انرژیهای تجدیدپذیر انواع، مزایا و چالشهای آینده انرژیهای پاک, مصرف سوختهای فسیلی نظیر نفت، گاز و زغالسنگ از دلایل اصلی افزایش گازهای گلخانهای و در پی آن گرمایش جهانی محسوب میشود. در مقابل، انرژیهای تجدیدپذیر به عنوان راهکاری کارآمد برای مقابله با این بحران در حال گسترش هستند. بهویژه انرژی خورشیدی و بادی به دلیل انتشار کمتر گازهای گلخانهای، گزینههای مناسبی برای کاهش اثرات تغییرات اقلیمی به شمار میروند.
بیشک این انرژیها نیز مانند سایر منابع، چالشها و بحثهای خاص خود را دارند که یکی از مهمترین آنها مربوط به تعریف دقیق انرژی تجدیدپذیر است. در ادامه با تعریف، انواع، مزایا و موانع موجود در بهرهبرداری از این منابع به تفصیل آشنا میشویم. انرژی تجدیدپذیر چیست؟ انرژی تجدیدپذیر به انرژیهایی اطلاق میشود که از منابع طبیعی حاصل میآیند. این منابع به طور طبیعی و در بازه زمانی کوتاهی نسبت به عمر انسان تجدید میشوند.
منابع انرژی تجدیدپذیر شامل نور خورشید، باد، آب، امواج دریا، زیستتوده و انرژی گرمایی ذخیرهشده در پوسته زمین میباشند. این منابع نه تنها تجدیدپذیر و بیپایاناند، بلکه با تولید کمتر گازهای گلخانهای، حفاظت از محیط زیست را تضمین میکنند. این منابع در مقایسه با سوختهای فسیلی مزایای قابلتوجهی دارند. برخلاف سوختهای فسیلی که عمدتاً در مناطق محدود مانند کشورهای خاورمیانه یافت میشوند، منابع تجدیدپذیر به طور گستردهتری در دسترساند.
بهرهگیری از این منابع به منظور کاهش آلودگی و کاهش وابستگی به منابع انرژی محدود صورت میگیرد. تعداد زیادی از کشورها برای تحقق توسعه پایدار و کاهش آسیبهای زیستمحیطی، بیش از پیش در انرژیهای تجدیدپذیر سرمایهگذاری میکنند. این انرژیها با گذشت زمان پیشرفت کردهاند و هزینههای کلی آنها برای بهرهبرداری عمومی کاهش یافته است؛ به طوری که از سال ۲۰۱۱ تا به امروز سریعتر از هر منبع انرژی دیگری رشد کردهاند.
سال ۲۰۲۳، انرژیهای تجدیدپذیر رکورد جدیدی ثبت کردند و ۵۳۶ گیگاوات ظرفیت جدید به سیستم انرژی جهان افزودند. در حال حاضر این منابع انرژی تجدیدپذیر نزدیک به ۱۳ درصد کل مصرف انرژی جهان را تامین میکنند. افزایش بهرهبرداری از برق در بخشهای مختلفی نظیر کشاورزی، ساختمانها، صنعت و حملونقل باعث میشود انرژی تجدیدپذیر بیشتر در شبکه برق جهانی ادغام شود. اکنون، ۳۰ درصد برق جهان از این منابع تأمین میشود.
با این حال، با وجود اجماع جهانی بر لزوم حرکت به سوی انرژیهای تجدیدپذیر، این منابع تا به امروز با موانع زیادی روبرو هستند. در رقابت با سوختهای فسیلی که به شدت یارانه میگیرند، شرایط ناعادلانهای دارند؛ به همین دلیل جهان همچنان به سوختهای فسیلی وابسته است، به طوری که در سال ۲۰۲۲، ۷۹ درصد انرژی مصرفی جهان از این منابع تأمین شد.
برای بیش از ۱۵۰ سال، انسانها به طور گستردهای از سوختهای فسیلی مانند زغالسنگ و نفت برای تأمین انرژی بهره بردهاند و باعث افزایش بیسابقه در سطح گازهای گلخانهای شدهاند. این گازها گرما را در اتمسفر حبس میکنند و دمای جهانی را افزایش میدهند که یکی از نشانههای تغییرات اقلیمی است. این تغییرات شامل افزایش دما، رویدادهای شدید آبوهوایی، مهاجرت انسانی، تحول زیستگاههای حیاتوحش و افزایش سطح دریاها میشود.
انواع انرژیهای تجدیدپذیر اصطلاح انرژی تجدیدپذیر به انرژی اطلاق میشود که غیرنابود و در مقادیر نامحدود در دسترس است. این انرژی عمدتاً از ۶ منبع طبیعی زیر استخراج میشود ۱. انرژی خورشیدی انرژی خورشیدی به انرژیای اطلاق میشود که از خورشید حاصل میآید. این انرژی میتواند به دو صورت انرژی حرارتی و الکتریکی پاک تبدیل شده و برای تولید برق، گرمایش و آبگرم مورد استفاده قرار گیرد.
در حال حاضر تنها نزدیک به ۵.۵ درصد برق جهان از انرژی خورشیدی تأمین میشود. بیشک پتانسیل این انرژی بسیار بالاست؛ برای مثال، پنلهایی که مساحتی معادل دریاچه ارومیه (۵۲۰۰ کیلومتر مربع) را پوشش دهند، میتوانند نه تنها برق مصرفی ایران، بلکه برق تمام کشورهای خاورمیانه را تأمین کنند! انواع فناوریهای انرژی خورشیدی برای بهرهبرداری از انرژی خورشیدی، ۳ فناوری مهم وجود دارد فتوولتائیکها نور خورشید مستقیماً به برق تبدیل میشود.
نیروی خورشیدی متمرکز گرمای خورشید (انرژی حرارتی) برای به حرکت در آوردن توربینهای برق مقیاس بزرگ مورد استفاده قرار میگیرد. سیستمهای گرمایش و سرمایش خورشیدی انرژی حرارتی برای گرم کردن آب و هوا به کار میرود. ۲. انرژی بادی انرژی بادی از نیروی مکانیکی باد برای تولید انرژی به دست میآید. ژنراتورها این انرژی مکانیکی را به برق تبدیل میکنند.
این نیروی مکانیکی همچنین میتواند مستقیماً برای کارهایی نظیر آرد کردن غلات یا پمپاژ آب مورد استفاده قرار گیرد. توربینهای بادی رایجترین روش برای برداشت انرژی باد، بهرهگیری از توربینهای بادی است. این توربینها با استفاده از نیروهای آیرودینامیکی، پرههای روتور را میچرخانند که به جعبهدنده متصل شده و به ژنراتور منتقل میشود. این تبدیل نیروی آیرودینامیکی به چرخش ژنراتور برق تولید میکند.
توربینهای بادی برای بسیاری از مردم نماد آشکارترین انرژیهای تجدیدپذیرند. در مورد اینکه آیا آنها نماد پیشرفت هستند یا منظرهای نازیبا، بحثهای گستردهای در جریان است. مزایای انرژی باد مهمترین مزایای انرژی باد شامل این موارد است که منبعی نامحدود، رایگان و تجدیدپذیر است. این نوع انرژی از نظر هزینههای نگهداری و مصرف برای مصرفکنندگان اقتصادی است. علاوه بر این، نیروگاههای بادی میتوانند در دریا ساخته شوند.
مزرعههای بادی دریایی به دلیل بادهای قویتر در دریا، انرژی بیشتری تولید میکنند. برخلاف نیروگاههای سنتی، انرژی باد هیچگونه آلودگی هوایی یا گازهای گلخانهای تولید نمیکند. معایب انرژی باد اگرچه انرژی باد پاک و ارزان است، ساخت توربینها و تأسیسات بادی بسیار پرهزینه است. هزینههای ساخت و مهندسی توربینهای عظیم در دریا گران، پیچیده و زمانبر است. همچنین برخی نگران اثرات بصری توربینهای بادی بر مناظر طبیعی هستند.
بسیاری از مزارع بادی در مناطق دورافتاده طبیعت قرار دارند که پیشتر دستنخورده بودند. علاوه بر این، برخی مزارع بادی ممکن است سر و صدای مزاحم ایجاد کنند که برای جوامع محلی آزاردهنده است. توربینهای بادی همچنین ممکن است برای برخی از حیاتوحش خطرناک باشند. تعداد زیادی پرنده و خفاش با برخورد به پرهها کشته شدهاند و کارشناسان اکنون در حال تحقیق بر روی اثرات توربینهای بادی بر زیستگاههای دریایی هستند. ۳.
انرژی آبی انرژی آبی از قدیمیترین منابع انرژی در جهان است که از نیروی آب جاری برای به حرکت در آوردن توربینها به دست میآید، همانند سدهای مدرن یا آسیابهای آبی پیش از انقلاب صنعتی. اکنون، انرژی آبی بزرگترین منبع انرژیهای تجدیدپذیر هم در جهان (نزدیک به ۱۷ درصد) هم در ایران (نزدیک به ۴ درصد) را تأمین میکند. تاریخچه انرژی آبی بهرهگیری از انرژی آبی قدمت زیادی دارد.
اولین کاربردهای شناختهشده آن در چین بین سالهای ۲ قبل از میلاد و ۹ میلادی بوده که از چرخهای آبی برای خرد کردن غلات و استخراج مواد معدنی استفاده میکردند. در همین دوران، یونانیها نیز چرخهای آبی برای آسیاب کردن گندم ساخته بودند. توربینهای مدرن هیدروالکتریک بر پایه اصول کتاب نوشته مهندس نظامی فرانسوی، برنارد فورست دو بلیدور، توسعه یافتند.
این کتاب در قرن هجدهم پایهگذار طراحی توربینهایی شد که انرژی جنبشی آب را به برق تبدیل میکردند. اولین پروژه هیدروالکتریک سال ۱۸۷۸ برای تامین برق یک لامپ در خانه انگلستان راهاندازی شد. ۴ سال بعد، اولین نیروگاه هیدروالکتریک در ویسکانسین افتتاح شد و در یک دهه، صدها نیروگاه مشابه در سراسر ایالات متحده راهاندازی شدند.
مزایا و معایب انرژی آبی انرژی هیدروالکتریک به عنوان منبعی داخلی، این امکان را به هر منطقه میدهد که انرژی مورد نیاز خود را تولید کند. پس از نصب، هزینههای بهرهبرداری از این انرژی بسیار پایین است و میتواند به کاهش هزینههای مصرف انرژی برای خانوارها منجر شود. علاوه بر تولید انرژی، ساخت سدهای هیدروالکتریک میتواند به تشکیل ذخایر آب و فراهم کردن امکانات تفریحی نظیر شنا و قایقرانی کمک کند.
این پروژهها همچنین میتوانند در کنترل سیلاب، تامین آب شرب و حمایت از آبیاری کشاورزی سودمند واقع شوند. با این حال، این پروژهها مشکلات زیستمحیطی قابلتوجهی ایجاد میکند. ساخت سدها میتواند به تخریب زیستگاههای طبیعی و ممانعت از مهاجرت ماهیها منجر شود. همچنین، تغییر مسیر رودخانهها میتواند بر جوامع بومی و مناطقی که به این منابع آبی وابستهاند، تأثیرات منفی بگذارد.
برخی پژوهشگران معتقدند این معایب میتواند باعث شود انرژی آبی منبع انرژی کاملاً پایدار در نظر گرفته نشود. ۴. انرژی کشندی؛ یکی دیگر از منابع انرژی تجدیدپذیر انرژی کشندی یا انرژی جزر و مد، برخلاف انرژی آبی که به جریان آب در دریاچهها و رودخانهها وابسته است، از قدرت امواج دریا در زمان بالا و پایین رفتن جزر و مد تولید میشود.
مشابه انرژی باد، این امواج باعث حرکت توربینها میشوند که به جعبهدنده متصلاند و این حرکت منجر به تولید برق میشود. آینده انرژی کشندی انرژی کشندی تا به امروز منبع انرژی نسبتاً نوین است و تا کنون تأثیری زیاد در تولید انرژی نداشته است اما پژوهشگران به طور فزایندهای به پتانسیل عظیم اقیانوسها برای تولید انرژی تجدیدپذیر، پاک و قابلاطمینان پی بردهاند. این انرژی میتواند منجر به تولید برق برای میلیونها خانه در سراسر جهان شود.
مزایای انرژی کشندی آب به طور قابلتوجهی از هوا متراکمتر است و به همین دلیل انرژی کشندی نسبت به انرژی خورشیدی و بادی قدرت بیشتری دارد. این انرژی میتواند قدرت بسیار بیشتری را با همان قطر توربین و شدت روتور تولید کند و در عین حال پیشبینیپذیرتر است؛ به عبارت دیگر، انرژی کشندی تمام مزایای انرژیهای تجدیدپذیر نظیر انرژی خورشیدی و بادی (مانند انرژی پاک و ارزان) را دارد اما بدون مشکل قطعی و ناپایداری نیرو.
این ویژگیها باعث میشود انرژی کشندی منبع انرژی تجدیدپذیر امیدوارکننده و دلپذیر به نظر برسد. معایب انرژی کشندی با وجود مزایای دیدنی، انرژی کشندی تا به امروز در مراحل اولیه توسعه قرار دارد و هزینههای بالای سرمایهگذاری اولیه آن از بزرگترین چالشهاست. توسعه این فناوری و اتصال آن به شبکههای برق نیازمند کارهای مهندسی پیچیده و پرهزینه است که باعث میشود آغاز پروژهها زمانبر و پرهزینه باشد.
این موضوع مانع جذب سرمایهگذاران و به طور کلی کند شدن پیشرفت آن میشود. انرژی زمینگرمایی انرژی زمینگرمایی از گرمای درون پوسته زمین ریشه میگیرد. این گرما نتیجه تجزیه رادیواکتیو ذرات در هسته زمین است. هستهای که دمای آن برآوردها با دمای سطح خورشید برابری میکند! آتشفشانها و چشمههای آبگرم، همانند آنچه در پارک ملی یلواستون میبینید، مثالهای برجسته رسیدن انرژی گرمایی زمین به سطح هستند.
این گرما میتواند از طریق کانالهای آب یا بخار از پوسته زمین حمل و به انرژی تبدیل شود تا مورد استفاده قرار گیرد. این منبع انرژی قوی در کشورهایی با ذخایر زمینگرمایی زیاد، مقادیر عظیمی از برق تولید میکند. کشورهایی نظیر السالوادور، نیوزیلند، کنیا، فیلیپین و ایسلند که انرژی زمینگرمایی بیش از ۹۰ درصد نیازهای گرمایشی آنها را تأمین میکند، مثالهای بارزی از بهرهبرداری گسترده از این منبع انرژی هستند.
کاربردهای انرژی زمینگرمایی بهرهگیری از انرژی گرمای زمین میتواند به ۳ دسته تقسیم شود کاربردهای مستقیم بهرهگیری مستقیم از آبگرم از منبع بدون تجهیزات تخصصی، همانند استخرهای شنا، چشمههای آبگرم و شهرهایی که حمامهای معدنی دارند. پمپهای حرارتی زمینگرمایی سیستمی از مبدل حرارتی (حلقهای از لولههای دفن شده در زمین) و یک پمپ که میتواند ساختمانها را در تابستان خنک و در زمستان گرم کند.
تولید برق نیروگاههای زمینگرمایی که از بخار برای تولید برق استفاده میکنند. مزایای انرژی زمینگرمایی؛ یکی دیگر از منابع انرژی تجدیدپذیر مزیت مهم انرژی زمینگرمایی این است که به عوامل غیرقابلپیشبینی نظیر شرایط آبوهوایی وابسته نیست. دمای هسته زمین پایدار است و وقتی به درستی از آن بهره برداری شود، میتواند قدرتی در مقیاس غیرقابلتصور را به کار گیرد.
ظرفیت انرژی زمینگرمایی حاضر در واقع بیش از ۱۵ تراوات (۱۵ هزار گیگاوات) مصرف انرژی در سراسر جهان است. معایب انرژی زمینگرمایی مهمترین نقطه ضعف انرژی زمینگرمایی وابستگی آن به مکان است. نیروگاههای زمینگرمایی باید جایی ساخته شوند که انرژی از طریق منبع آب یا بخار در دسترس باشد. متأسفانه، این بدان معنی است که برخی نقاط زمین نمیتوانند از این منبع بهره ببرند.
همچنین همانند سایر انواع انرژیهای تجدیدپذیر، هزینه و نیروی انسانی نیز عامل تعیینکننده است. حتی اگر منبع مداوم گرما در زمین وجود داشته باشد، انرژی مورد نیاز برای استخراج آن میتواند بسیار زیاد باشد. نرخ استخراج سیالات و بخار گرمشده ممکن است از نرخ پر کردن بیشتر شود که باعث میشود قیمت زمان و هزینه صرفشده بالا رود و در نتیجه پایداری آن کاهش یابد. ۶.
انرژی زیستتوده زیستتوده مادهای آلی و تجدیدپذیر است که از گیاهان و حیوانات به دست میآید. زیستتوده میتواند مستقیماً برای تولید گرما سوخته یا به مایعات و گازهای تجدیدپذیر تبدیل شود. تا اواسط سده نوزدهم که انقلاب صنعتی منابع انرژی تجدیدناپذیر را معرفی کرد، زیستتوده منبع اصلی مصرف انرژی بود. بیشک بسیاری از کشورها تا به امروز از انرژی زیستتوده به عنوان منبع مهم سوخت، به ویژه در حوزههای پختوپز و گرمایش، بهره میبرند.
منابع انرژی زیستتوده منابع انرژی زیستتوده عبارتاند از چوب و ضایعات فرآوری چوب شامل چوب هیزم، الوار، ضایعات کارخانههای مبلمان و مایع سیاه از کارخانههای خمیر کاغذ و کاغذ است. محصولات زراعی و ضایعات آنها مواد و پوستههای حاصل از کشت ذرت، سویا، نیشکر و ضایعات فرآوری محصولات زراعی و غذایی. مواد زیستی در زبالههای جامد شهری شامل محصولات کاغذی، پنبه و پشم میباشد.
کود حیوانی و فاضلاب انسانی برای تولید بیوگاز/گاز طبیعی تجدیدپذیر. مزایای انرژی زیستتوده انرژی زیستتوده یکی از متنوعترین انواع انرژیهای تجدیدپذیر است. میتوان آن را در تولید بیودیزل برای وسایل نقلیه، گاز متان و طیف وسیعی از سوختهای زیستی دیگر، گرم کردن خانهها و تولید برق تبدیل کرد. همچنین سوختهای زیستتوده را میتوان تقریباً همهجا یافت. منابع انرژی زیستتوده تقریباً در هر نقطهای از کره زمین وجود دارد.
یکی از مزایای این منبع انرژی این است که برخلاف سایر انواع انرژیهای تجدیدپذیر — و در واقع انرژیهای تجدیدناپذیر — هزینههای جمعآوری سوختهای زیستتوده بسیار پایین است. این موضوع انرژی زیستتوده را برای تولیدکنندگان و سرمایهگذاران دلپذیرتر میکند؛ زیرا آنها میتوانند سریعتر از سرمایهگذاری اولیه خود به نقطه سر به سر برسند.
علاوه بر این، بخش زیادی از زبالههای زیستتخریبپذیر ما میتواند به طور موثرتری برای تولید انرژی زیستتوده مورد استفاده قرار گیرد؛ به این دلیل، این نیرو دوجانبه برای پایداری است — تولید انرژی تجدیدپذیر و بهرهگیری از زبالههایی که در محلهای دفن زباله میمانند و میپوسند. معایب انرژی زیستتوده تفاوت مهم این انرژی با سایر منابع انرژی تجدیدپذیر نظیر خورشید و آب این است که انرژی زیستتوده نیاز به نگهداری مداوم دارد.
گیاهان به وفور یافت میشوند اما بهرهبرداری از انرژی زیستتوده نیازمند تلاشهایی برای تجدید و نگهداری ذخایر است، همانند آبیاری منظم و رسیدگی به مواد زائد ناشی از تولید بیش از حد (هرچند این مواد ارگانیک خواهند بود). این موضوع در نهایت به پایداری انرژی زیستتوده آسیب میزند. همچنین انرژی تولیدشده از زیستتوده کاملاً پاک نیست. سوزاندن چوب و سایر گیاهان تولید گازهایی غیر از کربن میکند.
این گازها میتوانند آلودگی ایجاد کنند، هرچند نه به همان اندازه و شدت منابع انرژی تجدیدناپذیر. برخی سازمانها، همانند شراکت برای ادغام سیاستها، سوختهای زیستتوده را نوعی آلودگی هوا معرفی میکنند. انرژی تجدیدپذیر در برابر انرژی تجدیدناپذیر انرژی تجدیدناپذیر به انرژیای اطلاق میشود که از سوختهای فسیلی نظیر زغالسنگ، نفت، گاز طبیعی و غیره تولید میشود.
با اینکه ذخایر این منابع گسترده به نظر میرسند، این منابع قابل تجدید نیستند و با گذشت زمان رو به کاستی هستند. با نرخ جاری مصرف جهانی، سوختهای فسیلی بر اساس جدول زمانی زیر به پایان خواهند رسید چرا باید سریعتر از انرژیهای تجدیدناپذیر فاصله بگیریم؟
ایران، همانند بسیاری از کشورهای دنیا، اکنون از انواع گوناگون انرژیهای تجدیدناپذیر نظیر نفت، گاز، زغالسنگ و انرژی هستهای بهره میبرد اما دلایل مهمی وجود دارد که نشان میدهند باید تجدید نظر کنیم تخریب زمین برای دستیابی به منابع نفت، گاز، زغالسنگ و اورانیوم بستر دریاها شخم زده میشود، کوهها جابهجا میشوند و زیستگاهها نابود میگردند.
آلودگی آب عملیات استخراج زغالسنگ بیشتر باعث نشت سنگ، خاک و مواد شیمیایی سمی به زمین و آبهای زیرزمینی میشود. نشت نفت نیز اقیانوسها را آلوده کرده، زندگی دریایی را از بین میبرد و به طور دائم به کل اکوسیستمها آسیب میزند. آب آشامیدنی ما ممکن است به حدی آلوده شود که در مناطقی نزدیک به محلهای شکست هیدرولیکی، رابطهای علتی بین آلودگی و بیماریهایی نظیر سرطان، نقصهای مادرزادی و آسیبهای عصبی وجود داشته باشد.
انتشار گازهای آلاینده در هوا حتی قبل از اینکه از سوختهای فسیلی استخراجشده بهره برده شود، این سوختها هوای ما را آلوده کرده و طیف وسیعی از مشکلات را برای انسانها و حیاتوحش ایجاد میکنند. بنزن که عامل سرطان خون کودکان و اختلالات خونی میشود و فرمالدئید که خود عامل سرطان است، تنها ۲ نمونه از این سموماند. همچنین شکست هیدرولیکی که صنعتی رو به رشد در ایالات متحده است، با چندین مشکل جدی سلامتی مرتبط است (فناوری شل).
افزایش شدت گرمایش جهانی احتمالا هشداردهندهترین مسئله این است که سوزاندن سوختهای فسیلی عامل مهم انتشار گازهای گلخانهای است که منجر به تسریع در گرمایش جهانی (تغییرات اقلیمی) میشود.
