الصناعة وتغير المناخ.. خيارات محتملة (قراءة خاصة)
هناك عدد قليل من الخيارات المحتملة لاستخدام الطاقة المتجددة الرخيصة في الصناعة.
يمكن تعديل بعض المرافق لاستخدام الكهرباء مباشرة، بدلاً من الحرارة العالية التي تستخدمها الشركات على العمليات الكهروكيميائية لتصنيع الأسمنت والصلب. فعلى الرغم من أن استبدال جميع البنية التحتية في المصانع الحالية قد يستغرق عقوداً، فإن استخدام الكهرباء لتوليد الهيدروجين، الذي يمكن حرقه لاحقًا لتوليد الكهرباء، يعد طريقًا محتملاً آخر، على الرغم من أنه في كثير من الحالات لا يزال باهظ التكلفة وغير فعال.
- عصر مناخي جديد.. أحر 4 سنوات في عمر كوكب الأرض تبدأ
- آسيا تنتظر كارثة مناخية جديدة.. هذه الدول الأكثر تضررا (دراسة)
ويمكن أن تساعد البطاريات الحرارية في خفض الانبعاثات من خلال توفير طرق جديدة لاستخدام الطاقة الشمسية وطاقة الرياح. ويعتقد عدد قليل من الشركات الناشئة أن الطوب الذي يحتفظ بالحرارة يمكن أن يكون المفتاح لجلب الطاقة المتجددة إلى بعض أكثر الصناعات تلويثًا في العالم.
وتتطلب الصناعات التي تصنع منتجات تتراوح من الفولاذ إلى أغذية الأطفال الكثير من الحرارة - معظمها يُنتج حاليًا عن طريق حرق الوقود الأحفوري مثل الغاز الطبيعي. كما تشكل الصناعات الثقيلة نحو ربع الانبعاثات في جميع أنحاء العالم، ولا يمكن لمصادر الطاقة البديلة التي تنتج غازات دفيئة أقل (مثل الرياح والطاقة الشمسية) أن تولد باستمرار الحرارة التي تحتاجها المصانع لتصنيع منتجاتها.
لذا يعمل عدد متزايد من الشركات على نشر أنظمة يمكنها التقاط الحرارة الناتجة عن الكهرباء النظيفة وتخزينها لاحقًا في أكوام من الطوب. وتستخدم العديد من هذه الأنظمة تصميمات بسيطة ومواد متاحة، ويمكن بناؤها بسرعة. وقد بدأت بالفعل إحدى الشركات في كاليفورنيا في بداية العام، وتتبعها أنظمة اختبار أخرى لا تزال في مراحلها الأولى، حيث إن أنظمة تخزين الحرارة لديها القدرة على مساعدة الصناعات على التخلص من الوقود الأحفوري.
وقد نشرت شركة Rondo Energy الناشئة لتخزين الحرارة ومقرها كاليفورنيا أول مشروع تجريبي لها في مارس في مصنع إيثانول في كاليفورنيا. وتستخدم في الأساس كمية من الطوب المصممة بعناية. ففي نظام Rondo، تنتقل الكهرباء عبر عنصر تسخين، حيث تتحول إلى حرارة. إنها نفس الآلية التي تستخدمها المحمصة، ولكنها أكبر بكثير وأعلى في درجة الحرارة. ثم تبث الحرارة عبر كومة الطوب، لتصل إلى درجات حرارة أكثر من 1500 درجة مئوية.
في مشروع Rondo التجريبي، يتم استخدام البخار أثناء عملية التخمير التي تنتج الإيثانول. كما تستخدم العديد من العمليات الصناعية الأخرى البخار للتحكم في درجة الحرارة في المفاعلات، كما يمكن تصميم البطاريات الحرارية خصيصًا لعمليات درجات الحرارة المرتفعة التي لا تستخدم البخار حاليًا، مثل إنتاج الأسمنت والفولاذ، التي تتطلب درجات حرارة تزيد عن 1000 درجة مئوية.
ولأن العديد من العمليات الصناعية تعمل على مدار 24 ساعة، فإنها ستحتاج إلى تدفئة مستمرة. لذا يمكن لنظام Rondo، الاستفادة من مصادر الطاقة المتجددة. ومن المحتمل أن تتطلب البطاريات الحرارية لبدء التشغيل نحو أربع ساعات من الشحن لتتمكن من توفير الحرارة باستمرار، ليلاً ونهارًا.
يتمثل أحد التحديات الرئيسية لتقنيات تخزين الحرارة في القدرة على بناء أنظمة كافية لتلبية الطلب الهائل على الطاقة للصناعات الثقيلة، حيث تقول ريبيكا ديل، كبيرة مديري الصناعة في ClimateWorks، إن القطاع يستخدم كمية "هائلة" من الحرارة.
ومن بين كل الطاقة المستخدمة كل عام في الصناعة، نحو ثلاثة أرباعها في شكل حرارة، بينما ربعها فقط كهرباء. هذا وتشكل الحرارة الصناعية نحو 20٪ من إجمالي الطلب العالمي على الطاقة.
وكان الوقود الأحفوري هو الطريقة الواضحة والأكثر اقتصادًا لتشغيل هذه العمليات الصناعية الضخمة، لكن أسعار طاقة الرياح والطاقة الشمسية قد انخفضت بنسبة تزيد عن 90٪ خلال العقود العديدة الماضية. وتقول Dell إن هذا فتح الباب للكهرباء للعب دور أكبر عبر الصناعة.
سيتطلب أي جهد لتلبية الطلب الهائل على الحرارة في الصناعة توسعات كبيرة في توليد الكهرباء. يقول ديل إن مصنع الأسمنت القياسي يستخدم نحو 250 ميغاوات من الطاقة، معظمها في شكل حرارة. وهذا يعادل نحو 250000 ساكن من الطاقة، لذا فإن كهربة منشأة صناعية كبيرة سيعني إضافة طلب على الكهرباء يعادل طلب مدينة صغيرة.
كما تقوم شركة Antora Energy، بكاليفورنيا، ببناء أنظمة تخزين الحرارة باستخدام الكربون. وسيستخدم نظام Antora كتل الكربون كمسخن مقاوم، بحيث يولد كلاهما الحرارة ويخزنها. يوضح أن هذا يمكن أن يقلل التكاليف والتعقيد. وهو ما سيتطلب أن يكون النظام مغلقًا بعناية، لأن الجرافيت وأشكال الكربون الأخرى يمكن أن تتحلل في درجات حرارة عالية في الهواء.
بدلاً من مجرد تزويد الصناعة بالحرارة، تخطط Antora لتقديم خيار لتوفير الكهرباء أيضًا. يعتمد نهج الشركة الناشئة على الخلايا الحرارية الكهروضوئية - وهي أجهزة تشبه الألواح الشمسية التي تلتقط الطاقة من الشمس. وبدلاً من ذلك، تلتقط معدات أنتورا الطاقة الحرارية المنبعثة من الكتل الساخنة، وتحولها إلى كهرباء.
