مصادر الطاقة المستدامة ومعدلات التبني

عدد السكان العالمي المتزايد والوعي البيئي يدفعان الحاجة/الرغبة في معاملة منزلنا (الأرض) بلطف أكبر. لحسن الحظ، إذا نظرنا عن كثب، يمكن العثور على طاقة غير محدودة حولنا. أي جسم يتحرك، أو ينتج حرارة، أو حتى ضوء، هو مصدر محتمل.

تحديد مصادر الطاقة هو الجزء السهل. العقبة الصعبة هي استغلال هذه الموارد بطريقة موثوقة ومتسقة. لحسن الحظ، سمحت التطورات في علم المواد بتحقيق كفاءات لم يكن يُحلم بها في الماضي.

الطاقة المستدامة

قبل أن نتعمق في بعض أمثلة الطاقة النظيفة والشركات التي تدفع استخدامها، من المهم فهم الفرق بين المصادر المستدامة والمتجددة.

ببساطة، الطاقة المتجددة تأتي من مصادر تجدد إمداداتها طبيعياً أسرع مما نستهلكها. هذا لا يعني بالضرورة أن هذه المصادر توفر طاقة نظيفة – فقط أن الإمداد لا يمكن أن ينفد مع الطلبات الحالية.

من ناحية أخرى، تشير الطاقة المستدامة إلى المصادر التي لا تجدد نفسها فحسب، بل على المدى الطويل لن تُحدث أي آثار سلبية على الأرض. تأخذ هذه المصادر في الاعتبار الأجيال المستقبلية، وتسعى لمنحهم أرضاً خضراء بدلاً من أرض تُدمر باستمرار بالفحم والبترول والميثان وغيرها من أمثلة الطاقة القذرة.

يجب الإشارة إلى أنه رغم وجود فرق بين المصادر المستدامة والمتجددة، فإنهما غالباً ما يُطبقان معاً. بطبيعة الحال، تلك التي تجمع بينهما هي الأكثر إثارة للاهتمام.

عادةً، يجب أن تتجاوز الطاقة المستدامة ثلاثة معايير لتُعتبر كذلك.

• مستدام بيئياً
• مستدام مالياً
• مستدام اجتماعياً

مثال شائع على مصدر طاقة مستدام هو الطاقة المائية. بين تأثير القمر الذي يخلق تغيرات المد، والأمواج، ودورات المناخ، سيظل هناك ماء جارٍ على الأرض دائماً. استغلال الطاقة الحركية في الماء المتدفق ليس مجرد عملية تجدد طبيعيًا، بل هو مستدام لأنه لن يؤثر سلباً على الأرض في السنوات القادمة، وهو بالفعل اقتصاديًا واجتماعيًا قابلًا للتنفيذ.

مثال شائع على مصدر طاقة متجدد لا يُنظر إليه عادةً على أنه مستدام هو الكتلة الحيوية. التطبيق الأكثر وضوحًا هو حرق الخشب كمصدر للحرارة. بينما قد يتجدد إمداد الكتلة الحيوية أسرع مما نستهلكه، إلا أنه غير مستدام بسبب انبعاثات الغازات الدفيئة الناتجة عن استخدامه.

مثال شائع على مصدر طاقة غير متجدد وغير مستدام هو الوقود الأحفوري. مع انتشار محركات الاحتراق الداخلي، يبدو أن النهاية قريبة لإمداداتنا من الوقود الأحفوري. هذا المصدر، الذي استغرق ملايين السنين لتكوينه، هو أساسًا غير متجدد، ضار بالبيئة، ولا يُعد مصدرًا مستدامًا للمستقبل.

المرشحون الرئيسيون

الآن بعد أن فهمنا الفرق بين مصادر الطاقة المتجددة والمستدامة، إليكم بعض الأمثلة التي تتمتع بأكبر قدر من الوعد. كل منها يُستخدم بالفعل حول العالم، ويظهر مستويات تبني واعدة.

من المهم أن نتذكر أن أحدها ليس بالضرورة أفضل من الآخر. أفضل مصدر للطاقة هو ذلك المتوفر بسهولة في البيئة المحلية.

الطاقة المائية

استغلال الماء كمصدر للطاقة ليس جديدًا – لقد استخدمنا السدود والطواحين المائية لقرون. في الوقت الحاضر، تُعد الطاقة المائية أكبر مصدر للكهرباء منخفضة الكربون في العالم، حيث تمثل أكثر من 15% من إجمالي الإمداد. تعتمد حالات الاستخدام النموذجية على استغلال الطاقة الحركية للماء المتحرك لتدوير توربين وإنتاج الكهرباء.

مثال على منظمة تسعى لتعزيز قدرتنا على استغلال طاقة المدّ وفهم تأثيرها على الأنظمة البيئية المحلية هو مركز أبحاث محيط فندي للطاقة (FORCE). هذه المنظمة الممولة من الحكومة تتخذ من نوفا سكوشيا، كندا، مقرًا لها، حيث توجد أكبر مدّ في العالم في خليج فندي.

في خليج فندي، يتدفق أكثر من 160 مليار طن من الماء داخلًا وخارجًا، مرتين يوميًا، كل يوم – كالساعات. قوة هذا الماء المتحرك هائلة، وتوفر إمكانية لإنتاج طاقة هائل مماثل يكون موثوقًا مثل ارتفاع القمر. هذا المشروع في خضم دراسة طويلة الأمد حول المخاطر المحتملة التي قد تشكلها توربينات المدّ على الحياة النباتية والحيوانية البحرية.

حاليًا، تمثل الطاقة المائية ككل أكثر من 70% من الكهرباء العالمية التي تأتي من مصدر مستدام، مع تصدر الصين والولايات المتحدة المشهد. في المستقبل، من المتوقع أن ينمو سوق الأمواج والمدّ وحده من 0.59 مليار دولار في 2021 إلى 4.41 مليار دولار في 2028.

الطاقة الريحية

مثل الطاقة المائية، إنشاء الكهرباء عبر طاقة الرياح ليس جديدًا. بدلاً من استغلال الطاقة الحركية للماء المتحرك لتدوير توربين، يتم تكرار العملية بجعل الرياح تدور شفرات المروحة المتصلة بالتوربين.

بينما يمكن استغلال الرياح لتوليد الكهرباء تقريبًا في أي مكان في العالم، فإن هذه الممارسة لا تخلو من تحدياتها الخاصة. ليس فقط أن مساحات واسعة من الأرض مطلوبة لاستضافة هذه الحقول الضخمة، بل إن الرياح ببساطة ليست موثوقة مثل المدّ. قد يكون اليوم عاصفًا، واليوم التالي هادئًا.

على الرغم من هذه التحديات، تستمر طاقة الرياح في النمو في الشعبية، حيث تمثل أكثر من 7.6% من إنتاج الكهرباء العالمي. داخل الولايات المتحدة، أصبحت الرياح بالفعل أكبر مصدر للطاقة المتجددة، حيث تمثل حوالي 10% من إنتاجها الكهربائي.

مثال على شركة تدفع تبني طاقة الرياح هو شركة سيمنز AG (SIEGY). حققت هذه المجموعة إيرادات قدرها 71.98 مليار دولار في عام 2022، وفي وقت كتابة هذه السطور، تُصنّف أسهم سيمنز AG (SIEGY) من قبل مختلف المحللين على أنها ‘فوق’. منذ تأسيسها عام 1847، تُظهر الشركة قدرة على التكيف مع الزمن. ومع وضع ذلك في الاعتبار، تمتلك سيمنز أقسامًا كاملة مخصصة لتطوير تقنيات تسمح لنا بالانتقال من الوقود الأحفوري إلى المصادر المستدامة.

(SIE.SW ) (SIE.DE )

الطاقة الشمسية

بينما تُعد التوربينات أساسية في إنشاء الكهرباء عند استغلال مصادر مثل الطاقة المائية أو الرياح، لم تعد ضرورية عندما نستفيد من الخلايا الضوئية. يُعد تأثير الفوتوفولتية، الذي يصبح ممكنًا بتمكين الفوتونات من وضع ركيزة في حالة إثارة، التقنية الأساسية وراء الطاقة الشمسية. الشمس هي على الأرجح أكثر مصدر طاقة وفرة في نظامنا الشمسي – لماذا لا نستفيد من كل ما تقدمه.

الطاقة الشمسية فريدة بقدرتها على الاستخدام في تطبيقات صغيرة مثل بنك بطاريات شخصي، أو كبيرة مثل تزويد المدن بالطاقة. مثل جميع مصادر الطاقة، لديها قيود. بينما زادت التقنيات الحديثة من كفاءة وتكلفة الألواح الشمسية، لا يزال الاستخدام الأنسب للمناطق التي تتلقى الكثير من ضوء الشمس. إذا سافرت قريبًا من القطبين، فهناك مناطق على الأرض تحرم من شروق الشمس لعدة أشهر متتالية.

في الوقت الحالي، سمحت التطورات الأخيرة في تقنيات الطاقة الشمسية بأن تمثل 4.8% وما زاد من إنتاج الكهرباء العالمي من هذا المصدر المستدام. بينما قد تتقدم الولايات المتحدة في إنتاج الطاقة من الرياح، فإنها تتخلف قليلاً في الطاقة الشمسية، حيث يأتي نحو 3% من استغلال أشعة الشمس.

إحدى أبرز الشركات والمبتكرين في مجال تكنولوجيا الطاقة الشمسية هي شركة تصنيع السيارات الكهربائية Tesla (TSLA ) (TSLA). على مدار سنوات، طورت الشركة وركبت أسطحها الشمسية (solar roofs)، التي تسمح لأصحاب المنازل بالتخلي عن الألواح الشمسية التقليدية واستخدام بلاط سقف ضوئي بدلاً منها. خلال عام 2022، حققت تسلا إيرادات قدرها 81.46 مليار دولار، وفي وقت كتابة هذه السطور تُصنّف من قبل مختلف المحللين الماليين على أنها ‘فوق’.

الطاقة الحرارية الأرضية

يُعتقد أنه منذ عصور مضت، كان كوكب الأرض مكوّنًا بالكامل من مادة منصهرة، مغطاة ببحار من الصهارة. بعد مليارات السنين، بردت الأرض، وأصبح سطحها صالحًا للعيش البشري. ومع ذلك، لا يزال النواة مشتعلة، مستمرة في تسخين الطبقات المحيطة بها. هذه الطاقة، الموجودة تحت سطح الأرض، هي ما نستغلّه الآن، ونُطلق عليها الطاقة الحرارية الأرضية.

عادةً ما تعمل الطاقة الحرارية الأرضية عن طريق استغلال الطاقة الحرارية من الأرض لتسخين وسط سائل ذو سعة حرارية عالية، يُستخدم لاحقًا لتشغيل توربينات تُنتج الكهرباء. في السنوات الأخيرة، أصبحت الطاقة الحرارية الأرضية أكثر شعبية، حيث لم تعد ممكنة فقط في التطبيقات الكبيرة، بل أيضًا في التركيبات السكنية كوسيلة للتدفئة.

على الرغم من إمكانية استغلال الطاقة الحرارية الأرضية في أي مكان إذا حُفرت بعمق كافٍ، إلا أن هناك نقاط ساخنة طبيعية حول العالم تجعل العملية أسهل كثيرًا – وهي البراكين. دول مثل السلفادور أدركت ذلك، وتبذل جهودًا مكثفة لاستغلال هذا المصدر النظيف للطاقة، لأنه غني وموثوق.

حاليًا، على الرغم من وعده، يُعتقد أن الطاقة الحرارية الأرضية تمثل نحو 0.4% من إمدادات الكهرباء العالمية – وهو رقم يتماشى مع الإنتاج في الولايات المتحدة أيضًا. بخلاف البراكين، تُعد الطاقة الحرارية الأرضية متاحة بشكل خاص بالقرب من الصفائح التكتونية وخطوط الفوالق. نتيجة لذلك، تُعد سواحل كاليفورنيا منطقة رئيسية للوصول إلى هذه الطاقة النظيفة.

للمستثمرين الذين يرغبون في الحصول على تعرض لصناعة الطاقة الحرارية الأرضية، إحدى الشركات الرائدة هي شركة أورمات تكنولوجيز (Ormat Technologies (ORA )) (ORA). تمتلك الشركة حاليًا أكثر من 150 محطة طاقة حرارية أرضية، وتوظف أكثر من 1,300 شخص. خلال السنوات الخمس الماضية، حققت أورمات تكنولوجيز إيرادات سنوية ثابتة تتجاوز 650 مليون دولار، ومن المتوقع أن تكون في موقع جيد للاستفادة مع تزايد شعبية الطاقة الحرارية الأرضية.

النظر إلى المستقبل

بينما تتمتع مصادر الطاقة المذكورة أعلاه بإمكانات هائلة لتسهيل مستقبل أكثر خضرة، هناك زوج آخر من الخيارات قد يطغى يومًا ما على جميعها.

الاندماج النووي

كان الاندماج النووي في السابق جزءًا من الخيال العلمي، وقد يصبح يومًا ما حقيقة مع استمرار العلماء في تحقيق اختراقات واعدة نحو استغلال ما يُعد ‘الكأس المقدسة’ لإنتاج الطاقة. في الواقع، وصل التقدم إلى درجة أن الحكومات الآن تخطط لبناء محطات نموذجية تعمل قبل عام 2040.

لمن لا يعرفون، لا ينبغي الخلط بين الاندماج النووي – العملية نفسها التي تُشغِل شمسنا ‘سول’ – والإنشطار النووي (العملية الحالية المستخدمة في محطات الطاقة النووية الحديثة). كل عملية تُطلق كميات هائلة من الطاقة، إلا أن الأولى تفعل ذلك بخلق ظروف لدمج النوى، بينما الثانية تقسم عناصر ثقيلة مثل اليورانيوم.

الاندماج لا يُطلق فقط طاقة أكبر من الانشطار، بل هو عملية أنظف بشكل كبير. المشكلة الحالية التي يعمل العلماء على حلها هي تطوير الظروف المناسبة لتسهيل العملية واستغلالها بأمان.

الكهرباء الكهروضغطية

لقد ألقينا نظرة مؤخرًا على الكهرباء الكهروضغطية، وكيف أنها واحدة من أكثر مصادر الطاقة استخدامًا، ومع ذلك غير معروفة. الكهرباء الكهروضغطية هي قدرة مادة، صُنعت يدويًا أو طبيعية، على توليد شحنة كهربائية عند تعرضها لضغط خارجي.

تُستخدم بالفعل منذ عقود في أدوات عادية مثل الميكروفونات والولاعات وغيرها، وتستمر علم المواد الحديث في التقدم نحو يوم يمكننا فيه استغلال كمية كافية من الكهرباء عبر هذا التأثير لتطبيقات واسعة النطاق.

مثل الاندماج النووي، يبدو أن إمكانات الاستخدام الواسع للمواد الكهروضغطية كأنها خيال علمي. رغم أنها لا تزال بعيدة سنوات عديدة، قد تؤدي يومًا ما إلى عالم تصبح فيه البطاريات الكبيرة شبه غير ضرورية، حيث تسمح المواد الكهروضغطية بالأجهزة ذاتية الطاقة.

الكلمة الأخيرة

على الرغم من أن العالم قد لا يزال متعلقًا بمصادر الطاقة مثل منتجات البترول والفحم والغاز الطبيعي، إلا أنه واضح تمامًا أنها ليست المستقبل. لحسن الحظ، الطاقة موجودة في كل مكان حولنا، والعلم الحديث يمنحنا بشكل متزايد الفرصة لاستغلال قائمة متنامية من المصادر النظيفة.

بينما قد يرى المستقبل يومًا ما الأرض تعتمد على الاندماج النووي والأجهزة ذاتية الطاقة، فإن الاستمرار في تبني الطاقة المائية والرياح والطاقة الشمسية والطاقة الحرارية الأرضية هو ما سيمكننا من الوصول إلى ذلك.