• ×

09:18 مساءً , الأربعاء 8 ربيع الأول 1438 / 7 ديسمبر 2016

◄ العلم وراء الشمس المعبأة في زجاجات لماذا هو وقود المستقبل ؟
أشعة الشمس التي تضرب الأرض في ساعة واحدة تستطيع تلبية المطالب الغذاء والطاقة في العالم لمدة عام كامل. ولو استطعنا الاستفادة منها وهذا هو الطاقة الشمسية ليست فقط حول تحول ضوء الشمس إلى كهرباء - نحتاج أيضا وسيلة لالتقاط وتخزين عليه، من تحريكه من مكان إلى مكان الحاجة إليه. توفير الطاقة أثناء الليل باختصار، نحن بحاجة إلى وسيلة لتعبئة أشعة الشمس حتى أننا يمكن أن يكون لها أكبر قدر من ذلك ما نريد، أينما ومتى نحب. حل هذا، وسوف نرحب الثورة الشمسية، لدينا امدادات الفحم الحالي والنفط والغاز الطاقة تعتمد على أشعة الشمس القبض منذ فترة طويلة من النباتات والحيوانات منذ زمن متحجر. تسخير الشمس مباشرة من شأنه أن يفتح الطريق إلى مستقبل خال من الآثار الجانبية لحرق الكربون. ولكن هذا ليس السبب الوحيد للنظر إلى الشمس، بحلول عام 2050، ومن المتوقع سكان العالم أن ترتفع إلى نحو 10 مليارات الأفراد، سوف متطلبات الطاقة لدينا يتضاعف تقريباً خلال نفس الفترة، اليوم نحن حرق من خلال 20 مليون سنة من السجل الأحفوري كل عام، نحن نستخدم هذه الطاقة لتخزين السوبر ماركت لدينا، وعلى ضوء منازلنا وتشغيل أعمالنا، في المدى الطويل، ونحن بحاجة الى الذهاب الى ايجاد طريقة جديدة لتوفير الطاقة أنماط حياتنا.
في الثورة الشمسية، ستيف ماكفيت وتوني رايان استكشاف هذه المشكلة الطاقة والحلول المعروضة من الطاقة النووية إلى الرياح، والوقود الأحفوري لأشعة الشمس، ينظرون حيث تأتي الطاقة لدينا منها وما هي القضايا مع المنتجة على هذا النحو هذا أو ذاك. أنها الخوض في العلوم التي تقوم عليها كل شيء كذلك، موضحاً بالضبط كيف يمكن أن تحول أشعة الشمس إلى وقود سائل جديدة لتزويد العالم، ولي غطاء قصير صورة من صورة بواسطة جوناثان كيرشو، CC BY 2.0.
هذا الجارديان قصير هو مصاحب لعمل أطول من قبل المؤلفين، والثورة الشمسية : عالم واحد، حل واحد، توفير الطاقة والغذاء لمدة 10 مليار نسمة، التي نشرتها أيقونة كتب التوسع في بعض القضايا والعلوم المشمولة في صحيفة الغارديان قصيرة والخوض في مجالات جديدة، وهي متوفرة في كتاب ورقي الغلاف من مكتبة الجارديان.

■ حول المؤلف :
ستيف ماكفيت هو خبير في الاتصالات والاستهلاكية، وشملت موكليه خلال فترة عمله لمدة 25 عاماً نايكي، كوكا كولا، دويتشه بنك، سوني بلاي ستيشن، هارفي نيكولز وموتورولا والعالمي، العذراء، BT وأتاري. ستيف هو رئيس الذهبي، وكالة الأفكار مع العملاء في المملكة المتحدة وأوروبا والولايات المتحدة الأمريكية، ويعمل مستشاراً لحكومة وطنية وإقليمية المملكة المتحدة على العمالة والمهارات والابتكار في مجال الأعمال والتجارة الدولية أيضاً.
أستاذ توني رايان OBE هو البوليمر الكيميائي في جامعة شيفيلد. ألقاها عام 2002 رويال مؤسسة عيد الميلاد محاضرات ويظهر بانتظام على راديو 4 في قفص القرد اللانهائي مع براين كوكس وروبن إنس، وكان على في زماننا مع ميلفين براج.

■ مقتطف : يتم تحرير هذا مقتطف من الفصول 6 و 7 من الثورة الشمسية.
القبض على ساعة واحدة فقط من أشعة الشمس التي تضرب كوكبنا شأنها أن تمكننا من تلبية الاحتياجات الغذائية والطاقة في العالم لمدة عام كامل - وكل عام، والشمس يشع المزيد من الطاقة على الأرض مما كان يستخدم في كل التاريخ البشري. كل من هذه البيانات سيكون لا يزال صحيحاً في الوقت المناسب 100 أو حتى 500 سنة، وذلك لأن أشعة الشمس بشكل فعال سوف لن تنفذ ولا يضعف. يمكن اعتبار إمكانات الطاقة الشمسية لتوفير الطاقة ولنا لا حدود لها.
تحويل أشعة الشمس إلى كهرباء هذا يمكن أن يتحقق بسهولة أكثر من خلال الاستفادة من الكهروضوئية والآثار الضوئية، عمليتين ترتبط ارتباطا وثيقا ولكنها مختلفة جذرياً.
بعض المواد والمعروفة باسم الاستشعار البصرية حساسة للضوء وغيرها من أشكال الطاقة الكهرومغناطيسية. يتكون نفسها ضوء الحزم صغيرة من الطاقة تسمى الفوتونات معينة الاستشعار البصرية - أشكال مختلفة من السيليكون أو مركبات مثل الكادميوم تيلوريد، على سبيل المثال - يتعرض للضوء، ويلقي ظلالا من الإلكترون، والتي يمكن التقاطها بواسطة إلكترود لخلق الجهد أو التيار الكهربائي. هذا هو التأثير الكهروضوئي.
في التأثير الضوئية عندما تضرب فوتونات المواد في خلية الضوئية (PV)، تنعكس بعض وبعض المار الحق، ولكن يتم امتصاص بعض انها يمتص هذه الفوتونات التي تنتج الكهرباء. يتم نقل الطاقة إلى إلكترونات سالبة الشحنة تدور حول نواة ذرات أشباه الموصلات الموجودة داخل لوحة. وهذا يسمح للإلكترونات للهروب من مركزها الطبيعي، وترك "حفرة" وراءها، والتي تتصرف مثل الجسيمات موجبة الشحنة. تأثير الضوئية يختلف عن التأثير الكهروضوئي لأن الضوء لا يسبب الإلكترونات أن يلقي هدى من المواد التي اللافت، بل أن يتم تحويلها بين الموجات الكم مختلفة في هذه المادة. هذه الالكترونات الهروب تشكل التيار الكهربائي، والتي يمكن بدورها أن تستخدم لخلق تراكم الجهد بين قطبين ثم تكون مدفوعة من خلال تحميل خارجي. الأجهزة باستخدام تأثير الضوئية عادة ما تسمى الخلايا الشمسية.
في هذه اللحظة والطريقة الأكثر شيوعاً لجمع قوة الشمس هو استخدام الخلايا الشمسية وتأثير الضوئية. الخلايا الشمسية الفردية تنتج الجهد المنخفض جداً والسلكية لذلك عدة خلايا في سلسلة مانعة لتسرب الماء داخل وعاء لجعل وحدة PV، أو ما نسميه الألواح الشمسية. وغالبا ما توجد لوحات على أسطح المنازل والمكاتب، وعلى الرغم من أن الكهرباء التي تنتجها مكلفة حاليا - 280 $ لكل ميجاوات في الساعة فقط مقارنة مع 40 دولاراً للميغاواط في الساعة على الفحم - وقد أتاحت التطورات المستمرة حول الخلايا الكهروضوئية لإنتاج على نطاق صناعي.
لحصاد طاقة الشمس على هذا المستوى يتطلب مزرعة للطاقة الشمسية - أساساً مجموعة واسعة من الألواح الكهروضوئية التي يمكن أن تولد الكهرباء على نفس المستوى التجاري ومحطة لتوليد الكهرباء العادية. على عكس محطات الطاقة العادية، غير أن الأمور المكان كثيراً خلال أيام صافية على خط الاستواء، حيث يقدم سطح الأرض طائرة هو عمودي لأشعة الشمس، الأشعة ضربت أسفل في قوة قصوى من 2،400 كيلوواط / متر مربع من الإشعاع الشمسي يومياً في المناخات المعتدلة أكثر تشرق الشمس مع أقل بكثير شراسة تنخفض هذه النسبة بشكل كبير ما بين 700 و 1،000 كيلو واط / متر مربع. أنجزت في عام 2008 وتغطي مساحة قدرها 110 هكتار (1،100 متر مربع)، وكان Waldpolenz بارك الشمسية خارج لايبزيغ في ألمانيا أكبر نظام للطاقة الشمسية في العالم عندما تم بناؤه. أنها ولدت 52،000 ميجاوات من الكهرباء في 2011. الحديقة الشمسية في توباز، هو جنوب كاليفورنيا المقرر الانتهاء منه في عام 2015. وسوف تغطي 260 هكتار (2،600 متر مربع وسوف تولد 1،100 جيجاوات ساعة من الطاقة المتجددة سنوياً) يعتبر هذا الاختلاف الهائل يرجع كليا ل المناخ والموقع، في ألمانيا كل ميجاوات من الطاقة تنتج ما يقرب من 0.6 جيجا واط ساعة في السنة، بينما في كاليفورنيا الإخراج هو أكثر من ضعف 1.4 جيغاواط في الساعة ميغاواط سنوياً.
الآن، دعونا النظر في زيادة حالياً على افتراض أن متوسط المبلغ اليومي من خمس ساعات أشعة الشمس يمكن استخدامها فمن المعقول أن نتوقع أن مجموعة الشمسية نموذجية تقع في نصف الكرة الشمالي لإنتاج ما بين 0.75 و 1 كيلو واط ساعة / متر مربع في اليوم الواحد. وعلى سبيل المقارنة تخيل تحريك النظام نفسه إلى الصحراء تغطي الصحراء أكثر من 9مليون كيلو متر مربع (3.5 مليون ميل مربع) انها برية قاحلة مع الحيوانات والنباتات النادرة الأصلية، غير مضياف للحياة البشرية والاستخدام العملي قليلاً مع ما يقرب من أي غطاء السحب وزاوية الشمسية أكثر ملاءمة، فإننا حول الحصول على 8.3 كيلو واط ساعة / متر مربع في اليوم الواحد شريطة أن يمكن أن يحافظ على الرمال قبالة الألواح، تغطي فقط 1 في المائة من الصحراء (90،600 كيلو متر مربع - وهي منطقة أصغر قليلاً من البرتغال) في الألواح الشمسية من شأنه أن يوفر الكثير من الكهرباء إلى كل من محطات توليد الطاقة في العالم في عام 2012 مجتمعة.
ولكن نحن لسنا بحاجة إلى المغامرة في الصحراء لإيجاد مستقبل الطاقة الشمسية في المدن، حيث مزارع الطاقة الشمسية ليست خياراً، والعلماء يتجهون بدلاً من ذلك إلى أشجار الشمسية، كما يوحي الاسم فهي المصفوفات الشمسية الاصطناعية التي تحاكي مظهر من نظرائهم الحياة الحقيقية وتوفر أشجار الظل الشمسية خلال النهار وفي الليل يمكن أن تعمل حتى في الشوارع.
ما لا شك فيه هو أن هناك أكثر من ما يكفي من أشعة الشمس للسماح لنا لتوليد كل من الكهرباء ولكن في الوقت الحاضر نسبة ضئيلة من إجمالي الناتج العالمي الكهربائي (0.02 في المائة في 2008) فقط يستخدم الأشعة الشمسية كوقود. كوسيلة لتوليد الكهرباء والطاقة الشمسية هي نظرياً ما يقرب من الكمال. لكن العوائق العملية التي تمنعها من أن تكون وقوداً شامل حقاً كبيرة وحتى لو كنا في التغلب على هذه المشاكل، وزيادة الطاقة الشمسية باستخدام الخلايا الكهروضوئية سوف تكون صعبة بشكل كبير، والسبب هو أن الخلايا الكهروضوئية تنتج الكهرباء مباشرة، وليس هناك حاليا أي، سيلة ناجعة فعالة من حيث التكلفة لتخزين ذلك. أيضاً مثل كل مصادر الطاقة المتجددة، وأشعة الشمس متقطعة، في حين أن احتياجاتنا من الطاقة مستمرة. الشمس لا تشرق في أي مكان لمدة 24 ساعة في اليوم، ولا تألق كثيراً خلال أشهر الشتاء الطويلة عند الطلب على الطاقة لدينا هو أعظم.
لكن على الرغم من كل هذه السلبيات لا يزال هناك الكثير من الإمكانات غير المستغلة في الطاقة الشمسية، لا سيما إذا كنا نتوقف عن التفكير في الأمر كمجرد وسيلة لتوليد الكهرباء. يمكن أن يكون أكثر من ذلك بكثير من ذلك، ويوماً ما سوف يكون مصدر كل الطاقة التي نستهلكها من أجل المضي إلى أن الاقتصاد الشمسية حصراً يجب علينا أولاً معالجة قضايا التقطع ونقل وقابلية إيجاد طرق ناجعة وفعالة من حيث التكلفة لتخزين ونقل جميع نحن التقاط أشعة الشمس - مثالي كوقود السائل - هو الجزء الأخير من بانوراما.
ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ
المؤلف ستيف ماكفيت وتوني ريان.

 0  1  1248
التعليقات ( 0 )


منهل الثقافة التربوية مسجل لدى خدمة (معروف ـ وزارة التجارة والاستثمار ـ المملكة العربية السعودية) للتعريف بالمنصات الإلكترونية وتسجيل المرجعية الرسمية لها ..
جميع الأوقات بتوقيت جرينتش +3 ساعات. الوقت الآن هو 09:18 مساءً الأربعاء 8 ربيع الأول 1438 / 7 ديسمبر 2016.

Powered by Dimofinf cms Version 4.0.0
Copyright© Dimensions Of Information Ltd.