انرژی در شکلهای مختلفی وجود دارد و میتوان آن را از یک شکل به شکل دیگری تبدیل کرد. مثالهایی از این تبدیلها شامل تبدیل بین گرما، نور، انرژی شیمیایی، مکانیکی، حرارتی و گرانشی است. بهطور عملی، مثالی از این تبدیل میتواند سوزاندن چوب یا زیستتوده باشد. در این حالت، انرژی شیمیایی موجود در چوب سوزانده میشود و محصولات حاصل از آن، گرما و نور هستند. یعنی این تبدیل، از انرژی شیمیایی به انرژی گرمایی و نوری صورت گرفته است. مثال دیگری فتوسنتز است، جایی که گیاهان انرژی خورشیدی را جذب کرده و آن را به انرژی شیمیایی تبدیل میکنند.اینها تنها چند نمونه از تبدیل انرژی هستند. در اصل، همهی تبدیلهای انرژی از یک نقطهی شروع آغاز میشوند که ما آن را منبع اولیه انرژی مینامیم. تنها تعداد کمی منبع اولیه انرژی روی زمین وجود دارد.
1- خورشید:
اولین منبع، خورشید است که هم بزرگترین منبع انرژی و هم بزرگترین منبع ممکن برای تبدیلهای انرژی بهشمار میآید. برای مثال، ما منابع زیستی (بیوژنیک) داریم که از فتوسنتز بهدست میآیند، مانند چوب و دیگر گیاهان، و همچنین محصولاتی مانند اتانول و بیودیزل. در شرایط مناسب، همین محصولات حاصل از فتوسنتز میتوانند به سوختهای فسیلی با انرژی بالا مانند زغالسنگ، نفت خام و گاز طبیعی تبدیل شوند. همچنین گرما و نور خورشید بهطور مستقیم در کاربردهای فتوولتائیک (تبدیل نور به برق) و حرارتی خورشیدی استفاده میشوند،و در تمام پدیدههای جوی مانند باد، امواج، بارش و جریان آب نیز نقش دارند. همهی این موارد میتوانند مهار شده و به شکلهای دیگر انرژی تبدیل شوند.
2- زمین:
منبع اولیهی دیگر انرژی، خود زمین است. درون زمین، مواد معدنی مانند اورانیوم وجود دارند که در صنعت انرژی هستهای بهکار میروند. یکی دیگر از منابع انرژی درون زمین، انرژی زمینگرمایی (geothermal) است که از گرمای موجود درون زمین سرچشمه میگیرد.
3- حرکت زمین و ماهواره ها در منظومه شمسی:
سومین نوع از منابع اولیهی انرژی، حرکت زمین و ماهوارهها در منظومهی شمسی است.حرکت ماه به دور زمین تا حدی مسئول جزر و مد و انرژی حاصل از آن است. نیروی گرانشی ناشی از مدار زمین و جاذبه آن به خورشید نیز نوعی از انرژی است که ما میتوانیم از آن استفاده کنیم.
انرژی معمولاً بهصورت گرما یا برق تأمین میشود. برق بهعنوان شکل باکیفیتتری از انرژی در نظر گرفته میشود و اهمیت زیادی دارد، زیرا میتوان آن را تقریباً به هر شکل دیگری از انرژی تبدیل کرد: گرما، نور، انرژی شیمیایی و غیره. برق معمولاً با استفاده از یک ژنراتور تولید میشود که نوعی از انرژی را به انرژی الکتریکی تبدیل میکند. ژنراتور بهسادگی با آهنربا و یک سیم مسی کار میکند. زمانی که این دو در کنار یکدیگر حرکت میکنند، الکترونها از درون سیم عبور میکنند و جریانی القایی بهوجود میآورند. این جریان الکترونی همان برق است. اگر ژنراتور را به دستگاهی با حرکت مکانیکی مانند توربین متصل کنیم، آهنربا و سیم میتوانند بهسرعت نسبت به هم حرکت کنند و مقدار زیادی برق تولید نمایند. توربین دستگاه سادهای است که حرکت را از یک سیال در حال حرکت مانند هوا، آب یا بخار دریافت کرده و ذخیره میکند. نوع سیالی که استفاده میشود، اغلب نوع انرژی مورد استفاده را تعیین میکند. برای یک ژنراتور بخار، آب جوشانده میشود تا بخار پرفشار ایجاد شود. انرژی مورد نیاز برای جوشاندن آب میتواند از منابعی مانند سوختهای فسیلی، شکافت هستهای یا گرمای زمین تأمین شود. یکی از مزایای مهم منابع هستهای و سوختهای فسیلی این است که قابل کنترل یا “قابل ارسال” هستند، یعنی میتوان مقدار گرما را بسته به میزان برق مورد نیاز تنظیم کرد. اما معایب این منابع شامل منابع محدود و اثرات زیستمحیطی شدید مانند انتشار دیاکسید کربن از سوختهای فسیلی یا پسماندهای رادیواکتیو از منابع هستهای است.
نیروی زمینگرمایی از منبع تجدیدپذیر گرمای درون زمین برای تولید بخار استفاده میکند. مزیت اصلی آن این است که سوخت آن رایگان است،اما تنها در نقاط خاصی از جهان دسترسی به این منبع پرانرژی وجود دارد که استفاده گسترده از آن را محدود میکند.
زیستتوده (Biomass) یا محصولاتی شبیه به چوب نیز میتوانند از طریق فرآیند احتراق برای تولید بخار استفاده شوند.این روش مشابه استفاده از سوختهای فسیلی است، اما مزایایی دارد چون سوخت اولیه با استفاده از فتوسنتز تولید میشود، که خود از نور خورشید و دیاکسید کربن موجود در جو استفاده میکند. بنابراین، میتوان آن را خنثی از نظر کربن دانست، و زیستتوده همچنین میتواند بهعنوان یک روش ذخیره انرژی نیز عمل کند، یعنی قابل جابجایی در سطح جهان است. با این حال، معایب زیستتوده شامل رقابت با محصولات غذایی، فصلهای محدود رشد، و چرخه رشد چندسالهی بیشتر گیاهان است. در حالیکه این منابع انرژی تنها برای تولید بخار استفاده میشوند، بخار تنها سیالی نیست که میتواند توربین را بچرخاند.
نیروی برقآبی (هیدروالکتریک) یکی از روشهای تولید برق است که از آب بهعنوان منبع تجدیدپذیر استفاده میکند. در این روش، تبدیل انرژی بهصورت مستقیم از مکانیکی به الکتریکی انجام میشود، یعنی حرکت آب همان چیزی است که توربین را میچرخاند. یکی از مزایای برقآبی این است که میتواند بهعنوان منبع ذخیره انرژی نیز استفاده شود، یعنی میتوان با ذخیره کردن آب پشت سد و رهاسازی آن در مواقع نیاز، برق تولید کرد. اما معایب آن شامل نیاز به تعمیر و نگهداری مکانیکی سیستم و اختلالات زیستمحیطی است که معمولاً هنگام ساخت سدهای برقآبی رخ میدهد.
انرژی بادی نیز تجدیدپذیر بوده و مانند برقآبی، منبعی برای تبدیل مستقیم انرژی مکانیکی به برق است. در اینجا، سیال مورد استفاده باد یا هوای در حال حرکت است. مزیت انرژی باد این است که سوخت آن رایگان بوده و توربین بادی معمولاً فضای جغرافیایی کمی نیاز دارد. اما عیب آن این است که توربین بادی تنها زمانی کار میکند که باد در حال وزیدن باشد.
