أمثلة من مصادر الطاقة

المحتوى

• مصدر الطاقة
• شرح الطاقة المتجددة
• الطاقة من الوقود الأحفوري
• الطاقة من الكتلة الحيوية
• طاقة من الشمس
• طاقة من الرياح
• الطاقة النووية

ما هي الطاقة ومن أين تأتي؟ في اللغة اليومية ، تعد الطاقة من النوعيات التي لا يمكن تحديدها ولكنها مرغوبة والتي تتيح لك القيام بأشياء مثل التمرين وإكمال الواجبات الصفية والقيام بعملك. في الفيزياء ، قوة مضروبة في المسافة ، ويتم التعبير عنها في نفس الوحدات مثل العمل والحرارة. من الناحية العملية ، فإن ما تعتمد عليه المجتمعات البشرية في عمليات الدفء والضوء والنقل والتصنيع وغيرها من العمليات التي تفصل الناس اليوم عن أولئك الذين عاشوا في عصور ما قبل التاريخ وأوائل التاريخ التاريخي.

في هذه الأيام ، الطاقة هي أيضا مثيرة للجدل - ما ليس كذلك؟ - بفضل قضية تغير المناخ بشكل رئيسي. إن حرق الوقود الأحفوري ، وأساساً الفحم ، تم تأسيسه بشكل راسخ كمساهم رئيسي في ظاهرة الاحتباس الحراري التي يسببها الإنسان بسبب ثاني أكسيد الكربون (ثاني أكسيد الكربون)₂) صدر في الغلاف الجوي أثناء عملية الاحتراق. لكن العالم بحاجة إلى إنتاج قدر كبير من الطاقة للحفاظ على مستويات المعيشة الشخصية والتجارية الحديثة. لحسن الحظ بالنسبة لصحة البيئة ، يتم استكشاف مصادر أخرى للطاقة بقوة متزايدة حيث يتأثر الكوكب بشكل لا يطاق بآثار تغير المناخ.

مصدر الطاقة

عموما ، إنتاج الطاقة يأتي من اثنين ابتدائي المصادر؛ هذه هي الوقود الأحفوري والطاقة النظيفة. ثانوي المصادر تأتي من المصادر الأولية ؛ مثال واحد هو الكهرباء. في الولايات المتحدة ، يتم عادةً استهلاك الطاقة بالكيلووات - ساعة ، أو كيلوواط ساعي. هذه الوحدة تساوي 3.6 مليون جول ، مع جول ، أو نيوتن متر ، وحدة قياسية للطاقة في الفيزياء. الوحدات الشائعة الأخرى هي erg ، الوحدة الحرارية البريطانية والسعرات الحرارية. (التوافه: "السعرات الحرارية" التي تراها على ملصقات التغذية هي في الواقع سعر حراري ، أو 1000 سعرة حرارية "حقيقية".)

غالبًا ما يتم استخدام مصطلحي "الطاقة النظيفة" و "الطاقة المتجددة" بالتبادل. هذا ليس دقيقًا تمامًا لأنه ، كما سترى ، في حين أن الطاقة النووية هي شكل من أشكال الطاقة النظيفة ، ما إذا كان يمكن تصنيفها على أنها قابلة للتجديد مفتوح أمام السؤال. بغض النظر ، تشمل أشكال الطاقة النظيفة - إلى جانب الطاقة النووية - الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الكهرومائية والطاقة الحرارية الأرضية والطاقة الحيوية.

شرح الطاقة المتجددة

تشمل قائمة هادفة بالموارد المتجددة لإنتاج الطاقة في القرن الحادي والعشرين الكتلة الحيوية (مثل نفايات الخشب والخشب والنفايات الصلبة البلدية وغازات مدافن الوقود الحيوي والإيثانول والديزل الحيوي) ؛ الطاقة الكهرومائية ، أو الطاقة المائية ؛ الطاقة الحرارية الأرضية ، التي تأتي من عمق الأرض ؛ والرياح والطاقة الشمسية. وتسمى هذه "المتجددة" لأنها تنشأ من العرض الذي لا ينضب من الناحية النظرية. أي أنه بينما من المتوقع أن تسفر الأرض في يوم من الأيام عن آخر أوقية من الغاز الطبيعي وأونصة الفحم الأخيرة ، فإن فكرة أشعة الشمس والرياح والأنهار تختفي تمامًا - نأمل على الأقل! - لا معنى له.

حتى منتصف القرن التاسع عشر ، كانت أميركا تستمد الطاقة التي تحتاجها من حرق الأخشاب. نظرًا لأن عدد سكان الولايات المتحدة كان منخفضًا نسبيًا وأن معظم هذه الطاقة كانت مخصصة للتدفئة والإضاءة والطهي ، مع وجود آلات مثل السيارات ومكيفات الهواء لا تزال بعيدة جدًا ، كان الخشب كافٍ للقيام بهذه المهمة. منذ أواخر القرن التاسع عشر وحتى أوائل القرن الحادي والعشرين ، كان الوقود الأحفوري (الفحم والنفط والغاز الطبيعي) مصدر الطاقة في الدول. حتى التسعينيات ، كانت المصادر المتجددة الرئيسية - وهو مصطلح كان نظريًا أكثر من كونه حقيقي حتى العقود الأخيرة - هي الطاقة المائية والكتلة الحيوية الصلبة ؛ اليوم ، يلعب الوقود الحيوي والطاقة الشمسية وطاقة الرياح أدوارًا جدية ومتنامية باستمرار.

في عام 2017 ، قدمت الطاقة المتجددة حوالي تسع إجمالي استخدام الطاقة في الولايات المتحدة. 57 في المئة من الاستهلاك كان في شكل طاقة كهربائية ، وحوالي سدسها تم توليدها من مصادر الطاقة المتجددة.

الطاقة المتجددة مهمة لتقليل انبعاثات غازات الدفيئة لأنها تقلل الاعتماد على الوقود الأحفوري. في حين أن الفحم والغاز والنفط معًا هم بطل الطاقة العالمي بلا منازع ، كان استهلاك الوقود الحيوي وغيره من مصادر الطاقة المتجددة غير الكهرومائية أكثر من الضعف في عام 2017 كما كان في بداية القرن الحادي والعشرين. كان هذا الاتجاه مدفوعًا بمزيج من الإجراءات التنظيمية الرسمية والحوافز المالية للشركات لتطوير مصادر الطاقة المتجددة. هذا الاتجاه لزيادة استخدام الوقود الحيوي غير الهيدروجيني من المتوقع أن يستمر حتى عام 2050.

الطاقة من الوقود الأحفوري

على الرغم من وجود شخص غير مرغوب فيه في عالم الطاقة في الوقت الحاضر ، ظل النفط والغاز الطبيعي والنفط المصدر الرئيسي للطاقة في الولايات المتحدة وعالمياً اعتبارًا من عام 2018. احتراق هذه الأنواع من الوقود مسؤول عن 75 بالمائة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون منذ نهاية القرن العشرين.

تشكلت الوقود الأحفوري عندما هلكت النباتات والحيوانات التي تعود إلى عصور ما قبل التاريخ ، وتم دفنها وسحقها على مدى ملايين السنين تحت طبقات من الصخور. في الأساس نتيجة للضغط الميكانيكي ، تتشكل أنواع مختلفة من أنواع الوقود هذه وفقًا للظروف المحلية ، مثل المواد التي تحتوي على الكربون ، ومدة دفنها وظروف درجة الحرارة والضغط في ذلك الوقت. تقوم صناعات الوقود الأحفوري بالتنقيب (النفط والغاز) أو المنجم (الفحم) عن مصادر الطاقة هذه ، ثم حرقها لإنتاج الكهرباء أو تعديلها لاستخدامها كوقود لأغراض التدفئة (مثل زيت الأفران) أو النقل (مثل البنزين).

الطاقة من الكتلة الحيوية

تشير الكتلة الحيوية إلى المادة الحية السابقة ، أي النباتات والحيوانات. تشتمل مصادر طاقة الكتلة الحيوية على نفايات معالجة الأخشاب ، والتي يمكن حرقها لتدفئة المباني وإنتاج حرارة العملية في الصناعة وتوليد الكهرباء ؛ مواد النفايات الزراعية ، التي يمكن حرقها كوقود أو تحويلها إلى وقود حيوي سائل ؛ بعض النفايات ، التي يمكن حرقها لتوليد الكهرباء في محطات توليد الكهرباء أو تحويلها إلى الغاز الحيوي في مقالب القمامة ؛ وحتى السماد والصرف الصحي ، والتي يمكن تحويلها إلى الغاز الحيوي.

طاقة من الشمس

من الواضح أن الشمس كانت مصدر طاقة لجميع الكائنات الحية عبر تاريخ البشرية. في الآونة الأخيرة ، طور الناس القدرة على تسخير هذه الطاقة ووضعها في مختلف الاستخدامات الحديثة. تستخدم أنظمة الطاقة الحرارية الشمسية اليوم لتسخين المياه لاستخدامها في المنازل والمباني والدوامات. قم بتدفئة داخل المنازل والسقائف والدفيئات الزراعية ؛ وتسخين السوائل إلى درجات حرارة عالية جدا المطلوبة في محطات الطاقة الشمسية.

تستخدم أنظمة الطاقة الشمسية الضوئية لتحويل أشعة الشمس إلى كهرباء. الخلايا الكهروضوئية ، أو الكهروضوئية ، تقوم بتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء. يمكن لبعض هذه الأجهزة تشغيل الأجهزة الصغيرة مثل الآلات الحاسبة والساعات ، في حين أن المصفوفات الكبيرة للخلايا الكهروضوئية يمكنها إنتاج ما يكفي من الكهرباء لمنزل نموذجي. تحتوي بعض محطات توليد الطاقة هذه على مصفوفات ضخمة من الخلايا الكهروضوئية الممتدة على فدانات متعددة ، وهي كبيرة بما يكفي لخدمة احتياجات الكهرباء في الآلاف من المنازل.

طاقة من الرياح

خلال ساعات النهار ، ترتفع حرارة الهواء فوق الأرض بسرعة أكبر من الهواء فوق الماء. يتوسع الهواء فوق الأرض ويزيد مع ارتفاع درجات الحرارة ، ويتدفق الهواء البارد والأثقل ليحل مكانه ، مما يولد الرياح. في الليل ، عكس اتجاه الرياح. وبالمثل ، يتم إنشاء الرياح الجوية التي تحيط بالأرض لأن الأرض القريبة من خط الاستواء أكثر دفئًا من الأرض القريبة من القطبين. تُستخدم طاقة الرياح ، التي يتم التقاطها بواسطة طواحين الهواء (غالبًا في الصفائف الكبيرة) بشكل أساسي في توليد الكهرباء

الطاقة النووية

الطاقة النووية هي مثال للطاقة "النظيفة" والتي تعتبر قابلة للتجديد من قبل بعض المصادر ، لكنها مثيرة للجدل إلى حد كبير في حد ذاتها. نظرًا لأن الإمداد العالمي باليورانيوم ، والمواد المستخدمة في محطات الطاقة النووية ، محدود ، فإن الطاقة النووية عادة ما يتم جمعها بالوقود الأحفوري وتصنف على أنها غير قابلة للتجديد.

على أي حال ، قدمت الطاقة النووية 20 في المائة من الطاقة في الولايات المتحدة اعتبارًا من عام 2018 ، بعد استخدامها لأكثر من 60 عامًا. نظرًا لدورها في المساعدة غير المباشرة في تقليل انبعاثات الكربون ، تظل "النباتات النووية" الدعامة الأساسية في الولايات المتحدة وكذلك في الخارج. نظرًا للحوادث والخوف التي تم نشرها جيدًا على مر السنين في محطات الطاقة النووية ، يظل الكثير من الناس حذرًا من هذا المصدر للطاقة ، لكن الإجماع العلمي يفضل المزيد من التطوير في هذا المجال مع التركيز على السلامة.