آفاق علمية وتربوية موقع متخصص بالثقافة العلمية والتربوية
المهندس أمجد قاسم
يمكن توليد الطاقة الكهربائية من النباتات بعدة طرق ومن اهم هذه الطرق التي عرفها الانسان منذ القدم او طورها الباحثون نذكر:
1- محطات طاقة الكتلة الحيوية: تحرق محطات الطاقة هذه المواد العضوية مثل الخشب أو النفايات الزراعية أو محاصيل الطاقة لتوليد البخار، والذي بدوره يقوم بتشغيل التوربينات لتوليد الكهرباء.
وتعتمد محطات طاقة الكتلة الحيوية الكهرباء في توليدها للكهرباء عن طريق حرق المواد العضوية، مثل رقائق الخشب، والنفايات الزراعية، ومحاصيل الطاقة، والنفايات الصلبة البلدية. ينتج عن احتراق هذه المواد بخارًا عالي الضغط، يتم استخدامه بعد ذلك لتشغيل توربين متصل بمولد لإنتاج الكهرباء.
تتمثل إحدى ميزات محطات توليد الطاقة بالكتلة الحيوية في أنها تستخدم موردًا متجددًا كمصدر للوقود، مما يقلل من الاعتماد على الوقود الأحفوري. بالإضافة إلى ذلك، فإن العديد من المواد المستخدمة كوقود للكتلة الحيوية عبارة عن نفايات يمكن إرسالها بخلاف ذلك إلى مدافن النفايات، مما يساهم في انبعاثات غازات الاحتباس الحراري.
ومع ذلك، فإن محطات طاقة الكتلة الحيوية لها أيضًا بعض العيوب. حيث يؤدي حرق الكتلة الحيوية إلى إطلاق ثاني أكسيد الكربون والملوثات الأخرى في الهواء، مما قد يساهم في تلوث الهواء وتغير المناخ. بالإضافة إلى ذلك، تتطلب محطات طاقة الكتلة الحيوية كمية كبيرة من الوقود للعمل، مما قد يؤدي إلى إزالة الغابات أو غيرها من الآثار البيئية إذا لم تتم إدارتها بشكل مستدام.
لمعالجة هذه المخاوف والمشاكل البيئية، يمكن لمحطات طاقة الكتلة الحيوية استخدام تقنيات متقدمة مثل التغويز أو الانحلال الحراري، والتي تنتج انبعاثات أقل من غازات الاحتباس الحراري وتسمح باستعادة المنتجات الثانوية مثل الفحم الحيوي أو الزيت الحيوي. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يساعد استخدام مصادر الكتلة الحيوية المستدامة وممارسات الإدارة المحسنة في تقليل التأثير البيئي لمحطات طاقة الكتلة الحيوية.
هذا ويمكن أن توفر محطات طاقة الكتلة الحيوية مصدرًا مهمًا للطاقة المتجددة مع المساعدة في تقليل النفايات وانبعاثات غازات الاحتباس الحراري. ومع ذلك ، من المهم إدارة الآثار البيئية المرتبطة بإنتاج واستخدام وقود الكتلة الحيوية بعناية.
2- خلايا الوقود الميكروبية: تستخدم هذه الأجهزة البكتيريا لتفكيك المواد العضوية في النباتات ، وإنتاج تيار كهربائي يمكن تسخيره لتوليد الكهرباء.
وخلايا الوقود الميكروبية (MFCs) هي أجهزة تستخدم البكتيريا لتفكيك المواد العضوية، مثل المواد النباتية ، وتوليد الكهرباء كمنتج ثانوي. تعتمد MFCs على مبدأ تسخير الطاقة المنبعثة أثناء التمثيل الغذائي الميكروبي للمادة العضوية لتوليد تيار كهربائي.
اذ أنه عن طريق وضع قطبين (الأنود والكاثود) في وعاء يحتوي على محلول غني بالمواد العضوية، مثل مياه الصرف الصحي أو المواد النباتية. تستهلك البكتيريا الموجودة في المحلول المادة العضوية، وتنتج إلكترونات تنتقل إلى القطب الموجب. ثم تتدفق الإلكترونات عبر دائرة خارجية إلى القطب السالب، حيث تتحد مع البروتونات والأكسجين لتكوين الماء.
تتمتع MFCs بالعديد من المزايا مقارنة بمصادر الطاقة المتجددة الأخرى. يمكنهم استخدام مجموعة واسعة من المواد العضوية كوقود، بما في ذلك المواد النباتية ومياه الصرف الصحي والنفايات الزراعية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن MFCs لها تأثير بيئي منخفض لأنها تنتج كهرباء نظيفة دون انبعاث غازات الدفيئة أو الملوثات الأخرى.
ومع ذلك، فإن MFCs لديها أيضًا بعض القيود. إن كفاءة توليد الكهرباء في مراكز MFC منخفضة حاليًا، وتتطلب الأجهزة مساحات كبيرة لتوليد كميات كبيرة من الكهرباء. بالإضافة إلى ذلك، لا تزال تكلفة إنتاج MFCs مرتفعة نسبيًا، مما يحد من قابليتها للتوسع والجدوى التجارية.
على الرغم من هذه القيود ، يسعى الباحثون الى تطوير طرقًا جديدة لتحسين كفاءة وقابلية التوسع في MFCs. تتضمن بعض هذه الأساليب استخدام البكتيريا المعدلة وراثيًا لتعزيز توليد الكهرباء، وتحسين تصميم MFCs لزيادة مساحة السطح، ودمج MFCs مع مصادر الطاقة المتجددة الأخرى لإنشاء أنظمة هجينة.
3- نباتات الغاز الحيوي: يتم إنتاج الغاز الحيوي من خلال الهضم اللاهوائي للمواد العضوية، بما في ذلك المواد النباتية. ويمكن حرق الغاز الحيوي لإنتاج الكهرباء أو الحرارة أو استخدامه كوقود للمركبات.
تولد محطات الغاز الحيوي الكهرباء باستخدام عملية الهضم اللاهوائي لتفكيك المواد العضوية، بما في ذلك المواد النباتية، إلى غاز حيوي. الغاز الحيوي عبارة عن مزيج من الميثان وثاني أكسيد الكربون والغازات الأخرى التي يمكن حرقها لتوليد الكهرباء أو الحرارة أو استخدامها كوقود للمركبات.
تتضمن عملية الهضم اللاهوائي وضع مادة عضوية في غرفة محكمة الغلق وإدخال البكتيريا التي تفكك المادة إلى غاز حيوي. ثم يتم جمع الغاز الحيوي واستخدامه كوقود لتشغيل مولد لإنتاج الكهرباء.
تتمثل إحدى مزايا مصانع الغاز الحيوي في أنها تستخدم مواد النفايات كمصدر للوقود، مما يقلل الاعتماد على الوقود الأحفوري ويقلل من النفايات. بالإضافة إلى ذلك، تنتج عملية الهضم اللاهوائي منتجًا ثانويًا غنيًا بالمغذيات، يسمى الهضم، والذي يمكن استخدامه كسماد، مما يقلل من النفايات.
ومع ذلك، فإن مصانع الغاز الحيوي لها أيضًا بعض العيوب. كفاءة توليد الكهرباء في محطات الغاز الحيوي أقل من مصادر الطاقة المتجددة الأخرى مثل الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يؤدي إنتاج الغاز الحيوي إلى إطلاق غاز الميثان، وهو أحد غازات الدفيئة القوية، إذا لم يتم السيطرة عليه والتخلص منه بشكل صحيح.
لمعالجة هذه المخاوف، يمكن لمصانع الغاز الحيوي استخدام تقنيات متقدمة مثل أنظمة تنظيف الغاز لتقليل كمية غازات الدفيئة المنبعثة أثناء إنتاج الغاز الحيوي. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يساعد استخدام المصادر المستدامة للمواد العضوية وتحسين ممارسات الإدارة في تقليل التأثير البيئي لإنتاج الغاز الحيوي.
وتوفر مصانع الغاز الحيوي مصدرًا قيمًا للطاقة المتجددة مع تقليل النفايات وإنتاج منتج ثانوي مفيد. ومع ذلك، من المهم إدارة الآثار البيئية المرتبطة بإنتاج واستخدام الغاز الحيوي بعناية لضمان استدامته.
4- خلايا الوقود الميكروبية النباتية (PMFCs) هي نوع من خلايا الوقود الميكروبية التي تستخدم النباتات الحية لتوليد الكهرباء. في PMFCs ، تطلق جذور النباتات مادة عضوية في التربة ، ثم تستهلكها البكتيريا لتوليد تيار كهربائي.
تعمل العملية عن طريق وضع قطب كهربائي في التربة بالقرب من جذور النبات وقطب كهربائي منفصل في التربة المحيطة. نظرًا لأن البكتيريا تستهلك المادة العضوية التي تطلقها الجذور، فإنها تنتج إلكترونات تنتقل إلى القطب في التربة ، وتولد تيارًا كهربائيًا. يمكن بعد ذلك استخدام التيار لتشغيل جهاز صغير أو تخزينه في بطارية.
إحدى مزايا PMFCs هي أنها تستخدم النباتات الحية كمصدر للوقود ، مما يلغي الحاجة إلى المواد العضوية الخارجية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن PMFCs لها تأثير بيئي منخفض لأنها تنتج كهرباء نظيفة دون انبعاث غازات الدفيئة أو الملوثات الأخرى.
ومع ذلك ، فإن PMFCs لها أيضًا بعض القيود. إن كمية الكهرباء المولدة من PMFCs منخفضة حاليًا ، وتتطلب الأجهزة مساحات كبيرة لتوليد كميات كبيرة من الكهرباء. بالإضافة إلى ذلك ، تتطلب المصانع المستخدمة في مركبات الكربون الهيدروكلورية فلورية صيانة دورية وقد لا تعيش في ظل ظروف بيئية معينة.
على الرغم من هذه القيود ، يستكشف الباحثون طرقًا جديدة لتحسين كفاءة وقابلية التوسع في PMFCs. تتضمن بعض هذه الأساليب استخدام النباتات المعدلة وراثيًا لتعزيز توليد الكهرباء ، وتحسين تصميم PMFCs لزيادة مساحة السطح ، ودمج PMFCs مع مصادر الطاقة المتجددة الأخرى لإنشاء أنظمة هجينة.
بشكل عام ، توفر PMFCs مصدرًا واعدًا للطاقة المتجددة التي تستخدم النباتات الحية كمصدر للوقود. بينما لا تزال PMFCs في المراحل الأولى من التطوير ، فإن قدرتها على توليد كهرباء نظيفة بتأثير بيئي منخفض تجعلها مجال بحث مثير للإنتاج المستدام للطاقة.
5- البطاريات النباتية: يستكشف الباحثون حاليًا إمكانية استخدام النباتات الحية كـ “بطاريات” لتوليد الكهرباء. يتضمن ذلك تسخير الطاقة الناتجة عن عملية التمثيل الضوئي في الخلايا النباتية لإنتاج الطاقة الكهربائية.
الكهرباء النباتية هي عملية تستخدم الكائنات الحية الدقيقة في التمثيل الضوئي ، مثل الطحالب أو البكتيريا الزرقاء ، لتوليد الكهرباء. تستخدم هذه الكائنات الدقيقة عملية التمثيل الضوئي لتحويل ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون إلى مادة عضوية ، والتي يمكن استخدامها كمصدر للوقود لتوليد الكهرباء.
تعمل العملية عن طريق وضع الكائنات الحية الدقيقة في التمثيل الضوئي في غرفة تحتوي على قطب كهربائي. عندما تقوم الكائنات الدقيقة بعملية التمثيل الضوئي ، فإنها تطلق إلكترونات تنتقل إلى القطب ، وتولد تيارًا كهربائيًا.
تتمثل إحدى مزايا الكهرباء النباتية في أنها تستخدم الكائنات الحية الدقيقة في التمثيل الضوئي كمصدر للوقود ، مما يلغي الحاجة إلى المواد العضوية الخارجية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الكهرباء النباتية لها تأثير بيئي منخفض لأنها تنتج كهرباء نظيفة دون انبعاث غازات الدفيئة أو الملوثات الأخرى.
ومع ذلك، فإن للكهرباء النباتية أيضًا بعض القيود. إن كمية الكهرباء التي تولدها الكهرباء النباتية منخفضة حاليًا، وتتطلب الأجهزة مساحات كبيرة لتوليد كميات كبيرة من الكهرباء. بالإضافة إلى ذلك، فإن الكائنات الحية الدقيقة المستخدمة في الطاقة الكهربية النباتية تتطلب ظروفًا بيئية محددة، مثل الضوء المثالي ودرجة الحرارة، لتعمل بشكل فعال.
على الرغم من هذه القيود، يستكشف الباحثون طرقًا جديدة لتحسين كفاءة وقابلية التوسع في الكهرباء النباتية. تتضمن بعض هذه الأساليب استخدام الكائنات الحية الدقيقة المعدلة وراثيًا لتعزيز توليد الكهرباء، وتحسين تصميم الغرف لزيادة مساحة السطح، ودمج الكهرباء النباتية مع مصادر الطاقة المتجددة الأخرى لإنشاء أنظمة هجينة.
وبشكل عام، توفر الكهرباء النباتية مصدرًا واعدًا للطاقة المتجددة التي تستخدم الكائنات الحية الدقيقة في التمثيل الضوئي كمصدر للوقود. في حين أن الكهرباء النباتية لا تزال في المراحل الأولى من التطوير، فإن قدرتها على توليد كهرباء نظيفة بتأثير بيئي منخفض تجعلها مجال بحث مثير للإنتاج المستدام للطاقة.
في حين أن هذه الأساليب لا تزال في المرحلة التجريبية أو تتطلب مزيدًا من التطوير، فإنها تُظهر إمكانات واعدة كمصادر بديلة للطاقة النظيفة والمتجددة.
