30 أيار/مايو 2008

حلول نظيفة لتوليد الطاقة

بقلم لويس ميلفورد وأليسون شوماكر

يجب أن تكون استراتيجيات الكربون المنخفض خلاّقة لتحقيق أمن الطاقة وتأمين استقرار المناخ بحلول عام 2050. ويجب أن يتضمن هذا التغير الجذري العالمي في الطاقة مزيجاً من تكنولوجيات الطاقة النظيفة كالفحم المزال الكربون، وعزل واحتجاز الكربون، والخلايا الغلفانية، والطاقة البيولوجية، ومحطات توليد الكهرباء بالغاز العالية الكفاية جداً.

لويس ميلفورد، هو رئيس مجموعة الطاقة النظيفة، وأليسون شوماكر هي مديرة مشروع في نفس هذه المجموعة، وهي منظمة غير ربحية في الولايات المتحدة في طليعة الجهات العاملة في سبيل توفير برامج تكنولوجيات مبتكرة، وتمويل، وسياسات تتعلق بمجموعة متنوعة من مسائل الطاقة النظيفة وتغير المناخ.

يجب أن تحصل ابتكارات غير مسبوقة لتطوير تكنولوجيات كربون منخفض ستحدث ثورة في العالم، وتسويقها تجارياً ونشرها على نطاق واسع.

ففي حين نمت أسواق الطاقة النظيفة بشكل هائل خلال السنوات الأخيرة إلا أنها ل تمثل سوى جزء ضئيل جداً فقط من الحل الضروري لوقف ارتفاع درجة حرارة العالم (ظاهرة الاحترار العالمي) المرهون بعملية تحول جوهرية نحو مستقبل للطاقة بكربون منخفض.

تشمل الطاقة النظيفة عادة التكنولوجيات التقليدية للطاقة المتجددة: إنتاج الطاقة بواسطة تكنولوجيات الطاقة الشمسية، والريحية، والمائية الصغيرة، والكتلة البيولوجية، وحرارة المحيطات، والمد والجزر والأمواج، والحرارة الجيولوجية، الخلايا الغلفانية (العاملة بالوقود)ة، وتكنولوجيات مرتبطة بها لتخزين وتحويل الطاقة.

إلا أنه من الضروري ابتكار تكنولوجيا شاملة ذات كربون منخفض. علينا أن نزيد بنسبة هائلة من استعمال تكنولوجيات أنواع الطاقة المتجددة هذه، وأن ندفع بدرجة كبيرة عجلة خيارات الكربون المنخفض كالفحم المزال الكربون، وعزل واحتجاز الكربون، وإنتاج الطاقة الأحفورية العالية الكفاية جداً، والخلايا العاملة بالوقود، والطاقة البيولوجية، ومشتقات علم الجينوم (خريطة المورثات) وتكنولوجيا الأجزاء الدقيقة للغاية (تكنولوجيا النانو)، والحقول العلمية المتصلة بها.

وبالإضافة إلى ذلك، لا تستطيع سياسات الطاقة والمناخ المتبعة اليوم أن تنشط وحدها أسواق الطاقة النظيفة بالمقدار والدرجة اللازمين لترسيخ أمن الطاقة وتأمين الاستقرار في المناخ بحلول عام 2050. يجب أن نكون أكثر ابتداعاً في نشر استراتيجيات خلاقة جديدة لكافة خيارات الكربون المنخفض هذه. وعلاوة على ذلك، فإن الهيكليات الحالية لتمويل وتسويق التكنولوجيات الخلاقة تجارياً ما زالت فاشلة في إدخال هذه التكنولوجيات الضرورية جداً للكربون المنخفض إلى الأسواق.

ولن نستطيع تحقيق التغير الجذري في الطاقة عالمياً إلا من خلال المعالجة المتزامنة للتحديين التوأمين؛ التعجيل في ابتكار التكنولوجيات المنخفضة الكربون وتحقيق التمويل والإنتاج والتسويق على صعيد تجاري.

حلول تكنولوجيا الكربون المنخفض

بالإضافة إلى أنواع الطاقة المتجددة، أي طاقة الفولتية الضوئية الشمسية، وطاقة الرياح، وطاقة المحيطات، وكذلك التكنولوجيات الكفوءة، تشمل الحلول الواعدة لتكنولوجيا الكربون المنخفض ما يلي:

الفحم المزال الكربون: تمثل الدورة الموحدة المتكاملة للتحويل إلى غاز (IGCC) جيلاً جديداً من المحطات العاملة بالفحم المتفوقة تقنياً والمفضلة بيئياً على محطات توليد الكهرباء التقليدية. ويعود سبب ذلك إلى قدرتها على تحويل الفحم إلى غاز وبذلك تخفض مستويات أكسيد الكبريت، وأكسيد النيتروجين، والجسيمات، وانبعاثات الزئبق قبل الاحتراق. كما تخفض محطات الدورة الموحدة المتكاملة للتحويل إلى غاز، الكمية المنبعثة من ثاني أكسيد الكربون بنسبة هامة، ويمكن معالجتها أيضاً بحيث تستطيع التقاط الكربون، ملغية بذلك عملية التنظيف النهائية.

ويمكن إزالة الكربون من الفحم وفق ثلاثة أساليب: من خلال أجهزة غسل الغاز في نهاية الأنابيب، أو عزل واحتجاز الكربون، أو محطات الدورة الموحدة المتكاملة للتحويل إلى غاز (أو هذه المحطات مضافة إلى احتجاز الكربون). وتتوفر أجهزة الأساليب الثلاثة لإزالة الكربون تجارياً في الأسواق حالياً، ولكنها تحتاج إلى الإنتاج والنشر على نطاق واسع لتتمكن من منافسة المحطات التقليدية التي تعمل بالفحم وتحول دون إنشاء المزيد منها. وينطبق هذا الأمر على وجه الخصوص في الدول النامية حيث النمو المرتقب في عدد محطات تقليدية تعمل بالفحم عالٍ جداً. في عالم مستقبلي يُقيّد فيه استعمال الكربون قد تصبح محطات الدورة الموحدة المتكاملة للتحويل إلى غاز هي المحطات المختارة العاملة بالفحم.

محطات توليد طاقة غازية عالية الكفاية جداً: تملك المحطات العاملة بالغاز الطبيعي التي تستعمل توربينات الدورة الموحدة المتقدمة كفاية أعلى وتنبعث منها كمية من الغازات المسببة للاحتباس الحراري أقل مما تولده المحطات التقليدية العاملة بالفحم. وفي فترات مختلفة خلال عام 2005، كان الغاز الطبيعي وقوداً أغلى ثمناً وأكثر تقلباً في السعر من الفحم مما جعل الثمن/الاقتصاد عاملاً حاسماً. وقد تؤثر كيفية تطور إمدادات الغاز الطبيعي في المستقبل على أي تفاوت في الكلفة. وقد تدعو الضرورة إلى إيجاد حوافز لزيادة القدرة التنافسية لتشجيع انتشار استعمال تكنولوجيا الغاز العالي الكفاية جداً.

الخلايا الغلفانية: تحول الخلايا الغلفانية (العاملة بالوقود) الهيدروجين والأوكسجين إلى طاقة كهربائية ولا تولد منتجات جانبية سوى الماء والحرارة (دون غازات مسببة للاحتباس الحراري). إنها تكنولوجيا واعدة لتطبيقات متعددة، وعلى الأخص لإنتاج طاقة نظيفة تكون موزعة في مواقع محددة تحتاج إلى أحمال طاقة حساسة كالمطارات، والمصارف، ومراكز بيانات المعلومات، ومحطات المستجيبين الأوائل، والمستشفيات، ومقسمات الهاتف.

وتؤمن الخلايا العاملة بالوقود المركبة في موقع العمل أمن الطاقة  مع نوعية عالية مستديمة. ويمكن لهذه الخلايا العمل بالغاز الطبيعي وبأنواع الوقود المتجدد. وبين العوائق التي تقف في طرق استعمال تكنولوجيا الخلية العاملة بالوقود كلفة رأسمالية ابتدائية عالية نسبياً، ومتطلبات صيانة وتشغيل، وكلفة إنتاج وقود الهيدروجين، ومسائل تتعلق بتخزين وتسليم الوقود. وبغية تحقيق انتشار تبنيّها، يجب دراسة إمكانية استعمال الخلايا العاملة بالوقود في مواقع عمل حساسة كالمستشفيات، وفي أماكن أخرى يؤدي فيها انقطاع الطاقة إلى نتائج خطيرة. وقد لا يشكل تفاوت الكلفة، بالنسبة لمثل هذه المرافق، عائقاً بنفس حجم العائق بالنسبة للمرافق الأخرى.كما يجب أيضاً التغلب على عوائق أخرى أمام الإدخال الأوسع للخلايا العاملة بالوقود على مستوى المرافق العامة، كالأسعار الباهظة للربط بالشبكة العامة للكهرباء عند إيقاف عمل خلية وقودية من أجل صيانتها.

طاقة الكتلة البيولوجية السلولوزية والوقود البيولوجي: مع زيادة الاهتمام بإنتاج واستعمال أنواع الوقود البيولوجي يزداد استعمال تكنولوجيات الكتلة البيولوجية، مثل أجهزة الهضم اللاهوائية وأجهزة التحويل إلى غاز لتوليد الطاقة من المحاصيل الزراعية ومن نفايات المحاصيل ومن روث الماشية. لكن سوق الطاقة البيولوجية ما زالت في بداية عهدها نسبياً وما زال أمامها شوط طويل قبل الوصول إلى نقطة تشير إلى التبني السريع والواسع الانتشار لتكنولوجيات الكتلة البيولوجية وأنواع الوقود البيولوجي. وعلاوة على ذلك، من منظور خفض كمية الكربون، من المعترف به على نطاق واسع أن استعمال الكتلة البيولوجية السلولوزية (المعتمدة على النبات) هو أفضل من زراعة محاصيل كالذرة مخصصة لإنتاج أنواع من الوقود البيولوجي لأن عملية حصاد ونقل هذه المحاصيل يزيد من كمية ثاني أكسيد الكربون المنبعثة في الجو. وقد تكون الأبحاث المتعلقة بالجينوم (خريطة المورثات) حاسمة لتقدم هذه التكنولوجيا، إلا أنه لم يتم بعد حشدها وتسخيرها للتوصل إلى وتسويق أنظمة طاقة وقود بيولوجي مولدة لطاقة عالية وأنظمة طاقة، تجاريا.

احتجاز الكربون: الاحتجاز، أي عزل وخزن الانبعاثات الزائدة للكربون بدلاً من إطلاقها في الجو، يصنف في فئتين: (1) فئة بيولوجية، حيث يتم التقاط الكربون وخزنه في نباتات يعرف عنها أنها تستطيع امتصاص كمية كبيرة من الكربون وتكون قد تمت زراعتها في مناطق محددة؛ و(2) جيولوجية، حيث يتم حقن الكربون داخل تشكيلات صخرية. ويتم حالياً درس مجموعة من التكنولوجيات بشأن فئتي احتجاز الكربون، ولكن لا تتوفر حتى الآن أية دراسة واسعة النطاق. ويجب على جميع الجهات المعنية بالأمر، من القطاعين العام والخاص، أن تنطلق بنشاط أكبر لتحقيق معالجة سريعة للمسائل العلمية والتقنية المختلفة المتعلقة بالطريقة الأفضل لالتقاط وتخزين الكربون لفترات طويلة.

وهناك على الأرجح تكنولوجيات أخرى لخفض الكربون يمكن ابتكارها أو اختراعها بحيث تتمكن من تغيير الوضع القائم بالنسبة لتكنولوجيات الطاقة التقليدية إلى حد أكبر. ولا يكمن التحدي في الاختراع وحسب، بل أيضاً في خلق الأسواق المستقبلية للتكنولوجيات المنخفضة الكربون وتوسيعها بسرعة.

تلوح في الأفق تحديات وفرص متعددة لتكنولوجيا الكربون المنخفض. ويتفق الخبراء على أن التطوير الناجح للطاقة النظيفة سيتطلب الالتفات، ليس فقط إلى تحقيق التقدم في العلوم الأساسية والتطبيقية، بل أيضاً إلى القوى التجارية المؤثرة على التكنولوجيات الناشئة.

وقد أقرت مجموعة الدول الكبرى الثماني (G8) بهذه الحاجة الملحة إلى الابتكارات التكنولوجية وتحقيق اعتمادها تجارياً، عند إطلاقها للحوار بشأن تغير المناخ والطاقة النظيفة والتنمية المستديمة في غلين ايغلز، باسكتلندا في تموز/يوليو 2005. ووضع البنك الدولي "إطاراً للاستثمار" لكي يكون حجر الزاوية في هذا الحوار، مقراًً بالحاجة الملحة إلى ابتكار تكنولوجيا تدعم تأمين زيادة ضخمة في الاستثمارات والأبحاث والتطوير والنشر التجاري للتكنولوجيات المنخفضة الكربون.

واستنتج تقرير "إطار الاستثمار" الذي وضعه البنك الدولي أن السياسات الحالية والتمويل من مصادر حكومية وخاصة غير كافيين لتشجيع ابتكار تكنولوجيات تخفض الكربون لتضمن استقرار كميات الغاز المنبعثة.

تحديات إحداث تغير جذري في مجال الطاقة

ستكون عملية تحقيق تغير جذري في نظام الطاقة العالمي صعبة جداً. فالطاقة هي الصناعة الأكثر تطلباً لرؤوس الأموال في العالم، وهي كناية عن شبكة معقدة ومتكافلة مؤسساتية وتنظيمية ومالية تعتمد على أكثر من قرن كامل من الدعم والحماية الإلزاميين. لكن يمكن أن تكون ثورة الطاقة سريعة: فقد حلت السيارة محل الحصان كوسيلة للنقل خلال حوالي 30 عاماً فقط، بينما انتشر النظام المركزي لمد التيار الكهربائي عبر الولايات المتحدة خلال أقل من 40 سنة.

وسيتعين على التحوّل القادم أن يكون معادلاً في نطاقه للتغير التكنولوجي الجذري الذي حفزته الطاقة في الدول الصناعية على امتداد المئة عام الأخيرة. وقد كانت تلك فترة شهدت انتقالاً من استعمال الدواليب المائية في الصناعة، ومن الحطب والكيروسين للاستعمال المنزلي، ومن وسائل النقل التي تجرها الأحصنة إلى الكهرباء شبه الشاملة، وهيمنة الفحم في إنتاج الكهرباء، والملايين من العربات العاملة بالغاز والديزل، والتنقل بالطائرات النفاثة، وفي نهاية المطاف إلى الرقائق الإلكترونية المصغرة والاقتصاد الرقمي الذي ولّدته.

ومن أجل تحقيق تغير جذري على نطاق مماثل لذلك يجب أن تحصل عدة تغييرات:

• من أكثر الأمور أهمية، على القطاعات الحكومية والأكاديمية والخاصة أن تنسق عملية الأبحاث والتطوير (R&D) مع عملية نشر التكنولوجيات الجديدة واعتمادها تجارياً بدلاً من التعامل مع الأبحاث والتطوير كمجرد مجال تركيز وحيد.
• يجب إجراء مناقشات حول التكنولوجيات منخفضة الكربون على مستويات مختلفة (دولية، ومحلية لا ترقى إلى مستوى الصعيد القومي) وضمن العديد من الأطر لأصحاب المصلحة على الصعيد الأدنى من المستوى القومي، وضمن إطار الاتفاقية  الدولية بشأن تغير المناخ، وحوار مجموعة الثماني حول تغير المناخ والطاقة النظيفة والتنمية المستديمة.
• يجب توزيع مهمة تخفيض كميات الكربون المنبعثة على نطاق عالمي على جميع مستويات كل من القطاعين العام والخاص. ومن شأن ذلك أن يُشرّع الباب أمام ابتكار الحل الخلاق للمشاكل الذي سيعالج مواطن الضعف في السوق، ويشجع التحول نحو تكنولوجيا الكربون المنخفض وتبادل المعلومات المتعلقة بها، ويعزز الترابط بين مختلف العلوم، ويولد نتائج حقيقية ملموسة.
• يجب أن تنتقل عمليات تمويل الطاقة بجرأة ونشاط نحو أشكال جديدة من تجميع رؤوس الأموال بغية إنشاء البنية التحتية للطاقة المنخفضة الكربون التي ستستخدم في المستقبل.
• يتعين على إطار الاستثمار الخاص بمجموعة الثماني وغير ذلك من أشكال التعاون الدولي، أن تجيب عن أسئلة أوسع نطاقاً حول الابتكار التكنولوجي والنشر التجاري لهذه التكنولوجيات. ويجب ردم الفجوات في سلسلة الابتكار بغية الانتقال إلى تكنولوجيات الكربون المنخفض في الدول الصناعية والنامية على السواء. ويجب أن ترافق هذا الانتقال، لتحقيق النتائج، زيادة مهمة في الموارد والموازنات المحددة لهذا الغرض. ويجب على الشراكات بين القطاعين العام والخاص أن تعتبر تعجيل وتيرة ابتكار وتبني تكنولوجيا الكربون المنخفض أولوية قصوى.
• إن المعالجة الشاملة لهذه المسائل هي تحدي أمن الطاقة في القرن الواحد والعشرين.

إن الآراء الواردة في هذا المقال لا تعكس بالضرورة وجهات نظر أو سياسة الحكومة الأميركية.