بشكل عام تشمل بعض أنواع الطاقة التي يحتاجها البشر: الكهرباء لتشغيل منازلهم وصناعاتهم، والطاقة البيوكيميائية لتغذية أجسامهم، والموارد القابلة للاحتراق للدفء والنقل والإنتاج الصناعي وغيرها من القطاعات الأخرى، وعلى نطاق واسع قد تعتمد قدرة الأرض على توفير ما يحتاجه الإنسان على خمسة مصادر رئيسية وهما: توفر الشمس والماء والجاذبية وحركات الأرض والنشاط الإشعاعي، وبالإضافة إلى ذلك أيضاً يتم الحصول على مصدر طاقة مهم للبشر من الأجسام المتحللة للكائنات الحية التي ازدهرت وماتت عبر الدهور.
ما المقصود بمصادر الطاقة؟
هي عبارة عن المصادر التي قد يتم إنتاجها لخدمة البشر في حياتهم اليومية، حيث تُستخدم كل مصادر الطاقة بشكل عام في المقام الأول لإنتاج الكهرباء، وعادةً يسير العالم عبر سلسلة من التفاعلات الكهربائية سواءً كنا نتحدث عن قيادة السيارات أو الضوء الذي نقوم بتشغيله، وإن كل هذه المصادر المختلفة للطاقة تضاف إلى مخزن الطاقة الكهربائية، والتي يتم إرسالها بعد ذلك إلى مواقع مختلفة عبر خطوط عالية الطاقة، وأيضاً يوجد هناك نوعان من مصادر الطاقة وهما: مصادر الطاقة المتجددة ومصادر الطاقة غير المتجددة.
مصادر الطاقة الرئيسية على الأرض
الوقود الأحفوري
إن الوقود الأحفوري والذي يشمل: النفط والغاز الطبيعي والفحم هو في الواقع شكل من أشكال الطاقة الشمسية، فمنذ زمن بعيد (حوالي ملايين السنين) حولت العديد من الكائنات الحية ضوء الشمس والحرارة الناتجة عنها إلى جزيئات كربونية من خلال موت هذه الكائنات الحية أو غرق أجسامها في أعماق الأرض وفي قيعان المحيطات، واليوم يمكن إطلاق الطاقة المحبوسة في روابط الكربون هذه عن طريق استعادة ما تحولت إليه بقاياها وحرقها.
فعلى سبيل المثال يأتي النفط الخام والغاز الطبيعي من خلال بعض العوالق البحرية المجهرية التي عاشت منذ ملايين السنين، حيث حوّلتهم عمليات التحلل والعمليات الكيميائية الأخرى إلى خليط من السوائل العضوية، وعندماجفت المحيطات دُفنت هذه المواد تحت الصخور والتربة، ومن ثم أصبحت هذه المواد تستخدم: لصناعة البنزين ووقود الديزل والكيروسين ومجموعة من المنتجات البترولية الأخرى.
والطريقة التقليدية لاسترداد النفط الخام من الأرض هي عن طريق الحفر (التكسير الهيدروليكي)، وفي هذه العملية يتم دفع خليط من الرمل والماء والمواد الكيميائية الأخرى إلى الأرض لتحل محل البترول، ومع ذلك تعد عملية التكسير الهيدروليكي عملية مكلفة ولها عدد من الآثار الضارة على الصخور ومنسوب المياه والهواء.
وأيضاً يأتي الفحم من النباتات الأرضية التي استقرت في المستنقعات وتحولت إلى خث، حيث يتجمد هذا الخث مع جفاف الأرض، ومن ثم قد يتم تغطية هذا الفحم في النهاية بصخور أخرى، ولقد أدى كل من الضغط والحرارة العالية إلى تحويله إلى مادة صخرية سوداء محترقة في بعض المنشآت الصناعية ومحطات الطاقة.
الطاقة المائية
منذ آلاف السنين كان البشر يسخرون الطاقة المائية لأداء العمل، حيث تم استخدام عجلات المياه، والتي تكون عادةً موضوعة بالقرب من مجرى أو شلال الطاقة المتولدة عن طريق تحريك المياه لطحن الحبوب وري المحاصيل والقيام بمجموعة من المهام الأخرى، ومع ظهور الكهرباء تم تحويل عجلات المياه هذه إلى محطات توليد الكهرباء.
وكما نعلم تعتبر التوربينات المائية هي قلب محطات توليد الطاقة الكهرومائية، وهي تعمل بسبب ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي التي اكتشفها العالم الفيزيائي مايكل فاراداي في عام 1831، حيث وجد فاراداي أن مغناطيساً دواراً داخل ملف أو سلك موصل يمكنه أن يولد تياراً كهربائياً.
واليوم توفر المحطات الكهرومائية حوالي 6 في المائة من الكهرباء المستهلكة في جميع أنحاء العالم، ومن ناحية أخرى فإن عملية حرق الوقود الأحفوري لتوليد البخار وتوربينات الدوران تولد ما يقرب من 60 في المائة من الكهرباء في العالم، ولكن أن توليد البخار عن طريق حرق الوقود الأحفوري له العديد من الآثار على البيئة، لهذا يتم توليد معظم الطاقة الكهرومائية عن طريق السدود، حيث تعتمد السدود مثل: المجرى أو الشلال على الجاذبية، حيث قد يتدفق الماء عبر أنبوب يضخم طاقته ويعمل على تدوير التوربين، والذي بدوره يعمل على توليد الكهرباء.
طاقة المحيطات:
تعتبر المحيطات من أهم موارد الطاقة المستدامة في العالم، حيث أن لديهم تيارات تشكل موجات بالتزامن مع الرياح، ويمكن تحويل هذه الأمواج إلى كهرباء، ولأن هذه الموجات تكون نتيجة الفروق في درجات الحرارة التي تسببها حرارة الشمس، فإن الموجات والتيارات التي تشكلها هي من الناحية الفنية شكلاً من أشكال الطاقة الشمسية.
وأيضاً مصدر آخر لطاقة المحيطات هو المد والجزر، والتي قد تسببه تأثيرات الجاذبية للقمر والشمس – وكذلك عن طريق حركات الأرض نفسها، وتوجد هناك العديد من التقنيات الحديثة لتحويل طاقة المد والجزر هذه إلى كهرباء.
الطاقة الشمسية وطاقة الرياح:
يوجد هناك طريقتان من أفضل الطرق المعروفة لتوليد الكهرباء بطريقة لا تعتمد على اختفاء الوقود الأحفوري ولا تسبب التلوث وهما توربينات الرياح والألواح الكهروضوئية، ونظراً لأن الشمس مسؤولة عن بعض الفروق في درجات الحرارة التي تولد الرياح فإن كلاهما بالمعنى الدقيق للكلمة شكل من أشكال الطاقة الشمسية.
فعلى سبيل المثال تعمل مولدات الرياح تماماً مثل الطاقة الكهرومائية أو التي تعمل بالطاقة الموجية، فعندما تهب الرياح فإنها تقوم بتدوير عمود متصل بواسطة التروس إلى توربين على غرار التوربينات الحثية المولدة للطاقة، وتتم معايرة هذه التوربينات الحديثة لتوفير تيار متناوب على نفس التردد مثل طاقة التيار المتردد التقليدية، مما يجعلها متاحة للاستخدام الفوري. توفر مزارع الرياح في جميع أنحاء العالم ما يقرب من حوالي 5 في المائة من الكهرباء في العالم.
وأيضاً تعتمد الألواح الشمسية على التأثير الكهروضوئي، حيث ينتج إشعاع الشمس جهداً في مادة شبه موصلة، ويخلق هذا الجهد تياراً مستمراً يجب تحويله إلى تيار متردد عن طريق تمريره عبر العاكس، كما تولد الألواح الشمسية الكهرباء فقط عند غروب الشمس، لذلك تُستخدم البطاريات عادةً لتخزين هذه الطاقة لاستخدامها لاحقاً.
الطاقة النووية:
تستخرج الطاقة النووية الكهرباء من خلال عملية الانشطار النووي، وإن هذه الظاهرة تحدث بشكل طبيعي عن طريق استخدام عنصر اليورانيوم، ويتم تلبية ما يقرب من حوالي 20 في المائة من الاحتياجات الكهربائية في العالم بواسطة مولدات الطاقة النووية.
ويُعتبر الانشطار النووي في الأصل مصدراً رخيصاً للطاقة غير المحدودة تقريباً، ولكن لها عيوب خطيرة مثل: احتمال الانهيار والإطلاق غير المنضبط للإشعاع الضار، ومع ذلك على سبيل المثال لقد نجح حادثان مشهوران أحدهما في محطة تشيرنوبيل للطاقة في روسيا والآخر في منشأة فوكوشيما اليابانية في تفادي هذه المخاطر، وجعل إنتاج الطاقة النووية أقل جاذبية مما كان عليه من قبل.
أخيراً يمكننا القول إن بعض مصادر الطاقة على هذا الكوكب يمكن أن تختفي وتخلق ملوثات تغير بيئة الكوكب مثل: الوقود الأحفوري، ومن ناحية أخرى تعتمد بعض مصادر الطاقة الأخرى على الطاقة الشمسية، والطاقة الشمسية هي مورد طبيعي متجدد ولا ينتج عنها ملوثات تضر بالبيئة، وفي الوقت الحاضر يوجد أمام البشرية خيار عاجل للانتقال إلى مصادر متجددة – لما لها من أهمية سواءً أكانت اقتصادية أو بيئية أو صحية.
