اسهامات العلماء في تطوير الطاقة ومصادرها

تتنوع مصادر الطاقة واستخداماتها في المجتمعات المتحضرة، ويرجع الفضل في تحسين وتطوير هذه المصادر إلى العلماء، الذين ساهموا في الكشف عن أنواع وصور الطاقة المختلفة في الكون، وفي هذا المقال من موسوعة سنعرض عليكم بعضًا من هذه الاكتشافات والمساهمات العلمية.

في الوقت الحالي، أصبح الطاقة ضرورية بشكل كبير في جميع المجالات والقطاعات في المجتمع، حيث تستخدم لتحريك وسائل النقل وتشغيل المصانع والأجهزة المنزلية وغيرها. وتتمثل حاجة الإنسان للطاقة في حرق الغذاء بواسطة خلايا الجسم وتحويلها إلى طاقة يمكن استخدامها في الحركة والعمل. وتوجد العديد من مصادر الطاقة مثل طاقة الرياح وطاقة جريان الماء وتدفقه، ويمكن تخزين الطاقة في مواد مثل الوقود التقليدي (الغاز والنفط والفحم).

اسهامات العلماء في تطوير الطاقة ومصادرها

• من أهم إسهامات العلماء في تطوير مصادر الطاقة هو اكتشافهم للوقود الأحفوري مثل الغاز الطبيعي والنفط والفحم، حيث يعتبر هذا المصدر الرئيسي للطاقة الكيميائية والطاقة بشكل عام بنسبة تصل إلى تسعين بالمائة، ويتم الاستفادة منه عن طريق حرقه، ويتم الاعتماد عليه في العديد من الأمور.
• تم استخدام الطاقة الشمسية في العديد من الأشياء مثل التسخين المباشر والتدفئة والطهي، بتحويلها إلى طاقة كهربائية، إلى جانب الطاقة الجوفية الحرارية، حيث استفاد العلماء من ارتفاع درجة حرارة جوف الأرض المعروف بالطاقة الجوفية.
• أما البيوماس فهي عبارة عن مخلفات حيوية ناتجة عن الزراعة والحيوانات، ويتم الحصول عليها عن طريق تخميرها في حفر خاصة للحصول على غاز الميثان القابل للاشتعال.
• يتم الاعتماد على غاز الهيدروجين والطاقة النووية في تشغيل المفاعلات النووية المستخدمة في تشغيل الغواصات والسفن الضخمة والأقمار الصناعية التي تُطلق إلى الفضاء، ويتم استخدام غاز الهيدروجين كوقود للسيارات، وسوف يزداد الاحتياج إليه في المستقبل القريب.
• على مر الزمن، ساهم العلماء في تطوير مصادر الطاقة وتحسين استخدامها، من خلال إجراء أبحاث ودراسات هائلة، ووصولًا إلى أفضل مصادر الطاقة. قبل الثورة الصناعية في القرن الثامن عشر، كان استخدام الطاقة مقتصرًا على الأعمال اليدوية واعتمادًا على الحيوانات.
• قبل اكتشاف وتدريب الطاقة، كان الحطب هو المصدر الرئيسي للتدفئة والطهي. وخلال هذه الفترة، اكتشف العلماء طواحين الهواء والماء كأحدث مصادر الطاقة. وفي منتصف القرن التاسع عشر، حدثت الثورة الصناعية التي كانت سببًا رئيسيًا في تطور العالم فيما يتعلق بمصادر الطاقة، حيث تحول الاعتماد إلى استخدام الفحم في العديد من الأغراض، بما في ذلك تشغيل المحطات والمحركات من خلال تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية.

علماء اسهموا في تطوير الطاقة ومصادرها

• يعد جيمس بليث أول من اخترع طواحين الهواء التي تعتمد على قوة الرياح لتوليد الكهرباء وقدم الكثير من الإسهامات في مجال تطوير الطاقة ومصادرها في العالم. كما يُعَد جون ستيفنز أول من اخترع محرك احتراق أمريكي في عام 1798 م. وفيما يتعلق بالطاقة الشمسية، فقد ابتكر إدموند بيكوريل فكرة صناعة الخلايا الشمسية التي تولد الطاقة الكهربائية من الطاقة الشمسية.
• في القرن العشرين، كان الاعتماد الأساسي على الفحم كمصدر للطاقة، ولكن بدأ العلماء في البحث عن مصادر طاقة أخرى لتوليد الطاقة والحصول عليها، وعندما اقترب نهاية ذلك القرن، نجحوا في تطوير جميع المشتقات البترولية حتى أصبحت من أهم مصادر الطاقة، بما في ذلك الغاز الطبيعي. وفي بداية القرن الواحد والعشرين، حدث تطور كبير في مصادر الطاقة وإنتاجها، وتم تطوير موارد أفضل للطاقة.

الطاقة الشمسية

• تعد الطاقة الشمسية هي النوع الأول الذي استخدمه الإنسان منذ القدم، وهي المصدر الأساسي للطاقة في العالم، وتعتمد عليها لتوليد الحرارة والضوء. كما تستخدم الكائنات الحية التي تعيش على الأرض الشمس، حيث تعتمد عليها النباتات في تصنيع غذائها، ويستفيد الإنسان من الدفء الشمسي، ومن خلال الخلايا الكهروضوئية يتم توليد الطاقة الشمسية، بالإضافة إلى الألواح الشمسية التي تستفيد قدر المستطاع من الطاقة الشمسية. لذا، تحمل هذه الطاقة العديد من المزايا والقليل من العيوب، حيث يكمن العيب الوحيد في عدم القدرة على استغلال الشمس خلال فترة الليل أو في المناطق الباردة.

الطاقة الحرارية الأرضية

• تتمثل هذه الطاقة في استخراج الحرارة من باطن الأرض، حيث توجد تحت الأرض صخور منصهرة تسمى الصهارة، وتنبعث منها الحرارة، ودرجة الحرارة تزداد بمعدل ثلاث درجات مئوية لكل مائة متر تحت الأرض. يتم استغلال هذه الحرارة عن طريق الماء الذي يتدفق في أعماق الأرض ويتلامس مع الصخر المنصهر ويتحول إلى بخار يتم التقاطه واستخدامه لتحريك التوربينات التي تولّد الكهرباء. تتميز هذه الطاقة بعدم تلويث البيئة، ومع ذلك، فإنها ليست مناسبة لجميع المناطق.

طاقة الرياح

• استخدام الطاقة الهوائية يعود إلى عدة قرون، حيث كان يستخدم في تشغيل السفن الشراعية وتحريك طواحين الهواء لري المحاصيل وإنارة المصابيح الكهربائية وضخ المياه. وفي الوقت الحالي، يتم استخدام توربينات الهواء لتوليد الطاقة ونقلها إلى الشبكات. ومع ذلك، فإن هذا النوع من الطاقة يعاني من بعض العيوب التي قد تجعله غير ملائم للاستخدام في بعض المناطق، مثل الأماكن السكنية القريبة، بسبب الضوضاء التي ينتجها. ولذلك، يتم استخدامه بشكل رئيسي في المناطق التي تتعرض لرياح قوية.

الطاقة الكهرومائية

• تعني الطاقة الحركية المستمدة من حركة الماء، حيث تعمل المحطات الكهرومائية على التقاط هذه الطاقة وتحويلها إلى طاقة كهربائية باستخدام التوربينات والمولدات. ولذلك، يتم بناء الكثير من السدود لتوليد هذه الطاقة، وتعد هذه الطاقة واحدة من أهم مصادر الطاقة البديلة في العالم الحديث. ويعزى ذلك إلى مزاياها الكثيرة، حيث لا تسبب تلوثاً بيئياً ومصادرها متوفرة دائمًا.

الطاقة الغير متجددة

تقدير العلماء للاستهلاك العالمي لمصادر الطاقة المتجددة بلغ حوالي عشرين بالمائة في بداية القرن الحادي والعشرين، بينما وصلت نسبة الكهرباء المنتجة من محطات الطاقة الكهرومائية إلى 16٪ في عام 2015. وتمثل الطاقة الشمسية والطاقة الريحية والطاقة الحرارية الأرضية نسبة 6٪ من إجمالي إنتاج الكهرباء، وتم تصنيف الطاقة النووية أيضًا ضمن مصادر الطاقة المتجددة حيث تم توليدها بنسبة 10.6٪ في العالم في عام 2015. وتعمل جميع الدول على الحد من الانبعاثات الكربونية من خلال استخدام مصادر الطاقة المتجددة والوقود الحيوي بدلاً من الوقود غير المتجدد.

المراجع

1

2

3