چاپ

ایرانیان جهان - انرژی زمین‌گرمایی پاکیزه‌ترین شکل انرژی است که نیازی به خورشید ندارد. اما تا چه مدت می‌توان دنیا را با آن اداره کرد؟

از میان روش‌های متفاوت تولید برق یا کار کردن دستگاه‌ها، کدام یک از انرژی خورشیدی استفاده نمی‌کنند؟ سوخت‌های فسیلی؟ پاسخ منفی است. میلیون‌ها سال پیش، گیاهان برای رشد به انرژی خورشید نیاز داشتند. این گیاهان پس از نابودی به موادی مثل نفت و در نهایت سوخت‌های فسیلی مثل بنزین برای خودروها تبدیل شدند. پس بنزین را می‌توان انرژی خورشیدی مایع به حساب آورد که به مرور زمان به وجود آمده است. آیا می‌توان گفت انرژی باد ربطی به خورشید ندارد؟ باد از کجا سرچشمه می‌گیرد؟ عامل اصلی تولید باد، گرمایش نامتعادل در جو زمین است. به حرکت هوا در جو، باد گفته می‌شود. با برخورد جریان‌های هوا به پره‌های توربین بادی، برق تولید می‌شود. درباره‌ی انرژی هیدروالکتریک یا برق آبی چه می‌توان گفت؟ این انرژی از کاهش انرژی پتانسیل گرانشی جریان آب رودخانه استفاده می‌کند؛ اما آب، انرژی پتانسیل خود را از خورشید می‌گیرد. تابش نور خورشید منجر به گرم شدن آب دریا و تبخیر آن می‌شود. در نهایت آب به باران تبدیل شده و برای تکرار چرخه به دریاچه‌ها و رودخانه‌ها بازمی‌گردد. در اینجا باز هم خورشید، بازیگر اصلی است.

ایرانیان جهان

باتری گرانشی؛ چگونه می‌توان باکمک جاذبه بزرگ‌ترین مشکل منابع تجدیدپذیر را حل کرد؟ با حفر چاه زمین گرمایی می‌توان به انرژی تجدیدپذیر دائمی دست یافت؟
اما انرژی اتم اولیه از کجا می‌آید؟ پاسخ، ستاره‌ی در حال انفجار است. انرژی شدید ابرنواختر یا سوپرنوا منجر به ایجاد شرایطی برای همجوشی اتم‌های کوچکتر و تبدیل آن‌ها به اتم‌های سنگین می‌شود. حالا انسان پس از میلیاردها سال توانسته است در رآکتور هسته‌ای به انرژی مشابهی دست پیدا کند. شاید بتوان گفت، انرژی زمین‌گرمایی بهترین منبع تأمین توان است. در این منبع توان از انرژی گرمایی داخل زمین برای تولید برق استفاده می‌‌شود. این انرژی دقیقا مانند پول رایگان است به‌طوری‌که می‌توان همیشه آن را طلب کرد؛ بنابراین در اینجا دو نکته‌ی حائز اهمیت مطرح می‌شود: انرژی گرمایی از کجا سرچشمه می‌گیرد؟ و تا چه مدت دوام می‌آورد؟ انرژی زمین‌گرمایی از کجا سرچشمه می‌گیرد؟
تمام اشیای داغ انرژی گرمایی دارند. مقدار انرژی (ΔE) به‌دست‌آمده از یک شیء داغ به سه عامل بستگی دارد: جرم آن (m)، تغییر دما (ΔT) و ظرفیت گرمایی ویژه‌ی آن (C):

ایرانیان جهان

با تبدیل انرژی پتانسیل گرانشی به انرژی جنبشی، انرژی گرمایی افزایش می‌یابد. همین اتفاق وقتی رخ می‌دهد که چیزی را به سمت زمین پرتاب کنید. شیء با انرژی پتانسیل گرانشی سقوط می‌کند و سپس به‌تدریج دمای آن افزایش می‌یابد. همین اتفاق هم برای زمین رخ داده است؛ اما این اتفاق مربوط به مدت‌ها پیش است. پس چرا زمین هنوز داغ است؟ زمین به مرور زمان از 5 میلیارد سال پیش، سردتر شده است و مقداری از انرژی خود را در فضا منتشر کرده است؛ اما دلیل داغ بودن داخل زمین به فیزیک مقیاس آن بازمی‌گردد. فیزیک اجسام بزرگ مانند اجسام کوچک نیست. انرژی گرمایی داخل زمین متناسب با حجم آن است که برابر با مکعب شعاع زمین یا r به توان 3 است. انرژی تلف‌شده به سطح زمین می‌رسد که متناسب با مربع شعاع آن یا r به توان 2 است. اگر شعاع را دو برابر کنید، انرژی گرمایی هم با ضریب 8 افزایش می‌یابد (2 به توان 3) اما مساحت سطح تنها براساس ضریب 4 افزایش می‌یابد (2 به توان 2). هر چقدر جسمی بزرگ‌تر باشد، مدت زمان سرد شدن آن طولانی‌تر خواهد بود. به همین دلیل، فضای درونی ماه سردتر از فضای درونی زمین است. شکل‌گیری گرانشی زمین، دلیل کافی برای دمای فعلی آن نیست. منبع دیگر انرژی زمین، تجزیه‌ی رادیواکتیو عنصرهای سنگین‌تری مثل اورانیوم، توریوم و پتاسیم است. بنابراین انرژی گرمایی زمین تا چه مدتی دوام می‌آورد؟ پاسخ به این پرسش به مقدار انرژی و سرعت بهره‌برداری از آن وابسته است. چه مقدار انرژی زمین گرمایی وجود دارد؟
بهتر است در ابتدا انرژی گرمایی کل زمین تخمین زده شود. تخمین‌ها مانند پیاز هم اشک شما را درمی‌آورند هم لایه‌های زیادی دارند. در خارجی‌ترین لایه‌ی مسئله، می‌توان از فرضیه‌های تقریبی استفاده کرد. بهتر است با تخمین‌های ساده شروع کرد، زیرا بعدا هم می‌توان در صورت نیاز به جزئیات پرداخت. پس برای شروع داده‌های ذیل را در نظر بگیرید: شعاع زمین: 10 6 × 6/371 متر جرم زمین:10 24 × 5/972 کیلوگرم دمای داخل زمین: 1000 تا 5000 درجه‌ی سانتی‌گراد ظرفیت گرمایی ویژه‌ی داخل زمین: 800 (آهن) تا 2000 (سنگ) ژول به ازای هر کیلوگرم هر درجه‌ی سانتی‌گراد طبق داده‌های فوق، مقادیر واحدی برای دما و ظرفیت گرمایی ویژه وجود ندارد؛ زیرا این مقادیر با حرکت از هسته به سمت پوسته‌ی گوشتی تغییر می‌کنند. پس در اینجا از مقادیری استفاده می‌شود که کمترین انرژی کل را برمی‌گردانند. حتی با مقادیر کم هم مقدار انرژی به دست آمده، بسیار زیاد خواهد بود. در ادامه، انرژی براساس تغییر دما از 1000 درجه‌ی سانتی‌گراد تا 100 درجه‌ی سانتی‌گراد محاسبه شد. در این محاسبه از برنامه‌ی پایتون برای ماشین حساب استفاده شده است. می‌توان فرضیه‌ها را با کلیک روی آیکون مداد تغییر داد و سپس برای دستیابی به کد روی دکمه‌ی Play کلیک کرد.

ایرانیان جهان

برای محاسبه‌ی طول عمر انرژی زمین‌گرمایی، در ابتدا لازم است اختلاف بین توان و انرژی در نظر گرفته شود. انرژی در بخش قبلی محاسبه شد. توان برابر با نرخ مصرف انرژی است.

ایرانیان جهان