يمكن ان يطلق على عصرنا تسمية عصر الزيوت. النفط لسوء الحظ بعيد عن الكمال.
المطر الحامضي، وسخونة الارض وتلوث المدن كلها ناجمة عن النفط. الا ان احد
اقارب النفط المعروف، بالغاز الطبيعي، هو بديل جذاب لمصادر الطاقه. تشكل
الغاز الطبيعي قبل ملايين السنين عبر احتمالات متعدده، يعتقد البعض انه عبر
القرون تراكمت مجهريات عضوية حيوانية ونباتيه على سطح المحيط. وان جزيئات
الصخور غطتها تدريجيا،لتشكل ما سمي، بفتحة صخريه. وقد جرت عملية تحلل بطيئه
ضمن فتحة الصخر حولت المجريات العضويه الى فحم سائل. والفحم السائل هو
مركب تشكل ببطء من الكربون وذرات الهيدروجين. تحتوي بعض الجزيئيات في
تركيبتها على اقل من اربعة ذرات فحميه. ويعتبر هذا الهيدرو كاربون، الخفيف
جدا، هو العماد الرئيسي للغاز الطبيعي. الميثان هو النوع الافضل، وتتالف
جزيئاته من ذرة فحم واحده، لكل اربعه ذرات من الهيدروجين. حين يستخرج من
مستودعاته ويتم التخلص من شوائبه، ينقل الغاز الطبيعي الى مناطق التوزيع.
ينقل عبر مسافات طويله وهو بشكله السائل ومن خلال بواخر مخصصة للميثان. حين
يتم تنزيله، وقبل ان يوزع على المستهلك، يتعرض لسبل علاج متعدده. لاسباب
امنيه يتم ضخ كميات بسيطة من محلول كيميائي يحتوي على السولفر الى داخل
الغاز. عملية الاضافة هذه تجعل للغاز رائحه، بحيث يمكن التعرف عليه بحال
تعرضه لتسرب ما. يعتبر الغاز كالفحم الحجري والزيوت وقود من المستحاث التي
لا يمكن تجديدها.
طاقــــــة
الطاقة هي المقدرة على القيام بشغل (أى إحداث تغيير) ، وهناك صور عديدة
للطاقة، منها الحرارة و الضوء (طاقة كهرومغناطيسية)، و الطاقة الكهربائية.
ضمن الاستخدام الاجتماعي : تطلق كلمة "طاقة" على كل ما يندرج ضمن مصادر
الطاقة ، إنتاج الطاقة ، و استهلاكها و أيضا حفظ موارد الطاقة. بما ان جميع
الفعاليات الاقتصادية تتطلب مصدرا من مصادر الطاقة ، فإن توافرها و
أسعارها هي ضمن الاهتمامات الأساسية و المفتاحية . في السنوات الأخيرة برز
استهلاك الطاقة كأحد أهم العوامل المسببة للاحترار العالمي global warming
مما جعلها تتحول إلى قضية أساسية في جميع دول العالم .
ضمن سياق العلوم الطبيعية ، الطاقة يمكن ان تاخذ أشكالا متنوعة : طاقة
حرارية ، كيميائية ، كهربائية ، إشعاعية ، نووية ، و طاقة كهرومغناطيسية ، و
طاقة حركة . هذه الأنواع من الطاقة يمكن تصنيفها بكونها طاقة حركية أو
طاقة كامنة ، مع أن بعض أنواع الطاقة تقاوم مثل هذا التصنيف مثلا : الضوء ،
في حين أن أنواع أخرى من الطاقة كالحرارة يمكن أن تكون مزيجا من الطاقتين
الكامنة و الحركية .
جميع أنواع الطاقة يمكن تحويلها Transformation من شكل لآخر بمساعدة أدوات
بسيطة أو تقنيات معقدة : من الطاقة الكيميائية إلى الكهربائية عن طريق
الأداة الشائعة البطاريات أو المركمات ، ضمن سياق نظرية النسبية بدمج مجالي
المادة و الطاقة معا بحيث أصبح من الممكن ان تتحول الطاقة إلى مادة و
بالعكس تحول المادة إلى طاقة : هذا الكشف الجديد عبر عنه أينشتاين بمعادلته
الشهيرة E=mc2 . هذا التحول ترجم عمليا عن طريق الحصول على الطاقة بعمليات
الانشطار النووي أو الاندماج النووي
مصطلحات الطاقة و تحولاتها مفيدة جدا في شرح العمليات الطبيعية . فحتى
الظواهر الطقسية مثل الريح ، و المطر و البرق و الأعاصير tornado تعتبر
نتيجة لتحولات الطاقة التي تأتي من الشمس على الأرض . الحياة نفسها تعتبر
أحد نتائج تحولات الطاقة : فعن طريق التمثيل الضوئي يتم تحويل طاقة الشمس
إلى طاقة كيميائية في النباتات ، يتم لاحقا الاستفادة من هذه الطاقة
الكيميائية المختزنة في عمليات الاستقلاب ضمن الكائنات الحية غيرية التغذية
.
تحـــــول الطاقة
يمكن تحويل الطاقة من صورة إلى أخرى. فعلى سبيل المثال، يمكن تحويل الطاقة
الكيميائية المختزنة في بطارية الجيب إلى ضوء. كمية الطاقة الموجودة في
العالم ثابتة على الدوام، فالطاقة لا تفنى ولا تستحدث من العدم (قانون
انحفاظ الطاقة ) ، وإنما تتحول من شكل إلى آخر. وعندما يبدو أن الطاقة قد
استنفذت، فإنها في حقيقة الأمر تكون قد تحولت إلى صورة أخرى، لهذا نجد أن
الطاقة هي قدرة المادة للقيام بالشغل (الحركة) كنتيجة لحركتها أو موضعها
بالنسبة للقوي التي تعمل عليها. فالطاقة التي يصاحبها حركة يطلق عليها طاقة
حركة ، والطاقة التي لها صلة بالموضع يطلق عليها طاقة الوضع (جهدية أو
مخزنة). فالبندول المتأرجح به طاقة جهدية في نقاطه النهائية، وفي كل أوضاعه
النهائية له طاقة حركية وطاقة جهدية في أوضاعه المختلفة.
الطاقة توجد في عدة أشكال كالطاقة الميكانيكية ، الحرارية ، الديناميكية
الحرارية، الكيميائية، الكهربائية، الإشعاعية، والذرية. وكل أشكال هذه
الطاقات قابلة للتحويل الداخلي بواسطة طرق مناسبة. والطعام الذي نتاوله، به
طاقة كيميائية يخزنها الجسم ويطلقها عندما نعمل أو نبذل مجهوداً.
أنــــواع الطاقة
تعتبر الطاقة الحيوانية أول طاقة شغل استخدمها الإنسان في فجر الحضارة
عندما استخدم الحيوانات الأليفة في أعماله ثم شرع واستغل قوة الرياح في
تسيير قواربه لآفاق بعيدة. واستغل هذه الطاقة مع نمو حضارته، واستخدمها
كطاقة ميكانيكية في إدارة طواحين الهواء وفي إدارة عجلات ماكينات الطحن
ومناشير الخشب ومضخات رفع الماء من الآبار وغيرها. وهذا ما عرف بالطاقة
الميكانيكية.
قوة الحيوانات نجدها مستمدة من الطاقة الكيميائية الموجودة في الطعام بعد
هضمه في الإنسان والحيوان. والطاقة الكيميائية نجدها في الخشب الذي كان
يستعمل منذ القدم في الطبخ والدفء. وفي بداية الثورة الصناعية استخدمت
القوة المائية كطاقة تشغيلية ( شغل ) بواسطة نظم سيور وبكر وتروس لإدارة
العديد من الماكينات.
نجد الطاقة الحرارية في المحركات البخارية التي تحول الطاقة الكيميائية
للوقود إلى طاقة ميكانيكية. فالآلة البخارية يطلق عليها آلة احتراق خارجي،
لأن الوقود يحرق خارج المحرك لتوليد البخار الذي يدير المحرك . لكن في
القرن 19 إخترعت محرك الإحتراق الداخلي ، مستخدما وقودا يحترق داخل الآلة
حسب نظام غرف الإحتراق الداخلي المباشر بها، لتصبح مصدرا للطاقة
الميكانيكية التي أستغلت في عدة أغراض كتسيير السفن والعربات والقطارات.
في القرن 19 ظهر مصدر آخر للطاقة، لايحتاج لإحتراق الوقود، وهو الطاقة
الكهربائية المتولدة من الدينامو مولد كهربائي . أصبحت هذه المولدات تحول
الطاقة الميكانيكية لطاقة كهربائية التي أمكن نقلها إلي أماكن بعيدة عبر
الأسلاك ، مما جعلها تنتشر، حتى أصبحت طاقة العصر الحديث ولاسيما وأنها
متعددة الأغراض ، بعدما أمكن تحويلها لضوء و حرارة وطاقة ميكانيكية،
بتشغيلها محركات الآلات والأجهزة الكهربائية. تعتبر طاقة نظيفة إلى حد ما.
ثم ظهرت الطاقة النووية التي استخدمت في المفاعلات النووية ، حيث يجري
الإنشطار النووي الذي يولد حرارة هائلة تولد البخار الذي يدير المولدات
الكهربائية أو محركات السفن والغواصات. لكن مشكلة هذه المفاعلات النووية
تكمن في نفاياتها المشعة، واحتمال حدوث تسرب إشعاعي أو إنفجار المفاعل، كما
حدث في مفاعل تشيرنوبل الشهير.
الطاقة الغير متجددة نحصل عليها من باطن الأرض كسائل كما في النفط ، وكغاز
كما في الغاز الطبيعي ، أو كمادة صلبة كما في الفحم الحجري . وهي غير
متجددة لأنه لايمكن صنعها ثانية أو استعواضها مجددا في زمن قصير، عكس
الطاقة المتجددة . مصادر الطاقة المتجددة نجدها في طاقة الكتلة الحيوية
التي تستمد من مادة عضوية كإحراق النباتات وعظام الحيوانات وروث البهائم
والمخلفات الزراعية. فعندما نستخدم الخشب أو أغصان الأشجار أو روث البهائم
في اشتعال الدفايات أو الأفران، فهذا معناه أننا نستعمل وقود الكتلة
الحيوية التي تستغل كمادة عضوية من النباتات ونفايات الزراعة أو الخشب أو
مخلفات الحيوانات. وفي الولايات المتحدة تستغل طاقة الكتلة الحيوية في
توليد 3% من مجمل الطاقة لديها لتوليد 10 آلاف ميجا وات من القدرة
الكهربائية.
وتستغل طاقة الحرارة الأرضية لتوليد الكهرباء والتسخين. حاليا نصف الطاقة
المتجددة في الولايات المتحدة الأمريكية تأتي من قوة دفع المياه التي تدير
التوربينات، والتي تسيّر االمحركات لتوليد الكهرباء، كما يحدث في مصر في
السد العالي. وفي أمريكا تمثل كهرباء الطاقة المائية 12% من جملة الكهرباء.
و يمكن مضاعفتها إلي 72 ألف ميجاوات.
هناك أيضا طاقة قوة الرياح حيث أن شفرات (ألواح) كبيرة تدور بالهواء فوق
الأبراج بحركة مروحية، ومثبت بها مولدات كهرباء. كانت قوة الرياح تستغل في
إدارة طواحين الهواء ومضخات رفع المياه، كما إتبع في هولندا عندما نزح
الهولنديون مساحات مائية من البحر لتوسيع الرقعة الزراعية عندهم. سبب عدم
إنتشارها في العالم أصواتها المزعجة وقتلها للطيور التي ترتطم بشفراتها
السريعة، وعدم توفر الرياح في معظم المناطق بشكل مناسب.
أيضا في خلايا الطاقة التي هي خلايا وقود الهيدروجين تنتج الكهرباء من خلال تفاعل كهربائي كيميائي باستخدام الهيدروجين والأوكسجين.
مصـــــادر الطاقة الطبيعية
بتــــرول
البترول عبارة عن سائل كثيف، قابل للاشتعال، بني غامق أو بني مخضر، يوجد في
الطبقة العليا من القشرة الأرضية. وأحيانا يسمى نافثا، من اللغة الفارسية
("نافت" أو "نافاتا" والتي تعني قابليته للسريان). وهو يتكون من خليط معقد
من الهيدروكربونات، وخاصة من سلسلة ألكان، ولكنه يختلف في مظهره وتركيبه
ونقاوته بشدة من مكان لأخر. وهو مصدر من مصادر الطاقة الأولية الهام للغاية
(حسب إحصائيات الطاقة في العالم). البترول هو المادة الخام لعديد من
المنتجات الكيميائية، بما فيها الأسمدة، مبيدات الحشرات، اللدائن.
وقــــــود
الوقود له أنواع مختلفة من أهمها الوقود الحفري وهو الذي يشمل كل من النفط
والفحم والغاز، والذي أستخدم بإسراف منذ القرن الماضي ولا يزال يستخدم بنفس
الإسراف مع ارتفاع أسعاره يوما بعد يوم، مع أضراره الشديدة للبيئة. ومثله
وقود السجيل وهو مثل النفط يكون مخلوط مع الرمال.
من أنواع الوقود الأخرى هو الوقود الخشبي والذي يغطي استخدامه حوالي 6% من
الطاقة الأولية العالمية، وهناك الوقود المستخرج من النفايات الحيوانية أو
المياه الثقيلة للمجاري، حيث بالمستطاع استخدام هذه النفايات في توليد
الطاقة بالاعتماد عليها بعد عمليات التخمير، وتستخدم في العديد من دول
العالم معالجة المياه الثقيلة للاستفادة من الغازات المنبعثة لأغراض توفير
الطاقة.
من الطرق الحديثة والنظيفة في توفير الوقود النظيف يمكن أن يكون من نباتات
الأشجار سريعة النمو، أو بعض الحبوب أو الزيوت النباتية أو المخلفات
الزراعية أو بقايا قصب سكر، أمكن تحويل بعض منتجات السكر إلى كحول
لاستخدامه كوقود للسيارات وكذلك زيت النخيل. يتميز هذا النوع من الوقود
بأنه يقلل من التلوث، حيث لا حاجة هناك لاستعمال الرصاص في مثل هذا النوع
من الوقود لرفع أوكتان الوقود كما هو الحال في البنزين المستحصل عليه من
النفط الأحفوري، ومن ثم فإنه بنزين خال من الرصاص.
هناك الوقود النووي وتحطه الكثير من المشاكل والقوانين الضابطة والتي قد لا
تخلو من ازدواجية في المعايير وإجحاف بالسماح لاستخدامها على البعض، إضافة
لخطورة استخدامها وتأثيرها السيئ على البيئة.
طاقــــة شــمسية
الطاقة الشمسية هي الطاقة الأم فوق كوكبنا، حيث تنبعث من أشعتها كل الطاقات
المذكورة سابقاً لأنها تسير كل ماكينات وآلية الأرض بتسخين الجو المحيط
واليابسة وتولد الرياح وتصريفها، وتدفع دورة تدوير المياه، وتدفيء
المحيطات، وتنمي النباتات وتطعم الحيوانات. ومع الزمن تكون الوقود الإحفوري
في باطن الأرض. وهذه الطاقة يمكن تحويلها مباشرة أو بطرق غير مباشرة إلى
حرارة وبرودة وكهرباء وقوة محركة. تعتبر أشعة الشمس أشعة كهرومغناطيسية، و
طيفها المرئي يشكل 49% منها، والغير مرئي منها يسمى بالأشعة الفوق
البنفسجية ، ويشكل 2%، و الأشعة تحت الحمراء 49%.
الطاقة الشمسية تختلف حسب حركتها و بعدها عن الأرض، فتختلف كثافة أشعة
الشمس وشدتها فوق خريطة الأرض حسب فصول السنة فوق نصفي الكرة الأرضية و
بعدها عن الأرض و ميولها و وضعها فوق المواقع الجغرافية طوال النهار أو
خلال السنة، وحسب كثافة السحب التي تحجبها، لأنها تقلل أو تتحكم في كمية
الأشعة التي تصل لليابسة، عكس السماء الصحوة الخالية من السحب أو الأدخنة.
وأشعة الشمس تسقط علي الجدران والنوافذ واليابسة والبنايات والمياه، وتمتص
الأشعة وتخزنها في كتلة (مادة) حرارية Thermal mass. هذه الحرارة المخزونة
تشع بعد ذلك داخل المباني. تعتبر هذه الكتلة الحرارية نظام تسخين شمسي يقوم
بنفس وظيفة البطاريات في نظام كهربائي شمسي (الفولتية الضوئية). فكلاهما
يختزن حرارة الشمس لتستعمل فيما بعد.
والمهم معرفة أن الأسطح الغامقة تمتص الحرارة ولا تعكسها كثيراً، لهذا
تسخن. عكس الأسطح الفاتحة التي تعكس حرارة الشمس، لهذا لا تسخن. والحرارة
تنتقل بثلاث طرق ،إما بالتوصيل conduction من خلال مواد صلبة، أو بالحمل
convection من خلال الغازات أو السوائل، أو بالإشعاع radiation. من هنا نجد
الحاجة لإنتقال الحرارة بصفة عامة لنوعية المادة الحرارية التي ستختزنه،,
لتوفير الطاقة و تكاليفها. لهذا توجد عدة مباديء يتبعها المصممون لمشروعات
الطاقة الشمسية، من بينها قدرة المواد الحرارية المختارة لتجميع وتخزين
الطاقة الشمسية حتى في تصميم المباني واختيار مواد بنائها حسب مناطقها
المناخية سواء في المناطق الحارة أو المعتادة أو الباردة. كما يكونون علي
بينة بمساقط الشمس علي المبني والبيئة من حوله كقربه من المياه واتجاه
الريح والخضرة ونوع التربة، والكتلة الحرارية التي تشمل الأسقف والجدران
وخزانات الماء. كل هذه الإعتبارات لها أهميتها في إمتصاص الحرارة أثناء
النهار وتسربها أثناء الليل.
أنــــواع أخرى للطاقة
هناك مصادر نظيفة للطاقة يمكن استخدامها كوقود بديل ومنها:
• طاقة المد والجزر.
• طاقة الحرارة الأرضية.
• طاقة امواج البحر.
• طاقة نووية.
• طاقة شمسية.
• طاقة الرياح.
• طاقة حركة
• وحدة طاقة
وحــدات الطـاقة
كما توجد أنواع متعددة للطاقة ، مثل الطاقة الحرارية و الطاقة الكهربائية و
والطاقة الميكانيكية فلا عجب أنه توجد وحدات عديدة أيضا لقياس الطاقة بحيث
تناسب الوحدة نوع الطاقة تحت النظر . ومع ذلك فيمكن تحويل تلك الوحدات
فيما بينها مثلما يمكن تحويل الطاقة الحرارية مثلا إلى طاقة ميكانيكية.
ونجلب هنا أهم وحدات الطاقة ، ونذكر بوجود قائمة وحدة طاقة:
1 جول = 1 كيلوجرام . متر2 . ثانية −2
1 إرج = 1 جرام . سم2 . ثانية −2
1 جول = 107 إرج
1 كيلوواط ساعة = 3,6 . 106 جول
1 حصان = 2,68 . 106 جول
كما توجد وحدة صغيرة تناسب التعامل مع الجسيمات الأولية و الذرة وتستخدم في
الفيزياء النووية ، ذلك لأن الجول وكيلوواط ساعة وحدات كبيرة لهذا المجال.
والوحدة التي يستخدمها الفيزيائيون للجسيمات الأولية هي الإلكترون فولت
ومقدارها :
1 إلكترون فولت = 1.6023×10−19 جول
كتلة البروتون = 931 مليون إلكترون فولت
وهذه الأخيرة يمكن حسابها أيضا بالجول أو بالكيلوجرام . متر2 . ثانية −2.
مصــــادر الطاقة
ان أهمّ مصادر الطاقة المستخدمة حالياً، وتلك المتوقع أن يكون لها شأن في
توفير الطاقة للبشرية، هي: 1- الوقود الأحفوري: ويتمثل في الفحم والنفط
والغاز الطبيعي، ويختزن هذا الوقود (طاقة كيميائية) يمكن الاستفادة منها
عند حرقه، والوقود الأحفوري هو مصدر الطاقة الرئيس حيث يسهم بما يربو على
90% من الطاقة المستخدمة اليوم، ولأنه مصــــدر قابل للنضوب، وبسبب مشكلات
التلوث البيئي، فإن البحث حثيث لتوفير وتطوير مصادر أخرى للطاقة.
2- المصادر الميكانيكية: وهي مساقط المياه والسدود وحركة (المدّ والجزر)
وطاقة الرياح، ولذا تُقام محطات (توليد الكهرباء) عند السدود والشلالات
ومناطق المد العالي وربوع الرياح الشديدة لاستغلال قوة الدفع الميكانيكية
في تشغيل التوربينات.
3 - الطاقة الشمسية: يُستفاد منها عبر التسخين المباشر في عمليات تسخين
المياه والتدفئة والطهي، كما يمكن تحويلها مباشرة إلى (طاقة كهربائية)
بواسطة (الخلايا الشمسية).
4- الطاقة الحرارية الجوفية حيث يُستفاد من ارتفاع درجة الحرارة في جوف
الأرض، وفي بعض المناطق تكون هذه (الطاقة الجوفية) قريبة من سطح الأرض
فتوجد بالتالي الينابيع الحارة، ففي أيسلندة ـ مثلاً - تنتشر هذه الينابيع،
ويُستفاد منها لأغراض التدفئة والتسخين.
5- الكتل الحيوية (البيوماس): وهي المخلفات الحيو، وهذا التصنيف يشمل: انية
والزراعية التي يتم تخميرها في حفر خاصة ليتصاعد منها غاز الميثان، وهو
غاز قابل للاشتعال.
6- غاز الهيدروجين: يمثّل نوعاً مهماً من أنواع الوقود، وهو مرشح لأن يكون
له دور كبير في تأمين الطاقة في المستقبل، وقد ظهرت سيارات تعمل على غاز
الهيدروجين، وأبرز تطبيقاته الاســـتفادة منه في (خلايا الوقود)، وهي خلايا
واعـــدة بتطبيقات واسعة في المستقبل، ويتم توليد الكهرباء داخلها مباشرة
بتمرير الهيدروجين والهواء بها، وعبــر اتحاد الهيـــــدروجين والأوكسجين
نحصل على (طاقة كهربـــائية)، وأما مخلــــفات هذه العملية فهي الماء
فقـــــط، أي إن (خـــــلايا الوقود) لا تسـهم في تلويث البيئة.
7- الطاقة النووية: تنتج عن (الانشطار النووي) في المفاعلات النــووية،
ويُستفاد منها في تسيير الســــفن والغـواصات وتوليد (الطاقة الكهربائية)،
وأبرز سلبياتها (النفايات المشعة) النــــاتجة، ومشكلة التخلص منها، وضوابط
الســــلامة العالية اللازمة لمنع انفجار المفاعل، أو تسرّب الإشعاعات
منه. وهناك تصنيف للطاقة ومصادرها يقوم على مدى إمكانية تجدد تلك الطاقة
واستمراريتها 1- الطاقة التقليدية أو المستنفذة: وتشمل الفحم والبترول
والمعادن والغاز الطبيعي والمواد الكيميائية، وهي مستنفذة لأنها لا يمكن
صنعها ثانية أو تعويضها مجدداً في زمن قصير.
2- الطاقة المتجددة أو النظيفة أو البديلة: وتشمل طاقة الرياح والهواء
والطاقة الشمسية وطاقة المياه أو الأمواج والطاقة الجوفية في باطن الأرض
وطاقة الكتلة الحيوية، وهي طاقات لا تنضب.
نص مائل==الواقع الحالي لاستخدام الطاقة :==
تعتمـد المجتمعات المتقدمة على مصادر الطاقة المختلفة في كافة مرافق
الحياة. وغالبية المصادر المستخدمة حالياً هي مصادر الوقود الأحفوري . وقد
كانت النسـب المئـوية لاسـتهلاك مصـادر الطـاقة المختلـفة فـي عــام 1992
(الشكل 1-1) كما يلي : النفط 33% ، والفحم 22.8% ، والغاز 18.8% ، ومصادر
الكتلة الحيوية 13.8% ، والمحطات المائية 5.9% ، والمحطات التي تعمل
بالطاقة النووية 5.6% .
الجدول (1-1) يبين كمية الطاقة المستهلكة خلال الأعوام من 1990 وإلى غاية
1998 لكل من الدول العربية وبقية الدول النامية والدول المتقدمة والمجموع
العالمي للاستهلاك . ويلاحظ من الجدول أن استهلاك الدول العربية عام 1998
كان حوالي 3.6% من مجموع الاستهلاك العالمي وذلك لكونها دولاً نامية وغير
صناعية ، بينما وصل الاستهلاك في أمريكا الشمالية (الولايات المتحدة ،
وكندا ، والمكسيك) إلى حوالي 30% . وقد كان الاستهلاك في الولايات المتحدة ،
وهي تمثل 5% من مجموع سكان العالم ، حوالي 25% من الاستهلاك العالمي .
ويوضح الشكل (2-1) معدل الاستهلاك السنوي للشخص الواحد في مختلف مناطق
العالم ، والمعدل العالمي السنوي لاستهلاك الفرد .
ويتم حالياً استخدام مصادر الطاقة في أربعة مجالات رئيسية هي : النقل ،
والصناعة ، والسكن (دور منفردة وعمارات سكنية) ، والقطاع التجاري (مكاتب،
مدارس ، مخازن …. الخ) . وإنّ جزءاً كبيراً من الطاقة المستهلكة يُستخدم
كحرارة وليس لإنتاج شغل ، ويُمثل نسبة مقدارها حوالي 50% من الطاقة
المستهلكة كخسائر حرارية ، وأكثر ما يحدث ذلك عند محطات توليد الطاقة
الكهربائية حيث تساوي نسبة الضياع على شكل حرارة 64% من الطاقة المستهلكة
(الداخلة) مقابل 36% من الطاقة الكهربائية المنتجة أو المفيدة أي أن
الكفاءة تساوي 36% فقط .
مصـــــادر الطاقة التقليدية
لفهم الطاقة يجب معرفة مصادرها ، وحدودها ، واستخداماتها . ولتكوين سياسة
جيدة وفاعلة تجاه الطاقة يجب أن نعرف كمية مصادر الطاقة ومدى ديمومتها
واستمراريتها . والإجابة عن مثل هذه الأسئلة ليست سهلة لأنها تعتمد على
التقنيات المستقبلية لاستخراج هذه المصادر ، وأسعار الطاقة ، ونمو
الاستهلاك .
إن تقدير كميات الفحم أسهل من تقدير كميات النفط والغاز وذلك لكون حقول
النفط والغاز موجودة في مناطق متباعدة وعلى أعماق تتراوح من مئات
الكيلومترات إلى عدة كيلومترات ، ولا يمكن معرفة مكانها إلاّ بطرق استكشاف
مكلفة جداً . والجدول (2-1) والشكل (4-1) يبينان الاحتياطي النفطي العالمي
واحتياطي دول المنطقة العربية على الترتيب ، إذ يتبين واضحاً أن احتياطي
الدول العربية من النفط كان 643.6 مليار برميل في عام 1998 ، وهذا يمثل
أكثر من 63% من الاحتياطي العالمي ، ومنه يمكن القول أن الدول العربية
وخاصة دول الخليج العربي ستبقى المصدر الرئيسي لتمويل الطاقة في العالم .
أما بالنسبة إلى الغاز الطبيعي فالوضع مختلف . ففي الوقت الحاضر بلغ
احتياطي الدول العربية في عام 1998 ، وكما هو موضح بالجدول (3-1) والشكل
(5-1) ، ما مقداره 32708 مليار متر مكعب ، وهو ما يعادل 22% من الاحتياطي
العالمي .
إن إنتاج الدول العربية من إنتاج الطاقة الكلي في عام 1998 ، وكما هو مبين
بالجدول (4-1) والشكل (6-1) ، كان 30.6 مليون برميل مكافئ نفط يومياً ، وهو
يمثل نسبة 17.6% من مجموع الإنتاج العالمي . وهذه النسبة ستزداد مع مرور
الوقت ، وسيزداد الاعتماد العالمي على مصادر الطاقة العربية ، حسب ما هو
متوقع ، عند النظر إلى كمية الاحتياطات الضخمة الموجودة في المنطقة العربية
من هذه المصادر .
استمــــرارية توفر مصادر الطاقة :
إن وضع الطاقة في الوقت الحاضر يختلف عما كان عليه في العقدين الماضيين .
فانخفاض الأسعار ، وتوفر كميات كبيرة من الوقود في الأسواق أدّيا إلى
الإسراف في استهلاك الطاقة ، وعدم الالتزام بترشيده ، وعدم البحث عن مصادر
جديدة .
إن كمية الطاقة الموجودة في باطن الأرض محدودة ، ومن غير الممكن بقاؤها
لفترة طويلة جداً . ولكن تقدير فترة بقائها ليس سهل أيضاً . فاحتياطي
العالم من النفط ارتفع من 540 بليون برميل عام 1969 ميلادية إلى أكثر من
1000 بليون برميل في الوقت الحاضر . وهذا الارتفاع في الاحتياطي لا يعني
أنه غير محدود . فلقد تم مسح مكامن الأرض بصورة مفصلة من قِبل شركات النفط
واكتشفت الحقول السهلة والحقول ذات تكلفة الإنتاج القليلة . وهنالك حقول
صعبة تحتاج إلى حفر عميق أو ذات طبيعة استخراج صعبة جداً وتحتاج إلى مواد
وجهود كبيرة ، وقسم منها يحتاج إلى طاقة وأحياناً تكون الطاقة اللازمة
للاستخراج مساوية أو أكثر من الطاقة المستخرجة. وفي هذه الحالات سيكون
استخراج الطاقة بدون فائــدة .
من الأرقام المفيدة والمهمة جداً في هذا المجال نسبة الاحتياطي إلى المنتج .
فإذا تم تقسيم الاحتياطي المضمون في نهاية كل سنة على الإنتاج في تلك
السنة فإن الناتج سيمثل طول عمر الاحتياطي . وهذا الرقم سيدلّ على توفر
الطاقة في منطقة معينة من العالم . فمثلاً لقد كان هذا الرقم في عام 1992
هو 10 أعوام لنفط غربي أوربا ، و 25 عاماً لأمريكا الشمالية بينما كان أكثر
من 100 عام لمنطقة الشرق الأوسط . ويمتلك الشرق الأوسط أكثر من 60% من
احتياطي العالم من النفط ، وتمتلك المملكة العربية السعودية وحدها أكثر من
25% من الاحتياطي .
ويختلف الأمر بالنسبة إلى الغاز الطبيعي . فإن الاحتياطي الأكبر يقع في دول
الاتحاد السوفيتي السابق إذ تحتوي هذه المنطقة على أكثر من 40% من احتياطي
العالم ، وتحتوي دول الأوبك على حوالي 40% أيضاً من الغاز. أما الباقي
فإنه يتوزع على أنحاء مختلفة من العالم . وإن نسبة الاحتياطي إلى المنتج في
الوقت الراهن بالنسبة إلى الغاز الطبيعي هي حوالي 65 عاماً .
أما بالنسبة إلى الفحم الحجري فإن الاحتياطي العالمي كبير وموزع على مناطق
واسعة ومختلفة . ويبلغ مقدار الاحتياطي إلى المنتج بالنسبة إلى الفحم أكثر
من 200 عام ، ولكن كما نعلم فإن للفحم مساوئ كثيرة ، حتى وإن قورنت بالنفط
والغاز . وأهم هذه المساوئ هو انبعاث ثاني أكسيد الكربون وأكسيد الكبريت
وأكسيد النيتروجين . وبالرغم من إمكانية تحويل الفحم إلى سائل لغرض تقليل
مشاكله البيئية فإن سعر كلفة التحويل سيمثل عقبة لكونه عالياً .
مما تقدم أعلاه يتبين أنه إذا كان هدفنا هو تقليل كمية الوقود التقليدي
الذي يتم حرقه لغرض إطالة عمره ولتقليل المخاطر البيئية التي يسببها فإنه
يتوجب علينا البحث عن مصادر جديدة غير ناضبة وصديقة للبيئة ، وتطوير
كفاءتها ، وتقليل أسعار منظوماتها .
الغاز الطبيعي
هو افضل ما يمكن ان يحل محل النفط، لانه اقل تلويثا للجو من البنزين. يذكر
هنا ان ان المنتوج الرئيسي لوقود البنزين هو ثاني اكسيد الكربون. مع انه
غير ضار بالصحه، الى ان ثاني اكسيد الكربون يحجب اشعة ما تحت الحمراء
الشمسيه، كما يحجب الحرارة التي يعكسها سطح الارض ليلا. عادة ما تكون
القدرة على الاحتفاظ بالسخونة مفيده. منذ بداية العصر الصناعي،بدأ مستوى
ثاني اكسيد الكربون يتنامى الى حدود تنذر بالخطر، ويعود السبب في ذلك الى
المحركات التي تعتمد على البنزين، اذ يؤكد الخبراء ان هذه العملية ستخل بجو
كوكب الارض. يترك البنزين تاثيرا سلبيا اخر على البيئه. ذلك ان احتراقها
لا يتم في المحركات بالكامل، فينجم عنها الغبار، وكمية من الهيدروكربون
الغير محروق، الى جانب مركبات وسطيه كما هو حال المونواكسيد واكسيد
النيتروس. مع ان حياتها تكون قصيرة في الغالب، الا ان هذه العناصر تعتبر
سامه. كما انها تتدنى تحت تأثير اشعة الشمس. ينجم عن ذلك في المدن الكبرى
ما يعرف بالسموغ، وهو مزيج من الدخان والضباب الذي يتسبب بامراض الرئة
والاورام الخبيثه. يحتوي البنزين ايضا على السولفر الممزوج بذرات الاكسجين
والهيدروجين. ذرات السولفير تنتج ثاني اكسيد السولفر، وهو غاز سام يشكل
الحوامض ايضا. تلوث الهواء هو السبب الرئيسي للمطر الحامضي، ما يؤثر سلبا
على احوال الطقس في مختلف انحاء العالم. مقارنة مع البنزين، للغاز الطبيعي
فوائد قيمة من حيث البيئه. فهو يحترق بشكل اكمل من البنزين، ولا يخلف
الغبار. رغم ان بعض المركبات الوسيطة تنجم عنه، كما هو حال الهيدرو كاربون
الغير محترق، ونيترات الاكسيد، ومونواكسيد الكربون. لكل هذا لا يساهم الغاز
الطبيعي كثيرا في سموغ المدن.
على خلاف البنزين، حين يتخلص الغاز الطبيعي من شوائبه، لا يعد يحتوي على
السولفير. ولا ينجم عن حرقه ثاني اكسيد السولفير الضار جدا بالصحة وفي
البيئة ايضا. لا شك ان الغاز الطبيعي يؤدي الى تسخين سطح الارض ، وذلك
لامتصاص الحرارة عبر الغازات الجويه. الى جانب ان حرقها يؤدي الى انتاج ربع
ثاني اكسيد الكربون الذي ينجم عن البنزين، لدى مثانتها الغير محترقه قدرة
اكبر على امتصاص اشعة الشمس ما تحت الحمراء. على اي حال نسبة قليلة من كمية
الميثانه المنتشره تصدر عن الغاز الطبيعي.
ينجم انتشار الميثانه بشكل رئيسي من اتلاف المواد العطوية في النفايات، ومن
تربية الحيوانات، خصوصا مما يخرج عن المواشي من اوساخ. ولم تحدد بعد اهمية
التقليل من انتشار الميثانه. وما زال الخبراء يرون ان مساهمتها اقل في
عملية تسخين الارض مما يفعله ثاني اكسيد الكربون، خصوصا وان الغاز يطلق سدس
كمية المثانه المنتشره في الهواء كل عام. لاستخدام الغاز الطبيعي كوقود
للمحركات، لا يتطلب الامر سوى تعزيز السيارة بمدخل له، ومستوعب خاص بالغاز.
ونظام تعبئة الغاز الطبيعي اصبح متبعا في عدد من بلدان العالم. يتم ضغط
الغاز الطبيعي، وتخزينه في مستوعبات، ويتخدم انبوب لين لتعبئة السياره، كما
يحدث في اي محطة وقود عاديه. المحرك الذي يتم تعديله لحرق الغاز الطبيعي،
يعمل بقوة اقل من المحرك العادي بما نسبته عشره بالمئه. الا ان السيارات
التي تعتمد على الغاز الطبيعي تتمتع بحرية موازية للتنقل والحركة كالبنزين،
حتى انها تتمتع بقدرة اكبر على المناوره.
قد لا يكون الغاز الطبيعي هو الحل لازمة الطاقة ومشاكل البيئه، ولكن من بين
غيره، يعتبر الاقل تلوثا،. لهذا فهو قادر على ان يحل تدريجيا محل مشتقات
النفط. الوقود الطبيعي كما هو حال الفحم الحجري والغاز الطبيعي والنفط،
تستخرج بالكامل من باطن الارض. المحيط يحتوي ايضا على ثروة من الطاقه، يمكن
للمد والجزر ان ينتجان كميات كبيرة من الكهرباء. انتاج الطاقة في هذه
الايام يسير متوازيا مع حماية البيئه. بفضل المد والجزر، يمكن انتاج كميات
كبيرة من الكهرباء دو الاضرار بالبيئه. والحقيقة ان المد والجزر يدلنا على
مصدر لا ينضب للطاقة، وهو حميم جدا. ينجم المد والجزر عن الجاذبية التي
يمارسها القمر على الارض. قوة الجاذبية هذه، تؤدي الى اندفاع مياه المحيطات
نحو القمر. انسحاب المياه اكبر على جهة الارض، المواجهة للقمر، ولكنه يحدث
ايضا على الجانب الاخر من الارض، بين منطقتي المد هاتين، تجد منطقة من
الجزر ايضا. نتيجة دوران الارض، مستوى البحر في اي بقعة من الكوكب يرتفع
وينخفض بالتناوب مرتين في اليوم. مع استثناءات قليله كل البحار تتعرض
لحالتي مد وجزر يوميا. قوة المد والجزر هذه تقدر عالميا بثلاثة بلايين كيلو
وات. الا انه لا يمكن تسخير كل هذه القوة الهائله.
هناك ما يقارب الاثني عشرة محطة في العالم، قابلة لانتاج الطاقة في العالم.
لان صناعة هذه المحطات يحتاج الى وجود ظاهرة ضخمه للمد والجزر. على
المستوى بين المد والجزر ان يتعدى العشرة امتار على الاقل، اضف الى ان
المحطة يجب ان تؤدي الى مستوعب هائل، قدر الامكان. لهذا يجب بناؤه في خليح،
او عند مصب نهر. على الحاجز او السد الذي تبنى محطة الطاقة فوقه، يجب يفصل
الخليج او مصب النهر عن البحر، فينشأ المستوعب. كل ما يجب ان يتم لانتاج
الطاقه، يكمن في تعدد مستويات الماء بين البحر والمستوعب. تتجسد الخطوة
الاولى باملاء المستوعب. المد القادم يكفي لتعبئة المستوعب، يتم اغلاق
الابواب في حالة المد، حين يكون مستوى البحر والمستوعب متساويا، ولا يتم
فتحها الا عند انتهاء حالة الجزر. عند انسحاب الماء، يكون المستوعب في اعلى
مستوياته. عندما يصبح الاختلاف بين مستوى البحر والمستوعب كافيا، تشغل
الماء مراوح المضخات. كما تفعل اشارة توليد الكهرباء، تصنع المضخة من
المعدن، وتوضع في قناة او ممر مائي محكم. تتحرك المضخة بواسطة مروحة باربع
شفرات تولد الطاقة من تيارات الماء. ويقوم فريق مختص باشعال المردد الذي
يولد الكهرباْء. في المرحلة الاخيره يتم نقل الكهرباء من خلال محولات خاصه
تحملها الى مركز توزيع الطاقة الكهربائيه. كمية الطاقة التي يتم توليدها
يعتمد على قوة المد والجزر، وعلى كمية المياه التي يتم تخزينها في
المستوعبات. يمكن للمضخات ان تعمل على كلا الاتجاهين. حتى انها يمكن ان
تعمل اثناء حركة المد، وحين تتجمع المياه في المستوعبات مياه البحر تجعل
الشفرات تتحرك في الاتجاه المعاكس. بفضل هذه العمليه يمكن ان يتم انتاج
الطاقة بنسبة سبعين في المئة من المرات. يمكن استخدام المضخات ايضا لرفع
مستوى المياه في المستوعبات الى ما هو اعلى من مستوى البحر. حين يكون ذلك
ممكنا، وخصوصا عندما يقل الطلب على استهلاك الطاقة، وتحديدا في فترة الليل.
يتم تفريغ المياه بعد ذلك الى البحر، حين يزداد الطلب على الكهرباء.
يعتمد توليد الطاقة من المد والجزر على الحركة الثابتة والطبيعية لهذه
الظاهره، وهناك محاولات عده تسعى لرفع مستوى الانتاج ليغطي مستوى الطلب.
هناك برامج تنفذ اسبوعيا للقيام بذلك. تأخذ هذه البرامج بالاعتبار
الاستهلاك السابق، ودورة المد والجزر، التي يتم حسابها عادة بوقت مسبق. يتم
برمجة فتح القنوات وتشغيل المضخات بحيث تضمن اقصى قدرات المحطة على
التوليد. احدى فوائد محطات التوليد من المد والجزر، حقيقة انها تنتج كميات
هائله من الطاقه دون ان تلوث البيئه. لبناء اول محطة توليد تعتمد على المد
والجزر في فرنسا، تم استقطاع المستوعب من البحر. يمكن ان يتم التخلص من
الاعتماد على هذه التقنية في المستقبل، وذلك نتيجة الصدمة التي تسببها في
البداية لطبيعة المنطقه، ذلك انها تبتر المد والجزر نهائيا.
على مدار السنوات الاولى، لم تبقى على قيد الحياة سوى الانواع الاقوى من
الاسماك، الا ان الخبراء لاحظوا انه مع مر الزمن، بدأت الطبيعة تستعيد
مكانتها الكامله. اما اليوم فثروات البحر في المستوعبات اكبر من الماضي،
تتمتع انواع جديده من الاسماك اليوم فيما يشبه الانواع المختلفة والمتعددة
من الغذاء. وجاءت كميات من الطيورالى شواطيء مسكونه، فقد عاد التوازن
الطبيعي، الى ما كان عليه. النباتات ايضا عج بالطاقه، اعتماد الخشب للتدفئة
هو اسلوب تم اتباعه في القدم، ولكنه يؤدي الى ازالة الغابات. لكن تأكيدات
الخبراء توضح ان عددا من النباتات يمكن ان تتحول الى مصادر متجددة للطاقه،
لا تؤدي لتلوث البيئه.
المواصلات في الشوارع هو احد الاسباب الرئيسيه للتلوث. تطلق السيارات
ملايين الاطنان من الغازات الملوثة للهواء، الضارة بالصحة والجو على حد
سواء. يكمن السبب الرئيسي في عملية التلوث هذه، في حرق البنزين، علما ان
احتياطي النفط العالمي قابل جدا للنفاذ. تم الالتفات مؤخرا الى النباتات
على انها مصدر للطاقة النظيفة والقابلة للتجديد. لدى النباتات قدرة مدهشه
على استخدام الضوء، لتحويل ثاني اكسيد الكربون في الهواء، الى مواد غنية
بالطاقه، تسمى هذه المادة بالبيوماس. يمكن للبيوماس ان يكون مصدرا مفيدا
للوقود السائل يسمونه بالوقود العضوي او الوقود الاخضر. يمكن الحصول على
الوقود الاخضر من نباتات تحتوي على السكر، كالشمندر مثلا. الخلايا التي
وجدت في الخشب او في سنابل القمح، هي ايضا مصادر للطاقه. فالنشا مثلا يتالف
من سلسلة طويله تعتمد اساسا على خلايا سكريه. يتم تخزين هذه السلاسل في
مستودعات الحبوب، تستعمل الصناعة مادة النشا في صناعة البيوايتانول، وهو
نوع من الكحول، يستخدم في صقل الوقود التقليدي بان يحل محل اعتماده على
مادة الرصاص. في مصانع البيو ايثانول، يتم تنظيف الحبوب اولا وازالة
الشوائب منها تماما. المادة المستخرجة من هذه العملية تخلط بالماء. بعد
الحصول على العجين يتم اضافة مادة الانزيم اليها. مفعول هذه المادة العضوية
اشبه بعمل الكماشه، فهي تقص سلاسل النشا فتحولها الى وحدات من السكر.
العصير الذي يتم الحصول عليه ينقل الى مستوعبات كبيره مليئة بالخميره.
تعتبر هذه مرحلة التخمير. يستهلك الخمير السكر الموجود في العصير، ثم
يحولها الى ايثانول عضوي وثاني اكسيد الكربون. بهذه المرحله، ما زال الكحول
يعبأ بالماء، لهذا فهو مقطر، وبعدها ، يجفف الماء، بتمريره عبر انبوب
تسخين يبخره. بما انه اخف من الماء، يصعد الكحول الى اعلى الانبوب، حيث يتم
جمعه على شكل بخار. ثم يتم اعادة تكرير البقايا التي تستخرج من هذه
العمليه. يتشكل المحصول اساسا من البروتين والانسجه التي تتجمع مع بعضها
لتشكل كريات تسمى حبوب الجعه. وهي تستخدم لتغذية المواشي. يمكن استخدام
الايثانول العضوي في المحركات، وهو على حاله او بمزجه مع البنزين. ولكنها
غير قابلة للاستعمال في محركات المازوت. فقد تم تطوير وقود عضوي اخر
لاستخدامه في مصانع المازوت.
يمتاز هذا الوقود المصنوع من اللفت او زيت دوار الشمس بمواصفات مشابهة
للمازوت الذي يستعمل في محركات الديزيل. الوقود العضوي لا يحد من مفعول
محركات السيارات عموما. ولكنه على خلاف الوقود التقليدي فهو لا يؤثر سلبا
على احوال البيئه. غالبية الغازات السامة تصدر عن عدم الاحتراق الكامل
للبنزين او المازوت. الوقود العضوي يتخطى هذه العقبات. فامتلاك ذراته لمزيد
من الاكسجين، يضمن احتراقه كاملا. مما يقلل من نسبة الهيدرو كربون الغير
محترق بنسبة ثلاثين بالمئه. احد المبررات الاخرى في صالح الوقود العضوي هو
انه على خلاف الوقود التقليدي لا يؤثر سلبا على التوازن البيئي للكرة
الارضيه.
تزداد سنويا نسبة ثاني اكسيد الكربون المطلقة الى الهواء بخمسة بلايين طن
اكثر من العام السابق. استمرار عملية نمو كميات ثاني اكسيد الكربون على
المدى البعيد سيؤدي الى تسخين الارض الى مستويات لا يمكن تخيلها. عندما
يحترق الوقود المستخرج من النباتات يصدر ثاني اكسيد الكربون ايضا. ولكنها
لا تزيد من مستوى ثاني اكسيد الكربون في الهواء. ذلك لان احتراق الوقود
العضوي يؤدي ببساطة الى اعادة تحريك ثاني اكسيد الكربون الموجود اصلا في
الجوعلى شكل بيو ماس. من هذه الناحيه لا يرفع الوقود العضوي من مستويات
ثاني اكسيد الكربون في الهواء. كما انها لا تصدر غازات ملوثه كالرصاص
والنترات والسولفير. الا ان للوقود العضوي عيوبه، فهو يصدر عند احتراقه
غازالديهايدس، وهو مركب من مشتقات الايثانول. الا ان هذه المركبات لا تترك
اثارا سلبية على احوال البيئه. ولكنها في المستويات العليا يمكن ان تترك
رائحة كريهه. هذه هي حقيقة المازوت المشتق من وقود النباتات. فهو يترك
رائحة شحم مطبوخ. لهذا فهو يستخدم كوقود للجرارات الزراعية بدل السيارات في
المدن.
الخــــاتمة:
اهتمامنا بالبيئة النظيفة تدفعنا للبحث عن مصادر اخرى بديلة للطاقه اقل
تلويثا للبيئه. الطاقة بشكلها السائل هي اسهل لنقلها وتخزينها. مما يجعل
الوقود الاخضر مصدرا واعدا لانتاج الطاقة البديله. حل مشكلة الطاقة لدينا
يكمن في تعدد مصادر الطاقة وتمويلها. لذا يجدر بنا ان ننشر طواحين الهواء
ومحطات الطاقة الشمسيه، بقدر ما تنتشر محطات البنزين.
المصــــادر والمراجع:
1- الموسوعة الحرة ويكبيديا
2- جغرافيا العرب.
الفهــرس
المقدمة............ 1
طاقة............ 1
تحول الطاقة........... 2
أنواع الطاقة ...............3
مصادر الطاقة الطبيعية.. 5
أنواع أخرى للطاقة...... 7
وحدات الطاقة...... 8
مصادر الطاقة....... 12
مصادر الطاقة التقليدية. 14
الغاز الطبيعي .... 16
الخاتمة............ 21
المصادر والمراجع... 21
..................................
لاتحروني ومن ردودكم
اختكم ::عيمية وكلي فخر ::
