الطــــــــاقـــــــة

الطاقة

نظرة عامة
اكتشف الإنسان عبر التاريخ طرقاً متنوعةً لتسخير مصادر الطاقة الطبيعية و استعمالها، فعلى سبيل المثال استخدمت النار بداية للحصول على الحرارة و للطهي و لإظهار سطح الأرض (عن طريق حرق النباتات غير المرغوب فيها). و قد روضت الحيوانات قبل حوالي خمسة آلاف سنة لتكون مكملاً لقوة الإنسان العضلية لأغراض حراثة الأرض والمواصلات وكذلك استعملت قوة الرياح لطحن الحبوب ولتسيير السفن لآلاف السنين، ومن الجدير بالذكر أن الاستخدام الواسع للآلة التي تعتمد على الوقود لم يبدأ إلا بعد الثورة الصناعية حيث حلت الآلة محل جهد الإنسان لأعمال الزراعة والتصنيع.

وفي منتصف القرن الثامن العشر أدى تطور المحركات البخارية التي تعتمد على الفحم إلى تصنيع الأدوات عالية الجودة واللازمة لصنع الآلات وجعل الزراعة تعتمد على الآلة، واصبح هناك فعالية توفرت عن طريق الصناعة والزراعة المعتمدة على الآلة مما أدى إلى تحويل الدول الغربية من مجتمعات زراعية إلى مجتمعات متحضرة تتمتع بترف وثروة وبالتالي زيادة معدلات القراءة والكتابة عند السكان، وتحفيز التطورات التكنولوجية والعلمية التي هي من نتاج الحضارة المتقدمة.

ما هي القضايا؟
تعتبر الطاقة ضرورية للاقتصاد القائم على أساس الصناعة، فهي مهمة لتصنيع البضائع ونقلها، وكذلك لتدفئة وتبريد المنازل وإنارتها ودعم وسائل الاتصال، وفي الوقت الحالي يعتبر ما يستخرج من الأرض كالنفط والفحم والغاز الطبيعي المصدر السائد للحصول على الطاقة حيث أن هذه المستخرجات مسؤولة عما يقارب 90% من الاستهلاك العالمي للطاقة. وللنفط النصيب الأكبر، فهو مسؤول عن حوالي 40% من الاستهلاك العالمي للطاقة ويليه الفحم (24%)، ومن ثم الغاز الطبيعي (22%).

و من الجدير بالذكر، أن استخراج مصادر الطاقة ونقلها وإحراقها يفرض ضريبة على البيئة، فعملية إحراقها تنتج ثاني أكسيد الكربون وهو كالغاز الموجود في البيوت الزجاجية والذي يشار إليه بأنه يساهم في تغيير المناخ، أما الإحراق غير المكتمل لمصادر الطاقة فان من شانه أن ينتج عنه انبعاثات هدامة كأول أكسيد الكربون وأنواع أخرى من ملوثات الهواء. إن مصادر الطاقة المستخرجة من الأرض لا يمكن استبدالها بسهولة فهي ليست كالمصادر المتجددة للطاقة كطاقة الرياح، والطاقة الشمسية، وانما يتم تخزينها ونقلها من خلال أنظمة الطاقة التي تطورت من حولها. انه لمن الضروري إيجاد أبحاث جديدة لتطوير تقنيات طاقة يمكنها أن تلبي الطلب المتزايد للطاقة النظيفة (التي لا تؤثر على البيئة)، كما يمكنها أن تضاعف حجم الاستعمالات لمصادر الطاقة المستخرجة والتي جعلت هذه المصادر أساس الحضارة المعاصرة في مختلف أنحاء العالم.

ما هو المجهول؟
لقد تم إعادة النظر في بعض التنبؤات السابقة الرامية إلى أن احتياطي النفط سيختفي بحلول عام 2000 وذلك عند اكتشاف مخزون جديد للنفط وبعد تطوير تقنيات استخراج معززة. ومن ناحية أخرى، ففي أوائل السبعينات انخفض ثمن النفط بسبب زيادة العرض مما أدى إلى عرقلة التطور في مجال تقنية الطاقة المتجددة كطاقة الرياح والشمس والتي كانت غير قادرة على التنافس مع النفط الذي يمكن نقله وتخزينه بسهولة، كما انه غير مكلف ومتوافر بكثرة. وبالرغم من تقنيات الاستخراج والاستكشاف المتقدمة إلا أن إنتاج النفط الخام قد يبدأ بالهبوط في القرن الحادي والعشرين ما من شأنه أن يعمل على تحفيز التقدم في وسائل الاستحداث للمصادر غير التقليدية للنفط مثل الزيت الحجري ورمل القار، أما احتياطي الفحم فهو وفير لكن التكلفة البيئية الناتجة عن استخراجه وحرقه تثير بعض القلق.

إن التوجه المشترك بين الدول الصناعية هو نحو زيادة قوة الطاقة، أي استعمالها بشكل اكثر فعالية في مجالات التصنيع والتدفئة والتبريد وعمليات أخرى، وقد تم أيضا تحقيق مكاسب من ناحية التحكم بالانبعاثات. أما الدول النامية فتعمل على توسيع استهلاكها لمصادر الطاقة ولكن دون الاعتماد على تقنية التحكم بالانبعاثات ودون تحقيق تقدم في مجال "بقاء الطاقة" التي حققتها الدول الصناعية. وهناك خلاف يتعلق بما إذا كانت الدول التي تصبح صناعية بسرعة قادرة على تخطي المرحلة الانتقالية الطويلة إلى التكنولوجيا النظيفة التي حصلت في الدول الغربية، وما إذا كانت قادرة على تخفيف التأثيرات البيئية للتطور.

ما هي المخاطر والمعوقات؟
إن استعمال الطاقة يرتبط في معظم الحالات بشكل وطيد مع مستويات الدخل، وتعتبر الكميات الضخمة وخاصة الكهرباء أساسا لدعم الحياة المتميزة في الدول الصناعية الحديثة. وقد أصبحنا معتمدين بشكل كبير على فوائد التزود الوفير وغير المكلف للطاقة والذي يصعب علينا تصور الحال إذا ما تعرض للنقص، فعلى سبيل المثال لا يمكن تصور ماذا سيكون شكل المستشفى دون كهرباء أو دون التقنيات التي جعلتها الكهرباء ممكنة، ولكن هذه حياة الكثير من الناس في الدول النامية.

وتعمل الدول المتطورة على زيادة الطاقة الصناعية وزيادة استعمال الطاقة من اجل تحسين الظروف المعيشية للسكان، فالتحدي الرئيسي هو تزويد الطاقة اللازمة لإيجاد أسلوب حياة لائق لسكان العالم المتزايدين وذلك بطريقة تقليص الضرر البيئي. لقد اعتبرت الطاقة النووية ذات مرة أنها يمكن أن تكون الحل لإيجاد مصدر طاقة يعتمد عليه، وقد كان هناك مخاوف بخصوص إيجاد الطاقة النووية والتخلص من نفاياتها والذي كان من شأنه أن يعيق الإنتاج على هذا الصعيد. وما تزال الأبحاث مستمرة حول تقنيات الطاقة المتجددة مثل الخلايا الشمسية وتوربينات الرياح ( وهي محركات ذات دواليب تعمل على طاقة الرياح). ومن الجدير بالذكر، أن تقنيات الطاقة المتجددة هذه لا تعمل على إنتاج الطاقة اللازمة للمساهمة بشكل فاعل في مجموع ما هو مطلوب من طاقة وان عدم القدرة على تخزين ونقل الطاقة من هذه المصادر من شأنه أن يفرض تحديات جديدة.

هناك مصادر بديلة للطاقة منوط بها بعض الأضرار البيئية، فعلى سبيل المثال إن الطاقة الكهروبيمائية (توليد الكهرباء من القوة المائية) تفرض تأثيرات خطيرة على الأنظمة البيئية للأنهار. إن المواصلات الخاصة بالأفراد وعمليات نقل الغذاء والمنتجات الزراعية هي عناصر مهمة للعالم الصناعي، لكنه لم يتم حتى الوقت الحالي تطوير بديل للمحركات التي تعمل على الوقود والتي هي منتشرة بشكل واسع وبتكلفة ممكنة.

المبادئ الأساسية
تعرف الطاقة بأنها القدرة على أداء العمل، لقد دامت كل الأنظمة البيئية بفعل تحويل طاقة الإشعاع الشمسي إلى طاقة كيميائية مستغلة، كما أن مقدمات كتب الفيزياء تقدم تفسيرات لمفاهيم أساسية حول الطاقة وحول قوانين الديناميكية الحرارية. بالإضافة إلى ذلك يوجد كتب عديدة تناقش الطاقة وأنظمة الطاقة بطرق بسيطة وواضحة.
منذ خمسين عاماً، تنامت الطاقة العالمية مع النمو الاقتصادي. وقد ازداد استعمال الطاقة إلى نحو 400% ليتلاءم مع عدد سكان العالم المتضاعف، وكي يتلاءم أيضا مع إجمالي الإنتاج العالمي الذي تضاعف أربعة مرات. ففي هذه الأيام يستهلك العالم ما يقدر ب 175 مليون برميل من النفط يومياً، أي ما يعادل 85 ألف جالون من الجازولين كل ثانية.
وفي الوقت الحاضر، يتوقع معظم المحللون أن نمو الطاقة سيعيد الماضي، أي انهم يتوقعون أن نمو الطاقة سيزداد بمعدل 400% مرة أخرى بعد 50 عاماً ليتلاءم مع تضاعف آخر لسكان العالم ومع إجمالي الإنتاج العالمي الذي سيتضاعف أربعة مرات مرة أخرى.
في وقتنا هذا، لا يزال الوقود المستخرج من الأرض هو اكثر مصادر الطاقة استعمالاً، حيث يشكل النفط 40% من خدمات الطاقة التجارية والفحم 27% ، والغاز الطبيعي 22%، بينما حصة كل من الطاقة الكهروبيمائية (القوة الكهربائية المائية)، والطاقة النووية هي 6%. أما في العديد من الدول فيشكل الوقود غير التجاري مثل الخشب جزءاً كبيراً من مصادر الطاقة.
عند انخفاض ثمن النفط في السبعينات وارتفاع ثمن الكهرباء في الثمانينات اصبح الأمر واضحاً بأن كفاية الطاقة تلعب دوراً رئيسياً في تزويد خدمات الطاقة الأقل تكلفة. أن مدخرات الطاقة التي حققها الأمريكان منذ أواسط السبعينات قد عملت على تخفيض فاتورة الطاقة السنوية للدولة بمئات مليارات الدولارات. وقد عملت هذه الكفاية أيضا على إلغاء الحاجة ل 14 مليون برميل نفط يومياً.
تشير تقييمات الطاقة حول العالم أن تحسين كفاية الطاقة للبنايات والأدوات ومعدات المكاتب والسيارات يمكن أن توفر اكثر من تريليون دولار كل عقد. وبالإضافة إلى ذلك ستعمل هذه التحسينات على منع انبعاث سلسلة متلاحقة من الملوثات.

إن بعض المشاكل البيئية مثل المطر الحمضي والضبخنة (وهو مزيج من الدخان والضباب)، وتغير المناخ العالمي يرتبط بشكل مباشر مع استخراج مصادر الطاقة من الأرض . أما الاعتماد الأكبر على كفاية الطاقة فانه يمنح دول العالم وسيلة للحفاظ على النمو الاقتصادي وكذلك الحفاظ على جودت البيئة، فعلى سبيل المثال فان الخطة الأمريكية لمعالجة تغير المناخ ستعمل على تقليل الغازات الناتجة عن البيوت الزجاجية بما مقداره 108 مليون طن سوف توفر للأمريكيين حوالي 260 مليار دولار.

و يوجد الآن سوق عالمي اخذ في التوسع للمنافسة على خدمات طاقة محددة السعر ونظيفة وخضراء، أي لا تلوث أو تدمير للمصادر الطبيعية، فبالإضافة لوجود خيار كفاية الطاقة المنخفض التكلفة، فان خدمات الطاقة هذه تشمل بدائل مختلفة للطاقة المتجددة مثل الألواح المستقطبة للإشعاع الشمسي، ومحطات توليد الطاقة وتوربينات الرياح.

إن الدراسة التي تم تحضيرها لمؤتمر الأمم المتحدة للبيئة والتطور ( Unced) والذي عقد في ريو _ البرازيل _ قد بينت أن هناك مقدرة كبيرة جداً لاستعمال الطاقة المتجددة عالمياً، حيث ستعمل كفاية الطاقة خلال الخمسين سنة القادمة على تلبية نصف ما يحتاجه العالم من طاقة وستعمل مصادر الطاقة المتجددة على تلبية نصف الحاجة المتبقية، وتبين هذه الدراسة أيضا انه حتى إذا بقيت أسعار الوقود متدنية على المدى البعيد فان الطاقة المتجددة ستتمكن من طرح بديل استثمارياً جذاباً من الناحية الاقتصادية، فهي ستقدم طريقة فاعلة لمنع التلوث البيئي كما ستقلل الاعتماد على التزود الخارجي بالنفط.

الكهرباء
لقد غمرت الطاقة الكهربائية حياة الإنسان والمجتمع بشكل جذري، فقد أدى تطوير المحركات الكهربائية إلى ثورة في الصناعة في أوائل القرن التاسع عشر مما أدى إلى حدوث تقدما سريعا في الإنتاج. وتعمل الكهرباء في الوقت الحاضر على توفير الطاقة لثورة المعلومات، أما على صعيد المنازل فتعمل الكهرباء على تقليص الوقت اللازم للطهي والتنظيف وغيرها من الأعمال اليومية التي من شأنها أن تبقي على الحياة.
ويعتبر نقص الطاقة الكهربائية أمرا جديراً بالاهتمام لثلث سكان العالم الذين لم يحصلوا عليها بعد، ففي دول العالم يترأوح الوقت الذي يتم قضائه من اجل النشاطات الحياتية من 9 –10 ساعات يومياً، ويقع هذا العبء خاصة على النساء والأطفال الذين لا يحصلون غالباً على التعليم وذلك لأن بقاءهم على قيد الحياة يتطلب منهم العمل، ومن جهة أخرى يعتبر الاتكال على الخشب وغيره من المواد الطبيعية لأغراض الطهي والتدفئة عاملاً مساهماً في تدمير مساحات واسعة من الأراضي الحرجية والأشجار، كما أن نقص الطاقة الكهربائية عائق أساسي للتغلب على الفقر وتعرية البيئة في الدول النامية.
وحسب ما أوردته دائرة صناعة الطاقة الكهربائية فان 53% من الطاقة الكهربائية في الولايات المتحدة يتم توليدها عن طريق محطات توليد الطاقة الكهربائية التي تعمل بواسطة الفحم (انظر 1998). ويتم توليد 18% عن طريق محطات توليد طاقة غير النظيفة (التي تلوث البيئة). أما محطات التوليد التي تعتمد على الغاز الطبيعي فتعمل على توليد 14%، وتعمل السدود الكهروبيمائية على توليد ما يقارب 10%، أما مصادر الطاقة المتجددة ما عدا الكهروبيمائية مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والمواد الطبيعية (مثل الخشب) فتعمل على إنتاج 2% من الطاقة الكهربائية للولايات المتحدة.
يتم توزيع الكهرباء في الولايات المتحدة بواسطة نظام طاقة كهربائي يربط بين توليد الطاقة ونقلها وتوزيعها وعدد من التسهيلات الأخرى، حيث يتم الحفاظ على تدفق الكهرباء في هذا النظام بواسطة موزعين يعملون على توصيل الطاقة الكهربائية إلى أماكن احتياجها مما يجعل الكهرباء متوفرة كلما ضغط المستهلك على مفتاح كهربائي.

المحافظة على الطاقة
إن المحافظة على الطاقة بكفاءة اكبر يعمل على تقليل التكلفة عوضاً عن الانبعاثات، ولذلك يوجد باعث قوي لتحسين كفاية الطاقة في عمليات التصنيع مثلاً وإنشاء البنايات الجديدة واستعمال الأجهزة والأدوات، وقد اصبح هناك توجهاً في الولايات المتحدة خلال العقود القليلة الماضية لزيادة شدة الطاقة، أي استعمال طاقة قليلة لإجمالي الناتج المحلي (gdp).

إن المحافظة على الطاقة ليست بمعزل عن التأثيرات البيئية فبعض التقنيات الجديدة الفعالة للطاقة مثل تقنية فرط الموصلية تعتمد على مواد سامة, و كمثال على ذلك يعمل أسلوب الإنارة المحافظ على الطاقة على استخدام البخار الزئبقي و الذي يمكن أن يحل محل المصباح الكهربائي باستعمال الخارصين أو الغاليوم (وهو عنصر فلزي نادر لونه ابيض يميل إلى الزرقة).
لا بد من اخذ هذه العوامل بعين الاعتبار عند تقييم التأثير البيئي لتلك التقنيات وذلك من اجل تأكيد أحد الأفكار الأساسية في علم البيئة وهو انه لا يوجد هناك تقنيات مجانية لأنه يوجد دائماً ما نتنازل عنه.

الوقود المستخرج من الأرض
إن أهم ما يستخرج من الأرض من وقود هو النفط والفحم والغاز الطبيعي، وقد تشكلت أنواع الوقود المختلفة قديماً اثر قيام النباتات بامتصاص الإشعاع الشمسي، وقد عملت طاقة الشمس المشعة على تحفيز نمو النباتات بسبب العمليات الكيميائية الضوئية المعروفة، وثم تخزين الطاقة في مخلفات النباتات وفي أجسام الحيوانات التي استهلكت تلك النباتات، وقد عملت البكتيريا اللاهوائية على استهلاك الأكسجين من تلك النباتات مخلفة ورائها بعض جزيئات الهيدروجين والكربون (هيدروكربون)، وبمرور الزمن تم تسخين وضغط هذه الجزيئات بواسطة طبقات رسوبية تكونت فوق المواد المتراكمة.
يصنف الوقود المستخرج من الأرض إلى مصدر ومخزون. المصدر هو مكان التزويد المعروف وجوده، أما المخزون فهو المصدر الذي يمكن استرجعه باقتصاد باستعمال وسائل معينة. ويوجد في أوروبا وأمريكا الشمالية واسيا حوالي 75% من مخزون النفط بينما يقع اكبر مخزون للغاز الطبيعي في الشرق الأوسط والاتحاد السوفيتي السابق.
إن الاهتمامات بتزويد الوقود تركز على النفط الذي سيقل إنتاجه بداية من القرن الحادي والعشرين، وهناك أنواع بديلة للبترول مثل الزيت الحجري ورمال القار والتي يمكن أن تطيل التزويد إذا ما تطورت التقنية لاستغلال هذه المصادر بطريقة اقتصادية. أما بالنسبة للفحم والغاز الطبيعي فان مخزون كل منهما يمكن أن يدوم لفترة أطول حسب المعدلات الحالية للاستغلال.

النفط
لم يكن النمو في القرن العشرين متوازن من حيث النشاط الاقتصادي والاستكشاف والسفر والاكتشاف العلمي الذي أمكن التوصل إليه بفعل التقنيات التي تعتمد على النفط. إن اكثر من نصف النفط العالمي يتم استغلاله من اجل مواصلات مثل السيارات والشاحنات والمركبات الأخرى، ويعتبر النفط أيضا المصدر الرئيس لصناعات مثل البلاستيك والكثير من المواد الكيميائية الضرورية الأخرى حيث لا يوجد حالياً بديل للنفط في هذه العمليات. وتدور الاهتمامات ألان حول سد الحاجة من النفط، فبالرغم من الاستخراج الكبير والمتزايد للنفط إلا أن التقديرات الحالية تشير إلا أن العالم يمتلك مخزوناً ضخماً. وقد اصبح مؤكداً أن اضخم مخزون للنفط يوجد في منطقة الشرق الأوسط مما يفعل بعض المسائل المتعلقة باعتماد الولايات المتحدة على استيراد أهم مصادر الطاقة. لكن الهم الأكثر إلحاحا يتمثل بإحراق النفط الذي ينتج عنه انبعاثات تعمل على تلويث الهواء كما ينتج عنه ثاني أكسيد الكربون (غازات البيوت الزجاجية).


الفحم
يعد الفحم اكثر مصادر الطاقة المستخرجة وفرة واقلها تكلفة وهو الأكثر استعمالاً لتوليد الكهرباء فهو يساهم في إنتاج ما يقدر ب 33% من الكهرباء في العالم، وبالرغم من أن الفحم موزع حول العالم إلا أن اكثر من نصف احتياطي الفحم موجود في الصين والولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي السابق

منقول