انرژی تجدیدپذیر و انرژی تجدیدناپذیر

در این مقاله با  انرژی تجدیدپذیر و انرژی تجدید ناپذیر، منابع، مزایا، معایب و چالش های موجود آشنا خواهیم شد.

انرژی تجدیدپذیر چیست

انرژی تجدید پذیر به آن دسته از منابع انرژی گفته می‌شود که در مقایسه با منابع فسیلی، به سرعت جایگزین می‌شوند و تاثیرات مخرب کمتری بر محیط زیست دارند. این منابع به دلیل قابلیت تجدید شدن به مرور زمان، به عنوان راه‌حلی پایدار برای تامین انرژی مورد نیاز جهان شناخته می‌شوند.

منابع انرژی تجدیدپذیر فراوان و در اطراف ما هستند.

انرژی تجدید ناپذیر

انرژی تجدید ناپذیر به منابع انرژی اطلاق می‌شود که نمی‌توانند به سرعت تجدید شوند یا به عبارت دیگر، منابعی هستند که با مصرف شدن، دیگر در دسترس نخواهند بود. این منابع شامل سوخت‌های فسیلی مانند نفت، گاز طبیعی و زغال سنگ و همچنین مواد معدنی مانند اورانیوم (برای تولید انرژی هسته‌ای) می‌شوند.
گاهی در متون به منابع انرژی تجدیدپذیر و تجدیدناپذیر، اصطلاحاً منابع نوپذیر و ناپذیر نیز گفته می‌شود؛ هرچند واژه‌های علمی و دقیق، همان تجدیدپذیر و تجدیدناپذیر هستند.

تفاوت منابع انرژی تجدید پذیر با انرژی تجدید ناپذیر

منابع تجدیدپذیر و تجدیدناپذیر منابع انرژی هستند که جامعه بشری برای عملکرد روزانه از آنها استفاده می کند. تفاوت بین این دو نوع منبع در این است که منابع تجدیدپذیر به طور طبیعی می توانند خود را دوباره بازیابی کنند در حالی که منابع تجدید ناپذیر نمی توانند. این بدان معنی است که منابع تجدید ناپذیر در عرضه، محدود هستند و نمی توان از آنها به طور پایدار استفاده کرد.

انتقال از سوخت‌های فسیلی، که در حال حاضر سهم اصلی انتشار گازهای گلخانه‌ای را به خود اختصاص می‌دهند، به انرژی‌های تجدیدپذیر برای مقابله با بحران آب‌وهوایی کلیدی است.

انرژی های تجدیدپذیر اکنون در بیشتر کشورها ارزان تر هستند و سه برابر بیشتر از سوخت های فسیلی شغل ایجاد می کنند. در ادامه، چند نوع انرژی تجدید پذیر و ویژگی‌های آن‌ها را بررسی می‌کنیم:

منابع انرژی تجدیدپذیر

انرژی خورشیدی

• • توضیحات: انرژی خورشیدی از تابش نور خورشید به دست می‌آید. این انرژی را می‌توان به دو روش اصلی استفاده کرد: فتوولتائیک (برای تولید برق) و حرارتی (برای تولید گرما).
  • ویژگی‌ها: بدون آلودگی، در دسترس در بیشتر مناطق جهان، مناسب برای تولید برق در مقیاس خانگی و صنعتی.

انرژی خورشیدی فراوان‌ترین منبع انرژی است و حتی در هوای ابری نیز قابل استفاده است. سرعت جذب انرژی خورشیدی توسط زمین حدود 10000 برابر بیشتر از مصرف انرژی بشر است.

فن‌آوری‌های خورشیدی می‌توانند گرما، سرمایش، روشنایی، الکتریسیته و سوخت را تأمین کنند. این فن‌آوری‌ها نور خورشید را از طریق پنل‌های فتوولتائیک یا آینه‌های متمرکز کننده به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند.

با اینکه دسترسی کشورها به انرژی خورشیدی متفاوت است، انرژی خورشیدی می‌تواند سهم قابل توجهی در ترکیب انرژی کشورها داشته باشد. هزینه تولید پنل‌های خورشیدی به شدت کاهش یافته و آنها را به یکی از مقرون به صرفه‌ترین انواع برق تبدیل کرده است. پنل‌های خورشیدی تقریباً 30 سال عمر می‌کنند و در سایه‌های مختلفی موجود هستند.

انرژی بادی

• • توضیحات: انرژی بادی از جریان هوا برای چرخاندن توربین‌های بادی و تولید برق استفاده می‌کند.
  • ویژگی‌ها: بدون انتشار گازهای گلخانه‌ای، مناسب برای مناطق بادخیز، قابلیت نصب در خشکی و دریا.

انرژی باد با استفاده از توربین‌های بادی بزرگ که در خشکی یا دریا قرار دارند، انرژی جنبشی هوای متحرک را مهار می‌کند. این فناوری برای هزاران سال استفاده شده، اما در سال‌های اخیر با توربین‌های بلندتر و قطر روتور بزرگ‌تر تکامل یافته است.

با اینکه سرعت باد بسته به مکان متفاوت است، پتانسیل جهان برای استفاده از انرژی بادی بیشتر از تولید برق جهانی است. بسیاری از نقاط دارای سرعت باد قوی هستند، اما بهترین مکان‌ها گاهی اوقات دورافتاده‌اند.

یکی از کاربردهای مهم انرژی‌های تجدیدپذیر، تولید هیدروژن سبز از طریق الکترولیز آب است.
در این فرآیند، انرژی الکتریکی حاصل از منابعی مانند خورشید یا باد برای تجزیه آب به هیدروژن و اکسیژن استفاده می‌شود، که منجر به تولید سوختی پاک و بدون انتشار کربن می‌گردد.

انرژی آبی (هیدروالکتریک)

• • توضیحات: انرژی آبی از جریان آب در سدها و رودخانه‌ها برای چرخاندن توربین‌ها و تولید برق استفاده می‌کند.
  • ویژگی‌ها: منابع پایدار، تولید برق قابل اطمینان، اما ممکن است اثرات زیست‌محیطی بر اکوسیستم‌های آبی داشته باشد.

انرژی آبی (هیدروالکتریک) از حرکت آب برای تولید برق استفاده می‌کند. این نوع انرژی با بهره‌برداری از نیروی گرانش زمین، جریان آب از ارتفاعات بالاتر به پایین‌تر را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند.

انواع نیروگاه‌های هیدروالکتریک:

• نیروگاه‌های آبی مخزنی:

این نوع نیروگاه‌ها به آب ذخیره شده در مخازن متکی هستند. آب از مخزن به سمت پایین حرکت کرده و از توربین‌ها عبور می‌کند که باعث چرخش توربین و تولید برق می‌شود.

• نیروگاه‌های آبی جریان رودخانه‌ای

این نیروگاه‌ها به جریان طبیعی رودخانه‌ها متکی هستند. نیازی به مخزن بزرگ ندارند و آب به طور مستقیم از رودخانه به توربین‌ها هدایت می‌شود. مخازن نیروگاه‌های آبی می‌توانند علاوه بر تولید برق، برای تامین آب آشامیدنی، آبیاری و کنترل سیل و خشکسالی نیز استفاده شوند.

معایب انرژی آبی

• تاثیرات زیست محیطی:

ساخت و بهره‌برداری از نیروگاه‌های هیدروالکتریک می‌تواند بر اکوسیستم‌ها و حیات وحش تاثیر منفی بگذارد.

• وابستگی به الگوهای بارندگی:

تولید برق در نیروگاه‌های آبی وابسته به میزان بارندگی است و خشکسالی می‌تواند تولید برق را تحت تاثیر قرار دهد.

• هزینه‌های اولیه بالا:

ساخت زیرساخت‌های مورد نیاز برای نیروگاه‌های هیدروالکتریک نیاز به سرمایه‌گذاری اولیه بالایی دارد.

انرژی زمین گرمایی (ژئوترمال)

• • توضیحات: این انرژی از گرمای موجود در زیر سطح زمین برای تولید برق و گرمایش استفاده می‌شود.
  • ویژگی‌ها: منبع پایدار و قابل اعتماد، مناسب برای مناطق دارای فعالیت‌های زمین‌گرمایی، هزینه‌های عملیاتی کم.

انرژی زمین گرمایی از حرارت داخل زمین بهره‌برداری می‌کند. این حرارت از تجزیه رادیواکتیو عناصر در هسته زمین ناشی می‌شود و به شکل گرمایی در لایه‌های مختلف زمین تجمع می‌یابد.

انرژی زمین گرمایی از مخازن زمین گرمایی با استفاده از چاه‌ها یا وسایل دیگر استخراج می‌شود.

مخازن زمین گرمایی به دو دسته تقسیم می‌شوند:

1. مخازن گرمابی (Hydrothermal): این مخازن به طور طبیعی به اندازه کافی گرم و قابل نفوذ هستند و می‌توان حرارت آن‌ها را مستقیماً استخراج کرد.
2. سیستم‌های زمین گرمایی تقویت شده (Enhanced Geothermal Systems – EGS): این مخازن به طور طبیعی گرم هستند اما نیاز به تحریک هیدرولیکی دارند تا نفوذپذیری آن‌ها افزایش یابد و حرارت قابل استخراج باشد.

انرژی زیست‌توده (بیومس)

• • توضیحات: انرژی زیست‌توده از مواد آلی مانند چوب، فضولات حیوانی، و پسماندهای کشاورزی برای تولید برق، گرما و سوخت‌های زیستی استفاده می‌کند.
  • ویژگی‌ها: کاهش زباله‌ها، قابلیت تولید انرژی از پسماندها، نیاز به مدیریت صحیح منابع.

انرژی زیستی از زیست‌توده‌ای مانند چوب، زغال سنگ، سرگین و کودها برای تولید گرما، نیرو و سوخت‌های زیستی مایع تولید می‌شود. بیشتر زیست‌توده در مناطق روستایی برای پخت‌وپز، روشنایی و گرمایش فضا استفاده می‌شود. سیستم‌های مدرن زیست‌توده شامل محصولات زراعی، بقایای کشاورزی، جنگل‌داری و زباله‌های آلی هستند.

سوزاندن زیست‌توده باعث انتشار گازهای گلخانه‌ای می‌شود، اما کمتر از سوخت‌های فسیلی. با این حال، باید با دقت و محدودیت استفاده شود تا از اثرات منفی زیست‌محیطی مانند جنگل‌زدایی و تغییر کاربری زمین جلوگیری شود.

انرژی امواج و جزر و مد

• • توضیحات: این انرژی از حرکات طبیعی آب دریا (امواج و جزر و مد) برای تولید برق استفاده می‌کند.
  • ویژگی‌ها: منبع پایدار، مناسب برای مناطق ساحلی، اما نیاز به فناوری‌های پیشرفته برای بهره‌برداری موثر دارد.

انرژی اقیانوس از فناوری‌هایی استفاده می‌کند که انرژی جنبشی و حرارتی آب دریا مانند امواج و جریان‌ها را به برق یا گرما تبدیل می‌کنند. این سیستم‌ها هنوز در مراحل اولیه توسعه هستند و نمونه‌های اولیه دستگاه‌های موج و جریان جزر و مدی در حال بررسی‌اند. پتانسیل نظری انرژی اقیانوس بیش از نیازهای فعلی انرژی انسان است.

مزایای انرژی تجدید پذیر

• دوستدار محیط زیست: کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و آلاینده‌ها.
• پایدار و قابل تجدید: منابعی هستند که تمام نمی‌شوند و می‌توانند به طور مداوم جایگزین شوند.
• کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی: کمک به امنیت انرژی و کاهش وابستگی به منابع ناپایدار.
• تنوع منابع انرژی: فراهم کردن تنوع در منابع انرژی و کاهش ریسک‌های اقتصادی مرتبط با قیمت‌های ناپایدار سوخت‌های فسیلی.

چالش‌ها و محدودیت‌ها

• هزینه‌های اولیه: نصب و راه‌اندازی اولیه ممکن است هزینه‌بر باشد.
• نیاز به فناوری‌های پیشرفته: بهره‌برداری موثر از برخی منابع تجدیدپذیر نیاز به تکنولوژی‌های پیشرفته دارد.
• وابستگی به شرایط محیطی: برخی از منابع مانند خورشید و باد وابسته به شرایط جوی هستند و در همه مناطق قابل بهره‌برداری نیستند.

با این حال انرژی‌های تجدیدپذیر با توجه به مزایای زیست‌محیطی و پایداری که دارند، به عنوان یکی از راه‌حل‌های کلیدی برای مقابله با تغییرات اقلیمی و تامین نیازهای انرژی جهانی در آینده شناخته می‌شوند.

منابع انرژی تجدید ناپذیر

• نفت: یکی از مهم‌ترین و پرکاربردترین منابع انرژی در جهان که برای تولید برق، سوخت خودروها و تولید محصولات پتروشیمی استفاده می‌شود.

• گاز طبیعی:منبع مهم دیگری که برای تولید برق، گرمایش منازل و صنایع و همچنین به عنوان سوخت در خودروهای گازسوز استفاده می‌شود.

• زغال سنگ: یکی از قدیمی‌ترین منابع انرژی که برای تولید برق و همچنین در برخی صنایع مانند تولید فولاد استفاده می‌شود.
• انرژی هسته‌ای: از اورانیوم و پلوتونیوم برای تولید برق در نیروگاه‌های هسته‌ای استفاده می‌شود. این منابع معدنی با استخراج از زمین به دست می‌آیند و پس از استفاده، نمی‌توانند دوباره به همان شکل اولیه بازگردند.

بیشتر منابع انرژی تجدید ناپذیر، سوخت‌های فسیلی مانند زغال سنگ، نفت و گاز طبیعی هستند. این سوخت‌ها طی دوره کربونیفر (360 تا 300 میلیون سال پیش) تشکیل شدند. گیاهان و موجودات زنده قدیمی در تالاب‌های باستانی رشد کردند و پس از مرگ، در زیر بستر دریا مدفون شدند. با گذشت زمان و تحت فشار و گرما، این بقایا به سوخت‌های فسیلی تبدیل شدند. امروزه، مخازن زیرزمینی عظیمی از این منابع انرژی در سراسر جهان وجود دارد.

موارد فوق تنها مروری اجمالی بر منابع تجدیدناپذیر هستند. در ادامه، به تفصیل به بررسی ویژگی‌ها، مزایا و معایب هر یک، به‌ویژه انرژی هسته‌ای پرداخته خواهد شد.

زغال سنگ

زغال سنگ یک نوع سنگ سیاه یا قهوه‌ای است که برای تولید انرژی مورد استفاده قرار می‌گیرد. رتبه‌بندی آن بر اساس میزان کربنیزاسیون صورت می‌گیرد و دو روش استخراج زیرزمینی و سطحی برای برداشت آن وجود دارد. زغال سنگ به عنوان منبع اصلی برای تولید برق در جهان به‌کار می‌رود و از محصولات جانبی آن برای صنایع مختلف استفاده می‌شود.

مزایا و معایب

زغال سنگ یک منبع قابل اعتماد برای تأمین انرژی است، اما استفاده از آن نیز با مشکلاتی همراه است.

کار در معدن زغال سنگ یکی از خطرناک‌ترین حرفه‌ها است که کارگران آن با خطراتی نظیر گرد و غبار سمی، خطرات غارها و انفجارات مواجه هستند. همچنین سوختن زغال سنگ باعث ورود گازهای سمی و آلاینده‌های زیادی به جو می‌شود و استخراج آن ممکن است باعث فروریختن زمین و ایجاد آتش‌سوزی‌های زیرزمینی شود.

نفت

نفت یک سوخت فسیلی مایع است که توسط سنگ‌های زیرزمینی به دام افتاده است. حباب‌های نفت در برخی نقاط مستقیماً از زمین بالا می‌آیند. بیشتر نفت جهان در اعماق زمین قرار دارد و برای دسترسی به آن، زمین را حفاری می‌کنیم، برخی از ذخایر در خشکی و برخی دیگر در زیر کف اقیانوس قرار دارند.

شرکت‌های نفتی با دکل‌های حفاری می‌توانند به صورت طولانی مدت نفت استخراج کنند. در زیر کف اقیانوس، سکوهای نفتی برای حفاری استفاده می‌شوند که از بزرگترین سازه‌های مصنوعی جهان هستند. پس از حفاری، نفت باید تصفیه شود تا از مواد شیمیایی زیاد آن پاک شود.

حدود نیمی از نفت جهان به بنزین تبدیل می‌شود و مابقی  به محصولات دیگری مانند لاک ناخن،یا محصولات جامد مانند لوله های آب، کفش، مداد رنگی و هزاران مورد دیگر تبدیل می شود.

مزایا و معایب

حفاری برای نفت مزایایی دارد اما همچنین با مشکلاتی همراه است. این فرآیند به عنوان یک منبع قابل اعتماد و پول‌ساز برای جوامع محلی شناخته می‌شود. نفت به عنوان یک منبع انرژی قابل حمل مانند بنزین، امکان رانندگی را برای ما فراهم می‌کند و جزء مواد اولیه بسیاری از محصولاتی که به آنها وابسته‌ایم، محسوب می‌شود.

اما سوختن بنزین باعث آلودگی هوا و آزاد شدن گازها و دودهای خطرناکی می‌شود. همچنین نشت نفت نیز می‌تواند به بلایای زیست محیطی منجر شود، به ویژه نشت‌هایی که در دریاها رخ می‌دهد باعث تلف شدن پرندگان و آلودگی آب می‌شود.

گاز طبیعی

گاز طبیعی منبع انرژی پراکنده‌ای است که از مخازن زیرزمینی با میلیون‌ها، میلیاردها یا حتی تریلیون‌ها مترمکعب می‌آید. این گاز اصلی‌ترین ترکیب آن متان است و بویی شبیه به تخم مرغ فاسد دارد، که گاهاً از دفن زباله‌ها نیز آزاد می‌شود.

استخراج گاز طبیعی به وسیله حفاری مستقیم یا از طریق فرآیند شکستگی هیدرولیک صورت می‌گیرد.در این فرآیند از آب پرفشار برای شکافتن سنگ‌های زیرزمینی استفاده می‌شود و گاز طبیعی به دام افتاده در سازندهای سنگی آزاد می شود.

ما از گاز طبیعی برای گرم کردن و پخت و پز و برای تولید برق استفاده میکنیم. همچنین این گاز می تواند به شکل مایع تبدیل شود که به آن گاز طبیعی مایع ( LNG ) می گویند. LNG بسیار تمیزتر از هر سوخت فسیلی دیگری است.

مزایا و معایب

استخراج گاز طبیعی ارزان‌تر از نفت و زغال سنگ است و سوخت فسیلی پاک‌تری است زیرا هنگام سوختن فقط دی‌اکسید کربن و بخار آب را آزاد می‌کند.

با این حال، استخراج آن می‌تواند منجر به مشکلات زیست محیطی شود، از جمله ایجاد زلزله‌های کوچک به دلیل شکستگی‌های سنگ، نشت آب پرفشار و مواد شیمیایی به منابع آب، که می‌تواند آن‌ها را آلوده و نا امن کند.

انرژی هسته ای

انرژی هسته‌ای از طریق شکافت هسته‌ای اتم‌ها به دست می‌آید و در نیروگاه‌ها برای تولید برق استفاده می‌شود. این فناوری باعث می‌شود حجم زیادی انرژی با انتشار بسیار کم گازهای گلخانه‌ای تولید شود.

اما پرسش مهم این است که آیا انرژی هسته‌ای یک منبع تجدیدپذیر محسوب می‌شود یا خیر؟
در نگاه اول ممکن است به دلیل تولید مداوم برق و عدم وابستگی مستقیم به شرایط آب‌وهوایی، آن را در دسته انرژی‌های پایدار قرار داد. با این حال، سوخت اصلی نیروگاه‌های هسته‌ای یعنی اورانیوم-۲۳۵ یک منبع تجدیدناپذیر است، زیرا ذخایر آن در زمین محدود بوده و پس از استخراج و مصرف، قابل جایگزینی در مقیاس انسانی نیست. بنابراین، انرژی هسته‌ای در دسته انرژی‌های تجدیدناپذیر قرار می‌گیرد.

مزایای انرژی هسته‌ای نسبت به دیگر منابع

• تولید برق پایدار و بدون وابستگی به شرایط آب‌وهوایی (برخلاف انرژی خورشیدی یا بادی).

• تولید مقدار زیادی انرژی از حجم بسیار کم سوخت.

• انتشار بسیار اندک گازهای گلخانه‌ای در مقایسه با سوخت‌های فسیلی.

• امکان تأمین نیاز انرژی در مقیاس‌های بزرگ (مانند صنایع سنگین یا شهرهای پرجمعیت).

چالش‌های انرژی هسته ای

• استخراج و فرآوری اورانیوم به منابع طبیعی وابسته است و محدودیت ذخایر آن باعث می‌شود تجدیدپذیر نباشد.

• مدیریت پسماندهای رادیواکتیو دشوار است و خطرات زیست‌محیطی و بهداشتی به همراه دارد.

• ریسک حوادث هسته‌ای (مانند چرنوبیل و فوکوشیما) همواره به‌عنوان تهدیدی جدی مطرح است.

انرژی هسته‌ای با وجود مزایای فراوان مانند تولید برق پاک، پایدار و پرقدرت، یک انرژی تجدیدپذیر محسوب نمی‌شود، زیرا منبع اصلی آن یعنی اورانیوم، محدود و غیرقابل جایگزینی است. با این حال، در میان انرژی‌های تجدیدناپذیر، انرژی هسته‌ای یکی از پاک‌ترین و کارآمدترین گزینه‌ها برای کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی و مقابله با تغییرات اقلیمی به شمار می‌آید.

انرژی زیست توده

انرژی زیست توده، یک منبع انرژی تجدیدپذیر، می تواند یک منبع انرژی تجدید ناپذیر نیز باشد.

انرژی زیست توده از انرژی موجود در گیاهان استفاده می کند. انرژی زیست توده به مواد اولیه زیست توده متکی است – گیاهانی که برای تولید برق پردازش و سوزانده می شوند. مواد اولیه زیست توده می تواند شامل محصولات زراعی مانند ذرت یا سویا و همچنین چوب باشد. اگر مردم مواد اولیه زیست توده را به همان سرعتی که از آنها استفاده می کنند دوباره کاشت نکنند، انرژی زیست توده به یک منبع انرژی تجدید ناپذیر تبدیل می شود.

مزایا و معایب انرژی تجدید ناپذیر

مزایا:

• تولید انرژی پایدار: این منابع توانایی تولید انرژی پایدار و مداوم را دارند که برای زیرساخت‌های انرژی بسیار مهم است.
• قابلیت حمل و نقل و ذخیره‌سازی: سوخت‌های فسیلی به راحتی قابل حمل و ذخیره‌سازی هستند که این ویژگی در برخی مواقع بسیار حیاتی است.

مشکلات و چالش‌ها:

• آلودگی محیط زیست: استفاده از سوخت‌های فسیلی منجر به تولید گازهای گلخانه‌ای مانند دی‌اکسید کربن (CO2) می‌شود که به تغییرات اقلیمی و گرمایش جهانی منجر می‌گردد.
• منابع محدود: این منابع در مقایسه با سرعت مصرفشان به آهستگی تجدید می‌شوند و در نهایت روزی به پایان خواهند رسید.
• استخراج و بهره‌برداری: استخراج این منابع می‌تواند منجر به آسیب‌های زیست محیطی و خطرات ایمنی شود.
• پسماند هسته‌ای: مدیریت و دفع پسماندهای رادیواکتیو یکی از چالش‌های بزرگ انرژی هسته‌ای است.

متأسفانه، جامعه بشری – در حال حاضر – به منابع تجدید ناپذیر به عنوان منبع اصلی انرژی خود وابسته است. تقریباً 80 درصد از کل انرژی مورد استفاده سالانه در سطح جهان از سوخت های فسیلی تأمین می شود

نتیجه‌گیری:

با وجود اینکه انرژی‌های تجدید ناپذیر نقش بسیار مهمی در تامین انرژی جهان دارند، ولی به دلیل محدودیت منابع و مشکلات زیست‌محیطی، استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر و تکنولوژی‌های نوین برای کاهش وابستگی به این منابع ضرورت دارد.

منابع:

منبع یک

منبع دو

منبع سه

منبع چهار