Bjarke Buchbjerg, Jozefien Vanbecelaere

يتحمل القطاع الصناعي المسؤولية المباشرة عن حوالي 40% من استهلاك الطاقة العالمي، ويساهم في 25% من انبعاثات الغازات الدفيئة (GHGs). إدراك هذه الأرقام يبرز الحاجة الملحة لإزالة الكربون من الصناعة لتحقيق أهداف الصفر الصافي. وبما أنه من المتوقع نمو القطاع – بدافع التطور الاقتصادي ونمو السكان – تصبح الحاجة إلى الانتقال بعيدًا عن مصادر الطاقة الثقيلة بالكربون أكثر وضوحًا.

يأتي جزء كبير من الطلب على الطاقة الصناعية على شكل حرارة، تُستخرج بشكل رئيسي من الوقود الأحفوري.

بينما تظل عملية كهربة القطاعات التي تستهلك طاقة كثيفة مثل الإسمنت والألمنيوم والصلب، تحديًا تقنيًا بسبب الحاجة إلى درجات حرارة عالية، توجد تقنيات ناضجة ومتاحة تجاريًا للعمليات بدرجات حرارة متوسطة إلى منخفضة (أقل من 500 درجة مئوية). تقريبًا نصف الطلب الكلي على الحرارة ينشأ من عمليات بدرجات حرارة أقل من 200 درجة مئوية، وهو ما يلبي معظم متطلبات الحرارة لقطاعات مثل الأغذية والمشروبات، والبلاستيك، والنسيج، ومنتجات الخشب، وتصنيع الأجهزة والآلات.

في المشهد الصناعي، وصلت تقنيات الكهرباء إلى مستوى متقدم من النضج. على سبيل المثال، تُعتبر مضخات الحرارة حلاً فعالاً واقتصاديًا بشكل مستمر لتوفير الحرارة منخفضة الدرجة في العمليات الصناعية.

يُذكر أن مضخات الحرارة لا تقوم بتوليد الحرارة مباشرةً؛ بل تقوم بنقلها. وهذا يتطلب طاقة أقل للحصول على ناتج حراري معادل. أدى التقدم التكنولوجي إلى تطوير مضخات حرارة عالية الكفاءة تلبي احتياجات التدفئة الصناعية المتنوعة. وعندما تُستخدم هذه التقنيات بالتزامن مع حلول متقدمة لتخزين الحرارة، فإنها تضمن توفيرًا مستمرًا ومستدامًا للطاقة الحرارية للصناعات.

على الرغم من هذه الفوائد الواضحة، لا يحدث نشر هذه التقنيات التحويلية بالسرعة اللازمة. والحواجز المستمرة تعيق التقدم. وتشمل هذه الحواجز نقص الوعي، وقلة الرواد الأوائل (خاصة بين الشركات الصغيرة)، والقلق بشأن الاستثمارات الأولية، وعدم استقرار أسعار الكهرباء.

يجب أن يتحول السؤال، مع ذلك، من “لماذا لا؟” إلى “كيف يمكننا التغلب على هذه التحديات لفتح إمكانيات الكهربة الصناعية؟”.

بما أن زيادة الوعي جزء من الإجابة، فيما يلي استكشاف لتقنيتين رئيسيتين: مضخات الحرارة وتخزين الحرارة.

مضخات الحرارة

تساعد مضخات الحرارة في إزالة الكربون من العمليات الصناعية. ويشمل ذلك صناعة المعكرونة، وبسترة الحليب، وإنتاج المواد الكيميائية، وتصنيع الأثاث.

على الرغم من ارتباطها في الغالب باستخدامات المنازل والمكاتب، فإن مضخات الحرارة أصبحت قادرة بشكل متزايد على توفير مستويات عالية من الحرارة المطلوبة في الصناعة. يمكن لمضخات الحرارة الكبيرة اليوم أن تصل إلى درجات حرارة تزيد على 180 درجة مئوية، وهو ما يكفي لتلبية الطلب على التدفئة في 37% من الصناعة. هذا يتناسب مع احتياجات القطاعات التي تحدث فيها الكثير من عمليات التجفيف (الورق واللب والخشب والفواكه والخضروات)، أو التطبيقات مثل البسترة والتقطير وإنتاج الأغذية. بشكل أساسي، أي قطاع يحدث فيه تسخين وتبريد المنتجات والعمليات.

علاوة على ذلك، تتمتع هذه المضخات الحرارية بقدرات عالية، تتراوح من 100 كيلوواط إلى 50 ميجاواطًا. وهذه أقوى بكثير من مضخات الحرارة السكنية، التي تكون قدراتها عادةً حوالي 6 كيلوواطات إلى 15 كيلوواطًا.

مضخات الحرارة الكهربائية نظيفة ومتجددة، فهي تستخرج الطاقة من مصادر مثل: الهواء أو تحت الأرض أو الماء. وهي مناسبة بشكل خاص وفعالة في العمليات الصناعية حيث يُطلب استخدام الحرارة الناتجة عن الفضلات (مثل عملية التبريد) كمصدر للطاقة. كما أنها تتمتع بكفاءة عالية؛ إذ توفر ثلاث إلى خمس مرات كمية التسخين أو التبريد مقارنة بالكمية الصغيرة من الطاقة الدافعة التي تستخدمها.

وكما هو الحال في الأماكن السكنية، فإن المزيد من المضخات الحرارية في الصناعة يعني استخدامًا أقل للوقود الأحفوري. ومن الممكن خفض غازات الدفيئة الناتجة عن التدفئة الصناعية بنسبة 78% إذا تم تعميم المضخات الحرارية في مختلف الصناعات .وبحلول عام 2050، من الممكن خفض انبعاثات الغازات الدفيئة بنسبة هائلة تصل إلى 99%.

توفر مضخات الحرارة مرونة لشبكة الكهرباء؛ لأنه يمكن تشغيلها وإيقافها اعتمادًا على سعر الطاقة.

لإدراك إمكانات مضخات الحرارة، يعدُّ العمل المشترك أمرًا حاسمًا. على سبيل المثال، سيكون النشر السريع لخطة عمل مضخات الحرارة الأوروبية – التي أجلتها المفوضية الأوروبية عن موعد الإطلاق المقرر في أوائل عام 2024 – والدعم المستمر لمبادرات البحث والتطوير (R&D)، حاسمًا في دفع القطاع الصناعي نحو مستقبل أكثر خضرة وكفاءة.

تخزين الحرارة

تخزين الطاقة الحرارية (TES) هو تقنية رائدة في تخزين الطاقة، حيث يتم تأجيل استخدام الطاقة الحرارية أو الكهربائية إلى مرحلة لاحقة. ويشمل ذلك تطبيقات فنية متعددة وتقنيات تخزين، بما في ذلك التحويل من حرارة إلى حرارة، ومن حرارة إلى طاقة، ومن طاقة إلى حرارة، ومن طاقة إلى حرارة ثم إلى طاقة، ومن الطاقة الأساسية الحرارية إلى X. تقنيات TES على مستوى عالٍ من الاستعداد التقني وهي جاهزة للنشر على نطاق واسع. ويمكن أن تسهم بشكل فريد في الكهربة، وتوليد الطاقة المتجددة، ومرونة الطاقة.

يؤدي تخزين الطاقة الحرارية (TES) دورًا رئيسيًا في قطاع الكهرباء من خلال تسهيل دمج مصادر الطاقة المتجددة (RES)، والتخفيف من التقطع، وتقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري، وتقديم مرونة على مستوى الشبكة. في مجال التدفئة والتبريد، يدعم TES إزالة الكربون من الصناعة، ويحسن الحلول الكهربية ويمكن من تلبية احتياجات الطاقة الحرارية المخصصة. في تطبيقات توليد الطاقة المشتركة للحرارة والكهرباء، يعمل TES على تنويع الإيرادات وإعادة توظيف الأصول المهملة، دعمًا لانتقال عادل في المناطق المعتمدة على الوقود الأحفوري.

تخزين الطاقة الحرارية (TES)، مع تطبيقاته المثبتة وفوائده الواضحة، جاهز للنشر على نطاق واسع، ويمكن أن يؤدي دورًا حاسمًا في الكهربة الصناعية.

ستكون كل من مضخات الحرارة وتخزين الطاقة الحرارية (TES) حاسمة في طموحاتنا نحو مستقبل صافي الانبعاثات الصفرية.

إعداد: وحدة الترجمات بمركز سمت للدراسات
المصدر : World Economic Forum