مصادر الطاقة المتجددة: بلورات السيلكون تلد الكهرباء

نشرت صحيفة برلينية قبل أسابيع نبأ قد يبدو لأول وهلة بسيطًا، لكنه في الواقع مثير إذا تأمل فيه القارئ مليًا، وتعرف على أبعاده. إذ قد يكون محتوى النبأ على الأرجح واحدًا من الأدلة الكثيرة على أن المدنية البشرية تقف على عتبة حقبة جديدة من تاريخها.
ذكرت الصحيفة أن ريفيًّا سكسونيًّا سيكفّ عن استغلال أرضه لزراعة الحبوب أو الخضراوات، وأنه يخطط لتحويلها إلى مزرعة لتوليد التيار الكهربائي من الطاقة الشمسية. فما الذي حدا بهذا المزارع إلى التفكير في زراعة أشعة الشمس؟ لا شك في أنه لم يكن ليقدم على هذه المجازفة لولا «قانون الطاقة المتجددة» الذي سرى مفعوله قبل أيام من قرار هذا المزارع، وهذا القانون يضمن سعرًا مغريًا للتيار الكهربائي المولد من مختلف أنواع الطاقة المتجددة، سواء من أشعة الشمس أو المراوح الهوائية ـ التي يشاهدها الزائر لألمانيا في طول البلاد وعرضها ـ أو الغاز البيولوجي ـ المستحضر من الخشب أو روث الحيوانات ـ أو طاقة المياه أو من حرارة الأرض الجوفية. أما استغلال الخاصة الفيزيائية لتفاعل الهيدروجين مع الأوكسجين فيما يسمى بخلية الاحتراق، فإنه ما زال في طور مبكر.
المنافسة على أشدها بين الأدمغة، والصراع محتدم بين أنصار كل من الطاقات المتجددة الودودة والطاقة النووية.
ليس من المستبعد أن نفاجأ بابتكار مثير من واحد من مئات مراكز البحوث في شتى أنحاء العالم التي يخوض علماؤها منافسة ضارية وسباقًا محمومًا في هذا الميدان. ويخوض أنصار الطاقات المتجددة وحماة البيئة في ألمانيا وغيرها من الدول الصناعية بما في ذلك الولايات المتحدة الأمريكية، صراعًا مريرًا مع قطاع المفاعلات النووية الذي لم يستسلم مؤيدوه بعد. وهم يأملون في ألمانيا مثلاً في وصول المحافظين إلى سدة الحكم في الدورة التشريعية القادمة، وإلغاء القانون الذي سنته الحكومة الحالية بعد مفاوضات مضنية، بنبذ الطاقة النووية في ألمانيا ووقف جميع مفاعلاتها في موعد أقصاه عام 2020م، لكن من الواضح أن أنصار الطاقة النووية يحاربون على مواقع خاسرة، ولم يتبدد بعدُ الهلع في صفوف الشعب من هذه المفاعلات منذ كارثة مفاعل تشرنوبيل. ولم يقدم العلماء حتى الآن تفسيرًا مقنعًا لظاهرة ارتفاع نسبة إصابة المجاورين لها بسرطان الدم، وخصوصًا الأطفال.
وفيما تقلص إلى حد بعيد، عدد طلاب الجامعات الذين يقبلون على دراسة الفيزياء النووية، تشهد كليات العلوم الجديدة المتعلقة بالطاقات المتجددة وحماية البيئة إقبالا ًمنقطع النظير. وتتولى ألمانيا رفع لواء الدعوة إلى الطاقات المتجددة، وخصوصًا الطاقة الشمسية على الرغم من أن الأيام المشمسة في ألمانيا قد تعدّ أحيانًا على أصابع اليد الواحدة، كما شهدنا في العام الحالي حتى الآن. ولكن وعلى الرغم من ذلك، لايكل Hermann Scheer ولا يمل من الطواف في مختلف أنحاء ألمانيا والعالم داعيًا إلى ما يسميه الثورة الحضارية الجديدة. ولا يتولى عضو مجلس النواب الاتحادي (بوندستاغ) رئاسة جمعية الطاقة الشمسية الأوروبية يوروسولار (Eurosolar) فحسب، بل والمجلس العالمي للطاقات المتجددة. وقد أُنعم عليه قبل سنوات بجائزة نوبل البديلة تقديرًا لجهوده في هذا الميدان. وكان هرمان شير من أقوى دعاة قانون الطاقات المتجددة بعد أن تسلم حزبه الاشتراكي الديموقراطي مع حزب الخضر مقاليد الحكم في ألمانيا عام 1998م. وله عدة مؤلفات تُرجمت إلى عدة لغات يشرح فيها «الاستراتيجية العالمية للطاقة»، وتطور استغلال الإنسان للحرارة منذ اكتشاف النار قبل آلاف السنين مرورًا بابتكار الآلة البخارية في منتصف القرن السابع عشر الميلادي، فمحركات الاحتراق وتسخير الحرارة لتوليد الحركة وإدارة الدولاب، وصولاً إلى عصر النفط. ويحذر هرمان شير من مغبة الانتظار حتى نضوب منابع النفط في العالم، مشيرًا إلى أنها الآن من أسباب الحروب والاستعمار، فكيف إذا شحّت أو نضبت؟ ويحذر في الوقت نفسه من مخاطر المفاعلات النووية التي تنطوي على مخاطر جسيمة، من أبرزها معضلة النفايات النووية التي تظل مشعة آلاف السنين، وتشكل خطرًا على المدنية البشرية.
لقد اختُتم في نهاية العام الميلادي الماضي برنامج المئة ألف سطح الذي تعهدت الدولة بموجبه بتقديم قروض ميسرة جدًا لكل من يبسط على سطح منزله ألواح بلورات السيليكون لتوليد التيار الكهربائي من ضوء الشمس. ورب متسائل عما إذا كان هذا الإجراء مجديًا في ألمانيا ذات الطقس الممطر والسحب التي لا تفارق أجواءها إلا نادرًا! وما هو الحافز على سن قانون يلزم شركات الكهرباء التي تمتلك أيضًا المفاعلات النووية بشراء تيار الطاقات المتجددة بأسعار أعلى من سعر بيعه للمستهلكين؟ وما السبب في استضافة ألمانيا لثلاثة مؤتمرات دولية على التوازي في العاصمة القديمة بون، وحشد طاقات سياسية ضخمة لإنجاحها؟ ولماذا دعا المستشار الألماني غيرهارد شرويدر إلى مؤتمر الطاقات المتجددة الدولي الرئيسي في أثناء المؤتمر الدولي عن التنمية المستديمة في يوهانسبورغ. يسوق السياسيون الألمان حججًا عديدة: في مقدمتها حماية البيئة وتفادي تلوث الأجواء بغازات الاحتراق، ثم المساهمة في محاربة الفقر والاستعداد من الآن لعصر ما بعد النفط. ولكن لا شك في أن المسؤولين الألمان يأخذون أيضًا في الحسبان الفرصة المتاحة أمام تصدير التقنية الألمانية التي أحرزت تقدمًا كبيرًا في هذه الأثناء. وفي الوقت الذي تقف فيه شركات النفط الكبرى كشركة شل موقفًا محايدًا من الصراع بين أنصار كلّ من الطاقات المتجددة والطاقة النووية، لكنها تشارك جميعها في بحوث خلايا الاحتراق (هيدروجين وأوكسجين) وإنشاء مصانع بلورات السيليكون الشمسية (Modul) وقد يفاجأ الزائر لألمانيا الراغب في شراء ألواحها بأن إنتاج جميع مصانعها حتى نهاية العام الحالي مُباع مقدمًا لمستهلكين كالمزارع السكسوني، وأولئك الذين يمدون ألواحها على سقوف بيوتهم. فأشعة الشمس في ألمانيا كافية نظريًا، وبحسب الموقع، لتوليد ما يتراوح بين 950 و 1200 كيلوواط/ ساعة سنويًا من المتر المربع من خلايا بلورات السيليكون؛ أي ما يعادل الاستهلاك السنوي للشخص الواحد بالإضافة إلى 100 لتر من زيت الاحتراق. وأما أشعة الشمس التي تتناوب احتضان الكرة الأرضية بلطف أو بعنف، فإنها تكفي ـ بحسب رأي العلماء ـ إذا استُغلت لتغطية حاجة سكان المعمورة إلى الطاقة آلاف المرات.
لم لا نحلب أشعة الشمس ونغرف من حرارة الأرض الجوفية، ونكف عن حرق الفحم والغاز والنفط، وتوفير هذه المواد للصناعات البتروكيميائية؟
يحق للمرء هنا أن يتساءل، طالما كان هذا الكنز في متناول اليد، فما المانع من استغلاله الآن، ولم هذه المؤتمرات والجعجعة والتشدق؟ الجواب على ذلك بسيط، المسألة مسألة مالية.. وطالما ظل استخدام النفط ومشتقاته أرخص من مصادر الطاقات المتجددة، فإنه سيظل المصدر الأول لتغطية الحاجة إلى الكهرباء والطاقة المسيرة للعربات والطائرات وغيرها من سبل المواصلات. صحيح أن هناك سيارات تستخدم الطاقة الشمسية، بل ويعتزم رائد الطيران بيكارد ـ Piccard ـ أن يدور حول الأرض في عام 2009م على متن طائرة تحلق بفعل الطاقة الشمسية، وتغطي المركبات الفضائية حاجتها إلى الطاقة من سطوح البلورات الشمسية، لكن مكان الصدارة سيظل لمصادر الطاقة الأحفورية من نفط وغاز طبيعي طالما كانت أسعاره وتكاليف الاستفادة منه أقل من مصادر الطاقات المتجددة. لقد انخفضت في الأعوام الأخيرة أسعار خلايا البلورات الشمسية بنسبة تتراوح بين 10% و20% نتيجة لزيادة الإقبال عليها،لكنها ما زالت غير قادرة على المنافسة الفعلية لمحروقات المواد الأحفورية. أما المراوح الهوائية فإنها مرهونة بوجود الرياح، وتبين بعد تطبيقها على نطاق واسع أن لها سلبيات لا يستهان بها، منها تقنية وأخرى بيئية، خصوصًا وأنها لا ترعى حرمة الجوار، ولا تكترث براحة المجاورين لها، وهو ما يجعل نطاق استخدامها مقتصرًا على المناطق الخالية من السكان ما أمكن. ولولا الدعم المالي الحكومي في أوروبا لمصانع البلورات الشمسية ومراكز بحوث خلايا الاحتراق لأفلست مصانعها وتوقفت البحوث أو تقلصت إلى حد كبير. لكن ليس من المتوقع أن تتجرأ حكومة أوروبية على التفكير في مثل هذا الإجراء لأن الطاقات المتجددة أصبحت تحظى بشعبية كبيرة، وتعلق عليها الشعوب آمالاً واسعة، خصوصًا أنه من المعروف أن احتياطيات النفط المعروفة لا تسد حاجة البشرية إلى الطاقة إلا لبضعة عقود من السنين. وربما كان الغاز الطبيعي كافيًا لبضعة عقود أخرى والفحم لأكثر من مئة عام. ولا يستطيع أي كائن كان وخصوصًا من سكان المدن أن يتصور حياة مدينة دون كهرباء ودون مصاعد ودون سيارات وطائرات. إذًا لا بد من التفكير من الآن في مصادر طاقة بديلة للأحفورية. وقد اتخذ البرلمان الأوروبي قرارًا أيدته القمة الأوروبية في 27 أيلول 2001م يقضي باتخاذ ما يلزم لتغطية نصف الحاجة إلى التيار الكهربائي عام 2050م من الطاقات المتجددة. ويلمس المتتبع لأنباء الطاقات المتجددة، جهودًا مكثفة تبذل في هذا الميدان، وكأن العالم في سباق مع الزمن. وتشارك مثلاً جميع مصانع السيارات العالمية الكبرى في كاليفورنيا في الولايات المتحدة الأمريكية حاليًا، في تجارب السيارات التي تستخدم الهيدروجين كوقود في خلية الاحتراق. وأعلنت مصانع أوبل قبل أيام أنها ستُنزل إلى الأسواق في العام القادم سيارات هيدروجينية. وربما كان ذلك صحيحًا، لكنها لن تكون قادرة على أن تحل محل سيارات البنزين والديزل. وهناك في المدن الألمانية الكبرى محطات لتزويد سيارات التجارب هذه بالهيدروجين المسيّل. لكن استخدامها على نطاق واسع ما زال محفوفًا بمصاعب تقنية وأمنية جمّة. علاوة على أن استحضار الهيدروجين لا يكون مجديًا إلا إذا استعين بالطاقة الشمسية مثلاً لإنتاجه. وتعتبر الصحاري الشاسعة المترامية الأطراف موقعًا مثاليًا لاستغلال الطاقة الشمسية، على الرغم من أن أشعة الشمس هناك لا تحفز شاعرًا على التغزل بها، بل في الفيء والظلال. وهنا تجدر الإشارة إلى أن نور الشمس هو الذي يتسبب في توليد الجهد الكهربائي على جانبي بلورات السيليكون؛ بينما يستفاد من حرارة الشمس في تسخين الماء في المدن أو تسليطها بوساطة مرايا مقعرة إلى خزانات ماء لتوليد البخار وإدارة العنفات لتوليد التيار الكهربائي.
هل يتحقق الحلم بتسخير شمس الصحاري المحرقة وتحويلها إلى مصدر للطاقة ووسيلة لتوفير الماء؟
كان البروفسور الشهير المتوفى مسرشميدت (Messerschmidt) قد وضع في أوائل الثمانينيات دراسة بشأن تزويد أوروبا بالطاقة الكهربائية من الصحراء الإفريقية، تتلخص في استغلال الطاقة الشمسية هناك لتحليل الماء إلى هيدروجين وأوكسجين، ومد أنابيب من الشاطئ الإفريقي الشمالي تحت البحر لنقل الهيدروجين إلى إيطاليا أو تسييله وشحنه بناقلات خاصة إلى أوروبا حيث تُعكس العملية في محطات لتوليد الكهرباء من تفاعل الهيدروجين مع الأوكسجين. وتعتبر هذه العملية مثالية بالنسبة إلى الدول ذات الصحاري الواسعة والواقعة على البحر. فتفاعل الهيدروجين والأوكسجين، لا يولد تيارًا كهربائيًا فحسب، بل مادة أثمن هي الماء. لكن هذه الفكرة ومثيلاتها لم تتعد النطاق النظري، وإن كان هناك الآن في الصحراء الغربية في المغرب مصنع كبير لإنتاج بلورات الطاقة الشمسية ـ يبلغ مجموع قدرة إنتاجها السنوي 120 ميغاواط ـ يصدّر حتى لألمانيا. ويحلم المشرفون على المنشأة المغربية في تحويل مساحات واسعة من الصحراء إلى محطات شمسية لتوليد الكهرباء وتصدير الفائض إلى إسبانيا. وقد وضع 15 عالمًا من ثماني دول ـ من بينهم العالم الياباني الشهير كازوهيتو كاتو ـ بتكليف من وكالة الطاقة الدولية في عام 2002م وبعد جهود استمرت ثلاثة أعوام، دراسة تتلخص في أن محطات توليد الكهرباء الشمسية الكبيرة ذات الألف ميغاواط ـ أي ما يعادل طاقة مفاعل نووي صغيرـ ، ممكنة ولكنها غير مجدية اقتصاديًا في الوقت الحاضر، وأن الوضع قد يتغير بعد 10 أو 20 عامًا. وكان رأيهم أن تغطية عُشر مساحة الصحراء في جمهورية النيجر بألواح البلورات الشمسية، كاف لسد حاجة العالم إلى التيار الكهربائي. والمناطق الصحراوية قادرة في الواقع على المنافسة منذ الآن لو أنها حصلت على دعم مالي على غرار ما يحظى به المزارع السكسوني في ألمانيا. ولو استُغل جزء من الطاقة الشمسية في البلاد الدافئة لتحليل ماء البحر، وضخ الهيدروجين إلى الصحاري والقفار واستغلاله لتوليد الكهرباء والماء، لما تسنّى وقف زحف الصحاري فحسب، بل وقهرها إلى الوراء.
:king: :king: :king: