دراسة شاملة حول مصادر الطاقة وأنواعها

الطاقة

تُعرّف الطاقة (بالإنجليزيّة: Energy) بأنها القدرة على أداء عمل معين، وهي تتواجد في أشكال متعددة ترتبط جميعها بالحركة. يمكن أن تنتقل الطاقة بين الأجسام أو من شكل إلى آخر، ويتم تصنيفها بناءً على الشكل الجديد الذي انتقلت إليه. تجدر الإشارة إلى أنه لا يمكن خلق الطاقة أو تدميرها، وهذا يُعرف بقانون حفظ الطاقة، أو القانون الأول في الديناميكا الحرارية. كما يمكننا تحويل الطاقة من شكل إلى آخر من خلال استخدام تقنيات متعددة، مثل المولدات، وخلايا الوقود، والبطاريات، والمحركات الحرارية التي تحرق الوقود لإنتاج الطاقة الكهربائية أو الميكانيكية القابلة للاستخدام.

أشكال الطاقة

تتواجد الطاقة في عدة أشكال، ومنها:

الطاقة الكهربائية: تُعتبر الطاقة الكهربائية (بالإنجليزيّة: Electrical Energy) الأكثر استخدامًا في العصر الحالي بسبب سهولة نقلها عبر مسافات طويلة. يمكن تحويل هذه الطاقة بسهولة إلى حرارة، أو ضوء، أو طاقة ميكانيكية باستخدام المحرك الكهربائي. وقد ساهم اختراع التوربين في إنتاج الحركة الدورانية الضرورية لتحويل دوران مولدات الكهرباء الكبيرة، مما جعل إنتاج الطاقة الكهربائية ممكنًا على نطاق واسع.
الطاقة النووية: تُعرَف الطاقة النووية (بالإنجليزيّة: Nuclear Energy) بأنها الطاقة الناتجة عن التغيرات في النوى الذرية أو التفاعلات النووية. تطوير الطاقة النووية قدم موردًا جديدًا للطاقة، حيث يمكن استخدام حرارة المفاعل النووي لإنتاج البخار الذي يُستخدم في تشغيل المولدات الكهربائية أو الآلات الأخرى عبر التوربينات. قامت الولايات المتحدة بإنتاج 23% من كهربائها من المفاعلات النووية عام 1999، إلا أن بناء هذه المفاعلات وتطبيقاتها شهدت تراجعًا منذ الثمانينيات بسبب المخاوف المتعلقة بالنفايات المشعة واحتمالات الكوارث النووية.
الطاقة الميكانيكية: تُعرف الطاقة الميكانيكية (بالإنجليزيّة: Mechanical Energy) بأنها الطاقة الناتجة عن حركة الجسم أو وضعيته، وهي مجموع الطاقة الحركية والطاقة الكامنة. على سبيل المثال، تمتلك السيارة المتحركة طاقة حركية، وعند صعودها الجبل تكتسب طاقة كامنة أيضًا.
الطاقة الكيميائية: تنشأ الطاقة الكيميائية من التفاعلات الكيميائية بين الذرات أو الجزيئات، مثل البطاريات أو الخلايا الكهروكيميائية، ولها أنواع متعددة منها الطاقة الكهروكيميائية.
الطاقة الحرارية: تُعرَف الطاقة الحرارية (بالإنجليزيّة: Thermal Energy) بأنها الطاقة المرتبطة باختلاف درجات الحرارة بين نظامين، وهي الطاقة المخزنة في حركة الجزيئات العشوائية في المواد، التي يمكن أن تنتقل عبر مجموعة من الطرق مثل التوصيل، الحمل، والإشعاع.

مصادر الطاقة

المصادر غير المتجددة للطاقة

تُعتبر مصادر الطاقة غير المتجددة (بالإنجليزيّة: Nonrenewable energy sources) هي المصادر التي لا يمكن تجديدها بسرعة، حيث يتم استهلاكها بمعدل يفوق إنتاجها. وتشمل هذا المصادر:

النفط: يُعد النفط مصدرًا غير تقليدي في محطات الطاقة، إلا أنه يستخدم بشكل واسع كوقود في وسائل النقل مثل الطائرات، والقوارب، والسيارات، بالإضافة إلى استخدامه في تصنيع البلاستيك.
الفحم: يمثل الفحم أحد أقدم وأكثر أنواع الطاقة غير المتجددة استخدامًا، حيث يُعتبر مصدرًا رخيصًا نسبيًا، ينتج كمية كبيرة من الطاقة مقارنةً بوزنه، ولكنه أكثر أنواع الوقود الأحفوري تسببًا للتلوث.
الغاز الطبيعي: يتكون الغاز الطبيعي من الميثان بشكل رئيسي، ويستخدم للطبخ، والتدفئة، وتوليد الكهرباء، إذ يُعد أكثر أنواع الوقود الأحفوري نظافةً، حيث لا يترك نفايات بعد احتراقه ويقلل انبعاث ثاني أكسيد الكربون بنسبة 30% مقارنة بالنفط و45% مقارنة بالفحم. ومع ذلك، يملك الغاز الطبيعي عيوبًا مثل قابليته للاشتعال وسماحته بعمليات معالجة أكبر مقارنة بالفحم أو النفط.
اليورانيوم: يُعتبر اليورانيوم مصدراً غير متجدد للطاقة، إذ يُستخرج خام اليورانيوم الصلب ويتم تحويله إلى وقود يستخدم في محطات الطاقة النووية.

المصادر المتجددة للطاقة

تُعرف مصادر الطاقة المتجددة (بالإنجليزيّة: Renewable Energy) بأنها المصادرة التي تتجدد طاقتها بشكل طبيعي ودائم، إذ لا تنضب بشكل كبير على مدى الزمن، ولكن تتوفر بكميات محدودة لكل وحدة زمنية. ومن مصادر الطاقة المتجددة ما يلي:

الطاقة الشمسية: تُعتبر الطاقة الشمسية من مصادر الطاقة المتجددة التي يمكن امتصاصها وتحويلها باستخدام الخلايا الشمسية إلى كهرباء تُخزن في بطاريات للاستخدام لاحقًا. تُعد هذه الطاقة صديقة للبيئة، حيث إن تحويل الأشعة الشمسية إلى طاقة لا يسبب تلوثًا في الهواء أو ضوضاء.
طاقة الرياح: تُعرف الرياح بأنها حركة الهواء بسبب ارتفاع الهواء الدافئ فوق الهواء البارد، وتستخدم حاليًا لتوليد الكهرباء عبر توربينات الرياح. استُخدمت الرياح أيضًا في القرون الماضية لإبحار السفن وطحن الحبوب بواسطة طواحين الهواء.
الطاقة الكهرومائية: يشكل الماء مصدرًا متجددًا بفضل دورة الماء المستمرة، حيث يُمكن استغلال تدفق المياه في الأنهار لتشغيل العجلات المائية ولتحويل الطاقة الحركية للمياه إلى كهرباء عبر التوربينات والمولدات في عدة سدود حول العالم.
طاقة الحرارة الجوفية: تشكل الحرارة داخل الأرض مصدرًا متجددًا حيث تنتج بخارًا وماءً ساخنًا يمكن استخدامهما في توليد الطاقة الكهربائية، بالإضافة إلى تطبيقاتهما في الصناعة أو التدفئة المنزلية.