دراسة حول الطاقة: أنواعها، مصادرها المتجددة وغير المتجددة

مقدمة عن الطاقة

الطاقة، والتي تُعرف باللغة الإنجليزية بـ (Energy)، هي المقدرة على بذل شغل. تتجلى الطاقة بأشكال متعددة، وكلها مرتبطة بالحركة بشكل أو بآخر. يمكن للطاقة أن تنتقل من جسم إلى آخر، وأن تتحول من صورة إلى أخرى. يتم تصنيف الطاقة بناءً على الصورة الجديدة التي اتخذتها بعد الانتقال. من الجدير بالذكر أنه لا يمكن استحداث الطاقة من العدم، ولا يمكن تدميرها، وهذا ما يعرف بقانون حفظ الطاقة، أو القانون الأول في الديناميكا الحرارية. يمكن تحويل الطاقة من شكل إلى آخر باستخدام وسائل متنوعة. على سبيل المثال، يمكن استخدام مولدات الكهرباء، وخلايا الوقود، والبطاريات، والمحركات الحرارية التي تعتمد على حرق الوقود لإنتاج الطاقة الكهربائية أو الميكانيكية التي يمكن الاستفادة منها.

صور الطاقة المختلفة

توجد الطاقة بعدة أشكال، ومن أبرزها:

• الطاقة الكهربائية: تعتبر الطاقة الكهربائية (Electrical Energy) من أكثر أنواع الطاقة استخدامًا في العصر الحديث، وذلك لسهولة نقلها عبر مسافات طويلة. يمكن تحويل هذه الطاقة بسهولة إلى حرارة أو ضوء أو طاقة ميكانيكية باستخدام المحركات الكهربائية. كان لاختراع التوربين، الذي ينتج الحركة الدورانية اللازمة لتحويل دوران مولد كبير، دورًا كبيرًا في إنتاج الطاقة الكهربائية على نطاق واسع.
• الطاقة النووية: تعرف الطاقة النووية (Nuclear Energy) بأنها الطاقة الناتجة عن التغيرات في أنوية الذرات أو التفاعلات النووية. وقد أتاح تطوير الطاقة النووية مصدرًا جديدًا للطاقة. يمكن الاستفادة من حرارة المفاعل النووي لإنتاج البخار الذي يتم توجيهه لتشغيل المولدات الكهربائية أو المراوح الكبيرة في السفن أو الآلات الأخرى عن طريق استخدام التوربينات. في عام 1999، أنتجت الولايات المتحدة الأمريكية 23٪ من الكهرباء من المفاعلات النووية. ومع ذلك، تباطأ بناء هذه المفاعلات وتطبيقاتها منذ ثمانينيات القرن العشرين بسبب المخاوف من مخاطر النفايات المشعة الناتجة وإمكانية حدوث انهيار نووي.
• الطاقة الميكانيكية: تعرف الطاقة الميكانيكية (Mechanical Energy) بأنها الطاقة الناتجة عن حركة الجسم أو وضعه. وهي مجموع الطاقة الحركية والطاقة الكامنة. على سبيل المثال، السيارة المتحركة تمتلك طاقة حركية. وإذا تم تحريكها إلى أعلى الجبل، فإنها ستمتلك طاقة حركية وطاقة كامنة.
• الطاقة الكيميائية: تنشأ الطاقة الكيميائية نتيجة التفاعلات الكيميائية بين الذرات أو الجزيئات. ومن الأمثلة عليها البطاريات أو الخلايا الكهروكيميائية. وللطاقة الكيميائية أنواع عديدة، مثل الطاقة الكهروكيميائية.
• الطاقة الحرارية: تُعرف الطاقة الحرارية (Thermal Energy) بأنها الطاقة التي تعكس الاختلاف في درجة الحرارة بين نظامين مختلفين. وهي الطاقة المخزنة في حركة الجزيئات العشوائية في المواد، والتي يمكن أن تنتقل من مكان إلى آخر من خلال طرق متعددة، مثل التوصيل أو الحمل أو الإشعاع.

منابع الطاقة

تتنوع مصادر الطاقة بين مصادر غير متجددة ومصادر متجددة.

مصادر الطاقة غير المتجددة

تعرف مصادر الطاقة غير المتجددة (Nonrenewable energy sources) بأنها المصادر التي لا يمكن تكوينها أو تجديدها في فترة زمنية قصيرة. وهي المصادر التي يكون استهلاكها أسرع بكثير من إنتاجها. تصنف هذه المصادر إلى:

• النفط: لا يعتبر النفط مصدرًا شائعًا في محطات توليد الطاقة، ولكنه يستخدم على نطاق واسع كوقود على مستوى العالم، مثل استخدامه في وسائل النقل المختلفة كالطائرات والقوارب والسيارات والقطارات. كما أنه يستخدم في إنتاج البلاستيك.
• الفحم: يعتبر الفحم أحد أقدم وأشمل أنواع الطاقة غير المتجددة المستخدمة من قبل الإنسان. وهو مصدر رخيص نسبيًا، وينتج كمية كبيرة من الطاقة مقارنة بوزنه. وعلى الرغم من ذلك، فإنه يعتبر أكثر أشكال الوقود الأحفوري تسببًا في التلوث.
• الغاز الطبيعي: يتكون الغاز الطبيعي بشكل أساسي من الميثان، ويستخدم في الطبخ والتدفئة وتوليد الكهرباء. يعتبر أنظف أنواع الوقود الأحفوري، فهو لا يترك أي نفايات أو مخلفات بعد حرقه كالرماد. كما أنه ينتج ثاني أكسيد الكربون بنسبة 30٪ أقل من النفط، و 45٪ أقل من الفحم. يتميز الغاز الطبيعي بسهولة نقله وقلة تكلفته، فهو أرخص أنواع الوقود الأحفوري. ومع ذلك، فله العديد من العيوب، مثل قابليته الكبيرة للاشتعال واحتياجه لعمليات معالجة أكثر مقارنة بالفحم أو النفط.
• اليورانيوم: يعتبر اليورانيوم أحد مصادر الطاقة غير المتجددة. يتم استخلاص خام اليورانيوم الصلب وتحويله إلى وقود يستخدم في محطات الطاقة النووية.

مصادر الطاقة المتجددة

تُعرَّف مصادر الطاقة المتجددة (renewable energy) بأنها المصادر التي تتجدد فيها الطاقة بشكل طبيعي ومحدود، أي أنها لا تنضب تقريبًا على مدار الأيام، ولكن كميتها التي تتوفر لكل وحدة زمنية تعد محدودة. ومن مصادر الطاقة المتجددة ما يأتي:

• الطاقة الشمسية: تعتبر الطاقة الشمسية أحد مصادر الطاقة المتجددة. يتم امتصاصها وتحويلها باستخدام الخلايا الشمسية إلى كهرباء تُخزَّن في بطاريات لاستخدامها فيما بعد. وتعد هذه الطاقة صديقة للبيئة، إذ إن عملية تحويل الأشعة الشمسية إلى طاقة لا تعد ملوثة للهواء، كما لا تشكل تلوثًا ضوضائيًا.
• طاقة الرياح: تعرف الرياح بأنها حركة الهواء الناتجة عن ارتفاع الهواء الدافئ فوق الهواء الأكثر برودة. تستخدم طاقة الرياح في وقتنا الحالي لتوليد الطاقة الكهربائية عن طريق توربينات الرياح. أما في الماضي، فقد تم استخدامها لقرون لإبحار السُفن وفي طحن الحبوب عن طريق طواحين الهواء.
• الطاقة الكهرومائية: يعتبر الماء موردًا متجددًا، حيث يتم تغذيته باستمرار بفعل دورة الماء. يشكل تدفق المياه في مجرى الأنهار قوة كبيرة، مما يسمح باستخدامها لتشغيل عجلات الماء التي تتحكم في العمليات الميكانيكية، ليتم تحويل طاقة المياه المتدفقة إلى كهرباء عن طريق استخدام التوربينات والمولدات الموجودة في عدة سدود حول العالم.
• طاقة الحرارة الجوفية: تشكل الحرارة الموجودة داخل الأرض مصدرًا للطاقة المتجددة، حيث تنتج البخار والماء الساخن لاستخدامهما في توليد الطاقة الكهربائية وإنتاج الكهرباء. بالإضافة إلى إمكانية توظيفهما في تطبيقات أخرى كتوليد الطاقة المفيدة في الصناعة أو التدفئة المنزلية.

المراجع

1. “Energy”, www.britannica.com, 2018-10-15، Retrieved 2018-11-27. Edited.
2. “Energy, Sources Of”, www.encyclopedia.com, Retrieved 2018-11-27. Edited.
3. Anne Helmenstine (2018-8-22), “Name 10 Types of Energy”، www.thoughtco.com, Retrieved 2018-11-27. Edited.
4. “Forms of Energy: Thermal, Radiant, Chemical, Electric & Nuclear Energy”, www.study.com, Retrieved 2018-11-27. Edited.
5. “Renewable and Non-renewable Resources”, www.conserve-energy-future.com, Retrieved 2018-11-27. Edited.
6. “Nonrenewable energy sources”, www.eia.gov, Retrieved 2018-11-27. Edited.
7. “What is renewable energy?”, www.eia.gov, Retrieved 2018-11-27. Edited.