خودروهای سبز – جلسه دوم

 اهداف جلسه : آشنایی با انرژی های تجدید پذیر و تجدید ناپذیر
2- منابع انرژی
منابع انرژی، بر اساس سرعت احیای مجدد منبع، به دودسته تقسیم می‌شوند :
منابع انرژی تجدیدپذیر: به منبع انرژی‌ای گفته می‌شود که در زمان کم قابل‌ استفاده مجدد گردد؛ مانند انرژی زیست‌توده، انرژی زمین‌گرمایی، برق آبی، انرژی باد و خورشید.
منابع انرژی تجدید ناپذیر: به منبعی گفته می‌شود که قادر نخواهیم بود در زمان کم، آن را جهت استفاده مجدد احیا کنیم؛ مانند نفت، گاز، زغال، انرژی هسته‌ای.
                                                                               شکل 2-1- انواع انرژی
باید در نظر داشت که منابع انرژی تجدیدپذیر و تجدیدناپذیر هر دو برای تولید انرژی‌های ثانویه مانند الکتریسیته استفاده می‌شوند. به‌طورکلی، تمامی سوخت‌های فسیلی جزء منابع انرژی تجدیدناپذیر به‌حساب می‌آیند.
2-1- زیست‌توده (biomass)
ازنقطه ‌نظر تاریخی استفاده از انرژی زیست‌توده به ابتدایی‌ترین دوره‌های تاریخ بازمی‌گردد از زمانی که آتش شناخته شد، انسان اولیه همواره چوب و برگ خشک درختان را به ‌عنوان سوخت استفاده می‌کرد و این چرخه تا قرن حاضر نیز ادامه پیداکرده است زیست‌توده شامل کلیه موادی در طبیعت می‌شود که در گذشته نزدیک جاندار بوده، از موجودات زنده به‌ عمل ‌آمده و یا زائدات و ضایعات آن‌ها می‌باشند.
می دانیم که منشأ منابع فسیلی نیز منابع زیست‌توده می‌باشد ولی تفاوت آن‌ها در این است که منابع فسیلی از منابع زیست‌توده که در گذشته بسیار دور زنده بودند (میلیون سال پیش) و تحت شرایط فشار و دمای خاص قرارگرفته‌اند، حاصل ‌شده‌اند. زیست‌توده یکی از منابع مهم انرژی‌های تجدید شونده محسوب می‌شود و شامل جنگل‌ها، اجزاء گیاهان، برگ‌ها، موجودات زنده اقیانوس‌ها، زائدات حیوانی، پسماندهای شهری، غذایی و... می‌گردد. این مواد قابلیت ذخیره انرژی در خود را دارا می‌باشند. در واقع در خلال پدیده فتوسنتز، دی ‌اکسید کربن از طریق آب، خاک و هوا توسط انرژی خورشیدی در گیاهان ذخیره می‌شود و باعث رشد و نمو آن‌ها می‌گردد که این انرژی بعداً قابلیت استفاده برای تولید برق، حرارت، سوخت‌های مایع، سوخت‌های گازی و انواع کاربردهای مفید شیمیایی را دارا می‌باشد. برای آزاد کردن انرژی این مواد، تنها می‌توانیم آن‌ها را بسوزانیم.
                                                                                            شکل 2-2- فتوسنتز
منابع زیست‌توده طیف وسیعی از مواد را شامل می‌شوند که به‌صورت عمده به پنج گروه زیر تقسیم می‌شوند:
1.سوخت‌های چوبی
2.زائدات جنگلی، کشاورزی، باغداری و صنایع غذایی
3.زائدات جامد شهری (زباله‌ها)
4.فضولات دامی
5.فاضلاب‌های شهری فاضلاب‌ها، پسماندها و زائدات آلی صنعتی
                                                                            شکل 2-3- تولید برق از زیست توده
2-2- آب
آب جز جدا نشدنی زندگی ماست و بدون آب ادامه زندگی امکان‌پذیر نیست. آب از قدیمی‌ترین منابع انرژی نیز هست. در زمان‌های قدیم از انرژی آب جاری برای به حرکت درآوردن آسیاب‌ها استفاده می‌کردند. آب در مسیر رودخانه رو به پایین حركت می‏كند و در این حركت انرژی پتانسیل به انرژی جنبشی تبدیل می‌شود. برای نگاه‌داشتن آب (چه در مصارف كشاورزی یا تولید انرژی الكتریكی)، روی رودخانه‏ ها سد بنا می‌شود. سدها باعث توقف این روند تبدیل و درنتیجه ذخیره شدن آب و بالا آمدن ارتفاع آب می‏گردند. درنتیجه از اتلاف انرژی آب جلوگیری می ‏كنند و در ایامی كه بارندگی وجود ندارد ذخایر آب برای تولید انرژی قابل‌استفاده خواهند بود.
شکل 2-4- آسیاب آبی
برای استفاده از انرژی پتانسیل ذخیره‌ شده در آب، از نیروگاه آبی استفاده می‌شود. (مثل نیروگاه کارون، کرج و ...). نحوه عملکرد نیروگاه آبی را در شکل زیر مشاهده کنید.
 شکل 2-5- نحوه عملکرد نیروگاه آبی
2-3- انرژی زمین‌گرمایی (Geothermal)
اصطلاح زمین‌گرمایی ترجمه واژه Geothermal است که ریشه یونانی داشته و از کلمات Geo به معنای زمین و Therme به معنی حرارت تشکیل شده است. انرژی زمین‌گرمایی، انرژی موجود در عمق زمین است که از انرژی خورشیدی که در طول هزاران سال در داخل زمین ذخیره ‌شده و همچنین فروپاشی یا زوال ایزوتوپ‌های اورانیوم رادیواکتیویته، توریم و پتاسیم در طی سالیان دراز در عمق زمین نشئت‌گرفته است که عمدتاً در نواحی زلزله‌خیز و آتش‌فشانی جوان و صفحات تکتونیکی زمین متمرکز شده است. زمین منبع عظیمی از انرژی است به‌طوری‌که حرارت در هسته آن بیش از ۵۰۰۰ درجه سانتی‌گراد می‌رسد حرارت زمین به طرق مختلف ازجمله فوران آتش‌فشان، چشمه‌های آب­گرم، آبفشان‌ها و گل‌افشان‌ها در اثر کاهش چگالی زمین و خاصیت رسانایی از بخش‌هایی از زمین به سطح آن هدایت می‌شوند. درجه حرارت زمین با توجه به عمق آن به‌صورت غیرخطی زیاد می‌شود. (با تقریب خطی هر ۱۰۰ متر ۳ درجه سانتی‌گراد) انرژی حرارتی ذخیره ‌شده در ۱۱ کیلومتر فوقانی پوسته زمین معادل پنجاه‌هزار برابر کل انرژی به‌دست‌آمده از منابع نفت و گاز شناخته‌ شده امروز جهان است. انرژی زمین‌گرمایی برخلاف سایر انرژی‌های تجدیدپذیر محدود به فصل، زمان و شرایط خاصی نبوده بدون وقفه قابل بهره‌برداری می‌باشد. همچنین قیمت تمام‌شده برق در نیروگاه‌های زمین‌گرمایی با برق تولیدی از سایر نیروگاه‌های متعارف (فسیلی) قابل ‌رقابت بوده نیز به ‌صورت پیوسته در درون زمین تولید می‌شود.
شکل 2-6- چگونگی استفاده از گرمای داخل زمین
2-4- انرژی باد
باد یکی از مظاهر انرژی خورشیدی و همان هوای متحرک است و پیوسته جزء کوچکی از تابش خورشید که از خارج به اتمسفر می‌رسد، به انرژی باد تبدیل می‌شود. گرم شدن زمین و جو آن به‌طور نامساوی سبب تولید جریان‌های همرفت (جابجایی) می‌شود و نیز حرکت نسبی جو نسبت به زمین سبب تولید باد است. احتمالاً نخستین ماشین بادی ‌توسط ایرانیان باستان ساخته‌شده است و یونانیان برای خرد کردن دانه‌ها و مصری‌ها، رومی‌ها و چینی‌ها برای قایقرانی و آبیاری از انرژی باد استفاده کرده‌اند. بعدها استفاده از توربین‌های بادی با محور قائم سراسر کشورهای اسلامی معمول شده و سپس دستگاه‌های بادی با محور قائم با میله‌های چوبی توسعه یافت و امروزه نیز ممکن است در برخی از کشورهای خاورمیانه چنین دستگاه‌هایی یافت شوند. در قرن 13 این نوع توربین‌ها توسط سربازان صلیبی به اروپا برده شد و هلندی‌ها فعالیت زیادی در توسعه دستگاه‌های بادی مبذول داشتند، به ‌طوری‌که در اواسط قرن نوزدهم در حدود 9 هزار ماشین بادی با اهداف گوناگون مورد استفاده قرار می‌گرفته است.
با توجه به اینکه مواد قابل‌احتراق فسیلی در زمین رو به کاهش است، اخیراً پیشرفت های زیادی در مورد استفاده از انرژی باد حاصل‌شده است. انرژی باد اغلب در دسترس بوده و هیچ نوع آلودگی بر جای نمی‌گذارد و می‌تواند از نظر اقتصادی نیز در دراز مدت قابل ‌مقایسه با سایر منابع انرژی شود.
شکل 2-7- توربین های بادی
2-5- انرژی خورشیدی
خورشید منبع عظیم انرژی و سرآغاز حیات و منشأ تمام انرژی‌های دیگر است. در حدود ۶۰۰۰ میلیون سال از تولد این گوی آتشین می‌گذرد و در هر ثانیه ۲/۴ میلیون تن از جرم خورشید به انرژی تبدیل می‌شود. با توجه به وزن خورشید که حدود ۳۳۳ هزار برابر وزن زمین است. این کره نورانی را می‌توان به‌عنوان منبع عظیم انرژی تا ۵ میلیارد سال آینده به‌ حساب آورد. انرژی خورشیدی را می‌توان به دو صورت به انرژی الکتریکی تبدیل نمود:
الف- با استفاده از سلول‌های خورشیدی: این سلول‌ها نور خورشید را مستقیماً به الکتریسیته تبدیل می‌کنند و در مکان‌هایی که سیم‌کشی برق موجود نیست بکار می‌روند.
 شکل 2-8- استفاده از سلول خورشیدی برای تأمین برق خانه
ب – استفاده از نیروگاه های خورشیدی
در نیروگاه های خورشیدی به روش های مختلفی می توان الکتریسیته را تولید نمود و وارد شبکه سراسری برق کرد .
 شکل 2-9- نیرگاه خورشیدی
2-6- سوخت‌های فسیلی (نفت، گاز و زغال‌سنگ)
امروزه ما بیشتر انرژی مورد نیاز خود را از طریق سوزاندن سوخت‌های فسیلی تأمین می‌کنیم. فسیل‌ها از بقایای گیاهان و جانورانی که در زیردریاها در زمان‌های قدیم مدفون‌ شده بودند به وجود می‌آیند؛ بنابراین منشأ تولید سوخت‌ها و انرژی‌های فسیلی همان بقایای پوسیده موجودات زنده است؛ که این سوخت‌ها به‌طور طبیعی، به‌صورت مواد جامد، مایع و گاز یا مخلوطی از آن‌ها در معادن استخراج می‌شوند. این انرژی‌ها عبارت‌اند از زغال‌سنگ، نفت و گاز. انرژی حاصل از سوختن سوخت‌های فسیلی تجدیدناپذیر می‌باشد، زیرا میلیون‌ها سال طول می‌کشد تا این منابع دوباره ایجاد شوند.
شکل 2-10- سوخت های فسیلی
2-7- انرژی هسته‌ای
استفاده از نیروی هسته‌ای از 40 سال پیش آغاز شد و اینک این نیرو همان اندازه از برق جهان را تأمین می‌کند که 40 سال پیش به‌ وسیله تمام منابع انرژی تأمین می‌شد.
انرژی در هسته ‌اتم وجود دارد. در یک نیروگاه هسته‌ای این گرما از شکافت هسته‌ای که در داخل راکتور صورت می‌گیرد تأمین می‌شود. هنگامی‌که یک هسته نسبتاً بزرگ قابل شکافت مورد برخورد نوترون قرار می‌گیرد به دو یا چند قسمت کوچک‌تر تقسیم می‌شود و در این فرآیند که به آن شکافت هسته‌ای می‌گویند تعدادی نوترون و مقدار نسبتاً زیادی انرژی آزاد می‌شود. نوترون‌های آزاد شده از یک شکافت هسته‌ای در مرحله بعد خود با برخورد به دیگر هسته‌ها موجب شکافت‌های دیگری می‌شوند و به‌این‌ترتیب یک فرآیند زنجیره‌ای به وجود می‌آید. زمانی که این فرآیند زنجیره‌ای کنترل شود می‌توان از انرژی آزاد شده در هر شکافت (که بیشتر آن به‌صورت گرماست) برای تبخیر آب و چرخاندن توربین‌های بخار و درنهایت تولید انرژی الکتریکی استفاده کرد. در تصویر زیر می‌توانید فرآیند تولید برق از انرژی هسته‌ای را مشاهده کنید.
شکل 2-11- فرآیند تولید برق هسته ای
انرژی هسته‌ای کاربردهای زیادی در پزشکی، علوم مختلف، صنعت و کشاورزی دارد. لازم به ذکر است انرژی هسته‌ای به ‌تمامی انرژی‌های دیگر قابل‌تبدیل است، ولی هیچ انرژی به انرژی هسته‌ای تبدیل نمی‌شود.
 شکل 2-12- نمایی از یک راکتور هسته ای
در سی سال انتهایی قرن بیستم ترس از رخدادهای خطرناک هسته‌ای، مشکلات مربوط به دفع زباله‌های هسته‌ای، بیماری‌های ناشی از تشعشع هسته‌ای و... باعث به وجود آمدن جنبش‌هایی برای مقابله با توسعه نیروگاه‌های هسته‌ای شد و این خود از دلایل کاهش توسعه نیروگاه‌های هسته‌ای در بسیاری از کشورهاست.
تکلیف 1:کدام‌یک از منابع انرژی (تجدیدپذیر یا تجدیدناپذیر) خطرات بیشتری برای محیط‌زیست دارند؟
تکلیف 2 : به کدام دسته از منابع ، انرژی‌های سبز یا انرژی‌های نو گفته می‌شود؟
محل بازدید/ اردو/ خرید: برای این جلسه می‌توانید از نیروگاه سد کرج، نیروگاه خورشیدی ملارد و نیروگاه‌های بادی منجیل بازدید نمایید.
وسایل مورد نیاز :---
منابع مطالعه:
• شان باکلی، مترجم: احمد سیدی نوقابی، کتاب از طلوع تا غروب خورشید
•سعید محمدی و شهرام درخشان، انرژی‌های تجدیدپذیر، انتشارات سیمای دانش
 تنظیم کننده : محبوبه همت

مطالب مرتبط :
خودروهای سبز-جلسه اول
خودروهای سبز -جلسه دوم
خودروهای سبز -جلسه سوم
خودروهای سبز -جلسه چهارم
خودروهای سبز -جلسه پنجم
خودروهای سبز -جلسه ششم
خودروهای سبز -جلسه هفتم
خودروهای سبز -جلسه هشتم
خودروهای سبز-جلسه نهم