نقشه زیر سرانه مصرف سالانه انرژی الکتریکی را در جهان (بر حسب میلیون بشکه) نفت خام نشان می‌دهد (شکل 1)

انرژی نیازی پایان‌ناپذیر

آیا تاکنون از خود پرسیده‌اید که در سراسر جهان چه میزان انرژی مصرف می‌شود؟ شاید باور نکنید که میزان مصرف سالانهٔ انرژی در جهان تقریباً معادل 10 میلیارد تن نفت خام است. برای درک بهتر این موضوع، کافی است تصور کنید که اگر این مقدار نفت را در بشکه بریزیم و آنها را کنار هم بچینیم طول آن به ده‌ها هزار کیلومتر می‌رسد.

به راستی این انرژی در کجاها و به چه شکل‌هایی استفاده می‌شود؟ برای یافتن پاسخ این پرسش کافی است نگاهی به وسایل، دستگاه‌ها و ابزار مورد استفاده در خانه‌ها، مدرسه‌ها، اداره‌ها، بیمارستان‌ها، فروشگاه‌ها و بخش‌های گوناگون دیگر بیندازید. این وسایل و دستگاه‌ها انرژی خود را از کجا به دست می‌آورند؟ کدام شکل از انرژی بیشترین کاربرد را در زندگی دارد؟

انرژی الکتریکی، مهم‌ترین شکل از انرژی است که زندگی امروزی ما به آن وابسته است. برای مثال، پرواز هواپیماها، انجام فعالیت‌های بانکی مانند برداشت پول از عابر بانک، فعالیت‌های گوناگون پزشکی و فعالیت پالایشگاه‌ها نمونه‌هایی از این وابستگی است. به طوری که، اگر برای مدت کوتاهی جریان الکتریکی قطع شود، زندگی ما مختل خواهد شد. (شکل 2)

- انرژی الکتریکی در کجاها کاربرد دارد؟
- به نظر شما آیا این جمله درست است که «زندگی در جهان امروز به انرژی الکتریکی وابسته است؟» 

هر چند با استفاده از انرژی الکتریکی می‌توان روشنایی و انرژی مورد نیاز همهٔ واحدهای مسکونی و صنعتی را تهیه کرد، اما اغلب برای گرم کردن خانه‌ها، مراکز اداری، علمی و صنعتی، پخت و پز و همچنین حرکت وسایل نقلیه از سوخت‌های فسیلی مانند نفت، زغال سنگ و گاز طبیعی استفاده می‌شود (شکل 3). به نظر شما این سوخت‌ها چه نقشی در تهیهٔ انرژی الکتریکی دارند؟

می‌دانید که یکی از راه‌های تأمین نیروی لازم برای چرخاندن توربین، استفاده از سوخت فسیلی است. در این روش، سوخت فسیلی را می‌سوزانند و با استفاده از گرمای حاصل از آن، آب را تبخیر می‌کنند و با بخار آب حاصل توربین را می‌چرخانند. جالب است بدانید که بیش از نیم میلیون نیروگاه بزرگ در سراسر جهان به‌طور شبانه روز و بی وقفه کار می‌کنند تا انرژی الکتریکی مورد نیاز انسان‌ها را تأمین کنند. (شکل 4)

چه اتفاقاتی در حال رخ دادن است؟

تولید و تأمین انرژی الکتریکی از مهم‌ترین دغدغه‌های کشورهای دنیاست. همچنین دریافتید که در سراسر جهان برای حل این مسئله به‌طور عمده از سوخت‌های فسیلی استفاده می‌کنند. با افزایش جمعیت و رشد و گسترش شهرها، صنایع گوناگون مانند حمل ونقل، نظامی، نساجی، دارو ، غذا و فعالیت‌های کشاورزی سبب شده است تا مصرف سوخت‌های فسیلی در طول دو سده اخیر به طور فزاینده‌ای افزایش یابد. در نتیجه حجم انبوهی از انواع گازهای آلاینده وارد هوا کره شده و هوای شهرها را آلوده کرد (شکل 5). به طوری که آسمان بیشتر شهرها، دیگر آبی نیست و نفس کشیدن در آن نه تنها لذت بخش نبوده بلکه در بیشتر موارد آزار دهنده نیز هست. این هوای آلوده، بوی بدی دارد، چهره شهر را زشت می‌کند، پوسیدگی خودروها و فرسودگی ساختمان‌ها را به دنبال دارد و سبب ایجاد انواع بیماری‌های تنفسی مانند تنگی نفس، آسم و ... می‌شود. (شکل 5)

باران اسیدی یکی دیگر از اثرات ورود آلاینده‌ها به هواکره است. این نوع باران در اثر واکنش گازهایی مانند گوگرد تری اکسید $(S{O_3})$ و نیتروژن دی اکسید $(N{O_2})$ با آب باران ایجاد می‌شود. معادله‌های نمادی زیر تشکیل سولفوریک اسید و نیتریک اسید را نشان می‌دهند.

$S{O_3}(g) + {H_2}O(I) \to {H_2}S{O_4}(aq)$
$N{O_2}(g) + {H_2}O(I) \to HN{O_3}(aq) + NO(g)$

استفاده از سوخت‌های فسیلی افزون بر آثار بالا، آثار بسیار شگرفی روی کرهٔ زمین گذاشته است. به طوری که بررسی‌های دانشمندان علوم نشان می‌دهد که در طول دو سدهٔ اخیر، میانگین دمای کره زمین افزایش یافته و کره زمین گرم‌تر شده است. این پدیده به گرمایش جهانی شهرت یافته است.

گرمایش جهانی سبب شده است تا فصل‌ها زودتر از زمان طبیعی فرا رسد و زمستان کوتاه‌تر شود؛ همچنین آتش‌سوزی خود به خود و طبیعی جنگل‌ها افزایش پیدا کرده و چرخه‌های طبیعی مختل شوند.در شکل 6 برخی دیگر از آثار گرمایش جهانی نشان داده شده است.

اکنون این پرسش مطرح است که چه عاملی سبب بالا رفتن دمای کره زمین شده است؟ برای یافتن پاسخ این پرسش، کاوش زیر را انجام دهید.

پژوهش‌های دانشمندان نشان می‌دهد که در طول سده‌های اخیر مقدار کربن دی اکسید هوا کره در حال افزایش است. آنها معتقدند که افزایش میانگین دمای کرٴه زمین ناشی از افزایش گاز کربن دی اکسید است. دانشمندان بر این باورند که نور خورشید با عبور از هوا کره به سطح زمین می‌رسد و آن را گرم می‌کند. زمین گرم شده مانند اتو یا هر جسم داغ دیگری از خود انرژی می‌تاباند. این انرژی که به شکل پرتو تابانده می‌شود انرژی کمتری نسبت به پرتوهای خورشیدی جذب شده دارند. این پرتوها هنگام خروج از هوا کره می‌توانند توسط برخی مولکول‌ها مانند کربن دی اکسید جذب و سبب گرم شدن کره زمین شوند. از این رو هر چه مقدار این گازها در هوا کره بیشتر باشد، دمای کره زمین بالاتر خواهد رفت. همچنین اگر مولکول‌های کربن دی اکسید و آب در هوا کره نباشند، میانگین دمای کره زمین از 14 درجه سلسیوس به 18- درجهٔ سلسیوس خواهد رسید.

فعالیت 7: فکر کنید (صفحه 55 کتاب درسی)

 

1- نمودار 1، افزایش کربن دی اکسید هوا کره و نمودار 2 افزایش دمای کرۀ زمین را در دهه‌های اخیر نشان می‌دهند. چه رابطه‌ای بین داده‌های این دو نمودار وجود دارد؟

2- دربارۀ داده‌های لوحۀ زیر گفت‌وگو کنید. چه نتایجی می‌گیرید؟ آنها را در چند جمله بنویسید.

3- با توجه به نمودارهای و شکل‌های زیر به پرسش‌ها پاسخ دهید.

الف) چه رابطه‌ای میان فشار گاز کربن دی اکسید و pH آب اقیانوس‌ها وجود دارد؟
ب) میزان اسیدی بودن آب دریا چه تغییری می‌کند؟
پ) با افزایش فشار گاز کربن دی اکسید در هواکره، تنوع گونه‌های زیستی در آب کره چه تغییری می‌کند؟

4- برداشت خود را از تصویر زیر بنویسید.

تاکنون دریافتید که انرژی الکتریکی یکی از نیازهای اساسی جهان امروزی است، به گونه‌ای که رشد اقتصاد و چرخش چرخ‌های صنعتی دنیا به انرژی الکتریکی و سوخت‌های فسیلی وابسته است. از سوی دیگر می‌دانید که تولید انرژی الکتریکی و مصرف سوخت‌های فسیلی، آثار زیانباری روی محیط زیست دارد. دانشمندان به منظور تعیین میزان آثاری که هر فرد روی محیط زیست می‌گذارد، اصطلاحی به نام ردپای محیط زیستی مانند ردپای آب، کربن دی اکسید، غذا و… تعریف کرده‌اند. این ردپاها میزان تأثیر افراد را روی محیط زیست نشان می‌دهند. برای مثال ردپای کربن دی اکسید نشان می‌دهد که چه میزان کربن دی اکسید در اثر فعالیت‌های گوناگون یک فرد وارد هوا کره می‌شود. هر چه مقدار این ردپا بزرگ‌تر باشد، زمان بیشتری طول می‌کشد تا کره زمین کربن دی اکسید اضافی را مصرف کند و آثار آن را جبران نماید.

رد پای محیط زیستی تولید انرژی الکتریکی با استفاده از سوخت‌های فسیلی بسیار بزرگ است. با این توصیف، آیا به نظر شما می‌توان پاز تولید انرژی الکتریکی و مصرف سوخت‌های فسیلی صرف نظر کرد؟ اگر پاسخ شما به این پرسش، منفی است! چه باید بکنیم تا ضمن بهره‌گیری از انرژی الکتریکی، از خطرات و زیان‌های تولید و مصرف آن در امان بمانیم و کمترین اثر تخریبی و کوچک‌ترین رد پا را روی طبیعت و محیط زیست بر جای بگذاریم؟ از چه روشی انرژی الکتریکی تولید کنیم تا کره زمین را به عنوان امانت الهی برای نسل‌های آینده حفظ کنیم؟

تجربه‌های جهانی

نیاز روز افزون به انرژی و ایجاد مشکلات و بحران‌های محیط زیستی سبب شده است دانشمندان، متخصصان و سیاستمداران به تکاپو بیفتند و به دنبال یافتن راهکارهای مناسبی برای حل مسائل و مشکلات باشند. توجه کنید همهٔ این راهکارها باید منجر به کاهش تولید کربن دی اکسید شوند. شکل 7 برخی از این راهکارها و اقدامات را نشان می‌دهد.

کاوش موردی 1: انرژی‌های پاک (تولید برق به کمک نیروی باد)

در درس علوم آموختید که یکی از روش‌های تولید انرژی، استفاده از نیروی باد برای چرخاندن توربین هاست که به انرژی بادی معروف است. در به‌کارگیری این منبع انرژی، گاز کربن دی اکسید تولید نمی‌شود. نقشۀ زیر، جایگاه و سهم کشورهای جهان را از لحاظ توانایی تولید الکتریسیته توسط انرژی باد نشان می‌دهد. نظر شما درباره جایگاه ایران چیست؟

آلمان جزو یکی از کشورهایی است که بخش قابل توجهی از انرژی مورد نیاز خود را از منابع تجدیدپذیر از جمله انرژی باد فراهم می‌کند(شکل 9). در حال حاضر، برق بادی حدود 8 درصد از کل مصرف برق در آلمان را تشکیل می‌دهد و این کشور در صدد است تا تعداد توربین‌های بادی را در سالیان پیش رو افزایش دهد.

جالب است بدانید که قدیمی‌ترین روش استفاده از انرژی باد، به ایران باستان باز می‌گردد. برای نخستین بار، ایرانیان موفق شدند با استفاده از نیروی باد، چرخ چاه را به گردش درآورند. احتمالاً، نخستین ماشین بادی توسط ایرانیان باستان ساخته شده است و یونانیان برای خرد کردن دانه‌ها و مصری‌ها، رومی‌ها و چینی‌ها برای قایق‌رانی و آبیاری از انرژی باد استفاده می‌کرده‌اند. در قرن 13 میلادی، این فناوری توسط سربازان در زمان جنگ‌های صلیبی به اروپا برده شد.

در کشور ما نیز متخصصان با بهره‌گیری از تجربیات قبلی و اقدامات کشورهای دیگر، نیروگاه‌های برق بادی متعددی را طراحی و راه‌اندازی کرده‌اند. (شکل 10)

کاوش موردی 2: بهره‌مندی از گرمای نهفته در زمین (انرژی زمین گرمایی)

می‌دانید هر چه از سطح زمین پایین‌تر برویم، زمین گرم‌تر می‌شود و دما افزایش پیدا می‌کند. از گرمای درون زمین که بخشی ازآن از مواد ذوب شده در دل زمین نشئت می‌گیرد، انرژی زیادی دارد و بسیار پرقدرت است که انرژی «زمین گرمایی» نامیده می‌شود. دسترسی به انرژی زمین گرمایی در اطراف آتشفشان‌ها بیشتر است. حال اگر بتوانیم با استفاده از این گرما، آب را بخار کنیم و توربین‌ها را به حرکت در آوریم و یا آب گرم را به‌طور مستقیم توسط لوله‌های دوجداره به خانه‌ها انتقال دهیم در آن صورت بدون مصرف سوخت فسیلی می‌توانیم، انرژی الکتریکی تولید کنیم. کشور ایسلند، جزیره‌ای آتشفشانی و سردسیر است به طوری که مردم برای زندگی کردن، در سرتاسر سال به سامانه‌های گرمایشی نیاز دارند. بنابراین، افزون بر تولید انرژی الکتریکی، باید گرمای قابل توجهی تولید کرد تا بتوان به زندگی در این جزیره ادامه داد. متخصصان این کشور در جستجوی یافتن راه‌های تولید انرژی با کمترین آثار محیط زیستی، انرژی زمین گرمایی را انتخاب کرده‌اند. (شکل 12)

کاوش موردی 3: استفاده از انرژی خورشید

خورشید بزرگ‌ترین و مهم‌ترین منبع انرژی است به‌طوری که روزانه مقادیر بسیار زیادی از انرژی را به شکل پرتوهای الکترومغناطیس به سوی زمین گسیل می‌دارد. این انرژی که به انرژی خورشیدی معروف است سبب رشد گیاهان، بازشدن گل‌ها و شکوفه‌ها، رسیدن میوه‌ها و ... می‌شود. به‌طور معمول مردم از این انرژی برای خشک کردن لباس‌ها، روشنایی اتاق‌ها در روز و ... استفاده می‌کنند. اما متخصصان و دانشمندان علوم تجربی و مهندسان راهی برای تولید انرژی الکتریکی از انرژی خورشید یافته‌اند. آنها با استفاده از مواد شیمیایی،سلول‌های خورشیدی کوچکی ساخته‌اند که نور خورشید را جذب و سپس آن را به جریان برق تبدیل می‌کند. برای اینکه انرژی الکتریکی بیشتری تولید شود، تعداد زیادی از این صفحات را کنار هم می‌گذارند و صفحات خورشیدی بزرگ‌تری را می‌سازند و در هر جا که نیاز دارند، از آن استفاده می‌کنند. (شکل 13)

استفاده از انرژی خورشیدی برای تولید انرژی الکتریکی ردپای محیط زیستی ما را کاهش می‌دهد. اما نکته مهم و قابل توجه این است که ساخت و استفاده از سلول‌های خورشیدی به دانش و فناوری بالایی نیاز دارد. این جمله ناخودآگاه ما را به یاد این شعر معروف استاد سخن سعدی می‌اندازد که: «نابرده رنج، گنج میسر نمی‌شود».

بیشتر شهرهای کشور ما در طول سال از هوای صاف و آفتابی برخوردارند. این موضوع یکی از مهم‌ترین شرایط بهره‌برداری از انرژی خورشیدی را امکان‌پذیر کرده است. امید است با همت و تلاش جوانان کشورمان بتوانیم از این انرژی پاک به‌صورت بهینه استفاده کنیم.

سوخت‌های سبز (سوخت‌های زیستی)

سوخت‌های سبز، منابع انرژی تجدیدپذیری هستند که به عنوان جایگزینی برای سوخت فسیلی مطرح شده‌اند. این سوخت‌ها ،مواد شیمیایی اکسیژن داری هستند که از تخمیر پسماندهای گیاهی همانند شاخ و برگ گیاه نیشکر، سویا و همچنین دانه‌های روغنی به دست می‌آیند. بیواتانول یکی از این مواد است که به عنوان سوخت در خودروها استفاده می‌شود. (شکل 14)

برزیل یکی از کشورهای پیشرو در تولید سوخت‌های سبز است. در این کشور، روش‌های مختلفی برای تولید الکل (به عنوان سوخت) از تخمیر گیاهان استفاده می‌شود. این الکل هم به‌صورت خالص و هم مخلوط با بنزین به کار می‌رود. از تخمیر نیشکر، اتانول به دست می‌آورند که می‌تواند جایگزین مناسبی برای بنزین باشد. در آمریکای شمالی، اتانول به‌طور عمده از بقایای ذرت به دست می‌آید. طبق گزارش‌های موجود در سال 2007، در حدود هفت میلیارد گالن اتانول مصرف شده است. استفاده از اتانول در مقایسه با گازوئیل از هزینه کمتر و راندمان بالاتری برخوردار است.

فراموش نشود که این نوع انرژی در کنار مزایایی که برای انسان دارد، می‌تواند معایبی هم داشته باشد؛ چرا که زمین‌های زیادی به خاطر کاشت گیاهانی که به عنوان سوخت زیستی از آنها استفاده می‌شود، تغییر کاربری داده‌اند یا پاک تراشی شده‌اند؛ به طوری که بخش‌های زیادی از جنگل‌های بارانی برزیل، به دلیل کاشت گیاهان سوخت زیستی، پاک‌تراشی شده و از بین رفته‌اند.

چه باید کرد؟

هر یک از رفتارهای ما در زندگی روزانه به گونه‌ای روی محیط زیست اثر می‌گذارد و ردپایی ایجاد می‌کند. هنگامی که از تلفن همراه استفاده می‌کنید، تلویزیون تماشا می‌کنید، در یخچال را باز می‌کنید و نوشیدنی یا میوه‌ای را از آن بر می‌دارید و می‌خورید، با استفاده از موتور یا خودرو به مدرسه یا محل کار و خرید می‌روید، در حال ایجاد ردپا روی کره زمین هستید. زیرا در انجام هر یک از این فعالیت‌ها به‌طور مستقیم یا غیرمستقیم، مقداری کربن دی اکسید وارد هوا کره می‌شود که ردپای کربن دی اکسید شما را تشکیل می‌دهد. حال هر چه ردپای کربن دی اکسید شما کوچک‌تر باشد، رفتار و الگوی مصرف شما درست‌تر است و می‌توان گفت که شما شهروندی مسئول، متعهد و دوستدار محیط زیست هستید. یادتان باشد هر یک از رفتارهای شما روی زندگی همه مردم جهان اثر می‌گذارد.

من چه کار کنم؟

- استفاده از دوچرخه به جای خودرو در مسافت‌های کوتاه
- استفاده از وسایل الکتریکی کم مصرف با برچسب انرژی

از مسئولان چه انتظاراتی دارم؟

مراکز صنعتی و اقتصادی، سیاست‌مداران، شهرداری‌ها و سازمان‌های مردم نهاد نیز باید در نظر گرفته شود. به طوری که انتظار می‌رود همه بخش‌های گوناگون یک کشور برای کاهش ردپاهای محیط زیستی بکوشند. در پیرابندی‌های زیر برخی از این اقدامات نوشته شده است.

- تولید خودروهای با استانداردهای بالا
- ازرده خارج کردن خودروهای فرسوده
- ایجاد و گسترش فضای سبز توسط کارخانه‌ها و مراکز صنعتی