الطاقة
تُعرَّف الطاقة بأنها القدرة والقابلية على إحداث تغييرات، وهي تُعتبر من العناصر الجوهرية في أي مجتمع متحضر. تحتاج القطاعات المختلفة في المجتمع إلى الطاقة لضمان سير الحياة اليومية. تُستخدم الطاقة في المصانع، وفي تحريك وسائل النقل، وكذلك في تشغيل العديد من الأجهزة المنزلية. كما أن كل نشاط يقوم به الإنسان، سواء كان ذهنياً أو يدوياً، يتطلب استهلاك نوع معين من الطاقة. الإنسان يستمد طاقته من غذائه المتنوع الذي يتناوله يومياً، كما يُستخدم الطاقة في أمور عديدة، مثل طهي الطعام، وحفظ الغذاء في الثلاجات، وتدفئة الغرف، وبناء ناطحات السحاب، وإضاءة المنازل والشوارع. نظرًا لاستخدام مليارات الأشخاص للطاقة حول العالم، هناك حاجة متزايدة لموارد الطاقة.
مصادر الطاقة
من الضروري أولاً التمييز بين أنواع الطاقة ومصادرها؛ حيث إن مصدر الطاقة يُشير إلى الأصل أو المورد الأساسي الذي تستمد منه الطاقة، بينما تُعرّف أنواع الطاقة على أنها الأشكال المختلفة للطاقة، مثل الطاقة الكامنة (كيميائية، كهربائية، وغيرها) والطاقة الحركية (كالحرارة، والصوت، وغيرها). بشكل عام، يمكن تصنيف مصادر الطاقة إلى مصدرين رئيسيين: المصادر المتجددة وغير المتجددة.
مصادر الطاقة غير المتجددة
تُعتبر المصادر غير المتجددة هي الموارد التي نستهلكها بسرعة تفوق قدرة الطبيعة على تجديدها. ومن أمثلة هذه المصادر الوقود الأحفوري مثل الفحم والنفط والغاز الطبيعي. تعتمد معظم احتياجاتنا الطاقية اليوم على هذه المصادر غير المتجددة، حيث يتم استخراجها وحرقها لتوليد الكهرباء أو لتطوير الوقود للنقل والطهي والتدفئة. كما تُعتبر الطاقة النووية مصدرًا غير متجدد، لأنها تستخدم اليورانيوم، الذي سيفقد في النهاية، وينتج عنها نفايات ضارة صعبة التخلص منها. ومع ذلك، يرى العديد من العلماء والباحثين أن الطاقة نفسها ممكن اعتبارها تجددية، لكن مادة اليورانيوم فقط هي التي لا تتجدد.
الوقود الأحفوري
يعد الوقود الأحفوري المصدر الرئيسي للطاقة، واستخراجه يتم بتكلفة منخفضة نسبياً. ومن أشكاله:
- الفحم: هو وقود أحفوري صلب يتشكل من بقايا الغابات القديمة المتحللة جزئياً، ويُستخدم بشكل أساسي في إنتاج الكهرباء. يزداد استخدام الفحم مع تراجع توافر النفط والغاز الطبيعي، وخصوصاً في الدول النامية مثل الصين، حيث يُعتبر الفحم رخيصاً وفيرًا.
- البترول: هو وقود أحفوري سائل، يُعرف أيضًا بالنفط أو النفط الخام، وتقريباً نصف كمية البترول المستخرج عالميًا تُحول إلى غازولين.
- الغاز الطبيعي: يتكون معظم هذا الغاز الموجود في باطن الأرض من غاز الميثان، وله رائحة تشبه البيض الفاسد.
الطاقة النووية
تنتج الطاقة النووية عند حدوث الانشطار النووي، ويمكن الاستفادة منها لتسيير السفن والغواصات، بالإضافة إلى إمكانية توليد الطاقة الكهربائية. ومع ذلك، هناك العديد من السلبيات المرتبطة بها، مثل النفايات المشعّة واحتياجها لضوابط سلامة صارمة لضمان عدم حدوث انفجارات أو تسريبات إشعاعية.
مصادر الطاقة المتجددة
تشير مصادر الطاقة المتجددة إلى الموارد التي يمكن تجديدها أو استبدالها بنفس سرعة استهلاكها من قِبل البشر. تشمل الموارد المتجددة الطاقة الشمسية وطاقة جوف الأرض الحرارية والمصادر الميكانيكية (مثل طاقة الرياح والطاقة الكهرمائية وطاقة المد والجزر) وطاقة الكتلة الحيوية وطاقة غاز الهيدروجين. كما تُعتبر طاقة الاندماج النووي واحدة من الطاقة المتجددة. وعادةً ما تكون مصادر الطاقة المتجددة أقل تأثيراً سلبية على البيئة، حيث تكون الغازات السامة المنبعثة منها منخفضة.
الطاقة الشمسية
يمكن استخدام الطاقة الشمسية من خلال تسخين الماء مباشرة أو تحويلها إلى أشكال أخرى من الطاقة مثل الكهرباء، وذلك باستخدام الخلايا الشمسية.
طاقة جوف الأرض الحرارية
تُعرف بالحرارة الجوفية، والتي تنتج عن ارتفاع درجات الحرارة في باطن الأرض. وفي بعض المناطق، يمكن أن تكون هذه الطاقة قريبة من السطح، مما يؤدي إلى تشكيل الينابيع الحارة، التي يمكن استخدامها للتدفئة والتسخين.
المصادر الميكانيكية
- طاقة الرياح: يتم التقاط طاقة الرياح باستخدام توربينات، التي تشبه الطاحونة الهوائية. تحتوي على عمود طويل ومروحة بها شفرات، وعندما تتحرك هذه الشفرات بفعل الرياح، تحول الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية من خلال مولد متواجد داخل العمود. لذلك، غالباً ما تُقام محطات توليد الكهرباء في المناطق ذات الرياح القوية.
- الطاقة الكهرمائية: تُنتج عن طريق تدفق المياه. تقع معظم محطات الطاقة الكهرمائية على السدود الكبيرة التي تتحكم في تدفق الأنهر. يُجبر الماء على المرور عبر توربينات مثبتة، مما يحول الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية.
- طاقة المد والجزر: تُولد الطاقة الكهربائية بواسطة أطواف عائمة أو توربينات مثبتة على الشواطئ. يمر الماء من خلالها، مما يدير التوربينات لتوليد الكهرباء.
طاقة الكتلة الحيوية
تشمل الكتلة الحيوية المخلفات الحيوانية والزراعية، إذ يتم تخميرها في حفر خاصة ليتصاعد منها غاز الميثان القابل للاشتعال. تُستخرج الطاقة من الكتلة الحيوية عن طريق حرقها، حيث يتم تجفيف رقائق الخشب والسماد والقمامة وضغطها في قوالب. كون هذه القوالب جافة للغاية، يمكن تخزينها وحرقها لتوليد الحرارة أو الكهرباء.
غاز الهيدروجين
يُعتبر من أنواع الوقود، وهو مصدر محتمل للطاقة في المستقبل. من التطبيقات الهامة له سيارات الهيدروجين وخلايا الوقود المستخدمة في توليد الكهرباء. يتم تمرير غاز الهيدروجين والهواء الجوي من خلالها، حيث يتفاعل غاز الهيدروجين مع الأكسجين، مما ينتج الطاقة الكهربائية، وتُعتبر هذه الخلايا آمنة بيئيًا حيث لا تنتج أي مخلفات سوى الماء.