افزایش دمای کرۀ زمین و تغییرات اقلیمی، امروزه به عنوان یک مبحث بسیار مهم و حیاتی در دنیا بر سر زبان‌ها است. تولید گازهای گلخانهای هم‌چون دی‌اکسید کربن، متان، اکسید نیتروژن و غیره، لزوم کاهش تولید آن‌ها و هم‌چنین حذف این گازهای تولیدشده در سال‌های گذشته چالشِ بزرگی است که ذهن بشر را به خود معطوف کرده‌است. شاید هر کدام از ما به تنهایی نتوانیم گامی بزرگ در این زمینه برداریم، ولی میتوانیم با حداقل‌های ممکن گامی هرچند کوچک را در این زمینه برداریم و در این حرکت بزرگ سهیم باشیم.
در مبحثِ تغییراتِ اقلیمی 51 میلیارد تن عدد بزرگی است. متأسفانه این عدد هر سال در حال افزایش است و اگر فکری به حال آن نشود، باعث ایجاد تغییرات اقلیمی مخربی در کرۀ زمین خواهد شد، که هم‌اینک نشانه‌هایی از آن را مانند طوفان‌های سهمگین، سیل و خشک‌سالی مشاهده می‌کنیم. رساندن این عدد به صفر و حتی منفی کاری بسیار دشوار، اما قابل اجرا است. شاید بهتر باشد بگوییم کاری است که باید انجام شود و از آن نمی‌توان عبور کرد، چون سرنوشت بشریت با این مسئله گره خورده‌است.
اگر نگاهی به اطراف‌مان داشته‌باشیم، خواهیم دید که هر یک از ما در بخش‌های مختلفی مانند استفاده از وسایل برقی، پرورش حیوانات و کاشت گیاهان، ساخت و سازهای صنعتی و ساختمانی، حمل و نقل افراد و کالاها و خیلی از موارد دیگر روزانه در حال تولید گازهای گلخانهای هستیم. ما در حال حاضر برخی از ابزارهای لازم را برای کاهش گازهای گلخانهای در دست داریم، ولی باید تمرکز بیش‌تری روی طراحی و ساخت ابزارهای نوین در این زمینه داشته باشیم تا بتوانیم تا سال 2050 این مسئله را محقق کنیم.
با مطالعاتی که انجام شده‌است، استفاده از منابع تجدیدپذیری هم‌چون باد و خورشید می‌توانند کمک بزرگی برای حل این مشکل باشند، اما متأسفانه برای گسترش استفاده از این ابزارها و توسعۀ آن‌ها به عنوانِ جای‌گزینی برای منابع آلوده‌کنندۀ محیط زیست به اندازۀ کافی تلاش نمی‌کنیم. البته درست است که استفاده از این قبیل انرژی‌ها به تنهایی ممکن است انرژی مورد نیاز ما را به طور کامل تأمین نکند، زیرا خورشید همیشه نمی‌تابد و باد همیشه نمی‌وزد، ولی استفادة درست و مناسب از این قبیل انرژی‌های پاک می‌تواند کم‌کم ما را به این هدف بزرگ نزدیک کند.
تصور کنید که اقلیم همانند وان حمامی است که آب به آرامی وارد آن می‌شود. حتی اگر موفق به کاهش میزان جریان آب ورودی به وان شویم، بلاخره وان پُر و سرریز خواهد شد. این موضوع دقیقاً همان فاجعه‌ای است که انتظار آن را می‌کشیم و باید برای جلوگیری از وقوع آن تلاش کنیم.
شیوع ویروس کرونا و بروز مشکلات اقتصادی در جهان این روند را کاهش داده‌است، ولی از طرفی با توجه به ایجاد رکود اقتصادی، در حدود پنج درصد گازهای گلخانهای کم‌تری را در مقایسه با سال‌های قبل از همه‌گیری کرونا منتشر کرده‌ایم. البته این مسئله تأثیر چندانی بر روی دغدغۀ ما نخواهد گذاشت، زیرا بالاخره به جای 51 میلیارد تن چیزی در حدود 48 میلیارد تن گاز گلخانهای تولید شده‌است.
نکتۀ کلی این است که ما در حقیقت به روش‌های عاری از کربن برای حمل و نقل، تولید برق، تولید مواد غذایی، ساخت و ساز، گرمایش و سرمایش اماکن نیاز داریم و باید انرژی عاری از کربن را جای‌گزین انرژی‌های موجود کنیم، زیرا نه تنها مصرف انرژی در جهان کاهش نمی‌یابد، بلکه به دلیل پیشرفت کشورها در زمینه‌های یاد‌شده و افزایش جمعیت تا سال 2050، به انرژی به مراتب بیش‌تری نیاز خواهیم داشت.
گازهای گلخانهای گرما را محبوس می‌کنند و باعث افزایش میانگین دمای سطحی زمین می‌شوند. بنا بر این هر چه‌قدر که مقدار گازهای گلخانهای بیشتر باشد، دما نیز افزایش می‌یابد. زمانی که گازهای گلخانهای وارد جوِ زمین می‌شوند، سالیان زیادی را در آن‌جا باقی می‌مانند. این مدت زمان با توجه به نوع گاز تولیدشده متفاوت است، مثلاً دی‌اکسید کربن تا 10 هزار سال در جو زمین باقی خواهد ماند. پس حتی اگر میزان تولید گازهای گلخانهای خود را به صفر برسانیم، دمای کرۀ زمین هم‌چنان گرم خواهد ماند، مگر این که با نوآوری و ایجاد ابزارهای جدید این میزان را به مرور منفی کنیم و در صدد حذف گازهای گلخانهای از جو زمین باشیم.
به راستی باید گفت، هیچ روشی که بتوانیم هم‌چنان به تولید گازهای گلخانهای ادامه دهیم و از گرم‌تر شدن جهان جلوگیری کنیم، وجود ندارد. پس در ادامه نه تنها باید از تولید بیشتر گازهای گلخانهای جلوگیری کنیم، بلکه باید مقداری از این گازهای تولیدشده را نیز حذف کنیم. اگر به مثال وان برگردیم، نباید فقط به قطع جریان آب ورودی به وان چشم امید داشته باشیم، بلکه باید درِ چاه وان را برداشته و به جریان آب اجازه دهیم تا از وان خارج شود.
باید بدانید که دی‌اکسید کربن رایج‌ترین گاز گلخانهای است، اما گازهای دیگری مانند اکسید نیتروژن و متان نیز وجود دارند. بسیاری از این گازها می‌توانند بیشتر از دی‌اکسید کربن باعث افزایش دمای کرۀ زمین شوند. درست است که گاز متان دوام کم‌تری نسبت به دی‌اکسید کربن در جو دارد، اما می‌تواند تا 120 برابر بیشتر باعث افزایش دما شود. در نتیجه گاز متان می‌تواند اثرات مخرب‌تری را برای ما در پی داشته باشد، زیرا دما را به شدت افزایش می‌دهد.
نورِ خورشید از میان اکثر گازهای گلخانهای عبور می‌کند و بخش اعظم آن به زمین می‌رسد. زمین برای همیشه تمامی انرژی ورودی را نگه نمی‌دارد و مقداری از انرژی را مجدداً برگشت می‌دهد تا وارد محیط خلأ شود. اما این انرژی با مولکول‌های گازهای گلخانهای موجود در جو برخورد می‌کند و باعث ارتعاش بیشتر این مولکول‌ها می‌شود که همین امر علت گرم شدن بیشتر جو زمین است. البته وجود مقادیر مناسبی از گازهای گلخانهای باعث می‌شود تا زمین گرم مانده و قابل سکونت باشد. در غیر این صورت زمین آن‌قدر سرد می‌شد که دیگر اثری از حیات در آن باقی نمی‌ماند.
باید به این نکته توجه کرد که ما از دوران پیش از صنعتی شدن تا کنون، دمای زمین را به اندازۀ حداقل یک درجه سانتی‌گراد افزایش داده‌ایم و اگر به همین شکل ادامه دهیم، تا سال 2050 احتمالاً افزایش دمای بین 5/1 تا 3 درجۀ سانتی‌گراد و تا سال 2100 نیز افزایش دمای بین 4 تا 8 درجۀ سانتی‌گراد را خواهیم داشت. همان طور که در بالا اشاره شد، این تغییرات فاجعه‌بار و مخرب خواهند بود، زیرا با افزایش دمای کرۀ زمین سطح دریاها بالاتر خواهد آمد (هم اکنون بخش‌هایی از کشور بنگلادش به زیر آب رفته‌است)، طوفان‌ها شدت بیش‌تری خواهند گرفت، سیل و گردباد مخرب‌تر و بیشتر خواهند شد، جنگل‌ها با شدت بیش‌تری آتش خواهند گرفت و همۀ این موارد باعث تخریب بیشتر سازه‌ها و محصولات غذایی و در نهایت باعث افزایش تلفات انسانی در جهان خواهد شد. برای مثال، بر اساس یک پژوهش، افزایش دمای دو درجۀ سانتی‌گرادِ کرۀ زمین می‌تواند دامنۀ جغرافیایی مهره‌داران را 8 درصد، گیاهان را 16 درصد و حشرات را 18 درصد کاهش دهد. هم‌چنین تولید محصولات غذایی می‌تواند تا حدود 50 درصد کاهش پیدا کند که این مسئله امنیت غذایی کرۀ زمین را با خطری جدی رو به رو خواهد کرد.
گرمازدگی نیز مشکل عمدۀ دیگری خواهد بود، زیرا با رطوبت سر و کار دارد. این نکته را باید در نظر داشته‌باشید که هوا می‌تواند مقدار مشخصی از بخار آب را در خود نگه دارد و زمانی که این میزان به بالاترین حد خود برسد و هوا از بخار آب اشباع شود، دیگر نمی‌تواند رطوبت بیش‌تری را جذب کند. با توجه به اینکه بدن انسان برای خنک نگه داشتن خود از تعرق استفاده می‌کند، اگر این میزان رطوبت در هوا اشباع شود، دیگر بدن قادر به خنک کردن خود نخواهد بود و دمای بدن بالا باقی خواهد ماند تا جایی که پس از سپری شدن چند ساعت، انسان از شدت گرمازدگی خواهد مُرد. برای این که بیشتر به این موضوع پی ببرید، می‌توان گفت که بر اساس تحقیقات منتشرشده، تغییرات اقلیمی می‌تواند تا سال 2050 دقیقاً به اندازۀ کووید-19 و تا سال 2100 تا پنج برابر این بیماری برای بشر مرگ‌بارتر باشد.
سوخت‌های فسیلی به قدری فراگیر هستند که درک تأثیر تمامی موارد مربوط به آن در زندگی کنونی ما به عنوان تولیدکنندۀ گازهای گلخانهای، کار دشواری است. این تأثیر را می‌توان به صورت روزانه در مسواک، نان، همبرگر، لباس، وسایل نقلیه، جاده‌ها، مصالح مورد استفاده در بناها، سیستم سرمایشی و گرمایشیِ اماکن و موارد بسیارِ دیگر یافت. به این نکته توجه کنید که در جهان به صورت روزانه بیش از 4 میلیارد گالن نفت استخراج و در بخش‌های مختلف از آن استفاده می‌شود. زمانی که حجم استفاده به این حد بالا است، نمی‌توان توقع داشت که در یک زمان تولید و استفاده از آن متوقف شود.
ایجاد تحول در انرژی که ما امروز به آن نیاز داریم، بسیار پُراهمیت است. این سیرِ تحول در انرژی به دلیل رفتن به سمت انرژی‌های ارزانتر و قوی‌تر بوده‌است. این مسئله در انرژی‌های فسیلی بسیار عملیاتی است، زیرا هم سوختی بسیار پُرانرژی است و هم ارزانقیمت، اما از سوی دیگر، صفحات خورشیدی هنوز نتوانسته‌اند به بازدهی بالایی برسند. از ابتدای ساخت این سلولهای خورشیدیِ سیلیکونی، تا کنون تنها بازدهی آن‌ها به 25 درصد رسیده‌است که حقیقتاً برای جای‌گزینی کافی نیست.
چالش دیگری که در این مسیر وجود دارد، ایجاد همکاریهای جهانی است که به شدت دشوار است. مخصوصاً اگر از آن‌ها تقاضا کنیم که هزینۀ محدود کردنِ انتشار کربن را متحمل شوند. اگر قرار است این کار انجام شود، همۀ کشورهای جهان باید این کار را با هم انجام دهند. شاید توافق پاریس که در آن بیش از 190 کشورِ جهان به این مسئله اذعان کرده‌اند، دستاورد بزرگی به شمار آید، ولی اجرایی کردن مفاد این توافقات و تلاش کشورها برای کربن‌زدایی به همین سادگی‌ها نیست.
زمانی که صحبت از تولید گازهای گلخانهای می‌شود، باید عاملی که باعث تولید این گازها می‌شود را در نظر بگیریم. متأسفانه تنها تولید برق و اتومبیل‌ها در این زمینه بیشتر در بین عمومِ مردم جزو عوامل اصلی تولید گازهای گلخانهای شناخته می‌شوند، در صورتی که باید بدانید بخش حمل و نقل تنها 16 درصد این مسئله را بر عهده دارد. شاید کمی تعجب کرده باشید، ولی اگر نگاهی به جدول زیر بیندازید، خواهید دید که هر کدام از بخش‌ها، به چه میزان گازهای گلخانهای تولید می‌کنند.
خبر خوش این است که مقصر 27 درصد تولید گازهای گلخانهای مربوط به تولید برق است، زیرا می‌توان با جای‌گزینی برق پاک، این بخش عظیم را برطرف کرد. درست است که تولید برق پاک به تنهایی ما را به انتشار صفر نمی‌رساند، ولی این موضوع قدم مهم و کلیدی برای حل این مسئله محسوب می‌شود.
البته باید توجه داشت که برای تأمین برق یک شهر نمی‌توان به اندازۀ مصرف آن شهر یک نیروگاه درست کرد، زیرا برخی از این منابع انرژی موجود دائمی و برخی دیگر غیردائمی هستند. مثلاً خورشید همیشه نمی‌تابد و باد همیشه نمی‌وزد، ولی یک نیروگاه انرژی هستهای یا نیروگاه‌های سوخت فسیلی می‌توانند همیشه و به صورت 24 ساعته کار کنند. بر اساس برآوردها، ظرفیت نیروگاه‌های بادی و خورشیدی می‌توانند حداکثر تا 30 درصد را پوشش دهند. پس برای تأمین بقیۀ برق مورد نیاز باید از سایر انرژی‌ها استفاده کرد.
باید بدانید که برخی از نیروگاه‌های تولید برق، فضای بیش‌تری را اِشغال می‌کند. شاید در دید اول فضا برای ما زیاد اهمیت پیدا نکند، ولی در واقع این چگالی تولید برق است که برای ما مهم خواهد بود. جدول زیر به ما می‌گوید که در یک سطح مشخص، بازدهی هر کدام از نیروگاه‌ها چه‌قدر است.
توجه داشته‌باشید که این مقایسه به این معنی نیست که مثلاً انرژی خورشیدی مناسب‌تر از انرژی باد است، بلکه باید به این نکته دقت کرد که از هر کدام در شرایط محیطی خاصی می‌توان از آن‌ها استفاده کرد.
این نکته پُراهمیت است که در حال حاضر اکثر راه‌کارهای عاری از کربن بسیار گران‌تر از منابعی مانند سوخت‌های فسیلی است. ما این اختلاف قیمت بین منابع پاک و منابع کربن‌ساز را با عنوان بهای سبز نام‌گذاری می‌کنیم. موارد بسیار کمی وجود دارد که بهای سبز آن منفی باشد، یعنی سوخت‌های سبز ارزانتر از سوخت‌های فسیلی برای مصرف‌کننده تمام شود. به عنوان مثال، با جای‌گزینی پمپ‌های حرارتی به جای کولر و بخاری می‌توانید این هزینه‌ها را کاهش دهید. البته این فناوری شاید در دنیا هم اکنون در حال استفاده باشد، ولی سال‌ها طول می‌کشد که همۀ مردم فناوری‌های قدیمی خود را کنار بگذارند و به سمت این فناوری‌های جدید تمایل پیدا کنند.
در ابتدای پیدایش برق و استفاده از آن، منبع اصلی تولید برق از نوع نیروگاه‌های برق آبی بود. برق آبی مزایای زیادی دارد و ارزان قیمت است، ولی ایجاد سد باعث مشکلات زیاد زیست محیطی خواهد شد، زیرا علاوه بر جابه‌جایی سکونت‌گاه‌ها و حیات وحش، در صورتی که کربن زیادی در خاک منطقه وجود داشته باشد، باعث تبدیل آن به متان و آزادسازی آن به جو زمین می‌شود. به همین دلیل، پژوهش‌ها نشان می‌دهد، در مکانی که سد ساخته می‌شود، قبل از اینکه بتواند تمام متانی که به این دلیل آزاد شده‌است را به نوعی جبران کند، نیم قرن یا حتی یک قرن طول می‌کشد که این مسئله بدتر از سوختی مانند زغال سنگ است. در ضمن سد را نمی‌توان حرکت داد و باید در مکانی ساخته شود که در آن منطقه رودخانۀ پر آبی وجود داشته باشد.
سوخت‌های فسیلی این محدودیت را ندارند و می‌توان از آن‌ها در هر نقطه‌ای که مدنظرتان هست، برای تولید بخار آب و چرخاندن توربین استفاده کرد و به وسیلۀ آن برق تولید کرد. تحقیقات نشان داده‌است که استفاده از سوخت‌های فسیلی برای تولید برق به مرور آن قدر ارزان شد که در سال 2000 حداقل 200 برابر ارزانتر از سال 1900 برق تولید شد.
مهم‌ترین دلیل ارزان بودن برق، استفاده از سوخت‌های فسیلی به عنوان منابع انرژی برای تولید برق هستند. دسترسی زیاد و ارزان بودن قیمت این گونه سوخت‌ها باعث شده‌است تا بیش از دو سوم برق جهان به وسیلۀ این سوخت‌ها تأمین شوند.
خوشبختانه بهایِ سبز در کشورهای پیشرفتهای مانند آمریکا و کشورهای اروپایی پایین است، به همین دلیل تمایل استفاده از برق پاک روز به روز بیشتر می‌شود. در حال حاضر که در سال 2021 هستیم، کربن‌زدایی از شبکۀ برق اروپا تنها با افزایش بهای 20 درصدی مواجه خواهد شد که این نوید بسیار خوبی برای ادامۀ این روند است.
البته باید توجه کرد که همۀ کشورها منابع تجدیدپذیر عظیمی در اختیارشان نیست یا سرمایۀ لازم را برای ساخت نیروگاه‌های جدید برای انرژی‌های تجدیدپذیر در اختیار نداشته باشند، ولی باید به این نکته توجه کرد که نیروگاه‌هایی مانند نیروگاه‌های گازی، هر چه‌قدر هم که ارزان باشند، باید همیشه سوخت خریداری کنند، ولی نیروگاه‌های بادی و خورشیدی از انرژی‌های رایگان استفاده می‌کنند. پس هر چه مقیاس این نیروگاه‌ها را افزایش دهیم، مطمئناً در بلندمدت ارزانتر خواهند شد.
همان طور که قبلاً اشاره شد، مجبوریم حجم زیادی از انرژیِ پاک را از جایی که تولید شده‌است، به جایی که نیاز است، انتقال دهیم. این کار نیازمند ساختن خطوط انتقال برق جدید خواهد بود که کاری زمان‌بر و پُرهزینه است، مخصوصاً اگر بخواهیم آن را از مرزهای کشورهای دیگر عبور دهیم. مسلماً هر چه قدر خطوط انتقال برق بیش‌تری بسازیم، قیمت برق هم افزایش می‌یابد. در حقیقت، یک سوم هزینۀ نهایی برق به دلیل انتقال و توزیع است.
اما باید بدانیم که مسئلۀ اصلی ما در تأمین برق پاک، ارزان بودن سوخت‌های فسیلی و گران بودن ساخت شبکه‌های انتقال و توزیع نیست، بلکه مسئلۀ اصلی غیرمنقطع بودن برق مورد نیاز است. همان طور که اشاره شد، خورشید همیشه نمی‌تابد و باد همیشه نمی‌وزد، پس اگر بخواهیم صرفاً از این گزینه‌های منقطع برای تأمین انرژی برق استفاده کنیم، باید بتوانیم این برق تولیدشده را به نوعی ذخیره کنیم تا در مواقع لزوم بتوانیم از این برق ذخیره‌شده برای تأمین مواقعی که خورشید نمی‌تابد و باد نمی‌وزد، استفاده کنیم.
اولین چیزی که به ذهن ما می‌رسد، استفاده از باتری برای این کار است که در یک نگاه می‌توان متوجه شد که این کار در حال حاضر شدنی نیست، چون صحبت از برق یک شهر است، نه یک وسیلۀ برقی خاص. برای راه‌حل می‌توان از برق‌های منابع فسیلی برای زمان‌هایی که برق منقطع می‌شود، استفاده کرد یا باتریهای عظیم را برای استفاده در شب به کار گرفت. ولی باید توجه داشت که هزینۀ این کار بیش از سه برابر برق تولیدشده در روز خواهد بود که از نظر اقتصادی به صرفه نیست. علاوه بر وجود روز و شب برای انرژی خورشیدی، تغییرات فصول نیز مزید بر علت خواهند بود. باد هم همین مسئله را دارد و با توجه به تغییرات فصلی می‌تواند بسیار متفاوت عمل کند.
پیش‌بینی شده‌است که تا سال 2050، مصرف برق در جهان حداقل دو تا سه برابر خواهد شد. پس، استفاده از انرژی‌های پاک برای این منظور می‌تواند کمک زیادی به کاهش قابل توجه گازهای گلخانهای کند. برای این کار باید به سمت ساخت صفحات خورشیدی و بادی ارزانتر و با بازدهی بیش‌تری برویم.
انرژی خورشیدی
اولین سلولهای خورشیدیِ سیلیکونیِ کریستالی در دهۀ 1970 وارد بازار شدند. این سلولهای خورشیدی تنها می‌توانستند 15 درصد انرژی دریافتی خود را تبدیل به برق کنند. با پیشرفت علوم در قرن اخیر، امروزه این عدد به 25 درصد رسیده‌است، ولی از نظر تئوری این صفحات نهایتاً تا 33 درصد بیشتر نمی‌توانند انرژی خورشیدی را تبدیل به برق کنند که البته رسیدن به همین میزان هم می‌تواند برای ما بسیار مفید باشد.
درست است که در حال حاضر هزینۀ تولید برق از انرژی خورشیدی کمی گران‌تر از سوخت‌های فسیلی تمام می‌شود، ولی باید بدانید که سلولهای خورشیدی از سال 2010 تا 2020 تقریباً 10 برابر ارزانتر شده‌‌اند. هم‌چنین این نکته نباید فراموش کنیم که برای تولید برق از انرژی خورشیدی به هیچ مواد اولیه‌ای که نیاز به خریداری یا تولید آن باشد، احتیاجی نخواهیم داشت و همین امر صرفۀ اقتصادی مهم و حیاتی را در بلندمدت در پی خواهد داشت.
یک جمله برای برق هستهای کافی است. این منبع انرژی تنها منبع انرژی عاری از کربن است که می‌تواند 24 ساعته و در هر فصلی و هر قسمتی از کرۀ خاکی و در مقیاس بزرگ برق تولید کند. فرانسه با 70 درصد و آمریکا با 20 درصد تولید برق هستهای بیش‌ترین سهم را در دنیا دارند. اگر نگاهی به میزان مصالح مورد نیاز برای تأمین برق در بین انرژی‌های پاک داشته باشیم، انرژی هستهای با اختلاف، گوی سبقت را از سایر رقبای خود می‌گیرد، زیرا چیزی در حدود 10 تا 20 درصد نسبت به انرژی‌های بادی و خورشیدی نیاز به مصالح دارد.
البته همان طور که می‌دانید، نیروگاه‌های هستهای مشکلات عمدۀ خود را دارند و ساخت آن بسیار گران تمام می‌شود، خطای انسانی در آن باعث بروز حوادث ناگواری می‌شود، از آن می‌توان برای ساخت سلاح‌های اتمی استفاده کرد، زباله‌های خطرناک تولید می‌کند و ذخیرهسازی آن دشوار است. البته باید توجه داشت که تا کنون تنها 07/0 درصد مرگ و میرهای ناشی از تولید برق به انرژی هستهای تعلق دارد. در این آمار زغال سنگ با 6/24 درصد، نفت با 4/18 درصد و گاز با 8/2 درصد بیش‌ترین تلفات انسانی را در این حوزه به خود اختصاص داده‌اند.
برای حلِ مشکلات مربوط به شکافت هستهای، دانش‌مندان و مهندسان راه‌هایی را پیش‌نهاد کرده‌اند. مهم‌ترین این راه‌کارها طراحی راکتور تراپاور است. این راکتور به وسیلۀ یک ابررایانه در واشنگتن ساخته شده‌است که به وسیلۀ راکتور موج متحرک به الگویی دست یافته است که می‌تواند مشکلات عمدۀ این حوزه را برطرف کند. این راکتور به وسیلۀ زباله‌های تولیدشده از سایر نیروگاه‌های هستهای کار می‌کند، به همین دلیل، تولید زباله‌های هستهای آن بسیار پایین است. هم‌چنین به علت تمام اتومات بودن عملیات این راکتور احتمال خطای انسانی آن به صفر می‌رسد. ضمناً برای جلوگیری از انفجار احتمالی در این راکتورها از سوخت‌های پرتوزایی در پین‌هایی نگهداری می‌شود که در صورت گرم شدنِ بیش از اندازه، منبسط می‌شوند و واکنش هستهای را کند و از گرم شدن بیش از حد جلوگیری می‌کند. البته به دلیل عدم مجوز برای ساخت این نیروگاه، این موضوع فعلاً در حد ابررایانه‌ها پیاده‌سازی شده‌است، ولی در آیندۀ نه چندان دور، قابلیت اجرایی پیدا خواهد کرد.
نوع دیگری از انرژی هستهای که بسیار آینده‌دار است، اما حداقل یک دهۀ دیگر زمان لازم دارد تا به تولید برق منجر شود، هم‌جوشی هستهای است. هم‌جوشی همان فرایندی است که انرژی خورشید را تأمین می‌کند. روند آن بدین شکل است که با یک گاز مانند هیدروژن شروع می‌شود. این گاز را به شدت گرم می‌کنند تا به 50 میلیون درجۀ سانتی‌گراد برسد. در این دما ذرات آن‌چنان سریع حرکت می‌کنند که به هم برخورد و جوش می‌خورند. وقتی که ذرات هیدروژن به هم جوش می‌خورند، به هلیوم تبدیل می‌شوند و در این فرایند انرژی زیادی آزاد می‌شود که می‌توان از آن برای تولیدِ برق استفاده کرد.
اگرچه هم‌جوشی هنوز در فاز آزمایش‌گاهی قرار دارد، اما آیندۀ درخشانی دارد، زیرا با عناصر قابل دسترسی مانند هیدروژن کار می‌کند و سوخت مورد نیاز برای آن ارزان و فراوان است. نوع هیدروژن مورد نیاز برای استفاده در این نوع نیروگاه‌ها را از آب دریا می‌گیرند و چیزی که ما برای استفاده زیاد داریم، آب دریا است. هم‌چنین زباله‌های تولیدشده در این نوع از انرژی هستهای دارای پرتوزایی بسیار کم‌تری هستند و هم‌چنین برخلاف نوع شکافت هستهای که صدها هزار سال پرتوزا هستند، تنها چند صد سال پرتوزا باقی می‌مانند. هم‌چنین واکنشِ زنجیره‌ای نیز در هم‌جوشی هستهای وجود ندارد که از کنترل خارج شود و این موضوع خطرات این انرژی را به حداقل می‌رساند. تنها عیب بزرگ این نوع نیروگاه‌ها این است که نیاز به انرژی بسیار زیادی دارد. به همین دلیل، اکثر اوقات بیشتر از آن انرژی که به دست می‌آورید، باید صرف آن کنید.
در این زمینه بزرگترین پروژه‌ای که در حال ساخت است، پروژۀ همکاری بین شش کشور اتحادیۀ اروپا است که تأسیسات آزمایش‌گاهی مربوطه را در جنوب فرانسه ساخته‌اند. این پروژه در سال 2010 آغاز به کار کرده‌است و احتمالاً در سال 2030 بتواند برق اضافی در حدود ده برابر برقی که نیاز دارد را برای مصرف تولید کند. این اتفاق می‌تواند یکی از بزرگترین دستاوردهای بشر برای کاهش تولید گازهای گلخانهای باشد.
با توجه به اینکه بسیاری از شهرهای بزرگ نزدیک ساحلِ دریا هستند، می‌توان از بادهای فراساحلی که معمولاً دائمی هستند، استفاده کرد. به همین دلیل، موضوع منقطع بودن آن در این مورد کم‌تر مشکل‌ساز خواهد شد. با توجه به آمارهای ارائه‌شده، به طور میانگین استفاده از بادهای فراساحلی سالیانه 25 درصد رشد داشته است. در حال حاضر کشورهایی مانند انگلستان و چین سرمایه‌گذاری بسیار خوبی در این حوزه انجام داده‌اند. پیش‌بینی می‌شود تا سال 2030 کشور چین بزرگترین مصرف‌کنندۀ بادهای فراساحلی باشد.
همان طور که می‌دانید، در اعماق زمین از 30 متر گرفته تا 6/1 کیلومتر، سنگ‌های داغی وجود دارند که می‌توان از آن‌ها برای تولید برق عاری از کربن استفاده کرد. برای دست‌یابی به این هدف می‌توان آب را با فشار زیاد به سمت این سنگ‌ها پمپاژ کرد تا در آن‌جا آب گرمای سنگ‌ها را جذب کند و از حفرۀ باریک دیگری بیرون آید تا بتوان با آن یک توربین را چرخاند یا از طریق دیگری به وسیلۀ آن برق تولید کرد.
اما استخراج گرما از این طریق، نقاط ضعف خود را دارد، زیرا حدود 40 درصدِ چاه‌هایی که برای این کار ایجاد می‌شوند، بدون استفاده باقی می‌مانند. به غیر از این، این نوع انرژی تنها در مناطق خاصی در جهان به خصوص مناطقی که آتش‌فشان آن‌ها فعال است، در دسترس خواهد بود.
افزایش بهره‌وری باتریهای لیتیوم-یونی که امروزه در همۀ وسایل الکترونیکی مانند گوشی‌های همراه و لپ‌تاپ‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد، به نظر خیلی سخت خواهد بود، چون دانش‌مندان پس از بررسی همۀ فلزات تنها به این ترکیب رسیدند و بعید به نظر می‌رسد که ماده‌ای به غیر از این مواد برای تولید باتری پیدا کنند. به همین دلیل است که افزایش بهره‌وری این نوع باتریها به کندی افزایش می‌یابد و انتظار افزایش زیادی در آن‌ها را نمی‌توان داشت. البته به تازگی یکی از دانش‌مندان روی فلزات مایعی کار می‌کند تا بتوان انرژی بسیار بیشتر و سریع‌تر را ذخیره و سپس مصرف کرد. درست همان چیزی که ما برای برق‌رسانی در سطح یک شهر به آن نیاز داریم.
در این روش زمانی که برق ارزان است، یعنی آفتاب در اوج خود می‌تابد یا باد با سرعت زیاد می‌وزد، آب را به یک مخزن در بالای تپه پمپاژ می‌کند، سپس زمانی که برق ذخیره نیاز شد، آب را به سمت پایین تپه هدایت و از آن برای چرخاندن توربین به منظور تولید برق استفاده می‌کنند.
شرکت دیگری ایده‌ای جدید برای این کار ارائه کرده‌است. این شرکت آب را به زیر زمین پمپاژ می‌کند و آن را تحت فشار نگه می‌دارد و در زمانی که بخواهند از آن استفاده کنند، مثلاً برای چرخاندن توربین، آن را آزاد می‌کنند. اگر این ایده پیاده‌سازی شود، دیگر مشکل تجهیزات بالا دستی و وجود نقطه‌ای از زمین در بالادست حذف می‌شود که می‌تواند تحول شگرفی برای این حوزه باشد.
در این روش زمانی که برق ارزان تولید می‌شود، می‌توان از آن برای گرم کردن ماده‌ای خاص استفاده کرد و سپس وقتی که به برق بیش‌تری نیاز است، از آن حرارت برای تولید برق از طریق موتورهای حرارتی استفاده کرد. این گونه موتورها با بازدهی 50 تا 60 درصدی کار می‌کنند که می‌توان گفت بازدهی نسبتاً قابل قبولی دارد. دانش‌مندان در صدد این هستند که این میزان از بازدهی را به بالاترین حد برسانند. به تازگی این دانش‌مندان توانسته‌اند با استفاده از نمکِ مذاب این بازدهی را به حد بالاتری برسانند.
معمولاً باتریها انرژی خود را از یک واکنش شیمیایی بین دو گاز می‌گیرند که این دو گاز معمولاً اکسیژن و هیدروژن است که تنها فراورده آن‌ها آب خواهد بود. به همین دلیل، می‌توان از برقِ تولیدشده به وسیلۀ انرژی آفتاب و باد، هیدروژن تولید و آن را تحت فشار ذخیره کنیم و در زمان مورد نیاز از آن در باتریهای سوختی استفاده کنیم.
مشکل این روش این است که تولید هیدروژن بدون انتشار گازهای گلخانهای هزینه‌بر است. هم‌چنین به میزان ذخیرۀ برق در باتریها آن‌ها بازدهی لازم را ندارد، زیرا در ابتدا باید برای تولید هیدروژن از برق استفاده کرد و سپس هیدروژن را برای تولیدِ برق به کار گرفت. این مسئله یعنی اتلاف انرژی در حین انجام این کار. هم‌چنین با توجه به اینکه هیدروژن گاز سبکی است، ذخیرۀ آن نیز دشوار خواهد بود، زیرا مولکول‌های هیدروژن به دلیل کوچک بودن، زمانی که تحت فشار قرار می‌گیرند، می‌توانند از بدنۀ محفظه که معمولاً از فلزات هستند، عبور کنند.
ما میتوانیم از همان روش‌های قدیمی با استفاده از سوخت‌های فسیلی برق تولید کنیم، ولی قبل از انتشار گازهای گلخانهای به جوِ زمین، آن‌ها را به روش‌های مختلفی میتوانیم جذب یا ذخیره کنیم. البته چندین دهه هست که چنین دستگاه‌هایی وجود دارند، اما چون هزینه‌های بالایی را در بر دارند، کم‌تر از آن‌ها استفاده می‌شوند. البته این دستگاه‌ها تا 90 درصد از این گازها را می‌توانند جذب کنند که رقم مناسبی برای این کار است، ولی چون از این کار چیزی عاید شرکت‌های تولیدکنندۀ برق نمی‌شود، تعداد اندک شماری به سراغ آن‌ها رفته‌اند.
شاید این روش خیلی پاسخ‌گو نباشد، چون جهان روز به روز به برق بیش‌تری نیاز دارد و انسان‌ها برای دست‌یابی به رفاهِ بیشتر، برق بیش‌تری را مصرف می‌کنند. ولی برای رسیدن به برق 100 درصد پاک باید در هر کجا که میتوانیم برق کم‌تری مصرف کنیم. پس مسلماً هر موردی که بتواند فاصلۀ ما را با این شاخص کاهش دهد، مفید خواهد بود.
بتن را همۀ شما می‌شناسید. از ویژگی‌های آن می‌توان به مقاومت در برابر زنگ‌زدگی، ضدپوسیدگی و غیرقابل اشتعال بودن آن اشاره کرد. به همین دلیل است که امروزه بخش زیادی از ساختمان‌ها از بتن ساخته می‌شوند. هم‌چنین سدهای برق آبی نیز از بتن برای ساخت و ساز آن استفاده می‌شود. ولی در کل می‌توان گفت که ما در جهان بتن زیادی استفاده می‌کنیم.
علا.وه بر سیمان و بتن، از فولاد نیز به وفور در صنایعِ مختلفِ ساختمانی، خودروسازی، کشتی‌سازی، وسایل خانگی، قوطی‌های موادغذایی و غیره استفاده می‌کنیم. فولاد به دلیل ارزان بودن و مقاومتش بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد. هم‌چنین در ساخت و ساز از فولاد به عنوان ابزار کمکی بتن به صورت میله‌گردهای فولادی استفاده می‌شود تا مقاومت بتن را دوچندان کند.
پلاستیک‌ها نیز که دیگر گفتن ندارند. پلاستیک‌ها مواد شگفت‌انگیزی هستند که در لباس و اسباب‌بازی گرفته تا خودروها و گوشی‌های همراه به کار می‌روند. درست است که پلاستیک‌ها از شهرت خوبی برخوردار نیستند، ولی انصافاً فواید بسیاری در زندگی امروز بشر دارند.
شیشه نیز از مواد پرکاربرد است که در صنایع غذایی، ساختمانی و صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
آلومینیوم هم از دیگر فلزاتی است که در بسیاری از ابزارها و وسایلی مانند قوطی‌های نوشابه، هواپیماها، قطارها و غیره کاربرد زیادی دارد.
در کل منظور ما این است که ما کالاها و ابزارهایی می‌سازیم که جزو جدا نشدنی از زندگی مدرن امروزی است و نمی‌توانیم آن‌ها را حذف کنیم. تازه روز به روز مصرف این قبیل مواد نیز افزایش می‌یابد، چون با ثروتمندتر شدن و افزایش جمعیت در جهان، بخش تقاضا برای مصرف این گونه مواد افزایش خواهد یافت.
حال این سوال پیش می‌آید که چه طور می‌توان این مواد را تولید کرد، ولی به اقلیم آسیبی نرساند. ما در این‌جا به سه مادۀ اصلی یعنی پلاستیک، فولاد و بتن می‌پردازیم تا بدانیم چه طور می‌توان آن‌ها را به شکلی تولید کرد که به اقلیم ما آسیبی وارد نشود.
برای تولید فولاد باید اکسیژن را از آهن جدا کرد و سپس کمی کربن به آن افزود. می‌توان با ذوب کردن آهن در دماهای بالای 1700 درجه سانتی‌گراد و در حضور اکسیژن و با نوعی زغال سنگ به نام کُک این کار را انجام داد. این فرایند باعث تولید کربن و رهاسازی آن می‌شود. البته در این میان مقدار کمی کربن با آهن تولیدشده و فولادی که مدنظرمان است، از این طریق به دست می‌آید. به طور تقریبی می‌توان گفت که تولید یک تن فولاد برابر است با تولید 8/1 تن دی‌اکسید کربن. شایان ذکر است که این روش به دلیل ارزان بودن آن سال‌ها است که مورد استفاده قرار می‌گیرد.
در مورد سیمان، برای تولید سیمان به کلسیم نیاز داریم که آن را از سنگ آهک می‌گیرند. سنگ آهک حاوی کلسیم، کربن و اکسیژن است. پس از سوزاندن سنگ آهک در کوره، کلسیم و دی‌اکسید کربن تولید می‌شود که اولی را برای ساخت سیمان نیاز داریم، ولی دومی را خیر. فعلاً کسی راه دیگری برای انجام این کار بلد نیست و این روش در همه جا در حال اجرا است. شایان ذکر است که به طور تقریبی به ازای یک تن بتن یک تن دی‌اکسید کربن از این طریق تولید می‌شود.
پلاستیک نیز ماده دیگری است که در این بین دی‌اکسید کربن قابل توجهی از قِبَلِ آن تولید می‌شود. در سدۀ 1950 به لطف پیشرفت مهندسی شیمی، پلاستیک متولد شد. امروزه حدود بیست نوع پلاستیک وجود دارد، ولی همه آن‌ها در یک چیز مشترک هستند و آن دی‌اکسید کربن است. در واقع کربن با عناصر مختلف دیگری مثل اکسیژن و هیدروژن ترکیب می‌شود تا پلاستیک را به وجود آورد. اما اگر دقت کنید، یک چیز مهم وجود دارد که پلاستیک را از فولاد و بتن کمی متمایز می‌کند. زمانی که ما فولاد و بتن را تولید می‌کنیم، دی‌اکسید کربن تولید و رها می‌شود، ولی زمانی که ما پلاستیک تولید می‌کنیم، تقریباً نیمی از کربن درون پلاستیک باقی می‌ماند. باید بدانید که چون کربن به پیوند با اکسیژن و هیدروژن علاقه دارد و تمایلی به جداسازی خود از این دو عنصر ندارد، به همین دلیل تجزیۀ پلاستیک صدها سال طول می‌کشد.
تا این‌جا تنها سه مادۀ مهم را که باعث تولید دی‌اکسید کربن قابل توجهی بودند، نام بردیم. در واقع مواد دیگری مانند شیشه، کود، آلومینیوم، کاغذ و غیره همین روند را دارند. اگر تمامی تولید این مواد را در سطح جهان حساب کنیم، تقریباً می‌توان گفت یک سوم گازهای گلخانهای تولیدشده مربوط به ساخت این مواد هستند. از بین این مواد نام‌برده‌شده، سخت‌ترین ماده برای تغییر فرایند تولید آن سیمان است، اما به تازگی چند شرکت ایده‌های خوبی را در حال پرورش‌دادن هستند.
یکی از روش‌های مطرح‌شده این است که دی‌اکسید کربن تولیدشده را در هنگام تولید سیمان جذب و قبل از استفاده در ساخت و ساز آن را به سیمان تزریق کنیم. این روش تا کنون تنها توانسته است ده درصد میزان تولید گازهای گلخانهای را کاهش دهد، اما امید است که از این طریق بتوان تا 33 درصد نیز کربن تولیدشده را جذب سیمان کرد.
رویکرد دیگری نیز وجود دارد که البته بیشتر جنبه تئوری دارد و هنوز عملیاتی نشده‌است. در این روش پیش‌نهاد می‌شود که از آب دریا و دی‌اکسید کربن جذب‌شده از نیروگاه‌های مختلف برای این کار استفاده شود. دانش‌مندانی که روی این مسئله کار می‌کنند، اعتقاد دارند که از طریق این روش می‌توان تا 70 درصد جلوی انتشار گازهای گلخانهای را در این بخش گرفت.
به طور کل باید گفت که اولین و مهم‌ترین چیزی که برای تولید این مواد نیاز داریم، برقِ پاک و مطمئن است. جالب است بدانید که هم اکنون حدود یک چهارم انرژی مصرفی برقی در کل جهان در بخش تولید مصرف می‌شود. پس باید تا آن‌جا که میتوانیم برق پاک یا عاری از کربن را به شکل ارزانی تولید و ذخیره کنیم. اگر ما بتوانیم به این مهم دست یابیم، میتوانیم مشکل دیگری را به نام پلاستیک حل کنیم، زیرا روزی خواهیم توانست پلاستیک را تبدیل به چاه کربنی کنیم که از سایر کارخانه‌ها آن را تولید کرده‌ایم. این روش می‌توان روش مناسبی برای حذف کربن باشد. اگر بتوانیم این تکه‌های پازل را به خوبی در کنار هم بچینیم، میتوانیم انتشار کربن را ابتدا صفر و سپس حتی منفی کنیم. به طور ساده، یعنی بتوانیم کربن موجود در هوا را بگیریم و در یک بطری پلاستیکی آن را جای دهیم که برای قرن‌ها بتوان از آن بدون انتشار استفاده کرد.
پرورش حیوانات، کشاورزی و قطع درختان به منظور تأمین غذای بشر از مهم‌ترین عوامل انتشار گازهای گلخانهای به جوِ زمین محسوب می‌شود که حدود 19 درصد از کل گازهای گلخانهای را در بر می‌گیرد. البته باید بدانید که پرورش گیاهان و حیوانات برای تأمین غذا جزو عوامل مهم تولید دی‌اکسید کربن نیست، بلکه بزرگترین نقش را در تولید گاز متان بر عهده دارد. جالب است بدانید یک مولکول گاز متان در یک قرن می‌تواند 28 برابر مولکول دی‌اکسید کربن باعث گرمایش کرۀ زمین شود. این رقم برای اکسید نیتروز می‌تواند 265 برابر دی‌اکسید کربن باشد!
طبق آمارهای ارائه‌شده، میزان انتشار گاز اکسید نیتروز و متان بیش از 7 میلیارد تن نسبت به دی‌اکسید کربن است و بیش از 80 درصد گازهای گلخانهای مربوط به بخش کشاورزی و پرورش حیوانات را شامل می‌شود. اگر از هم اکنون فکری برای این موضوع نکنیم، با افزایش جمعیت و افزایش نیاز به تغذیۀ بهتر و متنوع‌تر، این رقم سال به سال افزایش خواهد یافت. اگر بخواهیم تولید گازهای گلخانهای را به صفر برسانیم، باید از همین الان فکر کنیم که در زمینۀ تولید محصولات کشاورزی و پرورش حیوانات برای تأمین غذا، چگونه میتوانیم گازهای گلخانهای را به حدی کاهش دهیم که در نهایت صفر شوند.
برای اینکه به مشکل بر نخوریم، در سال‌های پیش‌رو به پیشرفتهای عظیمی به بزرگی پیشرفت نورمن بورلاگ که توانست یک انقلاب را در عرصۀ کشاورزی ایجاد کند و گندمی با دانه‌های درشت‌تر تولید کند و بازدهی آن‌ها را تا سه برابر افزایش دهد، نیاز خواهیم داشت.
طبق آمارهای ارائه‌شده، بیش از یک میلیارد گاو در جهان برای تأمین گوشت و تهیۀ لبنیات پرورش داده می‌شوند که اثر گرمایشی آروغ و باد شکم آن‌ها حدود 2 میلیارد تن دی‌اکسید کربن، معادل 4 درصد کل گازهای گلخانهای تولیدشده در سال است. احشام دیگری مانند گوسفند، بز، شتر و غیره نیز در این دسته جای می‌گیرند. حال باید بدانید مشکل دیگری نیز در این بخش وجود دارد و آن مدفوع این حیوانات است. بخش اعظم مدفوع این حیوانات نیتروز اکسید، متان، سولفور و آمونیاک است که در گاو و خوک بسیار بیشتر است. به همین دلیل، مدفوع حیوانات پرورش‌داده‌شده جزو دومین عامل تولید گازهای گلخانهای در این بخش به شمار می‌رود.
برخی دانش‌مندان برای کاهش میکروب‌های متان‌زای موجود در رودۀ گاو از طریق واکسن یا غذا و داروهای ویژه کاری کردند تا میزان این آلاینده‌ها کاهش پیدا کند. موفق‌ترینِ این اقداماتِ انجام‌گرفته، تنها توانسته است تا 30 درصد این آلایندگی را کاهش دهد، تازه به شرط آن‌که هر روز آن دارو یا غذای ویژه به دام مربوطه خورانده شود.
شاید به نظر برسد که حذف کامل گوشت از سبد غذایی یک راه حل مناسبی باشد، ولی این طور نیست، چون مصرف گوشت در فرهنگ فعلی انسان‌ها بسیار جا افتاده است، به طوری که در اکثر مهمانی‌ها و جشن‌ها از سرو انواع گوشت استفاده می‌کنند. البته این فکر می‌تواند صحیح باشد که کاری کنیم تا مصرف گوشت کاهش یابد و سپس از مواد خوراکی جای‌گزینی مانند گوشت گیاهی برای این کار استفاده کنیم که مسلماً گزینۀ بهتری برای محیط زیست خواهد بود، زیرا علاوه بر کاهش آلایندگی‌ها، آب و منابع زمینی کم‌تری استفاده خواهد شد و حیوانات کم‌تری زجر خواهند کشید.
در حال حاضر هزینۀ تولید گوشتِ مصنوعی بسیار بالا است و حدود 86 درصد بالاتر از گوشت طبیعی برای تولیدکنندگان خرج دارد. البته می‌توان خوش‌بین بود تا در سال‌های آینده با استفاده از روش‌های نوین و تولید بیشتر این قبیل مواد خوراکی جای‌گزین، قیمتِ تمام‌شدۀ این مواد کاهش چشم‌گیری پیدا کند. علاوه بر گوشت گیاهی، تعدادی از شرکت‌ها در صدد تولید گوشت آزمایش‌گاهی با نام‌هایی هم‌چون «گوشت پاک» و «گوشت کِشت‌شده» هستند که هنوز موفق به تولید انبوه و دریافت مجوزهای لازم برای عرضه به فروشگاه‌ها نشدند.
راه دیگری وجود دارد که این‌قدر راه‌های پُر پیچ و خم ندارد و آن جلوگیری از هدر دادن غذا است. باید بدانید که غذاهای دور ریخته‌شده و فاسد، گازِ متان فراوانی از خود ساطح می‌کنند. پس باید عزم خود را برای تغییر رفتار جزم کنیم. بدین منظور تعدادی از شرکت‌ها توانستند روکش‌های نامرئی برای میوه‌ها و سبزیجات تولید کنند تا عمر آن‌ها را افزایش دهند و برای بدن انسان نیز هیچ گونه ضرری نداشته باشد.
شایان ذکر است که برای تولید انبوه‌تر محصولات کشاورزی، به مقدار زیادی نیتروژن نیاز داریم که چون این مقدار به طور طبیعی در طبیعت یافت نمی‌شود، باید از طریق آمونیاک آن را به خاک افزود تا رشد و بازدهی گیاهان و محصولات کشاورزی افزایش چشم‌گیری پیدا کند، زیرا گیاهان تا زمانی که نیتروژن آن‌ها تأمین باشد، به رشد خود ادامه می‌دهند، ولی به محض اینکه نیتروژن‌شان به پایان برسد، رشدشان متوقف می‌شود.
مسئلۀ اصلی در این است که میکرو ارگانیسم‌های تولیدکنندۀ نیتروژن هنگامی که حس کنند نیتروژن کافی در خاک اطرافشان وجود ندارد، شروع به تولید نیتروژن می‌کنند، ولی زمانی که نیتروژن به صورت کود به گیاه داده شود، دیگر خاک احساس نیاز برای تولید نیتروژن نمی‌کند و انرژی خود را صرف کارهای دیگری می‌کند. ایراد دیگر کودهای مصنوعی مانند آمونیاک این است که برای تولیدشان باید حرارت به کار رود و ما این حرارت را از طریق سوزاندن گاز طبیعی به دست خواهیم آورد که ماحصل آن تولید گازهای گلخانهای خواهد بود. از طرفی محصولات کشاورزی تنها حدود نیمی از این نیتروژن را صرف رشد خود می‌کنند و مابقی آن در خاک جذب و باعث آلایندگی خاک و آب‌های زیر زمینی می‌شود و از طرفی به شکل نیتروز اکسید وارد هوا می‌شوند. همان طور که گفته شد، این مورد خیلی خطرناک‌تر از دی‌اکسید کربن است. البته این مسئله با پایش دقیق سطوح نیتروژن خاک توسط کشاورزان قابل اندازه‌گیری است که البته روند خاص خود را دارد. برای جلوگیری از این مسئله، برخی دانش‌مندان روش‌هایی را پیش گرفتند، از جمله ایجاد باکتری‌هایی در خاک به منظور تولید و تثبیت نیتروژن مورد نیاز برای رشد گیاهان به میزان کافی، که اگر این امر در سطح وسیعی عملی شود، نیاز به وجود کودها از بین خواهد رفت.
تمام این موارد که تا این‌جا بررسی شد، مبحث ایجاد گازهای گلخانهای از طریق تأمین غذای بشر بوده‌است که حدود 70 درصد انتشار این گازها را در این بخش بر عهده دارد. اما 30 درصد باقی‌مانده مرتبط با مشکل جنگل‌زدایی است. باید توجه کرد که اگر قرار است درختی کاشته و جای‌گزین شود، باید از همان درختانی باشد که در همان منطقه و اقلیم رشد می‌کردند. اما بهتر از درخت کاشتن، جلوگیری از قطع آن‌ها است، چون این راه راه‌کار عملی بسیار بهتری برای حل این موضوع است.
کلاً استفاده از وسایل نقلیۀ مسافربری و باربری در مجموع 16 درصد از انتشار گازهای گلخانهای را در جهان بر عهده دارد. البته این رده و این درصد برای شما احتمالاً تعجب‌آور بود، زیرا تصور شما چیزی بیش از این بوده‌است.
شاید برای شما جالب باشد که بدانید انرژی ساطح‌شده از یک گالن بنزین برابر است با 130 لولۀ دینامیتی. البته دینامیت انرژی خود را یک‌جا آزاد می‌کند، ولی بنزین با سرعت کم‌تری می‌سوزد و به همین دلیل است که خودروها را با بنزین پُر می‌کنیم. سوای سوخت‌های دیگری مانند گازوئیل و سوخت جت، در دنیا هیچ سوخت ارزانی به اندازۀ بنزین نیست که به ما به این اندازه انرژی بدهد. اگر دقت کنید خواهید دید که بنزین حتی از شیر و آب پرتقال نیز ارزانتر به دست ما می‌رسد.
برای رساندن تولید گازهای گلخانهای به صفر، باید سوختی جای‌گزین برای ماشین‌ها، کشتی‌ها و هواپیماها پیدا کنیم که به همان اندازه پُر انرژی و ارزان باشند، زیرا پس از 200 سال وابستگی به سوخت‌های فسیلی تا زمانی که نتوانیم مادۀ جای‌گزینی مناسب برای آن پیدا کنیم، هرگز از آن‌ها دست نخواهیم کشید.
اما باید بدانید که تنها خودروهای سواری نیستند که موجب تولید دی‌اکسید کربن و افزایش آلایندگی‌های هوا می‌شوند، بلکه سایر وسایل نقلیۀ دیگر نیز سهم زیادی در این بخش دارند. به عنوان مثال، کشتی‌های باربری به تنهایی 3 درصد انتشار گازهای گلخانهای را بر عهده دارند که رقم زیادی است.
امروزه می‌توان ماشین تمام الکترونیکی را از اکثر شرکت‌های مطرح اتومبیل‌سازی جهان به راحتی خریداری کرد. اگر چه اختلاف قیمت خودروهای الکتریکی بیشتر از خودروهایی با سوخت بنزین است، ولی در سال‌های اخیر این اختلاف قیمت کاهش یافته و هم‌چنان در سال‌های آتی کاهش بیش‌تری خواهد یافت. البته باید بدانید که خودروهای الکتریکی به هزینۀ کم‌تری نیاز دارند و از برق به عنوان سوخت استفاده می‌کنند. پیش‌بینی می‌شود که اختلاف قیمت خودروهای الکتریکی با بنزینی در سال 2030 به صفر برسد و امید آن هست که تعداد بسیار بیش‌تری از این نوع خودروها را در سطح شهرها ببینیم.
نقطۀ ضعف خودروهای الکتریکی این است که باید یک ساعت یا بیشتر برای شارژ آن زمان بگذارید، ولی بنزین‌زدن یک اتومبیل شاید کم‌تر از 5 دقیقه زمان ببرد. البته این را نیز باید در نظر گرفت که اگر می‌خواهیم برای کاهش گازهای گلخانهای از خودروهای الکتریکی استفاده کنیم، باید برقی را که برای شارژ این خودروها به کار می‌گیریم، برق پاک و عاری از کربن باشد تا این مسئله تحقق پیدا کند.
روش دیگری که برای این امر می‌توان در نظر گرفت، استفاده از سوخت‌های مایع جای‌گزین است که کربن مورد نیاز را از جو بگیرد و پس از سوزاندن آن دوباره به همان مقدار به جو بازگردد. در این حالت مقدار گازهای گلخانهای افزایش نمی‌یابد و ثابت باقی خواهد ماند.
برخی از شما زمانی که از سوخت جای‌گزین صحبت می‌شود، شاید نگاه‌تان به اتانول بیفتد. اتانول زیست سوختی است که معمولاً از نیشکر، ذرت و چغندرقند درست می‌شود. جالب است بدانید که اکثر سوخت‌هایی که در کشور آمریکا استفاده می‌شود، شامل 10 درصد اتانول است که از ذرت به دست آمده‌است. در برزیل اتومبیل‌هایی وجود دارند که با 100 درصد سوخت اتانول کار می‌کنند که در این کشور این اتانول را از نیشکر به دست می‌آورند. در سایر کشورها نیز همین روند وجود دارد. می‌توان گفت تعداد اندکی از کشورها هستند که اصلاً از اتانول در سوخت‌های خود استفاده نمی‌کنند.
البته اگر با دقت بیش‌تری بنگریم، خواهیم دید که تولید اتانول هم عاری از کربن نیست، زیرا برای پرورش ذرت نیاز به کود است و تصفیۀ پس از برداشت آن نیز باعث انتشار آلاینده‌ها می‌شود. هم‌چنین میزان سطح زیر کِشتی که برای این کار در نظر گرفته می‌شود، می‌توان برای تأمین غذای بشر استفاده شود. از طرفی این کار ممکن است باعث نابودی بیشتر جنگل‌ها برای افزایش زمین کشاورزی شود.
البته همۀ سوخت‌های جای‌گزین این مشکلات را ندارند. مثلاً اگر برای تهیۀ سوخت‌های زیستی از پسماندهای محصولات کشاورزی یا زباله‌ها استفاده کنیم، دیگر نیازی به زمین اضافی، کود و مسائل این‌چنینی نخواهیم داشت.
برخی از سوخت‌های زیستی پیشرفته می‌توانند جای‌گزین کامل سوخت‌های فسیلی امروزی شوند تا بتوان از همین وسایل نقلیه و خطوط لوله‌کشی‌شدۀ موجود استفاده کرد تا منجر به هزینه‌های اضافی زیاد برای دولتها نشود که البته این موضوع هنوز جای کار زیادی دارد.
باید بدانید که این تنها راه تولید سوخت‌های جای‌گزین و اصطلاحاً استعمال فوری نیست، زیرا می‌توان از برق عاری از کربن برای ترکیب هیدروژن موجود در آب با کربن موجود در دی‌اکسید کربن استفاده کرد و سوخت‌های هیدروکربنی تولید کرد. با توجه به اینکه این نوع سوخت‌ها به وسیلۀ برق تولید می‌شوند، به آن سوخت‌های برقی نیز گفته می‌شود که مزایای زیادی دارند. از مزایای مهم آن این است که در تهیۀ آن از دی‌اکسید کربن جذب‌شده در هوا استفاده می‌شود و در مجموع مصرف آن چیزی به آلاینده‌های موجود اضافه نمی‌کند. البته تهیۀ این نوع سوخت‌ها معایب خاص خود را دارد، زیرا اول اینکه سوخت گرانی محسوب می‌شود، دوم اینکه برای تهیۀ آن به هیدروژن نیاز داریم که تهیۀ آن بدون انتشار کربن گران تمام خواهد شد. شایان ذکر است اگر این دو مورد را هم کنار بگذاریم، باید برای تهیۀ این نوع سوخت از برق پاک بهره بگیریم تا به چیزی که می‌خواهیم نزدیک شویم. در غیر این صورت، اصلاً نیازی به تهیۀ آن و قبول این همه دردسر نیست.
متأسفانه زمانی که صحبت از کامیون‌ها و اتوبوس‌ها برای پیمودن مسیرهای دور دست می‌شود، باتریها گزینۀ مناسبی به شمار نمی‌آیند. مسلماً هر چه‌قدر که وسیلۀ نقلیۀ مورد نظر بزرگ‌تر باشد و هر چه میزان مسافت طی‌شدۀ مورد نیاز بیشتر باشد، استفاده از برق برای شارژ موتور دشوارتر خواهد بود. با توجه به اینکه باتریها سنگین هستند و انرژی محدودی را می‌توانند در خود ذخیره کنند، برای به حرکت در آوردن یک کامیون قدرت بسیار بیش‌تری نیاز دارد. البته این مسئله برای اتوبوس‌های شهری یا کامیون‌های کوچکی که داخل شهر تردد می‌کنند، می‌تواند گزینۀ مناسبی به شمار آید.
با یک حساب سر انگشتی می‌توان متوجه شد که در حال حاضر بهترین باتریهای لیتیوم و یونی می‌تواند یک سی و پنجم بنزین انرژی تولید کند و اگر ما نیاز داشته باشیم تا به همان اندازۀ بنزین برای این وسایل نقلیه از باتری استفاده کنیم، باید 35 برابر وزن بنزین برای آن‌ها در نظر بگیریم. حال اگر از میزان فضای اشغال‌شدۀ آن صحبت کنیم، خواهیم دید که برای طی کردن حدود 1000 کیلومتر حدود 25 درصد فضای موجود در کامیون‌ها را فقط باید به باتریها اختصاص داد. حال اگر این مسافت بیش از 1500 کیلومتر شود که دیگر امکان استفاده از باتریها منتفی خواهد شد.
لازم به ذکر است که بهترین هواپیماهای تمام الکترونیکی تنها قابلیت حمل دو نفر را دارند و حداکثر سرعت آن 350 کیلومتر بر ساعت است و زمان تقریبی 3 ساعت را می‌توانند پرواز کنند. حال شما آن را با بوئینگ 787 با ظرفیت حدود 296 مسافر و سرعتی در حدود 1000 کیلومتر بر ساعت و زمان تقریبی 20 ساعت مقایسه کنید. از این مطلب می‌توان نتیجه گرفت که در حال حاضر هواپیماهای مبتنی بر سوخت فسیلی می‌توانند تا سه برابر سریع‌تر، شش برابر مسافت بیشتر و 150 برابر مسافر بیشتر را پشتی‌بانی کنند.
درست است که باتریها در حال پیشرفت هستند، ولی به سختی می‌توان پیش‌بینی کرد که در آینده بتوانند شکاف به این بزرگی را پوشش دهند. بنا بر این بهترین جای‌گزین برای جای‌گزینی سوخت‌های هواپیما استفاده از سوخت‌های برقی و سوخت‌های زیستی پیشرفته هستند.
همین مسائلی که در مورد هواپیماها صحبت شد، در مورد کشتی‌ها نیز مصداق دارد، طوری که بهترین کشتی‌های باربری با سوخت‌های فسیلی می‌توانند تا 200 برابر بار بیشتر و مسافتی در حدود 400 برابر را نسبت به کشتی‌های الکتریکی حمل کنند. باید توجه داشت که چون کشتی‌ها به تنهایی عامل 3 درصد انتشار گازهای گلخانهای در سطح جهان هستند، استفاده از سوخت‌های پاک در آن‌ها می‌تواند کمک شایانی به حل مشکلات انتشار گازهای گلخانهای داشته باشد. البته با توجه به اینکه سوخت‌های کشتی‌های باربری از پسماند فرایندهای پالایش نفت (سوخت بانکر) به دست می‌آید، بسیار ارزان است و پیدا کردن جای‌گزینی مناسب با میزان بهایِ سبز اندک بسیار سخت خواهد بود.
اگر بخواهیم بهایِ سبز را در سوخت‌های مورد استفاده در بخش حمل و نقل محاسبه کنیم، با جدول زیر رو به رو خواهیم شد.
البته استفاده از انرژی هستهای برای به حرکت درآوردن کشتی‌های بزرگ باری می‌تواند گزینۀ مناسبی باشد، ولی آن وقت باید به تمامی جوانب و خطرات احتمالی آن فکر کرد. البته هم اکنون کشتی‌ها، زیردریایی‌ها و حتی هواپیماهای نظامی با همین شیوه به حرکت در می‌آیند، ولی خطرات آن در حال حاضر امکان استفاده از این روش را از ما گرفته است، ولی شاید با تکنولوژی‌های برتر در سال‌های آتی و رفع این مشکلات، این مورد نیز گزینۀ مناسبی برای جای‌گزینی سوخت‌های فسیلی برای استفاده در این نوع وسایل حمل و نقل باشد.
موضوع مهم دیگر این است که ما برای استفاده از همۀ این مواردی که توضیح داده شد، به برق پاکِ بسیار بیش‌تری نیاز خواهیم داشت، به همین دلیل استفاده از منابع تجدیدپذیر و پیگیری پیشرفتهای بزرگ در زمینۀ تولید و ذخیرۀ این منابع از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است.
این بخش حدود 7 درصد انتشار آلاینده‌های زیست محیطی را بر عهده دارد. اگر به آمارهای موجود نگاهی کنیم، شاید به جرات بتوان گفت که اکنون حدود 90 درصد خانواده‌های آمریکایی از سیستم تهویۀ هوای مطبوع در منازل و محل‌های کار خود استفاده می‌کنند. از طرفی تکنولوژی‌های پیشرفته امروزی مانند سرورهای بزرگ در تعداد بسیار زیاد که می‌توانند گرمای زیادی را تولید کنند، نیازمند استفاده از این گونه سیستم‌های تهویۀ هوای مطبوع هستند تا بتوان آن‌ها را خنک نگه داشت و به طور دائم از آن‌ها استفاده کرد.
دستگاه‌های تهویۀ هوای مطبوع به کنار، استفاده از آب‌گرم‌کن نیز بیشتر از تهویۀ هوای مطبوع انرژی مصرف می‌کند. پیش‌بینی‌ها نشان می‌دهد که تا سال 2050 میزان تقاضای جهانی برق برای سرمایش سه برابر خواهد شد و تقریباً می‌توان گفت که میزان مصرف آن به اندازۀ برق مصرفی فعلی کشورهای چین و هند خواهد بود که مسلماً برای تغییرات اقلیمی اتفاق ناگواری است، زیرا امروزه برای تأمین برق، کربن زیادی تولید می‌شود. به همین دلیل است که برق مورد استفاده در ساختمان‌ها عامل ایجاد تقریباً 14 درصد تمامی گازهای گلخانهای در سطح جهان است.
متأسفانه تنها استفاده از برق زیاد برای دستگاه‌های تهویۀ هوای مطبوع معضل ما نیست، بلکه استفاده از فلوئور در دستگاه‌های سردکننده که به مرور زمان فرسوده یا خراب می‌شوند و سپس در جوِ زمین رها می‌شوند به شدت می‌تواند به تغییرات منفی اقلیمی کمک کند. نکتۀ جالبِ توجه این‌جا است که این نوع گازها می‌توانند هزاران برابر بیشتر از دی‌اکسید کربن برای گرمایش زمین خطرناک باشند.
البته کشورهای جهان برای جلوگیری از این خطر مصوب کردند که تا سال 2045 میزان استفاده از این گاز را تا 80 درصد کاهش دهند و رویکردی اتخاذ کنند تا بتوانند از مواد جای‌گزین مناسب و کم ضرری برای این کار ساتفاده کنند.
دستگاه‌های گرمازا و آب‌گرم‌کن‌ها در کل عامل یک سوم انتشار گازهای گلخانهای در ساختمان‌های جهان به شمار می‌روند و بر خلاف سایر وسایل دیگر با برق کار نمی‌کنند و از سوخت‌های فسیلی مانند گاز، نفت و غیره (با توجه به منطقه‌ای که در آن زندگی می‌کنند) استفاده می‌کنند. این به این معنی است که ما نمی‌توانیم تهویۀ هوا و آبِ گرم را تنها با پاک‌سازی شبکۀ برق کربن‌زدایی کنیم، زیرا ما باید به دنبال جای‌گزین‌هایی برای نفت و گاز به منظور استفاده در بخش گرمایشی ساختمان‌ها نیز باشیم.
مسیر رسیدن به کربنِ صفر در بخش سیستم‌های گرمایشی شباهتِ زیادی به مسیر بخش ماشین‌های سواری دارد. یعنی ما باید تا آن‌جا که میتوانیم همۀ این سیستم‌ها را الکتریکی کنیم و از سوخت‌های پاک برای سایرِ موادِ مورد نیاز در آن‌ها استفاده کنیم. خبر خوب این‌جا است که ما در بخش اول یعنی الکتریکی کردن این سیستم‌ها میتوانیم تا جایی پیش برویم که حتی اضافه بهای سبز منفی داشته باشیم، یعنی هزینۀ تمامی وسایل گرمایشی و سرمایشی مقرون به صرفه‌تر از دستگاه‌های فعلی باشند. در ساختمان‌های جدید استفاده از پمپ حرارتی برقی به جای وسایل گرمازای گازی یا نفتی می‌تواند جای‌گزینی مطمئن و باصرفه باشد.
در پمپ‌های حرارتی دمای گازها و مایعات بر اثر انبساط و انقباض تغییر پیدا می‌کند. این نوع پمپ‌ها از طریق به جریان انداختن مایعِ خنک‌کننده‌ای در لوله‌ها (در یک چرخۀ بسته) کار می‌کنند، به طوری که مایعِ خنک‌کننده می‌تواند گرما را از نقطه‌ای جذب و آن را در جای دیگری رها کند. یعنی برای این کار در زمستان، حرارت را از بیرون خانه به درون آن منتقل می‌کند و در تابستان نیز عکس این کار را انجام می‌دهد و گرما را از درون خانه‌ها به بیرون پمپ می‌کند.
در این مطلب تقریباً تمامی پنج منبع اصلی انتشار گازهای گلخانهای را به شما معرفی کردیم. از چگونگی تولید برق شروع کردیم، سپس به ساخت و تولید محصولات رسیدیم و بعد از آن در مورد تأمین غذا یعنی پرورش گیاهان و حیوانات صحبت کردیم. سپس از انتشار وسایل نقلیه در جهان گفتیم و در آخر از وسایل گرمایشی و سرمایشی مثال زدیم. حال امیدوارم تا این‌جا چند مبحث برای شما روشن شده باشد.
اول اینکه معضل موجود بسیار پیچیده است و همۀ این مشکلات از فعالیت‌های بشر حاصل می‌شود. دوم اینکه در حال حاضر ابزارهایی داریم که میتوانیم برای کاهش انتشار گازهای گلخانهای استفاده کنیم. سوم اینکه ابزارهای موجودی که در دست داریم، کافی نیستند، بنا بر این باید اضافه بهایِ سبز آن‌ها را کاهش دهیم و هم‌چنین با نوآوری و خلاقیت روش‌های بهتر و سریع‌تری را برای جای‌گزینی روش‌های موجود به کار ببریم.
نویسنده: فرهاد ناجی
