انرژی نو- مهندس احمد آل ياسين *:
اكنون مدت‌هاست كه برخي از كشورهاي توسعه يافته و حتي در حال توسعه دريافته‌اند كه محيط‌زيست اولويت اول است.

از همين رو، با ارج نهادن به ديدگاه‌هاي انديشمندان و صاحب‌نظران عرصه محيط‌زيست تلاش مي‌كنند از تخريب محيط‌زيست جلوگيري كنند. يكي از راهكارهاي اساسي براي حفاظت محيط‌زيست استفاده از انرژي‌هاي نو است؛ راهكاري كه مي‌تواند افزون بر كاهش گازهاي گلخانه‌اي، آسماني آبي به‌دور از آلودگي را براي شهروندان به ارمغان آورد. آنچه در پي مي‌آيد مقاله‌اي است در همين زمينه كه طي آن، انرژي‌هاي نو و روند شتابناك استحصال از آن در جهان از زواياي مختلف بررسي و تبيين شده است، با اين اميد كه مسئولان كشور ما نيز پيش از آنكه دير شود استفاده از اين انرژي‌ها را به‌طور جدي در دستور كار قرار دهند.

بهره‌گيري از نيروي باد در درياها

به تازگي براي افزايش ظرفيت توليد انرژي برق از نيروي باد، طراحي و اجراي طرح‌هاي موسوم به باد آب با استقرار آسياب‌هاي بادي غول پيكر در فواصل دور از سواحل درياها و اقيانوس‌ها روي سكوهاي شناور و يا دكل‌هاي مهار شده در قعر درياها توجه كارشناسان و مهندسان را به‌خود جلب كرده است.

توفيق در دستيابي به انرژي برق بادي در گروي وجود باد‌هاي تند و تداوم وزش باد‌هاست، به شرط آنكه در نزديكي مناطق مسكوني نبوده و اعتراض ساكنين مجتمع‌هاي مسكوني از مشاهده دكل‌ آسياب‌هاي بادي را در پي نداشته باشد. پژوهشگران نروژي بر اين باورند كه هر دو منظور بالا با استقرار نيروگاه‌هاي بادي در دل درياها و دور از سواحل دست‌يافتني است.

در حال حاضر توليد برق بادي در جهان حدود 94گيگاوات است كه انتظار مي‌رود در سال 2050 به حدود 2000 گيگاوات يا بيش از بيست برابر افزايش يابد. براساس بررسي‌هاي وزارت كشور آمريكا، سواحل غرب اين كشور در اقيانوس آرام، توان توليد 900گيگاوات برق بادي در سال را دارد كه متأسفانه به سبب ژرفاي زياد دريا، استقرار دكل‌هاي خيلي بلند تا‌كنون ممكن نشده است. اما طرح آزمايشي دور از سواحل نروژ مي‌تواند به روياي نصب دكل‌ها در هر ژرفايي كمك كند.

هدف از اجراي طرح باد آب (HyWind)، نصب بزرگ‌ترين توربين‌هاي توليد برقابي در ژرف‌ترين نقاط دور از سواحل درياها و اقيانوس‌هاست كه براي اين پژوهش توربين‌هاي 2300واتي به‌وزن 152 تن به‌كار برده مي‌شود. والتر موزيال، Walter Musial مهندس ارشد انرژي تجديد‌شونده دريايي در آزمايشگاه ملي وزارت انرژي ايالات متحده آمريكا مي‌گويد باد آب تكنولوژي كاملاً جديدي شناخته مي‌شود كه در آن توربين‌هاي بادي به بلندي 64 متر بالاتر از سطح دريا، روي سكوي شناور يا بر يك لوله فلزي نصب مي‌شود. مبدع اين تكنولوژي، شركت نروژي استات اويل هيدرو (StatoilHydro) است كه زير مجموعه بزرگ‌ترين شركت نفت و گاز اسكانديناوي است.

داخل لوله فلزي پايه دريايي با سنگ‌هاي شكسته پر و لوله مذكور به‌وسيله 3كابل قوي در ژرفاي 100 متري به كف دريا مهار مي‌شود تا سبب پايداري سكو شده و توربين را در برابر تكان‌هاي شديد ناشي از امواج حفاظت كند. پايداري باد آب در زمستان‌هاي خيلي سرد درياي اسكانديناوي و تلاطم شديد جوي نشان خواهد داد كه هر نقطه ژرف دريا‌ها مي‌تواند محل مناسبي براي توليد برق بادي باشد. اگر همه چيز وفق مراد پيش رود، نيروگاه بادي طرح آزمايشي مذكور در فاصله 10كيلومتري ساحل نروژ در ماه سپتامبر به توليد آزمايشي برق خواهد پرداخت.

براي توليد تجارتي برق بادي در سطح درياها، توربين‌ها بايد خيلي بزرگ‌تر از توربين‌هاي آزمايشي نروژي باشد، اما نصب توربين‌هاي خيلي بزرگ دربالاي دكل‌هاي بلند شناور واقع در ميان اقيانوس‌ها و درياها خود كار بسيار دشواري به‌نظر مي‌رسد. براي ساخت و نصب توربين‌هاي بزرگ‌تر و سنگين تر، بايد گرانيگاه آنها پايين‌تر ‌آيد تا به سطح آب اقيانوس نزديك‌تر شود. شركت استات‌اويل هيدرو براي اين منظور طرحي در دست تهيه دارد كه توربين به كمك جعبه‌دنده در سطح اقيانوس نصب مي‌شود تا با تغيير محل گرانيگاه آن لزومي به نصب توربين در ارتفاع بالا و پشت تيغه‌هاي باد گردان نباشد.

پروژه باد آب در حال حاضر در مرحله آزمايش و پژوهش است ولي چنين به‌نظر مي‌آيد كه هزينه ايجاد نيروگاه بادي شناور در آب‌هاي ژرف اقيانوس‌ها سرسام‌آور باشد. از طرفي بادهاي اقيانوسي ضمن يكنواختي و تداوم وزش، از بادهاي نزديك سواحل قوي‌تر هستند و به آساني نمي‌توان از اين منبع انرژي پايان‌ناپذير صرف‌نظر كرد. حسن ديگر نيروگاه‌هاي بادي آب‌هاي ژرف، دور ازنظر بودن آنهاست و هر آينه روزي اين فناوري موفق شود، فرصت‌هاي زيادي براي توليد برق بدون كربن و آلودگي در سطح سياره زمين فراهم خواهد شد.

در كنار پيشرفت فناوري نيروگاه‌هاي بادي پر قدرت و با ظرفيت‌هاي بالا، نيروگاه‌هاي بادي خانگي هم آماده ورود به بازار شده است. اين نيروگاه‌ها با ظرفيت توليد 1200 وات و توليد سالانه 2000 كيلووات ساعت مي‌توانند برق مصرفي منازل و مشاغل كوچك را فراهم كنند. برخلاف نيروگاه‌هاي بادي بزرگ كه با ارتفاع بلند ساخته مي‌شوند و پره‌هاي آنها مانند ملخ هواپيما است، اين نيروگاه‌هاي خانگي به بلندي حداكثر 10 متر است كه قسمت دوار آن به‌شكل منار مخروطي است كه با بادهاي كم سرعت دوران مي‌كند.

توليد برقابي

 سهم توليد برقابي در جهان به شيوه متداول از سدهاي بلند و مخزني در سال 2004 حدود 4/16 درصد كل توليد برق جهان گزارش شده، بقيه منابع توليد برق جهاني عبارتند از: 8/15 در صد برق اتمي، 8/65 درصد برق فسيلي و 2درصد برق‌هاي زيست‌شناختي (بيولوژيكي)، زمين گرمايي و خورشيدي. تنها راه ممكن براي افزايش توليد برقابي بدون احداث سدهاي بيشتر كه سبب بروز عوارض و خسارات زياد زيست‌محيطي در بالا دست و پايين دست سدها مي‌شود، بهره‌گيري از روش‌هاي غيرمتداول انرژي پتانسيل آب است، مانند حركت امواج، انرژي جنبشي جريان آب رودخانه و انرژي جزر و مد.

در پايين‌دست يك سد برقابي در هاستينگ (Hasting) ايالت مينه سوتاي آمريكا، آينده نيروي برقابي در حال شكل‌گيري است. انرژي توليد شده هيدروالكتريك يا برقابي نيست بلكه آب جنبش (Hydrokinetic) خوانده مي‌شود كه از حركت جريان آزاد آب گرفته شده است.
 نيروگاه آزمايشي انرژي آبي سبز نخستين طرح برقاب جنبش آمريكاست كه گواهي دولت فدرال را تحصيل كرده و در سرماي شديد زير صفر نصب و در ژانويه 2009 به‌راه افتاد. جريان تند خروجي يك نيروگاه برقابي سبب دوران پروانه سه تيغه 6/3 متري موسوم به توربين آب جنبش شده و برق توليد مي‌كند.

فناوري برقابي سبز، شبيه توربين‌هاي توليد برق از جزر‌و‌مد در اروپاست كه متناسب با حركت يكطرفه جريان آب بهينه‌سازي‌ شده است (در نيروگاه‌هاي برقي جزرومد آب توربين‌ها در دو جهت ورودي و خروجي عمل مي‌كند). از فناوري برقاب جنبش فقط در رودخانه‌هاي با جريان آزاد و كافي مي‌توان استفاده كرد.

در توليد انبوه، توربين‌ها بايد سري ساماندهي شوند تا از طريق ارتباط آنها با تاسيسات برقي سدهاي برقابي اتصال آنها به شبكه سراسري برق ناحيه‌اي تسهيل شود. كارشناسان آمريكايي ادعا كرده‌اند فناوري برقاب جنبش از فناوري برق بادي ارزان‌تر تمام مي‌شود( 4 تا 7 سنت براي هر كيلووات ساعت در برابر 10 سنت در كيلووات ساعت برق بادي).

در حال حاضر، هدف توليد 100 كيلووات براي تامين مصارف 40 خانه است، اما پرسش موجود اين است كه جمعيت آبزيان رودخانه با حضور توربين بدون كربن در مسير جريان آب رودخانه سازگاري خواهد داشت يا خير.

 سوخت زيست‌شناختي (بيولوژيك)

 پژوهشگران در تبديل خزه‌ها و جلبك‌هاي دريايي به سوخت بيولوژيكي و استفاده از متيل (ريشه هيدروكربن يك ظرفيتي) براي تبديل گازكربنيك به متان از مؤلفه‌هاي گاز طبيعي به توفيق چشمگيري دست يافته‌اند.

اگر چه اتانول پر مصرف‌ترين انرژي بيولوژيكي امروز شناخته شده، ولي به زحمت نوشداروي وضع پريشان انرژي تلقي مي‌شود. پژوهشگران در تلاشند تا هر چه بيشتر مواد آلي مانند نيشكر، جلبك، علوفه، فاضلاب و حتي زباله‌هاي بيمارستاني را براي مقاصد ترابري و توليد برق به انرژي با آلودگي كمتر تبديل كنند. توليد كنوني انرژي بيولوژيكي حدود 643هزار بشكه در روز است كه نياز سال 2050 حدود 34 ميليون بشكه در روز برآورد شده است.

كانال‌هاي شهر ونيز ايتاليا يكي از منابع مهم توليد انرژي سبز شناخته شده كه مي‌تواند قابليت توليد برق در سطح بازرگاني را هم پيدا كند. يك نيروگاه 6/272 ميليون دلاري در انتظار مجوز توليد برق از مصرف سوخت بيولوژيكي جلبك‌هاي كانال‌هاست.

براي تامين سوخت نيروگاه، جلبك‌هاي كانال جمع‌آوري و در يك راكتور بيولوژيكي 26فوتي كشت ( كوددهي با گازكربنيك همان نيروگاه) و خشك شده و بعد از استخراج شيره آن و افزودن مواد قليا‌يي به سوخت بيولوژيكي تبديل مي‌شود. پيش‌بيني شده اين نيروگاه در سال 2011 بتواند 40مگاوات برق (با كمترين آلودگي كربن) توليد كند كه بعد از تامين مصارف شهر، بقيه آن در اختيار انواع كشتي‌ها و شناورهاي پهلو گرفته در بندر قرار گيرد.

 انرژي خورشيدي

 بشر در رؤياي دستيابي به هزاران گيگاوات انرژي تجديد‌شونده خورشيد است. اشاره به انرژي خورشيدي از اين به‌بعد به معناي تنها بهره‌گيري از صفحات متداول تبديل نور خورشيد به برق نيست. هم‌اكنون انواع روش‌هاي گوناگوني كه بتواند نور خورشيد را به انرژي قابل استفاده تبديل كند با شتاب، در دست پژوهش، آزمايش و شكوفايي است. در وضع كنوني، توليد برق خورشيدي جهان4/12گيگاوات است كه نياز سال 2050 حدود 2000گيگاوات برآورد شده است.

هنگامي كه ستاره‌اي مانند خورشيد 85هزار تراوات (هر تراوات برابر يك ميليون مگاوات) انرژي در سال ارزاني سياره زمين مي‌كند، نگراني در باره كمبود انرژي‌هاي كم و بي‌كربن جايي ندارد.

در پروژه موسوم به eSolar (نيروگاه حرارتي خورشيدي) كه با سرمايه ماشين جست‌وجوگر گوگل به‌راه افتاده، روشي ابداع شده كه به‌وسيله آن انرژي خورشيدي متراكم (Concentrating Solar Thermal) مي‌شود. در اين روش، تشعشعات خورشيدي از طريق آينه‌هاي بزرگ متمركز شده و پس از ايجاد حرارت زياد، برق توليد مي‌شود. متصديان پروژه ادعا مي‌كنند كه برق توليدي از حرارت ناشي از تراكم نور خورشيد طي يك دهه بتواند ارزان‌تر از برق فسيلي در دسترس مصرف‌كنندگان قرار گيرد. بيل گراس ( Bill Gross) مدير اجرايي طرح گفته است: اين روش تنها روشي است كه با آن مي‌توان هزاران گيگاوات برق سبز توليد كرد.

نخستين نيروگاه eSolar به ظرفيت 5 مگاوات به‌نام سيرا ( Sierra ) واقع در شمال شرق شهر لوس‌آنجلس، با 24هزار آينه، تابش نور خورشيد به 20 جريب زمين را، متوجه ديگ‌هاي بخار كه روي پايه‌هاي بلند قرار گرفته‌اند مي‌كند. اين سامانه در كل 850 درجه فارنهايت گرما توليد مي‌كند كه از بخار حاصله، توربين‌هاي توليد برق نيروگاه به گردش در مي‌آيند.

انديشه تراكم نور و گرماي خورشيد از سال 1980 مطرح شده بود ولي بنا به بي‌توجهي عموم به بوته فراموشي سپرده شد تا اينكه دوباره مورد توجه واقع شده و پروژه تراكم انرژي خورشيد از سر گرفته شد.

واحدهاي يك مگاواتي نيروگاه‌هاي تراكم خورشيدي در سال 2006 در نقاط مختلف جهان به‌‌راه‌افتاد و تعداد آنها در سال2007 به يكصد واحد رسيد. براساس پيش‌بيني انستيتو زمين ( Earth Policy Institute ) تعداد اين نيروگاه‌ها در جهان در هر 16 ماه دو برابر مي‌شود و از 457 مگاوات در سال 2007 به 6400 مگاوات در سال 2012 خواهد رسيد. حداقل 13 نيروگاه در آمريكا در مراحل پيشرفته طراحي قرار دارند.

اين رهيافت، تازه به‌طور قابل توجهي ارزان‌تر تمام مي‌شود زيرا بر خلاف رقباي خود كه از آينه‌هاي سهموي ( پارابوليك ) بزرگ و سفارشي كه نور خورشيد را از همه زوايا جمع مي‌كنند، در پروژه eSolar، آينه‌هاي ساده تخت به‌اندازه صفحه تلويزيون‌هاي بزرگ به‌كار برده مي‌شود. رد‌گيري كامپيوتري در تمام ساعات روز، آينه را در مطلوب‌ترين زاويه جذب نور خورشيد قرار مي‌دهد. ساخت آينه‌ها بسيار ساده و به‌وسيله 2كارگر در ارتفاع نسبتا بلند نصب مي‌شوند. نيروگاه‌هاي eSolar با آرايش واحدهاي 46مگاواتي كه هر يك برق 300 خانه را تأمين مي‌كند، استاندارد شده‌اند و هر واحد به يك چهارم مايل مربع زمين نياز دارد.

سيرا (Sierra) يك طرح نمايشي است. اخيرا از طرف سازندگان نيروگاه‌هاي eSolar، قرارداد ساخت 11 واحد استاندارد 46 مگاواتي براي جنوب شرقي لوس‌آنجلس منعقد و براي ايجاد نيروگاه چند گيگاواتي در هندوستان نيز اعلام آمادگي شده است.

 انرژي فسيلي پاك‌تر

 به‌نظر مي‌رسيد زمان دستيابي بشر به فناوري جذب گازكربنيك و جلوگيري از انتشار آن در فضا فرا رسيده باشد.نيروگاه دينگي (Dynegy) در ناحيه موس لندينگ (Moss Landing) ايالت كاليفرنيا مي‌تواند نخستين نيروگاهي باشد كه فناوري تازه جذب كربن را مورد استفاده قرار داده است. اگر قوانين و منشورهاي منع انتشار كربن تحقق يابد، مصرف زغال آلوده‌ترين سوخت در ميان تمام سوخت‌هاي فسيلي به‌شدت كاهش پيدا خواهد كرد.

اگر چه گاز طبيعي پاك‌تر است ولي آن‌هم هنگام سوختن عامل انتشار كربن خواهد شد. در هر حال تا ده‌ها سال ديگر مصرف آنها همچنان ادامه خواهد داشت. توليد برق جهان از نيروگاه‌هاي با سوخت فسيلي در حال حاضر حدود 1460 گيگاوات است كه پيش‌بيني مي‌شود تا سال 2050 به حدود 3830گيگاوات برسد؛ البته اميد مي‌رود تا آن زمان همه آنها از نظر انتشار كربن به فناوري تازه جذب كربن مجهز شده باشند.

برآوردها نشان مي‌دهد كه 35درصد گازكربنيك هواي زمين ناشي از نيروگاه‌هاي با مصرف زغال و گاز طبيعي و 5درصد ديگر ناشي از توليد 9/2 ميليارد تن سيمان سالانه است. يك شركت آمريكايي به‌نام كالرا (Calera Corporation) مستقر در دره سيليكون ايالت كاليفرنيا روشي ابداع كرده كه ميزان گازكربنيك انتشار يافته كاهش پيدا كند. با اين روش تازه گازكربنيك به مصالح ساختماني قابل استفاده در راه‌سازي‌ و ساختمان‌سازي‌ تبديل مي‌شود.

دود غليظ دودكش‌هاي نيروگاه‌ها و كارخانه‌هاي مصرف‌كننده زغال و گاز طبيعي را با آب دريا مجاور كرده و در اين فرايند گازكربنيك و ساير آلاينده‌ها با منيزيم و كلسيم موجود در آب دريا تركيب شده، سنگ آهك مصنوعي توليد مي‌كند كه مي‌تواند ماده اوليه كارخانه‌هاي سيمان، تهيه شن و ماسه بتن، آسفالت و سنگ‌هاي ساختماني باشد. آب تميز دريا پس از آنكه كلسيم و منيزيم خود را از دست دادند، دوباره به دريا بر مي‌گردد.

اهميت اين نوآوري از اينجا معلوم مي‌شود كه 5/3 درصد انرژي جهان صرف توليد سيمان مي‌شود و 7 درصد گازكربنيك منتشره در فضاي زمين ناشي از كارخانه‌هاي سيمان است زيرا هر يك تن سيمان سبب انتشار يك تن گازكربنيك مي‌شود.

 نيروگاه اتمي مطمئن‌تر

تصور كاهش معني دار گاز كربنيك بدون طراحي راكتورهاي اتمي مطمئن‌تر و پاك‌تر تقريبا غيرممكن است زيرا ديگر كسي طرفدار نيروگاه‌هاي موجود امروز نيست. توليد برق اتمي در حال حاضر حدود 327گيگاوات است كه پيش‌بيني مي‌شود سال 2050 به حدود 700گيگاوات برسد. در سال 2004 ميزان توليد برق اتمي حدود 8/15 در صد كل توليد برق جهان گزارش شده و تنها در آمريكا 21درصد برق آن كشور از انرژي اتمي حاصل مي‌شود. در ميان تمامي منابع توليد انرژي بدون انتشار كربن، انرژي اتمي تنها منبعي است كه در مقياس‌هاي بزرگ روي آن پژوهش مي‌شود و در عين حال بيش از همه منابع هم سبب نگراني و ترس مردم جهان شده است.

خاطره تلخ چرنوبيل در شوروي سابق و هراس از دسترسي تروريست‌ها به انرژي هسته‌اي، نگراني از فعال بودن زباله‌هاي راديواكتيو براي ده‌ها هزار سال، همه سبب شده تا پيش از دستيابي به هدف‌هاي كاهش گازهاي گلخانه‌اي، مهندسان در انديشه ساخت راكتورهاي تازه‌اي باشند كه خطرات و نگراني‌هاي پيش گفته شده در عرصه انفجار هسته‌اي را به ميزان قابل توجهي تخفيف دهد.

در كوتاه مدت هنوز مي‌توان با نسل سوم راكتورها ادامه داد، ولي براي دهه‌هاي آينده كارشناسان در پي نسل چهارم و نسل پنجم راكتورها هستند. در راكتورهاي نسل سوم كه راكتورهاي امروزي هستند، اورانيوم غني شده در آب جذب حرارت كرده و بخار براي دوران توربين‌ها توليد مي‌كند. كنسرسيوم ميتسوبيشي- وستينگهاوس كه طراحي اين راكتور را تكميل كرده و به تصويب انرژي اتمي آمريكا رسانيده‌اند، قرارداد ساخت 6راكتور نسل سوم براي آمريكا و 4راكتور در چين را امضا كرده‌اند. در راكتورهاي نسل چهارم گلوله‌هاي توخالي زغالي به‌اندازه توپ تنيس با كپسول‌هاي سوخت دي‌اكسيد اورانيوم پر مي‌شوند و در داخل راكتور قرار مي‌گيرند تا راكسيون اتمي آغاز شود.

جريان هليوم پمپ شده به‌داخل راكتور اطراف گلوله‌ها را فرا گرفته و حرارت توليد شده سبب دوران توربين مي‌شود. براي اين طرح راكتورهاي آزمايشي ساخته و در دست آزمايش قرار گرفته ولي هنوز طرح تجارتي براي آن تهيه نشده است. اما در راكتورهاي نسل پنجم كه موج متحرك (Traveling Wave)ناميده شده‌اند، اورانيوم غني شده با رها كردن نوترون‌ها آغازگر فرايند هستند.

آنها پسماند‌هاي غني‌سازي‌ شده را به پلوتونيوم تبديل مي‌كند، در حالي كه پلوتونيوم هم نوترون‌هايي آزاد مي‌كند تا پسماند‌ها را به سوخت مفيد تبديل كند. يك مركز پژوهشي تمايل دارد تا براي سال 2020 يك راكتور را به بهره‌برداري برساند، اما پاره‌اي كارشناسان بر اين باورند كه شايد ده‌ها سال ديگر براي تكميل اين پروژه وقت لازم باشد.

 انرژي زمين گرمايي

 كشورهايي كه مانند ايسلند از نظر زمين‌شناختي فعال هستند، مي‌توانند نيازهاي انرژي خود را از اين راه تأمين كنند.

در حال حاضر توليد برق زمين گرمايي جهان، حدود 10 گيگاوات است كه پيش‌بيني مي‌شود در سال 2050 به حدود 700گيگاوات افزايش يابد. بيشترين مخازن انرژي زمين گرمايي در عمق درياها قرار دارد و در سطح زمين و درياها نشانه‌اي ندارد، ولي اغلب به سه شكل گوناگون: آتشفشان، چشمه‌هاي آب گرم و آب‌فشان‌هاي داغ همراه بخار ديده شده است.

تعداد آب‌فشان‌ها كه انرژي زيادي به همراه دارد زياد نيست و يكي از آنها در 116 كيلومتري شمال شهر سانفرانسيسكو قرار دارد كه با استفاده از 350 چاه و 22 نيروگاه حدود 750 مگاوات برق توليد مي‌كند.

* احمد آل ياسين، يكي از انديشمندان وطن‌دوست و متخصص با شهرتي فراملي است كه تاكنون كتاب‌هاي متعددي به زبان‌هاي فارسي و انگليسي به قلم وي در حوزه محيط‌زيست و منابع آب به چاپ رسيده است.