طاقة مستدامة

طاقة مستدامة
الطاقة المستدامة هي استخدام الطاقة بطريقة «تلبي احتياجات الحاضر دون المساس بقدرة الأجيال المقبلة على تلبية احتياجاتهم الخاصة».
تعتبر تلبية احتياجات العالم من الكهرباء والتدفئة والتبريد والطاقة اللازمة للتنقل بطريقة مستدامة واحدة من أكبر التحديات التي تواجه البشرية في القرن الحادي والعشرين. يفتقر حوالي مليار شخص في جميع أنحاء العالم إلى الكهرباء ويعتمد نحو 3 مليارات شخص على أنواع الوقود الدخاني مثل الخشب أو الفحم أو روث الحيوانات من أجل الطهي. تعد هذه الأنواع بالإضافة إلى الوقود الأحفوري المساهم الرئيسي في تلوث الهواء الذي يسبب وفاة ما يقدر بنحو 7 ملايين سنويًا. ينبعث من عملية إنتاج واستهلاك الطاقة أكثر من 70% من انبعاثات الغازات الدفيئة التي يسببها الإنسان.
تصف السبل المقترحة من أجل الحد من ظاهرة الاحتباس الحراري إلى 1.5 درجة، التنفيذ السريع لسبل الانبعاثات المنخفضة لإنتاج الكهرباء والتحول نحو استخدام أكثر للكهرباء في قطاعات مثل النقل. وتشتمل السبل أيضًا على تدابير من أجل الحد من استهلاك الطاقة؛ واستخدام أنواع الوقود المحايد للكربون، مثل الكهرباء المتجددة أو احتجاز وتخزين ثاني أكسيد الكربون. يتطلب تحقيق هذه الأهداف سياسات حكومية وعالمية بما في ذلك تسعير الكربون والسياسات الخاصة بالطاقة والتخلص التدريجي من إعانات الوقود الأحفوري. يُستخدم مصطلح «الطاقة المستدامة» عند الإشارة إلى طرق إنتاج الطاقة بشكل متبادل مع مصطلح «الطاقة المتجددة». بشكل عام، تعتبر مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الكهرومائية مستدامة. ومع ذلك، يمكن لمشاريع الطاقة المتجددة الخاصة -مثل تطهير الغابات من أجل إنتاج الوقود الحيوي- أن تؤدي إلى أضرار بيئية مماثلة أو أسوأ من ذلك مقارنة باستخدام طاقة الوقود الأحفوري. يوجد جدل كبير بشأن ما إذا يمكن اعتبار الطاقة النووية مستدامة.
يمكن دمج كميات معتدلة من طاقة الرياح والطاقة الشمسية -وهي مصادر متقطعة للطاقة- في الشبكة الكهربائية دون وجود بنية تحتية إضافية مثل تخزين طاقة الشبكة. ولّدت هذه المصادر 7.5% من الكهرباء في جميع أنحاء العالم في عام 2018، حصة نمت بسرعة. اعتبارًا من عام 2019، كان من المتوقع أن تستمر تكاليف الرياح والطاقة الشمسية والبطاريات في الانخفاض.
تعريفات
وصفت اللجنة العالمية للبيئة والتنمية مفهوم التنمية المستدامة في كتابها لعام 1987 «مستقبلنا المشترك». نص تعريفها لـ «الاستدامة» الذي يستخدم الآن على نطاق واسع على: «يجب أن تلبي التنمية المستدامة احتياجات الحاضر دون المساس بقدرة الأجيال المقبلة على تلبية احتياجاتها الخاصة».
في كتابها، وصفت اللجنة أربعة عناصر رئيسية من أجل الاستدامة في ما يتعلق بالطاقة: القدرة على زيادة إمدادات الطاقة من أجل تلبية الاحتياجات البشرية المتزايدة، وكفاءة الطاقة والحفاظ عليها، والصحة العامة والسلامة، و«حماية المحيط الحيوي والوقاية من المزيد من أشكال التلوث المحلية».
قُدمت تعريفات مختلفة للطاقة المستدامة منذ ذلك الحين والتي تستند أيضًا إلى الركائز الثلاث للتنمية المستدامة وهي: البيئة والاقتصاد والمجتمع.
وتشتمل المعايير البيئية على انبعاثات الغازات الدفيئة، والتأثير على التنوع البيولوجي، وإنتاج النفايات الخطرة والانبعاثات السامة.
تشتمل المعايير الاقتصادية على تكلفة الطاقة، سواء توفرت الطاقة للمستخدمين بموثوقية عالية أو لا، والتأثيرات على الوظائف المرتبطة بإنتاج الطاقة.
تشتمل المعايير الاجتماعية والثقافية على منع الحروب على إمدادات الطاقة (أمن الطاقة) وتوافر الطاقة على المدى الطويل.
يُعرف مبدأ التنظيم للاستدامة على أنه تنمية مستدامة، تشتمل على هذه المجالات الأربعة المترابطة: البيئة والاقتصاد والسياسة والثقافة.
مصادر الطاقة
مصادر الطاقة المتجددة
تقنيات الطاقة المتجددة مساهم رئيسي في الطاقة المستدامة، إذ تساهم بشكل عام في الأمن الطاقي العالمي وتخفض الاعتماد على موارد الوقود الأحفوري، ما يخفف بالتالي انبعاثات غازات الدفيئة. يشير مصطلح الطاقة المتجددة إلى الطاقة من المصادر التي تتجدد بشكل طبيعي، في حين تعتبر الطاقة مستدامة إذا كانت متاحة في المستقبل المنظور. هكذا، يمكن أن تصبح المصادر المتجددة التي تنضب بفرط الاستخدام غير مستدامة. تثير مشاريع الطاقة المتجددة أحيانًا مخاوف بارزة تخص الاستدامة، كتهديد التنوع الحيوي عند تحول مناطق ذات قيمة بيئية عالية لإنتاج الطاقة الحيوية، أو المزارع الريحية أو الشمسية.
الطاقة الكهرومائية أكبر مصادر الكهرباء المتجددة مع نمو طاقة الرياح والطاقة الشمسية بسرعة شديدة. الطاقة الشمسية من المصفوفات الضوئية الجهدية وطاقة الرياح من المحطات الأرضية أرخص أشكال التوليد الحديثة للطاقة الكهربائية في معظم البلدان. لأكثر من نصف العدد البالغ 770 مليون نسمة المحرومين حاليًا من الكهرباء، من المرجح أن تشكل حلول الطاقة المتجددة اللامركزية كالشبكات الصغيرة للطاقة الشمسية أرخص أشكال إتاحة الكهرباء بحلول عام 2030.
الطاقة الشمسية
الشمس هي المصدر الرئيسي للطاقة في كوكب الأرض، وهي مورد نظيف ومتاح بشكل وافر في العديد من المناطق. في عام 2019، وفرت الطاقة الشمسية نحو 3% من الكهرباء في العالم، معظمها عن طريق ألواح شمسية مبنية على الخلايا الجهدية الضوئية. تركب الألواح على سطوح المباني، أو تركب في منظومات شمسية لمؤسسات توليد الكهرباء. انخفضت تكاليف الخلايا الضوئية الجهدية بشكل سريع، ما أدى إلى نمو كبير في حجم استخدامها في العالم. تنافس كلفة الكهرباء من المزارع الشمسية الحديثة -أو تكون في الكثير من الأماكن أرخص من- الكهرباء من محطات الفحم الحجري الموجودة. ترى العديد من التصورات لاستخدام الطاقة في المستقبل أن الخلايا الضوئية الجهدية الشمسية من المصادر الرئيسية لتوليد الطاقة في مزيج مستدام.
يمكن بسهولة إعادة تدوير معظم عناصر الألواح الشمسية، ولكن ذلك لا يجري دائمًا في غياب القوانين الناظمة. تحتوي الألواح عادةً على معادن ثقيلة، فتشكل بالتالي مخاطر بيئية إذا وضعت في مكبات نفايات. تتطلب ألواح الطاقة الشمسية طاقةً لإنتاجها، وهي تكافئ الطاقة التي تولدها هي خلال أقل من عامين، ولكنها تستسهلك أقل إذا أعيد تدوير المواد بدل تعدينها.
في الطاقة الشمسية المركزة، تركز أشعة الشمس عن طريق حقل من المرايا، مسخنةً سائلًا. تنتج الكهرباء من البخار الناتج عن طريق محرك حراري. يخزن جزء من الحرارة عادةً، ما يجعل هذا النوع من الطاقة الشمسية قابلًا للتوزيع[HZ1] : أي يمكن إنتاجه عند الحاجة. بالإضافة إلى إنتاج الكهرباء، فإن الطاقة الشمسية تستخدم أيضًا بشكل أكثر مباشرةً؛ إذ تطبق أنظمة التسخين الحراري الشمسي لإنتاج الماء الساخن، وتدفئة المباني، والتجفيف، وتحلية المياه.
طاقة الرياح
كمصدر نظيف للطاقة، شكلت الرياح دافعًا مهمًا للتطوير منذ آلاف السنين، موفرةً سبل النقل المائي والطاقة الميكانيكية للعمليات الصناعية واستصلاح الأراضي البحرية. في 2019، وفرت العنفات الريحية نحو 6% من الكهرباء في العالم. الكهرباء من مزارع الرياح على اليابسة أرخص غالبًا من محطات توليد الكهرباء الحالية العاملة على الفحم الحجري، وتنافس الغاز الطبيعي والطاقة النووية. يمكن وضع عنفات الرياح في المحيط حيث الرياح أكثر استقرارًا وأقوى منها على اليابسة، ولكن تكاليف البناء والصيانة أعلى. وفقًا لبعض تنبؤات المحللين، ستصبح طاقة الرياح البحرية أرخص من طاقة الرياح على اليابسة بحلول منتصف العقد الرابع من القرن الحادي والعشرين.
لمزارع الرياح على اليابسة، والتي تبنى عادةً في مناطق برية أو ريفية، أثر بصري على المنطقة التي توضع فيها. ومع أن الاصطدامات بعنفات الرياح تقتل كلًّا من الوطاويط و-بشكل أقل- الطيور، فإن هذه الآثار أقل من بنى تحتية أخرى كالنوافذ وخطوط نقل الكهرباء. يمكن أن يشكل الضجيج وومضات الضوء بسبب العنفات الريحية إزعاجًا، وقد يحد هذا من بنائها قرب المناطق ذات الكثافة السكانية. لا تستهلك طاقة الرياح، على عكس محطات توليد الطاقة النووية والعاملة على الوقود الأحفوري، الماء لإنتاج الطاقة الكهربائية. تحتاج العنفات الريحية مقدارًا قليلًا من الطاقة لبنائها بالمقارنة مع الطاقة التي تنتجها محطة الرياح نفسها. لا يمكن إعادة تدوير شفرات العنفات بشكل كامل وما تزال الأبحاث جاريةً في طرق تصنيع شفرات يمكن إعادة تدويرها بشكل أسهل.
طاقة المياه
تحول المحطات الكهرومائية طاقة حركة المياه إلى كهرباء. وسطيًا، تعد طاقة المياه من مصادر الطاقة ذات أقل مستويات انبعاثات غازات الدفيئة بالنسبة لوحدة الطاقة المنتجة، ولكن مستويات الانبعاثات تختلف بشكل كبير بين المشاريع. في عام 2020، وفرت طاقة المياه نحو 17% من الكهرباء في العالم، هبوطًا من نحو 20% من منتصف إلى أواخر القرن العشرين.
في طاقة المياه التقليدية، ينشأ خزان كبير خلف سد. توفر محطات التوليد الكهرومائية التقليدية تغذيةً شديدة المرونة، وقابلة للتوزيع، ويمكن دمجها مع طاقة الرياح والطاقة الشمسية لتوفير حمل الذروة والتعويض عند انخفاض المتاح من طاقة الشمس والرياح.
في معظم مشاريع الطاقة الكهرومائية التقليدية، تنحل المادة الحيوية التي تغمر بمياه الخزان، لتصبح مصدرًا لثنائي أكسيد الكربون والميثان. يمكن أن يكون الأثر الكربوني نصف ما ينتج عن الوقود الأحفوري التقليدي. ترتفع مستويات هذه الانبعاثات بشكل خاص في المناطق المدارية. يمكن لزوال الغابات والتغير المناخي خفض توليد الطاقة من السدود الكهرومائية. حسب الموقع، يمكن للسدود الكبيرة التسبب في هجرة السكان وضرر بيئي محلي بارز؛ ويمكن للانهيار المحتمل للسدود أن يعرض السكان المجاورين للخطر.
لمنشآت الطاقة الكهرومائية العاملة على جريان الأنهار أثر بيئي أقل من منشآت السدود وتخزين المياه بشكل عام، ولكن قابليتها لتوليد الطاقة الكهربائية تعتمد على تدفق النهر الذي يتغير مع الطقس اليومي والموسمي. توفر السدود قدرة على التحكم بكمية المياه للسيطرة على الفيضانات وتوليد خرج الكهرباء بشكل مرن مع توفير الأمن المائي في نفس الوقت لإتاحة مياه الشرب والري في أوقات الجفاف.
الطاقة الجيوحرارية
تنتج الطاقة الجيوحرارية عن طريق الوصول إلى الحرارة الموجودة تحت قشرة الأرض، التي يمكن حصادها لتوليد الكهرباء وللتسخين والتدفئة. يتركز استخدام الطاقة الجيوحرارية في المناطق التي يكون فيها استخراج الحرارة مجديًا اقتصاديًا: ويحتاج هذا مزيجًا من درجات الحرارة المرتفعة، وتدفق الحرارة، والنفاذية (قابلية الصخور للسماح للسوائل بالنفاذ خلالها). تنتج الطاقة عن طريق آبار محفورة إلى خزانات الحرارة. تسخن السوائل جوف الأرض، ويمكن التقاطها على شمل بخار لتشغيل عنفة حرارية. وفرت الطاقة الجيوحرارية إلى جانب الطاقة الحرارية الشمسية 2.2% من حاجة العالم للتدفئة في المباني في 2019.
الطاقة الجيوحرارية مورد متجدد لأن الطاقة الحرارية تتجدد باستمرار من المناطق المجاورة الأدفأ والتحلل الإشعاعي للنظائر الطبيعية. وسيط دورة انبعاثات غازات الدفيئة للمحطات الكهربائية الجيوحرارية أقل من 5% من كثافة الكربون في الفحم الحجري. تترافق الطاقة الجيوحرارية مع خطر التسبب في الزلازل، وتحتاج حماية فعالة لتجنب تلوث المياه، وتصدر انبعاثات سامة يمكن التقاطها.
الإستراتيجية
تحتوي إستراتيجيات الطاقة المستدامة عموما على دعامتين هما:
الطرق الأنظف للإنتاج.
الحفاظ على الطاقة.
الأهمية
يتم نشر تقنيات الطاقة المستدامة لتوليد الكهرباء وتسخين المباني وتبريدها وأنظمة نقل الطاقة والآلات.
عند الإشارة إلى طرق إنتاج الطاقة يتم استخدام مصطلح «الطاقة المستدامة» بشكل متبادل مع مصطلح «الطاقة المتجددة».
تعتبر مصادر الطاقة المتجددة مثل:
الطاقة الشمسية
طاقة الرياح
الطاقة الحرارية
طاقة المد والجزر
احد مصادر الطاقة المستدامة.
إن تنفيذ بعض مشاريع الطاقة المتجددة مثل سد الأنهار لتوليد الطاقة الكهرومائية أو تطهير الغابات لإنتاج الوقود الحيوي يثير أحيانا مخاوف كبيرة بشأن الاستدامة حيث يوجد هناك جدل كبير حول ما إذا كان يمكن اعتبار الطاقة النووية طاقة مستدامة.
التكاليف
لقد انخفضت تكاليف مصادر الطاقة المستدامة بشكل كبير على مدار السنين وتستمر في الانخفاض على نحو متزايد وتدعم السياسات الحكومية الفعالة ثقة المستثمرين وتتوسع هذه الأسواق.
يتم إحراز تقدم كبير في انتقال الطاقة من الوقود الأحفوري إلى النظم المستدامة بيئيا إلى الحد الذي تدعم فيه العديد من الدراسات الطاقة المتجددة بنسبة 100٪.
التنظيم
مبدأ تنظيم الاستدامة هو التنمية المستدامة والتي تشمل المجالات الأربعة المترابطة:
البيئة
الاقتصاد
السياسة
الثقافة
ويعتبر علم الاستدامة هو دراسة التنمية المستدامة وعلوم البيئة.
الوضع الحالي
يُنظر إلى توفير الطاقة المستدامة على نطاق واسع على أنه أحد أكبر التحديات التي تواجه البشرية في القرن الحادي والعشرين، سواء من حيث تلبية احتياجات الحاضر أو من حيث آثاره على الأجيال المقبلة. قال بيل غيتس في عام 2011:إذا منحتني الاختيار بين اختيار الرؤساء العشر التاليين والتأكد من أن الطاقة سوف تصبح صديقة للبيئة بربع تكلفتها، فسأختار الطاقة.لا يحصل ما يقارب المليار شخص حول العالم على الكهرباء، ويعتمد أكثر من 2.5 مليار شخص على الوقود القذر لأغراض الطهي. يتسبب تلوث الهواء الناجم عن حرق الوقود إلى حد كبير في مقتل ما يقدر بنحو 7 ملايين شخص كل عام. تدعو أهداف الأمم المتحدة للتنمية المستدامة إلى «الحصول على طاقة بأسعار معقولة وموثوقة ومستدامة وحديثة للجميع» بحلول عام 2030.
يعتبر إنتاج الطاقة واستهلاكها عاملًا رئيسًا في تغير المناخ، إذ تُعد مسؤولة عن 72% من انبعاثات الغازات الدفيئة السنوية التي تسببها البشرية اعتبارًا من عام 2014. يساهم توليد الكهرباء والحرارة بنسبة 31% من انبعاثات الغازات الدفيئة التي يسببها الإنسان، ويساهم استخدام الطاقة في وسائل التنقل في 15٪، ويساهم استخدام الطاقة في التصنيع والبناء بنسبة 12٪. تنبعث 5% إضافية من خلال العمليات المرتبطة بإنتاج الوقود الأحفوري، و8% من خلال أشكال أخرى مختلفة من احتراق الوقود. اعتبارًا من عام 2015، تُنتج 80% من الطاقة الأولية في العالم بالاعتماد على الوقود الأحفوري.
يعتمد أكثر من 2.5 مليار شخص في البلدان النامية على مواقد الطهي التقليدية وعلى الحرائق المفتوحة من أجل حرق الكتلة الحيوية أو الفحم لأغراض التدفئة والطهي. تؤدي هذه الممارسات إلى تلوث الهواء المحلي الضار وتزيد من خطر الحرائق، ما يؤدي إلى وفاة 4.3 مليون شخص سنويًا. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يتضمن سبب الضرر البيئي المحلي الخطير التصحر، والحصاد المفرط للخشب والمواد القابلة للاحتراق. لذلك، يعتبر تشجيع استخدام أنواع الوقود الأنظف والتقنيات الأكثر كفاءة في الطهي إحدى الأولويات العليا لمبادرة الأمم المتحدة من أجل توفير الطاقة المستدامة للجميع. اعتبارًا من عام 2019، كانت الجهود المبذولة من أجل تصميم مواقد الطهي النظيفة غير المكلفة والمدعومة من مصادر الطاقة المستدامة والمقبولة لدى المستخدمين مخيبة للآمال في الغالب.
السبل المقترحة من أجل التخفيف من تغير المناخ
أُجرت مجموعة متباينة من المتخصصين والوكالات تحليل التكلفة-المنفعة من أجل تحديد أفضل طريقة ممكنة من أجل إزالة الكربون من إمدادات الطاقة في العالم. يقول تقرير (آي بّي سي سي) لعام 2018 الخاص بالاحترار العالمي بمقدار 1.5 درجة مئوية، إنه من أجل الحد من ارتفاع درجات الحرارة إلى 1.5 درجة مئوية وتجنب أسوأ آثار تغير المناخ فإن «انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الناتجة عن الأنشطة البشرية على المستوى العالمي يجب أن تنخفض بحوالي 45% عن مستويات 2010 بحلول عام 2030، والوصول إلى صافي الصفر حوالي 2050». بصفته جزءًا من هذا التقرير، استعرض الفريق العامل التابع للفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ والمعني بتخفيف آثار تغير المناخ مجموعة متنوعة من الأوراق المنشورة سابقًا والتي تصف المسارات (أي السيناريوهات وحافظات خيارات التخفيف) من أجل تحقيق الاستقرار في نظام المناخ من خلال التغييرات في الطاقة، واستخدام الأراضي، والزراعة، ومناطق أخرى.
تصف المسارات التي تتوافق مع الحد من التحذير إلى نحو 1.5 درجة مئوية، الانتقالَ السريع نحو إنتاج الكهرباء من خلال طرق الانبعاثات المنخفضة، وزيادة استخدام الكهرباء بدلًا من أنواع الوقود الأخرى في قطاعات مثل النقل. لهذه المسارات الخصائص التالية:
الطاقة المتجددة: تزداد نسبة الطاقة الأولية التي توفرها مصادر الطاقة المتجددة من 15% في عام 2020 إلى 60% في عام 2050. تزداد نسبة الطاقة الأولية التي توفرها الكتلة الحيوية من 10% إلى 27٪، مع وجود ضوابط فعالة حول ما إذا كان استخدام الأراضي قد غيّر في نمو الكتلة الحيوية. تزداد نسبة استخدام الرياح والطاقة الشمسية من 1.8% إلى 21٪.
الطاقة النووية: تزداد نسبة الطاقة الأولية التي توفرها الطاقة النووية من 2.1% في عام 2020 إلى 4% في عام 2050. تصف معظم المسارات زيادة في استخدام الطاقة النووية، لكنّ بعضها يصف الانخفاض. السبب وراء مجموعة واسعة من الاحتمالات هو أن نشر الطاقة النووية «يمكن أن يكون مقيدًا بالأفضليات المجتمعية».
الفحم والنفط: ستنخفض نسبة الطاقة الأولية من الفحم من 26% إلى 5% بين عامي 2020 و2050، بالإضافة لانخفاض نسبة النفط من 35% إلى 13٪.
الغاز الطبيعي: في معظم السبل، تنخفض نسبة الطاقة الأولية التي يوفرها الغاز الطبيعي، ولكنها تزداد في بعض السبل. باستخدام القيم المتوسطة في جميع المسارات، تنخفض نسبة الطاقة الأولية من الغاز الطبيعي من 23% في عام 2020 إلى 13% في عام 2050.
مراجع
أمن قومي
اقتصاديات الطاقة
تخفيض الانبعاثات
تنمية الطاقة
تنمية مستدامة
حماية المناخ
سياسة تغير المناخ
الأثر البيئي لصناعة الطاقة