Tiago Devesa, Mekala Krishnan

لا يزال تحول الطاقة في مراحله الأولى. وفقًا لأحدث أبحاثنا، تم نشر حوالي 10٪ فقط من التقنيات منخفضة الانبعاثات المطلوبة بحلول عام 2050 للوفاء بالالتزامات العالمية.

كان تحقيق النسبة المتبقية البالغة 90٪ سيتطلب دائمًا عملًا حقيقيًا، حتى قبل التطورات العالمية الأخيرة مثل التحولات الجيوسياسية وتغيير السياسات والزيادة في الطلب على الطاقة من مراكز البيانات. سيتطلب ذلك ابتكارًا كبيرًا، ليس فقط ابتكار التقنيات الفردية، ولكن أيضًا إعادة تصور أساسية لكيفية عمل نظام الطاقة وكيفية تداخل التقنيات الجديدة معًا.

يوفر نظام الطاقة الحالي عالي الانبعاثات مستويات عالية من الأداء. ينقل الطاقة بسهولة نسبية إلى حيث تشتد الحاجة إليها لأن الوقود الحالي كثيف الطاقة وسهل النقل.

يمكن لناقلة متوسطة تحمل الغاز الطبيعي المسال أن تزود أكثر من 40000 منزل في الولايات المتحدة بالطاقة لمدة عام كامل. يرسل الطاقة بسرعة. يمكن لبعض توربينات الغاز أن تنتقل من الإغلاق الكامل إلى توليد الطاقة بكامل طاقتها في أقل من عشر دقائق. والمرونة الكيميائية للوقود الأحفوري، جنبًا إلى جنب مع درجة الحرارة العالية التي يولدها احتراقه، تعني أنه يمكن استخدامها لتصنيع آلاف المواد وتوليد الحرارة ذات درجة الحرارة العالية اللازمة في العديد من الصناعات.

وعد الابتكار

تقدم التقنيات منخفضة الانبعاثات وعودًا وقد تحسن أداؤها بسرعة في بعض الحالات. ومع ذلك، فإنها لا تقدم حتى الآن نفس المستوى من الأداء في جميع المجالات. على سبيل المثال، يحتوي الديزل على كثافة طاقة أكبر بحوالي 50 مرة، من حيث الوزن، حتى من أفضل بطاريات السيارات الكهربائية.

في حالات الاستخدام الأسهل مثل السيارات الكهربائية للركاب التي لا تقطع عادة مسافات طويلة جدًا، لا تهم فجوات الأداء هذه كثيرًا. في الواقع، تمتلك السيارة الكهربائية المتوسطة بالفعل نطاقًا كافيًا لتلبية احتياجات معظم الأسر. ولكن في حالات الاستخدام الأصعب، تكون فجوات الأداء هذه أكثر صعوبة. على سبيل المثال، من الصعب جدًا إنتاج بطارية خفيفة وقوية بما يكفي لدفع شاحنة كهربائية بأحمال ثقيلة لمسافات طويلة. اليوم، ستواجه الشاحنات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات صعوبة في إكمال 20-45٪ من رحلات النقل الثقيل لمسافات طويلة التي تكملها نظيراتها التي تعمل بالديزل يوميًا دون إعادة الشحن.

بالطبع، يمكن التغلب على بعض فجوات الأداء بمرور الوقت، وفي بعض الحالات، تتفوق التقنيات النظيفة بالفعل على التقنيات القائمة على الوقود الأحفوري. على سبيل المثال، غالبًا ما تحقق السيارات الكهربائية للركاب والمضخات الحرارية ضعف كفاءة الطاقة أو أكثر من نظيراتها القائمة على الوقود الأحفوري. الطاقة النووية أكثر موثوقية من محطات الفحم من حيث التسليم المتسق، في حين أن البطاريات يمكن أن تزيد من إمدادات الطاقة بشكل أسرع من محطات الغاز للتعامل مع ارتفاع الطلب.

ومع ذلك، لا تزال هناك فجوات في الأداء التكنولوجي عبر نظام الطاقة بأكمله. على سبيل المثال، سيواجه نظام طاقة منخفض الانبعاثات تحديات في الأداء تتعلق بالتقلبات العالية في التوليد عندما تكون الطاقة الشمسية وطاقة الرياح مسؤولتين عن معظم التوليد. ستتطلب إدارة هذا النظام 2-7 أضعاف كمية حلول المرونة مثل التخزين أو قدرة الطاقة الاحتياطية، مقارنة بالتوسع الكلي لنظام الطاقة.

ومما يزيد الأمور تعقيدًا أن بعض التقنيات المطلوبة ليست ناضجة بعد. تعتمد المواد الصناعية مثل الأسمنت أو البلاستيك على الوقود الأحفوري كمصادر للحرارة العالية و/أو المواد الأولية، ولا يمكن للخيارات منخفضة الانبعاثات أن تكرر هذه الأدوار بشكل كامل في بعض الحالات.

في حالة احتجاز الكربون، يعني أداء الخيارات الحالية أن احتجاز انبعاثات المصدر النقطي يمكن أن يكون أصعب بثلاث مرات حيث تحتوي غازات المداخن على تيار أقل نقاءً من الكربون، مقارنة بحالات الاستخدام الحالية.

ما الذي يجب القيام به؟

تعتبر معالجة فجوات الأداء الحرجة هذه مهمة لأنها قد تؤثر بشكل جماعي على خفض حوالي نصف انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من نظام الطاقة. إذن، ما الذي يجب القيام به؟

أولاً، هناك حاجة إلى مزيد من الابتكار لاستخلاص أقصى قدر من الأداء من التقنيات منخفضة الانبعاثات. لحسن الحظ، التقدم واضح في العديد من المجالات. تتحسن كثافة طاقة البطاريات بنحو 3-5٪ سنويًا، ويمكن أن تضاعف الكيمياء الجديدة كثافة الطاقة بحلول عام 2030. يمكن لنماذج التحليل الكهربائي الجديدة أن تجعل إنتاج الهيدروجين أكثر كفاءة وتخدم تقنيات الكهرباء الجديدة المزيد من العمليات الصناعية. على سبيل المثال، تم تشغيل أول أفران أسمنت كهربائية عالية الحرارة مؤخرًا.

لكن الحقيقة تبقى أننا لا نستطيع الابتكار للخروج من بعض الفجوات. لن تكون البطاريات أبدًا بنفس كثافة الزيت؛ ستكون الطاقة الشمسية وطاقة الرياح دائمًا متقطعة إلى حد ما؛ واحتجاز الكربون أصعب بطبيعته عند التعامل مع تيارات أقل نقاءً. لذلك، يجب إعادة التفكير في الطريقة التي يعمل بها النظام بأكمله.

نظرة إلى المستقبل

من الضروريات تغيير الطريقة التي تتداخل بها التقنيات منخفضة الانبعاثات معًا لإبراز إيجابياتها وتقليل سلبياتها. في نظام الطاقة، تاريخيًا، ركزت معظم الجهود لإدارة التقلبات على تعديل إمدادات الطاقة من خلال التخزين أو أشكال الطاقة الاحتياطية. في حين أن هذه مهمة، والابتكار يتقدم، يمكننا توسيع تفكيرنا وتحويل التقنيات التي تطلب الطاقة.

يمكن أن تصبح السيارات والمباني والصناعة مزودي مرونة. يمكن أن تعمل المضخات الحرارية بمرونة، وتسخين المنازل مسبقًا قبل تقييد الشبكة خلال فترات الذروة في الطلب على الطاقة. يمكن أيضًا توقيت شحن السيارات وإنتاج الهيدروجين وبعض الطلب على الطاقة من الصناعة بشكل مناسب. يمكن للبطاريات الموجودة في المنازل أو السيارات أن توفر الطاقة مرة أخرى للشبكة.

يمكننا تكييف الطرق التي نستهلك بها المواد وموارد الطاقة لتحقيق أقصى استفادة من خصائص التقنيات النظيفة التي تم تطويرها. على سبيل المثال، قد لا تحتاج الشاحنات الكهربائية فعليًا إلى نفس مدى الشاحنات التي تعمل بالديزل. إذا كان من الممكن إعادة تكوين الطرق بحيث يمكن إعادة الشحن خلال فترات الراحة الإلزامية لسائقي الشاحنات، فقد تكون قيود مدى الشاحنات الكهربائية أقل أهمية.

في بعض الحالات، يمكننا تجاوز بعض التحديات الصناعية الصعبة عن طريق استبدال المواد الفعلية التي نستخدمها. على سبيل المثال، يمكن استبدال الأسمنت، إلى حد ما، بمواد أسهل في إزالة الكربون منها. في سيدني، يتم بناء ناطحة سحاب هجينة بارتفاع 40 طابقًا باستخدام الخشب جنبًا إلى جنب مع إطار من الصلب والأسمنت.

لن تكون هذه التغييرات سهلة. هناك حاجة إلى رؤية واسعة للابتكار لتحقيق انتقال ناجح، وتحسين التقنيات منخفضة الانبعاثات، والتكوينات الجديدة، وإحداث تغيير عميق في إمدادات الطاقة واستهلاكها. المهمة ليست تغيير مصباح كهربائي، بل إعادة توصيل المنزل بأكمله.

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