المعادن والطاقة وسلاسل التحويل

هدف الدرس

فهم خواص المعادن، وتمييز الوقود عن الكهرباء ومقارنة مسارات تحويل الطاقة وآثارها.

الفهرس

• المعدن والصخر وخواص التعرف
• مجموعات المعادن ومواضع استعمالها
• مصدر الطاقة والوقود والكهرباء
• مسارات تحويل الطاقة المتجددة

المعدن والصخر وخواص التعرف

المعدن في التعريف التعليمي مادة صلبة طبيعية غير عضوية ذات تركيب وبنية وخواص مميزة. أما الصخر فهو تجمع من معدن واحد أو أكثر. يفيد اللون والصلادة والكثافة والشكل البلوري في التعرف، وقد لا يكفي لون واحد لأن المعادن تتباين أو تتشابه فيه.

الألماس والجرافيت صورتان من الكربون تختلفان في البنية والخواص؛ وجود الكربون وحده لا يجعلهما مادتين عضويتين. يصف USGS الجرافيت بوصفه صورة بلورية من الكربون، ويعرض صلادة الألماس عند نهاية مقياس موهس. الصلادة مقاومة للخدش، ولا تعني مقاومة كل أشكال الكسر أو الإجهاد.

مجموعات المعادن ومواضع استعمالها

تضم السيليكات مركبات أساسها السيليكون والأكسجين، وهي المجموعة الغالبة في المعادن المكونة للقشرة. وتضم غير السيليكات مجموعات مثل الأكاسيد والكبريتات والكربونات والهاليدات والعناصر الحرة. هذا تصنيف تركيبي يختلف عن تقسيم الموارد إلى معدنية فلزية وغير فلزية بحسب الاستعمال.

يتحدد الاستعمال بالخواص وبطريقة التصنيع، ولا يلزم أن يكون لكل معدن استعمال وحيد. ويختلف معدن أولي عن سبيكة تتغير خواصها بخلط عناصر ومعالجتها.

مصدر الطاقة والوقود والكهرباء

الفحم والنفط والغاز موارد وقود أحفوري تشكلت في زمن جيولوجي طويل. تتحول طاقتها الكيميائية إلى حرارة بالاحتراق، ويمكن تحويل الحرارة إلى حركة ثم كهرباء. الكهرباء حامل للطاقة تنتجه عمليات مختلفة، وليست دليلًا وحدها على أن المصدر متجدد أو غير متجدد.

تعرض المذكرة تصنيف الفحم وفق محتواه الطاقي والكبريت؛ فالحرارة الممكنة من الوقود تختلف عن أثر مكوناته في الانبعاثات. وتستخدم الطاقة النووية وقودًا معدنيًا مثل اليورانيوم؛ فهي مقارنة مع بدائل إنتاج الكهرباء، ولا تنتمي إلى الموارد المتجددة بمجرد اختلافها عن الوقود الأحفوري. ترافق اختيار المسار اعتبارات المخلفات والمخاطر والحاجة إلى الماء والبنية التشغيلية.

مسارات تحويل الطاقة المتجددة

تختلف الاستفادة من الشمس والرياح والمياه والكتلة الحيوية بحسب سلسلة التحويل. يسخن المجمع الشمسي الماء أو الهواء، بينما تنتج الخلية الكهروضوئية كهرباء مباشرة. وفي النظام الشمسي الحراري لتوليد الكهرباء تجمع الحرارة لتشغيل دورة ومحرك أو توربين. لذلك يجب تمييز خدمة التسخين عن خدمة إنتاج الكهرباء.

الرياح والماء الجاري يحركان توربينات، ثم تحول المولدات الحركة إلى كهرباء. ويمكن استعمال الكتلة الحيوية بالحرق لإنتاج الحرارة، أو تحويلها إلى وقود، أو هضمها لاهوائيًا لإنتاج غاز غني بالميثان. يغير كل مسار نوع المنتج والمخلفات وشروط التشغيل. وتعني قابلية المصدر للتجدد إمكان تعويضه، بينما يحتاج الحكم البيئي إلى النظر في سلسلة الإنتاج والاستعمال كاملة؛ فلا يثبت التصنيف وحده غياب الأثر.

الخلاصة

خلاصة الدرس: يتحدد المعدن بخصائصه وتركيبه، بينما قد يجمع الصخر عدة معادن. يجب تمييز مصدر الطاقة عن الوقود والكهرباء ومسار التحويل، وتقييم تجدد المورد وآثار استعماله بدل الاكتفاء بتسمية المصدر.