الطاقة الشمسية
خلايا شمسية جديدة
يمكن لمحطات الطاقة الشمسية أن تزداد كفاءة في استخدام نور الشمس. وحدات كهذه تحول خمسة عشر بالمائة من أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية. بينما تتمكن محطة عصرية للتسخين والطاقة الكهربائية من تحويل تسعين بالمائة من الطاقة الأساسية التي تستخدمها. يسعى العلماء منذ سنوات في جميع أنحاء العالم, ومن بينهم العاملين في معهد أبحاث الطاقة الشمسية في هاملين, شمالي ألمانيا, لتجريب عدد من السبل الخاصة بزيادة الكفاءة في تحويل الخلايا الشمسية. لأن الكهرباء في محطة الطاقة الشمسية تكلف ثمانية أضعاف تلك التي يتم الحصول عليها من محطات تعمل على الفحم أو الطاقة النووية.
الهدف هو الحصول على كفاءة تحويل عالية عبر تكنولوجيا بسيطة، بحيث يصبح الانتاج التجاري ممكنا. من خلال كفاءة للتحويل بنسبة أربعة وعشرين أو ثلاثين بالمائة لا يمكن اعتبار التطور الحاصل كافيا من الناحية الاقتصادية.
السبب الذي يجعل الطاقة الكهربائية باهظة التكاليف هو انخفاض حجم الخلايا الشمسية التي يتم انتاجها. غالبية العمل يتم يدويا بعد. ما يكلف الكثير. كما أن عملية التصنيع المعقدة تزيد من قيمة التكلفة. يتم في هذا المصنع الشمسي ، للمحطة التي تولد ميغاوات واحدة والمصنوعة في شركة آسي في بافاريا, عجن ألواح السيليكون الموصلة.
تضغط المادة التي تولد إلكترونات، وهي بهذه الحالة الفوسفور، في كرستال السيليكون على حرارة تبلغ ثماني مائة درجة مئوية. حين تتعرض لأشعة الشمس, يصدر الالكترون عن الفوسفور. تسخر هذه الطاقة عبر تواصل المعادن. العائق هنا هو أن الاتصال يطرح الظلال.
لكن هناك حل لهذه المشكلة. عادة ما توضع الأطراف المعادن مباشرة على سطح المرايا الناعمة للخلايا الشمسية. أما هنا فالآلة تقطع مئات من الأخاديد في سطح كل من الخلايا عبر أسلاك مجهرية، حيث تم القيام بالاتصال على كل من جانبي اللوح الذي هناك.
في هذه الصورة المكبرة، يمكن أن ترى الارتفاع البسيط على جانب الألواح. الفائدة بالطبع هي أن المعادن لا تحول دون أشعة الشمس على الإطلاق. بحيث أن الإشعاعات الشمسية بكاملها تضرب السيليكون شبه الموصل فيولد الكهرباء.
للتأكد من أن الضوء لا ينعكس دون استخدامه من خلال السطح الرمادي للخلايا بل يولد الكهرباء فعلا، تمنح الخلايا الشمسية غشاء مضاد للانعكاس. حسب نوعية خلايا الشمس، تزيد طبقة سيليكون النيترات الجديدة من المضاد للانعكاس المطور من كفاءة التحويل بنسبة تتراوح بين الواحد والثلاثة بالمائة.
يمكن أن يسمى غشاءا عجيبا. وهو أشبه بالمخدر العجيب للخلايا الشمسية .
يصل مجموع الزيادة التي تحققت في كفاءة التحويل الكهربائي إلى خمسة بالمائة، وبما أن هذا الأسلوب بالغ البساطة ستصبح الكهرباء الشمسية أقل سعرا.
في المرحلة الأخيرة الهدف النهائي هو التقليل من الكلفة أي الوصول إلى نصف الكلفة بالكيلوات في هذا الجانب من العالم.
حمل هذا الخبر العاملين في صناعة الطاقة على تسجيل ملاحظاتهم. في ألمانيا يتم العمل على بناء ثلاثة محطات للطاقة الشمسية، يوجد أحدها عند آسي في ألزيناو, بافاريا. تسعى الشركة لوضع تلك الأعجوبة رهن التطبيق في الإنتاج التجاري.
صدر أمر ببناء الخط الانتاجي الأول لينتج ثلاثة عشر وات في ألزيناو.
آسي تفكر أيضا باتباع مبدأ أخاديد الأسطح في عملياتها الانتاجية. لا بد من بعض عمليات التطوير قبل أن يصبح ذلك ممكنا. ولكن رغم هذامن المتوقع أن يؤدي انخفاض الكلفة للخلايا من تحفيز الانتاج في ألزيناو فيصل التحويل إلى عشرين بالمائة من أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية.
وهي خطوة هامة في الاتجاه الصحيح.
محطة توليد للطاقة تحت الماء
إنها مدينة هايدلبيرغ التاريخية، بقلعتها الشهيرة بالصور، ومشهد نهرها الرومانسي، الذي يتهدد روعته مشروع بناء محطة لتوليد الطاقة الكهربائية في وسط النهر.
يخاف السكان هناك والسياسيون ما هو أسوأ.
كان الجميع يؤيد فكرة بناء المحطة، على ألا تشوه منظر المدينة.
هناك تحفظات حول ما إذا كان على محطة التوليد أ، تكون مرئية أم لا. وبما أن المطلوب التعامل مع الوقائع وليس الشائعات، تقرر خروج المشروع الى العلن، ما يؤدي إلى نشوء حوار إيجابي يؤدي إلى حل أفضل.
لتفادي الإساءة إلى المشهد تقرر وضع المحطة بالكامل تحت الماء، بعمق يكفي لعدم التأثير على انسياب المياه أو الملاحة، ما دفع إلى إزالة ثلاثين طن من الصخور من عمق النهر لإيجاد المساحة اللازمة.
لا بد من تثبيت مضختين هائلتين إلى جانب أدوات أخرى. يبلغ قطر هذا الجزء وحده أكثر من خمسة أمتار. حيث تضمن ثغراته التحكم بانسياب المياه.
خلفه تماما تجد محرك المضخة. الذي يدور داخل الأنبوب الهائل.
هذه هي الطريقة التي ستعمل بها محطة التوليد. يتولى انسياب المياه تحريك فراشات المضخة، التي ستدير المولد لينتج الكهرباء.
صممت المحطة لتفي باحتياجات خمسة آلاف منزل من الكهرباء. ولكن قبل أن تغمر البنية بالماء خضعت لتجربة دقيقة.
جرى صب الماء للتأكد من حالات التسرب والتشققات في الجدران، والتأكد من أن كل جزء من المحطة سيحتمل ضغط المياه الهائل. لابد من أن تقفل كل الأجهزة الآلية والإلكترونية بإحكام لتفادي الرطوبة .
عثر على مناطق نش المياه مرة بعد أخرى في جوانب عدة تم العمل على إصلاحها لتفادي خسارة الوقت والمال.
تتولى الأجهزة الإلكترونية ربط المركز بأجهزة تحكم في منطقة أخرى. لا داعي لأن يجلس أحد لمراقبة المضخات وتشغيل النظام. بل سيتم ذلك أوتوماتيكيا عبر التحكم عن بعد. سيحتاج الأمر شخصا واحدا لتشغيل محطة التوليد.
بعد ثلاثة أعوام ونصف من أعمال البناء، تم إنجاز المشروع، حيث تم إخفاء محطة توليد كهربائية تحت أربعة عشر مترا من الماء، لتصبح مشروعا هندسيا فريدا.
تؤخذ شؤون البيئة في هايلبيرغ على محمل الجد، لهذا يشعر الناس ورجال السياسة بالسعادة.
إنه عمل رائع بالنسبة لمدينة يسود الاعتقاد فيها أن المسئولية العامة تبدأ على المستويات المحلية. السياسة المتبعة مكثفة جدا للطاقة. لتوفيرسبعة عشر ألف طن من السي أو اثنين وحده في محطة الطاقة هذه، ما ينسجم جدا مع التوجيهات البيئية، وهو عمل ملائم لجميع أنحاء المدينة.
أثبتت هايدلبيرغ وشركة نيكار أي جي التي شيدت محطة التوليد المخفية أن لهذه المزايا الكافية للإنسجام مع مناظر المدينة ضمن شروط بيئية مقبولة، يتمنى الجميع رؤيتها. وقد جاء وفد ياباني للتعرف عليها.
هدر الطاقة
يسرب أكثر من نصف الطاقة المستخدمة في المنازل عبر البلاد من النوافذ والأبواب والعليات والفجوات وثغرات أخرى.
تتسرب التدفئة والتبريد على طريقتها من المنازل الأمريكية كل يوم.
هذا الهدر اليومي للطاقة يكلف بيئتنا الكثير، لأنه يستهلك الثروات ويبعث الغازات الخطيرة والسامة.
هناك العديد من المؤسسات الحكومية التي تعتبر البيئة من أهم أولوياتها، وتقدم حسومات خاصة على تحسين الفعالية القصوى للطاقة في البيوت.
وهناك تحسن طرأ على تكنولوجيا الأبواب والنوافذ أيضا، بما يساعد على تقليص استخدام الطاقة، بما يبقي الحرارة في منازلنا مريحة في أي مناخ.
عمل الباحثون على دراسة أعمق لتصاميم النوافذ والأبواب، وقرروا تعديلها كي تعزل بشكل أفضل.
تتمتع نافذة البريستول هذه، بمزاياها الفريدة وزجاجها العازل بقدرة أكبر على حماية الطاقة وتوفيرها بشكل أفضل.
يمكن للسخونة أن تتبدل عبر النافذة بثلاث طرق، عبور الطاقة الضوئية من الزجاج في الاتجاهين، عبور الحرارة أو البرودة نتيجة تحرك الهواء واحتكاكه بالزجاج، إلى جانب الحرارة التي تتسرب عبر إطار الزجاج.
النوافذ التقليدية المصنوعة من الألمنيوم أو الفينيل وطبقة زجاج واحدة أو اثنتين، تمرر السخونة والبرودة بحرية بين داخل وخارج الغرفة.
يلغي استخدام ثلاثة ألواح زجاجية الاتصال بين البيئتين وبالتالي يحد من التوصيل بينهما.
يمكن خفض فقدان الحرارة والسخونة عبر الأشعة جديا، بإضافة غشاء غير مرئي ولكنه فعال جدا مما يعرف بمادة الو إي على لوحي الزجاج الخارجيين.
يؤدي هذا الغشاء دور المرآة الحرارية التي تعكس الموجات القصيرة القادمة من الخارج، وتفعل ذلك أيضا بالحرارة في منزلك.
يمكن للتبادل الجاري في الهواء بين ألواح الزجاج لتبديل الحرارة أن ينخفض بتعبئة ذلك الفراغ بغاز أرغون الشفاف.
يعتبر هذا الغاز أثقل وزنا وموصل أقل من الهواء ما يؤدي إلى خفض تبادل الهواء بين البيئتين.
يضيف الإقفال المحكم جدا والغير معدني عنصرا آخر للحؤول دون تبادل الهواء وتسربه.
يطوي هذا البلاستيك المقوى الزجاج بشكل دائم، ومزاياه الحرارية معا، فتنجم عنه طبقة دافئة تغطي سطحي هذه النوافذ العازلة الفعالة.
يعتمد مبدأ حماية الطاقة في المستقبل على حل مشكلة الفتح والإقفال، لهذا فإن أبواب بريستول كفيلة بالحفاظ على الحرارة في فصلا الشتاء، وإبعادها في الصيف.
أعمال الإقفال المحكم المضاد للماء حول جميع الأبواب والنوافذ يمنع تسرب الهواء من الداخل إلى الخارج وبالعكس.
تمنحنا الأبواب والنوافذ القدرة على الرؤية والمعابر الفعلية إلى العالم الخارجي.
أما الآن فمن المحتمل جدا ألا نستمر في تبديد وخسارة ثروات الطاقة في الفضاء بعد أن جرى التوصل إلى هذه التصاميم الحديثة الفعالة.
النفايات مصدر للطاقة
النفايات الغير قابلة للتحويل، يمكن أن تساوي حجمها من النفط.
هناك محطجة تعمل لتوليد الكهرباء، فهي تستهلك النفايات وتحولها إلى طاقة يمكن قياسها بالفولت والوات.
مجرد فكرة حرق النفايات قد تبدو أشبه بالكارثة البيئية، ولكن النفايات الغير قابلة للتحويل يمكن أن تصنع طاقة تنبعث منها كميات من الغازات أقل من تلك التي تخرج من مداخن الشاحنات التي تنقلها إلى مجمع النفايات.
يمكن اعتبار المهملات الغير قابلة لتحويل مصدر لا ينضب من الطاقة. وليس هذا كل ما في الأمر، بل يمكن اعتبارها مصدر نظيف جدا للطاقة.
أصبح بالإمكان تحويل النفايات العصرية إلى مصدر للطاقة الكهربائية، وإلا فهي تحتاج إلى ثروات كثيرة لتحويلها إلى أشياءأخرى.
وهناك جهاز للتحكم بالتلوث يضمن عدم وصول المواد الصادرة عن حرق النفايات إلى المجال الجوي.
هذا هو الفرن، بعد أن تحرق النفايات وتولد الحرارة للكهرباء، يمر الدخان الناجم عن ذلك عبر مجموعة من الأجهزة الحديثة التي تعترض الغازات قبل تسربها.
بيوت الأكياس، ومصافي الغاز السائلة، وعدد آخر من تكنولوجيا التقليص الكفيلة بسحب عناصر التلوث التي تتجرأ على الوصول إلى المدخنة.
التعامل الجدي مع النفايات يمكن أن يوقف عدد من السفن التي تشحن النفط المستورد في الأحواض الجافة، وهو يطلق من التلوث كمية أقل من تلك التي تصدر عن الشاحنات التي تنقل النفايات.
هكذا يتحول السلب إلى إيجاب، أو ربما تعتبرها عبقرية، مع أنها رغبة في البقاء على قيد الحياة.
سمها كما تشاء، ولكن عندما تشعل الضوء أو الكمبيوتر أو جهاز التكييف، يمكن أن تسمي ذلك تلوث الطاقة الخفيفة، وتنفس للهواء الطلق.
الزجاج لتوفير الطاقة
قلة منا يعرفون أن الزجاجة، تحول من جديد لتستعمل كعازل لتوفير الطاقة في منازلنا. لنرى كيف يتم ذلك.
هل تساءلت يوما عما يحدث لكميات الزجاج التي يتم تحويلها؟
نستعمل يوميا ثلاثون ألف طن من المستوعبات الزجاجية يذهب ثلثها فقط إلى مراكز التجميع.
أما الباقي فيذهب لسوء الحظ إلى مجمعات النفايات المزدحمة أصلا. ما يعني سبعة ملايين طن من المواد الغير قابلة للتحلل البيولوجي سنويا.
تشجع هذه الأرقام على اتباع خطوات حاسمة لحماية البيئة. وقد أصبح استعمال المنتجات اليومية كما هو حال الزجاج والورق والألمنيوم والبلاستيك عدة مرات مسألة شائعة، ما جعل العديد من المدن تلحق بركاب هذه الجهود الجماعية.
يمكن للزجاج المستعمل على خلاف المواد الأخرى أن يتحول إلى منتجات مفيدة تدوم لسنوات طويلة.
في محطة التحويل هذه العاملة في باكرسفيلد كليفورنيا، يجري تحويل أربعمائة طن من الزجاج يوميا كاد ينتهي بها الحال بين أكوام النفايات.
يتم غسلها وطحنها وإرسالها إلى شولر العالمية، التي تستعمل كحد أدنى عشرين بالمائة من الزجاج التحويلي في صناعة زجاج المنازل والمباني التجارية.
قد يبدو هذا الأمر حديثا، وهو كذلك فعلا. ففي الماضي كان الزجاج المصنف وحده يعاد إلى المصانع بينما ترسل الزجاجات المتنوعة أو المحطمة إلى النفايات.
يمكن لألياف شولر الزجاجية أن تعالج كل أنواع الزجاج المخلوط، ما يعني أن لا حاجة لتصنيفها حسب الألوان، لتجري بعد ذلك عملية صناعية فعالة من الناحيتين النوعية والاقتصادية.
يمزج حطام الزجاج مع مواد أخرى، ثم يذاب ويعزز بالأنسجة، حتى تصنع منه أنواع من منتجات الألياف الزجاجية العازلة.
تجري أعمال القطع بعد ذلك حسب متطلبات المتعاقدين والمحترفين والبناءين.
أما من ينجز الأعمال بنفسه فيستعمل اللفائف لوضعها تحت السقوف وبين الجدران والمناطق الفارغة الأخرى.
أما المناطق التي يصعب الوصول إليها فتعبأ بألياف منفوخة تصل إلى هناك بمهارة بناء محترف.
حين تأخذ بالاعتبار أن المنازل تستعمل خمس الطاقة المستهلكة في الولايات المتحدة، وأن نصف هذه الطاقة أو ثلاثة أرباعها يستعمل في التدفئة أو التبريد، ستعرف السبب الذي يدفع الأخصائيين للقول بأنه لو تم عزل جميع المنازل التي يتم بنائها حديثا في الولايات المتحدة بشكل محكم، لوفرنا أكثر من ثلاثمائة مليون برميل من النفط سنويا.
ليس من السهل استيعاب أرقام مجردة كهذه، ولكن قد تتضح هذه المسألة على المستوى الفردي إذا عزز المرء من الطبقة العازلة.
من المحتمل أن توفر ما يزيد عن ثلاثين بالمائة من فواتير التدفئة التبريد، بعد استعمال الألياف الزجاجية لعزل جدران المبنى بالشكل المطلوب.
غالبا ما تغطي عمليات العزل مصاريفها خلال سنوات قليلة. ولكن إلى جانب هذه الفوائد المدهشة، هناك ثمار نقطفها على الصعيد البيئي أيضا.
أبرز هذه الثمار هو خفض الطاقة التي نستهلكها لبناء منازل أفضل.
فكلما تمتعت بالفعالية كلما احتجنا لتوليد كمية أقل من الطاقة، وبالتالي تنبعث كمية أقل من أسباب التلوث.
من بين أقل الثمار التي نقطفها بروزا ما نفع البيئة حين نوفر مساحة مجمعات النفايات المستهلكة، بمجرد اعتماد الصناعة التحويلية.
أليس رائعا أن نعرف بأن الزجاجة التي نستعملها اليوم يمكن أن تصلح غدا لصناعة منتجات مفيدة أخرى؟
كثيرا ما يعتبر البعض أن كلمة نفايات تعني ألا قيمة لها. ولكن هذا قد تغير الآن لأن النفايات تستعمل اليوم كوقود، لتوليد الطاقة الكهربائية.
توفير الطاقة
عشرون دولارا مقابل لمبة إنارة؟ هذه هي كلفة الفلورسنت المضغوط أيضا. ولكنه تخدم أكثر من اللمبات العادية بعشرة مرات، وتستهلك ربع الطاقة الكهربائية. ما يوفر سنويا من أربعة إلى ست دولارات من الطاقة، لنرى الآن تقنيات إنارة جديدة بكفاءات استهلاكية عالية.
الإنارة في كل مكان.
من المسارح والعروض الفنية إلى المصانع والمخازن والملاعب، والمنازل التي نسكنها. إذا أضفنا كل هذه معنا يصبح استهلاك الطاقة هائلا، وبنمو مستمر.
رغم أن الجميع يتحدث عن توفير الطاقة، ولكن هناك من يفعل شيئا بهذا الخصوص في مصانع الإنارة. تعتبر شركة أوسرام أكبر ثالث شركة في العالم لصناعة الإنارة، وهي تعمل لتحسين استهلاك أدوات الإنارة منذ زمن بعيد، وهي تشارك في جهود كبرى لتوفير الطاقة، على الصعد التجارية والصناعية والسكنية أيضا.
من إنجازاتها في هذا المجال التوصل إلى الفلوريسنت المضغوطة لمبة ديلوكس إي إل.
تتمتع لمبة الإنارة الإلكترونية هذه بقدرة فائقة على توفير الطاقة، فهي تستهلك أقل من مثيلتها التقليدية بنسبة خمس وسبعون بالمائة، وتدوم أكثر منها بثلاثة عشر مرة.
والأهم من ذلك أنها ستحول دون انبعاث ستمائة وخمسون رطلا من ثاني أكسيد الكربون في الجو خلال الساعات العشرة آلاف من حياتها.
وليست هذه فائدة بسيطة، إذ أن وكالة حماية البيئة تعتبر أن الاستعمال الفعال للإنارة يمكن أن يقلص جديا من تلوث الهواء.
هذا إلى جانب التسعة عشر بليون دولار من كلفة الطاقة التي يمكن أن توظف في مجالات أخرى أكثر إنتاجية.
بعد تراكم الضغط على السعي للتخفيف من توسع محطات التوليد، تطالب المؤسسات الحكومية والفدرالية بالتخفيف من استهلاك الطاقة.
أجبرت عدد من شركات التوصيل على خفض استهلاك الطاقة بقيمة أربع ملايين دولار في المباني التي تملكها وتحتلها المؤسسات الحكومية.
تنفيذا لهذه الأوامر قررت المنشآت استبدال جميع لمبات الجامعات ومراكز العناية الصحية بلمبات فلوريسنت تي ثمانية التي توفر الطاقة.
في المرحلة الثانية جرى استبدال جميع المحولات الممغنطة بغيرها إلكترونية.
وهكذا جرى تركيب تسعة آلاف محول وثمانية وثلاثون ألف لمبة إنارة من شركة أوسرام، لينجم عن ذلك توفير خمسة ملايين كيلوات سنويا.
تسعى العمليات التجارية يوما بعد يوم للعثور على سبل جديدة للتقليص من حجم الفواتير الكهربائية المتنامية.
فندق شيراتون تاكوما في واشنطن هو أحد الأمثلة على ذلك، الذي كان يواجه نموا بنسبة أربعة وثلاثين بالمائة خلال تسعة أشهر. فأجرى تحول جذري لاستعمال لمبات فلوريسنت دي لوكس إي إل المضغوطة.
هناك برامج توفير في الطاقة تستهدف أصحاب المنازل، تعاونت فيها الشركة مع ممتلكات في مين ونيويورك وماساشوسيس وأوهايو وويسكونسين، وكليفورنيا.
وقد بيعت منتجاتها بأسعار مخفضة لتشجيع التوفير.
كما أنها حليفة صناعية في برنامج الإنارة الخضراء التابع لوكالة حماية البيئة، وهو برنامج يشجع على استخدام الطاقة بوعي لأهميتها في أرجاء البلاد.
للتطلع نحو المستقبل وتحقيق المزيد من التقدم في تكنولوجيا الإنارة وتوفير الطاقة، يخصص ثمانية بالمائة من المبيعات للأبحاث الجارية في هذه المجالات.
نتيجة مشروع آر ودي، تمكنت أوسرام بالتعاون مع الشركات الاستهلاكية وزبائنها، من التوفير في الطاقة وخدمة البيئة في آن معا.
--------------------انتهت.
إعداد: د. نبيل خليل
