فیزیک آینده: چگونه علم سرنوشت و زندگی روزمره‌ی بشر را در سال ۲۱۰۰ تغییر خواهد داد-قسمت چهارم

Print Friendly

۴.۱ آینده‌ی انرژی و گرمایش زمین
امروزه منبع انژی سیاره‌ی ما اکثراٌ سوخت‌های فسیلی به‌شکل نفت،گاز و زغال سنگ می‌باشد. به‌صورت مجموعی جهان در حدود ۱۴ تریلیون وات برق که ۳۳ % آن از نفت، ۲۵% از زغال سنگ، ۲۰% از گاز، ۱۵ % از زباله و منابع آبی، ۷ % از انرژی هسته‌یی و ۰.۵ % از خورشید و بقیه انرژی‌های قابل تجدید، تامین می‌گردد. در این میان بزرگترین مصرف‌کننده‌ی نفت امریکا است که مصارف نفت آن از حداعظمی ۱۰.۲ میلیون بیرل در روز به ۵۹% کاهش یافته است. بیشترین واردات این نفت از عربستان است که ذخایر مجموعی ۲۶۷ میلیارد بیرل نفت رادارا می‌باشد. انرژی فسیلی بر علاوه که منبع افزایش گاز های گلخانه‌یی و کاربن‌دای اکساید می‌باشد که باعث گرمایش زمین م‌یشود، رو به اختتام نیز است و انرژی‌های دیگری جایگزین آن خواهد شد.
در کوتاه‌مدت برق بادی جایگزین قسمت زیاد از انرژی فسیلی خواهد شد. تا سال ۲۰۰۸ در کل جهان ۱۲۱ میلیارد وات برق بادی تولید می‌شد. یک توربین بادی می‌تواند ۵ میگاوات برق که برای یک قریه‌ی کوچک کافی است تولید کند. یک فارم برق بادی دارای ۱۰۰ توربین می‌تواند ۵۰۰ میگاوات برق تولید کند با یک منبع تولید برق زغال سنگ و یا برق هسته‌یی که توانایی تولید حدود ۱۰۰۰ میگاوات برق رادارد، قابل مقایسه است. اروپا، امریکا و چین بیشترین تولید‌کننده‌گان برق بادی هستند. اما به‌زودی پروگرام برق بادی چین با ظرفیت ۱۲۸ میلیارد وات ریکارد جهان را خواهد شکست.

۴.۱.۱ منابع انرژی
در صورت اختتام انرژی فسیلی، منابع مختلف انرژی مد نظر گرفته شده‌ی عبارت‌اند از انرژی آفتاب، انرژی اتمی، انرژی از ستاره‌ها و بالاخره با در نظرداشت تولید و ساخت وسایل که بدون انرژی قابل مصرف فعالیت کند؛ مانند موترها و سیستم خط‌آهن با استفاده از ساحه‌ی الکترو مقناطیسی. هر یک از این گزینه‌ها فعلا دارای چالش‌ها و نواقصی می‌باشند که باید برطرف گردد.
الف : استفاده نور خورشید فضائی
یکی ازگزینه‌های چالش برانگیز و جنجالی استفاده از انرژی خورشید در ارتفاعات بسیار بالا و انتقال آن به‌صورت اشعه‌ی متمرکز به زمین می‌باشد. این پروژه که به‌نام انرژی خورشید فضائی SPACE SOLAR POWER یاد می‌شود، در نظر دارد تا بیشتر از صدها ستلایت را در ارتفاع ۳۵۰۰۰ کیلومتراز سطح زمین که نور خورشید در آن ۸ مرتبه شدت بیشتر از سطح زمین دارد، بفرستد و انرژی خورشید را جذب نموده به‌صورت لیزر متمرکز به زمین انتقال دهد. اولین مفکوره‌ی انرژی خورشید فضائی در سال ۱۹۶۸ توسط پیتر گلاسر رییس سازمان انرژی فضائی مطرح گردید و از سال ۱۹۹۵ الی ۲۰۰۳ سازمان فضائی امریکا (ناسا) پروژه‌ی کوچکی را روی دست گرفته تا امکان‌سنجی تخنیکی-اقتصادی این طرح را بررسی کند. علاوه بر آن، در سال ۲۰۰۹ وزارت تجارت جاپان نیز تحقیقات امکان‌سنجی روی پروژه‌ی ۱۰ میلیارد دالری را آغاز نموده که هدف آن فرستادن ستلایت‌ها به مساحت ۲.۵ کیلومتر مربع به ارتفاع ۳۵ هزار کیلومتر برای تامین انرژی و انتقال آن به‌صورت بیم متمرکز به سطح زمین می‌باشد.
ب : انرژی هسته‌ ای
انرژی هسته‌یی تا امروز به‌شکل تجزیه‌ی هسته‌ی اتم (معمولا اورانیوم) قابل استفاده می‌باشد. برتری این تکنولوژی نسبت به انرژی فسیلی عدم تولید گازهای گلخانه‌یی و کاربن‌دای اکساید می‌باشد. اما در مقابل استفاده از انرژی هسته‌یی باعث تولید هنگفت زباله‌های هستوی رادتیواکتیو می‌شود که در جریان میلیاردها سال از بین نمی‌رود. یک نیروگاه هستوی با ظرفیت ۱۰۰۰ میگاوات بعد از یکسال فعالیت ۳۰ تن زباله‌ی هستوی تولید می‌کند که باید در یک سردکننده‌ی مخصوص نگهداری شود. این زباله‌ها به اندازه‌یی داغ‌اند که نیازمند سرد شدن حتا بعد از ختم فعالیت نیروگاه می‌باشد. و اگر به‌صورت اشتباهی سرد کننده‌ها از کار بیفتند، باعث انفجار شدیدی در هسته‌ی ری‌اکتور و ایجاد فاجعه در منطقه می‌شود. انرژی هسته‌یی از انفجار هسته‌ی اتم (معمولا اتم هایدروجن) تا اواسط قرن حاضر مورد استفاده قرار خواهد گرفت. انرژی‌یی که باعث ایجاد نور خورشید و ستارگان می‌شود از این طریق تامین می‌گردد. در مرکز ستاره‌ها و آفتاب گاز هایدروجن به‌واسطه‌ی قوه‌ی جاذبه تا حدی فشرده می‌شود که درجه‌ی حرارات آن به ۵۰ میلیون درجه می‌رسد و اتم هایدروجن بعد از انفجار به هلیوم تبدیل گردیده و باعث آزاد شدن انرژی می‌شود. هر پوند انفجار هستوی ۱۰ ملیون مرتبه بیشتر نسبت به پطرول انرژی تولید می‌کند. هایدروجن ۲۲۵ گرم آب معادل ۵۰۰۰۰۰ بیرل نفت انرژی تولید می‌نماید. شاید این شیوه مشکل انرژی را برای همیشه حل کند.

۴.۱.۲ گرمایش زمین
تا اواسط قرن جاضر استفاده از انرژی فسیلی بنا به دلایلی گرمایش زمین کاملا مورد شک و تردید قرار خواهد گرفت. تاثیرات قابل لمس گرمایش زمین نگران‌کننده است. چنانچه ضخامت یخ‌های قطب شمال در ۵۰ سال گذشته ۵۰% کاهش یافته است و حرارت آن اکثرا زیر دمای یخ‌زدگی قرار دارد، از این‌رو با تغییرات کمی درجه‌ی حرارت حساسیت زیادی دارد. صخره‌های یخ گرینلند ۳۶ کیلومتر مربع در ۲۰۰۷ و۱۱۵ کیلومتر مربع در ۲۰۰۸ کاهش یافته است. (اگر تمام یخ‌های گرینلند ذوب شود، سطح آب بحر به اندازه‌ی‌شش متر بالا خواهد آمد). یخ‌های قاره‌ی انترکتیکا که برای هزاران سال متمادی ثابت بود، حالا از هم می‌پاشند. در سال ۲۰۰۰ یک توته یخ به مساحت ۶۸۰۰ کیلومتر مربع از آن جدا شد (و اگر تمام یخ‌های قاره‌ی انترکتیکا ذوب گردد، سطح بحر به اندازه‌ی ۵۴ متر در تمام دنیا بالا خواهد آمد). مطابق پیش‌بینی سازمان ملل سطح بحر تا سال ۲۱۰۰ به اندازه‌ی ۱۸ الی ۵۸ سانتی‌متر بالا خواهد آمد. اما دانشمندان این پیش‌بینی را بسیار خوش‌بینانه می‌پندارند. بر اساس پیش‌بینی دانشگاه کلرادو سطح بحر تا سال ۲۱۰۰ به اندازه‌ی ۹۰ سانتی‌متر الی ۱.۸ متر بالا خواهد آمد. دلیل اصلی گرمایش زمین گازهای گلخانه‌یی و تولید کاربن‌دای اکساید از اثر سوخت مواد نفتی و ذغال سنگ می‌باشد. نور آفتاب به آسانی از کاربن‌دای اکساید عبور می‌کند و باعث گرمایش زمین می‌شود. قبل از انقلاب صنعتی اندازه‌ی کاربن‌دای اکساید هوا ۳۷۰ ذره در هر میلیون بود و امروز این این مقدار ۳۸۷ ذره در هر میلیون می‌باشد. در سال ۱۹۰۰ جهان ۱۵۰میلیون بیرل نفت مصرف داشت اما در سال ۲۰۰۰ مصرف نفت ۱۸۵ چند افزایش داشته و ۲۸ میلیارد بیرل نفت مصرف شده است. تنها در سال ۲۰۰۸ به اندازه‌ی ۹.۴ میلیارد تن کاربن‌دای اکساید به هوا آزاد شده است. گرمایش زمین برای تمام اهالی کره‌ی زمین تاثیرات نامناسبی دارد، اما تاثیرات فاجعه‌بار آن برای سه منطقه‌ی بنگله‌دیش، سواحل میکونگ در ویتنام و سواحل نیل در مصر خواهد بود. بدترین حالت را بنگله‌دیش خواهد داشت که در صورت بالا آمدن سطح بحر به اندازه‌ی ۹۰ سانتی‌متر ۵۰ % خاک کشور زیر آب خواهد شد.

۴.۱.۳ راه‌های مقابله با گرمایش زمین
تولید گازهای گلخانه‌یی و کار بن‌دای اکساید ارتباط مستقیم با فعالیت اقتصادی دارد، چنانچه ایالات متحده‌ی امریکا که ۲۵ % اقتصاد جهانی را تشکیل می‌دهد ۲۵ % گازهای گلخانه‌یی را نیز تولید می‌کند. چین در سال ۲۰۰۹ از امریکا در تولید گازهای گلخانه‌یی پیشی گرفت و علت آن انفجار فعالیت‌های اقتصادی چین می‌باشد. برای مقابله با گرمایش زمین راه‌کارهای تخنیکی بسیاری مورد مطالعه قرار گرفته است که در این‌جا بعضی از آن‌ها را که از لحاظ محاسبات و مسایل تخنیکی امکان تحقق بیشتری دارند، یادآوری می‌کنیم.
الف: انتقال آلاینده‌ها به قسمت فوقانی اتمسفیر: یکی از راه‌حل‌ها‌ی انتقال سلفردای‌اکساید توسط راکت‌های فضایی به قسمت فوقانی اتمسفیر می‌باشد. این مفکوره به سال ۱۹۹۱۱ برمی‌گردد؛ زمانی‌که آتش‌فشان بزرگی در پیناتوبو فیلیپین رخ داد و حدود ۱۰ میلیارد متر مکعب خاکستر به قسمت فوقانی اتمسفیر سرایت نمود و باعث تاریکی آسمان در منطقه گردید و درجه‌ی حرارت در این منطقه به اندازه‌ی ۱ درجه‌ی فارنهایت کاهش یافت. این طرح انتقادها و عدم قطعیت‌هایی را نیز به همراه دارد. از جمله ممکن است مانند آتش‌فشان فیلیپین باعث کاهش بارندگی گردد که در آن‌صورت خشکسالی‌های زیان‌باری را در پی خواهد داشت. دوم این‌که تاثیرات مرکبات سلفر موقتی می‌باشد و به‌صورت تخمینی سالانه ۸ میلیارد دالر نیاز است تا آلاینده‌های سلفر به‌صورت دوامدار به قسمت فوقانی اتمسفیر تزریق شود.
ب: تجزیه و مایع‌سازی کاربن
یکی از راه‌حل‌های پیشنهادی تجزیه‌ی کاربن‌دای اکساید آزادشده، سوخت‌های زغال سنگ به‌صورت مایع و تزریق آن به اعماق زمین می‌باشد. دانشمندان در سال ۱۹۸۰ به‌صورت دقیق این پروسه را در تولید انرژی برق-زغال‌سوز منطقه‌ی ویرجنیای غربی امریکا مورد مطالعه قرار دادند. در آن‌جا دریافتند که کاربن‌دای اکساید به گازهای مایع تبدیل شده و در اعماق ۲۳۵۰ متر دفن می‌گردد. شرکت مسئول تطبیق این پروژه در نظر دارد تا ۱۰۰۰۰۰ تن کاربن‌دای اکساید را سالانه به این‌صورت به زمین تزریق نماید. خطرات ناشی از این شیوه نیز قیمت گزاف و آلوده نمودن آب‌های زیرزمینی می‌باشد.
ج: مهندسی ژنیتیک
یکی از پیشنهاد‌ها استفاده از مهندسی ژن‌های زنده می‌باشد و نیز یکی از خوش‌بینانه‌ترین روش‌ها توسط دانشمندان ساخت ژن‌های زنده می‌باشد که توانایی جذب کاربن‌دای اکساید را داشته باشد. بیشتر از هزاران و شاید میلیون‌ها میکروب در طبیعت وجود دارد که قابلیت بالقوه‌ی جذب کاربن‌دای اکساید را دارا می‌باشد و نیاز است که فقط آن‌ها را تعدیل نماییم تا بازدهی بیشتر داشته باشد. دانشمندان در دانشگاه پرنستون نوعی از درخت را ساخته‌اند که توانایی جذب کاربن‌دای اکساید را دارد، البته با استفاده از این شیوه شاید به تعداد میلیاردها عدد از این درخت نیاز باشد. و احتمالا تاثیراتی جانبی بالای سایر نباتات نیز خواهد داشت و باعث بر هم خوردن تعادل زنجیره‌ی غذایی خواهد شد. استفاده از افزایش الجی‌های تحت‌البحری یکی دیگر از این گزینه‌ها می‌باشد.

قسمت اول

قسمت دوم

قسمت سوم

قسمت پنجم

Post source : http://www.etilaatroz.com/

About The Author

Student of aerospace engineering

Related posts

Leave a Reply

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *