بخشی از مقاله
مواد شیمیایی تجدید پذیر و تجدید ناپذیر
توانايي توليد پايدار توده زنده يكي از مواردي است كه از اهميت فزايندهاي برخوردار است، در صورتيكه روشهاي مديريت از كارايي لازم برخوردارنباشد، توليد توده زنده به فرسودگي و انهدام خاك مي انجامد. مساله ديگر در رابطه با پايداري و مقدار مواد شيميايي بكار گرفته شده به منظور مهار حشرات، علفهاي هرز، عوامل بيماريزا و تامين مواد غذايي براي گياهان است. با بهره گيري از نظامهاي مديريت خوب محصولات زميني مناسب بر يك مبناي پايدار با حداقل تاثيرات زيانبار خواهند بود.
پس از بحران نفتي دهه 70 ميلادي، كشورهاي صنعتي تلاش مضاعفي نمودند تا انرژيهاي تجديد پذير نظير انرژي خورشيدي، بيوماس و … بتدريج جايگزين انرژي فسيلي شود. زيرا بعلت داشتن مزاياي ويژه مانند فراواني، فناناپذيري و عدم وابستگي، هميشه در دسترس بوده . بنابراين كشورهاي صنعتي با برنامه ريزي مدون بعمل آمده در اين خصوص، تلاش مي كنند تا حد ممكن از وابستگي به انواع انرژي هاي تجديد ناپذير بتدريج بكاهند. آنچه حايز اهميت است دستاوردها و موفقيتهاي سالهاي اينده كشورهاي صنعتي مي باشد زيرا تحقيقات وسيع و
جامعي توسط دانشمندان و متخصصان در دست اقدام مي باشد (منابعي كه حد مشخصي دارند مثل نفت و … منابع غير قابل تجديد يا ذخيره اي است و بالاخره زماني تمام مي شود. از سوي ديگر منابع قابل احيا به منابع تجديد شونده يا جاري موسومند. توده زنده مثالي از منابع تجديد شونده است زيرا فرايند فتوسنتز همه ساله كه توده زنده بيشتري توليد مي كند.
کشورها درپي انرژي هاي تجديد پذير؛ در حال حاضر اغلب ممالک جهان به نقش و اهميت منابع مختلف انرژي در تأمين نيازهاي حال و آينده پي برده و سرمايه گذاري ها و تحقيقات وسيعي را براي سياستگذاري، استراتژي و برنامه هاي زيربنايي و اصولي انجام مي دهند.
هم اکنون تدوين استراتژي که شامل بررسي تمامي پارامترهاي تأثير گذار در انرژي و تعيين راهکارهاي مناسب براي کارا تر کردن انرژي و الگوي بهينه مصرف آن است، در رأس برنامه هاي زيربنايي بيشتر کشورهاي جهان قرار دارد، که در ميان حاملهاي مختلف انرژي،انرژي هسته اي جايگاه ويژه اي دارد.
انرژي هسته اي از عمده ترين مباحث علوم و تکنولوژي است و هم اکنون نقش عمده اي را در تأمين انرژي کشورهاي مختلف به خصوصْ کشورهاي پيشرفته دارد.
اهميت انرژي و منابع مختلف تهيه آن، در حال حاضر جزء رويکردهاي اصلي دولتها قرار دارد. به عبارت بهتر، از مسائل مهم هر کشور براي توسعه اقتصادي و اجتماعي بررسي ، اصلاح و استفاده بهينه از منابع موجود انرژي در آن کشور است.
مي توان گفت، امروزه بحرانهاي سياسي و اقتصادي، نگرانيهاي زيست محيطي، ازدياد جمعيت، رشد اقتصادي ، همگي مباحث جهان شمولي هستند که با گستردگي تمام، فکر انديشمندان را در يافتن راهکارهاي مناسب در حل معضلات انرژي در جهان به خود مشغول داشته اند.
از سوي ديگر منابع تجديد ناپذير انرژي يا همان سوخت هاي فسيلي در مقادير محدود در دسترس اند. نفت،گاز و زغال سنگ نمونه هاي بارز اين منابع هستند که در برخي مقالات و به نام منابع "پايان پذير" معرفي شده اند.
نقش انرژي هسته اي در صنعت نفت؛
کارشناسان اقتصادي به خصوص آنهايي که در حوزه انرژي فعاليت مي کنند بر اين باورند جهان به سمت استفاده از انرژي هاي تجديد پذير و يا همان انرژي هاي پاک در حال حرکت است، بنابراين استفاده از انرژي هسته اي را که خود از گسترده ترين و به صرفه ترين انرژي هاي تجديد پذير به شمار مي رود، براي کشور هاي متکي به سوخت فسيلي تاکيد مي کنند.
دکتر وکيلي يکي از اين کارشناسان، معتقد است، در حال حاضر استفاده از انرژي هسته اي بايد در راس برنامه هاي دولتها قرار گيرد، که در اين ميان بهتر است، جمهوري اسلامي ايران براي استفاده از اين انرژي پاک، سرمايه گذاري هاي بيشتري کند.
وي درباره استفاده از انرژي هسته اي گفت: برخلاف انرژي هاي فسيلي که براي توليد آنها نياز به مطالعات زلزله شناسي، لرزه نگاري، حفاري، اکتشاف، استخراج، انتقال و توزيع است، توليد انرژي هسته اي خيلي به صرفه تر انجام مي شود.
وکيلي همچنين درباره کاربرد انرژي هسته اي در صنعت نفت افزود: در صنعت نفت نيز مانند ساير صنايع، انرژي عامل محرکه شناخته مي شود به طوري که مي توان براي تمام مراحلي که در بالا گفته شد، به جاي سوخت فسيلي از سوخت هسته اي استفاده کرد.
مواردي از کاربرد انرژي هسته اي در صنعت نفت؛
علاوه بر مواردي که دکتر وکيلي درباره کاربرد انرژي هسته اي در صنعت نفت بيان کردند، در ذيل، چند مورد از اين کاربرد را برمي شماريم:
1) با آزمايش 40 نوع نفت مختلف که در نقاط مختلف جهان استخراج مي شوند دانشمندان به اين نتيجه رسيدند که در تمام مواد نفتي هفت نوع عنصر مشترک وجود دارد. اما مقدار آنها در نفتي که در يک نقطه استخراج مي شود با نفت نقطه ديگر دنيا متفاوت است، که با استفاده از انرژي هسته اي به راحتي مي توان اين تفاوت را تشخيص داد.
2) هنگامي که مواد نفتي به جا مانده از کشتي حامل سوخت در جايي مشاهده مي شود، مي توان نمونه اي از آن را به آزمايشگاه برد و در معرض تابش نوتروني قرار داد به اين ترتيب عناصر مختلف و مقدار آنها مشخص مي شود، و مي توان به طور دقيق اعلام کرد که اين آلودگي از کدام کشتي نشات گرفته است.
3)هنگام انتقال مواد نفتي در فاصله هاي زياد، چون شرکتهاي مختلف نفتي از لوله هاي نفت مشترک استفاده مي کنند، رديابي ايزوتوپي مختلف براي علامت گذاري ابتداي انتقال هر محموله نفتي، به کار برده مي شود.
4) در تأسيسات تصفيه و پالايش از رديابي هاي ايزوتوپ هاي راديواکتيو براي دنبال کردن مواد پتروشيمي و آماده سازي آنها در قسمتهاي مختلف استفاده مي شود.
5) در مرحله نهايي محصولات مواد نفتي تصفيه شده، براي تعيين درجه خالص بودن آنها، با استفاده از ايزوتوپهاي راديواکتيو آزمايش مي شوند.
6)رديابي ايزوتوپ راديواکتيو را تقريباً در تمام مراحل تأسيسات صنعتي پتروشيمي مي توان مشاهده کرد.
7)هنگام کشف و استخراج نفت، دانشمندان ميله هاي راديواکتيو را داخل چاههاي آزمايشي فرو برده، سپس ميزان انتشار تشعشع راديواکتيو را در طبقات مختلف اندازه مي گيرند زمين شناسان ميزان بازتاب اشعه راديواکتيو را ثبت مي کنند و يک تصوير واضح و دقيق از طبقات زيرين جهت حفاري بيشتر براي رسيدن به نفت در آن منطقه يا متوقف کردن کار به دست مي آورند
انرزی وانواع آن
Friday, 02.15.2008, 08:01am (GMT3.5)
انرژي چيست ؟
در جهان هستی در مقابل دو پدیده شناخته شده قرار داریم:
1ـ مواد بیجانی كه فقط از اتم ها و ملكولها تشكیل شده اند و نظام حركتی الكترون ها به دور هسته بر آنها غالب و حاكم است.
2ـ ذراتی كه علاوه بر داشتن نظام الكترونی ، خاصیت زایندگی ، تولید مثل و توسعه به انواع مختلف را دارد كه به آنها سلول می گوئیم .
حیات با پیچیدگی بسیار در سلولها جریان دارد . از ذره ای ناچیز، درختی تنومند با بار فراوان و یا حیوانی ستبرویا انسانی با كمال خلق می شود .
یك سلول ساده در زمانی كوتاه به سلولهای زیادی، آنهم نه ضرورتاً از نوع خودش بلكه به صور مختلف ، با نظم توسعه یافته و هر دسته از سلولها قسمتی از بدن حیوان و یا انسان را می سازند.
با آنكه راز خلقت مسئله ای غامض و پر رمز و راز است و تصور آن در ذهن كوچك بشر ( در مقایسه با عظمت طبیعت ) نمی گنجد ولی سالیان درازی است به این نكته آگاهیم كه اگر تزریق انرژی به این سلولها را قطع نماییم و یا از كسب انرژی آنها جلوگیری نماییم حیات متوقف میشود. پس سزاوار است كه انرژی را جوهرحیات بدانیم زیرا نه تنها قطع آن ، حیات را متوقف میكند بلكه سبب می شود كه اجسام غیر زنده نیز به حالت اولیه باقی مانده و فعل وانفعال در آنها متوقف گردد و كلیه خواص تبدیل ، از آنها زایل شود. چه با نگرش توحیدی و چه بادید مادیگری(نظریه تزوآنتی تز) به جهان نگاه كنیم ، بهر حال در یك اصل نمی توان شك كرد و آن عبارتست از:اثر قاطع و تعین كننده انرژی در حیات جهان فلذا این اکسیر حیات كه حاكمیت قطعی بر پیدایش عالم داشته وادامه حیات را میسر نموده است امروزه میرود كه مشكلات عظیمی در زندگی انسانها ایجاد نماید لذا با یستی رفع این مشكل طرف توجه نخست متفكرین جهان قرار گیرد.
انرژی نه تنها جوهر حیات است ، بلكه رشد حیات نیز یكی از صور انرژی است كه با ظرافت بسیار ، ارتباط حیات را برقرار میكند . مسئله امواج پخش شده از مغز بشر كه بنام اشعه های
نام گذاری شده ( این اشعه نباید با اشعه فركانس بسیار بالای فیزیك اشتباه شود) و نقش الكتریسته در فرمان سلسه اعصاب و بالاخره اثر جاودان و حیاتی خورشید در رویش گیاهان ، حیات دریاها و زندگی بشر و تمام تحولات شیمیایی و فیزیكی كه از امواج و ذرات نورانی نظم جهان را حفظ می نماید نشان آنست كه در ظرافت ارتباطات پیجیده رشد و توسعه حیات انرژی هم موجد است و هم وسیله.
در بسیاری از متون به طور كلی انرژی را به صورت ساده «قابلیت یا ظرفیت انجام كار» تعریف نموده اند . این تعریف جامع و برگرفته ازمكانیك نیوتنی است بر مبنای خواص اجرام متحرك .
مفهوم انرژی ریشه اصلی علوم ترمودینامیك ، فیزیك ذره ای ، شیمی و الكترو مغناطیس است . رابطه جرم و انرژی انیشتین كه نشان دهنده رابطه بین این دو عامل است یعنی E=M.C2 را در نظر می گیریم .
E مقدار انرژی ، m جرم ماده وc سرعت نور می باشد و هم چنین رابطه پلانك كه مبنای تئوری كوانتوم است نشان دهنده تبدیل انرژی در رابطه با تابش است . در این رابطه E=h.v كوانتای انرژی تابعی است از فركانس تابش ، كه در این رابطه هم E مقدار انرژی ( مقدار كوانتای انرژی) و V فركانس تابش وh ضریبی است كه بنام ثابت پلانك خوانده میشود و مقدار آن برابر است با :
( بر حسب ارگ ـ ثانیه ) 10× 6255/6=h
اگر این ضریب در فركانس یك فوتون ضرب شود مقدار انرژی ـ فوتون را نشان میدهد .
با وجود آنكه می توان انرژی را بطور مختصر تعریف كرد ولی این تعریف نیاز به تعریف كار و قدرت دارد . در قلمرو فیزیك كار فقط زمانی انجام می شود كه قدرتی بر جسمی اعمال شده و جسم در همان زمان در جهتی كه بردار نیرو میباشد شروع به حركت نماید . مقدار كار انجام شده از نقطه a به نقطه b ( تحرك جسم از a به b ) به صورت زیر است:
F مجموع نیرو اعمال شده و زاویه بین جهت f و جهت جابجایی ذره (ds) است . در سیستم M.K.S كار به صورت نیوتن - متر ، ( ژول) و در سیستم انگلیسی با واحد فوت ـ پوند نشان داده میشود. قدرت به صورت عاملی تعریف میشود كه توسط آن كار صورت می گیرد . متوسط قدرت اعمال شده توسط یك عامل در مدت معلوم از زمان برابر است با حاصل جمع كارانجام شده توسط آن عامل در زمان مشخص تقسیم بر مدت زمان. در واقع
و قدرت یا توان لحظه ای عبارت است از :
كه واحد ان وات ميباشد.
حال اگر به تعریف انرژی برگردیم كه عبارت بود از ظرفیت انجام كار ، این تعریف شاید بدین صورت بهتر فهمیده شود ( انرژی عاملی است كه هنگام انجام گرفتن كار تحلیل میرود ( كاهش می یابد ) و مقدار این كاهش برابر با كار انجام شده است .واحد انرژی مشابه واحدهایی است كه در مورد كار بیان می شود.در جدول زیر(ضرایب تبدیل واحـــدهای مختلف ومتعارف انرژی) بیان گردیده است:
انواع انرژی
پس از درك مفهوم انرژی به طبقه بندی انواع انرژی می پردازیم :
انرژی بر حسب موقعیت جسم حامل انرژی و یا نحوه تولید انرژی معمولاً به گونه های زیر تقسیم بندی میشود :
طبقه بندی شماره (1)
الف ـ انرژی جنبشی ب ـ انرژی پتانسیل
طبقه بندی شماره (2)
الف ـ انرژی فسیلی (پایان پذیر) ب ـ انرژی غیر فسیلی (تجدید شونده)
انرژی جنبشی : بطور كلی هر ماده ای كه متحرك باشد (دارای سرعت باشد) قابل وقادربه انجام دادن كاری می باشد یعنی قابلیت انجام یك كار فیزیكی را دارد به عبارت دیگر این ماده دارای انرژی است كه به این نوع انرژی ، انرژی جنبشی می گویند. باد ، آب جاری ، اجزای متحرك ماشینها ، ملكولهای بخار آب یا گاز منفجر شونده دارای انرژی جنبشی هستند .
محاسبه انرژی : اگر جسمی با جرم M دارای سرعت v باشد توانایی انجام كار را دارد یعنی اگر به جسمی برخورد كند با شرایط مناسب و كافی می تواند برآن اثر بگذارد و یا آن را جابجا كند . این مقدار انرژی را با نمایش داده و مقدار ان عبارتست از :
انرژی پتانسیل : وقتی اجسام در حال حركت نیستند (ساکن هستند) دارای نوعی انرژی می باشد كه در انها ذخیره شده است و بر حسب موقعیت جسم نسبت به مبدأ یا انرژی شیمیایی ذخیره شده در آن و.... توانائی انجام كار را دارند . البته اجسام متحرك هم می توانند علاوه بر انرژی جنبشی دارای انرژی پتانسیل باشد . انرژی پتانسیل غیر فعال است و فقط در صورت آزاد شدن، قادر به انجام كار می باشد مثل سنگی كه به فاصله یک متر نسبت به مبدأ (سطح زمین) بالا برده باشیم یا بنزنی كه هنوز تحت عمل احتراق واقع نشده و ماده رادیواكتیوی كه هنوز عملیات انرژی زائی بر روی آن انجام نشده است و یا تیری كه در كمان هنوز رها نشده و یا فنری كه جمع كرده باشیم و یكباره آنرا رها نماییم . انرژی ماهیچه ای ، آب ذخیره شده پشت دیوارسد از معمولترین انرژیهای پتانسیل به شمار میآیند . رایج ترین و آشناترین نوع انرژی پتانسیل انرژی گرانشی می باشد و عبارتست از : اگر به جسمی به جرم m به اندازهh از یك سطح معیین بالا رود انرژی معادل m.g.h در ان جسم ذخیره می شود كه مقدار آن را داریم :
ناگفته نماند انرژی درونی اجسام تلفیقی از انرژی پتانسیل و جنبشی می باشد، چون ذرات درون ملكولها (حركت اتم ها نسبت به یكدیگر) و به علاوه ذرات درون اتم نسبت به دیگرذرات دارای انرژی پتانسیل هستند و هم چنین الكترونهای دوار هم بدور هسته دارای انرژی جنبشی هستند كه مجموع این انرژی ها را انرژی درونی ماده می گویند .
مهم ترین نوع انرژی از این حیث طبقه بندی انرژی شیمیایی می باشد كه نوعی انرژی پتانسیل است و تا زمانی كه این انرژی آزاد نگردد ( بر اثر احتراق و انفجار ) این انرژی قابل انجام كار نیست مثل انرژی درون بنزین یا نفت سفید. انرژی شیمیایی از این جهت كه حتماً واكنش شیمیایی می بایست صورت گیرد تا آزاد شود تحت این نام خوانده می شود .
اصطلاح« انرژی مكانیكی» در واقع نوعی انرژی جنبشی هست كه می تواند ماشینهارا به راه اندازد زیرا هر انرژی جنبشی قادر نیست ماشینهارا به كار وادار نماید مثلاً اگر باد به دسته یك تلمبه بخورد تلمبه قادر به انجام حركت و راه افتادن نمی باشد فلذا می بایست انرژی جنبشی را به طریقی به انرژی مكانیكی تبدیل نماییم تا بتواند ماشین را راه بیندازد.
تقسیم بندی انرژی در بحث اقتصاد انرژی و حامل های انرژی به این گونه است :
1ـ انرژی فسیلی (تجدید ناپذیر) 2ـ انرژی غیر فسیلی ( تجدید پذیر)
انرژی فسیلی : موادی كه در اثر فساد اجساد و بقایا وفسیل جانوران و گیاهان و جانداران دیگر از قبیل آغازیان بوجود آمده اند تحت عنوان مواد فسیلی مشهورند این مواد علی الا غلب درون خود انرژی شیمیایی نهفته ای دارند كه به آن انرژی فسیلی می گویند . نمونه بارز این مواد نفت ، گاز ، زغال سنگ می باشد .
عناصر تشكیل دهنده سوخت های فسیلی هیدروژن و كربن می باشد كه البته عناصر دیگری از قبیل نیتروژن ، گوگرد ، اكسیژن ، فسفر و تركیبات كلسیم و آلومینیم هم در آنها یافت می شود .
نسبت اتمی هیدروژن به كربن در زغال سنگ حدود یك یا كمتر ، در نفت خام حدود 2تا 3و درگاز طبیعی حدود 4 می باشد .
معمولاً مقداری خاكستر از اكسید فلزات و سلیكات های تشكیل دهنده در زغال سنگ و نفت خام دیده می شود ولی این مقدار خاكستر در زغال سنگ بیشتر از نفت خام است.
از آنجا كه حالت پایدار كربن در شرایط متعارف محیط ، گرافیت است لذا اغلب سوختهای فسیلی در طبیعت ناپایدارند اطلاعات ناشی از ترمودینامیك ( آنتالپی Delta H) یا انرژی آزاد نشان می دهد كه تنها هیدوكربن های پایدار در شرایط متعارف اتان و متان هستند .
مواد هیدرو كربن دار مانند زغال سنگ ، نفت خام و اغلب تركیباتی آلی از نظر ترمودینامیكی ناپایدار بوده و تمایل به تجزیه به ملكول های ساده تشكیل دهنده اولیه خود را دارند . عامل باز دارنده این تجزیه، سرعت كم واكنش ها در موجودات جاندار، تغذیه پیوسته آنها با مواد آلی می باشد .
امروزه سوخت های فسیلی اعم از جامد ، مایع و گاز از مهمترین مواد اولیه مورد استفاده در صنایع تولید هستند .
طبق آمارهای به ثبت رسیده طی 30 سال گذشته احتیاجات انرژی جهان به مقدار قابل ملاحظه ای افزایش یافته است. در سال 1960 مصرف انرژی جهان معادل 3/3Gtoe بوده است.در سال 1990 این رقم به 8/8Gtoe بالغ گردید ، که دارای رشد متوسط سالانه 3/3 درصد می باشد و در مجموع 166 در صد افزایش نشان می دهد و در حال حاضر مصرف انرژی جهان 10Gtoe/Year بوده و پیش بینی می شود این رقم در سالهای 2010 و 2020 به 12 و 14 Gtoe/Year افزایش یابد . این ارقام نشان می دهند که میزان مصرف انرژی جهان در قرن آینده بالا می باشد و بالطبع این سوال مهم مطرح می باشد که آیا منابع انرژی های فسیلی در قرنهای آینده، جوابگوی نیاز انرژی جهان برای بقا، تکامل و توسعه خواهند بودیا خیر؟
حداقل به دو دلیل عمده پاسخ این سوال منفی است و باید منابع جدید انرژی را جایگزین این منابع نمود. این دلایل عبارتند از:
محدودیت و در عین حال مرغوبیت انرژی های فسیلی چرا که این سوختها از نوع انرژی شیمیایی متمرکز بوده و مسلماً کاربردهای بهتر از احتراق دارند.
مسایل و مشکلات زیست محیطی بطوری که امروزه حفظ سلامت اتمسفر از مهمترین پیش شرطهای توسعه اقتصادی پایدار جهانی به شمار می آید. از این رو است که دهه های آینده بعنوان سالهای تلاش مشترک جامعه انسانی برای کنترل انتشار کربن، کنترل محیط زیست و در واقع تلاش برای تداوم انسان بر روی کره زمین خواهد بود
بنابراین استفاده از منابع جدید انرژی به جای منابع فسیلی امری الزامی است. سیستمهای جدید انرژی در آینده باید متکی به تغییرات ساختاری و بنیادی باشد که در آن منابع انرژی بدون کربن نظیر انرژی خورشیدی و بادی و زمین گرمایی و کربن خنثی مانند انرژی بیوماس مورد استفاده قرار می گیرند. بدون تردید انرژی های تجدیدپذیر با توجه به سادگی فن آوریشان در مقابل فن آوری انرژی هسته ای از یک طرف و نیز بدلیل عدم ایجاد مشکلاتی نظیر زباله های اتمی از طرف دیگر نقش مهمی در سیستمهای جدید انرژی در جهان ایفا می کنند. در هر حال باید اذعان داشت که در عمل عوامل متعددی بویژه هزینه اولیه و قیمت تمام شده بالا، عدم سرمایه گذاری کافی برای بومی نمودن و بهبود کارآیی تکنولوژیهای مربوطه ، به
حساب نیامدن هزینه های خارجی در معادلات اقتصادی، نبود سیاستهای حمایتی در سطح جهانی، منطقه ای و محلی، نفوذ و توسعه انرژی های نو را بسیار کند و محدود ساخته است. ولی پژوهشگران و صنعتگران همواره تلاش خود را جهت رفع این مشکلات مبذول می دارند.
بطور کلی عمده فعالیتهای مربوط به احداث پایلوتهای سازگار با محیط زیست با بکار بردن منابع انرژی های تجدیدپذیر و اجرای پروژه های مهندسی و انجام خدمات مشاوره ای و مدیریت بر طرحها، در چهار بخش ذیل متمرکز شده است:
• انرژی های خورشیدی
• انرژی باد و امواج
• انرژی زمین گرمایی
• فن آوری هیدروژن، پیل سوختی و زیست توده
که در اینجا به توضیح اجمالی هر یک می پردازیم:
