استاد احمد آل یاسین را همه می‌شناسیم، یکی از اندیشمندان وطن‌دوست و متخصص با شهرتی فراملّی که دارای تألیفات و کتاب‌های متعددی به زبان‌های فارسی و انگلیسی در حوزه محیط زیست و منابع آب است. او هر چند فرسنگ‌ها دور از وطن زندگی می‌کند، امّا همواره دلش با ایران و ایرانیان بوده و برای بلندی نام ایران هر چه در توان داشته به انجام رسانده است.
     آنچه که در ادامه می‌خوانید، یکی از تازه‌ترین مقالات ایشان است در مورد کارمایه‌های نو و روند شتابناک اسحصال از آن در جهان. با سپاس از استاد – به دلیل ارسال نسخه‌ای از این نوشتار علمی ارزشمند، برای درج در تارنمای مهار بیابان‌زایی – این امیدواری را برای خود، خوانندگان عزیز این تارنما و سرزمین مقدس‌‌مان محفوظ می‌دارم که همچنان از موهبت داشتن و بالیدن به امثال آل‌یاسین‌ها و آرمان‌های بلندشان مفتخر باشند.

      بهره‌گیری از نیروی باد در دریاها
     به تازگی برای افزایش ظرفیت تولید انرژی برق از نیروی باد، طراحی و اجرای طرح‌های موسوم به ” باد آب ” با استقرار آسیاب‌های بادی غول پیکر در فواصل دور از سواحل دریاها و اقیانوس‌ها بر روی سکوهای شناور و یا دکل‌های مهار شده در قعر دریاها توجه کارشناسان و مهندسین را به خود جلب کرده است.
توفیق در دستیابی به انرژی برق بادی در گروی وجود باد‌های تند و تداوم وزش باد هاست، به شرط آنکه در نزدیکی مناطق مسکونی نبوده و اعتراض ساکنین مجتمع‌های مسکونی  از مشاهده دکل‌ آسیاب‌های بادی را در پی نداشته باشد. پژوهشگران نروژی بر این باورند که هر دو منظور بالا با استقرار نیروگاه‌های بادی در دل دریاها و دور از سواحل دست‌یافتنی است.
     در حال حاضر تولید برق بادی در جهان حدود 94 گیگا وات است که انتظار می‌رود در سال 2050 به حدود 2000 گیگاوات یا بیش از 20 برابر افزایش یابد. به قرار بررسی‌های وزارت کشور آمریکا، سواحل غرب این کشور در اقیانوس آرام توان تولید 900 گیگاوات برق بادی در سال دارد، که متأسفانه به سبب ژرفای زیاد دریا، استقرار دکل‌های خیلی بلند تا کنون ممکن نگردیده است. اما طرح آزمایشی  دور از سواحل نروژ می تواند به رویای نصب دکل‌ها در هر ژرفایی کمک کند.
     هدف از اجرای طرح “باد آب”  (HyWind)، نصب بزرگترین توربین‌های تولید برق آبی در ژرف‌ترین  نقاط  دور از سواحل دریاها و اقیانوس‌هاست که برای این پژوهش  توربین‌های 2300 واتی بوزن 152 تن بکار برده می‌شود. والتر موزیال Walter Musial   مهندس ارشد انرژی تجدید‌شونده دریایی در آزمایشگاه ملی وزارت انرژی ایالات متحده آمریکا می گوید “باد آب” تکنولوژی کاملاً جدیدی شناخته می‌شود، که در آن توربین‌های بادی به بلندی 64 متر بالاتر از سطح دریا، بر روی سکوی شناور و یا بر یک لوله فلزی نصب می‌شود. خلاق تکنولوژی نوین و تغییر ساز “بادآب” شرکت نروژی استات اویل هیدرو ( StatoilHydro ) است که زیر مجموعه بزرگترین شرکت نفت و گاز اسکاندیناوی است.
 

 

     داخل لوله فلزی پایه دریایی با سنگ‌های شکسته پر و لوله مذکور بوسیله سه کابل قوی در ژرفای 100 متری به کف دریا مهار می‌شود تا سبب پایداری سکو شده و توربین را در برابر تکان‌های شدید ناشی از امواج حفاظت کند. پایداری “باد آب” در زمستان‌های خیلی سرد دریای اسکاندیناوی و تلاطم شدید جوی نشان خواهد داد که هر نقطه ژرف دریا‌ها می‌تواند محل مناسبی برای تولید برق بادی باشد. اگر همه چیز وفق مراد پیش رود، نیروگاه بادی طرح آزمایشی مذکور در فاصله 10 کیلومتری ساحل نروژ در ماه سپتامبر به تولید آزمایشی برق خواهد پرداخت. برای تولید تجارتی برق بادی در سطح دریاها، توربین‌ها باید  خیلی بزرگتر از توربین‌های آزمایشی نروژی  باشد، اما نصب توربین‌های خیلی بزرگ دربالای دکل‌های بلند شناور واقع در میان اقیانوس‌ها و دریاها خود کار بسیار دشواری بنظر می رسد. برای ساخت و نصب توربین‌های بزرگتر و سنگین تر، باید گرانیگاه آنها پائینتر آید تا به سطح آب اقیانوس نزدیکتر شود. شرکت استات اویل هایدرو برای این منظور طرحی در دست تهیه دارد که توربین  به کمک جعبه دنده  در سطح اوقیانوس نصب می‌شود  تا با تغییر محل گرانیگاه  آن لزومی به نصب  توربین در ارتفاع بالا و پشت تیغه‌های باد گردان نباشد.

 
نیروگاه بادی آزمایشی  در 10 کیلومتری جنوب غربی کاموی ، نروژ

      پروژه “باد آب” در حال حاضر در مرحله آزمایش و پژوهش است، ولی چنین به نظر می‌آید که هزینه ایجاد نیروگاه بادی شناور در آبهای ژرف اقیانوس‌ها سرسام‌آور باشد. از طرفی بادهای اقیانوسی ضمن یکنواختی و تداوم وزش، از بادهای نزدیک سواحل  قوی‌تر هستند و به آسانی نمی‌توان از این منبع انرژی پایان‌ناپذیر صرفنظر کرد. حسن دیگر نیروگاه‌های بادی آب‌های ژرف، دور از نظر بودن آنهاست، و هر آینه روزی این فناوری موفق شود، فرصت‌های زیادی برای تولید برق بدون کربن و آلودگی در سطح سیاره زمین فراهم خواهد شد.
     در کنارپیشرفت فناوری نیروگاه‌های بادی پر قدرت و با ظرفیت‌های بالا، نیروگاه‌های بادی خانگی هم آماده ورود به بازار شده است. این نیروگاه‌ها با ظرفیت تولید 1200 وات و تولید سالانه 2000 کیلوات ساعت می توانند برق مصرفی منازل و مشاغل کوچک را فراهم کنند. برخلاف نیروگاه‌های بادی بزرگ که بارتفاع بلند ساخته می شوند و پره‌های آنها مانند ملخ هواپیما است، این نیروگاه‌های خانگی به بلندی حداکثر 10 متر است که قسمت دوار آن بشکل منار مخروطی است که با بادهای کم سرعت دوران می‌کند.

 

    تولید برق آبی
    سهم تولید برق آبی در جهان به شیوه متداول از سدهای بلند و مخزنی در سال 2004 حدود 4/16 در صد کل تولید برق جهان گزارش شده، بقیه منابع تولید برق جهانی عبارتند از 8/15 در صد برق اتمی، 8/65 در صد برق فسیلی و 2 در صد برق‌های زیست‌شناختی (بیولوژیکی)، زمین گرمایی و خورشیدی. تنها راه ممکن برای افزایش تولید برق آبی بدون احداث سدهای بیشتر که سبب بروز عوارض و خسارات زیاد زیست محیطی در بالا دست و پایین دست سدها می‌شود، بهره گیری از روش‌های  غیر متداول انرژی پتانسیل آب است، مانند حرکت امواج، انرژی جنبشی جریان آب رودخانه و انرژی جذر و مد.
     در پایین‌دست یک سد برق آبی در هاستینگ (Hasting) ایالت مینه سوتای آمریکا، آینده نیروی برق آبی در حال شکل‌گیری است. انرژی تولید شده هیدروالکتریک  یا برق‌آبی نیست، بلکه  “آب جنبش” (Hydrokinetic)  خوانده می‌شود، که از حرکت جریان آزاد آب گرفته شده است.
    نیروگاه آزمایشی “انرژی آبی سبز” اولین طرح “برق آب جنبش” آمریکاست که گواهی دولت فدرال را تحصیل کرده و در سرمای  شدید زیر صفر نصب و در ژانویه 2009 براه افتاد. جریان تند خروجی یک نیروگاه برق آبی سبب دوران  پروانه سه تیغه 6/3 متری موسوم به توربین آب جنبش شده و برق تولید می‌کند.
 

 
      فناوری “برق آبی سبز” شبیه توربین‌های تولید برق از جذر و مد در اروپاست که متناسب با حرکت یکطرفه جریان آب بهینه سازی شده است( در نیروگاه‌های برقی جذر و مد آب توربین‌ها در دو جهت ورودی و خروجی عمل می کند). از فناوری “برق آب جنبش” فقط  در رودخانه های با جریان آزاد و کافی می توان استفاده کرد.
    در تولید انبوه، توربین‌ها باید سری ساماندهی شوند، تا از طریق ارتباط آنها با تاسیسات برقی سدهای برق آبی اتصال آنها به شبکه سراسری برق ناحیه ای تسهیل گردد. کارشناسان آمریکایی ادعا کرده اند فناوری “برق آب جنبش” از فناوری برق بادی ارزانتر تمام می شود( 4 تا 7 سنت برای هر کیلووات ساعت در برابر 10 سنت در کیلووات ساعت برق بادی).
     در حال حاضر، هدف تولید 100 کیلووات برای تامین مصارف 40 خانه است، اما پرسش  موجود اینست که جمعیت آبزیان رودخانه با حضور توربین بدون کربن در مسیر جریان آب رودخانه سازگاری خواهند داشت یا خیر.

 

     سوخت زیست‌شناختی (بیولوژیک)
     پژوهشگران در تبدیل خزه‌ها و جلبک های دریایی به سوخت بیولوژیکی و استفاده از متیل (ریشه هیدروکربن یک ظرفیتی) برای تبدیل گاز کربنیک به متان ازمؤلفه‌های گاز طبیعی  به توفیق چشم‌گیری دست یافته‌اند.
 

 

     اگر چه اتانول پر مصرف ترین انرژی بیولوژیکی امروز شناخته شده، ولی به زحمت نوشداروی وضع پریشان انرژی تلقی می‌شود. پژوهشگران در تلاشند تا هر چه بیشتر مواد آلی مانند نیشکر، جلبک، علوفه، فاضلاب و حتا زباله‌های بیمارستانی را برای مقاصد ترابری و تولید برق به انرژی با آلوده گی کمتر تبدیل کنند. تولید کنونی انرژی بیولویکی حدود 643000 بشکه در روز است که نیاز سال 2050 حدود 34 میلیون بشگه در روز برآورد شده است. کانال‌های شهر ونیز ایتالیا یکی از منابع مهم تولید انرژی سبز شناخته شده که می تواند قابلیت تولید برق در سطح بازرگانی را هم پیدا کند. یک نیروگاه 6/272 میلیون دلاری در انتظار مجوز تولید برق از مصرف سوخت بیولوژیکی جلبکهای کانال هاست. برای تامین سوخت نیروگاه، جلبکهای کانال جمع آوری و در یک رآکتور بیولوژیکی 26 فوتی کشت ( کود دهی با گاز کربنیک همان نیروگاه) و خشک شده و بعد از استخراج شیره آن و افزودن مواد قلیا یی به سوخت بیولوژیکی تبدیل می‌شود. پیش‌بینی شده نیروگاه در سال 2011 بتواند 40 مگاوات برق (با کمترین آلودگی کربن) تولید کند که بعد از تامین مصارف بندر بقیه آن در اختیار انواع کشتی ها و شناورهای پهلو گرفته در بندر قرار گیرد.

         انرژی خورشیدی
         بشر در رویای دستیابی به هزاران گیگاوات انرژی تجدید شونده خورشید است. اشاره به انرژی خورشیدی از این ببعد به معنای تنها بهره گیری از صفحات متداول تبدیل نور خورشید به برق نیست. هم اکنون انواع روش‌های گوناگونی که بتواند نور خورشید را به انرژی قابل استفاده تبدیل کند با شتاب  در دست پژوهش، آزمایش و شکوفایی است. در وضع کنونی تولید برق خورشیدی جهان4/12 گیگاوات است که نیاز سال 2050 حدود 2000 گیگاوات برآورد شده است.
 

 

     هنگامی که  ستاره ای مانند خورشید 85000 تراوات (هر تراوات برابریک میلیون مگاوات) انرژی در سال ارزانی سیاره زمین می‌کند، نگرانی در باره کمبود انرژی‌های کم و بی کربن جایی ندارد.
     در پروژه موسوم به eSolar (نیروگاه حرارتی خورشیدی) که با سرمایه ماشین جستجوگر گوگل براه افتاده، روشی ابداع شده که بوسیله آن انرژی خورشیدی متراکم  Concentrating Solar Thermal ))  می شود. در این روش، تشعشعات خورشیدی از طریق آینه های بزرگ متمرکز شده و پس از ایجاد حرارت زیاد، برق تولید می شود. متصدیان پروژه ادعا می‌کنند که برق تولیدی از حرارت ناشی از تراکم نور خورشید طی یک دهه بتواند ارزان‌تر از برق فسیلی در دسترس مصرف کنندگان قرار گیرد. بیل گراس ( Bill Gross)  مدیر اجرایی طرح گفته است: این روش تنها روشی است که با آن می توان هزاران گیگاوات برق سبز تولید کرد.
     نخستین نیروگاه eSolar به ظرفیت 5 مگاوات بنام سیرا ( Sierra ) واقع در شمال شرق شهر لوس آنجلس، با 24000 آینه،  تابش نور خورشید به 20 جریب زمین را،  متوجه دیگهای بخار که روی پایه های بلند قرار گرفته اند می کند. این سامانه در کل 850 درجه فارنهایت گرما تولید می‌کند که از بخار حاصله، توربین‌های تولید برق نیروگاه به گردش در می آیند.

 
 دو نیروگاه تراکم انرژی خورشیدی در شهر سویل جنوب اسپانیا

      اندیشه تراکم نور و گرمای خورشید از سال 1980 مطرح شده بود، ولی بنا به بی توجهی عموم به بوته فراموشی سپرده شد تا اینکه دو باره مورد توجه واقع شده و پروژه تراکم انرژی خورشید از سر گرفته شد. واحدهای یک مگاواتی نیروگاه‌های تراکم خورشیدی در سال 2006 در نقاط مختلف جهان براه افتاد و تعداد آنها در سال 2007 به یکصد واحد رسید. بر اساس  پیش بینی انستیتو زمین ( Earth Policy Institute ) تعداد این نیروگاه‌ها در جهان در هر 16 ماه دو برابر می شود و از 457 مگاوات در سال 2007 به 6400 مگاوات در سال 2012 خواهد رسید. حد اقل 13 نیروگاه در آمریکا در مراحل پیشرفته طراحی قرار دارند.
    این رهیافت تازه به طور قابل توجهی ارزان تر تمام می شود، زیرا بر خلاف رقبای خود که از آینه های سهموی ( پارابولیک ) بزرگ و سفارشی که نور خورشید را از همه زوایا جمع می کنند، در پروژه eSolar ، آینه های ساده تخت باندازه صفحه تلویزیون های بزرگ بکار برده می شود. رد گیری کامپیوتری در تمام ساعات روز، اینه را در مطلوبترین زاویه جذب نور خورشید قرار می دهد. ساخت آینه ها بسیار ساده و بوسیله دو کارگر در ارتفاع نسبتا بلند نصب می شوند. نیروگاه‌های eSolar  با آرایش واحدهای 46 مگاواتی که هر یک برق 300 خانه را تأمین می‌کند، استاندارد شده اند و هر واحد به یک چهارم مایل مربع زمین نیاز دارد.
     سیرا (Sierra) یک طرح نمایشی است، اخیرا از طرف سازندگان نیروگاه‌های eSolar ، قرار داد ساخت 11 واحد استاندارد 46 مگاواتی برای جنوب شرقی لوس آنجلس منعقد و برای ایجاد نیروگاه چند گیگاواتی در هندوستان نیز اعلام آماده گی شده است.

     انرژی فسیلی پاک‌تر
    به نظر می‌رسید زمان دستیابی بشر به فناوری جذب گاز کربنیک و جلوگیری از انتشار آن در فضا فرا رسیده باشد.نیروگاه دینگی (Dynegy)  در ناحیه موس لندینگ (Moss Landing)  ایالت کالیفرنیا می تواند اولین نیروگاهی باشد که فناوری تازه جذب کربن را مورد استفاده قرار داده است. اگر قوانین و منشورهای منع انتشار کربن تحقق یابد، مصرف زغال آلوده ترین سوخت در میان تمام سوختهای فسیلی به شدت کاهش پیدا خواهد کرد. اگر چه گاز طبیعی پاکتر است، ولی  آنهم هنگام سوختن عامل انتشار کربن خواهد شد. در هر حال تا ده‌ها سال دیگر مصرف آنها همچنان ادامه خواهد داشت. تولید برق جهان از نیروگاه‌های با سوخت فسیلی در حال حاضر حدود 1460 گیگاوات است که پیش بینی می شود تا سال 2050 به حدود 3830 گیگاوات برسد، البته امید می‌رود تا آن زمان همه آنها از نظر انتشار کربن به فناوری تازه جذب کربن مجهز شده باشند. برآوردها نشان می دهد که 35 در صد گازکربنیک هوای زمین ناشی از نیروگاه‌های با مصرف زغال و گاز طبیعی و پنج در صد دیگر ناشی از تولید 9/2 میلیارد تن سیمان سالانه  است. یک شرکت امریکایی بنام کالرا ( Calera Corporation)  مستقر در دره سیلیکون ایالت کالیفرنیا روشی ابداع کرده که  میزان گازکربنیک انتشار یافته کاهش پیدا کند. با این روش تازه گاز کربنیک به مصالح ساختمانی قابل استفاده در راه سازی و ساختمان سازی تبدیل می شود. دود غلیظ دودکشهای نیروگاه‌ها و کارخانجات مصرف کننده زغال و گاز طبیعی را با آب دریا مجاور کرده و در این فرایند گاز کربنیک و سایر آلاینده ها با منیزیم و کلسیم موجود در آب دریا ترکیب شده، سنگ آهک مصنوعی تولید می کند که می‌تواند ماده اولیه کارخانجات سیمان، تهیه شن و ماسه  بتن، آسفالت و سنگهای ساختمانی باشد. آب تمیز دریا پس از آنکه کلسیم و منیزیم خود را از دست دادند، دوباره بدریا بر می گردد.
اهمیت این نوآوری از اینجا معلوم می شود که 5/3 در صد انرژی جهان صرف تولید سیمان می شود و 7 در صد گاز کربنیک منتشره در فضای زمین ناشی از کارخانجات سیمان است، زیرا هر یک تن سیمان سبب انتشار یک تن گاز کربنیک می‌شود.

     نیروگاه اتمی مطمئن‌تر
     تصور کاهش معنی دار گاز کربنیک بدون طراحی راکتورهای اتمی مطمئن‌تر و پاک‌تر تقریبا غیر ممکن است، زیرا دیگر کسی طرفدار نیروگاه‌های موجود امروز نیست. تولید برق اتمی در حال حاضر حدود 327 گیگاوات است که پیش‌بینی می‌شود سال 2050  به حدود 700 گیگاوات برسد.  در سال 2004 میزان تولید برق اتمی حدود 8/15 در صد کل تولید برق جهان گزارش شده، و تنها در آمریکا 21 در صد برق آن کشور از انرژی اتمی حاصل می‌شود. در میان تمامی منابع تولید انرژی بدون انتشار کربن، انرژی اتمی تنها منبعی است که در مقیاس‌های بزرگ روی آن پژوهش می شود، و در عین حال بیش از همه منابع هم سبب نگرانی و ترس مردم جهان شده است. خاطره تلخ چرنوبیل در شوروی سابق و هراس از دسترسی تروریستها به انرژی هسته ای، نگرانی از فعال بودن زباله‌های رادیواکتیو برای دهها هزار سال، همه سبب شده تا پیش از دستیابی به هدفهای کاهش گازهای گلخانه‌ای، مهندسین در اندیشه ساخت راکتورهای تازه ای باشند که خطرات و نگرانی‌های پیش گفته شده در عرصه انفجار هسته‌ای را به میزان قابل توجهی تخفیف دهد.
     در کوتاه مدت هنوز می توان با نسل سوم راکتورها ادامه داد، ولی برای دهه‌های آینده کارشناسان در پی نسل چهارم و نسل پنجم راکتورها هستند. در راکتورهای نسل سوم که راکتورهای امروزی هستند، اورانیوم غنی شده در آب جذب حرارت کرده و بخار برای دوران توربین‌ها تولید می کند. کنسرسیوم میتسوبیشی- وستینگهاوس که طراحی این راکتور را تکمیل کرده و به تصویب انرژی اتمی آمریکا رسانیده اند، قرار داد ساخت شش راکتور نسل سوم برای آمریکا و چهار راکتور در چین را امضا کرده‌اند. در راکتورهای نسل چهارم گلوله های توخالی زغالی باندازه توپ تنیس با کپسول‌های سوخت دی اکسید اورانیوم پر و در داخل راکتور قرار می گیرند تا راکسیون اتمی آغاز شود. جریان هلیوم پمپ شده بداخل راکتور اطراف گلوله ها را فرا گرفته و حرارت تولید شده سبب دوران توربین می شود. برای این طرح راکتورهای آزمایشی ساخته ودر دست آزمایش قرار گرفته ولی هنوز طرح تجارتی برای آن تهیه نشده است. اما در راکتورهای نسل پنجم که  “موج متحرک”    (Traveling Wave)نامیده شده‌اند، اورانیوم غنی شده با رها کردن نوترون‌ها آغازگر فرایند هستند، آنها پسماند های غنی سازی شده را به پلوتونیوم تبدیل می‌کند، در حالی که پلوتونیوم هم نوترون‌هایی آزاد می‌کند تا پسماند‌ها را به سوخت مفید تبدیل کند. یک مرکز پژوهشی تمایل دارد تا برای سال 2020 یک راکتور را به بهره‌برداری برساند، اما پاره‌ای کارشناسان بر این باورند که شاید ده‌ها سال دیگر برای تکمیل این پروژه وفت لازم باشد.

     انرژی زمین گرمایی
    کشورهایی که مانند ایسلند از نظر زمین‌شناختی فعال هستند، می‌توانند نیازهای انرژی خود را از این راه تأمین کنند.
در حال حاضر تولید برق زمین گرمایی جهان حدود 10 گیگاوات است که پیش‌بینی می‌شود در سال 2050 به حدود  700  گیگاوات افزایش یابد. بیشترین مخازن انرژی زمین گرمایی در عمق دریاها قرار دارد و در سطح زمین و دریاها نشانه‌ای ندارد، ولی اغلب به سه شکل گوناگون: آتش فشان _ چشمه‌های آب گرم  و آب‌فشان‌های داغ همراه بخار دیده شده است. تعداد آب‌فشان‌ها که انرژی زیادی به همراه دارد زیاد نیست و یکی از آنها در 116 کیلومتری شمال شهر سانفرانسیسکو قرار دارد که با استفاده از 350 چاه و 22 نیروگاه حدود 750 مگاوات برق تولید می‌کند.

گرفتگاهان :

Popular Science Magazine, July 2009
www.popsci.com
http://www.gizmag.com/hywind-floating-wind-turbine/
http://www.esolar.com/advantage.html
http://esolarpowergreen.com/
http://www.enviro.aero/Biofuels.aspx
http://www1.eere.energy.gov/biomass/abcs_biofuels.html
 http://www.eia.doe.gov/kids/energyfacts/sources/renewable/geothermal.html
 http://nextbigfuture.com/2008/10/calera-cement-process-details-and.html