الأحد، 25 أغسطس، 2013

الخيال العلمي حلول طاقة المستقبل .

Sci-Fi Future Energy Solutions
الخيال العلمي حلول طاقة المستقبل .
هذه مقاله كتبتها عن الخيال العلمي في الطاقة :) 
تتزايد الحاجة للطاقة في العالم , اصبحت الطاقة مطلب متزايد من المطالب الأساسية .
وعين العالم متوجهة نحو القادم في المستقبل من الطاقة , والتحدي المستقبلي هو في أيجاد مصادر طاقة جديدة , تسد احتياجات العالم من الطاقة .
والمهم هو أن تكون هذه المصادر ذات اسعار ومواصفات تزود الطاقة  بشكل مناسب للعالم , أو تكون مجانية يستفيد منها الكل , وتظل الرؤية المستقبلية للطاقة هي الأمل القادم لسد احتياجات العالم من الطاقة .
فنحن في مجال الطاقة نبحث عن الكثير , نحن نبحث عن مصادر بديلة بلا مشاكل لتوفير الطاقة , نحن نبحث عن حلول للطاقة , نحن نبحث عن طاقة مستقبلية .
سأتحدث في هذه المقالة عن الخيال العلمي للطاقة ,ولكن في فصل من فصولها وهو حلول طاقة المستقبل في الخيال العلمي .









في هذه اللحظة الطاقة البديلة والمستدامة غير متوفرة في معظم الأجهزة النقالة , في كل مطار في جميع أنحاء العالم سترى الناس يبحثون عن مكان لشحن أجهزتهم , فما هو الحل ؟ الجواب قد يبدو قليلا  من الخيال العلمي , ولكن  هناك مصادر بديلة للطاقة قد بدأت في الظهور من شأنها أن تسمح في نهاية المطاف ,أن تكون أجهزة تعمل بالطاقة الذاتية من خلال الابتكارات في الطاقة.
والقدرة على  استخدام مصادر للطاقة البديلة لجميع  مصادر الطاقة من البيئة , هذه ليست جديدة كليا! كانت ساعات المعصم قادرة على القيام بذلك لسنوات ، وذلك باستخدام الطاقة الحركية لحركة الذراع لتشغيل ساعة وكانت الآلات الحاسبة تعمل بالطاقة الشمسية منذ عام 1978
الطاقة الحركية :هي الطاقة المستمدة من الحركة ويمكن أن تكون مصدرا للطاقة , اتخذت الرياضة و الصناعات الطبية زمام المبادرة في الاستفادة من الحركة لتوليد طاقة كافية لدفع الأدوات والأجهزة المرتبطة بها.




الطاقة الحرارية : هو مصدر للطاقة الكامنة ، وذلك باستخدام الفرق بين اثنين من درجات الحرارة لتوليد الكهرباء.




وهذا ما يسمى بتأثير   Seebeck, والذي يستخدم ردود الفعل من معادن مختلفة لتوليد الكهرباء , ولسوء الحظ كمية الطاقة التي تولدها تقنيات الطاقة الحرارية منخفضة جدا.





تأثير الكهروضغطية تنتج الكهرباء عن طريق الضغط الميكانيكي على مادة , فإن الطاقة المتولدة من الكهروضغطية هي صغيرة ولكنها كافية لتنفيذ إجراءات مثل  تفعيل  أجهزة الاستشعار أو إرسال إشارة الأوامر (في التلفاز عن بعد).







(مزارع توربينات الرياح العائمة-  Floating wind farms):
الرياح العائمة هي توربينات الرياح البحرية ,التي تتيح للتوربينات توليد الكهرباء,
وتوربينات الرياح لا تخلو من المنتقدين لها .
تم إدخال مفهوم  توربينات الرياح العائمة على نطاق واسع من قبل البروفيسور William E. Heronemus at the University of Massachusetts








عام 1972 و موارد الرياح في المياه العميقة في جميع أنحاء العالم وفيرة للغاية في المناطق تحت سطح البحر في أعماق تصل إلى 600 متر ، والتي يعتقد أنها أفضل طريقة انتقال للطاقة الكهربائية المولدة لدعم المجتمعات المحلية.






(وقود الطحالب- Algae fuel):
 زراعة الطحالب كمصدر للوقود هو حقل غني ومتنوع من البحوث , وقد أظهرت الدراسات أن بعض الأنواع من الطحالب يمكن أن تنتج ما يصل إلى 60٪ من وزنها الجاف في شكل النفط.
الطحالب وتحويلها إلى وقود حيوي:
 الطحالب هي ذات المدخلات  المنخفضة ، والمواد الأولية ذات العائد المرتفع لإنتاج الوقود الحيوي، ويمكن حتى أن تظل على قيد الحياة بعض المحاصيل لإنتاج الإيثانول مرارا وتكرارا, وهذا يجعلها فكرة شعبية كبيرة لمستقبل الوقود البديل.















(إنتاج الهيدروجين البيولوجي- Biological Hydrogen Production)








وضع باحثين من جامعة بيركلي طريقة جديدة لتوليد الطاقة المتجددة من
الهيدروكربونات الوقود، والتي أنشئت كليا من أشعة الشمس، وثاني أكسيد الكربون والماءو الهيدروكربونات ,ويمثل إنشاؤها ظهور جيل جديد تماما من الوقود المصنوع.
(الجيل المقبل من الطاقة الشمسية- Next-generation Solar power)
المهندسين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا  قاموا بتجريب صف من أنابيب الكربون التي يمكن أن تركز الطاقة الشمسية حيث تصل الى 100 مرة أكثر كفاءة, وغياب ضوء الشمس في الليل  يؤثر في  الحد دائما  من الاستخدام المباشر للطاقة الشمسية.






الخلايا الشمسية الفائقة الرقيقة في عام 2020
إن الطريقة الأكثر وضوحا هي جعل شرائح الخلية الشمسية رقيقة جدا ، من دون زيادة في التكاليف,
وتنطبق هذه القاعدة العامة إلى جميع أنواع الخلايا الشمسية.
إن رقة الخلايا الشمسية تجعل من الأسهل استخراج الكهرباء من حيث المبدأ ، وبالتالي يكون هناك الجهد العالي والمزيد من الكهرباء في خلايا أرق.






الطاقة الشمسية وتقنية النانو:





ان التكنولوجيا النانوية  في التنمية تكون قادرة على استيعاب واستخدام أكثر من أشعة الشمس فقط، وذلك باستخدام الأشعة فوق البنفسجية ، والأشعة تحت الحمراء (الحرارة) الإشعاع كمصدر للطاقة أيضا, مواد مسامية أو محكمه مجهريا لديها مساحة أكبر بكثير من السطح على نحو سلس ، الأسطح المسطحة من الخلايا الشمسية وهذا يعني أن المزيد من الطاقة يمكن استيعابها واستخدامها كأداة للكهرباء.

إمكانية الحصول على الكهرباء هو مكسب كبير للتطورات التكنولوجيا النانوية, لأنه كما أن من شأنه خفض تكاليف تكنولوجيا الطاقة الشمسية ، وهذا يعني أنه سيكون متاحا لكثير من الناس الذين حاليا لا يستطيعون الوصول لوسائل لشرائه لأن المادة رقيقة جدا ، الأمر الذي يتطلب تصنيع أقل تكلفة من الألواح الشمسية.




-حلول تحويل النفايات إلى طاقة): Waste-to-energy solutions(
تحويل النفايات إلى طاقة يحدث بالفعل اليوم، وهناك العديد من التقنيات لجعلها عملية أنظف وأكثر كفاءة.  



حرق النفايات:
أبسط الطرق هو مجرد حرق الاشياء مباشرة, هذه المحارق الأساسية تقوم بهذه العملية  في أكثر من 1000 محطات في جميع أنحاء العالم، معظمهم في أوروبا وآسيا ،  بعدها يتم التخلص من النفايات البلدية الصلبة (MSW) في القبو حيث يتم حرقها, وتستخدم الحرارة لتوليد البخار، الذي يولد الكهرباء، وتتم معالجة العادم من خلال نظام التحكم في تلوث الهواء .
العديد من النفايات تحتوي على مواد مختلطة (مثل المعادن والبلاستيك)، التي يصعب فصلها ولا يمكن إعادة تدويرها  اقتصاديا, وبالتالي فإن خيارات التخلص فقط من أجل هذه البنود هي حرقها أو دفنها,و يتم استخراج بعض من القيمة في شكل من أشكال الطاقة.
غاز من القمامة:
هناك بدائل منخفضة للكربون بعمليات الحرق , الأول هو شائع نسبيا  في جمع غاز مدافن القمامة, كما المواد العضوية في مدافن النفايات تتحلل، فإنه يعطي العديد من الغازات، في المقام الأول الميثان, والميثان هو المكون الرئيسي للغاز الطبيعي , عندما يتم جمع هذا الغاز يمكن استخدامه كمصدر للطاقة.

(الاندماج النووي- Nuclear Fusion):
الاندماج النووي هو 'مصدر الطاقة المثالي, نحن بحاجة إلى ابتكار مصادر للطاقة البديلة الآن أكثر من أي وقت مضى , وخياراتنا محدودة , هناك عدد قليل من الخيارات الممكنة التي من شأنها الحفاظ على مستويات الرخاء .
من التكنولوجيات الواعدة الانصهار ، فإن الانصهار يكون أكبر جائزة , هو في كثير من النواحي مصدر الطاقة المثالي , توفر مياه البحر ملايين السنين من وقود الاندماج,و الانصهار هو آمن لا تنبعث منه النفايات المشعة ولا الغازات المسببة للاحتباس الحراري، و مفاعلات الاندماج تأخذ مساحة صغيرة نسبيا.
الانصهار من الصعب جدا القيام به, يجب أن نجمع نظيرين من الهيدروجين (الديوتريوم والتريتيوم) في 200 مليون درجة حتى تتصادم وتلتحم لتكوين الهيليوم, فإنه ليس من السهل بناء الجهاز الذي يعمل في عشر مرات درجة حرارة الشمس.











الاندماج النووي حل الطاقة في المستقبل:
الطاقة الكامنة لتفاعل الاندماج متفوقة على جميع مصادر الطاقة الأخرى التي نعرفها على الأرض , ذرات الصمامات تطلق ما يقارب من 4 مليون مرة أكثر من أي مصدر للطاقة ناتجه من تفاعل كيميائي مثل حرق الفحم والنفط أو الغاز , محطة طاقة الانصهار قادرة على توريد الطاقة إلى مدينة تحتوي على 1 مليون شخص.





قد بدا الاندماج النووي مثال لتقديم حل للمشكلة , مقابل كل 100 طن من الفحم يحرق ، والانصهار لديه القدرة على تقديم نفس كمية الطاقة ، من دون أي انبعاث لثاني أكسيد الكربون ، وذلك باستخدام حمام صغير من الماء و الليثيوم الموجود في بطارية كمبيوتر محمول واحده , وعلاوة على ذلك فإنه سيكون آمن جدا ، وسوف لا تنتج أي نفايات مشعة كبيرة , لئلا يكون هناك أي التباس ، والهدف وراء هذه الطريقة في تسخير الطاقة حبسها داخل نواة الذرة هي مختلفة تماما عن تلك المستخدمة في المفاعلات الحالية للانشطار النووي .
الانصهار ينبغي النظر إليه  بالكامل كشكل من أشكال الطاقة من حيث انه  أكثر كفاءة وأكثر أمانا لتوليد الكهرباء وذلك من خلال هذه النقاط :
1 )المواد المستخدمة لتوليد الأنصار هي أقل ضررا للبيئة ، وموجودة في وفرة كبيرة وأكثر أمانا من كل الوقود الأحفوري المستخدم في توليد الطاقة التقليدية ,وتلك المستخدمة في الانشطار النووي مثل اليورانيوم, المواد المستخدمة في الانصهار الرئيسيه هي ليثيوم والديوتريوم (الماء الثقيل) التي توجد على حد سواء بوفرة في الطبيعة وآمنة للاستخدام.


2 )الطاقة التي تنتج هي مماثلة لتلك التي في الانشطار النووي ، إلا أن النشاط الإشعاعي هو أقل بكثير .
لا تزال هناك العديد من المشاكل مع تطوير الانصهار , ومن أهم هذه هو استخدام التريتيوم المواد المشعة ، ولكن نصف حياة هذا النظير هو أقل من ذلك من اليورانيوم أو البلوتونيوم.







حدود الطاقة النووية:
الطاقة النووية تعد إنجازا عظيما ، وكثيرا ما أشاد بها على أنها مصدر مهم للطاقة في المستقبل ، وهناك عيوب كثيرة أكبر المشاكل هي مسألة النفايات المشعة ، والكميات المحدودة من اليورانيوم .
فما نحتاج إليه هو جيل جديد من محطات الطاقة النووية ، والتي لا تنتج النفايات المشعة , وهذا هو الاندماج النووي , يمكنك تشغيله من الديوتيريوم نظائر الهيدروجين ، والتي من السهل استخراجها من الماء ، مما يعني أنه من الممكن أن تغذي محطة الطاقة الخاصة بك مع مورد لا حدود لها من مياه البحر. أما بالنسبة للنفايات ، والأكثر ضررا من المنتجات مثل التريتيوم يمكن حرقه ، وترك بعض انبعاثات غاز الهليوم وكمية صغيرة من النفايات الصلبة , ومن شأن هذه المواد الصلبة أن تكون أكثر مشعة ، ولكن لفترة أقصر بكثير و حتى الأكثر سمية منها سوف تتحلل إلى رماد غير مؤذية على مسافة 300 سنة.







الاندماج النووي هو نظير إلى الانشطار النووي ، للنموذج الحالي للطاقة النووية , الانشطار هو انشقاق الذرات لإطلاق الطاقة ، في حين أن الانصهار بين بعضها البعض ، وخلق الحرارة الشديدة , وهذه هي العملية التي تجري داخل النجوم  أو الشمس , وكما انها ما تحدث عند تفجير قنبلة هيدروجينية , ومن شأن محطة الطاقة للاندماج النووي أن تلتحم ذرات الهيدروجين وتولد حرارة شديدة ، ثم ببساطة  يتم استخدام تلك الحرارة لتشغيل توربينات البخار يحركها وتولد الكهرباء.
ومن السابق لأوانه معرفة ما إذا كان الانصهار سوف يكون مجديا تجاريا إذا كان كذلك ، فإنه سيكون إنجازا رائعا حقا.
(تحت الماء توربينات الرياح- Underwater Wind Farms’)




موج المحيط حول العالم تكون ما يصل إلى 10 تريليونات واط من الطاقة , إذا تمكن البشر من تسخير هذه الطاقة ، سنكون قادرين على توليد الكهرباء المتجددة الخالية من التلوث.
توربينات المد والجزر :
يتم دفع  هذه التوربينات من قبل تيارات المد والجزر بدلا من الريح, مع تقدير الباحثين أن الأنهار ومصبات الأنهار لدينا يمكن أن توفر ما يصل إلى  000. 130جيجاوات ساعة سنويا ، أي حوالي نصف الإنتاج السنوي من السدود ، انها فقط مسألة وقت قبل أن تبدأ مرافق الطاقة الرئيسية من اختباره في المياه.







(قوالب الكتلة الحيوية -Biomass Briquettes)

القولبة هو وسيلة لتحويل مخلفات الكتلة الحيوية ، مثل نشارة الخشب والقش أو قشر الأرز ، إلى كتل صلبة عالية الكثافة التي يمكن استخدامها كوقود , قوالب الكتلة الحيوية (بما في ذلك الكريات ، والتي هي قوالب صغيرة جدا) تحل محل الوقود الأحفوري أو الخشب لعمليات الطبخ والصناعة , فهي أنظف وأسهل في التعامل معها ، وخفض انبعاثات الغازات المسببة للاحتباس الحراري.
















عندما نتحدث عن الطاقة فنحن نضع أقدامنا مابين مصادر طاقة موجودة نستهلكها يوميا و مصادر طاقة متجددة ومابين خيال علمي يصور الحلول والمصادر للطاقة .
مابين مشاكل الطاقة والبيئة ومابين توفر مصادر الطاقة ونفاذها أصبحت الطاقة هي هاجسا وهي حلم قادم لنوفر للعالم مصدر طاقة مستمر بمواصفات عديدة .



المراجع

)10 future energy solutions: renewables in the 21st century and beyond(

)Nanotech Key To Future Energy Solutions, Nobelist Says(


)Shaping the future of energy with nanotechnology(



ENERGY SOLUTIONSPOWERING UP


Three Waste-to-Energy Solutions


Floating wind turbine



Nuclear fusion is the 'perfect energy source'
Nuclear fusion: a future energy solution
Nuclear fusion – your time has come

Nuclear Fusion: a possible solution to future energy problems?

Wave Power: 5 Bright Ideas to Capture the Ocean’s Energy
Underwater Wind Turbines Tap River Energy

Biomass briquettes and pellets





SCIENCE FICTION, OR THE FUTURE OF CLEAN ENERGY – WHAT IS NUCLEAR FUSION

Next Generation Solar Cells: Trapping Sunlight With Microbeads

The Future of Energy: Solar Power & Nanotechnology




ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق