أنواع الطاقات المستخدمة
: تعرف الطاقة بأنها القدرة على أداء العمل، لقد دامت كل الأنظمة البيئية بفعل تحويل طاقة الإشعاع الشمسي إلى طاقة كيميائية مستغلة، كما أن مقدمات كتب الفيزياء تقدم تفسيرات لمفاهيم أساسية حول الطاقة وحول قوانين الديناميكية الحرارية. بالإضافة إلى ذلك يوجد كتب عديدة تناقش الطاقة وأنظمة الطاقة بطرق بسيطة وواضحة.
منذ خمسين عاماً، تنامت الطاقة العالمية مع النمو الاقتصادي. وقد ازداد استعمال الطاقة إلى نحو 400% ليتلاءم مع عدد سكان العالم المتضاعف، وكي يتلاءم أيضا مع إجمالي الإنتاج العالمي الذي تضاعف أربعة مرات. ففي هذه الأيام يستهلك العالم ما يقدر ب 175 مليون برميل من النفط يومياً، أي ما يعادل 85 ألف جالون من الجازولين كل ثانية.
وفي الوقت الحاضر، يتوقع معظم المحللون أن نمو الطاقة سيعيد الماضي، أي انهم يتوقعون أن نمو الطاقة سيزداد بمعدل 400% مرة أخرى بعد 50 عاماً ليتلاءم مع تضاعف آخر لسكان العالم ومع إجمالي الإنتاج العالمي الذي سيتضاعف أربعة مرات مرة أخرى.
في وقتنا هذا، لا يزال الوقود المستخرج من الأرض هو اكثر مصادر الطاقة استعمالاً، حيث يشكل النفط 40% من خدمات الطاقة التجارية والفحم 27% ، والغاز الطبيعي 22%، بينما حصة كل من الطاقة الكهروبيمائية (القوة الكهربائية المائية)، والطاقة النووية هي 6%. أما في العديد من الدول فيشكل الوقود غير التجاري مثل الخشب جزءاً كبيراً من مصادر الطاقة.
عند انخفاض ثمن النفط في السبعينات وارتفاع ثمن الكهرباء في الثمانينات اصبح الأمر واضحاً بأن كفاية الطاقة تلعب دوراً رئيسياً في تزويد خدمات الطاقة الأقل تكلفة. أن مدخرات الطاقة التي حققها الأمريكان منذ أواسط السبعينات قد عملت على تخفيض فاتورة الطاقة السنوية للدولة بمئات مليارات الدولارات. وقد عملت هذه الكفاية أيضا على إلغاء الحاجة ل 14 مليون برميل نفط يومياً.
تشير تقييمات الطاقة حول العالم أن تحسين كفاية الطاقة للبنايات والأدوات ومعدات المكاتب والسيارات يمكن أن توفر اكثر من تريليون دولار كل عقد. وبالإضافة إلى ذلك ستعمل هذه التحسينات على منع انبعاث سلسلة متلاحقة من الملوثات.
إن بعض المشاكل البيئية مثل المطر الحمضي والضبخنة (وهو مزيج من الدخان والضباب)، وتغير المناخ العالمي يرتبط بشكل مباشر مع استخراج مصادر الطاقة من الأرض . أما الاعتماد الأكبر على كفاية الطاقة فانه يمنح دول العالم وسيلة للحفاظ على النمو الاقتصادي وكذلك الحفاظ على جودت البيئة، فعلى سبيل المثال فان الخطة الأمريكية لمعالجة تغير المناخ ستعمل على تقليل الغازات الناتجة عن البيوت الزجاجية بما مقداره 108 مليون طن سوف توفر للأمريكيين حوالي 260 مليار دولار.
و يوجد الآن سوق عالمي اخذ في التوسع للمنافسة على خدمات طاقة محددة السعر ونظيفة وخضراء، أي لا تلوث أو تدمير للمصادر الطبيعية، فبالإضافة لوجود خيار كفاية الطاقة المنخفض التكلفة، فان خدمات الطاقة هذه تشمل بدائل مختلفة للطاقة المتجددة مثل الألواح المستقطبة للإشعاع الشمسي، ومحطات توليد الطاقة وتوربينات الرياح.
إن الدراسة التي تم تحضيرها لمؤتمر الأمم المتحدة للبيئة والتطور ( UNCED) والذي عقد في ريو _ البرازيل _ قد بينت أن هناك مقدرة كبيرة جداً لاستعمال الطاقة المتجددة عالمياً، حيث ستعمل كفاية الطاقة خلال الخمسين سنة القادمة على تلبية نصف ما يحتاجه العالم من طاقة وستعمل مصادر الطاقة المتجددة على تلبية نصف الحاجة المتبقية، وتبين هذه الدراسة أيضا انه حتى إذا بقيت أسعار الوقود متدنية على المدى البعيد فان الطاقة المتجددة ستتمكن من طرح بديل استثمارياً جذاباً من الناحية الاقتصادية، فهي ستقدم طريقة فاعلة لمنع التلوث البيئي كما ستقلل الاعتماد على التزود الخارجي بالنفط.
الكهرباء
لقد غمرت الطاقة الكهربائية حياة الإنسان والمجتمع بشكل جذري، فقد أدى تطوير المحركات الكهربائية إلى ثورة في الصناعة في أوائل القرن التاسع عشر مما أدى إلى حدوث تقدما سريعا في الإنتاج. وتعمل الكهرباء في الوقت الحاضر على توفير الطاقة لثورة المعلومات، أما على صعيد المنازل فتعمل الكهرباء على تقليص الوقت اللازم للطهي والتنظيف وغيرها من الأعمال اليومية التي من شأنها أن تبقي على الحياة.
ويعتبر نقص الطاقة الكهربائية أمرا جديراً بالاهتمام لثلث سكان العالم الذين لم يحصلوا عليها بعد، ففي دول العالم يترأوح الوقت الذي يتم قضائه من اجل النشاطات الحياتية من 9 -10 ساعات يومياً، ويقع هذا العبء خاصة على النساء والأطفال الذين لا يحصلون غالباً على التعليم وذلك لأن بقاءهم على قيد الحياة يتطلب منهم العمل، ومن جهة أخرى يعتبر الاتكال على الخشب وغيره من المواد الطبيعية لأغراض الطهي والتدفئة عاملاً مساهماً في تدمير مساحات واسعة من الأراضي الحرجية والأشجار، كما أن نقص الطاقة الكهربائية عائق أساسي للتغلب على الفقر وتعرية البيئة في الدول النامية.
وحسب ما أوردته دائرة صناعة الطاقة الكهربائية فان 53% من الطاقة الكهربائية في الولايات المتحدة يتم توليدها عن طريق محطات توليد الطاقة الكهربائية التي تعمل بواسطة الفحم (انظر 1998). ويتم توليد 18% عن طريق محطات توليد طاقة غير النظيفة (التي تلوث البيئة). أما محطات التوليد التي تعتمد على الغاز الطبيعي فتعمل على توليد 14%، وتعمل السدود الكهروبيمائية على توليد ما يقارب 10%، أما مصادر الطاقة المتجددة ما عدا الكهروبيمائية مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والمواد الطبيعية (مثل الخشب) فتعمل على إنتاج 2% من الطاقة الكهربائية للولايات المتحدة.
يتم توزيع الكهرباء في الولايات المتحدة بواسطة نظام طاقة كهربائي يربط بين توليد الطاقة ونقلها وتوزيعها وعدد من التسهيلات الأخرى، حيث يتم الحفاظ على تدفق الكهرباء في هذا النظام بواسطة موزعين يعملون على توصيل الطاقة الكهربائية إلى أماكن احتياجها مما يجعل الكهرباء متوفرة كلما ضغط المستهلك على مفتاح كهربائي.
المحافظة على الطاقة
إن المحافظة على الطاقة بكفاءة اكبر يعمل على تقليل التكلفة عوضاً عن الانبعاثات، ولذلك يوجد باعث قوي لتحسين كفاية الطاقة في عمليات التصنيع مثلاً وإنشاء البنايات الجديدة واستعمال الأجهزة والأدوات، وقد اصبح هناك توجهاً في الولايات المتحدة خلال العقود القليلة الماضية لزيادة شدة الطاقة، أي استعمال طاقة قليلة لإجمالي الناتج المحلي (GDP).
إن المحافظة على الطاقة ليست بمعزل عن التأثيرات البيئية فبعض التقنيات الجديدة الفعالة للطاقة مثل تقنية فرط الموصلية تعتمد على مواد سامة, و كمثال على ذلك يعمل أسلوب الإنارة المحافظ على الطاقة على استخدام البخار الزئبقي و الذي يمكن أن يحل محل المصباح الكهربائي باستعمال الخارصين أو الغاليوم (وهو عنصر فلزي نادر لونه ابيض يميل إلى الزرقة).
لا بد من اخذ هذه العوامل بعين الاعتبار عند تقييم التأثير البيئي لتلك التقنيات وذلك من اجل تأكيد أحد الأفكار الأساسية في علم البيئة وهو انه لا يوجد هناك تقنيات مجانية لأنه يوجد دائماً ما نتنازل عنه.
الوقود المستخرج من الأرض
إن أهم ما يستخرج من الأرض من وقود هو النفط والفحم والغاز الطبيعي، وقد تشكلت أنواع الوقود المختلفة قديماً اثر قيام النباتات بامتصاص الإشعاع الشمسي، وقد عملت طاقة الشمس المشعة على تحفيز نمو النباتات بسبب العمليات الكيميائية الضوئية المعروفة، وثم تخزين الطاقة في مخلفات النباتات وفي أجسام الحيوانات التي استهلكت تلك النباتات، وقد عملت البكتيريا اللاهوائية على استهلاك الأكسجين من تلك النباتات مخلفة ورائها بعض جزيئات الهيدروجين والكربون (هيدروكربون)، وبمرور الزمن تم تسخين وضغط هذه الجزيئات بواسطة طبقات رسوبية تكونت فوق المواد المتراكمة.
يصنف الوقود المستخرج من الأرض إلى مصدر ومخزون. المصدر هو مكان التزويد المعروف وجوده، أما المخزون فهو المصدر الذي يمكن استرجعه باقتصاد باستعمال وسائل معينة. ويوجد في أوروبا وأمريكا الشمالية واسيا حوالي 75% من مخزون النفط بينما يقع اكبر مخزون للغاز الطبيعي في الشرق الأوسط والاتحاد السوفيتي السابق.
إن الاهتمامات بتزويد الوقود تركز على النفط الذي سيقل إنتاجه بداية من القرن الحادي والعشرين، وهناك أنواع بديلة للبترول مثل الزيت الحجري ورمال القار والتي يمكن أن تطيل التزويد إذا ما تطورت التقنية لاستغلال هذه المصادر بطريقة اقتصادية. أما بالنسبة للفحم والغاز الطبيعي فان مخزون كل منهما يمكن أن يدوم لفترة أطول حسب المعدلات الحالية للاستغلال.
النفط
لم يكن النمو في القرن العشرين متوازن من حيث النشاط الاقتصادي والاستكشاف والسفر والاكتشاف العلمي الذي أمكن التوصل إليه بفعل التقنيات التي تعتمد على النفط. إن اكثر من نصف النفط العالمي يتم استغلاله من اجل مواصلات مثل السيارات والشاحنات والمركبات الأخرى، ويعتبر النفط أيضا المصدر الرئيس لصناعات مثل البلاستيك والكثير من المواد الكيميائية الضرورية الأخرى حيث لا يوجد حالياً بديل للنفط في هذه العمليات. وتدور الاهتمامات ألان حول سد الحاجة من النفط، فبالرغم من الاستخراج الكبير والمتزايد للنفط إلا أن التقديرات الحالية تشير إلا أن العالم يمتلك مخزوناً ضخماً. وقد اصبح مؤكداً أن اضخم مخزون للنفط يوجد في منطقة الشرق الأوسط مما يفعل بعض المسائل المتعلقة باعتماد الولايات المتحدة على استيراد أهم مصادر الطاقة. لكن الهم الأكثر إلحاحا يتمثل بإحراق النفط الذي ينتج عنه انبعاثات تعمل على تلويث الهواء كما ينتج عنه ثاني أكسيد الكربون (غازات البيوت الزجاجية).
الفحم
يعد الفحم اكثر مصادر الطاقة المستخرجة وفرة واقلها تكلفة وهو الأكثر استعمالاً لتوليد الكهرباء فهو يساهم في إنتاج ما يقدر ب 33% من الكهرباء في العالم، وبالرغم من أن الفحم موزع حول العالم إلا أن اكثر من نصف احتياطي الفحم موجود في الصين والولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي السابق.
لقد أصبحت عمليات استخراج الفحم وإحراقه اكثر تنظيماً وتقنية وذلك من شأنه أن يخفف حدة التأثير على البيئة. وقد تم تطوير تقنيات جديدة تجعل من الفحم وقوداً نظيفا مما يؤدي إلى التحكم بتأثير إحراق الفحم على البيئة.
الغاز الطبيعي
الغاز الطبيعي هو مزيج من الغازات يشكل غاز الميثان (CH4) أعلى نسبة فيها ويرجع اصل هذا الغاز مثل باقي مصادر الطاقة المستخرجة إلى النباتات والحيوانات التي تحللت منذ عصور، وغالباً ما يوجد هذا الغاز مع رواسب النفط.
إن الغاز الطبيعي الذي كان يتسرب لسنوات عدة خلال حفر آبار النفط كان قد حرق ولا يزال ذلك مستمراً في بعض الأماكن. أما في الوقت الحالي يساهم الغاز الطبيعي بما نسبته 21% من الاستهلاك العالمي للطاقة، ويعتبر انظف مصدر طاقة مستخرج حيث أن حجم ما ينبعث منه من ثاني أكسيد الكربون اقل مما ينبعث من النفط والفحم.
ويعتبر الغاز الطبيعي سريع الاشتعال لدرجة عالية في حالتيه السائلة والغازية ويمكن له أن ينقل في حالته الغازية عبر خطوط الأنابيب أما للمسافات البعيدة فانه ينقل في حالته السائلة. ومن الضروري في هذه الحالة أن يبقى تحت ضغط عالي كافي في الخزانات، أما بالنسبة لنقله في الأنابيب فانه قد يصدر عنه غاز الميثان وغاز البيوت الزجاجية إذا ما كان هناك ارتشاح أو تسرب.
المواصلات
سنحيد هنا عن موضوع مناقشة مصادر الطاقة الرئيسة لاستكشاف الغاية الأساسية لاستعمال الطاقة وهي المواصلات التي يمن أن تشكل نقطة للتحدي لأنها تتطلب توفر الطاقة بحالة قابلة للنقل أو الحمل.
إن ما يقارب النصف من النفط المكرر يستعمل للمركبات وللبنية التحتية اللازمة لها. فالمركبات هي جزء أساسي من حياة الأمريكيين، فقد أصبحت الشاحنات والسيارات وغيرها من المركبات أساسية لنقل البضائع وقد عملت المركبة الخاصة على زيادة التنقل ووسائل الراحة والحرية الشخصية بشكل كبير.
لقد تم تطوير محرك الإحراق الداخلي في أواخر الثمانينات من القرن التاسع عشر في ألمانيا وبحلول سنة 1915 بدأت السيارات تطغى على وسائل المواصلات التي كانت سائدة في الولايات المتحدة والتي تمثلت بالحيوانات التي تجر العربات مثل الحصان وغيره، وقد بدأت عمليات التأسيس والإنشاء للبنية التحتية والجسور والطرق ومحطات تعبئة الجازولين (البنزين) وغيرها من الخدمات الأخرى التي من شأنها أن تدعم انتشار المركبات التي كان 75% منها مركبات خاصة. ومن الجدير بالذكر أن الولايات المتحدة هي الدولة الأولى في العالم بالنسبة لحيازة السيارات، فكل فرد يمتلك حوالي 0.8% من السيارات بما في ذلك الشاحنات الخفيفة إلا أن هذه النسبة تتنامى بشكل متزايد في جميع أنحاء العالم، ومن الواضح انه ستكون هناك زيادة بنسبة 30% في عدد السيارات في العالم خلال العقد القادم.
وقد قام مصنعو السيارات بإجراء عدد من التحسينات الهندسية للتحكم بانبعاثات السيارات ولزيادة الاقتصاد بالوقود وكان ذلك تجاوب مع الخطة الرامية إلى التحكم بانبعاثات السيارات والتي ظهرت في عام 1970 وللمحافظة على ثمن النفط وتوفره. وتتضمن تلك التحسينات استعمال مواد خفيفة الوزن وتطوير تقنيات التحكم بالانبعاثات مثل تقنية التحويل المحفز واستعمال مجسات محوسبة لمراقبة أداء المحرك.
ونتيجة لذلك ازداد معدل الأميال التي تقطعها المركبات لكل جالون في سنوات السبعينات وقد ازدادت مرة أخري خلال العقدين الماضيين. وبالرغم من ذلك لا تزال بعض الانبعاثات محل الاهتمام بما فيها أكسيد الهيدروجين والذي يساهم في تشكيل المطر الحمضي في المناطق التي تكتظ فيها الإشارات المرورية وثاني أكسيد الكربون الناتجة عن إحراق مصادر الطاقة المستخرجة بشكل عام. وتعتبر المواصلات مسؤولة عن 30% من إسهامات الإنسان في إنتاج ثاني أكسيد الكربون.
ولا يزال البحث مستمراً لتطوير تقنيات المواصلات التي من شأنها أن تقلل الإنبعاثات واحد الاستراتيجيات هي تحسين أداء المحركات فان 12% فقط من الطاقة المنتجة في سيارة نموذجية يتم تحويلها إلى طاقة حركية، ولذلك يمكن للتحسينات في هذا المجال أن تزيد عدد الأميال التي تقطعها السيارة باستخدام جالون وقود واحد.
الوقود الكربوني البديل
تم اقتراح وقود كربوني بديل لتقليل الاعتماد على النفط مثل الميثانول والايثانول والغاز الطبيعي المضغوط. حيث أن أي مادة غازية مشتعلة أو أي مادة صلبة أو سائلة قابلة للتحويل إلى غاز مشتعل يمكن استعمالها في محرك الإحراق الداخلي، فقد تم استعمال الايثانول وأنواع أخرى من الوقود للسيارات البدائية وخاصة خلال الحرب العالمية الثانية عندما كانت مصادر النفط نادرة.
وبالرغم من أن وقوداً مثل الميثانول والايثانول والغاز الطبيعي سيقلل الاعتماد على النفط إلا أن هذه الأنواع من الوقود كربونية وتعمل على إنتاج ثاني أكسيد الكربون، فان استعمال غاز الميثانول للمركبات سيزيد مدى تأثير وحدة التحويل الكيميائي الضوئي للأراضي الزراعية.
إن العائق الرئيسي لاستعمال أنواع بديلة أخرى للوقود الكربوني هو نقص البنية التحتية لتعبئة هذا الوقود و يوجد هناك مسأوئ أخرى بالنسبة للمستهلك حيث سيكون هناك معدل قيادة اقصر فضلا عن النقص في حجم المركبة بسبب ضرورة وجود خزان ضخم.
المركبات التي تعتمد على البطارية الكهربائية
يتم تزويد الطاقة في المركبات الكهربائية بواسطة بطارية عوضاً عن إحراق الوقود وهناك جدل حول الفوائد البيئية لهذه المركبات التي توصف بأنها انبعاثات متحركة فهي ليست خالية من الانبعاثات فمن الضروري شحن البطاريات بالكهرباء التي تساهم في انبعاثات خطيرة عند توليدها، ويشكل إنتاج البطاريات الرصاصية لهذه المركبات والتخلص منها خطراً بيئياً، وهناك عوائق تمنع المستهلك من قبول هذه المركبات مثل أدائها المحدود وتكلفتها العالية.
لكن يمكن للمركبات الهجين أن تسد ثغرات وعيوب المركبات الكهربائية، فالمركبات الهجينة تستعمل البطاريات من اجل السفر ولكنها تستعمل الجازولين أو أي نوع وقود أخر من اجل التسارع، وبالإضافة لذلك يمكنها أن تدفع للمستهلك لان يقبل المركبات الكهربائية لأنها تعمل على زيادة المسافة التي تقطعها السيارة قبل أن يكون هناك ضرورة لشحن البطارية.
الخلايا الغلفانية (التي تعمل بالوقود)
يعتبر الهيدروجين ناقل الطاقة المثالي وخاصة لأغراض المواصلات بالرغم من عدم كونه تقنية جديدة، فقد تم اختراع خلايا الوقود الهيدروجينية في عام 1839 وفي رواية " الجزيرة الغامضة" لـ "جوليز فيرن" أشار أحد الشخصيات إلى أن الهيدروجين سيستعمل كطاقة المستقبل. وان تقنيات تصنيع الهيدروجين معروفة جيداً فيمكن إنتاجه من الماء إلا أن هذه العملية مكلفة جداً، ويميل البعض الآن إلى إنتاجه من الوقود الكربوني مل الميثان والبروبان.
إن ما يحدث في خلايا الوقود هو أن غاز الهيدروجين يقابل محفزاً وغالباً ما يكون البلاتينيوم الذي يعمل على نزع الإلكترونات من الهيدروجين تاركاً ورائه البروتونات التي تقوم بدورها بالانتشار على حد فاصل حيث يوجد غشاء يسمح بالنفاذ بشكل كافٍ للبروتونات ولكنه لا يسمح لجزيئات الهيدروجين بالنفاذ. ثم تقوم الإلكترونات بالتدفق خارج خلايا الوقود عن طريق القطب الكهربائي إلى دائرة كهربائية خارجية، وبعدها تمر البروتونات عبر الغشاء في حال وجود الأكسجين ومن ثم فإنها تجلب الإلكترونات إلى الدائرة الكهربائية مما يؤدي إلى توليد الكهرباء.
إن الكهرباء الناتجة عن خلايا الوقود وتقليل التكلفة الحالية العالية لها يعتمد على التطورات التقنية في مجال غشاء خلية الوقود والذي يجب أن يكون محكماً وغير منفذ للهيدروجين والأكسجين مما يسمح لأيونات الهيدروجين بالمرور لكن لا تزال هذه التقنية مكلفة للغاية .
ويعتبر المصدر لتزويد الهيدروجين عائقاً تكنولوجياً تجب معالجته قبل دخول السيارات التي تعمل على خلايا الوقود إلى السوق العام. أما غاز الهيدروجين فهو شديد الاشتعال مما يتطلب وجود خزانات ضخمة في المركبات، ويمكن استعمال الجازولين والميثانول كمصدر للهيدروجين وذلك يعني انه يمكن الاحتفاظ بالخزانات التقليدية للسيارات ومحاطات الوقود، لكن الجازولين مثلاً هو عبارة عن هيدروكربونات وملوثات أخرى والتي يجب أن تتحول أو يعاد تشكيلها قبل الاستعمال، فكل سيارة يجب أن تحتوي على ما يشبه بمصنع كيميائي مصغر لتحويل المواد إلى هيدروجين.
الطاقة النووية
نعود في هذه النقطة للحديث عن مصادر الطاقة حيث سيبحث ما تبقى من هذا الجزء في المصادر التي تستعمل بشكل رئيسي من اجل توليد الكهرباء بالرغم من أن الطاقة الشمسية مثلاً تستعمل لأغراض الحرارة البيئية.
تعمل الطاقة النووية على تزويد ما يقارب 17% من الكهرباء التي يتم توليدها حول العالم وهي مسؤولة عن حوالي 7 % من إجمالي استهلاك الطاقة في العالم، وبالرغم من أن محطات الطاقة النووية لا تنتج ثاني أكسيد الكربون أو ملوثات بيئية أخرى إلا أن معارضة هذا المصدر تزايدت بسبب القلق من عواقب التخلص من النفايات المشعة، ومع ذلك لا تزال العديد من الدول تعتمد على الطاقة النووية بشكل مكثف.
تعتبر الطاقة الناتجة عن الاندماج النووي بديلاً عن طاقة الانشطار النووي، فالاندماج النووي ينتج كميات اقل من النفايات المشعة، ويستعمل أصناف وفيرة وغير مكلفة من الوقود كأنواع مختلفة من الهيدروجين. وأما الحرارة اللازمة لإيجاد الشروط التي يحدث فيها التفاعل الاندماجي فإنها تفوق كمية الحرارة التي تحدث في التفاعل الاندماجي نفسه، وتعقد الآمال الآن على المفاعل الانشطاري الذي يحول عنصر اليورانيوم 239 غير القابل للانشطار إلى بلوتونيوم 139 والذي يمكن استعماله وذلك يؤدي إلى إيجاد مصدر وقود جديد وينتج كمية اقل من النفايات المشعة، وبالإضافة لذلك فان بعض خطط المفاعلات تستخدم أنظمة سلبية تعتمد على الظواهر الطبيعية والقوانين الفيزيائية عوضاً عن الانتفاع بالكمبيوتر من اجل وقف مشاكل التفاعلات النووية.
تقنيات الطاقة البديلة
لقد استعملت مصادر الطاقة البديلة كالرياح والمواد الطبيعية مثل الخشب وغيره لآلاف السنين ويستخدم مصطلح الطاقة المتجددة عادة لوصف الطاقة المولدة من الشمس والرياح والماء والمصادر المتوفرة باستمرار في كل وقت وليس كمصادر النفط والفحم التي تواجدت فقط منذ ملايين السنين، واحد المشاكل الأساسية للطاقة المتجددة هي ما إذا كانت المصادر المتقطعة للطاقة مثل الشمس والرياح قادرة على الإسهام بكمية الكهرباء التي يجب على شركات الكهرباء تزويدها للمستهلك. وعند استخدام محطات توليد الطاقة التقليدية كتلك التي تعمل على الفحم أو الطاقة النووية أو الكهرومائية فان توليد الكهرباء المطلوبة يتم ببساطة متناهية وذلك بإدارة مفتاح معين لتشغيل التوربينات، أما بالنسبة لتقنيات الطاقة المتجددة كالخلايا الكهروضوئية (الكهربائية الضوئية) وتوربينات الرياح يمكنها أن تولد الكهرباء فقط عندما تشرق الشمس أو تهب الرياح وليس بالضرورة عندما يحتاجها المستهلك، ولا يوجد حالياً تقنية عملية للتخزين الواسع للكهرباء التي يتم توليدها بواسطة مصادر الطاقة المتقطعة كالشمس والرياح.
الطاقة الشمسية
غالباً ما يتم التحدث عن الطاقة الشمسية كنوع مختلف من أنواع الطاقة ولكن اغلب أشكال الطاقة يرجع اصلها إلى الطاقة الشمسية، فمصادر الطاقة التي تستخرج من الأرض تحتوي على الطاقة التي امتصتها النباتات من الشمس منذ عصور و تحتوي المواد الطبيعية كالخشب مثلاً و التي يتم حرقها في أماكن عديدة على الطاقة الشمسية التي تم تخزينها مؤخراً، و تتحرك طواحين الهواء عن طريق الهواء الذي يتم دفعه في الطبقة السفلى من الغلاف الجوي بواسطة التسخين الشمسي المتفاوت وبالنسبة للمنازل أيضا فإنها تمتص الطاقة الشمسية الكافية سواء بطريقة مباشرة أو غير مباشرة حتى أن لم تكن هذه المنازل مزودة بألواح لاستقطاب الإشعاع الشمسي.لكن المنازل تحول تلك الطاقة إلى أشكال متعدد مثل الكهرباء .
يمكن استغلال الطاقة الشمسية بطرق عديدة، ويعتبر التسخين الشمسي السلبي ابسط أسلوب لتسخير الطاقة الشمسية فهو يعمل على تقليل مستلزمات التسخين والتبريد للبنايات مثلاً عن طريق استعمالا الألواح الزجاجية ومواد أخرى من اجل تجميع الحرارة والحفاظ عليها، ومن ناحية أخرى فان أنظمة الطاقة الشمسية الفعالية تعمل عادة على تجميع الطاقة الشمسية بواسطة ألواح ضخمة والتي يتم ضخ الهواء أو السائل من خلالها إلى منطقة للتخزين حيث يتم إرجاعها مرة أخرى إلى الألواح.
ويمكن أيضا للطاقة الحرارية أن تتحول إلى كهرباء عن طريق الخلايا الكهروضوئية إلا أن هذه التقنية لا تزال مكلفة جداً وقد أدت إلى تحديد المنافسة في هذا المجال، وتعتبر هذه التقنية الحل الأمثل في المناطق المنعزلة حيثما تتوافر الكهرباء.
الطاقة الكهرومائية
وهي الطاقة الحركية التي تتولد بواسطة السدود التي تستقبل الماء المتدفق والذي ينساب بعد ذلك من خلال توربينات ومن ثم يتم تحويله إلى كهرباء. وتعتبر القوة الكهرومائية مصدراً نظيفاً للطاقة بشكل نسبي حيث تولد الكهرباء دون إصدار انبعاثات كالتي تصدر عن محطات توليد الطاقة التي تعمل على الوقود، لكن السدود تعمل أحيانا على تغيير أو تدمير النظام البيئي المحيط، وعلى سبيل المثال فقد أدت التأثيرات الوخيمة على سكان منطقة "سالمون " في الغرب إلى ازدياد معارضة إنشاء السدود في تلك المنطقة ( للمزيد من السدود، انظر - الماء).
الرياح
قبل 100 عام استعملت توربينات الرياح في الدانمارك لتوليد الكهرباء واستعملت طواحين الهواء قبل قرون من اجل طحن الحبوب وري المحاصيل، ومن سنة 1850 إلى سنة 1970 تم إنشاء اكثر من ستة ملايين من طواحين الهواء وتوربينات الرياح في أواسط غرب الولايات المتحدة من اجل ضخ المياه إلى المزارع والمناطق الريفية (رايتر 1996 )، وقد أصبحت طاقة الرياح حالياً محل اهتمام لأنها نظيفة نسبياً ومصدر غير مكلف للطاقة الكهربائية للمناطق ذات الرياح الشديدة، وعلى سبيل المثال تعمل هولندا على تقديم الدعم المالي من اجل إنشاء طواحين الهواء وتأمل أن تستغل طاقة الرياح لتساهم في بعض ما تحتاجه من طاقة، وفي الولايات المتحدة تعمل ولاية كاليفورنيا على زيادة قدرتها لتوليد الكهرباء مع أن ذلك يشكل تهديداً لحياة الطيور.
المواد الطبيعية (الأخشاب وغيرها)
كانت المواد الطبيعية حتى الثورة الصناعية المصدر الرئيس للطاقة ولا تزال المصدر الأساسي للكثير من السكان حول العالم، فالأخشاب ومخلفات المحاصيل والروث وبعض المواد الأخرى تعمل على تزويد الحرارة اللازمة للطهي والتدفئة وللتصنيع على نطاق ضيق، وتعتبر هذه المواد الطبيعية سبب في تدمير الأراضي الحرجية في دول عديدة حيث تعتبر فيها هذه المواد المصدر الوحيد للطاقة، وقد بدأ الاهتمام بالمواد الطبيعية قبل عقود لتكون بديلاً لما يستخرج من الأرض من وقود ولا يزال التطوير مستمراً للتقنيات التي تسمح بتحويل هذه المواد إلى وقود سائل أو غازي، وفي حال استعمال هذه المواد بشكل كبير ستصبح التأثيرات البيئية شيئاً جوهرياً حيث ستتحول مناطق كبيرة من الأراضي الزراعية إلى زراعة المواد الطبيعية مما يؤثر على الأنظمة البيئية، وعلأوة على ذلك يعتبر إحراق المواد الطبيعية مصدراً للهيدروكربونات وملوثات الجو الأخرى.
الحرارة الأرضية (الباطنية)
وهي الحرارة التي تنتج بفعل تحلل المواد المشعة في مركز الأرض حيث تنتشر الحرارة في باطن الأرض وتعمل على تسخين السوائل تحت سطح الأرض ومن ثم تخرج هذه السوائل إلى السطح من خلال الشقوق في القشرة الأرضية حيث تخرج على شكل ينابيع مياه حارة أو براكين.
ويتم استغلال الحرارة الباطنية بطرق عديدة مثل أسلوب توليد الطاقة الكهربائية عن طريق محطات التوربينات البخارية حيث يتم ضخ المياه أو أي سائل آخر إلى بئر الحقن والذي ربما يحتاج لأن يكون على عمق 10 آلاف قدم ويعمل هذا البئر على جلب المياه الساخنة إلى السطح ويكون الماء تحت ضغط عال وعندما يزول الضغط عن الماء عند وجوده في أوعية خاصة فان ما نسبته 35% من الماء يتحول إلى بخار ويعتمد ذلك على درجة حرارة الماء، وبعد ذلك يتم فصل البخار عن الماء المتبقي ويتم ضخ البخار إلى التوربينات التي تعمل على تشغيل المولد.
ويعتبر الحفر للحصول على الحرارة الباطنية صعباً للغاية ومكلف جداً وذلك بسبب الحرارة العالية للسوائل وبفعل طبيعة السوائل الباطنية التي تعمل على ألحت وأيضا بسبب الصخور الصلبة الموجودة في البيئة الأرضية، ومن ناحية أخرى تعمل محطات توريد الطاقة التي تعتمد على الحرارة الباطنية على إصدار ثاني أكسيد الكربون والكبريتيد والزئبق والبورون والخارصين والرادون، وتتواجد الشقوق التي تنفذ منها السوائل الباطنية إلى السطح في المناطق البدائية مثل منطقة " يلو ستون " ولذلك فان إنشاء محطات توليد الطاقة في هذه المناطق يفرض تأثيرات بيئية مكلفة، وعلأوة على ذلك فان الحرارة الباطنية غير موزعة حول العالم، وتقدر مؤسسة الطاقة الأرضية في الولايات المتحدة أن الطاقة الباطنية يمكن أن تعمل على تزويد 5% من حاجة الطاقة في البلاد.
ساحة النقاش