دوشنبه , اردیبهشت ۳۰ ۱۳۹۸
آخرین مطالب:
خانه / علم و فناوري / انرژی و محیط زیست به زبان ساده
توسعه پایدار
توسعه پایدار

انرژی و محیط زیست به زبان ساده

در این نوشتار قصد دارم خلاصه ای درباره انرژی و محیط زیست ارائه بدهم. سعی می کنم تا حد امکان به زبان ساده بنویسم و بکار بردن واژه های تخصصی انگلیسی را تا جایی که امکان داشت محدود کنم. منابع مورد استفاده وبسایت آژانس بین المللی انرژی و مباحث درسی پروفسور ویلهلم روندیل هستند.

امروزه انرژی و فناوری های زیست محیطی  در دنیا بسیار شناخته شده هستند با اینحال همچنان در حال توسعه هستند و راه حل های بهتر همواره ارائه می شوند. من اینجا روی انرژی های تجدیدپذیر تمرکز می کنم و راه حل های زیست محیطی. بد نیست با کلیاتی از انرژی شروع کنیم.

یک تبدیل واحد پر کاربرد را هم در نظر داشته باشید که ۳.۶ مگاژول معادل یک کیلو وات ساعت انرژی است.

اعداد و آمار جالب:

  • بدن ما بطور میانگین به روزانه ۲۸۰۰ کیلوکالری انرژی نیاز داره. بخش زیادی از این انرژی صرف گرم نگه داشتن بدن در دمای ۳۷ درجه سانتیگراد میشه. تقریبا ۲۲ درصد به کار مکانیکی قابل تبدیل هست یعنی چیزی حدود ۳۰ وات. این عدد یعنی می تونیم ۳۰ کیلوگرم را به اندازه یک متر در یک ثانیه جابه جا کنیم.
  • هر کیلوگرم از سوخت های مایع فسیلی حدود ۱۰ کیلو وات ساعت انرژی تولید می کنند. این عدد برای انرژی هسته ای یعنی یک کیلوگرم اورانیوم معادل ۲۵ هزار گیگا وات ساعت انرژی است. یعنی ۲۵ میلیارد کیلو وات ساعت انرژی!
  • کل انرژی خورشید که سالیانه به زمین می رسد حدود ۱۷۸ هزار تراوات است. چیزی حدود ۱۵۰۰ برابر نیاز فعلی ما به انرژی!
  • هر خانه در نروژ حدود ۲۰ مگا وات ساعت سالیانه انرژی الکتریکی مصرف می کند.(گرمایش و پخت و پز برقی است)
  • هر خانه در ایران حدود ۳ مگا وات ساعت سالیانه انرژی الکتریکی مصرف می کند. (مناطق مرکزی ایران)
  • کل انرژی الکتریسیته که در حال حاضر در دنیا مصرف می شود حدود ۲۵ هزار تراوات ساعت هست. یا ۲۵ میلیون گیگاوات ساعت که تا سال ۲۰۴۰ به ۳۵ هزار خواهد رسید.
مصرف انرژی جهانی
مصرف انرژی جهانی
  • در سال ۲۰۱۷ نزدیک به ۳۳ میلیون تن گاز دی اکسید کربن تولید کردیم!
تولید جهانی گاز دی اکسید کربن
تولید جهانی گاز دی اکسید کربن

سوال:

اگر امکان انتخاب بین خودروی تمام الکتریکی و بنزینی داشته باشید و فرض کنید خودرو شما می بایست سالی ۱۶ هزار کیلومتر حرکت کند. آیا خرید خودرو برقی در ایران به صرفه است؟

در حال حاضر قیمت برق در ایران (مصرف بالای ۶۰۰ کیلو وات ساعت در ماه) معادل ۳۵۱۱ ریال است و قیمت بنزین هر لیتر ۱۰ هزار ریال. مصرف خودرو بنزینی را میانگین ۶ لیتر به ازای هر ۱۰۰ کیلومتر در نظر می گیریم.

مصرف خودرو برقی (میانگین ده خودرو پر فروش سال ۲۰۱۷) ۵۶ کیلو وات ساعت برای ۲۹۲ کیلومتر است. یعنی ۱۹ کیلو وات ساعت به ازای هر ۱۰۰ کیلومتر

مصرف یکسال خودرو برقی برای ۱۶ هزار کیلومتر برابر است با ۱۹*۱۶۰ یعنی ۳۰۴۰ کیلو وات ساعت که اگر ضربدر قیمت برق شود برابر یک میلیون و ۶۷ هزار تومان می شود.

مصرف یکسال خودرو بنزینی برابر است با ۶*۱۶۰ یعنی ۹۶۰ لیتر بنزین یا ۹۶۰ لیتر که ضربدر قیمت فعلی بنزین می شود ۹۶۰ هزار تومان.

توجه به این نکته ضروری است که در حال حاضر قیمت بنزین واقعی نیست و مصرف خودرو های ساخت داخل بیشتر از مقدار پیش فرض ما است یعنی توسعه و توجه به خودرو های برقی علاوه بر کاهش چشمگیر آلودگی هوا؛ از لحاظ هزینه سوخت هم به نفع مصرف کننده است.

در اروپا قیمت هر لیتر بنزین حدود یک یورو است و هر کیلو وات ساعت برق هم در حدود یک یورو. قیمت این خودرو ها هم حدود ۳۵ هزار یورو است و البته میانگین دستمزد ماهیانه حدود ۲۵۰۰ یورو.

سوال:

هر خودرو مدرن بنزینی (یعنی اگر مجهز به فیلتر کاتالیستی باشد و فقط آب و دی اکسید کربن از اگزوز خودرو خارج شود) چند گرم دی اکسید کربن تولید می کند؟

اگر دوباره فرض کنیم مصرف خودرو ما ۶ لیتر برای هر ۱۰۰ کیلومتر باشد معادل ۲.۴۷ کیلوگرم ضربدر ۶ می شود ۱۴.۸ کیلوگرم دی اکسید کربن. پس حدود ۱۵ کیلوگرم به ازای هر ۱۰۰ کیلومتر طی مسیر دی کسید کربن تولید می شود. بعدا مفصل تر درباره این گاز خواهم نوشت. (اگر علاقه داشتید به نحوه محاسبه در کامنت ها اعلام کنید)

خب حالا کمی بپردازیم به انرژی های تجدیدپذیر و مزایا و معایب آنها. اگر واقع بین باشیم فقط مزیت نیستند بلکه معایب مهمی هم دارند.

مهمترین منابع انرژی های تجدیدپذیر:

  1. انرژی خورشید

    برای تولید یک کیلو وات انرژی خورشیدی از طریق سلول های فتوولتاییک یعنی تبدیل مستقیم انرژی خورشید به الکتریسیته ۲۵ تا ۶۰ متر مربع زمین نیاز است. یعنی یک نیروگاه ۱۰۰۰ مگاواتی در بهترین حالت نیاز به ۲۵ هزار متر مربع زمین دارد. معادل ۲.۵ هکتار. علاوه بر این زمان استفاده از نیروگاه با توجه به ماهیت تابش خورشید حداکثر نصف روز است یعنی بیشتر از نصف سرمایه گذاری روی تجهیزات و ظرفیت تولید بلا استفاده می ماند. (Technically low utilization time). عدد واقعی در اروپا حدود ۱۵۰۰ ساعت است (یعنی ۱۵۰۰ ساعت از ۸۷۶۰ ساعت یک سال می توان از سیستم انرژی گرفت)

انرژی خورشیدی
انرژی خورشیدی
  1. باد

    زمین مورد استفاده برای انرژی باد حدود ۷۰ متر مربع برای هر کیلو وات انرژی الکتریکی است. یعنی برای مثال قبل زمین مورد نیاز ۷ هکتار خواهد بود. همچنین میزان بهره وری تولید انرژی از توربین های بادی بین ۳۵ تا ۴۵ درصد است.

انرژی باد
انرژی باد
  1. سوخت های زیستی یا بایوفیول ها

    پیش بینی شده تا سال ۲۰۴۵ بعد از منابع گاز طبیعی دومین منبع تامین انرژی چهان خواهد بود. از همینجا می بینید تا چه حد اهمیت دارد استفاده از سوخت های زیستی.

 

  1. زمین گرمایی یا ژئوترمال

    به دو طریق مطرح هستند. یکی چاه های فوق عمیق و استفاده از دمای اعماق زمین که همه جا قابل استفاده نیست و پیچیدگی های فنی زیادی دارد و روش دیگر استفاده از پمپ های گرمایی است. بسیار ساده و در عین حال بسیار کارا. درباره اینها بیشتر خواهم نوشت.

  2.  انرژی برق آبی یا هایدرو پاور

    در نروژ ۸۵ درصد برق مورد نیاز کشور یعنی چیزی حدود ۲۰ هزار مگا وات از این طریق تولید می شود. پتانسیل جغرافیایی منطقه مهمترین عامل برای تعریف ظرفیت تولید برق آبی است.

پمپ گرمایی با استفاده از گرمای زمین.

پمپ های گرمایی یا هیت پمپ ها برای گرمایش از سیکل تبرید استفاده می کنند. یعنی تصور کنید یک کولر گازی را برعکس نصب کنید. در حال حاضر کولر های گازی موجود در بازار با تغییر جهت حرکت گاز درون کولر می توانند در تابستان به عنوان کولر و در زمستان به عنوان بخاری (پمپ گرمایی) مورد استفاده قرار گیرند. اساس استفاده از این دستگاه ها ساده است اما خارج از حیطه بحث ماست. اگر علاقه داشتید می توانید براحتی اطلاعات زیادی درباره کارکرد آنها بیابید.

طبق قانون بهره وری چرخه کارنو؛ دمای دو منبع سرد و گرمی که موتور بین آنها کار می کند تعریف کننده بهره نهایی سیستم است. خب برای مثال کولر گازی بین دمای داخل خانه و بیرون خانه کار می کند. کمپرسور کار انجام می دهد و از انرژی اکتریکی استفاده می کند تا گرما را از داخل خانه به خارج منتقل کند و در زمستان بر عکس این کار را انجام می دهد. خب چطور می توانیم کار مورد نیاز کمپرسور را کمتر کنیم؟ دمای داخل را که نمی توانیم تغییر دهیم. باید بین ۲۰ تا ۲۵ درجه باشد اما اگر بتوانیم مثلا در یک روز سرد زمستانی بجای اینکه از هوای زیر صفر گرما بگیریم از منبع گرم تری انرژی بگیریم بنابراین کار کمتری مورد نیاز است. به عبارتی کمپرسور برق کمتری مصرف می کند.

حدود دو متر که زمین را بکنیم به یک منبع گرمایی بی نظیر می رسیم. حدود ۱۵ درجه سانتیگراد در زمستان و تابستان! یک منبع انرژی رایگان در اختیار ماست! تصور کنید برای مجتمع های بزرگ که گود برداری هم قبلا انجام شده؛ استفاده از این منبع گرمایی چقدر می تواند مقرون به صرفه باشد. حتی برای فصول گرم سال با داکت کشی می توان آب خنک را در ساختمان به گردش در آورد و با هزینه بسیار کمتری خنک سازی ساختمان ها را انجام داد. ساده ترین مورد استفاده این است که کندانسور کولرهای گازی را بجای اینکه از پنجره بیرون ببریم به زیرزمین یا پارکینگ منتقل کنیم. حالت بهتر هم استفاده از کویل است.

پمپ زمین گرمایی
https://energync.org/geothermal-heat-pumps/ منبع عکس بالا

اجداد ما در گذشته این حقیقت را یافته بودند. سرداب ها و زیرزمین های قدیمی در تابستان و زمستان بسیار مورد توجه ایرانیان بودند.

سوخت های زیستی یا بایوفیول ها

با یک مثال شروع می کنم. تصفیه خانه های شهری در نروژ عمدتا به این شکل کار می کنند که با ورود فاضلاب یا پساب شهری به آنها در ابتدای راه شن و ماسه آنها به روش ته نشینی جدا می شود و پس از شستشو به محل دفن منتقل می شود. جامدات دیگر هم پس از شستشو تبدیل به RDF یا سوخت شده و به کارخانه های سیمان سازی فروخته و در آنجا مورد استفاده قرار می گیرند. جالب است بدانید کارخانه سیمان نورسم حدود نیمی از سوخت مورد نیاز خود را از زباله تامین می کند!

باقی مانده پساب به حوضچه های ته نشینی منتقل می شود. آب جداسازی و وارد طبیعت می شود به شکلی که اگر کلرزنی شود قابل خوردن است! لجن باقی مانده وارد ظروف تولید گاز می شود. فرایند های غیر هوازی منجر به تولید گاز متان می شوند. تمام اتوبوس های شهری در منطقه ای که ما زندگی می کنیم با همین گاز حرکت می کنند! باقی مانده پس از خشک کردن و میکروب زدایی به عنوان کود استفاده می شود. اگر میزان فلزات سنگین آن در حد مجاز باشد برای کشاورزی و اگر آلوده باشد و تایید نشود یا دفن می شود یا برای فضای سبز شهری مورد استفاده قرار می گیرد.

سوخت های زیستی
https://wisdomiasonindia.wordpress.com/2018/05/18/national-policy-on-biofuels-2018/ منبع عکس

سایر منابع بایو فیول ضایعات کشاورزی و غذایی و پسماند صنایع چوب و … هستند که با فرآیند های دیگری (مانند پیرولیز) تبدیل به سوخت می شوند.

گرمایش محلی یا District Heating

یکی از بهترین روش های گرمایش است. می دانیم که تولید کار از منابع سوختی هیچ گاه بصورت کامل صورت نمی گیرد. در بهترین حالت نیروگاه های سیکل ترکیبی بازدهی حدود ۴۵ درصد دارند. مابقی ۵۵ درصد این انرژی به گرما تبدیل می شود. در این سیستم ها از طریق لوله کشی آب گرم به مناطق شهری منتقل شده و صرف گرمایش کف معابر؛ مراکز عمومی و مراکز تجاری و … می شود. به بیان دیگر از گرمایی که به هیچ عنوان کاربردی ندارد و برای کارخانه بی ارزش است؛ در جای دیگر استفاده می شود. در کشورهای اسکاندیناوی ۳۵ درصد گرمایش ساختمان ها از این طریق تامین می شود و در اروپا این عدد ۹ درصد است.

گرمایش محلی
گرمایش محلی

توسعه پایدار و ۶ اولویت اصلی

در انگلیسی (Sustainable development) یا توسعه پایدار باید شامل موئلفه های زیر باشد که به ترتیب از بالا به پایین در همه سازمان ها باید اعمال شود. حفظ محیط زیست؛ کاهش هزینه های سیستم با حفظ مزیت و رقابت پذیری بیشتر از نتایج مستقیم اعمال این موارد است.

  1. صرفه جویی در استفاده از منابع

  2. جستجو برای یافتن راه حل هایی جهت کاهش ضایعات

  3. استفاده مجدد از منابع داخل سیستم

  4. استفاده مجدد از منابع خارج سیستم

  5. بازیافت ضایعات

  6. دفن اصولی ضایعات غیر قابل بازیافت

سعی می کنم با یک مثال درباره استفاده خانگی از منابع آبی این ۶ مورد را توضیح دهم:

  1. بدیهی است. تا حد امکان در مصرف آب صرفه جویی کنید.
  2. راه حل های جدید مثل شیر های الکتریکی و خروجی هایی که آب را با قطرات بسیار ریز خارج می کند و … را مورد استفاده قرار دهید
  3. آیا می شود مثلا از آب روشویی برای سیفون توالت استفاده کرد؟ در خود خانه یا مجتمع مسکونی چطور می شود از آب بیشتر استفاده کرد؟ میعانات کولرهای گازی چطور؟
  4. آیا امکان دارد آب را در جایی مثلا آبیاری فضای سبز دوباره مورد استفاده قرار داد؟ (خارج از محل استفاده قبلی)
  5. ارسال به تصفیه خانه شهری و بازیافت کامل که قبلا شرح داده شد.
  6. این مورد برای آب مصداق ندارد اما مثلا ضایعات ساختمانی ممکن است یه هیچ وجه قابل بازیافت نباشند. با روش اصولی دفن شوند.
توسعه پایدار
توسعه پایدار

در کشور ما کدام منبع انرژی می بایست پایه توسعه پایدار قرار گیرد؟

در واقع دسترسی به منابع انرژی در هر کشور تعریف کننده مسیر سرمایه گذاری و توسعه بخش انرژی است. مثلا در نروژ علیرغم وجود منابع نفت و گاز؛ انرژی برق آبی اولویت اصلی دولت است. پاک بودن و تولید بسیار پایین کربن ویژگی این نوع انرژی است. در کشور ما هم تنوع منابع انرژی بالاست اما به نظر من گاز طبیعی باید ستون توسعه انرژی ایران باشد.

گاز طبیعی در ایران دارای زیرساخت کاملی است و سوختی پاک با کربن پایین به حساب می آید.

انرژی خورشیدی و باد هنوز در مسیر توسعه هستند و شاید بتوان گفت برای کشورهای در حال توسعه هنوز مقرون به صرفه نیستند. زمان استفاده پایین و عدم پایداری تولید؛ هزینه های بالاسری زیادی به شبکه توزیع وارد می کند. به عبارت ساده تر وقتی نیاز به انرژی داری؛ تولید نداری و وقتی تولید داری؛ نیاز به انرژی نداری! این بزرگترین مشکل استفاده از انرژی های تجدید پذیر است. به نمودار زیر دقت کنید. اگر سهم انرژی های تجدیدپذیر از شبکه توزیع انرژی زیر ۲۵ درصد باشد؛ کل انرژی تولیدی آنها مصرف می شود و نیاز به ذخیره سازی وجود ندارد اما اگر این سهم به ۱۰۰ درصد برسد (خط فیروزه ای) ۳.۵ برابر پیک مصرف انرژی نیاز به ظرفیت سازی داریم. این نمودار مربوط به اتحادیه اروپا است اما کمابیش قابل تامیم است.

انرژی های تجدید پذیر در شبکه توزیع انرژی
انرژی های تجدید پذیر در شبکه توزیع انرژی

سوخت های زیستی هم بخاطر مزایای زیست محیطی و کاهش پسماند ها دارای اولویت سرمایه گذاری هستند. زباله منبع غنی انرژی در دسترس است و غفلت از آن اتلاف منابع ملی است. شاید در پستی دیگر درباره زباله سوز ها و تبدیل زباله به سوخت مایع و جامد به تفصیل نوشتم.

 

پاسخ دهید

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