طاقة الكربون المنخفضة تأتي من العمليات أو التقنيات التي تنتج الطاقة، مع كميات أقل بكثير من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من توليد الطاقة الأحفورية التقليدية. وتشمل مصادر توليد طاقة الكربون المنخفضة طاقة الرياح والطاقة الشمسية، والطاقة الكهرومائية والطاقة النووية. [1, 2] يستبعد المصطلح إلى حد كبير المصادر التقليدية لمحطات الوقود الأحفوري، ويستخدم فقط لوصف مجموعة فرعية معينة من أنظمة تشغيل طاقة الوقود الأحفوري، وتحديدًا تلك المصاحبة لنظام احتجاز وتخزين الكربون لغاز المداخن.[3]

  التاريخ

خلال الثلاثين سنة الماضية، أبرزت النتائج المهمة المتعلقة بالاحتباس الحراري الحاجة إلى الحد من انبعاثات الكربون. ومن هنا، ولدت فكرة الطاقة منخفضة الكربون، وأخذ الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ (IPCC)، والذي أنشأته المنظمة العالمية للأرصاد الجوية (WMO)، وبرنامج الأمم المتحدة للبيئة (UNEP) في عام 1988، الأسبقية العلمية لإدخال الطاقة منخفضة الكربون، ثم واصلت الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ تقديم المشورة العلمية والتقنية والاجتماعية والاقتصادية للمجتمع الدولي، من خلال تقارير التقييم الدورية والتقارير الخاصة.[4

على الصعيد الدولي، كانت الخطوة الأولى في اتجاه تخفيض الطاقة الكربونية، توقيع بروتوكول كيوتو، الذي دخل حيز التنفيذ في 16 فبراير 2005، والذي التزمت بموجبه معظم الدول الصناعية بخفض انبعاثاتها من الكربون. أخذ الحدث التاريخي الأسبقية السياسية لإدخال تكنولوجيا الطاقة منخفضة الكربون.[4]

على المستوى الاجتماعي، ربما كان العامل الأكبر الذي يساهم في وعي الجمهور بتغير المناخ والحاجة إلى تقنيات جديدة، بما في ذلك الطاقة منخفضة الكربون، الفيلم الوثائقي “حقيقة مزعجة” ، الذي أوضح المشكلة وأبرزها من خلال ظاهرة الاحتباس الحراري. [4]

مصادر الطاقة بواسطة انبعاثات ثاني أكسيد الكربون

يتضمن قياس انبعاثات غازات الدفيئة في دورة الحياة، حساب إمكانية الاحترار العالمي لمصادر الطاقة الكهربائية، من خلال تقييم دورة الحياة لكل مصدر للطاقة. يتم تقديم النتائج على شكل احتمالية الاحترار العالمي لكل وحدة من الطاقة الكهربائية الناتجة عن هذا المصدر. يستخدم المقياس الوحدة المحتملة لظاهرة الاحتباس الحراري، أي ما يعادل ثاني أكسيد الكربون 2e)، وحدة الطاقة الكهربائية ساعة كيلووات كيلوواط ساعة. (الهدف من هذه التقييمات هو تغطية العمر الكامل للمصدر، من تعدين المواد والوقود إلى البناء والتشغيل وإدارة النفايات. [5]

– دراسة Vattenfall 

قامت شركة Vattenfall السويدية بدراسة انبعاثات دورة الحياة الكاملة للنووي والطاقة المائية والفحم والغاز والجفت والرياح التي تستخدمها المنشأة لإنتاج الكهرباء. وخلصت الدراسة إلى أن غرامات ثاني أكسيد الكربون لكل كيلوواط ساعة من الكهرباء حسب المصدر هي نووية (5)، وكهرومائية (9)، وطاقة الرياح (15)، والغاز الطبيعي (503)، والجفت (636)، والفحم (781). [6]

– دراسة دورة حياة Sovacool 

في عام 2008، قام التحليل التلوي، “تقييم استخدام انبعاثات الغازات من الطاقة النووية ” من إعداد بنجامين ك. سوفاكول، بتحليل 103 دراسات لدورة حياة الانبعاثات الغازية المسببة لظاهرة الاحتباس الحراري لمحطات الطاقة النووية. وشملت الدراسات الدراسة الاستقصائية ل دراسة انبعاثات Vattenfall عام 1997. حسب تحليل Sovacool فالقيمة المتوسطة للانبعاثات على مدى عمر محطة الطاقة النووية تبلغ 66 جم / كيلو وات في الساعة، مقارنة بنتائج طاقة الرياح، والطاقة المائية، والطاقة الحرارية الشمسية، والطاقة الشمسية الضوئية التي كانت 9-10 جم / كيلو واط ساعة ، 10-13 جم / كيلو واط ساعة ، 13 جم / كيلو واط ساعة و 32 جم / كيلو واط ساعة [7] . تم تحليل دراسة  Sovacool بسبب سوء المنهجية واختيار البيانات [8].


سمات تمييز مصادر الطاقة منخفضة الكربون 

هناك العديد من الخيارات لخفض المستويات الحالية لانبعاثات الكربون. بعض الخيارات، مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية، تنتج كميات منخفضة من إجمالي انبعاثات الكربون لدورة الحياة، وذلك باستخدام مصادر متجددة بالكامل. هناك خيارات أخرى، مثل الطاقة النووية، والتي تنتج تنتج كمية مماثلة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. وكلها تقنيات متجددة في إجمالي انبعاثات دورة الحياة، وتستهلك مواد غير قابلة للتجديد ولكنها مستدامة [9] (اليورانيوم). يمكن أن يشمل مصطلح الطاقة المنخفضة الكربون أيضًا الطاقة التي تستمر في استخدام الموارد الطبيعية في العالم، مثل الغاز الطبيعي والفحم، ولكن فقط عندما تستخدم تقنيات تقلل من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من هذه المصادر عند حرقها للوقود، فمثلًا، اعتبارًا من عام 2012، كانت المحطات التجريبية تؤدي عمليات احتجاز وتخزين الكربون. [10]

باعتبارها أكبر مصدر منفرد لثاني أكسيد الكربون في الولايات المتحدة، مثلت صناعة الطاقة الكهربائية 39 ٪ من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في عام 2004، بزيادة قدرها 27 ٪ منذ عام 1990. ولأن تكلفة خفض الانبعاثات في قطاع الكهرباء تبدو أقل من في قطاعات أخرى مثل النقل، قد يقدم قطاع الكهرباء أكبر تخفيضات متناسبة للكربون في ظل سياسة مناخية فعالة اقتصاديًا.[11]

تقنيات لإنتاج الطاقة الكهربائية مع انبعاثات منخفضة الكربون قيد الاستخدام بالفعل على مستويات مختلفة. معًا، فهي تمثل حوالي 28٪ من إجمالي إنتاج الطاقة الكهربائية في الولايات المتحدة، وتمثل الطاقة النووية الأغلبية (20٪)  تليها الطاقة الكهرومائية (7٪). ومع ذلك ، يزداد الطلب على الطاقة، مدفوعًا بزيادة طلب السكان والفرد الواحد، ويمكن للطاقة منخفضة الكربون أن تكمل الطلب اللازم. [12] 

أمثلة على تكنولوجيا الطاقة منخفضة الكربون

 يحدد تقرير الهيئة الحكومية الدولية لعام 2014  المعنية بتغير المناخ، الطاقة النووية وطاقة الرياح والطاقة الشمسية والطاقة الكهرمائية، كتقنيات يمكنها توفير الكهرباء بأقل من 5٪ من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري الناتجة عن دورة حياة طاقة الفحم. [13] 

  – الطاقة الكهرومائية

تتميز محطات توليد الطاقة الكهرومائية بكونها طويلة العمر. وقد عملت العديد من مصانعها الموجودة لأكثر من 100عام. الطاقة الكهرومائية هي أيضًا تقنية مرنة للغاية من منظور تشغيل شبكة الطاقة. توفر الطاقة الكهرومائية الكبيرة واحدة من أقل الخيارات تكلفة في سوق الطاقة اليوم، حتى بالمقارنة مع الوقود الأحفوري، ولا توجد انبعاثات ضارة مرتبطة بتشغيل مصانعها. ومع ذلك، عادة ما تكون هناك انبعاثات منخفضة لغازات الدفيئة مع الخزانات، وربما انبعاثات عالية في المناطق المدارية.[14]

الطاقة الكهرومائية هي أكبر مصدر للكربون منخفض الطاقة في العالم، حيث وفرت 16.6 ٪ من إجمالي الكهرباء لعام 2014 . وتعد الصين أكبر منتج للطاقة الكهرومائية في العالم، تليها البرازيل وكندا. [15]

– طاقة الرياح 

 يوجد حاليًا أكثر من مائتي ألف من توربينات الرياح التي تعمل في جميع أنحاء العالم، بطاقة إنتاجية إجمالية تبلغ 238351 ميغاواط (في نهاية عام 2011) ، في حين لا يتم تصحيح معامل القدرة المنخفض نسبيًا من طاقة الرياح إلى 30٪. تخطى الاتحاد الأوروبي وحده حوالي 100000 ميغاواط في عام 2012، في حين تجاوزت الولايات المتحدة 50000 ميغاواط في أغسطس 2012، و تجاوزت الصين 50.000 ميغاواط في نفس الشهر. تزايدت الطاقة العالمية لإنتاج الرياح لأكثر من أربعة أضعاف بين عامي 2000 و 2006، حيث تضاعفت هذه الطاقة كل ثلاثة أعوام. كانت الولايات المتحدة رائدة في مزارع الرياح، وقادت العالم في السعة المركبة في الثمانينيات وحتى التسعينيات. وفي عام 1997 ، تجاوزت السعة المركبة الألمانية الولايات المتحدة، بينما تغلبت عليها مرة أخرى الولايات المتحدة عام 200. وطورت الصين بسرعة من منشآت الرياح في أواخر 2000، وتجاوزت الولايات المتحدة في عام 2010 لتصبح الرائدة عالميًا.[16]
في نهاية عام 2011، بلغت سعة لوحات الأسماء في جميع أنحاء العالم للمولدات التي تعمل بطاقة الرياح 238 جيجاوات (GW) ، ونمت بنسبة 40.5 جيجاوات من سعة اللوحة الأولى خلال العام السابق.[17] 

– الطاقة الشمسية

الطاقة الشمسية هي تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء، إما مباشرة باستخدام الخلايا الكهروضوئية (PV)، أو بشكل غير مباشر باستخدام الطاقة الشمسية المركزة (CSP). تستخدم أنظمة الطاقة الشمسية المركزة العدسات أو المرايا وأنظمة التتبع لتركيز مساحة كبيرة من ضوء الشمس على شكل شعاع صغير. تعمل الخلايا الكهروضوئية على تحويل الضوء إلى تيار كهربائي باستخدام التأثير الكهروضوئي.[18]

تم تطوير محطات الطاقة الشمسية المركزة لأول مرة في الثمانينيات. يعتبر التثبيت 354 MW SEGS CSP أكبر محطة للطاقة الشمسية في العالم، ويقع في صحراء موهافي بكاليفورنيا. تشمل محطات الطاقة الشمسية الكبيرة الأخرى محطة سولنوفا للطاقة الشمسية (150 ميجاوات)، ومحطة الطاقة الشمسية أنداسول (150 ميجاوات)، وكلاهما في إسبانيا. يعد مشروع أغوا كالينتي للطاقة الشمسية في الولايات المتحدة، والذي تبلغ مساحته أكثر من 200 ميجاوات، ومتنزه شارانكا الشمسي في الهند، الذي تبلغ مساحته 214 ميجاوات، أكبر محطات الطاقة الشمسية في العالم. بلغت حصة الطاقة الشمسية من استخدام الكهرباء في جميع أنحاء العالم في نهاية عام 2014 ٪1 [19] .

الاستثمار

 يتزايد الاستثمار في مصادر وتكنولوجيات الطاقة منخفضة الكربون بمعدل سريع. تنتج مصادر الطاقة الخالية من الكربون حوالي 2٪ من الطاقة العالمية، ولكنها تمثل حوالي 18٪ من الاستثمار العالمي في توليد الطاقة، وتجذب 100 مليار دولار من رأس المال الاستثماري حسب عام 2006 . [20] 


 

المراجع  

  1. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/j.1530-9290.2012.00472.x
  2. https://web.archive.org/web/20140211100220/http://ec.europa.eu/energy/publications/doc/2010_setplan_brochure.pdf
  3. https://www.gov.uk/guidance/innovation-funding-for-low-carbon-technologies-opportunities-for-bidders
  4. https://web.archive.org/web/20060825110811/http://www.ipcc.ch/about/about.htm
  5. https://en.wikipedia.org/wiki/Life-cycle_greenhouse-gas_emissions_of_energy_sources
  6. https://en.wikipedia.org/wiki/Life-cycle_greenhouse-gas_emissions_of_energy_sources
  7. https://www.nirs.org/wp-content/uploads/climate/background/sovacool_nuclear_ghg.pdf
  8. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301421509005102
  1. http://large.stanford.edu/courses/2012/ph241/chowdhury2/
  1. http://large.stanford.edu/courses/2012/ph241/chowdhury2/
  1. https://web.archive.org/web/20130927013232/http://www.issues.org/23.3/apt.html
  2. https://web.archive.org/web/20120208003901/http://www.pewclimate.org/global-warming-in-depth/all_reports/electricity/ex__summary.cfm
  3. http://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar5/wg3/ipcc_wg3_ar5_chapter7.pdf
  4. https://www.iea.org/textbase/papers/2006/renewable_factsheet.pdf
  5. http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2015/07/REN12-GSR2015_Onlinebook_low1.pdf
  1. https://gwec.net/wp-content/uploads/2012/06/GWEC_-_Global_Wind_Statistics_2011.pdf
  2. https://www.upi.com/Business_News/Energy-Industry/2012/10/01/EU-wind-power-capacity-reaches-100GW/UPI-52431349087400/
  3. https://www.energy.gov/science-innovation/energy-sources/renewable-energy/solar
  4. http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2015/07/REN12-GSR2015_Onlinebook_low1.pdf 
  5. https://www.unenvironment.org/Documents.Multilingual/Default.asp?DocumentID=512&ArticleID=5616&l=en