آموزش فیزیک

انرژي تجديد شونده هنوز تنها بخش كوچكي از تمامي انرژي‏هايي است كه ما از آن استفاده مي‏كنيم. در حالي كه اين روند به شكل فزاينده‏اي در حال تقويت است، اگر قرار باشد به كاهش وابستگي خود به نفت اميدوار باشيم، بايد در پي منابع جايگزين انرژي باشيم. افزون بر اين، بايد بدانيم دي‏اكسيد كربني كه بر اثر سوزندان نفت و سوخت‏هاي نفتي توليد مي‏كنيم در اتمسفر باقي مي‏ماند. خوشبختانه انديشمندان در آزمايشگاه‏هاي سراسر جهان روش‏هاي موثري را براي توليد انرژي يافته‏اند كه دسترس‏پذير بوده و در زير هزاران تن از پوسته‏ي زمين مدفون نشده‏اند. در اين مطلب شما را با 8 مورد از منافع اصلي انرژي و سوخت در آينده‏ي دور و نزديك آشنا مي‏سازيم: 1ـ هيدروژن مانند آن چه كه اين روزها در برخي آگهي‏هاي تلويزيوني شنيده مي‏شود، هيدروژن هفت كه هنوز دسترس‏ناپذير است، در زماني كه جهان آمادگي استفاده از آن را بيابد، قابل بهره‏برداري خواهد بود. اما پيشرفت‏ در عرصه‏ي سوخت‏هاي هيدروژني هنوز به حاميان مورد انتظار خود دست نيافته است. به نظر مي‏رسد اين فناوري هنوز هم يك روياي خام است كه در آن با تركيب هيدروژن و اكسيژن برق يا آب توليد مي‏شود و هيچ انتشار گاز گلخانه‏اي هم در ميان نيست. اما ساختن مجموعه‏ا‏ي جديد از نيروگاه‏هاي هيدروژني به همان سادگي كه پنداشته مي‏شود، نيست و هنوز هم، هنگامي كه از هيدروژن سخن به ميان مي‏آيد، مردم ياد انفجار بالن هيدروژني هيندنبرگ را به ذهن مي‏آورند، هر چند كه به نظر مي‏رسد اين فناوري به اندازه‏اي ايمن باشد كه مقام‏هاي رسمي كشورها را وادار سازد كه از صدها اتوبوس هيدروژن‏سوز براي جابجايي شهروندان خود در مراكز شهري استفاده كنند. هنوز هم امكان دارد شكل نهايي استفاده از هيدروژن همانند فناروي‏هاي باتري و ديگر سوخت‏هاي تميز باشد كه مي‏توان پيش از فراگير شدن نيز از آن‏ها بهره‏برداري كرد. 2ـ سوخت‏هاي زيستي موضوع بيوديزل مقوله‏ي جذاب و خوشايندي است كه همگان را به خود مشغول كرده و مدتي است كه گروهي از محققان مي‏كوشند با استفاده از بقاياي برجاي مانده از برداشت ذرت در مزارع، نوعي سوخت زيستي موسوم به اتانول سلولوزي را بسازند كه مي‏تواند خاطرات خوشي را براي سفرهاي خانوادگي به همراه داشته باشد. پايتخت‏هاي بسياري در جهان به دنبال گسترش بيوديزل هستند. از جمله افرادي كه در پي كاوش بر روي اين سوخت طبيعي است، پاول آلن از بنيان‏گزاران شركت عظيم مايكروسافت است كه يك پالايشگاه بيوديزل را در حومه‏ي شهر واشينگتن بنيان نهاده است. شركت سان مايكرو سيستم و بنيان‏گزار آن ونيود خوسلا هم به دنبال اتانول ذرت ـ محور افتاده‏اند. تبديل وسايل نقليه و نيروگاه‏هاي برق به نمونه‏هايي كه سوخت‏هاي تجديدشونده را مصرف مي‏كنند، بدون ترديد روشي پيشرو براي جلوگيري از سوزاندن سوخت‏هاي فسيلي خواهد بود. با اين حال، شايد شما هم اينك نتوانيد باك ماشين خود را از اتانول پر كنيد و براي اين كار به نصب كيت‏هاي مبدلي نياز خواهيد داشت كه شكل مصرفي جديدي به اتومبيل شما خواهند داد. 3ـ سوخت خورشيدي به احتمال فراوان، سوخت خورشيدي پر صرفه‏ترين سوخت تجديدپذير خواهد بود، زيرا آن چه كه هر روز بر فراز آسمان داريم، خورشيدي تابناك با پرتوهايي درخشان است. امروزه كسي براي نصب سلول‏هاي خورشيدي بر روي سقف خانه‏ي خود ماليات پرداخت نمي‏كند، و اين مساله، خود نخستين مزيت اين منبع عظيم انرژي است. فناوري نازك‏سازي صفحات اين امكان را فراهم ساخته است تا اجزاي سيليكوني را در نازك‏ترين شكل آن بسازند و اين رويكرد حتا امكان آن را فراهم مي‏سازد كه صفحات سيليكوني بسيار انعطاف‏پذير را در اختيار داشته باشيد و آن‏ها را به آساني در محل‏هايي كه بيشترين ميزان تابش آفتاب را دارند، نصب كنيد. هم اينك در برخي از ايالت‏هاي امريكا نظير ايالت كلرادو، دولت سرگرم تدوين استانداردهايي براي بهره‏برداري موثر و كارآمد از انرژي خورشيدي است و شايد در دهه‏ي آينده، كساني كه از اين منبع انرژي رايگان به درستي استفاده نكنند، مشمول پرداخت جريمه نيز بشوند! اما تا آن هنگام سقف‏هاي مجهز به صفحات خورشيدي بهترين گزينه براي برخورداري از مزاياي اين انرژي سبز به شمار مي‏آيند. 4ـ باد بهره‏برداري از باد پيشينه‏اي ديرينه دارد و ما را در قلب تاريخ، حتا تا افسانه‏ي دن كيشوت هم به پيش مي‏برد. باد نيز مي‏تواند به عنوان يكي از منابع انرژي تجديد شونده به شمار آيد. از دهه‏هاي 70 تا 80 و هنگامي كه قيمت ثابت نفت دستخوش تغييرات چشمگيري شد، ارزش باد بيشتر آشكار شد. اما تا اين اواخر به خوبي از باد استفاده نمي‏شد. هنگامي كه بسياري از كشورها تجهيزات و امكانات خود را در مسير توليد انرژي با استفاده از منابع تجديد شونده به كارگيري كردند، فناوري‎هاي بهره‏برداري از باد نيز پا به عرصه‏ي وجود گذاشتند و اينك كمابيش در تمامي كشورها پروژه‏هايي براي بهره‏برداري از باد در توليد انرژي راه‏اندازي شده است. هم اينك نمونه‏هاي شخصي توليد برق با استفاده از باد، با بهايي كمتراز 20 هزار دلار در دسترس قرار دارد. كارايي اين تجهيزات به ميزاني است كه شما نيازي به بادهاي شديد نداريد، افزون بر آن كه مدت زماني را كه در انتظار تحويل قطعات يك نيروگاه بادي به سرخواهيد برد، كمتر از مدت زمان لازم براي دريافت يك اتومبيل آخرين مدل است. 5ـ باتري‏ها با وجود آن كه در حقيقت باتري‏ها نوعي سوخت به شمار نمي‏‏آيند، اما يك راه حل جهاني براي مهار مصرف فزاينده‏ي سوخت‏هاي فسيلي هستند. از ديدگاه فني، ما هنوز براي توليد برق عصاره‏ي دايناسور را مصرف مي‏كنيم و اين عصاره را به مصرف كارخانه‏ها، اتومبيل و ديگر تجهيزات مي‏رسانيم. اتومبيل‏هاي ما همگي به پمپ بنزين نياز دارند و يا شايد هم پمپ گاز و نمي‏توانيم يك اتوبان طولاني را بدون توقف براي سوخت‏گيري طي كنيم. اما فناوري‏هاي نوين باتري اين امكان را به ما مي‏دهد كه از تمامي اين دردسرها خلاص شويم. حتا ماشين‏هاي تركيبي سوخت فسيلي و الكتريسيته بر ماشين‏هايي برتري دارند كه تنها از يك سوخت استفاده مي‏كنند. اتومبيل‏هاي جديدي كه از سوخت‏هاي جديد مانند اتانول زيستي و يا بنزين زيستي استفاده مي‏كنند، تحول جديدي را در صنعت حمل و نقل پديد آورده‏اند. بدون ترديد، يكي از زمينه‏هاي رقابت براي اتومبيل‏ها و سازندگان آن‏ها، امكان برخورداري از انواع بيشتري از سوخت‏ها، به ويژه سوخت‏هاي تجديد شونده است. 6ـ امواج تصور كنيد دوست شما ناگهان يك سطل آب را به روي شما بريزد، حال آن را ضرب در چند صد ميليون كنيد و انديشه‏ي انرژي حاصل از چنين موجي را كه هر روز با سواحل درياهاي كشور شما برخورد مي‏كند، تصور كنيد. در خليج فاندي كانادا تجهيزات آزمايشي براي مهار انرژي موج آب دريا از دهه‏ي 70 نصب شده است و همين كار در سان‏فرانسيسكو امريكا نيز صورت گرفته است كه نمونه‏ي بسيار پيشرفته‏ي آن به زودي در گلدن گيت نصب خواهد شد. به طور حتم، نگراني‏هايي پيرامون برق موجي وجود دارد، زيرا بهره‏برداري از امواج شامل احداث نيروگاه‏هايي در دهانه‏هاي تنگ دريايي و خليج‏ها نيز است و اين اقدام مي‏تواند به معناي به خطر افتادن جان ماهيان و پرندگان دريايي باشد. اما آينده‏ي برق اقيانوسي بر پايه‏ي فناوري موجي شكل گرفته است كه در آن سكوهاي شناور چندين مايل از ساحل را به خود اختصاص خواهند داد و انرژي حاصل از حركت موجي را برداشت خواهد كرد. يك يويو را در نظر بگيريد كه به جاي اتصال به انگشت شما بر اثر بالا و پايين رفتن سطح آب به حركت در خواهد آمد و همواره بر روي آب دريا يا اقيانوس شناور باقي خواهد ماند. با حركت يويو، پيستون يك توربين برق به حركت در مي‏آيد و با ادامه‏ي حركت امواج، اين حركت گردشي نيز ادامه خواهد يافت و برق ارزان توليد خواهد شد. 7ـ زباله حال با جديدترين عضو خانواده‏ي انرژي، يعني زباله آشنا شويد. با وجود آن كه از دهه‏ي 60 به اين سو، نگراني چنداني پيرامون زباله‏هاي توليد شده در شهرها وجود نداشت، اما شركت‏هايي مانند امريكن كامباسشن بر روي نسل بعدي سوخت كار مي‏كنند كه يكي از پروژه‏هاي آن‏ها به اصطلاح ”پايرجت“ ناميده مي‏شود. پايرجت اكسيژن را در يك موتور جت فرا صوت تركيب مي‏كند و آن را با تزريق كربن متمركز مي‏كند كه اين اقدام لزوما در موتورهاي جت صورت مي‏گيرد. چنين ميزاني از انرژي در حالت عادي براي هيچ‏كس قابل تصور نيست، اما نكته‏ي جالب توجه در اين ميان، آن است كه حجم قابل توجهي از كربن تزريق شده از زباله به دست مي‏آيد. اگر اين انرژي در منازل به كار رود تا چه اندازه در فصل سرد سال مي‏تواند انرژي موردنياز را تامين كند؟ 8ـ همجوشي هسته‏اي ديگر كسي اين روزها به نبود كربن يا به بيان بهتر، دوده در انرژي توليد شده بر اثر همجوشي هسته‏اي ترديدي ندارد. از اين رو انرژي هسته‏اي، يك انرژي پاك به شمار مي‏آيد. اما بدون ترديد يادآوري اين نكته ضروري است كه انرژي سبزي مانند انرژي باد نيازي به مواد هسته‏اي نظير ”پلوتونيوم آزادـ239“ ندارد و اين مساله از محدوديت‏هاي انرژي هسته‏اي است كه براي توليد به مواد راديواكتيو نياز دارد. در حقيقت همجوشي هسته‏اي شكل ساده‏اي از روند آزادسازي انرژي در خورشيد است كه امروز با استفاده از فناوري‏هاي پيشرفته بر روي زمين به دست كارشناسان هسته‏اي امكان‏پذير شده است. بر اثر يك همجوشي هسته‏اي ساده، چندين مگاتن انرژي آزاد مي‏شود كه چنين حجمي از انرژي با سوزاندن هيچ نوعي از سوخت طبيعي يا مصنوعي در شرايط عادي امكان‏پذير نيست. يك نيروگاه آزمايشي اروپايي 16 مگاوات برق را با استفاده از همجوشي هسته‏اي توليد مي‏كند و اين كار تنها چند ثانيه طول مي‏كشد. تجهيزات نيروگاهي جديدي نيز اين روزها براي چنين هدفي طراحي شده‏ است. اتم مي‏تواند بهترين دوست ما در جهان آينده باشد. منبع: http://blog.scifi.com/tech/archives/2007/11/08/green_week_top_1.html