1-1 طاقة حرارة مياه البحار والمحيطات
تختلف درجة حرارة مياه المحيطات باختلاف الطبقة والمنطقة الجوفية التي توجد فيها
الحرارة فيها في بعض المناطق إلى نحو 30 درجة مئوية أما طبقة المياه الباردة
السفلية فإنها تتكون نتيجة لذوبان التلوج القادمة من المناطق القطبية ؛ ونظراً إلى برودة
تصل درجة حرارتها إلى حوالي 5 درجات مئوية على أعماق تتراوح من 800 إلى
00 متر (الشكل 11-1)
شكل (1-11): منظومة تستخدم لاستغلال طاقة حرارة المحيطات
لد فكر بعض العلماء في استخدام الفرق بين درجة حرارة سطح البحار ودرجة حرارته
السفلية في توليد الطاقة الحركية وعلى الرغم من صغر هذا الفارق فإنه يكفي نظرياً
للاستفادة منه في توليد الطاقة ؛ وإن كانت كفاءة المحرك الحراري الناتج ستكون قليلة
إلى حد ما ء إذ قد لا تزيد عن 266 ويشترط لنجاح توليد الطاقة بهذا الأسلوب ألا يقل
الفرق في درجة الحرارة بين طبقتي المياه الدافئة والباردة عن 15 درجة مئوية

إن أول تجربة ناجحة في استغلال هذا المورد من الطاقة تتّت في عام 1929 ؛ وقد قام
شاطئ البحر واستخدم فيه الماء البارد من أعماق البحر عبر أنبوب طويل ولئن لم تكن
هذه المحاولة ناجحة من الناحية الاقتصادية فانها برهنت على إمكان نتفيذ هذه الأفكار
صرفت في سحب المياه وكشفت هذه التجربة أن تشغيل محطة بحرارة المحيطات
تنتج 100 ميجاوات فإن ذلك يتطلب ضخ حوالي 500 متر مكعب من الماء بالثانية لكل
من الماء البارد والماء الدافئّ خلال تبادلها الحراري
وهنالك طريقتان لاستغلال حرارة مياه البحار في إنتاج الطاقة الكهربائية الأولى هي
استخدام الدائرة المفتوحة ؛ وفيها يستعمل ماء البحر وحده والثانية هي استخدام الدائرة
المغلقة وذلك باستعمال سائل آخر سريع التطاير
وطريقة الدائرة المفتوحة بسيطة نسبياً أذ يدفع ماء سطح البحر الدافئ ؛ الذي تكون
حرارته حوالي 30 درجة مئوية ؛ إلى مبخر خاص تحت ضغط مظخل (ص17:0)
يصل إلى نحو ثلاثة أجزاء من مائة| 3 من الضغط الجوي الاعتيادي ؛ فيتحول
من الماء البارد الوارد من قاع البحر فيتكثف البخار إلى ماء مرة أخرى وهذا الفارق
في الضغط بين أول الدائرة ونهايتها هو الذي يدفع التوربين إلى الدوران مولداً
الكهرباء ويبين الشكل (2-11) مخططاً لهذه الطريقة
بخار
ماء دافئ
ماء بارد ب
مبادل حراري
شكل (2-11): طريقة الدائرة المفتوحة لائتاج الطاقة من حرارة مياه المحيطات

وتحتاج هذه الطريقة إلى استخدام توربين ضخم ؛ ويجب كذلك تخليص مياه البحر من
الهواء الذائب فيه حتى لا يؤؤدي هذا الهواء إلى تقليل ضغط البخار وتوقف العنفة عن
الحركة
وتختلف طريقة الدائرة المغلقة عن الطريقة الأولى حيث يستخدم فيها سائل آخر سهل
التطاير مثل النشادر في دائرة مقفلة خاصة به ؛ ويُدفع النشادر إلى مبادل حراري ليقابل
تياراً من سطح البحر الدافئ فيتحول النشادر إلى غاز أو بخار يمر من خلال التوربين
ويدفعه إلى الدوران يخرج النشادر من العنفة على مبادل حراري ليقابل تياراً من ماء
البحر البارد القادم من الأعماق فيتكثف النشادر إلى سائل مرة أخرى ويمكن استخدام
غازات أخرى بدل النشادر كالفريون مثلا ويبين الشكل (3-11) مخططاً لمنظومة من
هذا النوع نشادر (غاز)
ماء دافئ
ماء بارد
مبادل حراردي
ماء
شكل (3-11): طريقة الدائرة المقفلة لانتاج الطاقة من حرارة مياه المحيطات
ماء
لا يمكن حالياً الحكم على مدى جدوى استخدام هذه الطاقة ؛ ولا بد من إجراء مزيد من
البحوث والدراسات لزيادة كفاءة المبادلات الحرارية وزيادة كفاءة التوربينات المولدة
للكهرباء مع ضرورة صنع تجهيزات من مواد خاصة تستطيع مقاومة التاكل الناتج من
مياه المحيط المحملة بالأملاح
طاقة وقود الهيدروجين
يعتبر الهيدروجين أحد البدائل الجديدة للطاقة ؛ ويمكن أن يكون وقود المستقبل وذلك

احتراق فتنتج عنه حرارة عالية يمكن أن تحول الماء إلى بخار لإدارة توربينات توليد
الطاقة الكهربائية إضافة إلى إمكانية استخدامه في مكائن الاحتراق الداخلي للسيارات
وكالغاز الطبيعي يمكن حرقه واستخدام الحرارة الناتجة منه في التسخين
ينتج الهيدروجين حالياً من النفط ؛ والغاز الطبيعي ؛ والفحم وتقدر نسبة الإنتاج
بحوالي 5096 من النفط ؛ 3066 من الغاز الطبيعي ؛ و 1596 من الفحم ؛ و 5196 من
المصادر الأخرى ويمكن إنتاج الهيدروجين من التحليل الكهربائي للماء آذ يتم تحليل
الماء كهربائياً إلى عنصري الأوكسجين والهيدروجين ؛ ومن هذه الطريقة ينتج غاز
بدرجة نقاوة عالية جداً
تعتبر المياه المتوفرة في البحار والمحيطات المصدر الرئيسي لإنتاج غاز الهيدروجين
ويمكن استخدام الطاقة الشمسية في إنتاج الهيدروجين وذلك بتحويل الإشعاع الشمسي
إلى طاقة كهربائية بواسطة الخلايا الشمسية ومن ثم استخدام الكهرباء الناتئج لتحليل
الماء ويوضح الشكل (4-11) كي كيفية عمل المحلل الكهروليتي لتحليل الماء وتتضمن
العملية التفاعلات التالية :
التفاعل في المهبط :
التفاعل في المصعد 11,0+28+,0 ج2011
التفاعل النهائي : ,0ل + ييز ج 0ةا
ولاق

عند مرور تيار كهربائي مستمر في الخلية فإن الهيدروجين (شحناته موجبة) يتجمع عند
الهيدروجين والأوكسجين ؛ ويتم فصل كل غاز عن المحلول الناتج في الغرفة الخاصة
بفصل الغازات ؛ ثم يعود سائل المحلول ثانية إلى الخلية لإعادة الدورة مرة أخرى
وهكذا ؛ وبعد الحصول على الهيدروجين يتم تخزينه إما على شكل سائل مضغوط أو
على شكل غاز في خزانات أو اسطوانات تحت ضغوط مختلفة حسب نوع الاستخدام
والتطبيق
3-1 خلايا الوقود
تتكون خلية الوقود من قطبين من الكربون تفصل بينهما مادة موصلة للكهرباء تعرف
بالالكتروليت؛ وهي تتكون عادة من مادة حامض الكبريتيك أو هيدروكسيد البوتاسيوم
وتعمل خلية الوقود عن طريق أكسدة غاز الهيدروجين بأوكسيد الهواء فعند أمرار تيار
من الأوكسجين أو الهواء على القطب الموجب فإن ذلك يتسبب في انطلاق الإلكترونات
من قطب إلى آخر ويسبب مرور التيار الكهربائي ويبين الشكل (5-11) مبداً عمل
الحمل 3
شكل (5-11): مخططاً يوضح مبداً عمل خلية الوقود
عند القطب الموجب فتحول ذرة الهيدروجين تتحول إلى أيونات الهيدروجين
والكترونات وتدخل خلال حامض الكبريتيك أو هيدروكسيد البوتاسيوم

وعند القطب السالب تتحد أيونات الهيدروجين مع ذرات الأوكسجين والألكترونات
لتكوين ماء وتسير الألكترونات خلال الدائرة الخارجية التي تربط القطبين
تتميز خلايا الوقود ببساطتها وكفاءتها العالية التي تتراوح بين 5066و 6596 ؛ كما إنها
لاايصدر عنها أي ضوضاء وهي غير ملوثة للبيئة؛ فإنتاجها بخار ماء فقط وبذلك
يمكن نصبها داخل المدن قريباً من الأحمل الكهربائية ومنظوماتها بسيطة ومن السهل
نصبها؛ ويمكن أيضاً استخدام أنواع مختلفة من الوقود كالغاز الطبيعي والهيدروجين
والميثانول والغاز الحيوي
ويمكن استخدام خلايا الوقود في حافلات النقل فبالرغم من أن ثقل وزنها لا يؤهلها
للاستخدام في السيارات الصغيرة فأنها مناسبة جداً للحافلات الكبيرة والشاحنات ومن
المشاكل التي تواجه توسيع استخدام خلايا الوقود ارتفاع سعرها الأولي وتجري
أبحاث كثيرة في دول مختلفة من العالم لتقليل سعرها وقد تم نصب محطتين تجريبيتين
في هذا المجال أحداهما بسعة 45177 في مدينة طوكيو وأخرى بسعة 4811177 في
مدنية نيويورك
الطاقة المسترجعة
أخذت منظومات الطاقة المسترجعة بالتطور والانتشار على نطاق تجاري محدود وقد
تزامن استغلال هذه الطاقة كأحد الحلول المقترحة للتغلب على تلوث البيئة من خلال
استغلال المخلفات الحارة والساخنة التي تتسرب إلى الجو والأرض والمياه
وتعتبر الطاقة المسترجعة من المعامل والمصانع والحرارة الناتجة من أجهزة التكيف
وتوليد البخار والغازات أمثلة لأشواع مصادر هذه الطاقة تستخدم حالياً هذه الطاقة في
عمليات التدفئة وتسخين المياه للمجمعات السكنية القريبةة من مصادرها ويعتبر استغلال
مصادر الطاقة المسترجعة ذا مردودات اقتصادية وبيئية مشجعة

أسئلة تقويمية
كيف يتم استخلاص الطاقة من فرق درجات الحرارة بين السطح وأعماق البحار
ما هي التقنيات التي يتم فيها توليد الطاقة الكهربائية من طاقة حرارة مياه المحيطات
والبحار ؟
ما هي الطرق المستخدمة حالياً في إنتاج الهيدروجين ؟
تعتبر خلايا الوقود من التقنيات الواعدة والتي سيكون لها دور كبير في تأمين جزء من
احتياجات الطاقة في المستقبل ما هي مكونات هذه الخلايا ؟ وكيف يتم الحصول على
ما هي مشاكل تقنية خلايا الوقود ؟
ما هي فوائد استغلال تقنية خلايا الوقود على البيئة خصوصاً وإن وقودها الهواء الدافئ
والهيدروجين بينما ناتجها الكهرباء ومخلفاتها الماء ؟ وهل ترى في إنتاج بخار الماء من
هذه العلمية تأثيراً على المناخ لو استخدمت هذه التقنية بشكل واسع ؟