیعت بومی، تامین می‌کند. البته در کشورهای در حال توسعه این عدد به ۳۵ درصد می‌رسد. عمده‌ترین مورد استفاده از زیست‌توده برای پخت‌و‌پز و گرمایش است.
مزایا و معایب انرژی زیست‌توده شامل موارد زیر است:
مزایای انرژی زیست‌توده شامل موارد زیر است:
زیست‌توده به عنوان سوخت، نیاز به سوخت‌های فسیلی برای تولید گرما، بخار و برق را برای استفاده در مناطق مسکونی، صنعتی و کشاورزی کاهش می‌دهد.
زیست‌توده همیشه در دسترس است و می‌تواند به عنوان یک منبع تجدید پذیر تولید شود.
سوخت زیست‌توده از زباله‌های کشاورزی محصول ثانویه‌ای است که باعث افزایش ارزش محصول کشاورزی می‌شود.
رشد استفاده از محصولات زیست‌توده تولید اکسیژن را افزایش و دی‌اکسید کربن را مصرف می‌کند.
با مصرف مواد زائد برای تولید انرژی، دفن زباله‌ها و «خاک‌چال‌ها» (landfill) کاهش می‌یابد و فضای بیشتری در نتیجه‌ی کاهش دفن زباله‌ها، برای موارد استفاده‌ی دیگر باقی می‌ماند.
دی‌اکسید کربنی که پس از سوختن زیست‌توده آزاد می‌گردد، توسط گیاهان مصرف می‌شود.
معایب انرژی زیست توده شامل موارد زیر است:
اگر محصولات پایه رشد نکنند، زباله‌های کشاورزی هم وجود نخواهند داشت.
در زمینه‌هایی مانند روش‌های برداشت محصولات کشاورزی، کارهای جانبی زیادی باید صورت گیرد.
زمین مورد استفاده برای محصولات انرژی‌زا ممکن است برای مقاصد دیگری مانند کشاورزی، حفاظت از محیط زیست، مسکن، حمل‌و‌نقل یا کشاورزی مورد نیاز باشند.
4. انرژی زمین‌گرمایی
منبع انرژی «زمین‌گرمایی» (Geothermal) گرمای موجود در داخل زمین است. گرما چنان شدید است که ماگما در این دمای بالا ذوب می‌شود. انواع مختلفی از انرژی زمین‌گرمایی وجود دارد که می‌توان مورد بهره‌برداری قرار داد. برخی از سیستم های زمین‌گرمایی زمانی شکل می‌گیرند که ماگمای گرم در نزدیکی سطح زمین (1.500 تا 10،000 متر عمق) مستقیما آب‌های زیرزمینی را گرم می‌کند.
گرمای تولید شده از این نقاط داغ، از سطح به سمت خارج حرکت می‌کند. برای فهم بهتر باید بدانید که به همین ترتیب آتش‌فشان‌ها و چشمه‌های آب گرم به وجود می‌آیند. آب گرم و بخار به طور طبیعی می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد و با فن‌آوری‌های تبدیل انرژی، از این پدیده می‌توان در تولید برق یا تولید آب گرم جهت مصارف مستقیم، استفاده کرد. سیستم‌های زمین‌گرمایی حتی زمانی که هیچ ماگمایی در نزدیکی سطح موجود نباشد هم شکل می‌گیرند. ماگما باعث گرم شدن سنگ‌ها و در نهایت گرم‌شدن آب‌های زیرزمینی در گردش موجود در عمق زمین می‌گردند.
به منظور به حداکثر رساندن انرژی به دست آمده، با استفاده از امکانات فنی پیچیده، اغلب سنگ‌های داغ را می‌شکنند. در مرحله‌ی بعد آب را به داخل زمین پمپ می‌کنند. آب گرم خروجی برای تولید برق استفاده می‌شود. اما هزینه‌ی تولید انرژی زمین‌گرمایی به ازای هر «کیلووات ساعت» (kWh) چقدر است؟ در شهر «Geysers»، برق زمین‌گرمایی با قیمت 0.03 تا 0.035 دلار به ازای هر کیلووات ساعت به فروش می‌رسد. نیروگاه‌های امروزی با هزینه‌ای معادل ۰.۰۵ دلار برای هر کیلووات ساعت ساخته می‌شوند.
مزایای انرژی زمین‌گرمایی شامل موارد زیر است:
کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی: افزایش استفاده از انرژی زمین‌گرمایی، وابستگی به سوخت‌های فسیلی را کاهش می‌دهد. با افزایش قیمت نفت، بسیاری از کشورها، شرکت‌ها را تشویق به بهره‌گیری از این منابع انرژی پاک نموده‌اند. سوزاندن سوخت‌های فسیلی، گازهای گلخانه‌ای را که مسئول گرمایش جهانی هستند آزاد می‌کند.
آلودگی بسیار پایین: این مورد یکی از مزیت‌های اصلی استفاده از انرژی زمین‌گرمایی است. انرژي زمين گرمايي به عنوان منبع انرژي تجديدپذير، کمک شایانی در كاهش گرما و آلودگي جهاني و حفاظت از محیط زیست كرده است. علاوه بر این، سیستم‌های زمین‌گرمایی آلودگی هم ایجاد نمی‌کنند. البته استفاده از این روش مقداری گاز در عمق زمین آزاد می‌کند که برای محیط‌زیست خیلی زیان‌آور نیستند.
امکان استفاده مستقیم: از زمان‌های قدیم، افراد از این منبع انرژی برای حمام کردن، گرم کردن خانه‌ها، تهیه غذا و امروز نیز برای گرم‌کردن مستقیم خانه‌ها و دفاتر استفاده می‌کنند. این عمل باعث می‌شود انرژی زمین‌گرمایی ارزان‌تر و مقرون به‌صرفه‌تر شود. اگرچه سرمایه‌گذاری اولیه بالاست اما در بلندمدت با صرفه‌جویی در هزینه‌ها، این فناوری اقتصادی است.
اشتغال‌زایی و مزایای اقتصادی: دولت‌‌های کشورهای مختلف به شدت در تولید انرژی زمین‌گرمایی سرمایه‌گذاری می‌کنند که باعث می‌شود شغل‌های زیادی برای مردم محلی همان مناطق فراهم آید.
5. انرژی آبی
«برق آبی» (Hydroelectricity) یا هیدروالکتریسیته اصطلاحی است که به انرژی الکتریکی تولیدی از نیروی آب جاری اطلاق می‌شود.
شایع‌ترین نوع نیروگاه برق‌آبی با ایجاد یک سد روی یک رودخانه و ذخیره‌ی آب در یک مخزن ایجاد می‌گردد. آب آزاد شده از مخزن از طریق یک توربین جریان می‌یابد. این جریان توربین را به چرخش درمی‌آورد که به نوبه خود ژنراتور را برای تولید برق فعال می‌کند. اما انرژی برق‌آبی لزوما نیازی به یک سد بزرگ ندارد. بعضی از نیروگاه‌های انرژی آبی فقط از یک کانال کوچک برای انتقال آب رودخانه از طریق یک توربین استفاده می‌کنند.
نوع دیگر نیروگاه انرژی آبی، «نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای» (pumped storage plant) نامیده می‌شود. الکتریسیته از یک شبکه برق به ژنراتورهای تولید ارسال می‌گردد. در این نیروگاه ژنراتورها باعث چرخش توربین‌ها در جهت عکس می‌گردند. این حرکت آب را از سطح رودخانه یا از یک مخزن سطح پایین به مخزن بالا پمپ می‌کند، جایی که ذخیره‌سازی برق صورت می‌گیرد. برای تولید برق، آب از مخزن بالایی به مخزن پایینی یا رودخانه جریان می‌یابد. توربین‌ها در جهت جلو می‌چرخند و ژنراتورها برای تولید برق فعال می‌شوند. این روش یکی از معدود روش‌های ذخیره‌ی انرژی الکتریکی نیز به شمار می‌آيد.
بهترین واحد نیروگاهی سوخت فسیلی با بازده ۵۰ درصد یا کمی بیشتر کار می‌کند. در ایالات متحده به طور متوسط، هزینه‌ی تولید هر کیلووات ساعت برق، 0.85 سنت محاسبه می‌گردد. این عدد معادل 50 درصد هزینه‌ی تولید برق از انرژی هسته‌ای، 40 درصد هزینه‌ی سوخت‌های فسیلی و 25 درصد هزینه‌ی استفاده از گاز طبیعی است.
مزایای انرژی آبی به شرح زیر است:
هنگامی که سد ساخته می‌شود، برق را می‌توان با سرعت ثابت تولید کرد. اگر برق مورد نیاز نباشد، می‌توان دریچه‌ها را بست. به طوری که تولید برق متوقف شود.از آب ذخیره شده برای زمان‌هایی که تقاضای تولید برق بالاست، استفاده می‌گردد.
عمر سدها برای چندین دهه طراحی می‌شوند و بنابراین می‌توانند سال‌های زیادی برق تولید کنند.
دریاچه‌ای که در پشت سد شکل می‌گیرد، می‌تواند برای ورزش‌های آبی و فعالیت‌های اوقات فراغت مورد استفاده قرار گیرد.اغلب سدهای بزرگ جزء جاذبه‌های گردشگری هستند.
از آب دریاچه می‌توان برای آبیاری استفاده نمود.
ذخیره‌سازی آب در دریاچه‌ها به منظور ذخیره‌سازی انرژی برای مواقع مورد نیاز امکان‌پذیر است. در هنگام ضرورت، می‌توان با آب ذخیره شده شروع به تولید برق نمود.
گرمایش جهانی (تهدید زمین)
«گرمایش جهانی» (Global Warming)، اصطلاح مورد استفاده برای توصیف افزایش تدریجی دمای متوسط جو زمین و اقیانوس‌ها است. پدیده‌ای که به طور دائمی، تغییر شرایط آب و هوایی زمین را در پی دارد.
در میان مردم و گاه در خبرها در مورد حقیقت گرمایش زمین بحث‌هایی وجود دارد. اما دانشمندان آب و هوا به دنبال اطلاعات و حقایقی هستند تا نشان دهند که سیاره در حال گرم شدن است. توافق علمی در مورد تغییرات اقلیمی مربوط به گرم شدن کره زمین نشان می‌دهد به طور میانگین دمای زمین بین 0.4 تا 0.8 درجه سانتیگراد طی ۱۰۰ سال گذشته افزایش یافته است. اعتقاد بر این است که افزایش حجم دی اکسید کربن و سایر گازهای گلخانه‌ای که از طریق سوختن سوخت‌های فسیلی، کشاورزی و سایر فعالیت‌های انسانی منتشر می‌شود، منابع اصلی گرمایش جهانی طی 50 سال گذشته هستند.
دانشمندان «مجمع بین‌المللی تغییرات اقلیمی» (Intergovernmental Panel on Climate Change) با انجام تحقیقات در مورد گرمایش جهانی به تازگی پیش‌بینی کرده‌اند که دمای متوسط جهانی می‌تواند به میزان 1.4 تا 5.8 درجه سانتیگراد تا سال 2100 افزایش یابد. تغییرات ناشی از گرمایش جهانی ممکن است باعث افزایش سطح دریا به علت ذوب شدن کلاهک‌های یخی قطبی شود. همچنین افزایش احتمال وقوع و شدت طوفان و سایر حوادث شدید آب و هوایی نیز از اثرات جانبی چنین پدیده‌ی مخربی است. چنانچه به موضوع انرژی‌های نو علاقه‌مندید، مطالب زیر می‌تواند برای شما جذاب باشد.
فرادرس
