انرژی های نو ، با ابر و باد و مه و خورشید

اکنون مدت هاست که برخی از کشورهای توسعه یافته و حتی در حال توسعه دریافته اند که محیط زیست اولویت اول است.

از همین رو، با ارج نهادن به دیدگاه های اندیشمندان و صاحب نظران عرصه محیط زیست تلاش می کنند از تخریب محیط زیست جلوگیری کنند. یکی از راهکارهای اساسی برای حفاظت محیط زیست استفاده از انرژی های نو است؛ راهکاری که می تواند افزون بر کاهش گازهای گلخانه ای، آسمانی آبی به دور ازآلودگی را برای شهروندان به ارمغان آورد. آنچه در پی می آید مقاله ای است در همین زمینه که طی آن،انرژی های نو و روند شتابناک استحصال از آن در جهان از زوایای مختلف بررسی و تبیین شده است، با این امید که مسئولان کشور ما نیز پیش از آنکه دیر شود استفاده از این انرژی ها را به طور جدی در دستور کار قرار دهند.

انرژی های نو، با ابر و باد و مه و خورشید انرژی های نو، با ابر و باد و مه و خورشید

● بهره گیری از نیروی باد در دریاها

به تازگی برای افزایش ظرفیت تولید انرژی برق از نیروی باد، طراحی و اجرای طرح های موسوم به باد آب با استقرار آسیاب های بادی غول پیکر در فواصل دور از سواحل دریاها و اقیانوس ها روی سکوهای شناور و یا دکل های مهار شده در قعر دریاها توجه کارشناسان و مهندسان را به خود جلب کرده است.

توفیق در دستیابی به انرژی برق بادی در گروی وجود باد های تند و تداوم وزش باد هاست، به شرط آنکه در نزدیکی مناطق مسکونی نبوده و اعتراض ساکنین مجتمع های مسکونی از مشاهده دکل آسیاب های بادی را در پی نداشته باشد. پژوهشگران نروژی بر این باورند که هر دو منظور بالا با استقرار نیروگاه های بادی در دل دریاها و دور از سواحل دست یافتنی است.

در حال حاضر تولید برق بادی در جهان حدود ۹۴گیگاوات است که انتظار می رود در سال ۲۰۵۰ به حدود ۲۰۰۰ گیگاوات یا بیش از بیست برابر افزایش یابد. براساس بررسی های وزارت کشور آمریکا، سواحل غرب این کشور در اقیانوس آرام، توان تولید ۹۰۰گیگاوات برق بادی در سال را دارد که متأسفانه به سبب ژرفای زیاد دریا، استقرار دکل های خیلی بلند تا کنون ممکن نشده است. اما طرح آزمایشی دور از سواحل نروژ می تواند به رویای نصب دکل ها در هر ژرفایی کمک کند.

هدف از اجرای طرح باد آب (HyWind)، نصب بزرگ ترین توربین های تولید برقابی در ژرف ترین نقاط دور از سواحل دریاها و اقیانوس هاست که برای این پژوهش توربین های ۲۳۰۰واتی به وزن ۱۵۲ تن به کار برده می شود. والتر موزیال، Walter Musial مهندس ارشد انرژی تجدید شونده دریایی در آزمایشگاه ملی وزارت انرژی ایالات متحده آمریکا می گوید باد آب تکنولوژی کاملاً جدیدی شناخته می شود که در آن توربین های بادی به بلندی ۶۴ متر بالاتر از سطح دریا، روی سکوی شناور یا بر یک لوله فلزی نصب می شود. مبدع این تکنولوژی، شرکت نروژی استات اویل هیدرو (StatoilHydro) است که زیر مجموعه بزرگ ترین شرکت نفت و گاز اسکاندیناوی است.

داخل لوله فلزی پایه دریایی با سنگ های شکسته پر و لوله مذکور به وسیله ۳کابل قوی در ژرفای ۱۰۰ متری به کف دریا مهار می شود تا سبب پایداری سکو شده و توربین را در برابر تکان های شدید ناشی از امواج حفاظت کند. پایداری باد آب در زمستان های خیلی سرد دریای اسکاندیناوی و تلاطم شدید جوی نشان خواهد داد که هر نقطه ژرف دریا ها می تواند محل مناسبی برای تولید برق بادی باشد. اگر همه چیز وفق مراد پیش رود، نیروگاه بادی طرح آزمایشی مذکور در فاصله ۱۰کیلومتری ساحل نروژ در ماه سپتامبر به تولید آزمایشی برق خواهد پرداخت.

برای تولید تجارتی برق بادی در سطح دریاها، توربین ها باید خیلی بزرگ تر از توربین های آزمایشی نروژی باشد، اما نصب توربین های خیلی بزرگ دربالای دکل های بلند شناور واقع در میان اقیانوس ها و دریاها خود کار بسیار دشواری به نظر می رسد. برای ساخت و نصب توربین های بزرگ تر و سنگین تر، باید گرانیگاه آنها پایین تر آید تا به سطح آب اقیانوس نزدیک تر شود. شرکت استات اویل هیدرو برای این منظور طرحی در دست تهیه دارد که توربین به کمک جعبه دنده در سطح اقیانوس نصب می شود تا با تغییر محل گرانیگاه آن لزومی به نصب توربین در ارتفاع بالا و پشت تیغه های باد گردان نباشد.

پروژه باد آب در حال حاضر در مرحله آزمایش و پژوهش است ولی چنین به نظر می آید که هزینه ایجاد نیروگاه بادی شناور در آب های ژرف اقیانوس ها سرسام آور باشد. از طرفی بادهای اقیانوسی ضمن یکنواختی و تداوم وزش، از بادهای نزدیک سواحل قوی تر هستند و به آسانی نمی توان از این منبع انرژی پایان ناپذیر صرف نظر کرد. حسن دیگر نیروگاه های بادی آب های ژرف، دور ازنظر بودن آنهاست و هر آینه روزی این فناوری موفق شود، فرصت های زیادی برای تولید برق بدون کربن و آلودگی در سطح سیاره زمین فراهم خواهد شد.

در کنار پیشرفت فناوری نیروگاه های بادی پر قدرت و با ظرفیت های بالا، نیروگاه های بادی خانگی هم آماده ورود به بازار شده است. این نیروگاه ها با ظرفیت تولید ۱۲۰۰ وات و تولید سالانه ۲۰۰۰ کیلووات ساعت می توانند برق مصرفی منازل و مشاغل کوچک را فراهم کنند. برخلاف نیروگاه های بادی بزرگ که با ارتفاع بلند ساخته می شوند و پره های آنها مانند ملخ هواپیما است، این نیروگاه های خانگی به بلندی حداکثر ۱۰ متر است که قسمت دوار آن به شکل منار مخروطی است که با بادهای کم سرعت دوران می کند.

● تولید برقابی

سهم تولید برقابی در جهان به شیوه متداول از سدهای بلند و مخزنی در سال ۲۰۰۴ حدود ۴/۱۶ درصد کل تولید برق جهان گزارش شده، بقیه منابع تولید برق جهانی عبارتند از: ۸/۱۵ در صد برق اتمی، ۸/۶۵ درصد برق فسیلی و ۲درصد برق های زیست شناختی (بیولوژیکی)، زمین گرمایی و خورشیدی. تنها راه ممکن برای افزایش تولید برقابی بدون احداث سدهای بیشتر که سبب بروز عوارض و خسارات زیاد زیست محیطی در بالا دست و پایین دست سدها می شود، بهره گیری از روش های غیرمتداول انرژی پتانسیل آب است، مانند حرکت امواج، انرژی جنبشی جریان آب رودخانه و انرژی جزر و مد.

در پایین دست یک سد برقابی در هاستینگ (Hasting) ایالت مینه سوتای آمریکا، آینده نیروی برقابی در حال شکل گیری است. انرژی تولید شده هیدروالکتریک یا برقابی نیست بلکه آب جنبش (Hydrokinetic) خوانده می شود که از حرکت جریان آزاد آب گرفته شده است.

نیروگاه آزمایشی انرژی آبی سبز نخستین طرح برقاب جنبش آمریکاست که گواهی دولت فدرال را تحصیل کرده و در سرمای شدید زیر صفر نصب و در ژانویه ۲۰۰۹ به راه افتاد. جریان تند خروجی یک نیروگاه برقابی سبب دوران پروانه سه تیغه ۶/۳ متری موسوم به توربین آب جنبش شده و برق تولید می کند.

فناوری برقابی سبز، شبیه توربین های تولید برق از جزر و مد در اروپاست که متناسب با حرکت یکطرفه جریان آب بهینه سازی شده است (در نیروگاه های برقی جزرومد آب توربین ها در دو جهت ورودی و خروجی عمل می کند). از فناوری برقاب جنبش فقط در رودخانه های با جریان آزاد و کافی می توان استفاده کرد.

در تولید انبوه، توربین ها باید سری ساماندهی شوند تا از طریق ارتباط آنها با تاسیسات برقی سدهای برقابی اتصال آنها به شبکه سراسری برق ناحیه ای تسهیل شود. کارشناسان آمریکایی ادعا کرده اند فناوری برقاب جنبش از فناوری برق بادی ارزان تر تمام می شود( ۴ تا ۷ سنت برای هر کیلووات ساعت در برابر ۱۰ سنت در کیلووات ساعت برق بادی).

در حال حاضر، هدف تولید ۱۰۰ کیلووات برای تامین مصارف ۴۰ خانه است، اما پرسش موجود این است که جمعیت آبزیان رودخانه با حضور توربین بدون کربن در مسیر جریان آب رودخانه سازگاری خواهد داشت یا خیر.

● سوخت زیست شناختی (بیولوژیک)

پژوهشگران در تبدیل خزه ها و جلبک های دریایی به سوخت بیولوژیکی و استفاده از متیل (ریشه هیدروکربن یک ظرفیتی) برای تبدیل گازکربنیک به متان از مؤلفه های گاز طبیعی به توفیق چشمگیری دست یافته اند.

اگر چه اتانول پر مصرف ترین انرژی بیولوژیکی امروز شناخته شده، ولی به زحمت نوشداروی وضع پریشان انرژی تلقی می شود. پژوهشگران در تلاشند تا هر چه بیشتر مواد آلی مانند نیشکر، جلبک، علوفه، فاضلاب و حتی زباله های بیمارستانی را برای مقاصد ترابری و تولید برق به انرژی با آلودگی کمتر تبدیل کنند. تولید کنونی انرژی بیولوژیکی حدود ۶۴۳هزار بشکه در روز است که نیاز سال ۲۰۵۰ حدود ۳۴ میلیون بشکه در روز برآورد شده است.

کانال های شهر ونیز ایتالیا یکی از منابع مهم تولید انرژی سبز شناخته شده که می تواند قابلیت تولید برق در سطح بازرگانی را هم پیدا کند. یک نیروگاه ۶/۲۷۲ میلیون دلاری در انتظار مجوز تولید برق از مصرف سوخت بیولوژیکی جلبک های کانال هاست.

برای تامین سوخت نیروگاه، جلبک های کانال جمع آوری و در یک راکتور بیولوژیکی ۲۶فوتی کشت ( کوددهی با گازکربنیک همان نیروگاه) و خشک شده و بعد از استخراج شیره آن و افزودن مواد قلیا یی به سوخت بیولوژیکی تبدیل می شود. پیش بینی شده این نیروگاه در سال ۲۰۱۱ بتواند ۴۰مگاوات برق (با کمترین آلودگی کربن) تولید کند که بعد از تامین مصارف شهر، بقیه آن در اختیار انواع کشتی ها و شناورهای پهلو گرفته در بندر قرار گیرد.

● انرژی خورشیدی

بشر در رؤیای دستیابی به هزاران گیگاوات انرژی تجدید شونده خورشید است. اشاره به انرژی خورشیدی از این به بعد به معنای تنها بهره گیری از صفحات متداول تبدیل نور خورشید به برق نیست. هم اکنون انواع روش های گوناگونی که بتواند نور خورشید را به انرژی قابل استفاده تبدیل کند با شتاب، در دست پژوهش، آزمایش و شکوفایی است. در وضع کنونی، تولید برق خورشیدی جهان۴/۱۲گیگاوات است که نیاز سال ۲۰۵۰ حدود ۲۰۰۰گیگاوات برآورد شده است.

هنگامی که ستاره ای مانند خورشید ۸۵هزار تراوات (هر تراوات برابر یک میلیون مگاوات) انرژی در سال ارزانی سیاره زمین می کند، نگرانی در باره کمبود انرژی های کم و بی کربن جایی ندارد.

در پروژه موسوم به eSolar (نیروگاه حرارتی خورشیدی) که با سرمایه ماشین جست وجوگر گوگل به راه افتاده، روشی ابداع شده که به وسیله آن انرژی خورشیدی متراکم (Concentrating Solar Thermal) می شود. در این روش، تشعشعات خورشیدی از طریق آینه های بزرگ متمرکز شده و پس از ایجاد حرارت زیاد، برق تولید می شود. متصدیان پروژه ادعا می کنند که برق تولیدی از حرارت ناشی از تراکم نور خورشید طی یک دهه بتواند ارزان تر از برق فسیلی در دسترس مصرف کنندگان قرار گیرد. بیل گراس ( Bill Gross) مدیر اجرایی طرح گفته است: این روش تنها روشی است که با آن می توان هزاران گیگاوات برق سبز تولید کرد.

نخستین نیروگاه eSolar به ظرفیت ۵ مگاوات به نام سیرا ( Sierra ) واقع در شمال شرق شهر لوس آنجلس، با ۲۴هزار آینه، تابش نور خورشید به ۲۰ جریب زمین را، متوجه دیگ های بخار که روی پایه های بلند قرار گرفته اند می کند. این سامانه در کل ۸۵۰ درجه فارنهایت گرما تولید می کند که از بخار حاصله، توربین های تولید برق نیروگاه به گردش در می آیند.

اندیشه تراکم نور و گرمای خورشید از سال ۱۹۸۰ مطرح شده بود ولی بنا به بی توجهی عموم به بوته فراموشی سپرده شد تا اینکه دوباره مورد توجه واقع شده و پروژه تراکم انرژی خورشید از سر گرفته شد.

واحدهای یک مگاواتی نیروگاه های تراکم خورشیدی در سال ۲۰۰۶ در نقاط مختلف جهان به راه افتاد و تعداد آنها در سال۲۰۰۷ به یکصد واحد رسید. براساس پیش بینی انستیتو زمین ( Earth Policy Institute ) تعداد این نیروگاه ها در جهان در هر ۱۶ ماه دو برابر می شود و از ۴۵۷ مگاوات در سال ۲۰۰۷ به ۶۴۰۰ مگاوات در سال ۲۰۱۲ خواهد رسید. حداقل ۱۳ نیروگاه در آمریکا در مراحل پیشرفته طراحی قرار دارند.

این رهیافت، تازه به طور قابل توجهی ارزان تر تمام می شود زیرا بر خلاف رقبای خود که از آینه های سهموی ( پارابولیک ) بزرگ و سفارشی که نور خورشید را از همه زوایا جمع می کنند، در پروژه eSolar، آینه های ساده تخت به اندازه صفحه تلویزیون های بزرگ به کار برده می شود. رد گیری کامپیوتری در تمام ساعات روز، آینه را در مطلوب ترین زاویه جذب نور خورشید قرار می دهد. ساخت آینه ها بسیار ساده و به وسیله ۲کارگر در ارتفاع نسبتا بلند نصب می شوند. نیروگاه های eSolar با آرایش واحدهای ۴۶مگاواتی که هر یک برق ۳۰۰ خانه را تأمین می کند، استاندارد شده اند و هر واحد به یک چهارم مایل مربع زمین نیاز دارد.

سیرا (Sierra) یک طرح نمایشی است. اخیرا از طرف سازندگان نیروگاه های eSolar، قرارداد ساخت ۱۱ واحد استاندارد ۴۶ مگاواتی برای جنوب شرقی لوس آنجلس منعقد و برای ایجاد نیروگاه چند گیگاواتی در هندوستان نیز اعلام آمادگی شده است.

● انرژی فسیلی پاک تر

به نظر می رسید زمان دستیابی بشر به فناوری جذب گازکربنیک و جلوگیری از انتشار آن در فضا فرا رسیده باشد.نیروگاه دینگی (Dynegy) در ناحیه موس لندینگ (Moss Landing) ایالت کالیفرنیا می تواند نخستین نیروگاهی باشد که فناوری تازه جذب کربن را مورد استفاده قرار داده است. اگر قوانین و منشورهای منع انتشار کربن تحقق یابد، مصرف زغال آلوده ترین سوخت در میان تمام سوخت های فسیلی به شدت کاهش پیدا خواهد کرد.

اگر چه گاز طبیعی پاک تر است ولی آن هم هنگام سوختن عامل انتشار کربن خواهد شد. در هر حال تا ده ها سال دیگر مصرف آنها همچنان ادامه خواهد داشت. تولید برق جهان از نیروگاه های با سوخت فسیلی در حال حاضر حدود ۱۴۶۰ گیگاوات است که پیش بینی می شود تا سال ۲۰۵۰ به حدود ۳۸۳۰گیگاوات برسد؛ البته امید می رود تا آن زمان همه آنها از نظر انتشار کربن به فناوری تازه جذب کربن مجهز شده باشند.

برآوردها نشان می دهد که ۳۵درصد گازکربنیک هوای زمین ناشی از نیروگاه های با مصرف زغال و گاز طبیعی و ۵درصد دیگر ناشی از تولید ۹/۲ میلیارد تن سیمان سالانه است. یک شرکت آمریکایی به نام کالرا (Calera Corporation) مستقر در دره سیلیکون ایالت کالیفرنیا روشی ابداع کرده که میزان گازکربنیک انتشار یافته کاهش پیدا کند. با این روش تازه گازکربنیک به مصالح ساختمانی قابل استفاده در راه سازی و ساختمان سازی تبدیل می شود.

دود غلیظ دودکش های نیروگاه ها و کارخانه های مصرف کننده زغال و گاز طبیعی را با آب دریا مجاور کرده و در این فرایند گازکربنیک و سایر آلاینده ها با منیزیم و کلسیم موجود در آب دریا ترکیب شده، سنگ آهک مصنوعی تولید می کند که می تواند ماده اولیه کارخانه های سیمان، تهیه شن و ماسه بتن، آسفالت و سنگ های ساختمانی باشد. آب تمیز دریا پس از آنکه کلسیم و منیزیم خود را از دست دادند، دوباره به دریا بر می گردد.

اهمیت این نوآوری از اینجا معلوم می شود که ۵/۳ درصد انرژی جهان صرف تولید سیمان می شود و ۷ درصد گازکربنیک منتشره در فضای زمین ناشی از کارخانه های سیمان است زیرا هر یک تن سیمان سبب انتشار یک تن گازکربنیک می شود.

● نیروگاه اتمی مطمئن تر

تصور کاهش معنی دار گاز کربنیک بدون طراحی راکتورهای اتمی مطمئن تر و پاک تر تقریبا غیرممکن است زیرا دیگر کسی طرفدار نیروگاه های موجود امروز نیست. تولید برق اتمی در حال حاضر حدود ۳۲۷گیگاوات است که پیش بینی می شود سال ۲۰۵۰ به حدود ۷۰۰گیگاوات برسد. در سال ۲۰۰۴ میزان تولید برق اتمی حدود ۸/۱۵ در صد کل تولید برق جهان گزارش شده و تنها در آمریکا ۲۱درصد برق آن کشور از انرژی اتمی حاصل می شود. در میان تمامی منابع تولید انرژی بدون انتشار کربن، انرژی اتمی تنها منبعی است که در مقیاس های بزرگ روی آن پژوهش می شود و در عین حال بیش از همه منابع هم سبب نگرانی و ترس مردم جهان شده است.

خاطره تلخ چرنوبیل در شوروی سابق و هراس از دسترسی تروریست ها به انرژی هسته ای، نگرانی از فعال بودن زباله های رادیواکتیو برای ده ها هزار سال، همه سبب شده تا پیش از دستیابی به هدف های کاهش گازهای گلخانه ای، مهندسان در اندیشه ساخت راکتورهای تازه ای باشند که خطرات و نگرانی های پیش گفته شده در عرصه انفجار هسته ای را به میزان قابل توجهی تخفیف دهد.

در کوتاه مدت هنوز می توان با نسل سوم راکتورها ادامه داد، ولی برای دهه های آینده کارشناسان در پی نسل چهارم و نسل پنجم راکتورها هستند. در راکتورهای نسل سوم که راکتورهای امروزی هستند، اورانیوم غنی شده در آب جذب حرارت کرده و بخار برای دوران توربین ها تولید می کند. کنسرسیوم میتسوبیشی وستینگهاوس که طراحی این راکتور را تکمیل کرده و به تصویب انرژی اتمی آمریکا رسانیده اند، قرارداد ساخت ۶راکتور نسل سوم برای آمریکا و ۴راکتور در چین را امضا کرده اند. در راکتورهای نسل چهارم گلوله های توخالی زغالی به اندازه توپ تنیس با کپسول های سوخت دی اکسید اورانیوم پر می شوند و در داخل راکتور قرار می گیرند تا راکسیون اتمی آغاز شود.

جریان هلیوم پمپ شده به داخل راکتور اطراف گلوله ها را فرا گرفته و حرارت تولید شده سبب دوران توربین می شود. برای این طرح راکتورهای آزمایشی ساخته و در دست آزمایش قرار گرفته ولی هنوز طرح تجارتی برای آن تهیه نشده است. اما در راکتورهای نسل پنجم که موج متحرک ((Traveling Wavee)نامیده شده اند، اورانیوم غنی شده با رها کردن نوترون ها آغازگر فرایند هستند.

آنها پسماند های غنی سازی شده را به پلوتونیوم تبدیل می کند، در حالی که پلوتونیوم هم نوترون هایی آزاد می کند تا پسماند ها را به سوخت مفید تبدیل کند. یک مرکز پژوهشی تمایل دارد تا برای سال ۲۰۲۰ یک راکتور را به بهره برداری برساند، اما پاره ای کارشناسان بر این باورند که شاید ده ها سال دیگر برای تکمیل این پروژه وقت لازم باشد.

● انرژی زمین گرمایی

کشورهایی که مانند ایسلند از نظر زمین شناختی فعال هستند، می توانند نیازهای انرژی خود را از این راه تأمین کنند.

در حال حاضر تولید برق زمین گرمایی جهان، حدود ۱۰ گیگاوات است که پیش بینی می شود در سال ۲۰۵۰ به حدود ۷۰۰گیگاوات افزایش یابد. بیشترین مخازن انرژی زمین گرمایی در عمق دریاها قرار دارد و در سطح زمین و دریاها نشانه ای ندارد، ولی اغلب به سه شکل گوناگون: آتشفشان، چشمه های آب گرم و آب فشان های داغ همراه بخار دیده شده است.

تعداد آب فشان ها که انرژی زیادی به همراه دارد زیاد نیست و یکی از آنها در ۱۱۶ کیلومتری شمال شهر سانفرانسیسکو قرار دارد که با استفاده از ۳۵۰ چاه و ۲۲ نیروگاه حدود ۷۵۰ مگاوات برق تولید می کند.

منبع : روزنامه همشهری