انرژی‌های نو، با ابر و باد و مه و خورشید

از همین رو، با ارج نهادن به دیدگاه‌های اندیشمندان و صاحب‌نظران عرصه محیط‌زیست تلاش می‌کنند از تخریب محیط‌زیست جلوگیری کنند. یکی از راهکارهای اساسی برای حفاظت محیط‌زیست استفاده از انرژی‌های نو است؛ راهکاری که می‌تواند افزون بر کاهش گازهای گلخانه‌ای، آسمانی آبی به‌دور از آلودگی را برای شهروندان به ارمغان آورد. آنچه در پی می‌آید مقاله‌ای است در همین زمینه که طی آن، انرژی‌های نو و روند شتابناک استحصال از آن در جهان از زوایای مختلف بررسی و تبیین شده است، با این امید که مسئولان کشور ما نیز پیش از آنکه دیر شود استفاده از این انرژی‌ها را به‌طور جدی در دستور کار قرار دهند.

بهره‌گیری از نیروی باد در دریاها

به تازگی برای افزایش ظرفیت تولید انرژی برق از نیروی باد، طراحی و اجرای طرح‌های موسوم به باد آب با استقرار آسیاب‌های بادی غول پیکر در فواصل دور از سواحل دریاها و اقیانوس‌ها روی سکوهای شناور و یا دکل‌های مهار شده در قعر دریاها توجه کارشناسان و مهندسان را به‌خود جلب کرده است.

توفیق در دستیابی به انرژی برق بادی در گروی وجود باد‌های تند و تداوم وزش باد‌هاست، به شرط آنکه در نزدیکی مناطق مسکونی نبوده و اعتراض ساکنین مجتمع‌های مسکونی از مشاهده دکل‌ آسیاب‌های بادی را در پی نداشته باشد. پژوهشگران نروژی بر این باورند که هر دو منظور بالا با استقرار نیروگاه‌های بادی در دل دریاها و دور از سواحل دست‌یافتنی است.

در حال حاضر تولید برق بادی در جهان حدود 94گیگاوات است که انتظار می‌رود در سال 2050 به حدود 2000 گیگاوات یا بیش از بیست برابر افزایش یابد. براساس بررسی‌های وزارت کشور آمریکا، سواحل غرب این کشور در اقیانوس آرام، توان تولید 900گیگاوات برق بادی در سال را دارد که متأسفانه به سبب ژرفای زیاد دریا، استقرار دکل‌های خیلی بلند تا‌کنون ممکن نشده است. اما طرح آزمایشی دور از سواحل نروژ می‌تواند به رویای نصب دکل‌ها در هر ژرفایی کمک کند.

هدف از اجرای طرح باد آب (HyWind)، نصب بزرگ‌ترین توربین‌های تولید برقابی در ژرف‌ترین نقاط دور از سواحل دریاها و اقیانوس‌هاست که برای این پژوهش توربین‌های 2300واتی به‌وزن 152 تن به‌کار برده می‌شود. والتر موزیال، Walter Musial مهندس ارشد انرژی تجدید‌شونده دریایی در آزمایشگاه ملی وزارت انرژی ایالات متحده آمریکا می‌گوید باد آب تکنولوژی کاملاً جدیدی شناخته می‌شود که در آن توربین‌های بادی به بلندی 64 متر بالاتر از سطح دریا، روی سکوی شناور یا بر یک لوله فلزی نصب می‌شود. مبدع این تکنولوژی، شرکت نروژی استات اویل هیدرو (StatoilHydro) است که زیر مجموعه بزرگ‌ترین شرکت نفت و گاز اسکاندیناوی است.

داخل لوله فلزی پایه دریایی با سنگ‌های شکسته پر و لوله مذکور به‌وسیله 3کابل قوی در ژرفای 100 متری به کف دریا مهار می‌شود تا سبب پایداری سکو شده و توربین را در برابر تکان‌های شدید ناشی از امواج حفاظت کند. پایداری باد آب در زمستان‌های خیلی سرد دریای اسکاندیناوی و تلاطم شدید جوی نشان خواهد داد که هر نقطه ژرف دریا‌ها می‌تواند محل مناسبی برای تولید برق بادی باشد. اگر همه چیز وفق مراد پیش رود، نیروگاه بادی طرح آزمایشی مذکور در فاصله 10کیلومتری ساحل نروژ در ماه سپتامبر به تولید آزمایشی برق خواهد پرداخت.

برای تولید تجارتی برق بادی در سطح دریاها، توربین‌ها باید خیلی بزرگ‌تر از توربین‌های آزمایشی نروژی باشد، اما نصب توربین‌های خیلی بزرگ دربالای دکل‌های بلند شناور واقع در میان اقیانوس‌ها و دریاها خود کار بسیار دشواری به‌نظر می‌رسد. برای ساخت و نصب توربین‌های بزرگ‌تر و سنگین تر، باید گرانیگاه آنها پایین‌تر ‌آید تا به سطح آب اقیانوس نزدیک‌تر شود. شرکت استات‌اویل هیدرو برای این منظور طرحی در دست تهیه دارد که توربین به کمک جعبه‌دنده در سطح اقیانوس نصب می‌شود تا با تغییر محل گرانیگاه آن لزومی به نصب توربین در ارتفاع بالا و پشت تیغه‌های باد گردان نباشد.

پروژه باد آب در حال حاضر در مرحله آزمایش و پژوهش است ولی چنین به‌نظر می‌آید که هزینه ایجاد نیروگاه بادی شناور در آب‌های ژرف اقیانوس‌ها سرسام‌آور باشد. از طرفی بادهای اقیانوسی ضمن یکنواختی و تداوم وزش، از بادهای نزدیک سواحل قوی‌تر هستند و به آسانی نمی‌توان از این منبع انرژی پایان‌ناپذیر صرف‌نظر کرد. حسن دیگر نیروگاه‌های بادی آب‌های ژرف، دور ازنظر بودن آنهاست و هر آینه روزی این فناوری موفق شود، فرصت‌های زیادی برای تولید برق بدون کربن و آلودگی در سطح سیاره زمین فراهم خواهد شد.

در کنار پیشرفت فناوری نیروگاه‌های بادی پر قدرت و با ظرفیت‌های بالا، نیروگاه‌های بادی خانگی هم آماده ورود به بازار شده است. این نیروگاه‌ها با ظرفیت تولید 1200 وات و تولید سالانه 2000 کیلووات ساعت می‌توانند برق مصرفی منازل و مشاغل کوچک را فراهم کنند. برخلاف نیروگاه‌های بادی بزرگ که با ارتفاع بلند ساخته می‌شوند و پره‌های آنها مانند ملخ هواپیما است، این نیروگاه‌های خانگی به بلندی حداکثر 10 متر است که قسمت دوار آن به‌شکل منار مخروطی است که با بادهای کم سرعت دوران می‌کند.

تولید برقابی

 سهم تولید برقابی در جهان به شیوه متداول از سدهای بلند و مخزنی در سال 2004 حدود 4/16 درصد کل تولید برق جهان گزارش شده، بقیه منابع تولید برق جهانی عبارتند از: 8/15 در صد برق اتمی، 8/65 درصد برق فسیلی و 2درصد برق‌های زیست‌شناختی (بیولوژیکی)، زمین گرمایی و خورشیدی. تنها راه ممکن برای افزایش تولید برقابی بدون احداث سدهای بیشتر که سبب بروز عوارض و خسارات زیاد زیست‌محیطی در بالا دست و پایین دست سدها می‌شود، بهره‌گیری از روش‌های غیرمتداول انرژی پتانسیل آب است، مانند حرکت امواج، انرژی جنبشی جریان آب رودخانه و انرژی جزر و مد.

در پایین‌دست یک سد برقابی در هاستینگ (Hasting) ایالت مینه سوتای آمریکا، آینده نیروی برقابی در حال شکل‌گیری است. انرژی تولید شده هیدروالکتریک یا برقابی نیست بلکه آب جنبش (Hydrokinetic) خوانده می‌شود که از حرکت جریان آزاد آب گرفته شده است.
 نیروگاه آزمایشی انرژی آبی سبز نخستین طرح برقاب جنبش آمریکاست که گواهی دولت فدرال را تحصیل کرده و در سرمای شدید زیر صفر نصب و در ژانویه 2009 به‌راه افتاد. جریان تند خروجی یک نیروگاه برقابی سبب دوران پروانه سه تیغه 6/3 متری موسوم به توربین آب جنبش شده و برق تولید می‌کند.

فناوری برقابی سبز، شبیه توربین‌های تولید برق از جزر‌و‌مد در اروپاست که متناسب با حرکت یکطرفه جریان آب بهینه‌سازی‌ شده است (در نیروگاه‌های برقی جزرومد آب توربین‌ها در دو جهت ورودی و خروجی عمل می‌کند). از فناوری برقاب جنبش فقط در رودخانه‌های با جریان آزاد و کافی می‌توان استفاده کرد.

در تولید انبوه، توربین‌ها باید سری ساماندهی شوند تا از طریق ارتباط آنها با تاسیسات برقی سدهای برقابی اتصال آنها به شبکه سراسری برق ناحیه‌ای تسهیل شود. کارشناسان آمریکایی ادعا کرده‌اند فناوری برقاب جنبش از فناوری برق بادی ارزان‌تر تمام می‌شود( 4 تا 7 سنت برای هر کیلووات ساعت در برابر 10 سنت در کیلووات ساعت برق بادی).

در حال حاضر، هدف تولید 100 کیلووات برای تامین مصارف 40 خانه است، اما پرسش موجود این است که جمعیت آبزیان رودخانه با حضور توربین بدون کربن در مسیر جریان آب رودخانه سازگاری خواهد داشت یا خیر.

 سوخت زیست‌شناختی (بیولوژیک)

 پژوهشگران در تبدیل خزه‌ها و جلبک‌های دریایی به سوخت بیولوژیکی و استفاده از متیل (ریشه هیدروکربن یک ظرفیتی) برای تبدیل گازکربنیک به متان از مؤلفه‌های گاز طبیعی به توفیق چشمگیری دست یافته‌اند.

اگر چه اتانول پر مصرف‌ترین انرژی بیولوژیکی امروز شناخته شده، ولی به زحمت نوشداروی وضع پریشان انرژی تلقی می‌شود. پژوهشگران در تلاشند تا هر چه بیشتر مواد آلی مانند نیشکر، جلبک، علوفه، فاضلاب و حتی زباله‌های بیمارستانی را برای مقاصد ترابری و تولید برق به انرژی با آلودگی کمتر تبدیل کنند. تولید کنونی انرژی بیولوژیکی حدود 643هزار بشکه در روز است که نیاز سال 2050 حدود 34 میلیون بشکه در روز برآورد شده است.

کانال‌های شهر ونیز ایتالیا یکی از منابع مهم تولید انرژی سبز شناخته شده که می‌تواند قابلیت تولید برق در سطح بازرگانی را هم پیدا کند. یک نیروگاه 6/272 میلیون دلاری در انتظار مجوز تولید برق از مصرف سوخت بیولوژیکی جلبک‌های کانال‌هاست.

برای تامین سوخت نیروگاه، جلبک‌های کانال جمع‌آوری و در یک راکتور بیولوژیکی 26فوتی کشت ( کوددهی با گازکربنیک همان نیروگاه) و خشک شده و بعد از استخراج شیره آن و افزودن مواد قلیا‌یی به سوخت بیولوژیکی تبدیل می‌شود. پیش‌بینی شده این نیروگاه در سال 2011 بتواند 40مگاوات برق (با کمترین آلودگی کربن) تولید کند که بعد از تامین مصارف شهر، بقیه آن در اختیار انواع کشتی‌ها و شناورهای پهلو گرفته در بندر قرار گیرد.

 انرژی خورشیدی

 بشر در رؤیای دستیابی به هزاران گیگاوات انرژی تجدید‌شونده خورشید است. اشاره به انرژی خورشیدی از این به‌بعد به معنای تنها بهره‌گیری از صفحات متداول تبدیل نور خورشید به برق نیست. هم‌اکنون انواع روش‌های گوناگونی که بتواند نور خورشید را به انرژی قابل استفاده تبدیل کند با شتاب، در دست پژوهش، آزمایش و شکوفایی است. در وضع کنونی، تولید برق خورشیدی جهان4/12گیگاوات است که نیاز سال 2050 حدود 2000گیگاوات برآورد شده است.

هنگامی که ستاره‌ای مانند خورشید 85هزار تراوات (هر تراوات برابر یک میلیون مگاوات) انرژی در سال ارزانی سیاره زمین می‌کند، نگرانی در باره کمبود انرژی‌های کم و بی‌کربن جایی ندارد.

در پروژه موسوم به eSolar (نیروگاه حرارتی خورشیدی) که با سرمایه ماشین جست‌وجوگر گوگل به‌راه افتاده، روشی ابداع شده که به‌وسیله آن انرژی خورشیدی متراکم (Concentrating Solar Thermal) می‌شود. در این روش، تشعشعات خورشیدی از طریق آینه‌های بزرگ متمرکز شده و پس از ایجاد حرارت زیاد، برق تولید می‌شود. متصدیان پروژه ادعا می‌کنند که برق تولیدی از حرارت ناشی از تراکم نور خورشید طی یک دهه بتواند ارزان‌تر از برق فسیلی در دسترس مصرف‌کنندگان قرار گیرد. بیل گراس ( Bill Gross) مدیر اجرایی طرح گفته است: این روش تنها روشی است که با آن می‌توان هزاران گیگاوات برق سبز تولید کرد.

نخستین نیروگاه eSolar به ظرفیت 5 مگاوات به‌نام سیرا ( Sierra ) واقع در شمال شرق شهر لوس‌آنجلس، با 24هزار آینه، تابش نور خورشید به 20 جریب زمین را، متوجه دیگ‌های بخار که روی پایه‌های بلند قرار گرفته‌اند می‌کند. این سامانه در کل 850 درجه فارنهایت گرما تولید می‌کند که از بخار حاصله، توربین‌های تولید برق نیروگاه به گردش در می‌آیند.

اندیشه تراکم نور و گرمای خورشید از سال 1980 مطرح شده بود ولی بنا به بی‌توجهی عموم به بوته فراموشی سپرده شد تا اینکه دوباره مورد توجه واقع شده و پروژه تراکم انرژی خورشید از سر گرفته شد.

واحدهای یک مگاواتی نیروگاه‌های تراکم خورشیدی در سال 2006 در نقاط مختلف جهان به‌‌راه‌افتاد و تعداد آنها در سال2007 به یکصد واحد رسید. براساس پیش‌بینی انستیتو زمین ( Earth Policy Institute ) تعداد این نیروگاه‌ها در جهان در هر 16 ماه دو برابر می‌شود و از 457 مگاوات در سال 2007 به 6400 مگاوات در سال 2012 خواهد رسید. حداقل 13 نیروگاه در آمریکا در مراحل پیشرفته طراحی قرار دارند.

این رهیافت، تازه به‌طور قابل توجهی ارزان‌تر تمام می‌شود زیرا بر خلاف رقبای خود که از آینه‌های سهموی ( پارابولیک ) بزرگ و سفارشی که نور خورشید را از همه زوایا جمع می‌کنند، در پروژه eSolar، آینه‌های ساده تخت به‌اندازه صفحه تلویزیون‌های بزرگ به‌کار برده می‌شود. رد‌گیری کامپیوتری در تمام ساعات روز، آینه را در مطلوب‌ترین زاویه جذب نور خورشید قرار می‌دهد. ساخت آینه‌ها بسیار ساده و به‌وسیله 2کارگر در ارتفاع نسبتا بلند نصب می‌شوند. نیروگاه‌های eSolar با آرایش واحدهای 46مگاواتی که هر یک برق 300 خانه را تأمین می‌کند، استاندارد شده‌اند و هر واحد به یک چهارم مایل مربع زمین نیاز دارد.

سیرا (Sierra) یک طرح نمایشی است. اخیرا از طرف سازندگان نیروگاه‌های eSolar، قرارداد ساخت 11 واحد استاندارد 46 مگاواتی برای جنوب شرقی لوس‌آنجلس منعقد و برای ایجاد نیروگاه چند گیگاواتی در هندوستان نیز اعلام آمادگی شده است.

 انرژی فسیلی پاک‌تر

 به‌نظر می‌رسید زمان دستیابی بشر به فناوری جذب گازکربنیک و جلوگیری از انتشار آن در فضا فرا رسیده باشد.نیروگاه دینگی (Dynegy) در ناحیه موس لندینگ (Moss Landing) ایالت کالیفرنیا می‌تواند نخستین نیروگاهی باشد که فناوری تازه جذب کربن را مورد استفاده قرار داده است. اگر قوانین و منشورهای منع انتشار کربن تحقق یابد، مصرف زغال آلوده‌ترین سوخت در میان تمام سوخت‌های فسیلی به‌شدت کاهش پیدا خواهد کرد.

اگر چه گاز طبیعی پاک‌تر است ولی آن‌هم هنگام سوختن عامل انتشار کربن خواهد شد. در هر حال تا ده‌ها سال دیگر مصرف آنها همچنان ادامه خواهد داشت. تولید برق جهان از نیروگاه‌های با سوخت فسیلی در حال حاضر حدود 1460 گیگاوات است که پیش‌بینی می‌شود تا سال 2050 به حدود 3830گیگاوات برسد؛ البته امید می‌رود تا آن زمان همه آنها از نظر انتشار کربن به فناوری تازه جذب کربن مجهز شده باشند.

برآوردها نشان می‌دهد که 35درصد گازکربنیک هوای زمین ناشی از نیروگاه‌های با مصرف زغال و گاز طبیعی و 5درصد دیگر ناشی از تولید 9/2 میلیارد تن سیمان سالانه است. یک شرکت آمریکایی به‌نام کالرا (Calera Corporation) مستقر در دره سیلیکون ایالت کالیفرنیا روشی ابداع کرده که میزان گازکربنیک انتشار یافته کاهش پیدا کند. با این روش تازه گازکربنیک به مصالح ساختمانی قابل استفاده در راه‌سازی‌ و ساختمان‌سازی‌ تبدیل می‌شود.

دود غلیظ دودکش‌های نیروگاه‌ها و کارخانه‌های مصرف‌کننده زغال و گاز طبیعی را با آب دریا مجاور کرده و در این فرایند گازکربنیک و سایر آلاینده‌ها با منیزیم و کلسیم موجود در آب دریا ترکیب شده، سنگ آهک مصنوعی تولید می‌کند که می‌تواند ماده اولیه کارخانه‌های سیمان، تهیه شن و ماسه بتن، آسفالت و سنگ‌های ساختمانی باشد. آب تمیز دریا پس از آنکه کلسیم و منیزیم خود را از دست دادند، دوباره به دریا بر می‌گردد.

اهمیت این نوآوری از اینجا معلوم می‌شود که 5/3 درصد انرژی جهان صرف تولید سیمان می‌شود و 7 درصد گازکربنیک منتشره در فضای زمین ناشی از کارخانه‌های سیمان است زیرا هر یک تن سیمان سبب انتشار یک تن گازکربنیک می‌شود.

 نیروگاه اتمی مطمئن‌تر

تصور کاهش معنی دار گاز کربنیک بدون طراحی راکتورهای اتمی مطمئن‌تر و پاک‌تر تقریبا غیرممکن است زیرا دیگر کسی طرفدار نیروگاه‌های موجود امروز نیست. تولید برق اتمی در حال حاضر حدود 327گیگاوات است که پیش‌بینی می‌شود سال 2050 به حدود 700گیگاوات برسد. در سال 2004 میزان تولید برق اتمی حدود 8/15 در صد کل تولید برق جهان گزارش شده و تنها در آمریکا 21درصد برق آن کشور از انرژی اتمی حاصل می‌شود. در میان تمامی منابع تولید انرژی بدون انتشار کربن، انرژی اتمی تنها منبعی است که در مقیاس‌های بزرگ روی آن پژوهش می‌شود و در عین حال بیش از همه منابع هم سبب نگرانی و ترس مردم جهان شده است.

خاطره تلخ چرنوبیل در شوروی سابق و هراس از دسترسی تروریست‌ها به انرژی هسته‌ای، نگرانی از فعال بودن زباله‌های رادیواکتیو برای ده‌ها هزار سال، همه سبب شده تا پیش از دستیابی به هدف‌های کاهش گازهای گلخانه‌ای، مهندسان در اندیشه ساخت راکتورهای تازه‌ای باشند که خطرات و نگرانی‌های پیش گفته شده در عرصه انفجار هسته‌ای را به میزان قابل توجهی تخفیف دهد.

در کوتاه مدت هنوز می‌توان با نسل سوم راکتورها ادامه داد، ولی برای دهه‌های آینده کارشناسان در پی نسل چهارم و نسل پنجم راکتورها هستند. در راکتورهای نسل سوم که راکتورهای امروزی هستند، اورانیوم غنی شده در آب جذب حرارت کرده و بخار برای دوران توربین‌ها تولید می‌کند. کنسرسیوم میتسوبیشی- وستینگهاوس که طراحی این راکتور را تکمیل کرده و به تصویب انرژی اتمی آمریکا رسانیده‌اند، قرارداد ساخت 6راکتور نسل سوم برای آمریکا و 4راکتور در چین را امضا کرده‌اند. در راکتورهای نسل چهارم گلوله‌های توخالی زغالی به‌اندازه توپ تنیس با کپسول‌های سوخت دی‌اکسید اورانیوم پر می‌شوند و در داخل راکتور قرار می‌گیرند تا راکسیون اتمی آغاز شود.

جریان هلیوم پمپ شده به‌داخل راکتور اطراف گلوله‌ها را فرا گرفته و حرارت تولید شده سبب دوران توربین می‌شود. برای این طرح راکتورهای آزمایشی ساخته و در دست آزمایش قرار گرفته ولی هنوز طرح تجارتی برای آن تهیه نشده است. اما در راکتورهای نسل پنجم که موج متحرک (Traveling Wave)نامیده شده‌اند، اورانیوم غنی شده با رها کردن نوترون‌ها آغازگر فرایند هستند.

آنها پسماند‌های غنی‌سازی‌ شده را به پلوتونیوم تبدیل می‌کند، در حالی که پلوتونیوم هم نوترون‌هایی آزاد می‌کند تا پسماند‌ها را به سوخت مفید تبدیل کند. یک مرکز پژوهشی تمایل دارد تا برای سال 2020 یک راکتور را به بهره‌برداری برساند، اما پاره‌ای کارشناسان بر این باورند که شاید ده‌ها سال دیگر برای تکمیل این پروژه وقت لازم باشد.

 انرژی زمین گرمایی

 کشورهایی که مانند ایسلند از نظر زمین‌شناختی فعال هستند، می‌توانند نیازهای انرژی خود را از این راه تأمین کنند.

در حال حاضر تولید برق زمین گرمایی جهان، حدود 10 گیگاوات است که پیش‌بینی می‌شود در سال 2050 به حدود 700گیگاوات افزایش یابد. بیشترین مخازن انرژی زمین گرمایی در عمق دریاها قرار دارد و در سطح زمین و دریاها نشانه‌ای ندارد، ولی اغلب به سه شکل گوناگون: آتشفشان، چشمه‌های آب گرم و آب‌فشان‌های داغ همراه بخار دیده شده است.

تعداد آب‌فشان‌ها که انرژی زیادی به همراه دارد زیاد نیست و یکی از آنها در 116 کیلومتری شمال شهر سانفرانسیسکو قرار دارد که با استفاده از 350 چاه و 22 نیروگاه حدود 750 مگاوات برق تولید می‌کند.

* احمد آل یاسین، یکی از اندیشمندان وطن‌دوست و متخصص با شهرتی فراملی است که تاکنون کتاب‌های متعددی به زبان‌های فارسی و انگلیسی به قلم وی در حوزه محیط‌زیست و منابع آب به چاپ رسیده است.