سوخت‌های فسیلی کمکی به تبدیل شدن به یک تمدن نوع ۱ نمی‌کنند، اما این ۳ منبع انرژی خواهند کرد

ایلان ماسک اطمینان دارد که شرکتش می‌تواند انسانیت را با رسیدن به مریخ به یک تمدن بین‌سیاره‌ای تبدیل کند. اما تبدیل شدن به چنین تمدنی مفهومی فراتر از تنها ایجاد یک زیستگاه در سیاره سرخ دارد. برای پیشرفت، انسان‌ها نیاز به امنیت انرژی دارند و این چیزی است که ما حتی در زمین نیز به طور کامل تسلط نیافته‌ایم.

از روزهای اولیه کار با ابزارهای سنگی تا اکنون که هوش مصنوعی (AI) را بکار گرفته‌ایم، بشریت راه درازی طی کرده است. این پیشرفت به توانایی ما در استفاده از منابع انرژی مختلف، از هیزم گرفته تا سوخت‌های فسیلی و اخیراً با بهره‌گیری از انرژی باد، نور خورشید و دیگر منابع انرژی تجدیدپذیر، ممکن شده است.

اما هنوز نیافته‌ایم که چگونه می‌توان از همه منابع انرژی اصلی که در دسترس ماست استفاده کرد. تنها پس از انجام این کار است که می‌توانیم به وضعیت یک تمدن نوع I یا سیاره‌ای برسیم، که این یک سنگ قدم ضروری پیش از تبدیل شدن به تمدنی بین‌سیاره‌ای است.

تمدن نوع ۱ چیست؟

یک تمدن نوع I اولین نوع از سه نوع تمدن‌هایی است که ممکن است وجود داشته باشند، بر اساس نظریه نجوم‌شناس شوروی نیکولای کارداشف. این طبقه‌بندی سه‌گانه بر اساس میزان انرژی در دسترس تمدن‌هاست که همچنین بازتابی از پیشرفت تکنولوژیک آن‌هاست.

طبقه‌بندی کارداشف بر یک فرضیه ساده استوار است که هرچه تمدنی از نظر فناوری پیشرفته‌تر باشد، می‌تواند بیشتر به انرژی دسترسی داشته باشد و این امر به نوبه خود به بهبود بیشتر فناوری آن‌ها منجر می‌شود.

این امر در تاریخ بشر نیز مشهود است، جایی که پیشرفت‌های فناوری منجر به روش‌های بیشتری برای استفاده از انرژی شده است، که به نوبه خود به پیشرفت بیشتر فناوری منجر شده است. اما کارداشف از این مقیاس استفاده می‌کند تا بداند آیا تمدن به مرحله سیاره‌ای، ستاره‌ای یا کهکشانی رسیده است.

از نظر او، تمدنی نوع I یا سیاره‌ای به یک سیاره محدود است اما به سطحی رسیده است که می‌تواند به همه انرژی موجود دسترسی داشته باشد. یک تمدن نوع II می‌تواند کل انرژی موجود از ستاره‌اش را بهره‌برد و چندین سیاره در سیستم خورشیدی را مستعمره کند.

تمدن نوع III قادر خواهد بود به دستاوردهای نوع II در سراسر چندین ستاره و سیاره دست یافته و به‌واقع بین‌کهکشانی شود و امپراطوری‌هایی برقرار کند. در حالی که این موضوعی است که موجب ساخته شدن علم تخیلی می‌شود، بشریت فاصله زیادی با تبدیل شدن به یک تمدن نوع I ندارد.

نزدیک به یک دهه پس از پیشنهاد کارداشف این طبقه‌بندی، ستاره‌شناس و دانشمند سیاره‌ای آمریکایی کارل سیگن در ۱۹۷۳ تخمین زد که بشریت شاید به سطح ۰.۷ رسیده و نزدیک به تبدیل شدن به یک تمدن نوع I در مقیاس ۰ تا ۱ است. طی سال‌ها، انسان‌ها به منابع انرژی دیگر دست یافته‌اند. بنابراین چقدر با آن فاصله داریم که به یک تمدن نوع I تبدیل شویم؟

طبق مقیاس کارداشف، یک تمدن باید قادر به بهره‌برداری از توان ۱۰^۱۶ وات انرژی باشد تا به عنوان نوع I دسته‌بندی شود. مصرف انرژی ما بر اساس داده‌های تجمیع‌شده جهانی به ۱۸.۸ تراوات یا ۱.۸ x ۱۰^۱۳ وات رسیده است. بنابراین، هنوز سه مرتبه از سطح انرژی تمدن نوع ۱ فاصله داریم.

این سوال به وجود می‌آید که چگونه می‌توانیم به آن برسیم؟

منابع انرژی که می‌توانیم بهره‌برداری کنیم

خوب می‌دانیم که مصرف ما از انرژی عمدتاً از سوخت‌های فسیلی می‌آید. زغال سنگ، نفت و گاز طبیعی با هم تشکیل‌دهنده حدود ۸۰٪ انرژی مصرفی هستند. ۲۰٪ باقی‌مانده از یک ترکیب از منابع انرژی هسته‌ای و تجدیدپذیر از جمله سوخت‌های زیستی به دست می‌آید.

با این حال، با توجه به تأثیر انتشار کربن که عمدتاً ناشی از استفاده از منابع سوخت غیرقابل تجدید است، نیاز داریم به استفاده از جایگزین‌های بدون کربن یا بخش کربن‌پایین مراجعه کنیم. حتی اگر تدابیری مؤثر برای مقابله با انتشار کربن تدوین کنیم، در حال نزدیک شدن به پایان این ذخایر هستیم.

برآوردها نشان می‌دهند که ما تنها حدود ۴۷ سال از نفت باقی مانده‌ایم در سطح مصرف کنونی. ذخایر زغال سنگ در جهان به ۱.۱ تریلیون تن می‌رسید و می‌تواند کمی بیش از ۱۳۰ سال دوام بیاورد، اما ذخایر گاز طبیعی نیز به سرعت ته می‌کشد و ممکن است در ۱۰۰ سال آینده ته بکشد.

تا پایان این قرن، جهان می‌تواند به ایست کامل برسد اگر منابع انرژی جایگزینی که نیاز انرژی ما را برآورده کند به طور تجاری در دسترس نباشد. با کامل به پایان رسیدن ذخایر سوخت فسیلی، بشریت تنها منابع انرژی تجدیدپذیر و طبیعی در اختیار خواهد داشت برای برآورده کردن نیاز انرژی.

بهبود فناوری بادی و خورشیدی، به بنابراین، نیاز دارد تا شتاب بیشتری بگیرد نه تنها برای بهبود کارایی بلکه به تولید جواب‌های بزرگتر برای پاسخ به تقاضای در حال رشد. تا پایان قرن، این منابع نیاز خواهند داشت تا کاملاً جایگزین سهم سوخت‌های فسیلی شوند. علاو بر فناوری‌هایی که اکنون تجاری شده‌اند، انسانیت نیز نیاز خواهد داشت که به منابع جدید انرژی که به طور طبیعی پیدا می‌شوند دسترسی پیدا کند.

انرژی ژئوترمیک به خوبی آغاز شده و هم‌کنون به چهار گیگاوات از مصرف انرژی در ایالات متحده به تنهایی سهم دارد. با استفاده از سیستم‌های انرژی ژئوترمال پیشرفته، پژوهشگران به دنبال حفاری عمیق‌تر هستند و حتی آتشفشان‌ها و گیزرها بررسی می‌شوند برای تولید یک منبع قابل اعتماد انرژی. برآوردها نشان می‌دهند که این فناوری می‌تواند به طور بالقوه حدود ۲,۰۰۰ گیگاوات انرژی را در سراسر جهان تولید کند.

انرژی از امواج دریا نیز یک منبع بالقوه است که باقی‌مانده‌است. هرچند فناوری برای این هنوز در اوایل خود است، هیئت بین‌دولتی تغییرات اقلیمی (IPCC) برآورد کرده است که انرژی امواج می‌تواند بیش از ۲۹,۵۰۰ تراوات‌ساعت انرژی در سال تولید کند.

به طور جمعی، این دو منبع می‌توانند ۵,۳۰۰ گیگاوات یا ۵.۳ تراوات قدرت تولید کنند، که ما را به سطح طبقه‌بندی تمدن نوع I برای رسیدن به بقیه فاصله می‌رساند. اما کسری که به دلیل پایان سوخت‌های فسیلی ایجاد شده نیاز داریم تا به آن توجه کنیم. در اینجا، هم‌جوشی هسته‌ای می‌تواند مفید باشد.

هم‌جوشی هسته‌ای می‌تواند کلید باشد

تمدن انسانی در ۱۹۳۸ شکافت هسته‌ای کشف کرده است. در ۲۰ سال بعدی، فناوری تجاری شده است برای تولید انرژی از واکنش‌های شکافت. اما فناوری در مورد هم‌جوشی هسته‌ای به نسبت تازه‌کارتر باقی مانده است، با اولین آزمایش برآورد خالص که در دسامبر ۲۰۲۲ انجام شد. با این‌حال، پیشرفت به اندازه‌ای بزرگ بوده که ما در آستانه تولید انرژی تجاری هستیم.

برخلاف شکافت، واکنش همجوشی زباله رادیواکتیو بلندمدتی تولید نمی‌کند و نیاز به پردازش عناصر سنگین در آغاز ندارد. با استفاده از دوتریوم و تریتیوم، ایزوتوپ‌های کوچک‌ترین عنصر هیدروژن به عنوان سوخت واکنش، همجوشی به ما امکان می‌دهد مقادیر زیادی انرژی استخراج کنیم.

وقتی که جرم سوخت مقایسه می‌شود، همجوشی چهار میلیون برابر بیشتر انرژی نسبت به سوخت‌های فسیلی تولید می‌کند. یک نیروگاه ۱,۰۰۰ مگاواتی نیاز به ۲.۷ میلیون تن زغال سنگ هر سال دارد اما می‌تواند تنها با ۵۵۱ پوند (۲۵۰ کیلوگرم) سوخت وقتی از فناوری همجوشی استفاده می‌کند کار کند.

هم دوتریوم و هم تریتیوم به مقادیر مساوی نیاز دارند اما بخش بسیار کوچکی از پلاسمایی است که برای واکنش همجوشی استفاده می‌شود. دوتریوم در انواع مختلف آب وجود دارد و به راحتی می‌تواند از آب دریا که به وفور موجود است استخراج شود. برآوردها نشان می‌دهند که هر متر مکعب آب دریا شامل 33 گرم دوتریوم است.

جالب است که تریتیوم در جریان خود واکنش همجوشی تولید می‌شود وقتی نوترون‌ها با لیتیم که در دیوار راکتور همجوشی استفاده می‌شود واکنش می‌کنند. از آنجایی که ذخایر بزرگی از لیتیم تاکنون پیدا شده و عنصر هم می‌تواند از آب دریا استخراج شود، هر دو ماده سوخت همجوشی به مقدار زیادی موجود است.

مهم‌تر از همه، واکنش مقادیر زیادی انرژی تولید می‌کند بدون انتشار کربن و می‌تواند همچنین کمک کند تا مشکلات موجود در تمدن انسانی را امروز حل کند. وقتی که به طور کامل تسلط یابیم، همجوشی هسته‌ای می‌تواند به ما کمک کند تا حرکت خود را از تمدن نوع I به نوع II تسریع دهیم. استارت آپ‌هأی در حال کار روی استفاده از فناوری همجوشی برای سفر بین‌سیاره‌ای هستند.

بنابراین، تکرار واکنشی که در ستارگان رخ می‌دهد نه تنها یک دنبال کردن علمی، بلکه یکی ضروری است.