المضي قدمًا نحو بخار صافي الانبعاثات

لقد لعب البخار دورًا حيويًا في ماضينا وحاضرنا، وسيظل ضروريًا لتقدمنا المستقبلي أيضًا. تجعل خصائصه الحرارية المتفوقة عنصرًا أساسيًا في إنتاج الكثير مما نتعامل معه يوميًا. وبفضل التكنولوجيا المتطورة بسرعة والاختراقات الهندسية، يمكننا أن نتطلع للاستمتاع بفوائده العديدة في عالم صافي الانبعاثات الصفرية غدًا.

لم تكن هناك حاجة لاختراعه؛ لقد وُجد على الأرض قبل أن نصل نحن. لا يزال بإمكانك رؤيته في أشكاله الأكثر طبيعية، ينفجر من الينابيع الحارة، ويُبدع مشاهد مذهلة. تكشف قوته الهائلة عن سبب كون البخار وسط نقل الحرارة الأكثر استخدامًا في العالم. وتُبرز طبيعته الجوهرية.

يُعد البخار موردًا مستدامًا ومتجددًا رئيسيًا بفضل قدرته على حمل كمية كبيرة من الطاقة التي يمكن استخدامها إما ميكانيكيًا، كتشغيل توربين مثلًا، أو كحرارة تمكّن العديد من العمليات. وبفضل حلقة البخار والمكثف، يمكن إعادة تدوير المياه المستخدمة عبر الأنظمة الفعالة، مما يوفر الطاقة في العملية ذاتها.

بفضل الكفاءة العالية، والسميّة المنخفضة، وسهولة النقل، والسعة الحرارية المتفوقة، والتكلفة المنخفضة مقارنة بالبدائل الأخرى، فإن عالمًا بلا بخار أمر لا يمكن تصوره. ندين بالفضل للبخار في العديد من التقدم التكنولوجي الهائل في المجتمع خلال الـ 300 عام الماضية. في حين أن الآليات التي تستخدم البخار وتحتاج إليه قد تغيرت، إلا أن البخار نفسه ظل جوهريًا لتطورنا.

يلعب البخار دورًا رئيسيًا في صناعة الأدوية، حيث يضمن إنتاج الأدوية واللقاحات بشكل آمن وموثوق وبكميات كبيرة. تعتمد المرافق الصحية على البخار لضمان تعقيم الأدوات بأمان أثناء علاجنا. وكلاً من الصناعات الكيميائية والبترولية تحتاج إلى البخار لإبقاء مصانعها تعمل بسلاسة، وفي إنتاج العديد من المنتجات التي نعتمد عليها في حياتنا اليومية. من البوليستر إلى الأمونيا التي توفر الأسمدة لإطعام العالم. وتشمل استخداماته العديدة في صناعة الأغذية والمشروبات ما يضمن سلامة وعمر العديد من الأطعمة والمشروبات التي نتناولها.

هذه مجرد بعض من الفوائد التي يمنحنا إياها البخار. لهذا السبب نرى البخار ليس مجرد ظاهرة مفيدة، بل تكنولوجيا طبيعية. وسيلة آمنة ومستدامة وموثوقية لتحسين جودة حياتنا، لا مثيل لها تقريبًا.”

لكن، بعيدًا عن التقاط الصور، ليس للينابيع الحارة استخدام عملي كبير بالنسبة لنا، ولبخار الطاقة الحرارية الأرضية استثناء في بضع أماكن على الأرض. وهذا يعني أن البخار يجب أن نُنتجه نحن لاستثمار قيمته. وهنا يكمن اختبار ضمان مستقبله المستدام.

نحتاج إلى كميات هائلة من البخار للحفاظ على نمونا وجودة حياتنا. من الحيوي أن ننتقل بعيدًا عن توليد البخار باستخدام الغاز أو الفحم أو النفط إلى مصادر الطاقة المتجددة والفعالة، بأسرع وقت ممكن.

تُسرّع الأزمة العالمية للطاقة التحولات الكبرى في كيفية توليد طاقتنا. أولًا، هناك حصة متنامية بسرعة من المصادر المتجددة (في الأساس الرياح أو الطاقة الشمسية، لكن بإنتاج متغير). ثانيًا، إمكانات الهيدروجين الأخضر المبني على الطاقة المتجددة والتحليل الكهربائي تنمو يومًا بعد يوم. ثالثًا، هناك قبول متزايد لحاجة تكهرب التدفئة في الصناعة والمباني. وأخيرًا، تظهر تقنيات جديدة لكل من تخزين الحرارة والكهرباء، وستكون متاحة على نطاق واسع قريبًا.

مثل هذه التحولات الجذرية في كيفية عمل الصناعة لن تحدث بين ليلة وضحاها. لكن الوقت جوهري إذا أردنا تحقيق أهداف صافي الانبعاثات الصفرية الصارمة. لهذا السبب تُعد الخيارات العملية لسد الفجوة بين العرض والطلب على الكهرباء حاسمة للعمليات المستدامة. ستكون الابتكارات مثل تخزين الطاقة الحرارية، حيث التقاط إمدادات الطاقة المتجددة الذروة وتحويلها إلى بخار مفيد ثم الاحتفاظ به حتى الحاجة إليه، محورية في هذا الانتقال. يوضح الشكل 1 لماذا نحتاج إلى إيجاد طرق لتعظيم كفاءتنا عند الاستفادة من المصادر المتجددة مثل الطاقة الشمسية:

في المجمل، تُعد الحرارة مسؤولة عن أكثر من ضعف الطلب على الطاقة مقارنة بتوليد الكهرباء العالمي، وتحدث 55% من انبعاثات الطاقة العالمية¹. خفض هذا الرقم هدف إزالة الكربون² كبير، ولكن حتى الآن، كانت المحاولات غالبًا معزولة، تنظر إلى مجالات مثل التكهرب والهيدروجين والكتلة الحيوية واحتجاز الكربون واستخدامه وتخزينه (CCUS) بشكل منفصل، مع التركيز على استخدامات محددة نهائية.

لهذا السبب يبدو مسار الحياد الكربوني أحيانًا صعبًا جدًا، في انتظار تقنيات جديدة لتحل محل تلك التي اعتمدنا عليها لعقود أو حتى قرون. لحسن الحظ، وسائل استخدام البخار المُنتَج بشكل مستدام في متناول اليد.

مع تزايد إلحاح إزالة الكربون من كوكبنا، من المطمئن أن البخار لا يعني التخزين التام عنه. نحن جميعًا نعلم أن أيام قيادة السيارات التي تعمل بالبنزين أو الديزل ستأتي إلى نهايتها، وأن استخدامنا للغاز الطبيعي سيُقيّض، وستجب اتخاذ قرارات صعبة لضمان مستقبل كوكبنا.

لكن الأمر مختلف مع البخار. الانتقال بعيدًا عن الغلايات العاملة بالوقود الأحفوري لا يتطلب انتظار عقود لوصول البدائل الجديدة. كما لا يعني إصلاحًا كليًا للأنظمة الحالية. القدرة على تحديث الغلايات بتقنية التدفئة الكهربائية متوفرة الآن. عندما تحتاج المعدات القديمة إلى الاستبدال، تتوفر الخيارات الكهربائية الجديدة الأكثر كفاءة بسهولة. ومع انتقال توليد الكهرباء بعيدًا عن الفحم والغاز والنفط، سيكون البخار جاهزًا لإثبات إمكاناته المحايدة كربونيًا.

بالإضافة إلى ذلك، ستزداد الحاجة إلى إنجاز المزيد بموارد أقل، مع تقييم وتحسين مستمر لتدابير الكفاءة التي ستجعل البخار أكثر أهمية للعديد من الصناعات التي تعتمد عليه. ستكون الأساليب المعتمدة على البيانات وعلى مستوى النظام بأكمله هي الوسائل الأكثر فعالية لذلك.

نظرًا لاستخدام البخار على نطاق واسع من قبل صناعات متنوعة، توجد تباينات هائلة في أحجام أنظمة البخار وتكويناتها واستخداماتها النهائية وممارساتها التشغيلية. وهذا يعني وجود خيارات كثيرة لتحديد فرص تحسين أداء نظام البخار. تمامًا كما ساعد البخار الحضارات حول العالم على النمو والتطور، حان دور المهندسين لمساعدة البخار على مواصلة مكانته في تاريخنا. لقد قادنا البخار في رحلة مثمرة حتى الآن، وسيواصل ذلك لقرون قادمة.

المصادر:

¹ “منظور الطاقة العالمي 2022”، ماكنزي، 26 أبريل 2022.

² لاحظ أن تحقيق صافي الانبعاثات الصفرية لا يتعلق فقط بانبعاثات ثاني أكسيد الكربون ولكن بجميع غازات الدفيئة، بما في ذلك الميثان وغازات F. هنا نستخدم إزالة الكربون لتغطية جميع تخفيضات الانبعاثات ذات الصلة.

المركز الوطني للسياسات الهندسية، الأكاديمية الملكية للهندسة (https://raeng.org.uk/media/b4jpdttw/net-zero-a-systems-perspective-on-the-climate-challenge-final-nepc.pdf)

“الحرارة صافية الانبعاثات: هل هي ساخنة جدًا بحيث لا يمكن التعامل معها؟”، ماكنزي للاستدامة، 22 يوليو 2022. (https://www.mckinsey.com/capabilities/sustainability/our-insights/sustainability-blog/net-zero-heat-is-it-too-hot-to-handle)