إن التوقف عن استخدام الوقود الأحفوري أصعب مما تعتقد
It’s Harder Than You Think To Stop Using Fossil Fuels
Dan Eberhart
Aug 3,2020
دان إبرهارت - الرئيس التنفيذي لشركة Canary، LLC.
تواجه الجهود المبذولة لتخفيف الاقتصاد عن الوقود الأحفوري وإلى المزيد من الطاقة المتجددة للتصدي لتغير المناخ عقبات تكنولوجية كبيرة تتجاوز الآثار الاقتصادية لمثل هذا التحول.
عند النظر في التكاليف والفوائد البيئية للتحول بعيدًا عن الوقود الأحفوري - لا سيما في قطاعي النقل والصناعة في الاقتصاد - يجب أن نأخذ في الاعتبار دورة الحياة الكاملة لكل مصدر طاقة.
الحقيقة هي أن الانتقال الكامل إلى اقتصاد الطاقة المتجددة سيتطلب قدرًا هائلاً من الطاقة، ويجادل البعض بكمية غير مستدامة من المواد الخام والأراضي.
تتمتع مصادر الطاقة المتجددة بكثافة طاقة أقل من الوقود الأحفوري، لذا فهي تتطلب غالبًا المزيد من الطاقة لالتقاط نفس القدر من الطاقة من مصادر أخرى لكل حجم.
البنزين، على سبيل المثال، أكثر كثافة في الطاقة بعشرة كوادريليون مرة من الإشعاع الشمسي، وأكثر كثافة للطاقة بمليار مرة من طاقة الرياح والماء، وعشرة ملايين مرة أكثر كثافة من الطاقة البشرية.
والنتيجة هي وجود حدود أساسية لمقدار الطاقة التي يمكننا استخراجها من مصادر الطاقة المتجددة مقارنة بمساحة الأرض المطلوبة للإنتاج. في كثير من الحالات، قد يكون التأثير البيئي للاعتماد على المزيد من الطاقة المتجددة هو نفسه أو أكبر من استخراج وحرق النفط أو الغاز الطبيعي أو حتى الفحم.
لتحقيق الأهداف الأكثر صرامة التي وضعها دعاة إزالة الكربون لمعالجة تغير المناخ، نتحدث عن الكهربة الكاملة لكل قطاع من قطاعات الاقتصاد الأمريكي، بما في ذلك التصنيع والنقل اللذين يمثلان معًا أكثر من 70 في المائة من البترول المستخدم في عام 2019.
استحوذ قطاع النقل على 28,2 كوادريليون وحدة حرارية بريطانية «كواد» من استهلاك الطاقة في عام 2019، وفقًا لإدارة معلومات الطاقة. النقل هو أكبر قطاع مستهلك للطاقة منذ عام 2000. ولا تزال الغالبية العظمى من الطاقة المستخدمة في النقل - 91 بالمائة في عام 2019 - تأتي من البترول. مصادر الطاقة المتجددة، بشكل رئيسي في شكل الوقود الحيوي، تمثل 5 في المائة.
استخدم القطاع الصناعي 26,3 كوادًا من الطاقة العام الماضي حيث وفر الغاز الطبيعي 40 بالمائة من مدخلات الطاقة والبترول 34 بالمائة. جاء ما مجموعه 9 في المائة من الطاقة المستهلكة في القطاع الصناعي - بما في ذلك التصنيع والزراعة والغابات والتعدين والبناء - من مصادر الطاقة المتجددة في عام 2019.
تؤكد العديد من تحليلات دورة الحياة المنشورة في السنوات الأخيرة أن طاقة الرياح والطاقة الشمسية والطاقة المائية تتطلب بانتظام المزيد من المواد الخام، بما في ذلك الحديد والنحاس والألمنيوم والأسمنت لكل وحدة طاقة منتجة مقارنة بتوليد الكهرباء التي تعمل بالفحم والغاز.
وجد الباحث النمساوي إدغار هيرتويتش في تقرير شارك في كتابته مع فريق دولي أن الخلايا الكهروضوئية «PV» يمكن أن تتطلب 10 إلى 40 ضعفًا من النحاس لكل ميغاواط في الساعة مقارنة بالنباتات التي تعمل بالوقود الأحفوري. يمكن أن يحتاج توليد الرياح على اليابسة إلى خمسة إلى 15 ضعفًا من الحديد.
يقدر مارك جاكوبسون، أستاذ الهندسة المدنية والبيئية في جامعة ستانفورد، أن تحويل قطاع الطاقة العالمي إلى طاقة متجددة سيتطلب ما يقرب من 4 ملايين توربين رياح بقوة 5 ميغاواط وحوالي 90 ألف محطة طاقة شمسية على نطاق المرافق بقدرة 300 ميغاواط لكل منها، بالإضافة إلى 1,7 مليار أنظمة الطاقة الشمسية على الأسطح.
تبلغ المساحة الإجمالية المطلوبة لـ 4 ملايين توربين رياح حوالي 50 كيلومترًا مربعًا - بحجم مانهاتن - ولكن يجب أيضًا مراعاة التباعد المطلوب بين كل توربين.
بناءً على ما يقدر ب 50 مترًا مربعًا لكل ميغاواط / ساعة من الإنتاج السنوي، بما في ذلك التباعد وإنتاج الرياح البرية في ”سيناريو التنمية المستدامة“ للوكالة الدولية للطاقة «IEA» - حوالي 7000 تيراواط / ساعة في عام 2040 - سيتطلب مساحة أرض تقريبًا بحجم ألمانيا.
وبالمثل، عند 15 إلى 20 مترًا مربعًا لكل ميغاواط / ساعة من الإنتاج السنوي، فإن توليد 7200 تيراواط ساعة في سيناريو الوكالة الدولية للطاقة في عام 2040 سيستخدم 110,000-140,000 كيلومتر مربع من الألواح - مساوية لمساحة أرض اليونان - بما في ذلك حوالي 60 في المائة من سعة نطاق المرافق و40 في المائة من توليد الأسطح.
هذه المتطلبات الإضافية للتعدين واستخدام الأراضي ليست غير منطقية وتثير أسئلة حول التكاليف البيئية الحقيقية لدورة الحياة للطاقة المتجددة.
يعطي تحليل دورة حياة تقنيات الطاقة فكرة أفضل عن انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، بما في ذلك الانبعاثات غير المباشرة الناتجة عن إنتاج المواد وتصنيع المعدات وبناء المصانع. إنه يوضح، على وجه الخصوص، أن المصادر المتجددة ليست خالية من الكربون.
وجد تقرير حديث لعلماء من جامعة كوليدج لندن أن التقنيات المتجددة تصبح ”أقل جاذبية نسبيًا“ بمجرد أخذ الانبعاثات غير المباشرة في الاعتبار.
تبلغ انبعاثات دورة حياة الرياح 15 كيلوجرامًا فقط من ثاني أكسيد الكربون لكل ميجاوات ساعة وفقًا للمختبر الوطني للطاقة المتجددة «NREL»، مقابل 20 كجم / ميجاوات ساعة للطاقة الكهرومائية، و25 كجم / ميجاوات ساعة للطاقة النووية و60 كجم / ميجاوات ساعة أكثر أهمية. للطاقة الكهروضوئية، والتي تتطلب تصنيعًا كثيفًا للطاقة.
لا يزال هذا أفضل بكثير من توربينات الغاز ذات الدورة المركبة عند 465 كجم / ميغاواط ساعة والفحم عند 1050 كجم / ميجاوات ساعة. لكن الشمس لا تشرق دائما. لا تهب الرياح دائمًا، وكما تلاحظ NREL، هناك أسئلة حول ما إذا كان تخزين البطاريات يمكن أن يوفر سعة قصوى في شبكات الطاقة، لأجزاء من اليوم عندما يرتفع استخدام الكهرباء.
هذا هو السبب في أن العالم لا يتسرع في تجنب الغاز الطبيعي لاحتياجاته المستقبلية من الطاقة، حتى في ظل سيناريوهات منخفضة الكربون. يظل الغاز مزودًا آمنًا للطاقة ”الأساسية“ - وهو الحد الأدنى من الكهرباء اللازمة لتلبية الطلب في أي وقت.
الغاز الطبيعي هو أيضا ذو تكلفة تنافسية للغاية. كان الانخفاض الحاد في تكاليف الطاقة المتجددة في السنوات الأخيرة مثيرًا للإعجاب. ومع ذلك، بعد صدمة الطلب من جائحة فيروس كورونا، عاد الغاز الطبيعي إلى كونه الخيار الأرخص لتوليد الطاقة الجديدة في معظم أنحاء العالم.
تقول وكالة الطاقة الدولية إن الاستهلاك العالمي للغاز الطبيعي يتجه نحو انخفاض يقدر بنحو 4 في المائة في عام 2020، وترى مخاطر ”الطاقة المفرطة لفترات طويلة“ حيث أن تراكم الطاقة الجديدة للغاز والغاز الطبيعي المسال من قرارات الاستثمار السابقة يفوق نمو الطلب بشكل أبطأ من المتوقع.
الغاز الطبيعي ليس رخيصًا فقط؛ كما يمكن أن تكون أنظف بكثير من التكنولوجيا الحالية.
تتجه شركات النفط الدولية، التي يمتلك العديد منها 2050 هدفًا صافيًا لانبعاثات الكربون، لمعالجة انبعاثات الميثان من حرق الغاز لتقليل انبعاثات دورة الحياة. تستثمر بعض الشركات أيضًا في ”الغاز الأخضر“ - الغاز الطبيعي المنتج من الهيدروجين أو الغاز الحيوي - لزيادة تقليل انبعاثات الكربون.
من المتوقع أن يحدث معظم النمو في الطلب على الغاز بعد عام 2021 في آسيا، بقيادة الصين والهند، حيث يستفيد الغاز من الدعم الوطني القوي. هذه البلدان، حيث ينمو الطلب على الطاقة بشكل أسرع من بقية العالم، تبحث في مزيج من الغاز ومصادر الطاقة المتجددة للوفاء بالتزاماتها بموجب اتفاق باريس للمناخ لعام 2015.
من المهم أن نتذكر أن هذه الاقتصادات الناشئة تركز على رفع مستويات المعيشة أولاً وحماية البيئة ثانيًا. الغاز الطبيعي هو الخيار الواضح - فهو رخيص ووفير. مع التحسينات المتزايدة لأدائها البيئي، يجب أن يستمر الغاز الطبيعي في لعب دور رئيسي في تلبية الطلب على الطاقة على مستوى العالم.
