انرژی تجدیدپذیر (به انگلیسی: Renewable energy)، که انرژی برگشت‌پذیر نیز نامیده میشود، به انواعی از انرژی می‌گویند که منبع تولید آن نوع انرژی، بر خلاف انرژیهای تجدیدناپذیر (فسیلی)، قابلیت آن را دارد که توسط طبیعت در یک بازه زمانی کوتاه مجدداً به وجود آمده یا به عبارتی تجدید شود.
در سالهای اخیر با توجه به این که منابع انرژی تجدید ناپذیر رو به اتمام هستند این منابع مورد توجه قرار گرفته‌اند. در سال ۲۰۰۶ حدود ۱۸٪ از انرژی مصرفی جهانی از راه انرژیهای تجدید پذیر بدست آمد. سهم زیست‌توده به‌طور سنتی حدود ۱۳٪، که بیشتر جهت حرارت دهی و ۳٪ انرژی آبی بود.۲/۴٪ باقی‌مانده شامل نیروگاهای آبی کوچک، زیست توده مدرن، انرژی بادی، انرژی خورشیدی، انرژی زمین‌گرمایی و سوختهای زیستی می‌باشد که به سرعت در حال گسترش هستند.
استفاده از انرژی بادی با رشدی سالانه حدود ۳۰٪ با ظرفیت نصب شده ۱۵۷۹۰۰ مگاوات در سال ۲۰۰۹، به صورت وسیعی در اروپا، آسیا و ایالات متحده به چشم می‌خورد. درپایان سال ۲۰۰۹ میلادی مجموع انرژی تولیدی به وسیله فتوولتاییک به بیش از ۲۱۰۰۰ مگاوات رسید. ایستگاهای انرژی گرما-خورشیدی در آمریکا و اسپانیا مشغول به کار می باشندکه بزرگترین آنها با ظرفیت ۳۵۴ مگاوات در بیابان موهاوی در حال کار است.[۱]
بزرگترین نیروگاه زمین گرمایی دنیا در کالیفرنیا با نام نیروگاه گیسرز با ظرفیت ۷۵۰ مگاوات در حال فعالیت می‌باشد. برزیل یکی از کشورهایی است که پروژه‌های بزرگی برای استفاده از انرژیهای نو (انرژیهای تجدیدپذیر) انجام میدهد. ۱۸٪ از کل مصرف سوخت اتوموبیل‌های برزیل از طریق سوخت اتانولیکه از ساقهٔ نیشکر به‌دست می‌آید تأمین میشود. سوخت اتانولی به‌صورت گسترده در ایالات متحده مورد استفاده قرار می‌گیرد.
بیشترین پروژه‌ها و محصولات انرژیهای نو در مقیاس بزرگ موجود می‌باشند، ولی انرژیهای نو را می‌توان در مقیاس‌های کوچک (نیروگاه کوچک خارج مدار یانیروگاه کوچک مدار بسته) هم استفاده کرد. به این دلیل که منابع انرژیهای تجدیدپذیر در تمام نقاط کرهٔ زمین در دسترس می‌باشند، در حواشی و در جاهای دور افتاده، نقش انرژیهای نو به‌خوبی نمایان میشود، در حالی که منابع سوختهای فسیلی (نفت، گاز، و زغال‌سنگ) فقط در کشورهای خاصی یافت میشود. کنیا دارای بالاترین نرخ سالانه فروش سیستم‌های کوچک خورشیدی (۲۰-۱۰۰ وات) به میزان ۳۰۰۰۰ سیستم در سال می‌باشد.
نگرانی دربارهٔ تغییرات زیست محیطی در کنار افزایش قیمت روزافزان نفت و اوج تولید نفت و حمایت دولت‌ها، باعث رشد روزافزون وضع قوانینی میشود که بهره‌برداری و تجاری سازی این منابع سرشار تجدیدپذیر را تشویق می‌کنند.
انواع انرژیهای تجدید پذیر عبارتند از:
- انرژی آبی (نیروی برق‌آبی)
- انرژی بادی
- انرژی خورشیدی
- انرژی زمین‌گرمایی
- انرژی زیست توده (زیست‌سوخت)
- انرژی امواج و جزر و مد
- در ایران
قانون عضویت دولت ایران در آژانس بین‌المللی انرژیهای تجدیدپذیر پس از تصویب مجلس و تأیید شورای نگهبان در ۱۴ خرداد ۱۳۹۱ از سوی رییس جمهور ابلاغ شد. بر اساس این قانون، دولت اجازه خواهد داشت در آژانس بین‌المللی انرژیهای تجدیدپذیر عضویت یابد و نسبت به پرداخت حق عضویت مربوط اقدام کند.
آژانس بین‌المللی انرژیهای تجدیدپذیر (ایرِنا - IRENA) در سال ۲۰۰۹ برای ترویج استفاده و افزایش استفاده پایدار از همه اشکال انرژی تجدیدپذیر تاسیس شد. آسان کردن دسترسی به تمام اطلاعات مربوط به انرژیهای تجدیدپذیر، از جمله اطلاعات فنی از دیگر وظایف ایرنا می‌باشد. اساسنامه این آژانس در تاریخ ۸ ژوئیه ۲۰۱۰ به تصویب رسید. در ژوئن ۲۰۰۹، در جلسه کمیسیون مقدماتی، ابوظبی به عنوان مقر آژانس به طور موقت انتخاب شد
تاریخچه
ایرنا را می‌توان زاییده افکار هرمان شیر، نماینده مبارز آلمانی و از رهبران طرفداران انرژیهای تجدیدپذیر دانست. وی تا زمان مرگش (۱۴ اکتبر ۲۰۱۰ میلادی) رئیس یوروسولار (EUROSOLAR)، انجمن اروپایی انرژیهای تجدیدپذیر، واقع در آلمان و رئیس مجلس جهانی انرژیهای تجدیدپذیر بود. شیر، این ایده را در سال ۱۹۹۰ مطرح کرد و از آن زمان برای محقق کردن این ایده تلاش کرده.
در سال ۲۰۰۲، این ایده او را به سالن‌های مجلس آلمان کشاند. در آن زمان، حزب سوسیال دموکرات و حزب سبز، ایرنا را به‌عنوان بخشی از اهداف سیاسی خود منظور کردند. این امر تا سال ۲۰۰۷ ادامه داشت، زمانی‌که دولت آلمان این ایده را پذیرفت و شروع به مذاکرات دوجانبه با کشورهای مختلف کرد تا بتواند آن را با موفقیت اجرا کند. [۲] اساسنامه تاسیس آژانس بین‌المللی انرژیهای تجدیدپذیر در تاریخ ۱۲ آبان ۱۳۸۷ (۲۳ اکتبر ۲۰۰۸ میلادی) در شهر مادرید اسپانیا توسط ۵۱ کشور طی کنفرانس مقدماتی نهایی گردید. این اساسنامه در اولین نشست مقدماتی اعضا در شهر بنآلمان به امضای ۵۷ کشور از جمله ایران رسید.
در دومین نشست مقدماتی این آژانس که در شرم الشیخ مصر برگزار شد، شهر مصدر در ابوظبی به عنوان مقر اصلی آژانس تعیین شد. مرکز فناوری و نوآوری در کشور آلمان و دفتر رابط آژانس با دیگر سازمان‌های فعال در زمینه انرژیهای تجدیدپذیر نیز در اتریش مستقر خواهندشد.
در نشست پنجم کمیسیون مقدماتی در آوریل ۲۰۱۱ کلیه قوانین و مقررات مورد بررسی و تصویب کشورهای عضو قرارگرفت و نهایتاً با برگزاری اولین نشست مجمع، کلیه فعالیتهای کمیسیون به آژانس واگذار گردید و با موافقت اکثریت کشورهای عضو عدنان امین به عنوان مدیرکل آژانس معرفی گردید.
اهداف
براساس این اساسنامه هدف اصلی تشکیل آژانس توسعه گسترده و پذیرش استفاده از انواع انرژیهای تجدیدپذیر در سراسر جهان می‌باشد و در این زمینه موارد زیر از اهمیت خاصی برخوردار است:
- اولویت دادن به منافع حاصل از انرژیهای تجدیدپذیر نسبت به سایر انرژی‌ها و افزایش بهره وری انرژی در کشورهای عضو
- افزایش سهم انرژیهای تجدیدپذیر در حفظ محیط زیست و کاهش استفاده بیش از حد از منابع طبیعی، کاهش ویرانی جنگلها به ویژه در مناطق گرمسیری، جلوگیری از نابودی تنوع زیستیو دستیابی به امنیت عرضه انرژی در عرصه جهانی
طبق این اساسنامه ایرنا زمینه اصلی فعالیت آژانس کلیه انرژیهای حاصل از منابع تجدیدپذیر بویژه انرژیهای زیستی، زمین گرمایی، برق آبی، جزر ومد دریاها و اقیانوس‌ها، خورشیدی و بادیمی‌باشد.
کشورهایی که اساسنامه آژانس را امضا کرده‌اند. اساسنامه آژانس در مجلس این کشورها به تصویب رسیده‌است.(تا تاریخ ۱۶ می ۲۰۱۱)
تا تاریخ ۱۶ مارس ۲۰۱۱ ، ۱۴۸ کشور و اتحادیه اروپا اساسنامه ایرنا را امضا کرده‌اند. از این میان ۶۶ کشور اساسنامه آژانس را در مجلس خود به تصویب رسانده‌اند. از زمان برگزاری اولین نشست مجمع آژانس در آوریل ۲۰۱۱ تنها کشورهای عضوی که اساسنامه را به تصویب مجلس کشور متبوع خود رسانده‌اند به عنوان عضو دائم و دارای حق رای شناخته می‌شوند و سایر کشورها تنها به عنوان ناظر و بدون حق رای امکان شرکت در جلسات مجمع را دارند. وزارت نیرو و سازمان انرژیای نو ایران (سانا) به همراه نمایندگان وزارت امور خارجه به نمایندگی از ایران در جلسات و تصمیم گیری‌ها حضور دارند.
زیست توده (به انگلیسی: Biomass) یا بیوماس یک منبع تجدید پذیر انرژی است که از مواد زیستی به دست می‌آید. به‌طورکلی کلیه زباله‌هایی که منشاء زیستی داشته باشند و از تکثیر سلولی پدید آمده باشند بیوماس نامیده می‌شوند.
منابع بیوماسی که برای تولید انرژی مناسب هستند، طیف وسیعی از مواد را شامل می شوند که بطور عمده به شش گروه تقسیم بندی میگردند: 1-جنگل ها و ضایعات جنگلی، 2- محصولات و ضایعات کشاورزی، باغداری و صنایع غذایی، 3- فضولات دامی، 4- فاضلابهای شهری، 5- فاضلاب‌ها، پسماندها و زائدات آلی صنعتی، و 6- ضایعات جامد زباله‌های شهری زیست توده شامل زباله‌های زیستی قابل سوزاندن هم میشود، اما شامل مواد زیستی مانند سوخت فسیلی که طی فرایندهای زمین شناسی تغییر شکل یافته‌اند، مانند ذغال سنگ یا نفت نمی‌شود. اگرچه سوختهای فسیلی ریشه در زیست توده در زمان بسیار قدیم دارند، به دلیل اینکه کربن موجود در آنها از چرخه زیستی طبیعت خارج شده‌است و سوزاندن آنها تعادل دی اکسید کربن موجود در جو را به هم می‌زند، عنوان زیست توده به آنها اطلاق نمی‌گردد.
تعریف اتحادیه اروپا از زیست توده که در راهنمای 2001/77/EC به تاریخ ۲۷ سپتامبر ۲۰۰۱ میلادی عنوان شده، عبارت است از: "زیست توده عبارت است از اجزا قابل تجزیه زیستی از محصولات، پسماندها و زائدات کشاورزی(شامل موادگیاهی و دامی)، جنگلها و صنایع وابسته و همچنین زائدات صنعتی و شهری قابل تجزیه". بر اساس تعریف علمی ارائه شده برای زیست توده در این آیین نامه، زیست توده به سوختهائی اطلاق میگردد که از جرم توده فیتوپلانکتونها و جرم توده زئوپلانکتونها ساخته می‌شوند.
امروزه مشخص شده است که سوختهای زیستی به دست آمده از پسماندهای جنگلها و محصول‌های کشاورزی جهان می‌تواند سالانه به اندازه ۷۰ میلیارد تن نفت خام انرژی در دسترس بشر قرار دهد که این میزان ۱۰ برابر مصرف سالانه انرژی در جهان است. همچنین می‌توان از این سوخت‌ها بیشتر در تولید گرما بهره برد زیرا می‌توانند باعث صرفه جویی اقتصادی چشمگیری شوند. زیست توده شامل زباله‌های زیستی قابل سوزاندن هم میشود.
زیست توده قابلیت تولید برق، حرارت، سوختهای مایع، سوختهای گازی و انواع کاربردهای مفید شیمیایی را دارا می باشد. زیست توده سهم بزرگی در میان دیگر انواع منابع انرژیهای نو دارا می باشد بطوریکه پس از ذغال سنگ، نفت و گاز طبیعی، چهارمین منبع بزرگ انرژی در دنیا می‌باشد. این منبع حدود 14 درصد از انرژی اولیه جهان را تامین می‌نماید و در حال حاضر بیش از 5/11% از انرژی اولیه جهان توسط منابع زیست توده تامین میگردد. و این در حالی است که در ایالات متحده آمریکا 3-4 درصد از انرژی اولیه مورد نیاز فقط از منابع زیست توده تامین میشود. قابلیتهای زیست توده تنها در تولید حرارت نیست، بلکه در تولید سرما، سوختهای مورد نیاز برای حمل و نقل و تولید انرژی الکتریکی نیز استفاده دارد. در سال 2005حدود 44000 مگاوات نیروگاه تولید برق ( با انواع فن آوریها ) و 225000 مگاوات حرارتی نیروگاه مدرن تولید حرارت با منبع زیست توده احداث شده است که حدود 10000 مگاوات آن فقط در ایالات متحده بوده است (حدود 58 درصد از بازار تولید انرژی از منابع تجدید پذیر در امریکا). همچنین بیش از 50 میلیارد لیتر سوخت تجدیدپذیر از منابع زیست توده تولید و مصرف میگردد.
۵تقسیم بندی انواع منابع زیست توده
- ۵.۱دورریزهای جامد شهری را می‌توان به مواد ذیل طبقه‌بندی نمود
- ۵.۲انواع دوریزها و پسماندهای جامد
- ۵.۳دوریزهای خطرناک نیز معمولاً به گروههای زیر تقسیم می‌شوند
- ۵.۴فاضلابهای شهری
- ۵.۵زائدات کشاورزی و جنگلی
- ۵.۶فضولات حیوانی
- ۵.۷پسماندهای صنایع غذایی و کشاورزی
- ۶.۱مصارف غیر نیروگاهی زیست توده
- چرخه زیست‌توده در طبیعت
بخشی از تشعشع خورشید که به اتمسفر زمین می‌رسد، بواسطه فرایند فتوسنتز در گیاهان جذب و ذخیره میشود. ماکزیمم راندمان تبدیل انرژی خورشیدی در این فرایند بین ۵ تا ۶ درصد است. گیاهان بعنوان منابع ذخیره کربن هستند و CO2 را از هوا جذب کرده و بصورت کربن ذخیره می‌نمایند. وقتی گیاهی توسط جانوری خورده میشود، بخشی از کربن موجود در گیاه خورده شده به انرژی تبدیل میشود و بخشی دیگر دربافت‌های زنده ذخیره میگردد. بخش سوم نیز با فضولات حیوانی دفع میگردد. در صورتی که چوب یا گیاهان سوزانده شوند، علاوه بر انرژی، بخش اعظمی از کربن ذخیره شده بصورت کربن دی‌اکسید آزاد میشود و بخشی نیز در خاکستر باقی می‌ماند.
تاریخچه
فناپذیری سوختهای فسیلی، تنوع‌بخشی به منابع انرژی، توسعه پایدار ایجاد امنیت انرژی، مشکلات زیست محیطی ناشی از مصارف انرژی فسیلی از یک طرف و تجدیدپذیر بودن منابع انرژیهای نو نظیر خورشید، باد، زیست توده و ... از طرف دیگر باعث توجه جدی جهانیان به توسعه و گسترش استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر و افزایش سهم این منابع در سبد انرژی جهانی شده است. امروزه ما شاهد افزایش چشمگیر فعالیت‌ها و بودجه دولت‌ها و شرکت‌ها در امر تحقیق، توسعه و عرضه سیستم‌های انرژیهای تجدیدپذیرهستیم و این فعالیت‌ها همراه با صرف بودجه‌های کلان در این زمینه در نهایت موجب کاهش قیمت تمام شده انرژیهای تجدیدپذیر و رقابت‌پذیری این تکنولوژی با سیستم‌های انرژی سنتی موجود میگردد. از نقطه نظر تاریخی استفاده از انرژی زیست توده به ابتدایی‌ترین دوره‌های تاریخ باز میگردد. از زمانی که آتش شناخته شد، انسان نخستین همواره چوب و برگ خشک درختان را به عنوان سوخت استفاده می‌کرده و این چرخه تا قرن حاضر نیز ادامه پیدا کرده است.
تاریخچه زیست توده در جهان
- کشف و مهار آتش و استفاده از حرارت حاصل از سوزاندن چوب و خار و خاشاک
- خروج گاز و اشتعالناقص آن ناشی از دفن زباله در طبقات زیرین زمین توسط پیلی نی روسی
نخستین نیروگاه بایومس در کشور بنگلادش
تاریخچه زیست توده درایران
- محمدبن حسین عاملی معروف به شیخ بهائی(۱۰۳۱-۹۳۵ هجری قمری) جزء نخستین کسانی بوده که از بیوگاز حاصل از زیست توده (فاضلاب حمام) استفاده کرده و آن را به عنوان سوخت یک حمام در اصفهان به کار برده است.
- اولین هاضم تولید گاز متاندر ایران در روستاهای نیازآباد لرستان در سال ۱۳۵۴ ساخته شده است. این دستگاه به گنجایش ۵ متر مکعب فضولات گاوی روستا را مورد استفاده قرار داده و بیوگاز مصرفی حمام مجاور را تأمین می نموده است.
- از نظر استفاده‌های سنتی از این منبع، مطابق سرشماری سال ۱۳۷۵، ۱۰ درصد خانوارهای روستایی برای گرمایشمنازل خود و ۵ درصد خانوارهای روستایی برای پخت‌وپز عمدتاً از چوبو فضولات دامی استفاده می کرده‌اند.
- در سال ۱۳۵۹ دو واحد کوچک آزمایشی در دانشگاه بوعلی سیناهمدان احداث گردید که با فضولات کشتارگاه و کودگاوی تغذیه می‌گردید.
- دانشگاه صنعتی شریفنیز در سال ۱۳۶۱ یک واحد ۳ متر مکب را به صورت آزمایشی مورد مطالعه قرار داد که با فضولات گاوی بارگیری می‌شد.
- موسسه DLRآلمان نیز پتانسیل اقتصادی زیست توده برای تولید برق را تا سال ۲۰۵۰ بمیزان ۳۵۰۰ مگاوات محاسبه و ارائه نموده است.
- در حال حاضر پروژه‌های متعددی در این خصوص توسط وزارت نیروو بخش خصوصی در دست اجرا می‌باشد.
- موسسه DLRآلمان نیز پتانسیل اقتصادی زیست توده برای تولید برق را تا سال ۲۰۵۰ بمیزان ۳۵۰۰ مگاوات محاسبه و ارائه نموده است.
- دانشگاه صنعتی شریفنیز در سال ۱۳۶۱ یک واحد ۳ متر مکب را به صورت آزمایشی مورد مطالعه قرار داد که با فضولات گاوی بارگیری می‌شد.
- در سال ۱۳۵۹ دو واحد کوچک آزمایشی در دانشگاه بوعلی سیناهمدان احداث گردید که با فضولات کشتارگاه و کودگاوی تغذیه می‌گردید.
- از نظر استفاده‌های سنتی از این منبع، مطابق سرشماری سال ۱۳۷۵، ۱۰ درصد خانوارهای روستایی برای گرمایشمنازل خود و ۵ درصد خانوارهای روستایی برای پخت‌وپز عمدتاً از چوبو فضولات دامی استفاده می کرده‌اند.
- اولین هاضم تولید گاز متاندر ایران در روستاهای نیازآباد لرستان در سال ۱۳۵۴ ساخته شده است. این دستگاه به گنجایش ۵ متر مکعب فضولات گاوی روستا را مورد استفاده قرار داده و بیوگاز مصرفی حمام مجاور را تأمین می نموده است.
برای نخستین بار در ایران سوخت زیست توده جامد در سال ١٣٩١ توسط شرکت دانش بنیان با مدیر عاملی مهدی پورمیرزا در پارک علم و فناوری استان گیلان تولید شد.
ساختار شیمیایی
زیست توده بر پایه کربن است و از مخلوط مولکولهای آلی، شامل هیدروژن، معمولاً اکسیژن و اغلب نیتروژن و مقدار کمی از دیگر اتمها مانند، فلزات قلیایی، فلزات قلیایی خاکی و فلزات سنگیناست. . منابع زسیت توده شامل ترکیبات آلی با زنجیره بلند می‌باشند که در فرایند هضم به مولکولهای ساده‌تر تبدیل میگردد. حاصل این فرایند گازی قابل اشتعال به نام بیو گاز می‌باشد به بیو گازگاز مرداب نیز گفته میشود این گاز شامل دو جز عمده متان و دی اکسید کربن به همرام مقدار جزیی از گازهای دیگر می‌باشد این مخلوط گازی با ارزش حرارتی ۲/۲ – ۵/۱ مگاژول بر مترمکعب است.
راه‌های تامین منابع انرژی زیست توده
یکی از راه‌های تامین منابع انرژی زیست توده، کاشت درختان یا درختچه‌های مناسب (با دوره رشد کوتاه و سریع) در زمین‌های نامرغوب و نیمه بایر است. گر چه سوزاندن این منابع، گاز دی اکسید کربن
پروژه و تحقیق- انرژی هیدروژنی و امواج دریا- در 70 صفحه-docx
