با شنیدن کلمه «انرژی» چه چیزی به ذهنت میرسه
کارتون ملوان زنبل که با خوردن اسفناج زورش زیاد میشد؟ یا بلند کردن سنگین ترین وزنه ها تو باشگاه؟ یا اصلاً کلاس های فیزیک و قوانین ترمودینامیک میاد تو ذهنت؟
مفهوم انرژی در طول قرن ها توسعه یافته
با نگاهی به نحوه استفاده ما از کلمه «انرژی» واضحه که بسیاری از ما دقیق نمیدونیم که انرژی چیه. برای مثال، ما میگیم که سخنرانان انگیزشی «به جمعیت انرژی میدن» یا اینکه پس از تمرین های ورزشی سخت، احساس انرژی بیشتری میکنیم. با این حال، اینگونه موارد بیشتر جنبه ذهنی دارن. درواقع، غیرممکنه که ما بعد از صرف ساعت‌ها ورزش کردن، انرژی بیشتری داشته باشیم!
بنابراین اگه انرژی علم یا فیزیک نیس، پس انرژی چیه؟ وقتی در مورد «انرژی» صحبت میکنیم، از یه اصطلاح گسترده استفاده خواهیم کرد که انواع مختلفی از انرژی ها رو شامل میشه. این اصطلاح از کلمه یونانی «انرژیا» که معنیش «حرکته» گرفته شده. این کلمه رو ارسطو، فیلسوف یونانی اختراع کرد.
امروزه انرژی به عنوان ظرفیت انجام کار معنی میشه. انجام کار میتونه نشستن تو یه اتاق و اندیشیدن به جهان هستی باشه. اگرچه ممکنه فقط نشسته باشین و کاری انجام ندین، اما بدن شما در حال کاره، قلبتون خون رو پمپ میکنه یا معده شما غذا رو هضم میکنه. همه این کارا از شما انرژی میگیره.
قانون اول ترمودینامیک بیان میکنه که انرژی نه میتونه ایجاد بشه و نه از بین بره! این قانون نشان میده که «انرژی» فقط یه مفهوم ذهنیه که تبدیل انرژی های مختلف رو توصیف میکنه. برای نشون دادن این موضوع، سعی کنین خیلی سریع دست های خودتون رو به هم بمالین. متوجه میشین که دستاتون گرم میشن. گرم شدن دستاتون به این دلیل نیس که دستای شما به انرژی تبدیل شدن. در عوض، وقتی که دستاتون رو به هم مالش میدین، انرژی جنبشی (حرکت) به انرژی حرارتی (گرما) تبدیل میشه و در نتیجه باعث میشه دستاتون گرم بشن. دانشمندانی مانند «جیمز جول»، «جیمز وات» و «آلبرت انیشتین»، برای قرن‌ها به ذات انرژی توجه ویژه ای داشتن. در طول سال‌ها، دانشمندان سیستم‌هایی رو برای اندازه‌گیری انرژی ایجاد کردن، مثلاً سیستم بین المللی یکاها ساخته شدن تا از این سیستم برای درک بهتر دنیا استفاده کنیم. سیستم بین المللی یکاها به طول، جرم، زمان، دما و موارد دیگه اشاره داره. به طور کلی، انرژی در واقع یه مفهوم پیچیدس.
انرژی ناشی از تابش خورشید به زمین رو زندگی بخشید
با وجود وسعت عظیم جهان، ما هنوز حیات فرازمینی رو کشف نکردیم. این موضوع به این دلیله که عملاً هیچ سیاره دیگه ای شبیه سیاره ما نیس. در واقع، کره زمین دارای مجموعه‌ای از ویژگی‌های منحصر به فرده که باعث شده حیات داخلش جریان پیدا کنه. حیات روی کره زمین مدیون انرژی تابشی خورشیده.
زمین تو فاصله ای مشخص به دور خورشید میچرخه. جو اطراف کره زمین میتونه از ما در برابر تشعشعات شدید خورشیدی محافظت کنه. همچنین باعث میشه به اندازه کافی نور به زیر جو نفوذ کنه تا حیات در جریان باشه. ما می تونیم تأثیر تابش خورشید رو به راحتی تو آب و هوا ببینیم. وقتی تشعشعات خورشیدی به زمین میرسن، بیشترشون توسط اثر گلخانه ای جذب میشه.
با به دام انداختن این تشعشعات در لایه «اُزُن» آب و هوای زمین برای میلیون ها سال نسبتاً پایدار باقی مونده. با این حال، افزایش فعالیت های انسانی این نعمت زیست محیطی رو به چیزی بسیار خطرناک تبدیل کرده. امروزه در نتیجه افزایش انتشار گاز دی اکسید کربن، تشعشعات خورشیدی بیشتری رو داخل جو به دام میفتن و به آرامی دمای زمین رو افزایش میدن.
با ادامه گرم شدن زمین، ممکنه با عواقب وحشتناکی مانند خشکسالی، بیابان زایی، ذوب شدن یخ ها و سیلاب های ساحلی مواجه بشیم. «انرژی زمین گرمایی» هم دتو شکل گیری سیاره ما نقش داشته. تو اعماق زمین، هسته مذاب به آرومی سرد میشه. انرژی آزاد شده توسط هسته باعث دگرگونی تو کف اقیانوس و حرکت قاره ها شده که در نهایت، زمین رو به شکل امروزی درآورده. انرژی زمین گرمایی فوق العاده قدرتمنده و باعث برخی از رویدادهای طبیعی مانند فوران آتشفشانی، سونامی و زمین لرزه میشه.
انرژی نقش مهمی تو بقای همه موجودات داره
درختی که تو جنگل های آمازونه، یه شیری که تو آفریقا یا باکتری هایی که تو معده شما زندگی میکنن، همشون برای بقا به انرژی نیاز دارن. موجودات زنده میتونن انرژی رو تو بیوسفر یا زیست کره به روش های مختلفی تبدیل کنن. هر کدوم میتونن تو شکل اکوسیستم تأثیر میزارن. یکی از راه‌هایی که موجودات زنده میتونن انرژی رو تبدیل کنن، فتوسنتزه! فتوسنتزه فرآیندی که طی اون، گیاهان تابش نور خورشید رو به انرژی تبدیل میکنن تا رشد کنن.
البته گیاهان تنها موجوداتی نیستن که نیاز به تبدیل انرژی دارن. برای مثال، با کمک باکتری‌هایی که قند رو به اسید لاکتیک تبدیل میکنن، حیوانات و انسان‌ها میتونن ترکیبات آلی پیچیده‌ای مانند برگ‌های گیاه که در اثر فتوسنتز ایجاد میشن رو متابولیزه کرده و از اونا انرژی بگیرن. متابولیزه کردن به معنای سوخت و سازه. یعنی انرژی رو میگریم تا کاری انجام بدیم.
با این حال، هر چه یه موجود زنده از منبع اصلی انرژی یعنی تابش خورشیدی حذف بشه، انرژی کمتری در دسترسش قرار میگیره. به همین دلیله که تو یه اکوسیستم پیچیده، تعداد گیاهخواران نسبت به گوشتخواران یا همه چیزخواران بیشتره، چونکه اونا به انرژی فتوسنتز نزدیکترن؛ به این صورت که انرژی ناشی از تابش نور خورشید رو مستقیما دریافت می کنن. ولی موجودات دیگه با گیاه خواریو گوشت خواری، انرژی میگیرن.
اما موجودات زنده به طور مساوی از انرژی استفاده نمیکنن. در واقع نحوه استفاده از انرژی به مرحله زندگی هر موجود زنده بستگی داره. اگه تا به حال یه بچه گربه یا توله سگ داشتین، پس میدونین که اونا برای رشد چقدر به انرژی نیاز دارن. اگرچه جانوران بالغ از طریق غذا و آب انرژی به دست میارن، اما میتونن نسبت بچه های خود، کمتر غذا مصرف کنن و زنده بمونن.
ارگانیسم ها از انرژی غذا یا آب برای حفظ عملکرد بدن استفاده میکنن. موجودات هم بسته به سیستمشون از انرژی به روش های مختلف استفاده میکنن. به عنوان مثال، یوزپلنگ ها دارای ساختارهای عضلانی خاصی هستن که به اونا اجازه میده از انرژی به شکلی سریعتر استفاده کنن و در نتیجه می تونن خیلی سرعت بدون. از سوی دیگه، گرگ ها انرژی رو سریع به دست نمیارن و سرعت بالایی ندارن اما میتونن در حالی که انرژی کمتری مصرف میکنن، مسافت بیشتری را طی کنن. اما در مورد انسان ها چطور؟ انرژی چگونه بر زندگی امروز ما تأثیر گذاشته؟
انرژی نقش مهمی تو توسعه جوامع بشری داشته
ما انسان ها در طول هزاران به شکل منحصر به فردی از انرژی استفاده کردیم. ابتدایی ترین پیشرفت ها تو به کارگیری انرژی جدید در جوامع اولیه انسانی رخ دادن. جوامع شکارچی و جمع‌آوری کننده علوفه، خودشون رو با رژیم‌های غذایی عمدتاً گیاهی حفظ کردن. انرژی که اونا از مغزها و دانه های خوراکی به دست میارن، بسیار آسون تر از شکار کردن بود. وقتی که اونا نیاز به شکار داشتن، طعمه های بزرگی مانند غزال یا گوزن رو انتخاب میکردن که انرژی مورد نیاز جامعه کوچکشون رو برای هفته ها تامین میکرد.
بنابراین منطقیه که اولین سکونتگاه‌های انسانی معمولاً نزدیک دریا بودن، جایی که مردم میتونسن برای تامین نیازهای خانوادشو، به دنبال منبع ثابت و راحتی از انرژی باشن. بعدها در تاریخ بشر، مردم شروع به استفاده از ابزار و نیروی حیوانی کردن. این ابزارها به اونا اجازه داد اولین تمدن های ابتدایی رو ایجاد کنن.
انسان ها با استفاده از اولین حیوانات اهلی شده، کشاورزی سنتی رو توسعه دادن. این قدرت حیوانی به آدما این امکان رو داد که تو زمین‌های بزرگ‌تری کار کنن. سپس جوامع انسانی بزرگتر شدن و اختراعات به وجود آمده منجر به شکل گیری شهرهای کوچک شدن. اما انسان ها فقط در محل زندگیشون ساکن نبودن بلکه در سفر و تجارت هم بودن. اولین کشتی‌ها به کشاورزان روستایی اجازه دادن تا کالاهای خود را به شهرهایی که به مواد غذایی نیاز داشتن، صادر کنن.
مردم در نهایت با اختراع ماشین هایی مانند چرخ های آبی و آسیاب های بادی تونستن انرژی رو مهار کنن. این اختراعات به جوامع انسانی امکان دسترسی به انرژی باد و آب رو داد. برای مثال، آسیاب‌ها میتونن بسیار سریعتر و با انرژی بسیار کمتری آسیاب کنن. در نهایت، استفاده از نیروی حیوانات و اولین ماشین‌ها به بشریت اجازه داد تا اولین تمدن‌های واقعی رو به وجود بیاره.
انرژی هایی که ما به اونا وابسته هستیم پایدار نیستن
هر تمدنی به تشعشعات و انرژی خورشیدی وابستس. وابسته به بودن به انرژی برای یونانیان باستان کمتر از دنیای مدرن ما بود. امروزه ما به ذخایر فسیل شده انرژی خورشیدی مانند زغال سنگ، نفت خام و گاز وابسته هستیم. ما به طور فزاینده ای نیروی برق متکی هستیم. نفت خام یا گاز طبیعی انواعی از انرژی هستن که در طی میلیون‌ها سال از بقایای حیات گیاهی و جانوری تشکیل شدن. امروزه ما با سرعتی بیش از حد این انرژی ها رو مصرف کردیم و دیگر نمی تونیم جایگزینی براشون داشته باشیم.
ما نسبت به دیروز برق بیشتری مصرف میکنیم و اون رو با سوزوندن سوخت های فسیلی، نصب پنل های خورشیدی یا توربین های بادی یا با استفاده از انرژی هسته ای یا زمین گرمایی به دست میاریم. این نوع مصرف انرژی به ما تو بسیاری از موارد کمک کرده. به عنوان مثال، سوخت‌های فسیلی به ما کمک کردن تا به سراسر جهان سفر کنیم و اشکال کاملاً جدیدی از ارتباطات رو بسازیم.
علاوه بر این، سوخت‌های فسیلی به ما امکان شهرنشینی و فرصت‌های شگفت انگیز بسیاری رو داده. در حالی که این پیشرفت‌های تکنولوژی به بسیاری از افراد کمک کرده، اما معایب زیادی رو هم به همراه داشته. دسترسی به فناوری و منابع انرژی بسیار کمه و این امر باعث میشه که کشورها به دنبال تغییرات بنیادینی باشن.
علاوه بر این، برخی از فناوری‌ها مانند سلاح‌های هسته‌ای، در صورت استفاده بی‌رویه یا افتادن به دست افراد نادرست، موجودیت کل نسل بشر رو تهدید میکنن. در نهایت، رویکرد ناپایدار ما به مصرف انرژی در حال تغییر شرایط زیستی ماس. ما بیش از هر زمان دیگه ای نیاز داریم تا راه های جدیدی رو برای به دست آوردن و مصرف انرژی پیدا کنیم.
استفاده ما از انرژی بر تمام جزئیات زندگیمون تأثیر میزاره
در حالی که بسیاری از مردم نگران تاثیر مصرف انرژی بر آب و هوا هستن اما ما هنوز هم به انرژی متکی هستیم. در واقع، انرژی برای زندگی مدرن ضروریه. انرژی مصرفی خانوارها سهم زیادی از مصرف برق جهانی رو به خودش اختصاص داده، به طوری که دستگاه هایی مانند تلویزیون، تلفن همراه یا دیگر وسائل برقی بخش جدایی ناپذیری از زندگی امروزن.
بدیهیه که این دستگاه ها برای کار نیاز به انرژی دارن. این دستگاه ها هم باید تولید بشن و هم به مصرف کنندگان به سراسر جهان ارسال بشن. همه این کارا به انرژی نیاز دارن. علاوه بر این، فناوری هایی که باعث شدن تا ما از گوشه ای جهان به گوشه دیگ سفر کنیم، مصرف انرژی رو هم افزایش دادن. ما حالا میتونیم تو یه روز به هر نقطه از جهان سفر کنیم.
از اونجایی که تقاضا برای انرژی همچنان در حال رشده، باید در نظر داشته باشیم که انرژی مورد استفاده از کجا تامین میشه. سیستم های توزیع بین المللی میتونن انرژی لازم رو تامین کنن. یعنی اینکه نفت و گازی که برای برق یا گرما استفاده میکنیم، از کشورهای دیگر تامین میشن. به عنوان مثال، اگه تو اروپا زندگی میکنین، به احتمال زیاد گاز شما از روسیه میاد، نه یه کشور عضو اتحادیه اروپا!
علاوه بر این، نزدیک به 80 درصد نفت خام از خاورمیانه، آفریقا، روسیه و آمریکای لاتین به اروپای غربی، ایالات متحده و ژاپن منتقل میشه. درگیری‌های بین این کشورها میتونه منجر به عواقب شدیدی مانند کمبود شدید انرژی برای مردم بشه. تقاضای روزافزون برای انرژی یه مشکل اساسیه، مشکلی که اکنون باید با آن روبرو بشیم تا بتونیم شانس بقای خود را در آینده افزایش بدیم.
ما باید راه های پایداری برای مقابله با پیامدهای تقاضای بالای انرژی پیدا کنیم
متأسفانه، پیش بینی دقیق آینده انرژی غیرممکنه. در حالی که بسیاری در گذشته تلاش کردن تا آینده رو پیش بینی کنن، هیچ‌کس نمی‌تونست رویدادهایی مانند جنگ عراق یا اقتصاد در حال توسعه چین رو پیش‌بینی کنه، رویدادهایی که به طور قابل توجهی مسیر مصرف انرژی ما رو تغییر دادن.
با این حال یه چیز مسلمه، افزایش تقاضا به ویژه در اقتصادهای در حال توسعه مانند چین ادامه خواهد داشت. پس چگونه این رشد سریع میتونه مصرف انرژی رو مدیریت کنه؟ در حال حاضر ما به سوخت های فسیلی وابسته خواهیم بود. مشکل منابع انرژی تجدیدپذیری مانند باد، آب یا خورشید، اینه که نمیتونن نیازهای رو به رشد بازار انرژی رو تامین کنن.
در حالی که میتونیم به سمت راه حل‌های جدید برویم و بخواییم نیازهای انرژی همه رو تامین کنیم، باید برای مدتی طولانی‌تر از روش‌های قدیمی‌تر مانند مصرف سوخت فسیلی استفاده کنیم. انرژی هسته ای نیز برای مدت طولانی بخشی از برنامه انرژی ما خواهد بود. در حالی که انرژی هسته ای از نظر خطرات سخت بمب بحث برانگیزه، اما این انرژی پاک ترین راه ما برای به دست آوردن انرژیه.
البته خطرات هنوز وجود دارن. حملات تروریستی احتمالی به رآکتورهای هسته ای و دفع ایمن مواد رادیواکتیو مشکلاتی هستن که ما هنوز با اون روبرو هستیم، اما دانشمندان تو سال های اخیر پیشرفت های زیادی در حل این مشکل انجام دادن. آنچه واقعاً نیاز به بهبود داره، پذیرش عمومی انرژی هسته ایه.
علاوه بر این، ممکنه در آینده روش های جدیدی برای تبدیل انرژی از زیست توده و آب اختراع بشه. تمدن های گذشته برای سوزاندن چوب برای گرم شدن و پخت و پز غذا از زیست توده استفاده میکردن. اما تبدیل این انرژی ها به شکلی ناکارآمده انجام میشه. تا زمانی که راه هایی برای به کارآمد کردن انرژی از زیست توده نداریم، هیچ شانسی وجود نداره که زیست توده بتونه در دراز مدت به ما کمک کنه.
گزینه دیگه میتونه انرژی آبی باشه، یعنی انرژی ایجاد شده توسط جریان آب! این روش طبیعی میتونه یه موهبت برای تمدن جهانی ما باشه. تاریخ نشون داده که بشریت میتونه با اکثر تغییرات سازگار بشه.
در پایان، بیاید پیام اصلی کتاب رو با هم مرور می کنیم:
انرژی در همه چیز وجود داره، از حیات بر روی زمین گرفته تا روش هایی که جوامع بشری به رشد و توسعه خود ادامه میدن، انرژی نقش مهمی تو زندگی امروز ما ایفا میکنه. تقاضای روزافزون برای انرژی که توسط افزایش جمعیت هدایت میشه، یکی از مهم ترین چالش های دنیای امروز ماست. خوشبختانه راه های زیادی برای حل مشکل انرژی وجود دارن.
