تحولات الطاقة

تحولات الطاقة الطاحونة هي من أقدم الآلات التي اخترعها الإنسان والتي تستخدم الهواء أو الماء كمصدر للطاقة المحركة. ألطاقة تتحول ولا تتولد لا يكف الإنسان عن استخدام الطاقة بأشكالها المتنوعة في حياته اليومية: الطاقة الحرارية للتدفئة ، الطاقة الشعاعية للإنارة ، ألطاقة الحركية cinetique وهي إحدى أشكال الطاقة الميكانيكية للنقل بالسيارة وتشغيل الآلآت بأنواعها. والطاقة التي نستخدمها عادة تتخذ اشكالاً مختلفة عن أشكال وجودها في الطبيعة ، مثل الفحم الذي لا يحتوي طاقة حرارية أثناء وجوده في الطبيعة ، بل يحتوي اذ ذاك على الطاقة الكيميائية ، وللحصول منه على الطاقة الحرارية. يجب حرقه أي تحويل طاقته الكيميائية إلى طاقة حرارية عن طريق الإحتراق. فالطاقة إذن لا تخلق ولا تنعدم ، بل تتحول. فكل شكل خاص من أشكال الطاقة إنما يستخرج من شكل آخر عن طريق تحويله على مرحلة أو أكثر. استخدام الطاقة إن أشكال الطاقة التي يستخدمها الإنسان مباشرة من الطبيعة ذات مصادر "أولية" أربعة : ألشمس ، جوف الأرض ، الجاذبية الكونية والمادة (المحروقات الذرية). أما أشكال الطاقة المادية فهي: الطاقة الميكانيكية (طاقة حركية طاقة كامنة) كالتي تعطيها الأرياح ومجاري الأنهار والطاقة الحرارية المستخرجة من نور الشمس وحرارتها والتي يمكن التقاطها واستخدامها بواسطة مرايا شمسية ، الطاقة الكيميائية كالتي تكمن من الأطعمة والحطب والمحروقات المتحجرة. ولاستخدام تلك المصادر يقتضي وسائل وطرق معينة لتحويلها ، كالشراع للهواء والدولاب للطاحونة المائية ، والمولد للمراكز الكهرمائية ، للحراق للمازوت ، والمحرك للسيارة ، والمفاعل للطاقة الذرية ، إلخ.... وسنرى فيما يلي كيف أن الإنسان اتقن تحويل الطاقة والسيطرة عليها تدريجياً. في الأمس أقدم طريقة اتبعها الإنسان لتحويل الطاقة هي اغتذاؤه بالنباتات. فبفضل التعضية الضوئية Photosythese تحول النباتات الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية تتخزن في مادة النبات الحية. وهذه الطاقة الكيميائية تتحول عبر الأطعنة إلى طاقة ميكانيكية بفعل العضلات. وهذه الطاقة الأخيرة تمكننا من العمل مثلما الحصان يجر عربته. كما أن هناك طرقاً "بدائية" أخرى لاستخدام الطاقة ، عرفها أجدادنا ، إلا وهي وقود الحطب ومجاري الأنهار لنقل جذوع الأشجار وكل ما يطفو على المياه ، والطاقة الهوائية لتسير السفن الشراعية ، ولقد خبر الإنسان على مر العصور كيفية استخدام طاقات بيئية بطريقة غير مباشرة. صمم ونفذ محاولات اصطناعية للطاقة ، اقدمها الدولاب المائي والطاحونة الهوائية. وحول هكذا الطاقة الميكانيكية غير النافعة إلى طاقة مفيدة (كتشغيل مضخة أو مطرقة مائية أو رحى). وفي الماضي القريب ، أدى اختراع القطار البخاري إلى تحويل الطاقة الكيميائية في المحروقات إلى طاقة ميكانيكية. في الحاضر كان القطار البخاري فاتحة اختراعات الية عصرية كثيرة الانتشار، هي المحركات الحرارية. كل وسائل النقل البحرية والجوية والبرية تعمل بمحركات حرارية تعطي الحركة الميكانيكية باستخدام احد المحروقات المستخرجة من باطن الارض واهمها في الحاضر هو النفط. وبعض المحركات تستخدم لانتاج واحد من اهم اشكال الطاقة في عصرنا ، وهي الكهرباء التي تنتج في المحطات الكهرحرارية باستخدام المحروقات مثل النفط والفحم والغاز الطبيعي . الطاقةالكهربائيةو"مرونة"استعمالها مصباح يضيئ وفرن يسخن ومروحية تدور لتعطي ثلاثة من اشكال الطاقة ( النور والحرارة والحركة ) ، انطلاقا من مصدر واحد سهل النقل والتوزيع ، هو الكهرباء. بالطبع ليست هذه جاهزة للاستعمال "مباشرة" ، بل تستلزم أساليب تحويل ملائمة لاستخراج شتى أنواع الطاقة: مولدات ، منوبات (Alternateurs) ةتستخرج الكهرباء من الطاقة الحركية في المحركات الحرارية وشلالات المحطات الكهرومائية. ومازال استعمال الكهربائ في الحياة اليومية بحاجة إلى محولات مكيفة مثل سلك الإضاءة داخل اللمبة. والمقاومة الكهربائية في فرن طباخ أو محرك المروحة. في المستقبل إن المحركات الحرارية ، كمحطات الطاقة الكهرحرارية ، وتجهيزات التدفئة تستهلك كميات هائلة من المحروقات المستخرجة من باطن الأرض (نفط ، غاز طبيعي ، فحم) وهي مصادر متوفرة بكميات محدودة وغير متجددة (خاصة النفط). فمن الضروري خفض استهلاكها منعاً لنفاذها سريعاً. لذلك يجب البحث عن مصادر جديدة للطاقة من جهة ، والإقتصاد في استخدامها من جهة ثانية. فهناك احتياطي من الطاقة لا يزال قليل الإستعمال : إنها الطاقة الشمسية ، وتجري محاولات الآن للاستفادة منها. وهناك مصدران آخران للطاقة يمكن استثمارها : ألمد البحري وحرارة الأرض الجوفية. وأخيراً الطاقة الذرية التي يتوقع أن تشهد إقبالاً كبيراً في المستقبل رغم انتقادات علماء البيئة بسبب المشاكل التي تشيرها هذه الطاقة ، مثل إعادة تسخين المياه ، مثل إعادة التسخين المياه ، خطر الحوادث الذرية ، خطر التلوث لناجم عن تخزين النفايات الإشعاعية ، إلخ ..... كيف ندخر الطاقة من أبسط السبل لتوفير الطاقة الإقلاع عن الإسراف. وبما أن القدر الأكبر من الطاقة المستهلكة يستخرج الآن من النفط (اما بواسطة الكهرباء المباشرة باستعمال محروقات السيارات والتدفئة) ، يصبح ادخار الطاقة مرادفاً لتوفير النفط. وكثيرة هي أساليب خفض استهلاك الطاقة ، وهذه بعض الأمثلة على ذلك : تطوير المحطات الكهروحرارية ومحركات السيارات وزيادة فعاليتها ، خفض نفايات المواد (مثل الورق والزجاج والألومنيوم ، إلخ....) التي تستهلك الطاقة لإنتاجها ، إعادة استعمال النفايات العضوية بالإفادة من حرارة حريقها مضاعفة انتاجية المصانع ، وأخيراً الحد من الهدر الحراري للتدفئة المركزية. طاقة البحار والمحيطات في المستقبل ، سيكون البحر مصدراً للعديد من الطاقات "التناوبية" الحركة. هذه الطاقات الكامنة تظهر في الأمواج وسخونة الطبقات العليا التي تفوق دائماً سخونة الطبقات السفلى (بفعل التبدلات الحرارية) وأخيراً حركة المد والجزر. رهف عالم