نبذة تعريفية عن “مصادر الطاقة” واستخدامات الإنسان المتعددة لها

2001 موسوعة الكويت العلمية الجزء الثاني عشر

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

مصادر الطاقة استخدامات الطاقة علوم الأرض والجيولوجيا

يَحْتاجُ الإنْسانُ إلَى الطَّاقَةِ في كُلِّ حَرَكَةٍ يقومُ بها وكلِّ نشاطٍ يدورُ في جِسْمِهِ.

وهو يَسْتَمِدُّ طاقَتَهُ علَى العَمَلِ العَضَلِيِّ والذِّهْنِيِّ مِنَ الغِذاءِ المُتَنَوِّعِ الّذي يَتَناوَلُه ويَحْرِقُه في خَلاياه كَذَلِكَ يحتاجُ الإنْسانُ إلَى الطَّاقَةِ لِيُحَرِّكَ بِها وَسَائِلَ النَّقْلِ المُخْتَلِفَةَ، برًّا وبحرًا وجوًّا، ويديرَ بها كثيرًا من أَدَواتِهِ المَنْزِلِيَّةِ، فَضلاً علَى اسْتِخدامِهِ لَها في إدارَةِ الآلاتِ بالمَصانِعِ علَى اخْتِلافِ أَنْواعِها.

وهَكَذا يكونُ لِلطَّاقَةِ عِدَّةُ صُوَرٍ، منها: الطَّاقَةُ الميكانِيكِيَّةُ، والطَّاقَةُ الكَهْرَبائِيَّةُ، والطَّاقَةُ الحرارِيَّةُ، والطَّاقَةُ الضَّوْئِيَّةُ، وغيرُها.

ويَقْضِي «مَبْدَأُ حِفْظِ الطَّاقَةِ» بأَنَّه كُلَّمَا نَقَصَ مِقْدَارٌ مِنَ الطَّاقَةِ بصورَةٍ مُعَيَّنَةٍ ظَهَرَ بَدَلاً مِنْه مِقْدارٌ مساوٍ مِنَ الطَّاقَةِ بِصورَةٍ أُخْرَى.

 

فمثلاً، إذا تَرَكْنا حجرًا يَتَدَحْرَجُ علَى سَفْحِ جَبَلٍ، فإنَّ الحَجَرَ يكونُ في أَثْناءِ حَرَكَتِهِ تَحْتَ تأثيرِ قُوَّةِ الاحْتِكاكِ بَيْنَه وبَيْنَ الأَرْضِ في اتِّجاهٍ مُضادٍّ لِحَرَكَتِهِ، ويَنْشَأُ عَنْ الشُّغْلِ المَبْذولِ للتَّغَلُّبِ علَى تَأثيرِ قُوَّةِ الاحْتكاكِ هَذهِ تولُّدُ طاقَةٍ حرارِيَّةٍ، فتَنَقُصُ الطَّاقَةُ المِيكانِيكِيَّةُ لِلْحَجَرِ تدريجيًّا في أثناءِ تَدَحْرُجِه بمقدارٍ يساوِي الطَّاقَةَ الحرارِيَّةَ المُتَوَلِّدَةَ عَنْ الاحْتكاكِ في أَثْناءِ ذَلِكَ.

ولَقَدْ ثَبَتَ مُؤَخَّرًا أَنَّ المادَّةَ هي صورةٌ من صُوَرِ الطَّاقَةِ، فيمكنُ تَحويلُ المادَّةِ إلَى طاقَةٍ، كما يمكنُ تحويلُ الطَّاقَةِ إلَى مادَّةٍ تَحْتَ ظروفٍ مُعَيَّنَةٍ. ويُنْسَبُ إلَى أَيْنِشْتَيْنِ وَضْعُ العَلاقَةِ الرِّياضِيَّةِ الّتي تَصِفُ تكافُؤَ المادَّةِ والطَّاقَةِ.

ويُعَدُّ الفَحْمُ والبِتْرولُ والغازُ الطَّبيعِيُّ مَصادِرَ تَقْليدِيَّةً للطَّاقَةِ، يُسْتَفادُ مِنْها عِنْدَ إحْراقِها لِلْحصولِ علَى الحرارَةِ اللاَّزِمَةِ في عَمَلِيَّاتِ التَّسْخينِ، وفي إِنْتاجِ البُخارِ لإدارَةِ الآلاتِ في المَصانِعِ، أَوْ لِتَشْغيلِ التُّورْبيناتِ المُوَلِّدَةِ للكَهْرَباءِ في مَحَطَّاتِ القُوَى.

 

وقَدْ زَادَتْ الحاجَةُ إلَى الطَّاقَةِ في عَصْرِنا الحاضِرِ، ليسَ فَقَطْ بِسَبَبِ الزِّيادَةِ الهائِلَةِ في أَعدادِ السُّكَّانِ علَى مُسْتَوى العالَمِ، ولَكِنْ أَيْضًا بِسَبَبِ زِيادَةِ الاعْتِمادِ علَى التّقْنياتِ الحَديثَةِ وما تَتَطَلُّبُهُ مِنْ تَوفيرِ كَميّاتٍ كبيرَةٍ من الطَّاقَةِ في كُلِّ المجالاتِ.

وقَدْ شَكَّلَ كُلُّ ذَلِكَ ضَغْطًا هائِلاً علَى مصادِرِ الطَّاقَةِ الطَّبيعِيَّةِ التَّقْلِيدِيَّةِ غَيْرِ المُتَجَدِّدَةِ، مثل الفحمِ والبتْرولِ والغازِ الطّبيعِيِّ، وبَدَأَتْ في النُّضوبِ، وتَزايَدَ الاهْتِمامُ بالبَحثِ عن مَصادِرَ أُخْرَى جديدَةٍ ومُتَجِّدِّدَةٍ.

وتُعَدُّ الطَّاقَةُ الشَّمْسِيَّةُ مِنْ أَهَمِّ أَنْواعِ الطَّاقَةِ الّتي يُمْكِنُ للإنْسانِ اسْتِغلالُها. فهِيَ طاقَةٌ دائِمَةٌ، تَشِعُّ علَيْنا كُلَّ يومٍ بِنَفسِ المِقْدارِ، وتَتَوَفَّرُ في مُعْظَمِ مَناطِقِ العَالَمِ.

 

وتَتَمَيَّزُ الطَّاقَةُ الشَّمْسِيَّةُ بأنَّها طَاقَةٌ نظيفَةٌ لا يَنْتُجُ عن اسْتِخدامِها غازاتٌ أو نَواتِجُ ثانَوِيَّةٌ ضارَّةٌ بالبيئَةِ. ولِهذا تَطَوَّرَتْ وتَعَدَّدَتْ طُرُقُ الاسْتِفادَةِ مِنْها، مثل اسْتِخدامِ المَرايا العاكِسَةِ لِتَجْميعِ ضَوْءِ الشَّمْسِ، أو ابْتِكَارِ طُرُقٍ لِتَجْميعِ حرارَةِ الشَّمْسِ وامْتِصاصِها، أو تَحْويلِ ضَوْءِ الشَّمْسِ إلَى طاقَةِ كهربَائِيَّةٍ بِواسِطَةِ البَطَّاريَّاتِ الشَّمْسِيَّةِ.

وهُناكَ دِراساتٌ أَوَّلِيَّةٌ لأَفْكارٍ خاصَّةٍ بإقامَةِ مَحَطَّاتٍ في الفَضَاءِ الخَارِجِيِّ تَحمِلُ البَطَّارِيَّاتِ الشَّمْسِيَّةَ الّتي تَسْتَقْبِلُ الطَّاقَةَ الشَّمْسِيَّةَ وتُحَوِّلُها إلَى طاقَةٍ كَهْرَبائِيَّةٍ تُرْسلُ إلَى سَطْحِ الأَرْضِ.

ومِنْ مصادِرِ الطَّاقَةِ الجديدَةِ الّتي أَمْكَن التَّوَصُّلُ إلَيْها في أَواسِطِ القَرَنِ العِشْريـن الطَّاقَةُ النَّوَوِيَّةُ النَّاتِجَةُ من انْشِطارِ ذَرّاتِ اليورانْيوم إذا قُذِفَتْ بِنيوتْروناتٍ عالِيَةِ الطَّاقَةِ.

 

وتُعَدُّ المُفاعِلاتُ النَّوَوِيَّةُ مَصْدَرًا لِتَوْليدِ الطَّاقَةِ النَّوِوِيَّةِ والتَّحَكُّمِ فيها واسْتِخدامِها في الأَغْراضِ السِّلْمِيَّةِ لِتَوْليدِ الكَهْرَباءِ وتَحضيرِ بَعْضِ النَّظائِرِ المُشِعَّةِ الّتي تُسْتَعْمَلَ لِعِلاجِ بَعْضِ الأَمْراضِ.

وهُناكَ نوعٌ آخَرُ من التَّفاعُلاتِ النَّوَوِيَّةِ يَحْدُثُ بانْدِماجِ بَعْضِ الذَّرَّاتِ الخَفيفَةِ معًا لتكوينِ ذَرَّاتٍ أَثْقَلَ مِنْها، وإطلاقِ ما يُسَمَّى بطاقَةِ الانْدماجِ النَّوَوِيِّ أيضًا.

عَرَفَ الإنْسانُ طاقَةَ الرِّياحِ منذُ أَقْدَمِ العُصورِ واسْتَخْدَمَها في دَفْعِ السُّفُنِ الشِّراعـِيَّةِ، وفي صِناعَةِ المَراوِحِ الهَوائِيَّةِ ذاتِ المِحْوَرِ الأُفُقِيِّ.

 

ولَقَدْ اسْتَعْملَ المُسْلِمونَ في عَصْـرِ ازْدِهارِهم الحَضَارِيِّ طاقَةَ الرِّياحِ لإدارَةِ الطَّواحينِ الهَوائِيَّةِ منذُ القَرْنِ الرَّابِعِ الهِجْرِيِّ (العاشِرِ الميلادِيِّ)، حَيْثُ كانَ للرَّحَى ثمانيةُ أَجْنِحَةٍ عَمودِيَّةٍ تُقام – وَرَاءَ عَمودَيْن يَنْفُذَ بَيْنَهما الرِّيحُ كالسَّهْم – علَى قائمٍ عمودِيٍّ أيْضًا طَرَفُهُ الأَسْفَلُ يُحَرِّكُ حَجَرًا، فيدورُ هذا الحجرُ علَى حَجَرٍ آخَرَ.

وقَدْ ذَكَرَ الغَزولِيُّ (ت: 815هـ/ 1412م) في أَمْرِ هذه الطَّواحينِ ما يُبَيِّنُ أَنَّ تَنْظيمَ سُرْعَتِها كانَ يَتِمُّ بواسِطَةِ مَنافِسَ تُغْلَقُ وتُفْتَحُ فيها.

وذَلِكَ لأنَّها إذا كانَتْ سريعَةً جدًّا أُحْرِقَ الدَّقيقُ فيخرجُ أَسْوَدَ، ورُبَّمَا حَمِيَ الرَّحَى فانْفَلَقَ. ويَذَكُرُ مُؤَرِّخُو العِلْمِ والتِّقانَةِ أنَّ العَرَبَ هُمْ الّذينَ جَلَبوا الطَّاحونَةَ الهَوائِيَّةَ الأفقيةَ إلَى أوروبَا.

 

وتَجْدُرُ الإشارَةُ إلَى جُهودًا مُكَثَّفَةً تُبْذَلُ حالِيًّا لِتَصْميمِ جيلٍ جديدٍ منَ الطَّواحِينِ الهَوائِيَّةِ لاسْتِخراجِ أَعْلَى نِسْبَةٍ من القُدْرَةِ الكامِنَةِ في الرِّياحِ باسْتِخْدامِ تَقْنياتٍ مُساعِدَةٍ لِتَصْنيعِ مَوادَّ جَديدَةٍ واسْتِحداثِ نَماذِجَ إلِكْترونِيَّةٍ مُتَقَدِّمَةٍ من أَنْظِمَةِ التَّحَكُّمِ.

وقَدْ نَجَحَ العلماءُ في تَصْميمِ أَجْهِزَةٍ تَعْمَلُ دونَ أَنْ تَتَأَثَّرَ بِتَقَلُّباتِ الرِّيحِ المُسْتَمِرَّةِ، أو تَغَيُّراتِ المُنـاخِ العَارِضَـةِ.

ومـنَ المُتَوَقّعِ أَنْ تَمثِّلَ الطَّواحينُ الهوائِيَّةُفي المُسْتَقْبَلِ القَريبِ مَصْدرًا مُهِمًّا من الطَّاقَةِ النَّظيفَةِ والآمِنَةِ.

 

ورُبَّمَا يَسْتطيعُ إنسانُ الغَدِ، بِقَليلٍ مِنَ المَعْرِفَةِ والدِّرايَةِ، أنْ يصنعَ جهازَ توليدِ هذهِ الطَّاقَةِ بِنَفْسِهِ من الموادِّ المَحَلِّيَّةِ المُتَوَفِّرَةِ، وأَنْ يُفيدَ منها في إضاءَةِ بَيْتِه الصَّغيرِ.

أو يُتاحُ لَهُ في المَزْرَعَةِ طَحْنُ الحبوبِ وعَصْرُ الزُّيوتِ وتَجْفيفُ الخُضَرِ والفاكِهَةِ، ورَفْعُ المياهِ من التُّرَعِ والآبارِ للرَّيِّ، وإدارَةِ الآلاتِ الصَّغيرَةِ لِلْحَرْثِ والحَصادِ عَنْ طريقِ «بَطَّارِيَّاتٍ» تَخْتَزِنُ الكَهْرَباءَ من إدارَةِ المَراوِحِ الهَوائِيَّةِ.

ومن المُنْتَظَرِ أَنْ تَحْظَى أَبْحاثُ طاقةِ الرِّياحِ في كثيرٍ من بُلدانِ العالَمِ الإسْلامِيِّ باهْتمامٍ كبيرٍ لِتَعْميمِ اسْتخدامِ هذا المَصْدَرِ في المُسْتَقْبَلِ القَريبِ.

 

وتُؤَكِّدُ البياناتُ المتاحَةُ حتَّى الآنَ وجودَ مناطِقَ متميِّزَةٍ لإنتاجِ طاقَةِ الرِّياحِ علَى طولِ شَواطئ البَحْر الأَحْمَرِ والبَحْرِ المُتَوَسِّطِ والخَليجِ العَرَبِيِّ.

ونَذْكُر مِنْ هذه المَواقِعِ علَى سبيلِ المِثالِ: السَّلُّومَ في مِصْـرَ، وبِنْزرْتَ في تونِس، والدَّارَ البيضاءَ في المَغْرِبِ، وجَدَّةَ في المَمْلَكَةِ العَرَبِيَّةِ السَّعودِيَّةِ والأَحْمدي في الكُوَيْتِ، والدَّوْحَةَ في قَطَر، والبِقاعَ في لُبْنانَ، ومَحْرَقَ في البَحْرَيْن، ومَقْديشيو في الصّومالِ.

وتَطْويرُ برامِجِ الدِّراساتِ المُناخِيَّةِ لِلْرِّياحِ والخَرائِطِ القَوْمِيَّةِ والإقْليمِيَّةِ خُطْوةٌ رئيسيَّةٌ لإحرازِ أيِّ تَقَدُّمٍ مَلْموسٍ في هذا المجَالِ.

 

مِنْ ناحيةٍ أُخْرَى، أُجْرِيَتْ تَجارِبُ ناجِحَةٌ في بَعْضِ الدُّوَلِ للاسْتِفادَةِ من حرارَةِ الأَرْضِ، حيثُ إِنَّ دَرَجَةَ الحرارَةِ الدَّاخِلِيَّةِ للأَرْضِ تزدادُ مع زيادَةِ العُمْقِ بِمُعَدَّلِ 30° س كلَّ كيلومترٍ واحد.

وقَدْ كانَ العُلَماءُ الأَمْريكيونَ أَوَّلَ مَن قاموا بإجْراءِ تَجْربَةٍ عَمَلِيَّةٍ في هذا المَجالِ في بِدايَةِ سَبْعينيات القَرْنِ العِشرين. فقَدْ حُفِرَتْ بِئْرٌ رَأْسِيَّةٌ بجوارِ أَحَدِ البَراكينِ القديمَةِ حتَّى بَلَغَ عُمْقُها 3000 مترٍ تحتَ الأَرْضِ، ثمَّ دُفِعَ فيها تَيَّارٌ من الماءِ لِيَخْرجَ مِنْ بئْرٍ أُخْرَى علَى مَسافَةٍ قريبةٍ من البِئرِ الأُولَى.

واسْتُخْدِمَ الماءُ الخارِجُ من هذه البئرِ في حالَةِ بُخارٍ عِنْدَ 180° س في إدارَةِ توربينٍ لِتَوْليدِ الكَهْرَباءِ. وعلَى الرَّغْمِ مِنْ أَنَّ الطَّاقَةَ الأَرْضِيَّةَ الحرارِيَّةَ لَمْ تُسْتَغَلّ حتَّى الآنَ علَى نطاقٍ واسِعٍ، فإنَّ الأَمَلَ معقودٌ علَى اسْتِخدامِها بِشَكل عَمَلِيِّ في المستَقْبَلِ، حيثُ يُقَدِّرُ العلماءُ أَنَّها قَدْ تُوَفِّر نحو 10 – 15% من الطَّاقَةِ اللاَّزِمَةِ في بَعْضِ الدُّوَلِ الصِّناعِيَّةِ.

 

نَذْكُرُ مِنْ مصادِرِ الطَّاقَةِ أيضًا ما يُسَمَّى «بطاقَةِ الكُتْلَةِ الحيويَّةِ»، (البَيوماس). وتُطْلَقُ كلِمَةُ «الكتلَةِ الحيويَّةِ» علَى المُخَلَّفاتِ الحيوانِيَّةِ وحَطَبِ الوقودِ ومُخَلَّفاتِ المحاصيلِ، مثل، أعوادِ القمحِ وقَشِّ الأُرْزِ وبقايَا الذُّرَةِ وغيرِها.

هذا إضافَةً إلَى بعضِ مُخَلَّفاتِ تَصنيعِ الأَخشابِ في المناطِقِ الّتي توجدُ بها الغاباتُ. وتَتَلَخَّص هذه الطَّريقَةُ في تَخْميرِ البَقايا النَّباتِيَّةِ والحيوانِيَّةِ في حُفَرٍ خاصَّةٍ، فيتصاعَدُ غازٌ قابلٌ للاشْتِعالِ يُعْرَفُ باسمِ «الغازِ الحَيَويِّ»، وهو غازٌ يتكوَّنُ أساسًا من المِيثَانِ.

وتُعَدُّ هذهِ الطريقَةُ المصدرَ الرئيسيَّ للوَقودِ لِما يَقْرُبُ من نِصْفِ سُكَّانِ العالَمِ، ويكثُرُ الإفادَةُ مِنْها في القُرَى والمناطِقِ الريفِيَّةِ.

 

أما «الماء» الّذي أَسْكَنَهُ اللّهُ في الأَرْضِ للقيامِ بِدَوْرِهِ المُتَمَيِّزِ في حياةِ الأَحياءِ، فما أَقَلَّ ما أَفادَ منه الإنسانُ.

وقَدْ اتَّجَهَتْ أنظارُ الباحثينَ عن مصادِرَ جديدَةٍ للطَّاقَةِ إلَى مياهِ البُحَيْراتِ واليَنابِيعِ والأَنْهارِ والبِحارِ والمحيطاتِ لاسْتِخدامِها في إِنْتاجِ الطاقَةِ اللاَّزِمَةِ لتحقيقِ الطُّموحِ البَشَرِيِّ نَحْوَ المزيدِ من التَّقَدُّمِ في مُخْتَلِفِ القِطاعاتِ الصِّناعِيَّةِ والتِّجارِيَّةِ والتِّقْنِيةِ وغَيْرِها.

وتَتَناوَلُ أَهَمُّ البحوثِ في هذا المجالِ طُرُقَ الاسْتِفادَةِ من: الفَرْقِ في دَرَجَةِ حرارَةِ مياهِ البِحارِ والمحيطاتِ، وحَرَكَةِ أَمواجِ البَحْرِ، وظاهِرَةِ المَدِّ والجَزْرِ، وطاقَة المياهِ السَّاقِطَةِ (الشَّلالاتِ).

 

والطَّاقَةِ المِلْحِيَّةِ النَّاتِجَةِ عن امْتِزاجِ مياهِ الأَنْهارِ العَذْبَةِ بمياهِ البِحارِ المالِحَةِ، والطَّاقَةِ الحرارِيَّةِ المُخْتَزَنَةِ في البِرَك الشَّمْسِيَّةِ الضَّحْلَةِ المُعَرَّضَةِ للإشْعاعِ الشَّمْسِيِّ، وطاقَةِ البُخارِ المُتصاعدِ من الينابيعِ الحارَّةِ، وعَمَلِيَّةِ التَّحْليلِ الكَهْرَبائِيِّ لِلْماءِ لإنتاجِ الهيدروجين لاسْتخدامِهِ وقودًا.

ومَهْما يَكُنْ مِنْ أَمْرِ هذه الأَنواعِ من الطَّاقَةِ، فإنَّ المُسْتَقْبَلَ سيكونُ بلا شَكّ لمصادِرِ الطَّاقَةِ النَّظِيفَةِ والآمِنَةِ، الّتي تَجْمَعُ بَيْنَ رِخَصِ تَكْلِفَتِها وبَيْنَ عَدَمِ إِضْرارِها بالبيئَةِ المُحيطَةِ بِها أو ببيئَةِ كَوكَبِ الأَرْضِ بصفة عامَّة.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]