هنوز دانشمندان نتوانستهاند یکصدا به بقیه مردم اعلام کنند که دقیقا بهترین راه برای خلاصی از سوختهای فسیلی چیست
پیتر فرلی، متخصص محیط زیست در ایالت ویکتوریای کانادا/ منبع: نیوساینتیست/ آینده نگر
ما باید در آینده خیلی نزدیک، خودمان را از شر سوختهای فسیلی خلاص کنیم. علتش هم خیلی ساده است. خطر تغییرات آب و هوایی آنقدر زیاد شده که چارهای نداریم جز آنکه تا اواسط همین قرن، میزان آزادسازی کربن را به صفر برسانیم و این یعنی خداحافظی با سوختهای فسیلی. کمتر آدم اهل علمی ممکن است با چنین نکتهای مخالفت داشته باشد؛ اما درعین حال هنوز دانشمندان نتوانستهاند یکصدا به بقیه مردم اعلام کنند که دقیقا بهترین راه برای خلاصی از سوختهای فسیلی چیست. مثلا بحث شکافت هستهای مطرح بوده چون انرژی زیادی از آن حاصل میشود؛ اما این کار بسیار گران درمیآید و در عین حال مناقشهبرانگیز است. دستیابی به انرژی ناشی از فیوژن یا همجوشی هستهای نیز همچنان یک رویای دستنیافتنی است. در همین حال، انرژیهای تجدیدپذیر هنوز آنقدر قابل اطمینان نیستند که بتوانند تمام نیازهای انرژی ما را برطرف کنند.
واقعیت این است که تکنولوژیهای انرژی پاک در یک دهه اخیر مورد بحث زیادی قرار داشتهاند. مثلا کارشناسان امور انرژی این پرسش را مورد بحث قرار دادهاند که آیا منابع تجدیدپذیر میتوانند صددرصد نیازهای انرژی ما را تامین کنند؟ و اصولا چطور باید این کار را به سرانجام برسانیم؟
دان کامن پژوهشگر امور انرژی در برکلی در دانشگاه کالیفرنیا در این خصوص میگوید: «امکانش هست که اصلا نتوانیم تغییر به سمت انرژیهای تجدیدپذیر را به درستی انجام دهیم. اما راهی که باید طی کنیم و موانعی که پیش رویمان است حالا وضوح زیادی دارند.»
انقلاب انرژیهای تجدیدپذیر در سالهای اخیر به لطف کاهش قیمت سوخت با سرعت پیش رفته است. در عین حال هرچه قیمت انرژیهای پاک ارزانتر شود، تعداد موارد نصب و استفاده از آنها بالا خواهد رفت. مثلا جهان در سالهای اخیر به استفاده از انرژی خورشیدی برای تولید برق توجه زیادی نشان داده و مثلا چین در این زمینه به شدت پیشرو بوده است.
همچنین در ایالت کالیفرنیای امریکا که پنجمین اقتصاد بزرگ دنیاست، انرژیهای تجدیدپذیر به تامینکننده یکسوم از برق مورد نیاز در این ایالت تبدیل شدهاند و تا قبل از سال ۲۰۳۰، قرار است که این رقم حتی از پنجاه درصد نیز فراتر برود. همچنین آلمان هدفش را بر این قرار داده که حداقل ۸۰ درصد از انرژی مورد نیاز خود را تا سال ۲۰۵۰ از منابع تجدیدپذیر تامین کند. حتی کشورهای دارنده نفت و گاز نیز دارند اهداف بلندپروازانهای را در حوزه انرژیهای تجدیدپذیر تعیین میکنند. مثلا امارات متحده عربی برنامهاش این است که ۴۴ درصد از انرژی مورد نیاز خود را تا سال ۲۰۵۰ از منابع تجدیدپذیر تامین کند.
همه این اهداف و برنامهها واقعا جالباند اما کافی نیستند. مقابله با تغییرات اقلیمی به چیزی بیشتر از این حرفها نیاز دارد. یکی از مهمترین مواردی که باید در آینده حتما تغییر کند، تحول در خدماتی است که در حال حاضر به شدت به سوختهای فسیلی وابستهاند؛ از حمل و نقل و گرمایش گرفته تا صنایع سنگین. آنطور که آژانس بینالمللی انرژی میگوید، برقیکردن هرچه که سوخت فسیلی مصرف میکند بیش از هرچیز دیگر اهمیت دارد. درواقع اگر کشورهای جهان میخواهند هدف پایینآوردن دمای زمین و رساندن آن به دو درجه کمتر از دوران پیشاصنعتی را محقق کنند، حتما باید روی همین مسئله متمرکز شوند.
اما تحقق این هدف کار آسانی نیست و خیلی از کشورها نیز تازه در این راه پا گذاشتهاند. اما حتی اگر فقط برخی از صنایع وابسته به سوختهای فسیلی به سمت استفاده از برق به جای این سوختها سوق داده شوند، باز هم تغییر واضحی مشاهده خواهد شد. در حال حاضر، دنیا فقط یکچهارم از برق خود را از منابع تجدیدپذیر تامین میکند و طبق تخمینهای کارشناسان برق، نسل انرژیهای تجدیدپذیر در اروپا باید تا سال ۲۰۵۰ چهار برابر شود.
حرکت به سمت چنین تحولی چالشهای اقتصادی زیادی را ایجاد میکند. هزینه نصب مولدهای انرژیهای تجدیدپذیر چند برابر تجهیزات مولد انرژی از طریق سوختهای فسیلی است. همچنین اگر صنعت سوختهای فسیلی از میان برود، بسیاری از مشاغل این حوزه نیز از بین خواهند رفت و این نیز چالش بزرگی در راه تغییر مسیر از سوختهای فسیلی به سمت انرژیهای تجدیدپذیر است. اما درنهایت، انرژیهای تجدیدپذیر از لحاظ اقتصادی کاملا بهصرفهاند و در عین حال قطعا جلوی فجایع زیستمحیطی را که به شدت به رشد اقتصادی دنیا لطمه خواهند زد میگیرند.
ما میخواهیم فقط تجدیدپذیر باشیم
در سال ۲۰۱۵، مارک جیکوبسن از دانشگاه استنفورد برنامهای را منتشر کرد برای آنکه امریکا تا سال ۲۰۵۰ تنها از منابع بادی، خورشیدی و آبی برای تولید انرژی استفاده کند؛ آن هم نهفقط برای تولید برق بلکه برای تامین تمام نیازهای انرژی کشور. او و همکارانش محاسبه کردند که برای تحقق این هدف، باید ظرف ۳۵ سال آینده ظرفیت انرژیهای تجدیدپذیر در امریکا ۲۵ برابر شود. آنها حتی محاسباتی نیز ارائه دادند که نشان میداد برای تامین تمام انرژی مورد نیاز ۱۳۹ کشور دیگر جهان در آینده به چه میزان منابع تجدیدپذیر نیاز است.
اما برخی از صاحبنظران کاملا این محاسبات را قبول نکردند. واقعیت این است که ایده تامین صددرصد انرژی مورد نیاز کشورها از منابع تجدیدپذیر، ریسک زیادی را در خود نهفته دارد. این منابع و به خصوص باد و خورشید به هیچ عنوان قابل پیشبینی نیستند و ممکن است در هر زمانی از سال، دسترسی به آنها سخت شود و این مسئله حتی از یک سال به سال دیگر هم تغییر میکند. در عین حال درست در زمانی که تقاضا برای این انرژیها بالاست ممکن است عرضه آنها بالا نباشد و این مسئله دردسرساز است.
این دردسرها را شاید بتوان در درازمدت مدیریت کرد. اما اگر قرار باشد منابع تجدیدپذیر به تامینکننده ۷۰ تا ۸۰ درصد از انرژی مورد نیاز ما تبدیل شوند، چالشهای مربوط به فراز و نشیب عرضه آنها بسیار جدی خواهد شد. این مسئله توسط الگویی به اثبات رسیده که توسط شرکت برق هاوایی تدوین شده بود (هاوایی تنها ایالت امریکاست که هدفش را تامین صددرصدی انرژی موردنیاز خود از طریق منابع تجدیدپذیر - آن هم تا سال ۲۰۵۰- قرار داده است). اما مقامات خود شرکت برق هاوایی هم به وضوح به این نکته اشاره دارند که برای تامین چنین هدفی باید هم دنبال منابع پاک و هم منابع نسبتا پاک بود. اشاره آنها به رآکتورهای هستهای و مولدهای زغال سنگی و گازی است که دیاکسید کربن تولیدی خود را دوباره جذب میکنند. اما ساختن چنین تجهیزاتی بسیار سخت و گران است. در مورد رآکتورهای هستهای حتی وضع بدتر است چون معمولا افکار عمومی در کشورهای غربی به ساخت آنها روی خوشی نشان نمیدهند.
مجموعه این شرایط باعث شده که تعداد فزایندهای از شرکتهای حوزه انرژی چارهای جز آن نداشته باشند که استفاده صددرصدی از انرژیهای تجدیدپذیر را مورد توجه قرار بدهند. ارنستو سیوررا مدیر ارشد بخش نوآوری در غول گاز و انرژی اِنِل معتقد است که آیندهای برای انرژیهای غیرتجدیدپذیر وجود ندارد. اصولا به نظر میرسد که همه در مورد چالشبرانگیز بودنِ تامین انرژی از طریق منابع تجدیدپذیر توافق دارند. اما چطور باید خود را به آنجا برسانیم؟
یک راه برای مواجهه با فراز و نشیبهای روزانه منابع انرژیهای تجدیدپذیر این است که راههای هوشمندانهای برای ذخیره مازاد آنها پیدا کنیم. باتریهای موسوم به باتریهای سوپرشارژ از جمله آنچه که اخیرا به عنوان باتری لیتیوم- یونی تسلا در جیمزتاون استرالیا نصب شده، واضحترین گزینه در این خصوص هستند. این باتری که ظرفیتی به اندازه ۱۰۰ مگاوات دارد در حال حاضر قویترین باتری جهان است و میتواند برق لازم برای ۳۰ هزار منزل را به مدت یک ساعت تامین کند.
این باتری تسلا درواقع برای استفاده در جنوب استرالیا ساخته شد چون در این منطقه قطعیهای برق زیادی رخ داده بود. چنین باتریهایی با وجود آنکه بسیار موثر و کارآمدند بسیار گران هم هستند. آنها در موارد زیادی میتوانند تقاضاهای موجود را مرتفع کنند اما هزینه بالایشان هنوز مشکل بزرگی است.
از آب تا انرژی
واقعیت این است که بشر هنوز دستگاهی با قیمت معقول که قادر به حفظ و نگهداری انرژی تجدیدپذیر چندماهه باشد در اختیار ندارد؛ اما برخی راهکارهای نوآورانه در این راه در حال آزمایششدن هستند. یکی از تکنولوژیهای مطمئن ذخیره انرژی، نیروی آبی است. ذخایر آبی درواقع ذخایر عظیم باران و برف آبشده هستند که وقتی تقاضا وجود داشته باشد میتوان آنها را روانه توربینهای تولید انرژی کرد. نیروگاههای آبی پیشرفته در عین حال میتوانند انرژی مازاد را با بازگرداندن آب در جهت عکس و بازتولید انرژی از طریق توربینها حفظ کنند. بخش زیادی از ذخایر برق جهانی توسط این تکنولوژی انجام شده و راه پیشرفت بیشتر هم در آن وجود دارد.
تعجبی ندارد که این تکنولوژی در نقاط دیگری از جهان نیز دوباره مورد توجه قرار گرفته است. مثلا چین در یک دهه اخیر توانسته ظرفیت برق آبی خود را دو برابر کند و قصد دارد که به زودی آن را باز هم بالاتر ببرد. پیشرفتهای تکنولوژیک نیز باعث شده که مناطقی از جهان که جغرافیای مناسبی برای ذخیره آب و تولید برق از آن نداشتند هم بتوانند وارد عرصه شوند. مثلا استرالیا در حال بررسی طرحی است که با استفاده از آبهای خلیج اسپنسر و انتقال آن به محل ذخیره آب، سطح آب در آن ذخیرهگاه را به میزان ۲۶۰ متر بالا میبرد و راه تامین انرژی از آن را هموار میکند.
اما استفاده از نیروی آب برای ذخیره انرژی، با دغدغههای زیستمحیطی دیگری درآمیخته میشود که مسئله را پیچیده میکنند. مثلا بخش زیادی از آبی که توربینهای محرک انرژی را حرکت میدهد، باید اکوسیستم رودخانهها را نیز حفظ کند، نقش خود را در آبیاری محصولات کشاورزی ایفا کند و عطش شهرها و ساکنان آنها را نیز برطرف کند. برقراری تعادل بین آنها کار آسانی نیست.
شاید امیدبخشترین آلترناتیو ممکن این باشد که تکنیکهایی به کار گرفته شوند که برق مازاد را به هیدروژن، متان و غیره تبدیل کنند. اینها سوختهایی هستند که برخلاف برق میتوان در سطح بسیار گسترده ذخیرهشان کرد. همچنین آنچه که پیتیجی خوانده میشود، در این عرصه حرفی برای گفتن دارد. پیتیجی یعنی که ابتدا با استفاده از برق، آب را به هیدروژن و اکسیژن تبدیل کنند و سپس گاز هیدروژنِ پرانرژی به عنوان انرژی پاک و به عنوان سوخت خودروها و کامیونها و یا برای استفادههای صنعتی به کار برود.
همچنین بخش محدودی از هیدروژن را میتوان فشرده کرد و به شبکههای خطوط لوله گاز و سایر ذخیرهگاههای عظیم تغذیه کرد و بعد در زمانی که تقاضا بالا باشد، میتوان آن را برای دلیوری آماده کرد. هیدروژن حتی میتواند با دیاکسید کربن تحت واکنش قرار بگیرد تا متان تجدیدپذیر تولید کند. این متان میتواند به کلی جای گاز طبیعی فسیلی را بگیرد.
ذخیره نامحدود میخواهیم
جهان پر از میدانهای فعال گازی است، اما پتانسیل ذخیره آنها محدود است. چیزی مثل پیتیجی نیز فعلا یک تکنولوژی نوظهور است و برخی کارشناسان هم دید مثبتی به آن ندارند و میگویند الکترولایزرهای هیدروژن - یعنی دستگاههایی که از برق برای شکافت آب استفاده میکنند- خودشان از لحاظ مصرف انرژی مقرون به صرفه نیستند و گاهی از باتری هم گرانتر درمیآیند.
مقرونبه صرفهبودنِ چنین گزینههایی برای ذخیره درازمدت انرژی حالا مورد بحث زیادی قرار دارد. کن دراگون که مدیریت موسسه مشاوره انرژی فلینک در پورتلند در ایالت اورگان امریکا را به عهده دارد میگوید مشکل اینجاست که وقتی میزان انرژی مازاد بالا میرود، هزینه باتری برای حفظ آن هم به شدت زیاد میشود؛ یعنی باید دو برابرِ انرژی مورد نظر را صرف باتری برای ذخیره همان انرژی کرد. این در حالی است که الکترولایزرها چنین مشکلی ندارند و تنها باید همان تجهیزات را به اندازه دو برابر به کار انداخت. در نتیجه به گفته دراگون، زمانی فراخواهد رسید که استفاده از الکترولایزرها ارزان و فراگیر خواهد شد.
یک راه دیگر این است که مشکل جغرافیا و محدودیتهای تامین انرژی خورشیدی یا بادی در آن از میان برداشته شود. این بدان معنی است که انرژی به صورت شراکتی در میان مناطق مختلف ذخیره و استفاده شود. یعنی اگر در یک فصل در یک منطقه مشخص انرژی خورشیدی وجود ندارد، آن منطقه بتواند از انرژی ذخیرهشده مشترک با مناطق دیگر استفاده کند. بالاخره همواره جایی هست که در آن باد در حال وزیدن باشد یا خورشید در حال تابیدن انرژی تولید کند. صاحبنظران معتقدند که با این روش، میتوان انرژی را به شکلی بسیار موثر ذخیره کرد.
تکنولوژی لازم برای آن هم موجود است: جریان مستقیم با ولتاژ بالا (اچویدیسی) که با مقاومت کمتری در خطوط مواجه میشود و میتواند بدون اتلاف بزرگ نیرو، آن را هزاران کیلومتر منتقل کند. این سوپرمدارها را میتوان در صورت چراغسبز نشاندادن شرکتهای بزرگ ساخت. و البته چین دارد از قبل همین کار را میکند. چین مجموعهای از خطوط عظیم را ساخته تا عطش نیروی ابرشهرهای ساحلیاش رابرطرف کند. امسال انتظار میرود که شرکت مدار دولتی چین تکنولوژی جدیدی را به بازار عرضه کند: یک خط ۳۳۲۴ کیلومتری که قابلیت انتقال ۱۲ گیگاوات نیرو را دارد - یعنی به اندازه نصف مصرف متوسط اسپانیا. این تکنولوژی با ولتاژ بالا درواقع پیشزمینه همان سوپرمدار بینالمللی است که میتواند انرژی تجدیدپذیر را به شکل ارزان و فراوان به نقاط مختلف بفرستد. در چنان شرایطی، مثلا انرژی خورشیدی از افریقا میتواند در زمستان به خانههای اروپا برق بفرستد.
اما تحقق چنین هدفی منوط به این است که چالشهای ژئوپلیتیک و فرهنگی زیادی پشت سر گذاشته شوند. کشورها باید تمایل داشته باشند که به انرژی وارداتی اعتماد کنند. برای کشورهایی که میخواهند از وابستگی به نفت و گاز وارداتی از کشورهای دیگر رها شوند، این نوع انرژی وارداتی ممکن است به چالش جدیدی بدل شود. مثلا یکی از موارد در عرصه انتقال انرژی که در سالهای اخیر لاینحل باقی مانده، خطوط لوله گاز نورد استریم از روسیه به آلمان بوده که به دلیل وجود اختلافات مختلف به تاخیر افتاده است. مناقشات ژئوپلیتیک مشابهی ممکن است بحث مدار برق جهانی را نیز دچار مشکل کند.
با تمام این اوصاف، پرسش اصلی این نیست که آیا میتوانیم صددرصد انرژی تجدیدپذیر مورد نیاز خود را تامین بکنیم یا نه. پرسش اصلی این است که آیا قادر خواهیم بود این کار را به موقع انجام دهیم یا نه. واقعیت این است که دور شدن سریع از سوختهای فسیلی، نصب تجهیزات لازم برای انرژیهای تجدیدپذیر و سرمایهگذاری برای نوآوری در عرصه انرژیهای جدید باید هدف همه کشورها باشد. فرصت زیادی برای خلاصی از شر سوختهای فسیلی برای ما باقی نمانده است.
باشگاه موفقهای عرصه انرژی
کشورهای زیادی در جهان به دنبال این هستند که انرژی پاک تولید کنند اما کشورهای معدودی موفق شدهاند که واقعا درصد قابل توجهی از نیروی مورد نیاز خود را از انرژیهای تجدیدپذیر تامین کنند. مثلا کاستاریکا و نروژ موفقیت خود را مدیون عرضه دائمی نیروی آب بودهاند چون کوهها و باران دائمی در این کشورها همواره تامین منابع آب آنها را تضمین کرده است. یا ایسلند که آتشفشانهای زیادی دارد هم از نیروی آب و هم از انرژی گرمایش زمین بهره میبرد. اما پیشروترین کشورها در این عرصه لزوما از موهبتهای جغرافیایی بهرهمند نبودهاند. بلکه فاکتورهای فرهنگی و سیاسی مختلف باعث شده که آنها در عرصه انتقال انرژی پیشرفتهای زیادی کنند.
مثلا دانمارک کشوری است که سهم نیروی بادی در تامین انرژی مورد نیاز خود را از ۵ درصد در سال ۱۹۹۰ به بیش از ۴۰ درصد در حال حاضر رسانده است و قصد دارد تا سال ۲۰۳۵ این درصد را کاملا بالاتر هم ببرد و تمام انرژی مورد نیاز خود را از منابع تجدیدپذیر تامین کند. بنجامین ساووکول استاد دانشگاه ساسکس در توضیح رویکرد دانمارک در این خصوص میگوید: «اضطراریبودن وضعیت تغییرات اقلیمی از مدتها قبل به مسئلهای مورد قبول همگان در دانمارک بدل شده و رویکردهای وحدتبخشی در سیاستگذاری حوزه انرژی توسط دانمارک دنبال شده و به همین دلیل است که این کشور در درازمدت موفقیت قابل توجهی در استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر پیدا کرده است.»
مدیریت اوج و افت
مدیریت اوج و افت عرضه انرژیهای تجدیدپذیر مثل باد و خورشید و تبدیل آن به برق، مسئلهای است که نیاز به تدابیر زیادی دارد. یکی از راهکارها، توسل به استراتژی مدیریت تقاضا است: یعنی راضیکردن مشتریان به محدودکردن استفاده از برق در ساعات اوج مصرف. مثلا در انگلیس، مشوقهایی به صاحبان کسب و کار داده میشود تا استفاده از برق را در این ساعات خاص کمتر کنند. اما اخیرا این روش پیچیدهتر هم شده چون از تکنیکهای یادگیری ماشینی نیز در آن استفاده میشود. لیندسی اندرسون از دانشگاه کورنل در نیویورک در این خصوص میگوید: «مصرفکننده از بسیاری از این تدابیر پیشرفته خبردار نمیشود اما واقعیت این است که گردانندگان امور میتوانند با استفاده از تکنولوژیهای پیشرفته کاری کنند که فشار کمتری روی مدارها بیاید. این راه در آینده هم جای کار زیادی خواهد داشت و بیشتر توسعه خواهد یافت.»
