אנרגיה מתחדשת

אנרגיה מתחדשת היא אנרגיה המתקבלת ממקורות טבעיים כמעט בלתי נדלים, אם בגלל כמות האנרגיה העצומה העצורה בהם, ואם בגלל יכולתם להתחדש תוך זמן קצר באמצעות תהליכים טבעיים.

מקורות אלה נחשבים כבלתי מתכלים, בניגוד למקורות אנרגיה מתכלים כגון מרבצי פחם, נפט וגז טבעי, אשר הולכים ומתדלדלים בעקבות השימוש הרב הנעשה בהם.

מקורות אנרגיה בלתי מתכלים הם השמש (אנרגיה סולרית), המים (אנרגיית מים כולל אנרגיית גאות ושפל וזרמים ימיים) והרוח (אנרגיית רוח).

האנרגיה המתחדשת היא אחת מצורות האנרגיה הירוקה.

 מבט היסטורי 
מקורות האנרגיה המתחדשת היו מקורות האנרגיה הראשונים בהם השתמשה האנושות. הם היו זמינים ולא דרשו רמה טכנולוגית גבוהה ליישומם.
ממוזער|תרשים אפשרי למערך המראות של ארכימדס
מספרים על ארכימדס, אשר בעת המצור על סירקוסאי, בשנת 212 לפני הספירה, המציא מערכת מראות שהבעירה את ספינות המלחמה של האויב באמצעות קרינת השמש.

תרבויות עתיקות, כגון היוונים, הרומאים, הפרסים והסינים השתמשו באנרגיית הרוח והמים תוך הפיכתה לאנרגיה מכנית, בטחנות קמח המופעלות על ידי הרוח או המים, ובמבטשות לעיבוד צמר שנבנו ליד נהרות.

האוניות הראשונות היו אוניות מפרשים המונעות בכוח הרוח תוך הסתייעות בזרמים הימיים.

לצד מקורות האנרגיה המתחדשת נעשה תמיד שימוש בחומרי בערה טבעיים, כגון עץ, כבול ומאוחר יותר פחם, לצורך הפקת חום לשימושים ביתיים ותעשייתיים.

נקודת המפנה, בה נזנחו מקורות האנרגיה המתחדשים לטובת מקורות אנרגיה מתכלים, חלה בשנת 1744 עת נכנס לשימוש מנוע הקיטור, שהומצא על ידי ג'יימס ואט, אירוע שסימן את תחילתה של המהפכה התעשייתית. מנוע הקיטור החליף את הפועלים, את בעלי חיים ובמקרים רבים את כוח הרוח והמים, בהפעלת מכונות.

הנפט נכנס לשימוש כמקור אנרגיה בסוף המאה ה־19 ובמיוחד לאחר המצאת מנוע בעירה פנימית בעל ארבע פעימות על ידי ניקולאוס אוטו בשנת 1867 והמשך שיפורו. בתחילת המאה ה־20, הודות לפיתוח טכניקות זיקוק הנפט ליצירת בנזין, סולר, קרוסין וחומרי סיכה, הנפט הפך למקור האנרגיה העיקרי עבור כל ענפי המשק.

הגז הטבעי נכנס לשימוש כמקור אנרגיה במהלך המאה ה־20, במיוחד אחרי מלחמת העולם השנייה. הגז הטבעי התגלה כמקור אנרגיה נקי מתאים לחימום ביתי, לבישול וליצור חשמל בתחנות כוח.

הפקת אנרגיה ממקורות מתחדשים אפשרית רק בזמן שאותם משאבים טבעיים זמינים להפקת אנרגיה. לכן, שימוש רחב היקף באנרגיה מתחדשת דורש פתרונות לאגירת אנרגיה, כדי שיהיה אפשר לצרוך אותה גם בזמן שמקורות האנרגיה אינם זמינים.

האנרגיה המתחדשת 
פיתוח טכנולוגיות המאפשרות ניצול מרבי ומיטבי של אנרגיה מתחדשת, אגירתה והפצתה הכרחי לנוכח דלדול מקורות האנרגיה המתכלה והנזקים שהשימוש בה מסבים לסביבה כגון, התחממות עולמית ונזקים אקולוגיים.

בשנת 2013, 30 מדינות דיווחו שהן מפיקות מעל 20% מהאנרגיה ממקורות אנרגיה מתחדשת. 120 מדינות הציבו יעדים לתווך ארוך לשימוש באנרגיה מתחדשת, דוגמת היעד של האיחוד האירופי המדבר על 20% עד שנת 2020. מחוץ לאיחוד האירופי, קבוצה של מעל 20 מדינות שונות הציבה יעדים שבין 10% ל־50% שימוש באנרגיה מתחדשת לתקופה 2020 - 2030.
ממוזער|ייצור אנרגיה מתחדשת בעולם
בשנת 2014, מקורות אנרגיה מתחדשים, כגון אנרגיית הרוח, אנרגיה גיאותרמית, אנרגיית השמש והאנרגיה המופקת משריפת פסולת ועצים סיפקו 19% מכלל האנרגיה שנצרכה בעולם. המגזר בעל הצריכה הגבוהה ביותר של אנרגיה הוא מגזר הפקת החשמל, בו 22.8% מהתפוקה התבססה על מקורות בלתי מתכלים, מתוכם 16% אנרגיית המים ו-3.1% אנרגיית הרוח. החסמים העיקריים ליישום בקנה מידה גדול של אסטרטגיות השימוש באנרגיה מתחדשת דלת פחמן הם פוליטיים ולא טכנולוגיים, וביניהם הכחשת שינוי האקלים, הלובי של הדלקים המאובנים, צריכת אנרגיה שאינה בת קיימה, תשתיות אנרגיה מיושנות ואילוצים כלכליים.

 אנרגיית שמש

אנרגיה סולארית היא אנרגיה שמקורה בקרינה ישירה מן השמש. אנרגיה זו נקלטת בכדור הארץ בשפע, בכמויות העולות בהרבה על התצרוכת האנושית.
ממוזער|2007- עלייה שנתית בהתקנת מתקנים סולאריים חדשים לפי מדינה או אזור|284x284 פיקסלים

פיתוח טכנולוגיות לייצור חשמל מאנרגיית השמש התחיל כבר בשנת 1860. בשנת 1884, צ'ארלס פריץ (אנ') התקין את הלוחות הסולריים הראשונים על גג בניין בניו יורק אשר עבדו בנצילות של 1%. הלוויין הראשון בו נעשה שימוש באנרגיה סולרית הושק בשנת 1957, אבל יישום הטכנולוגיה בשוק הרחב נחשבה עדיין לא כלכלי והמשיך להיות תלוי במחירי הדלקים המאובנים. בסוף המאה העשרים, חל זינוק בפיתוח טכנולוגיות לניצול אנרגיית השמש, הודות לשילוב בין הספקה בעייתית של דלקים מאובנים, הדאגה להתחממות עולמית והשיפור בטכנולוגיה הזמינה.

ניצול אנרגיית השמש אפשרי בשתי דרכים: המרה ישירה לאנרגיה חשמלית, או המרה לאנרגיה תרמית אשר תנוצל בשלב שני לצרכים ביתיים, או בתעשיות השונות, כולל תחנות הכוח לייצור חשמל.
 תא פוטו-וולטאי 

ממוזער|לוויין SROSS-1 שהושק ב־1987
תא פוטו-וולטאי הוא מתקן המאפשר המרה ישירה של הקרינה האלקטרומגנטית של השמש לחשמל על בסיס האפקט הפוטו-וולטאי (אנ').

פאנלים עשויים תאים פוטו-וולטאיים (פאנלים סולריים) מיוצרים בגדלים שונים ולשימושים שונים, החל מתאורה דקורטיבית לגינות ועד להקמת חוות סולאריות ותחנות כוח מבוססות על אנרגיית השמש. פאנלים סולאריים המותקנים על גגות של בניינים, מרכזים מסחריים ומגרשי חנייה בסביבה העירונית מספקים חשמל לאותם אתרים בשעות האור ואוגרים את החשמל העודף לשימוש בשעות הלילה, או מעבירים אותו לרשת החשמל הארצית.

החל משנת 2021, מערכות אלה מספקות 4% מהחשמל בעולם לעומת 1% בשנת 2015. הצפי הוא שעד שנת 2025 אנרגיית השמש תספק כ-20% מצריכת החשמל העולמית.

לתאים הפוטו-וולטאיים מספר חסרונות המונעים את יישומם בקנה מידה גדול: עלות ייצור גבוהה, יעילות המרה לחשמל נמוכה יחסית למקורות המתבססים על דלק, אגירת אנרגיה בעייתית.

 המרת אנרגיית השמש לאנרגיית חום 

המרת אנרגיית השמש לאנרגיית חום (אנ') לשימוש ביתי או תעשייתי מתבססת על מספר טכנולוגיות, החל מקולטי שמש לשימוש ביתי וכלה בקולטי שמש המרכזים את אנרגיית השמש באמצעות מראות או עדשות היכולים לספק טמפרטורות גבוהות ביותר לשימוש בתעשייה ובתחנות כוח.

טכנולוגיות ריכוז אנרגיית השמש ( באנגלית CSP, Concentrated solar power) משתמשות בעדשות או במראות, ולאחר מכן בחום הנוצר, לייצור קיטור להפעלת טורבינות. הרכיבים האופטיים בטכנולוגיות אלה הם שוקת פרבוליות (אנ'), רפלקטור פרנל ליניארי (אנ') וצלחת סטירלינג (אנ'). המראות או העדשות מותקנות בשדה מראות או במגדלי שמש. רכיבים מכניים משמשים למעקב אחר השמש ולמיקוד הקרינה. בכל המערכות הללו נמצא נוזל מוליך חום כגון מים, גז, שמן סינתטי, או מלח מותך, המסוגל להגיע לטמפרטורות של עד 1000ºC. המלח המותך משמש גם לאגירת החום העודף.ממוזער|ייצור אנרגיה סולרית לפי אזור OWID|280x280 פיקסלים

 מגדל שמש 

מגדל שמש הוא מתקן בראשו מוצב מערך מראות העוקב אחרי השמש (הליוסטט) ומרכז את קרני השמש אל מגדל נוסף שהוא המגדל הקולט. החום נקלט במגדל הקולט משמש לחימום קיטור לטמפרטורה של 500ºC לצורך הפעלת טורבינות ליצירת חשמל. עודף האנרגיה נאגר במלח מותך.

 אנרגיית רוח 
שמאל|ממוזער|250px|טורבינות רוח ממירות את אנרגיית הרוח לחשמל

ממוזער|אחוז האנרגיה חשמלית המיוצרת מאנרגיית הרוח לפי מדינה Ember Review. ארצות בעלות אוכלוסייה של פחות מ-3 מיליון נפש לא נכללו בסקר. מבוסס על נתונים שהיו זמינים בשנים 2021, 2022
האנרגיה הקינטית של הרוח מומרת לאנרגיה חשמלית באמצעות טורבינות רוח. התנועה הסיבובית של להבי הטורבינה מפעילה גנרטור שמייצר את החשמל.

הטורבינה הראשונה לייצור חשמל הוקמה בסוף המאה ה־19 בסקוטלנד. משנות ה־80 של המאה ה־20 החל יישום נרחב ומסחרי של טורבינות רוח לייצור חשמל וכיום מותקנות ברחבי העולם מאות אלפי טורבינות רוח המייצרות חשמל נקי ולא מזהם.

מדינות כמו דנמרק, ספרד, פורטוגל וגרמניה מובילות בייצור חשמל במתקני רוח באירופה. בסוף שנת 2016 סיפקה אנרגיית הרוח כ־15.6% מכלל צריכת החשמל באיחוד האירופי.

בסוף שנת 2017 טורבינות הרוח היו אחראיות לייצור 5.6% מצריכת החשמל העולמית.

בשנת 2022, טורבינות הרוח סיפקו 10.3% מכלל אספקת החשמל בארצות הברית.

95% מטורבינות הרוח מותקנות ביבשה והיתר בים.

 אנרגיית מים 

אנרגיית מים היא אנרגיה שמקורה בתנועת מים, כגון זרימת מים בנהרות או במפלים, תנועת גלי הים, זרמים ימיים או גאות ושפל.

לאחר המצאת המנוע, השימוש היחידי באנרגיית המים הוא לייצור חשמל.
ממוזער|כיצד עובדת תחנה הידרואלקטרית
בתחנות כוח המוקמות ליד נהרות, מי הנהר נאספים למאגרים באמצעות סכרים, משם הם מוזרמים למקום נמוך יותר בו נמצאות הטורבינות המפעילות את הגנרטורים לייצור חשמל.

תחנות כוח אלה סיפקה בשנת 2020 כמעט מחצית מהאנרגיה החשמלית ממקורות דלי פחמן. תרומתן הייתה ב-55% גבוהה יותר מזאת של תחנות הכוח הגרעיניות וגבוהה יותר מתרומותיהן של כל האנרגיות המתחדשות גם יחד, כולל רוח, תאים פוטו-וולטאיים, ביו-אנרגיה והאנרגיה הגיאותרמית. בשנת 2020, אנרגיית המים הייתה המקור השלישי בחשיבותו אחרי פחם וגז טבעי כאשר סיפקה שישית מהחשמל שיוצר בעולם. במהלך 20 השנים האחרונות, ייצור העולמי של החשמל בשיטה זאת עלה ב־70%.

אנרגיית הגאות והשפל מנוצלת בצורה דומה, כאשר מי הים העולים בזמן הגאות נאגרים מאחורי סכר, משוחררים באופן יזום ומופנים להפעלת טורבינה המייצרת חשמל, הנמצאת במקום נמוך יותר .ממוזער|ניצול האנרגיה הפוטנציאלית של גאות ושפל|304x304 פיקסלים
האנרגיה הקינטית של גלי הים או של זרמי הים מנוצלת על ידי שימוש ישיר להנעת טורבינות תת-מימיות

השיטות לניצול האנרגיה הימית פותחו בתחילת המאה ה-20. תחנת הכוח הראשונה (אנ') המנצלת אנרגיית גאות ושפל הוקמה בשנת 1966 על הנהר לה ראנס (la Rance) בצרפת והיא התחנה השנייה בגודלה בעולם אחרי תחנת הכוח על האגם סיווה (אנ') (Sihwa) בקוריאה, שנחנכה בשנת 2011.

החסמים העיקריים לקידום השימוש באנרגיה הימית הם העלות הגבוהה של התקנת התחנות והנזק שהתחנות גורמות לסביבה.

על פי נתוני סוכנות האנרגיה הבין-לאומית, ייצור החשמל באמצעות טכנולוגיות ימיות עלה ב-13% בשנת 2019, בקצב מהיר יותר באופן משמעותי מאשר בשנים קודמות. הסוכנות מעודדת את המדינות לקדם את המחקרים בתחום זה על מנת להגיע לצמיחה של 23% עד שנת 2030.

 אנרגיה גיאותרמית 
שמאל|ממוזער|250px|סכמה של הסביבה האופיינית לתחנת כוח גאותרמית

המקור לאנרגיה גאותרמית הוא החום הטבעי האצור מתחת למעטה קרום כדור הארץ. ישנם מקורות חום בעלי אנתלפיה גבוהה, כגון הרי געש וגייזרים ומקורות בעלי אנתלפיה נמוכה, כגון החום העצור בתוך סלעים בקרום כדור הארץ.
ממוזער|אנרגיה גיאו-תרמית לפי יבשות

לאנרגיה הגיאותרמית שני יישומים: חימום\קירור, המשתמש במקורות בעלי האנתלפיה הנמוכה, וייצור חשמל.

משאבות חום גיאותרמיות (GSHP) הן השיטה המועדפת לשימוש ישיר באנרגיה הגיאותרמית. הן משתמשות בחום האצור בעומק של 30 עד 100 מטר מתחת לפני הקרקע, הנע בין 10°C ל-25°C (תלוי בקו הרוחב), לצורך חימום בנייני מגורים, חממות ותהליכים שונים אחרים.

תחנות הכוח הגיאותרמיות משתמשות בקיטור המיוצר בדרכים שונות. העלות הגבוהה של הקמת תחנת כוח גיאותרמית מתאזנת על ידי העלות הנמוכה של התפעול ויעילותה הגבוהה.

הקיבולת המותקנת העולמית של אנרגיה גיאותרמית עלתה באופן הדרגתי בין 2012 ל-2022 וצפויה להמשיך לעלות בשנים הבאות. המדינות המובילות בתחום הן ארצות הברית,איסלנד, אינדונזיה והפיליפינים. 

 ראו גם 

 אנרגיה מתחדשת בישראל
 אנרגיה מתחדשת ברשות הפלסטינית

קישורים חיצוניים








הערות שוליים

*
קטגוריה:טכנולוגיה סביבתית