إن النفط والفحم والغاز الطبيعي أكثر ملوثات البيئة على الإطلاق، حيث تملأ الغلاف الجوي بالغازات السامة التي تأثر سلبًا على المناخ، وهي آخذة بالنضوب نتيجة عدم تعويضها، إضافة لارتفاع أسعارها الجنوني، من هنا كان لا بد من البحث عن مصادر الطاقة المتجددة والكافية والرخيصة والآمنة بيئيًا.
مصادر الطاقة المتجددة
نحن نعلم أن الثورة الصناعية والتكنولوجية التي نعيشها في عصرنا هي نتاج الطاقة الأحفورية التي نستخدمها استخدامًا جائرًا، مما يهدد بانتهاء هذه الطاقة، لذا عكف العلماء على البحث عن بدائل آمنة للطاقة المتجددة، آمنة بمعنى أنها صديقة للبيئة، أي أن استخدامها لا يؤدي لتلوث البيئة فلا تهديد لحياة الإنسان أو الحيوان أو النبات، وتكلفتها المادية رخيصة، فوجد العلماء ضالتهم في الشمس!!! ومن هذه الإختراعات التي سوف تكون بديلًا آمنًا للطاقة المتجددة هو:
1 – جهاز البيتا راي (Rawlemon Beta.ray)
إن هذا الجهاز (البيتا راي(Rawlemon Beta.ray هو من أهم الأجهزة البديلة لتوليد الطاقة الكهربائية والحرارة بنفس الوقت من الطاقة الشمسية، للاستخدام اليومي، حيث استطاع والمهندس الألماني (أندريه بروسيل(Andre Brossel من تصميم جهاز لتوليد الطاقة الكهربائية وباستخدام الطاقة الشمسية.
كانت المشكلة في توليد الطاقة الكهربائية بالاعتماد على الطاقة الشمسية هي المردود المنخفض لها، مما يجعل تكاليف إنتاج الكهرباء مرتفعًا وغير ذي جدوى اقتصادية، أمّا مع هذا الجهاز فالأمر مختلف، حيث كان مردود الألواح الكهرضوئية التي تحول الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية لا تتجاوز 15% أما مع جهاز (البيتا راي) فقد تصل حتى 70%، لأن هذا الجهاز قد تم تزويده بمتعقب لأشعة الشمس، مما ساعد في رفع الجدوى الاقتصادية لإنتاج الكهرباء بهذه الطريقة، حتى أنه استطاع توليد الطاقة الكهربائية بالجو الغائم.
إن هذا الجهاز يستطيع أن يضاعف تركيز الأشعة الشمسية عدة آلاف من الأضعاف تصل حتى ال 10000 ضعف، مما يعطي مردود عالي جدًا إذا ما قورن بمردود الأجهزة الكهرضوئية الأخرى
التي لا يتجاوز المردود فيها 35%، ولأن الوصلات المتعددة (وهي من التطبيقات المستخدمة في المركبات الفضائية) حيث بإمكانها أن تعمل كمكثفات، مما جعل إمكانية تخفيض السطح العاكس إلى 1% مما كانت عليه مساحات العواكس الضوئية في الأجهزة الأخرى.
كما أن جهاز (البيتا راي) يتألف من عدسة مملوءة بالسائل (كرة من الزجاج) وقد تم تزويدها بجهاز تتبع لحركة الشمس مما يزيد من مردود إنتاج الكهرباء، كما زودت بألواح كهرضوئية وضعت في أسفل العدسة لمضاعفة إنتاج الطاقة الكهربائية، وقد عمل المخترع على الأخذ بعين الاعتبار في تصميم الجهاز أن يراعي الشكل الجمالي للأماكن التي سيوضع فيها. وهذا الجهاز يستطيع تأمين الطاقة الكهربائية للمنزل على الرغم من ارتفاع تكلفتها حاليًا ولكن مع الأيام وعند إنتاجها بشكل تجاري لا بد وأن تنخفض التكاليف وتصبح الحل الأمثل كمصادر الطاقة المتجددة ويمكن إنتاج نماذج محمولة من هذا الجهاز تسمي (البيتا أي (Beta.ey.
أقسام الجهاز
- كرة زجاجية مملوءة بالسائل (العدسة).
- الخلايا المتعددة الوصلات.
- المحور الثنائي لتتبع الشمس.
- مجموعة من البطاريات.
- عدد من وصلات ال (USB).
- مجموعة من الليدات.
2 – النوافذ الشمسية
إن الطاقة المستهلكة لتدفئة البيوت والمباني تقدر بحوالي 40% من إجمالي الطاقة المستهلكة في البلدان، لذا كان لزامًا على الباحثين والعلماء البحث عن طرق لتقليل هذا الاستهلاك أو البحث عن مصادر الطاقة المتجددة من هنا كانت:
النوافذ الذكية والموفرة للطاقة
هذه النوافذ المزودة بمواد ضد انعكاس الضوء الساقط عليها، إلى أقل من 5% أو أقرب ما يمكن للصفر، حيث تتم صناعة هذه النوافذ من مادة (ثاني أوكسيد الفاناديوم) التي بإمكانها منع تسرب الأشعة الشمسية التحت حمراء إلى داخل المنازل، كما صممت بطريقة تمنع تجمع والتصاق قطرات الماء عليها الأمر الذي يمنع تجمع الغبار عليها مما يجعل تنظيفها بشكل ذاتي.
هدف هذا المشروع
الهدف المباشر هو توفير الطاقة وإنقاص تكاليف إنتاج الطاقة بمعدل 40%.
ميزات النوافذ الذكية هذه
استطاعت الشركة المنتجة لها أن تضيف عليها طبقة من المواد التي بإمكانها انتاج الطاقة الكهربائية المتجددة، مما يسمح بتغطية تكاليف الإنتاج خلال عام واحد من استثمارها، فهي تستطيع إنتاج خمسين ضعفًا مما تنتجه الألواح الكهرضوئية الأخرى.
كيف يتم عملها
تعتمد في عملها على مبدأ تجميع الأطياف الغير مرئية من أشعة الشمس، ومنعها من اختراق هذه النوافذ والسماح للطيف الضوئي المرئي بالمرور خلالها، كما يمكن الاستفادة منها بالشكل الأمثل وهو إنتاج الطاقة الذاتية وبكفاءة عالية.
3 – المفاعل النووي الحراري التجريبي الدولي
هو (ITER) اختصار للكلمات التالية (International Thermonuclear Experimental Reactor) وهي تعني (المفاعل النووي التجريبي الحراري العالمي) مشروع يعتمد مبدأ الإندماج النووي لإنتاج الطاقة، ويعتبر أكبر مفاعل في العالم ويوجد في مدينة (كداراش في الجنوب الفرنسي)، والتفاعلات التي تجري فيه تماثل التفاعلات التي تجري داخل الشمس، حيث توجد العناصر في هيئة بلازما (الهدروجين والليثيوم والهليوم ونظائر الهدروجين المشعة)، حيث اندماج هذه المواد إلى إطلاق كميات هائلة من الطاقة الحرارية التي يمكن أن تتحول إلى طاقة كهربائية، إن هذا المشروع يقوم على شراكة بين الاتحاد الأوربي والهند واليابان، لتمويل هذا المشروع، ومن المفترض أن يكون جاهزًا لإنتاج الكهرباء مع بداية العام 2050، لذلك إن هذا المفاعل هو من مصادر الطاقة المتجددة
4 – مفعلات الثوريوم النووية (Thorium)
هي مفاعلات نووية يعتمد مبدأ عملها على الوقود النووي السائل الذي لا يمكن أن يتحول إلى مواد قابلة للانفجار، وفي ظروف قلة الموارد للطاقة الكلاسيكية المعتمدة على الوقود الأحفوري (الغاز والفحم والبترول) واشتداد الطلب عليها، وارتفاع أسعارها الجنوني كان لا بد من البحث عن بدائل مصادر الطاقة المتجددة التي تلبي الحاجات المتزايدة في الطلب على الطاقة، من هنا كانت العودة إلى المفاعلات النووية التي تعتمد على مادة (الثوريوم (Thorium
أي مفاعلات الانشطار النووي، فقد طورت المفاعلات التي تعتمد على المواد السائلة كوقود نووي آمن، وهذه المفاعلات تنتج طاقة أكبر وبمعدل نفايات ضارة أقل، لأنها لا ينتج عنها غاز ثاني أكسيد الكربون CO2 والغازات الأخرى التي تتسبب بظاهرة الاحتباس الحراري، ولأن هذه التفاعلات التي تحدث ضمنها يمكن السيطرة عليها بعكس المفاعلات التي تستخدم الوقود النووي الصلب حيث لا يمكن السيطرة عليها.
كما أن تواجد هذا العنصر الثوريوم (Thorium) في الطبيعة أكبر بكثير من العناصر المشعة الأخرى.
تركيب المفاعل النووي
يتكون المفاعل مما يلي:
- وعاء المفاعل.
- عنصر الوقود النووي.
- وحدات التحكم.
- وحدات دفع عناصر التجكم.
- وجدة تثبيت الضغط.
- وحدة تولي البخار.
- مضخة تبريد.
- مجرى البخار.
- الماء الخاص للتغذية.
- جزء العنفة ذات الضغط المنخفض.
- جزء العنفة ذات الضغط المرتفع.
- المولد (الدينامو).
- وحدة التحريض.
- وحدة التكثيف.
- ماء النهر.
- مضخات التغذية.
- وحدة التسخين المسبق.
- درع واقي من الخرسانة.
- وحدة مضخات التبريد الثانوية.
التقنية العلمية في العمل
إن نواة ذرة الثوريوم Tu تحتوي على 232 نوترون وبروتون وليس ذات انشطار نووي ذاتي، لذلك يجب معالجتها داخل المفاعلات حتى يتحول إلى نظير اليورانيوم الذي يحتوي على 233 نوترون وبروتون. ويمكن أخذ النفايات النووية الناتجة وإعادة تدويرها واستعمالها مرة أخرى كوقود نووي لتوليد الطاقة من جديد.
المحاذير والأخطار المحتملة
إن اعتماد هذه المفاعلات على تقنية الوقود النووي السائل يحتوي ضمنًا على مادتي (البيريليوم والليثيوم) السامتين والخطرتين على الصحة العامة في حال تسرب هاتين المادتين منن المفاعل النووي هذا، لذا كانت الاحتياطات ضرورية جدًا للحفاظ على السلامة العامة، إضافة إلى الكلفة العالية لإقامة مثل هذه المفاعلات حيث تصل إلى المليارات، كذلك إمكانية الاستخدامات العسكرية لهذه المفاعلات.
5 – المحرك المستحيل الذي يعتمد أمواج الماكرويف
إن فكرة المحرك المغناطيسي (Electromagnetic Drive) قد طرحت أول مرة في العام 1999 من قبل المبتكر البريطاني (روجر شوير (Roger Shawyer حيث تقول الفكرة على استخدام ارتدادات أمواج المايكرويف في تجويف معدني كي يتم توليد قوة دفع لتحريك الصاروخ، عوضُا عن الوقود الكلاسيكي المستخدم لدفع الصواريخ لذلك يمكن اعتماد هذا المحرك منه من مصادر الطاقة المتجددة وبالاستناد إلى الجسابات التي قام بها (شوير) فقد استنتج أنه بالإمكان الوصول إلى المريخ بفترة زمنية تقل عن سبعون يومًا فقط، ولكن هذه الفكرة تبدو مستحيلة بالاعتماد على الفهم الحالي للفيزياء وقوانينها الحالية، حيث أن فكرة هذا المحرك (EM Drive) تتعارض مع القانون الثالث من قوانين نيوتن في الحركة، الذي يقول: كي نتمكن من توليد الدفع لتحريك شيء ما يجب الدفع بالاتجاه المعاكس، ولكن المحرك المقترح لا يعمل بهذا القانون.
لكن وكالة ناسا الأمريكية قدمت شرحًا لهذا المحرك وتفسير كيفية عمله، حيث قامت بقياس قوة الدفع الناتجة عن حركة الترددات الماكروية في التجويف المغلق في الفراغ،
(Measurement of Impulsive Thrust from a Closed Radio Frequency in Vacuum) حيث بينت الأبحاث التي قامت بها الوكالة أن هذا النظام قد قدم قوة دفع تساوي (1.2 mN/k)، وأن الوكالة أثبتت أن هذا النظام يعمل والاختبارات القادمة والأبحاث المستمرة لهذا المحرك سيتحقق المردود المطلوب وتحسين الكفاءة المرجوة فكل ذلك مازال قيد الدراسة والأبحاث.
كيف يعمل هذا المحرك (EM Drive)
إن شرح كيفية عمله ليست بالأمر السهل خاصة وأنه يتعارض مع المبدأ الثالث من مبادئ نيوتن، لكن يمكن تصنيف أن هذا المحرك يعمل وفق نظرية المتغير الخفي غير المحلي (أو نظرية الموجة الدالة (Pilot Wave Theory) حيث تفيد هذه النظرية بأن الجسيمات البالغة الدقة لا تتواجد في أماكن محددة ولكن يمكن رصدها من الجانب الآخر المقابل.
6 – قدرة الأمواج من بدائل مصادر الطاقة المتجددة
من المتوقع أن ينفد النفط خلال عقود فليلة قادمة، الأمر الذي جعل الإنسان يفتش عن بدائل مصادر الطاقة المتجددة، لتوليد الطاقة النظيفة والصديقة للبيئة، عن طريق استخدام الشمس والرياح وطاقة الأمواج، من خلال ظواهر المد والجذر التي تحدث لمياه البحار نتيجة تأثير جاذبية القمر، فكان التفكير لاستغلال طاقة الأمواج لتوليد الطاقة البديلة عن الطاقة الكلاسيكية التي ستنفد حلال عقود قليلة قادمة، وقد تحولت الشواطئ إلى مخبر كبير لتوليد الطاقة المتجددة والدائمة والرخيصة التكاليف والصديقة للبيئة.
قامت الجكومات بالتعاون مع الخبراء بتطوير أنظمة توليد الطاقة وتدوير العنفات باستخدام طاقة الأمواج، وقد حققوا الشيء الكثير من النجاحات في هذا المجال، ويعد التصميم المعروف والمستمد لطريقة عمله من المحار البحري، وهو جهاز لا يتعدى طوله العشرين مترًا يتم تثبيته في البحر على عمق لا يزيد عن خمسة عشر مترًا، ويبعد عن الشواطئ ما يقارب الخمس مائة متر، حيث يقوم هذا الجهاز بتحويل صدمات الأمواج له إلى طاقة كهربائية دائمة ونظيفة، ويقوم ضغط الماء بتدوير العنفات التي تولد الطاقة الكهربائية، ويظن الخبراء أن هذه الأجهزة ستساعد على تغذية المدن والبلدان بالطاقة الكهربائية الرخيصة والنظيفة وتساعد على حماية الشواطئ من آثار الأمواج التي قد تؤدي إلى أضرار هائلة لسكان الشواطئ والسواحل.
نموذج فليمل لتحويل طاقة الأمواج إلى طاقة كهربائية
هو واحد من النماذج حيث يتواجد تحت الماء بالكامل، وشكله حلزوني، حيث يستخدم الأمواج ويقوم برفع الماء إلى الأعلى بواسطة حلزون معدني فتحدث دوامة مائية تستطيع تدوير العنفات التي تولد الطاقة، وهذا النموذج هو أبسط النماذج لتوليد الطاقة حيث لا يحتوي التصميم على أي من التروس وبالتالي صيانته بسيطة وسهلة للغاية.
7 – توربينات الرياح المحمولة جوا
إن توربينات الرياح المحمولة جوا هي إحدى بدائل مصادر الطاقة المتجددة المستدامة والصديقة للبيئة، حيث أن مبدأ العمل يقوم على استغلال طاقة الرياح العالية السرعة والثابتة على الإرتفاعات العالية والمتوسطة وذلك بواسطة توربينات محمولة جوًا بدون تكاليف بناء الأبراج المعدنية المكلفة للغاية، والتصميم عبارة عن قوقعة تملأ بغاز الهيليوم He، ويوجد بداخلها توربين وزنه منخفض.
ويمكن التحكم بارتفاع القوقعة وذلك للحصول على سرعة الرياح المطلوبة، والقوقعة تثبت إلى الأرض بواسطة حبال ثلاثة أحدها ينقل الطاقة الكهربائية التي يولدها التوربين إلى الأرض، ويقول المخترعون عن هذا الجهاز أنه قادر على إنتاج طاقة كهربائية أعلى بثلاثة أضعاف من المولدات المشابهة الكلاسيكية، وبتكلفة أقل بحوالي 90%.
8 – عدسات الرياح
إن ابتكار عدسات الرياح من الأفكار البسيطة التي يتم العمل على تطويرها، إن هذه العدسات تولد طاقة نظيفة تعادل ثلاثة أضعاف الطاقة التي تولدها التوربينات العادية، وبدون أية ضوضاء تنتج عنها، ويضيف المهندس المسؤول أن عدسات الرياح أنها تنتج استطاعة مقدارها 3 كيلو وات ويتم العمل على تطوير هذه الاستطاعة لتصل إلى 300 كيلو وات مع المستقبل.
9 – الطحالب من مصادر الطاقة المتجددة البديلة والآمنة
إن الطحالب يمكن استخدامها لإنتاج طاقة متجددة وليس لها أي تأثير على الغذاء البشري، ويمكن زراعتها باستخدام مياه غير صالحة للإستهلاك البشري أو من مياه البحر.
ما هي المفاعلات الحيوية الضوئية
بينت تقارير الوكالة الدولية للطاقة (IEA) أن كمية الطاقة الحيوية التي تم إنتاجها في العام 2013 قد بلغت 113 مليار ليتر ومن المحتمل أن تصل إلى 140 مليار ليتر في العام 2118، وهي كميات تدعو إلى التفاؤل إلى اعتماد الطحالب من مصادر الطاقة المتجددة، وذلك باستخدام المفاعلات الحيوية الضوئية وهي عبارة عن نظام مغلق من الأنابيب البلاستيكية، التي تملأ بالمياه وغالبًا ما تكون هذه المياه غير صالحة للإستهلاك البشري، وتحوي على المغذيات لنمو الطحالب، وهذه الأنابيب معرضة لأشعة الشمس المباشرة.
وقد بينت الدراسات أن الطحالب من مصادر الطاقة المتجددة والآمنة بيئيًا، وبالأخص بعد الإرتفاع المستمر لأسعار الوقود التقليدي (الأحفوري)،
مميزات الطحالب
لقد تبين أنها تستطيع النمو خلال أربعة وعشرين ساعة ويمكن استخلاص 50% من حجمها زيوت يمكن معالجتها لتصبح قابلة للتكرير كالنفط، إن الطحالب من أقدم الأحياء التي وجدت على وجه الأرض، ويمكن أن يتضاعف نموها خلال 24 ساعة.
نظام مغلق لتجنب التلوث البيئي
هو نظام مغلق غير معرض للهواء ولهذا السبب نتجنب تلوث الحالب بالمواد البيولوجية والكيميائية التي تؤدي لفقان كميات كبيرة من إنتاج الطحالب، والصعوبة تكمن في تأمين غاز ثاني أكسيد الكربون اللازم لنمو الحالب، في الأنظمة المغلقة هذه.
ولكن الباحثين يتجهون لبناء مزارع الطحالب المفتوحة وذلك لرخص التكاليف والإنتاج الغزير وذلك لتوفر مقومات الإنتاج في نظام المزارع المفتوحة، والاعتماد على بعض أنواع سلالات الطحالب الغنية بالزيوت.
وذكرت الأبحاث أن الإنتاج من الحالب يمكن أن يتراوح بين خمسة وعشرين طنًا إلى خمسين طنًا من الطحالب التي ينتجها الهكتار الواحد.
هنا نأتي إلى نهاية مقالنا هذا الذي تحدثنا فيه عن مصادر الطاقة المتجددة والآمنة في ظل توقع العلماء بنفاد البترول أو الوقود (الأحفوري) المصدر للطاقة الغير متجددة، فقد تحدثنا عن بعض هذه المصادر الطاقة المتجددة باستخدام طاقة الشمس والرياح والأمواج والتفاعلات النووية التي تعتمد الوقود النووي السائل مفاعلات (الثوريوم) كما تحدثنا عن استخدام الطحالب لإنتاج الطاقة البيولوجية والمفاعل النووي التجريبي العالمي والمحرك الذي يستخدم الأمواج الماكرويف لتوليد طاقة الدفع للصواريخ الفضائية.
قد يهمك أيضًا:
