انرژی های تجدیدپذیر

پردیس فناوری کیش _ طرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت _ گروه محیط زیست

همانطور که در بخش اول موضوع انرژی های تجدید پذیر گفته شد ؛ انرژی تجدیدپذیر یا انرژی بازگشت‌پذیر از منابع طبیعی مانند باد، خورشید، جزرو و مد و زمین گرمایی به دست می‌آیند که برخلاف سوخت‌های فسیلی امکان تجدید با بازگشت دوباره را دارند.

انرژی خورشیدی

​منشاء انرژی خورشیدی نور تابشی و گرمای خورشید است که در طیف وسیعی از تکنولوژی‌های پیشرفته مانند گرمایش خورشیدی، فتوولتائیک، انرژی خورشیدی متمرکز، فتوولتائیک متمرکز، معماری خورشیدی و فتوسنتز مصنوعی استفاده می‌شود.

تکنولوژی‌های خورشیدی بسته به نحوه جذب، تبدیل و توزیع انرژی خورشیدی به دو دسته فناوری‌های فعال یا غیرفعال تقسیم می‌شوند. تکنیک‌های خورشیدی غیرفعال شامل تعیین جهت یک ساختمان به سمت خورشید، انتخاب مواد با جرم حرارتی مطلوب یا خواص پراکندگی نور و طراحی فضاهایی که هوا را به صورت طبیعی به گردش درمی‌آورند، می‌شود.

تکنولوژی‌های خورشیدی فعال نیز شامل انرژی حرارتی خورشیدی، استفاده از گردآورنده‌های خورشیدی برای گرمایش و انرژی خورشیدی است. در این فناوری‌ها نور خورشید به صورت مستقیم با استفاده از فتوولتائیک یا به صورت غیرمستقیم با استفاده از انرژی خورشیدی متمرکز تبدیل می‌شود.

یک سیستم فتوولتائیک با استفاده از اثرات فتوالکتریک نور را به جریان الکتریکی مستقیم تبدیل می‌کند. انرژی فتوولتائیک خورشیدی یک صنعت مولتی میلیارد دلاری است که به سرعت در حال رشد است. همچنین از نظر هزینه مقرون به صرفه است و بیشترین پتانسیل را در بین تکنولوژی‌های تجدیدپذیر دارد.

سیستم انرژی خورشیدی متمرکز از عدسی یا آینه استفاده می‌کند و سیستم‌ها را ردیابی می‌کند تا مقادیر زیاد نور خورشید را به یک پرتوی کوچک تبدیل کند. نیروگاه‌های انرژی خورشیدی متمرکز اولین برا در دهه ۱۹۸۰ توسعه یافت.

در سال ۲۰۱۱، آژانس انرژی بین‌المللی اعلام کرد که توسعه تکنولوژی‌های انرژی خورشیدی پاک، مقرون به صرفه و بی‌پایان می‌تواند در طولانی مدت مزایای زیادی داشته باشد.بدین ترتیب کشورها به یک منبع داخلی مستقل و بی‌پایان وابسته می‌شوند که این امر امنیت انرژی و ثبات آن کشور را افزایش می‌دهدو ‌آلودگی هوا و قیمت سوخت فسیلی را نیز کاهش می‌دهد.

ایتالیا بزرگ‌ترین سهم الکتریسیته خورشیدی در جهان را دارد. در سال ۲۰۱۵، ۷/۸ درصد از برق مصرفی ایتالیا از طریق منابع خورشیدی تامین شد. همچنین در سال ۲۰۱۶، ۱/۳ درصد از انرژی برق جهان از طریق منابع خورشیدی تامین شد.

انرژی زمین گرمایی

​​انرژی زمین گرمایی از حرارت تولید شده و ذخیره‌‌شده در زمین به دست می‌آید. انرژی زمین گرمایی انرژی حرارتی ماده را تعیین می‌کند. انرژی زمین گرمایی سیاره ما از شکل‌گیری اولیه آن و تشعشعات مواد رادیواکتیوی به دست می‌آید.

افت حرارت انرژی زمین گرمایی، که اختلاف حرارت بین هسته سیاره زمین و سطح آن است، جریان مداومی از انرژی را به شکل گرما تولید می‌کند و از هسته به سطح زمین می‌فرستد.

منشاء حرارت انرژی زمین گرمایی می‌تواند از اعماق زمین یا خود هسته (در عمق ۶۴۰۰ کیلومتری) باشد. در هسته زمین دما تا ۵۰۰۰ درجه سانتی‌گراد نیز می‌رسد. حرارت از هسته زمین به سنگ‌های اطراف منتقل می‌شود.

حرارت‌ و دمای بالا منجر به ذوب سنگ‌ها می‌شود که ما آن را با نام «ماگما» می‌شناسیم. ماگما به سمت بالا (پوسته) می‌آید چرا که سبک‌تر از سنگ‌های جامد است. سپس این ماگما آب یا سنگ های پوسته را داغ می‌کند و گاهی دمای آنها را تا ۳۷۱ درجه سانتی‌گراد می‌رساند.

انسان از زمان پارینه سنگی از انرژی زمین گرمایی به صورت چشمه‌های آب گرم استفاده می‌کرده است. همچنین در روم باستان نیز از انرژی زمین گرمایی برای گرم کردن فضا استفاده می‌کرده است. حالا از این انرژی برای تولی برق استفاده می‌کنیم.

انرژی زیستی

​​انرژی زیستی از مواد بیولوژیکی حاصل از موجودات زنده یا ارگانیسم‌های زنده تولید می‌شود. معمولا از گیاهان یا مواد حاصل از گیاه تولید می‌شود که «زیست توده» نامیده می‌شود. زیست توده یک منبع انرژی است که هم می‌توان به صورت مستقیم از آن برای احتراق و تولید گرما و هم به صورت غیرمستقیم پس از تبدیل آن به شکل‌های مختلف زیست سوخت استفاده کرد.

تبدیل زیست توده به زیست سوخت می‌تواند به روش‌های مختلفی صورت بگیرد که به سه دسته گرمایی، شیمیایی و بیوشیمیایی تقسیم می‌شود. چوب بزرگ‌ترین منبع زیست توده است؛ منابع چوبی شامل بقایای جنگل، درخت‌های مرده، شاخه و پشته‌های درخت، تراشه‌های چوبی و زباله‌های جامد شهری می‌شود.

زیست توده شامل مواد حیوانی و گیاهی می‌شود که قابل تبدیل به فیبر و دیگر مواد شیمیایی صنعتی مانند زیست سوخت می‌شود. زیست توده صنعتی از گیاهان مختلفی مانند ذرت، کنف، صنوبر، بید، نیشکر، اکالیپتوس و بامبو ساخته می‌شود.

انرژی گیاهی با اجساد گیاهان و درختانی تولید می‌شود که مخصوصا برای تولید سوخت پرورش داده شده‌اند و فیبربالایی دارند. برای مثال در هر هکتار گندم ۷/۵ تا هشت تن دانه وجود دارد و در هر هکتار کاه ۳/۵ تا پنج تن ضایعات وجود دارد. می‌توان از دانه گندم به عنوان سوخت مایع برای حمل‌ونقل استفاده کرد. همچنین می‌توان ضایعات کاه را برای تولید گرما یا برق سوزاند.

زیست توده گیاهی را می‌توان از طریق یک سری روش شیمیایی از سلولز و گلوکز نیز به دست آورد، همچنین شکر حاصل از این واکنش شیمیایی را نیز می‌توان به عنوان زیست سوخت استفاده کرد.

زیست توده را می‌توان به سایر اشکال قابل استفاده انرژی مانند گاز متان، اتانول و بیودیزل نیز تبدیل کرد. زباله‌های خانگی و کشاورزی و ضایعات انسانی همگی گاز متان تولید می‌کنند که زیست گاز نام دارد.

با تخمیر کردن غلاتی مانند ذرت و نیشکر می‌توان اتانول تولید کرد. بیودیزل را نیز می‌توان از غذاهای مانده، روغن‌های گیاهی و چرب حیوانی تولید کرد. همچنین تحقیقاتی درباره تبدیل زیست توده به مایعات و اتانول سلولزی در حال اجراست.

تحقیقات زیادی در زمینه سوخت جلبکی یا زیست توده حاصل از جلبک دریایی در حال انجام است. از آنجا که جلبک دریایی منبع غیرغذایی است، می‌توان پنج الی ۱۰ برابر بیشتر از محصولات کشاورزی خشکی، مانند ذرت و سویا، از آن سوخت تولید کرد. می‌توان جلبک دریایی را تخمیر کرد تا زیست سوخت‌هایی مانند اتانول، بوتانول، متان، بیودیزل و هیدروژن از آن تولید کرد.

زیست توده مورد استفاده برای تولید برق در هر منطقه متفاوت است. در آمریکا از محصولات فرعی جنگل برای تولید زیست توده استفاده می‌شوند. در موریس و جنوب شرقی آسیا از ضایعات کشاورزی استفاده می‌شود. در بریتانیا نیز از از فضولات پرندگان استفاده می‌شود.

زیست سوخت شامل طیف وسیعی از زیست توده‌ها می‌شود. این اصطلاح سوخت‌های گازی، مایع و جامد را پوشش می‌دهد. زیست سوخت‌های مایع شامل بیوالکل‌ها مانند بیواتانول، و روغن‌ها مانند بیودیزل می‌شود. بیواتانول نوعی الکل است که از تخمیر قسمت‌هایی از گیاه شکر به دست می‌آید. زیست سوخت‌های گازی شامل بیوگازها، گاز زباله و گاز مصنوعی می‌شود.

با استفاده از تکنولوژی‌های پیشرفته، می‌توان از زیست توده سلولزی مانند درختان و چمن برای تولید اتانول استفاده کرد. اتانول خالص برای وسایل نقلیه حکم سوخت را دارد اما یک افزودنی بنزینی به آن اضافه می‌شود تا میزان اکتان افزایش یاید. در آمریکا و برزیل به طور گسترده‌ای از بیواتانول استفاده می‌شود.

به گفته آژانس محیط زیست بین‌المللی بیواتانول تاثیری بر گرمایش زمین ندارد. بیودیزل از روغن‌های گیاهی، چربی حیوانی یا روغن‌های قابل بازیافت تولید می‌شود. بیودیزل خالص نیز به عنوان سوخت وسیله نقلیه مورد استفاده قرار می‌گیرد اما معمولا افزودنی دیزلی به آن اضافه می‌شود تا سطح ذرات، کربن مونوکسید و هیدروکربن‌ها را کاهش دهد.

بیودیزل به طور گسترده‌ای در اروپا استفاده می‌شود. در سال ۲۰۱۰، بیودیزل ۲/۷ درصد از سوخت حمل و نقل جهان را به خود اختصاص داد.

زیست توده، زیست گاز و زیست سوخت برای تولید گرما یا انرژی استفاده می‌شوند اما برای محیط زیست مضر هستند. آلاینده‌هایی مانند اکسید سولفور و اکسید نیتروژن از احتراق زیست توده‌ها تولید می‌شوند. براساس گزارش‌های سازمان بهداشت جهانی، سالانه هفت میلیون نفر بر اثر آلودگی هوا جان خود را از دست می‌دهند.

ذخیره انرژی

ذخیره انرژی مجموعه‌ای از روش‌های مورد استفاده برای ذخیره انرژی الکتریکی در شبکه برق است. انرژی الکتریکی در زمانی که تولید بیش از مصرف است، ذخیره می‌شود و وقتی تولید کمتر از مصرف باشد به شبکه برق برمی‌گردد. پمپ ذخیره‌سازی هیدروالکتریکی برای بیش از ۹۰ درصد از ذخیره‌سازی انرژی تمام شبکه‌ها استفاده می‌شود.