قدرات مصادر الطاقات المتجددة
قدرات مصادر الطاقات المتجددة(*)
إن الحاجة الملحة إلى التصدي للتغيّرات المناخية العالمية
وضمان الطاقة يجعلان إيجاد بدائل مطوّرة عن الوقود
الأحفوري أمرا حاسما. وفيما يلي فكرة عن هذه البدائل.
<L.M.وولد>
 |
في الوقت الحاضر، تزوّد مصادر الطاقات المتجددة مثل طاقة الكهرباء المتولّدة من الخلايا الكهرضوئية وطاقة الإيثانول، بأقل من 7% من استهلاك الولايات المتحدة. وإذا استثنينا الطاقة الكهربائية المولّدة من مساقط المياه؛ فهي تزوّد نسبة أقل من 4.5% وعلى الصعيد العالمي، فإن مصادر الطاقات المتجددة تزود فقط ما نسبته 3.5%من الكهرباء ونسبة أقل من وقود وسائل المواصلات.
غير أنّ تزايد هذه النسبة الصغيرة بالنسبة إلى الولايات المتحدة ــ كما يبدو ضروريا لإدارة غازات الدفيئة، والعجز في الميزانية التجارية والاعتماد على الموردين الأجانب ــ يتضمّن ــ على الأقل ــ ثلاثة مكوّنات معقّدة. وأوضح هذه المكوّنات هي كيف نحصل على الطاقة من الرياح والشمس والمحاصيل الزراعية بصورة اقتصادية. وبعد ذلك، لابد من نقل الطاقة من الأمكنة التي يتم جمعها فيها بسهولة، مثل المناطق الجنوبية الأمريكية المشمسة أو السهول المرتفعة التي تعصف بها الرياح، إلى أماكن يمكن استخدامها فيها. والمكوّن الثالث هو تحويل الطاقة إلى أشكال ملائمة. والأكثر بروزا في هذا المكوّن الأخير هو الطاقة الكهربائية المستخدمة في وسائل المواصلات التي يجب أن تُزَّود بها السيارات والشاحنات، إمّا عبر البطاريات (المدخرات) أو ربّما عبر طاقة الهدروجين.
وفي بعض النواحي، يتقدّم العمل في هذا المجال بسرعة إلى الأمام. فقد وجدت دراسة حديثة بدعم من الأمم المتحدة أنّ الاستثمار العالمي للطاقات المتجددة بلغ 148.4 مليار دولار في عام 2007 وهو أعلى بنحو 60% من عام 2006. غير أنّ توربينات (عنفات) جديدة تعمل بالرياح وخلايا شمسية تنضمان إلى البنية التحتية مع مصانع الطاقة العاملة بحرق الفحم الحجري، والتي يبدو أنها تعمل لساعات أكثر كل سنة وأنّ عددها يتضاعف أيضا.
وعلى الرغم من أنّ تكلفة الطاقة الشمسية وبصورة خاصة تكلفة طاقة الرياح قد انخفضت انخفاضا كبيرا على مر السنوات القليلة الماضية، فإنها لا تكون منافسة إلاّ إذا دُعِمَت ماليا أو موّلتها الدولة. يدفع قاطنو المساكن في الولايات المتحدة 11 سنتا، في المتوسط، لكل كيلوواط ساعة للطاقة من مصادر خليطة تستخدم الفحم الحجري والغاز الطبيعي والطاقة النووية وطاقة مساقط المياه، غير أنّ تكلفة الطاقات المتجددة أعلى من ذلك بكثير. وطبعا، تـُعامل جميع أشكال الطاقة معاملة الثواب والعقاب من الحكومات، من حيث إنها كانت تؤمّن العمل لعمال مناجم الفحم الحجري أو تبرهن أنّ انشطار الذرة هو مفيد إلى حد ما إلى جانب القنابل الذرية. ولكن في كثير من الأمكنة، تحصل الطاقات المتجددة على شيء أفضل: وهي الحصص quotas. فقد يساعد رفع أسعار الوقود التقليدي على رفع أسعار السوق للوصول إلى تكاليف الطاقات المتجددة.
وقد يساعد رفع سعر الكربون أيضــا؛ فكـل ضـــريــبـــــة قــــــــدرهــا 10 دولارات على الطن الواحد من ثنائي أكسيد الكربون المنبعث من مصنع الطاقة الذي يعمل على الفحم الحجري سترفع ثمن الكيلوواط ساعة بنحو «بنس» واحد. ومع أنّ حجم التحويل هائل؛ في محتوى الطاقة، فإنّ إنتاج الفحم الحجري هو أكبر بنحو 70 مرة من إنتاج طاقة الرياح. والأرقام بالنسبة إلى النفط والغاز الطبيعي هي بصورة مشابهة أكبر بكثير.
في الصفحات التالية ملخص عن عناصر نظام طاقة من الطاقات مع إسهام كبير من الطاقات المتجددة والوسائل التي يمكن أن تتوافق فيما بينها.
|
|
تخزين وتحرير الطاقات المتجددة(***) إن مصادر الطاقة المتقطّعة (غير المستمرة) مثل الرياح أو الشمس، تتطلب أنظمة تخزين وتحرير الطاقة. هناك كثير من المنافسين : بطاريات محركة للسيارات يحتاج صانعو السيارات إلى بطارية أيون- ليثيوم تدوم 15 سنة إضافة إلى 5000 دورة شحن، أي أكثر بكثير من بطارية أيونات الليثيوم العادية في أجهزة المستهلك الحالية. الهدف هو سعر 300 دولار لكل كيلوواط ساعة قابل للاستعمال من التخزين للبطارية التي ستشغّل سيارة مسافة 40 ميلا، على افتراض بمعدل أكثر بقليل من 3 أميال بالكيلوواط ساعة. وتخطّط شركة جنرال موتورز لتسويق سيارتها التي تسير بنوعين من الوقود (الكهرباء والنفط) عام2010؛ أمّا شركة فورد فستسوّق سيارتها بعد خمس سنوات. وفي هذه الحالة، يئن الصوت في السيارة «هل وصلنا؟» قد لا يكون الطفل في المقعد الخلفي؛ قد يكون السائق.
خلايا الوقود الكهرباء من أي مصدر، مثل المصدر الشمسي أو الريحي وحتى مصدر الفحم الحجري، يمكن أن تستعمل لتفكيك جزيئات الماء إلى مركباته الهدروجين والأكسجين في جهاز يدعى المحلِّل الكهربي electrolyzer. ويمكن للهدروجين أن يجري عبر خلية وقود لتوليد الكهرباء. والجانب السلبي في خلايا الوقود هو أن تكلفتها مرتفعة بآلاف الدولارات لكل كيلوواط من السعة، ومردود الدورة round-trip عبر المحلِّل الكهربي إلى خلية الوقود وبعد ذلك العودة إلى التيار يكون أقل من50% – وهذا يعني أنه من أجل كل 2 كيلو واط ساعة خُزّنا في البنك، يعود كيلوواط واحد مرة ثانية.
بطاريات ثابتة تبيع شركة VRB Power Systems ومركزها فانكوفر «بطاريات الجريان» flow batteries مع خزانات لتخزين مئات الگالونات من الإلكتروليتات. يجري في أحد الاتجاهين، ويمتص النظام الطاقة؛ وفي الاتجاه الآخر يعود فيعطي الطاقة ثانيةً بكميات من الميگاواط ساعة. يكلف تخزين الكيلوواط ساعة ما بين 500 و 600دولار، ويبلغ مردود الدورة ما بين 75 و 65%وهذا يعني أن البطارية تفقد ما بين 25 و 35 من الكهرباء المخزّنة, هذا النظام سيرفع ثمن الكيلوواط ساعة المولّد بالطاقة الشمسية بنسبة50% أو أكثر.
نقل الكهرباء تكون إدارة المصادر المتقطّعة أقل صعوبة إذا كانت تغذي شبكة أكبر؛ فمن الممكن أن نحصل من منطقة تتضمّن 100 منشأة مبعثرة، ريحية أو شمسية، على سوية متوسطة من مستوى المدخلات. غير أنّه لا يمكن للشبكة الحالية أن توصل معظم الطاقة المحولة عبر مسافات كبيرة. ويمكن أن يكون الحل، بحسب ما أعلنته وزارة الطاقة عام 2008، بمُرحّل backbone جديد للشبكة عالي الفلطية أقرب ما يكون إلى شبكة الطرق السريعة بين الولايات. ويتضمّن هذا المرحّل نحو19000 ميل من نقل الطاقة إضافة إلى 130 برجا بقيمة 2.6 مليون دولار للميل الواحد. ويمكن أن ترفع الفلطية إلى 765000 فلط وذلك لتخفيض ضياع الطاقة أثناء نقل الكهربــاء بالكبلات. وهذا النظـام لا يتطلّب تقانة جديدة وإنّما يتطلّب أمرين اثنين لا تمتلكهما الولايات المتحدّة حاليا هما: تعهد وطني لدمج النظام الكهربائي على مستوى القارة، ودفع نحو 60 مليار دولار لإنجازه.
الهواء المضغوط في عام 1999، افتتحت شركة ألاباما التعاونية للطاقة Alabama Energy Cooperative محطة لتخزين الطاقة المولّدة بالهواء المضغوط باستخدام محطات تعمل بالفحم الحجري التي لا تعمل عادة في الليل، لضخ الهواء في قبة ملحية مجوفة بضغط أكثر من 1000 رطل لكل بوصة مربّعة. وعند الحاجة إلى طاقة إضافية في النهار يُدخل الهواء المضغوط إلى توربين الاحتراق الذي يعمل بالغاز الطبيعي. وفي الحالة الاعتيادية، يضغط التوربين هواءه الخاص، وتتطلّب معظم المولّدات الفعّالة في الوقت الحاضر 6000 وحدة حرارية بريطانية(Btu) من الغاز الطبيعي لإنتاج كيلوواط ساعة. وفي المقابل، يخفـّف تخزين الهواء المضغوط كمية استخدام الغاز الطبيعي بنسبة الثلث. طاقة تخزين الجليد تبيع شركة آيس إنرجي (طاقة الجليد) IceEnergy، ومركزها كاليفورنيا، أجهزة تُنتج قوالب من الجليد في الليل بحجم 500 گالون في أقبية الأبنية. إن تصنيع الجليد في الليل أسهل من تصنيعه خلال النهار؛ لأنّ الحرارة في الهواء الطلق حيث يجب أن تُطلق الأجهزة الضاغطة للهواء الحرارة هي بصورة عامة أخفض ممّا هي عليه في وقت أبكر من النهار. ويستعمل الجليد الناتج لتبريد البناء خلال النهار. والنتيجة هي استعمال الطاقة المنتجة في الليل، مثل الطاقة المولّدة بطاقة الريح، لتعمل عندما تكون الحاجة إليها ضرورية خلال النهار. |
|
وقود من مصادر الطاقات المتجددة لوسائل المواصلات(****) هناك ثلاث طرق لصنع وقود وسائل المواصلات السائلة من المصادر المتجددة. الطريقة الأولى هي، بكل بساطة، حرق الزيوت النباتية في محركات الديزل وغالبا ما يحرق زيت الصويا أو زيت النخيل. وليكون الزيت مرخصا باستعماله في الولايات المتحدة، يجب أن يُحوّل إلى مادة كيميائية تدعى إستَر ester. هذه العملية بسيطة، غير أنّ مدى استخدامها محدود والمبادرة بأكملها تتعلق بجدل الغذاء مقابل الوقود. والطريقة الثانية بسيطة أيضا وهي أن ندع الخمائر تهضم السكريات وتنتج الكحول، غير أنّ ذلك، يكون محدودا أيضا في مدى استخدام هذه الطريقة ويضع محطة توزيع الوقود بالتنافس مع الأسواق فيما يتعلّق بمحاصيل الحقول. إنّ الأحجام الهائلة من السكريات ترتبط، مع ذلك، بالمحاصيل التي لا تؤكل وبجزء من النباتات التي لا يأكلها الإنسان والتي تنمو كمواد غذائية، مثل تبن القمح وسوق وأغصان نبات الذرة. تحتوي هذه المواد السلِّيلوزية على سكريات سداسية الكربون التقليدية وكذلك على سكريات خماسية الكربون لا تفكّكها الخمائر العادية. وتفكيك هذه السكريات فيما يتعلّق بالطريقة الثالثة، يتم باستخدام بعض النباتات في مستوى اختباري البخار أو الحموض أو الاثنين معا. وثمة اختيار آخر وهو استخدام إنزيمات من جراثيم مبدّلة جينيا أو من فطريات. ولتحويل السكريات إلى وقود سائل يستخدم بعض الباحثين عمليات تحفيزية، ويعتمد آخرون على الخمائر، وغالبا ما تكون مبدّلة جينيا أيضا. إنّ بعضها تفكّك ببساطة المواد السلِّيلوزية إلى غاز وقود من أحادي أكسيد الكربون وهدروجين ثم تحوله إلى جزيئات هدروكربونية، مثل الإيثانول والكحولات والسوائل الأخرى. وتتضمّن المواد الخام كمية كبيرة من الحُتات، مثل الرقاقات ولحاء الأشجار ومخاريط الصنوبريات؛ وكميات من الورق والبلاستيك من النفايات المنزلية؛ والفضلات الزراعية. على الرغم من أن جميع هذه الطرائق قد بيّنت أنها تُستخدم بنجاح في المختبر أو على مستوى اختباري، فإنّ عملية تسويق تجارية ناجحة تبقى صعبة التحقيق. ومع ذلك، تشجع الحوافز والحصص الجهود الكثيرة.
|
المؤلف
Matthew L. Wald
مراسل في مجلة نيويورك تايمز، حيث غطى موضوعات الطاقة منذ عام 1979. فقد عالج موضوعات تكرير النفط وإنتاج الكهرباء والسيارات الكهربائية أو التي تسير بالطاقتين الكهربائية والبترول وتلوّث الهواء. يقيم <وولد> حاليا في واشنطن حيث يتابع عمله في موضوعات أمان المواصلات وموضوعات أخرى. وهذه هي المقالة الرابعة التي يكتبها لمجلة ساينتفيك أمريكان.
مراجع للاستزادة
Department of Energy scenario for meeting 20 percent of electric needs with wind by 2030: www1.eere.energy.gov/windandhydro
Hybrid power plant to be built in California that produces energy from solar power when it is available and natural gas when it is not: www.inlandenergy.com
Information on compressed-air energy storage: www.solarfeeds.com/index.php?option=com_content&view=article&id=3256:compressed-air-energy-storage-further-along&catid=80:80&Itemid=173
Renewable Fuels Association facts on cellulosic ethanol: www.ethanolrfa.org/resource/cellulosic
(*) The Power of Renewables
(**) Generating Electric Power
(***) Storing and Delivering Renewable Power.
(****) Renewable Transportation Fuels.
