انرژی تجدید پذیر
همه ی ما این را به خوبی می دانیم که ذخیره ی انرژی های طبیعی بر روی کره زمین در حال تمام شدن است و منابعی که انسان ها تا به امروز از آن ها استفاده کرده اند دیر یا زود به اتمام خواهند رسید. تنها راه نجات برای نسل های آینده و بقای بشریت استفاده از انرژی های تجدیدپذیر است. انرژی نو یا انرژی جایگزین به آن دسته از انرژی‌ها گفته می‌شود که برای تولیدشان از منابع بدون کربن استفاده می‌گردد مانند: انرژی خورشیدی، انرژی بادی، انرژی دریایی، زمین گرمایی، نیروگاه‌های آبی و کربن خنثی مانند زیست توده.
انرژی جزر و مد
انرژی جزر و مد شکلی از انرژی آبی است که از تبدیل انرژی جزر و مد به اشکال مفید انرژی عمدتاً نیروی برق به دست می‌آید. گرچه هنوز انرژی جذر و مد فراگیر نشده است، اما انرژی جزر و مد می‌تواند منبع مناسبی برای تولید برق در آینده باشد. جزر و مد بهتر از انرژی باد و انرژی خورشیدی قابل پیش بینی است.
در میان منابع انرژی تجدید پذیر، استفاده از انرژی جزر و مد همیشه با مشکل هزینه بالا و محدودیت در مکان های با کشندگی شدید یا سرعت بالای جریان آب روبرو بوده است. با وجود این، بسیاری از پیشرفت های اخیر هم در طراحی (مانند نیروگاه کشند دینامیکی، تالاب های کشندی) و هم در تکنولوژی توربین (مانند توربین‌های جدید محوری و کراس فلو) نشان می‌دهد که کل برق کشندی موجود ممکن است، از آن چه تا پیش از این فرض می‌شد بسیار بیشتر باشد و ممکن است هزینه‌های اقتصادی و زیست محیطی به سطح قابل رقابتی کاهش یابد.
اولین نمونه تجاری ساخته شده از انرژی جذر و مد در ایرلند قرار دارد. از نظر تاریخی آسیاب‌هایی که از انرژی کشندی بهره می‌گرفتند هم در اروپا و هم در سواحل شرقی آمریکای شمالی وجود داشته اند.
آب ورودی در استخرهای بزرگی ذخیره می‌شدند و در هنگام فروکش کردن مد چرخ‌های آبی را به چرخش در می‌آوردند که از این نیروی مکانیکی برای آرد کردن غلات استفاده می‌کردند. تاریخ اولین استفاده از انرژی جذر و مد به قرون وسطی و حتی به روم باستان بر می‌گردد. تنها در قرن نوزدهم بود که فرایند استفاده از آب‌های ریزان و توربین‌های چرخان برای تولید الکتریسیته در آمریکا و اروپا معرفی شد. نیروگاه کشندی رانس اولین نیروگاه کشندی در مقیاس بزرگ است که در سال ۱۹۶۶ مورد بهره‌برداری قرار گرفت.
سی ان جی
گاز طبیعی فشرده یا سی‌ان‌جی سوختی است که عمدتا به عنوان جایگزینی برای بنزین، گازوئیل و گاز مایع به کار می‌رود. سی‌ان‌جی نسبت به هر سه این ها آلودگی کمتری ایحاد می‌کند. همچنین ایمنی بیشتری در هنگام نشت دارد چون گاز از هوا سبکتر است و به سرعت پراکنده می‌شود.
سی‌ان‌جی با فشرده‌سازی گاز طبیعی ایجاد می‌شود به گونه‌ای که حجمی که اشغال می‌کند کمتر از یک درصد حجمی است که گاز طبیعی در شرایط عادی اشغال می‌کند. گاز طبیعی عمدتا از متان تشکیل می‌شود و از چاه‌های گاز طبیعی، چاه‌های نفتی و فراوری زباله‌ها تولید می‌شود.
سی‌ان‌جی هم در خودروهای بنزین‌سوز که موتور آن ها برای استفاده از سی‌ان‌جی اصلاح شده و هم در خودروهایی که با موتور اختصاصا سی‌ان‌جی سوز ساخته شده‌اند، استفاده می‌شود. در سال ۲۰۱۳ بیش از ۱۸ میلیون خودرو سی‌ان‌جی فعال بوده‌اند. ایران بزرگترین ناوگان خودروهای سی‌ان‌جی سوز را با ۳.۵ میلیون در اختیار داشته است. پاکستان و آرژانتین با بیش از دو میلیون و برزیل، چین و هند با بیش از یک و نیم میلیون خودروی سی‌ان جی‌سوز در رتبه‌های بعد قرار دارند.
از مزایای استفاده از گاز طبیعی در مقایسه با بنزین می‌توان به آلایندگی کمتر، عدد اکتان بالا (۱۳۰)، افزایش راندمان ۱۵ درصدی و در کشوری چون ایران فراوانی و قیمت مناسب نام برد.
الکتریسیته زمین گرمایی
انرژی زمین گرمایی از حرارت تولید شده و ذخیره‌‌شده در زمین به دست می‌آید. انرژی زمین گرمایی انرژی حرارتی ماده را مشخص می‌کند. انرژی زمین گرمایی سیاره ما از شکل‌گیری اولیه و انفجار بزرگ و تشعشعات مواد رادیواکتیوی به دست می‌آید.
افت حرارت انرژی زمین گرمایی، که اختلاف حرارت بین هسته سیاره زمین و سطح آن است، جریان دایمی از انرژی را به شکل گرما تولید می‌کند و از هسته به سطح زمین می‌فرستد.
منشاء حرارت انرژی زمین گرمایی می‌تواند از اعماق زمین یا خود هسته در عمق ۶۴۰۰ کیلومتری باشد. دمای هسته زمین به ۵۰۰۰ درجه سانتی‌گراد نیز می‌رسد. حرارت از هسته زمین به سنگ‌های اطراف نیز منتقل می‌شود.
حرارت و دمای بالا منجر به ذوب سنگ‌ها می‌شود که ما آن را با نام ماگما می‌شناسیم. ماگما به سمت بالا می‌آید چرا که سبکتر از سنگ‌های جامد می باشند. سپس این ماگما آب یا سنگ های پوسته را داغ می‌کند و گاهی دمای آن ها تا ۳۷۱ درجه سانتی‌گراد می‌رسد.
انسان از زمان عهد قدیم از انرژی زمین گرمایی به صورت چشمه‌های آب گرم استفاده می‌کرده است. همچنین در روم باستان نیز از انرژی زمین گرمایی برای گرم کردن فضا استفاده می‌کرده است. حالا نیز انسان از این انرژی برای تولید برق استفاده می‌کند.
نیروی برق آبی
بیشتر نیروگاه‌های برق آبی انرژی مورد نیاز خود را از انرژی پتانسیل آب پشت سد تامین می‌کنند. در این حالت انرژی تولیدی از آب به حجم آب پشت سد و اختلاف ارتفاع بین منبع و محل خروج آب سد بستگی دارد. به این اختلاف ارتفاع، ارتفاع فشاری می‌گویند و آن را با H نمایش می‌دهند. در واقع میزان انرژی پتانسیل آب با ارتفاع فشاری آن متناسب است. برای افزایش فاصله یا ارتفاع فشاری، آب معمولاً برای رسیدن به توربین آبی فاصله زیادی را در یک لوله بزرگ طی می‌کند.
برخی نیروگاه‌های آبی که تعداد آن ها زیاد هم نیست از انرژی جنبشی آب جاری استفاده می‌کنند. در این دسته از نیروگاه‌ها نیازی به احداث سد نیست. توربین این نیروگاه‌ها شبیه یک چرخ آبی عمل می‌کند. این نوع استفاده از انرژی شاخه نسبتاً جدیدی از علم جنبش مایعات است.
انرژی برق آبی با ظرفیت حدود ۱ میلیون و ۲۰۰ هزار مگاوات در جهان، رتبه نخست انرژی های تجدیدپذیر را دارد اما از سال ۲۰۱۳، مقدار ظرفیت ایجاد شده در هر سال کاهش داشته است.
انرژی اتمی
در هر اتم، ذراتی وجود دارند که دارای منبع عظیم انرژی هستند. لذا هسته اتم منبعی از انرژی به شمار می‌رود که با شکافت اتم این انرژی رها می‌شود. انرژی نهفته در هسته اتم‌های برخی از عناصر مانند اورانیوم می‌توانند با آزاد شدن، همان کاری را بکنند که سوزاندن مقدار زیادی نفت و گاز انجام می‌دهد که البته سوزاندن نفت و گاز، مشکلات زیست محیطی ایجاد کرده و مقدار زیادی گاز گلخانه‌ای تولید می‌کند. همراه سایر منابع انرژی پایدار، انرژی هسته‌ای، روش تولید انرژی کم‌کربن برای ایجاد الکتریسیته است که در مقایسه با انتشار گازهای گلخانه‌ای در هر واحد از انرژی تولید شده، شبیه سایر منابع تجدید پذیر است. بدین ترتیب، از زمان آغاز تجاری سازی نیروگاه‌های هسته‌ای در دهه۱۹۷۰، از تولید ۶۴ گیگاتن کربن دی اکسید جلوگیری شده است.
همان طور که اکثر نیروگاه های حرارتی با مهار انرژی حرارتی آزاد شده از سوخت‌های فسیلی برق تولید می کنند، نیروگاه‌های انرژی هسته‌ای نیز انرژی آزاد شده از هسته ی اتم ها در فرایند شکافت هسته‌ای درون رآکتور هسته‌ای را مورد استفاده قرار می دهند. گرمای هسته ی رآکتور، به وسیله ی یک سیستم سرمایشی دفع می شود و با استفاده از این گرما، توربین بخار متصل به ژنراتور، به منظور تولید الکتریسیته به حرکت در می آید.
انرژی موج
انرژی موج در اقیانوس بر اثر عمل بادی که روی سطح اقیانوس می وزد تولید می‌شود. انرژی موج تجدید شونده است و معمولاً نسبت به انرژی باد بیشتر قابل تولید است. انرژیی که از امواج استخراج می‌شود، دوباره به سرعت توسط برهمکنش با دو سطح اقیانوس پر می‌شود. انرژی موج نامنظم، نوسانی و دارای فرکانس پائین است که قبل از اضافه شدن به شبکه باید به فرکانس ۶۰ هرتز تبدیل شود.
انرژی باد
می‌توان از جریان هوا برای چرخاندن توربین‌های بادی استفاده کرد. توربین‌های بادی نوین در مقیاس وسیعی، از ۶۰۰ کیلووات گرفته تا پنج مگاوات، مورد استفاده قرار می‌گیرند. در مقیاس تجاری از توربین‌های بادی استفاده می‌شود که قادر به تولید1.5تا سه مگاوات برق هستند.
در سال ۲۰۱۵، یک توربین بادی که در ساحل نصب شده بود، توانست ۷۰۵ مگاوات برق تولید کند که بیشترین ظرفیت تولید یک توربین بادی است. انرژی تولیدی از باد بسته به سرعت گردش آن دارد بنابراین هرچه سرعت گردش باد بیشتر باشد، انرژی تولیدی آن بیشتر خواهد شد.
مناطقی مانند سواحل و زمین‌های مرتفع که باد در آن ها قدرتمندتر و به طور دائم می‌وزد، بهترین مکان برای راه‌اندازی مزارع بادی هستند. در سال ۲۰۱۵، برق تولید شده از توربین‌های بادی تقریبا چهار درصد برق مصرفی جهان را تامین کرد.
انرژی باد منبع پیشرو در اروپا، آمریکا و کاناداست و دومین منبع پیشرو در چین می باشد. در دانمارک، انرژی بادی بیش از ۴۰ درصد از برق مصرفی را تامین می‌کند در حالی که در ایرلند، پرتغال و اسپانیا تقریبا ۲۰ درصد برق مصرفی از طریق انرژی بادی تامین می‌شود.
به گفته متخصصان، پتانسیل برق تولید شده از منابع انرژی بادی، پنج برابر بیشتر از مقدار کل تولیدی فعلی یا ۴۰ برابر بیشتر از برق مصرفی فعلی است. برای تحقق این امر نیاز است که توربین‌های بادی در مناطق وسیع، به‌خصوص در سواحل، کار گذاشته شوند. سرعت متوسط باد در سواحل ۹۰ درصد بیشتر از مناطق دیگر است بنابراین منابع ساحلی می‌توانند انرژی بیشتری را تولید کنند. در سال ۲۰۱۴، انرژی بادی تولید شده در جهان ۷۰۶ تتراوات بر ساعت یا سه درصد از برق کل جهان را تامین کرد.
بیومس یا زیست توده
انرژی زیستی از مواد بیولوژیکی حاصل از موجودات زنده یا ارگانیسم‌های زنده تولید می‌شود. این انرژی معمولا از گیاهان یا مواد حاصل از گیاه تولید می‌شود که زیست توده نامیده می‌شود. زیست توده یک منبع انرژی است که هم می‌توان به صورت مستقیم از آن برای احتراق و تولید گرما و هم به صورت غیرمستقیم پس از تبدیل آن به شکل‌های مختلف زیست سوخت استفاده کرد.
تبدیل زیست توده به زیست سوخت می‌تواند به روش‌های مختلفی صورت بگیرد که به سه دسته گرمایی، شیمیایی و بیوشیمیایی تقسیم می‌شود. چوب بزرگترین منبع زیست توده است، منابع چوبی شامل بقایای جنگل، درخت‌های مرده، شاخه و پشته‌های درخت، تراشه‌های چوبی و زباله‌های جامد شهری می‌شود.
زیست توده شامل مواد حیوانی و گیاهی نیز می‌شود. زیست توده صنعتی از گیاهان مختلفی مانند ذرت، کنف، صنوبر، بید، نیشکر، اکالیپتوس و بامبو ساخته می‌شود.
انرژی گیاهی با اجساد گیاهان و درختانی تولید می‌شود که مخصوصا برای تولید سوخت پرورش داده شده‌اند و فیبربالایی دارند. برای مثال در هر هکتار گندم ۷/۵ تا هشت تن دانه وجود دارد و در هر هکتار کاه ۳/۵ تا پنج تن ضایعات وجود دارد. می‌توان از دانه گندم به عنوان سوخت مایع برای حمل‌ونقل استفاده کرد. همچنین می‌توان ضایعات کاه را برای تولید گرما یا برق سوزاند.
زیست توده گیاهی را می‌توان از طریق یک سری روش شیمیایی از سلولز و گلوکز نیز به دست آورد، همچنین شکر حاصل از این واکنش شیمیایی را نیز می‌توان به عنوان زیست سوخت استفاده کرد.
زیست توده را می‌توان به سایر اشکال قابل استفاده انرژی مانند گاز متان، اتانول و بیودیزل نیز تبدیل کرد. زباله‌های خانگی و کشاورزی و ضایعات انسانی همگی گاز متان تولید می‌کنند که زیست گاز نام دارد.
با تخمیر کردن غلاتی مانند ذرت و نیشکر می‌توان اتانول تولید کرد. بیودیزل را نیز می‌توان از غذاهای مانده، روغن‌های گیاهی و چرب حیوانی تولید کرد.
تحقیقات زیادی در زمینه سوخت جلبکی یا زیست توده حاصل از جلبک دریایی در حال انجام است. از آن جا که جلبک دریایی منبع غیرغذایی است، می‌توان پنج الی ۱۰ برابر بیشتر از محصولات کشاورزی خشکی، مانند ذرت و سویا، از آن سوخت تولید کرد. می‌توان جلبک دریایی را تخمیر کرد تا زیست سوخت‌هایی مانند اتانول، بوتانول، متان، بیودیزل و هیدروژن از آن تولید کرد.
زیست توده مورد استفاده برای تولید برق در هر منطقه متفاوت است. در آمریکا از محصولات فرعی جنگل برای تولید زیست توده استفاده می‌شوند. در موریس و جنوب شرقی آسیا از ضایعات کشاورزی استفاده می‌شود. در بریتانیا نیز از از فضولات پرندگان استفاده می‌شود.
زیست سوخت شامل طیف وسیعی از زیست توده‌ها می‌شود. این اصطلاح سوخت‌های گازی، مایع و جامد را پوشش می‌دهد. زیست سوخت‌های مایع شامل بیوالکل‌ها مانند بیواتانول، و روغن‌ها مانند بیودیزل می‌شود. بیواتانول نوعی الکل است که از تخمیر قسمت‌هایی از گیاه شکر به دست می‌آید. زیست سوخت‌های گازی شامل بیوگازها، گاز زباله و گاز مصنوعی می‌شود.
با استفاده از تکنولوژی‌های پیشرفته، می‌توان از زیست توده سلولزی مانند درختان و چمن برای تولید اتانول استفاده کرد. اتانول خالص برای وسایل نقلیه حکم سوخت را دارد اما یک افزودنی بنزینی به آن اضافه می‌شود تا میزان اکتان افزایش یاید. در آمریکا و برزیل به طور گسترده‌ای از بیواتانول استفاده می‌شود.
به گفته آژانس محیط زیست بین‌المللی بیواتانول تاثیری بر گرمایش زمین ندارد. بیودیزل از روغن‌های گیاهی، چربی حیوانی یا روغن‌های قابل بازیافت تولید می‌شود. بیودیزل خالص نیز به عنوان سوخت وسیله نقلیه مورد استفاده قرار می‌گیرد اما معمولا افزودنی دیزلی به آن اضافه می‌شود تا سطح ذرات، کربن مونوکسید و هیدروکربن‌ها را کاهش دهد.
بیودیزل به طور گسترده‌ای در اروپا استفاده می‌شود. در سال ۲۰۱۰، بیودیزل ۲/۷ درصد از سوخت حمل و نقل جهان را به خود اختصاص داد.
زیست توده، زیست گاز و زیست سوخت برای تولید گرما یا انرژی استفاده می‌شوند اما برای محیط زیست مضر هستند. آلاینده‌هایی مانند اکسید سولفور و اکسید نیتروژن از احتراق زیست توده‌ها تولید می‌شوند. براساس گزارش‌های سازمان بهداشت جهانی، سالانه هفت میلیون نفر بر اثر آلودگی هوا جان خود را از دست می‌دهند.
انرژی خورشیدی
این انرژی می تواند به طور مستقیم از خورشید و حتی در آب و هوای ابری به دست بیاید. انرژی خورشیدی، در سطح جهان و به صورت گسترده برای تولید برق، گرما و شیرین سازی آب مورد استفاده قرار می گیرد. انرژی خورشیدی به دو روش اصلی تولید می شود.
فتوولتائیک
فتوولتائیک که سلول های خورشیدی هم نامیده می شوند، دستگاه های الکترونیکی هستند که نور خورشید را مستقیما به الکتریسیته تبدیل می کنند. در حال حاضر، فتوولتائیک، یکی از سریع ترین شتاب های رشد را در بین تکنولوژی های انرژی تجدیدپذیر دارد.
سیستم خورشیدی فتوولتائیک، می تواند در مقیاس های مختلف مانند مقیاس تجاری و یا در مقیاس کوچک تر و مصارف شخصی استفاده شود. این سیستم در مقایس کوچک، برای مردمی که در کنار خطوط انتقال زندگی نمی کنند روش بسیار مناسبی برای تامین برق است. این روش برای کسانی که در کشورهای در حال توسعه با تابش مناسب خورشید زندگی می کنند بسیار ایده آل می باشد.
نیروی خورشیدی متمرکز
در این روش از آیینه برای متمرکز کردن پرتوی خورشید استفاده می شود. این پرتوها سیال را گرم کرده و با ایجاد بخار و به چرخش در آوردن توربین، الکتریسیته تولید می کنند. از این روش برای تولید الکتریسیته در نیروگاه ها با مقیاس بزرگ استفاده می شود.
ظرفیت نصب شده برای تولید انرژی خورشیدی، تا پایان سال ۲۰۱۷، حدود ۳۹۰ هزار مگاوات است که تنها ۵ هزار مگاوات آن از نوع نیروی خورشیدی متمرکز است.
نیروگاه تنگر در چین، با ظرفیت ۱۵۴۷ مگاوات بزرگترین نیروگاه خورشیدی جهان است که در حال بهره برداری می باشد. در حال حاضر در کشور هند، نیروگاه پاوادا با ظرفیت ۲۰۰۰ مگاوات در حال احداث است که پس از بهره برداری، بزرگترین نیروگاه خورشیدی جهان خواهد بود.
انرژی گرادیان شوری
توان اسمزی یا توان گرادیان شوری انرژی موجود از اختلاف در غلظت نمک بین آب دریا و آب رودخانه است. دو روش عملی برای این موضوع الکترودیالیز معکوس و فشار اسمزی با غشاهاب تأخیری می‌باشند. آب این محصول بد (شور) مزه است. اولین نیروگاه توان اسمزی جهان با ظرفیت 4kw به وسیله Statkraft در ۲۴ نوامبر سال ۲۰۰۹در Tofte افتتاح شد.
