فوائد تحسين نظام البخار

انظر إلى تقارير التقدم حول تغير المناخ خلال السنوات القليلة الماضية، وستجد قليلًا للاحتفال. نعرف ما هو على المحك؛ فشل الحد من ارتفاع درجة حرارة كوكبنا سيكون له عوا وخيمة علينا جميعًا. ومع ذلك، الإجراء السريع اللازم للوصول إلى أهداف صافي الانبعاثات الصفرية لا يحدث. إذا كنا في “سباق نحو الصفر”، فلماذا يبدو الأمر أقل كسباق عدو، وأكثر كسباق ثلاث أرجل؟

تُعد بالذاكرة إلى مطلع عام 2022. كان العالم يتعافى من وباء مدمّر، والاقتصادات تُعيد البناء. لكن إذا كنا نظن أن الأمور في تحسن، فعندما يتعلق الأمر بتغير المناخ، كان هناك جانب سلبي. وصلت انبعاثات CO₂ من الكهرباء والحرارة إلى أعلى مستوى لها على الإطلاق، مما دفع وكالة الطاقة الدولية (IEA) لإصدار دعوة واضحة للعمل.

يجب على العالم الآن ضمان أن الارتداد العالمي في الانبعاثات في عام 2021 كان حدثًا لمرة واحدة - وأن الاستثمارات المستدامة مع النشر المتسريع لتقنيات الطاقة النظيفة ستُقلل من انبعاثات CO₂ في عام 2022…¹

طُرحت القفازة، ومر عام آخر. شهد عدوانًا في أوروبا وأزمة طاقة عالمية ناشئة. كان التأثير على طموحات تغير المناخ صارمًا. العام الماضي في مارس، أفادت IEA، “ازدادت انبعاثات ثاني أكسيد الكربون (CO₂) العالمية من احتراق الطاقة والعمليات الصناعية 0.9% أو 321 مليون طن في عام 2022 لترتفع إلى رقم قياسي جديد يبلغ 36.8 جيجاطن.”

أفضل ما يمكن قوله هو أن الطاقة النظيفة واصلت تقدمها السريع، وبدونه “كانت ستكون الزيادة في انبعاثات CO₂ أكبر بثلاث مرات تقريبًا.”²

من أي زاوية، قد يبدو المنظر محبطًا. أشبه بتلقي تقرير مدرسي، مرارًا وتكرارًا، يطالب ببساطة “يجب أن تحاول بجدية أكبر”. لا يساعد أننا دائمًا ننظر خلف أكتافنا، إلى ما كان يمكن أن يكون، بدلًا من النظر إلى الأمام بتفاؤل وطموح.

إنه مثال كلاسيكي على مشكلة الحجم. عندما نواجه مشاكل أكبر بكثير من أفعالنا الفردية، هناك ميل لفقدان الحافز. يمكن أن تهيمن مشاعر العجز، أو بالمقابل، نتحول إلى التفاؤل التكنولوجي. يمكنك رؤية هذا يعمل مع النهج الرؤيوي لمعالجة تغير المناخ. نعم، نتطلع لرؤية الهيدروجين الأخضر يُتاح على نطاق واسع، والقدرة على إزالة ثاني أكسيد الكربون وحبسه إلى الأبد، ونرحب بأي عمليات رائدة تُزيل إنتاجه أصلًا. التخيل ب想象力نا، تبدو أنها تُقدم وعدًا عندما تكون الخطوط الفضية نادرة. سيكون الابتكار دائمًا مفتاحًا للتعامل مع تعقيدات وحجم القضايا المحيطة بتغير المناخ. مع الوقت، ستصبح جزءًا من حياتنا اليومية. لكن، الوقت ليس في صفنا.

هذا كان استنتاج تقرير اللجنة الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC) في وقت سابق من هذا العام. دعوة واضحة بالتأكيد، لكن، كما يقترح المؤلفون، “صافي انبعاثات CO₂ الصفرية من القطاع الصناعي تحدي صعب لكنه ممكن.”

عبر صفحاته البالغة 2,000+، يُحلل تقرير IPCC كل جانب من جوانب أزمة المناخ. عندما يتعلق الأمر بتقليل غازات الدفيئة (GHG) من قطاع الطاقة الإجمالي، يقترح أن هذا، “يتطلب تحولات كبرى، بما في ذلك تقليل كبير في استخدام الوقود الأحفوري الإجمالي، ونشر مصادر طاقة منخفضة الانبعاثات، والتحول إلى حاملات طاقة بديلة، وكفاءة الطاقة والمحافظة عليها.”³ مُكررًا رسالة IPCC، أشار الرئيس التنفيذي لمبادرة الأهداف القائمة على العلم (SBTi)، لويز أمارال، إلى أن الحد من ارتفاع درجة الحرارة العالمية إلى 1.5 درجة مئوية يتطلب ذروة قبل عام 2025، وتقليل الانبعاثات بنسبة 43% بحلول عام 2030، و60% بحلول عام 2035 والوصول إلى صافي صفر بحلول أوائل عام 2050. لن يكون سهلاً، لكن مع العقلية الصحيحة، يمكن إحراز تقدم ملموس نحو مستقبل أكثر استدامة.

أثبتت المنظمات ذات الأهداف القائمة على العلم المُتحقق منها أن تخفيضات مذهلة ممكنة - بتقليل انبعاثات النطاق 1 و2 بمتوسط 12% سنويًا - أكبر من 7.6% المطلوبة سنويًا لتحقيق هدف باريس 1.5 درجة مئوية.⁴

من المشجع رؤية التقدم المحرز من قبل 2,731 شركة ذات أهداف قائمة على العلم، نحن واحدة منها. بالتركيز على الحاضر ورفض السماح للوضع الراهن بالسيطرة على السرد، يُحرز تقدم. سيكون لدى الشركات طرق مختلفة لتحقيق أهدافها، لكن الموضوع المشترك هو الكفاءة.

كان هذا أحد الرسائل الرئيسية من خارطة طريق إزالة كربون الصناعة لإدارة بايدن-هاريس، المنشورة في سبتمبر من العام الماضي. باعتبارها الدولة ذات ثاني أكبر انبعاثات CO₂ في العالم، أي تقدم في تفصيل كيفية معالجة ذلك مرحّب به. مع إدراك أن 30% من انبعاثات CO₂ المرتبطة بالطاقة في الولايات المتحدة تأتي من الصناعة، تركز على مسار قدم لخمس من أكثر الصناعات انبعاثًا: تكرير البترول، والكيماويات، والحديد والصلب، والإسمنت، وقطاعات الأغذية والمشروبات. من بين الأعمدة التكنولوجية الأربعة الرئيسية المُحددة، تُخلص: “كفاءة الطاقة هي استراتيجية أساسية ومتعددة لإزالة الكربون وهي الخيار الأكثر فعالية من حيث التكلفة لتقليل انبعاثات غازات الدفيئة على المدى القريب.”⁵ لم تر الحكومة الأمريكية فقط الكفاءة كجزء من النموذج لتجنب كارثة المناخ. أصدرت IEA تقرير التتبع الخاص بها لكفاءة الطاقة في الشهر ذاته، مشددة: “كفاءة الطاقة هي التدبير الأكبر لتجنب الطلب على الطاقة في سيناريو صافي انبعاثات صفرية بحلول عام 2050، مع تدابير وثيقة الصلة بالتكهرب، والتغيير السلوكي، والتحوّل الرقمي، وكفاءة المواد.”⁶ قد تظن أنه لا شيء أكثر عملية من زيادة الكفاءة. أنها على أجندة كل يوم. ثم لماذا يُذكّرنا باستمرار بأهميتها؟

مُعترف بها على نطاق واسع من قبل العديد من الصناعات كجزء أساسي ودائم من عملياتها، يُعد البخار مصدرًا فعالًا طبيعيًا للطاقة الحرارية. هذا لا يعني أن أنظمة البخار لا يمكن تحسينها، لكن الخبرة والتخصص تعني أننا نعرف كيف نذهب لذلك.

هناك مجموعة من التدابير المُثبتة وفعالة من حيث التكلفة لتحسين نظام البخار. لماذا لا تُعتمد على نطاق واسع يرجع إلى مجموعة من العوامل، كثيرة منها لا تتعلق بعوائق مالية. السبب الأول والأبسط هو نقص المعلومات والمعرفة. بينما أشارت التقارير الرفيعة المستوى مؤخرًا إلى الكفاءة كخطوة أولى نحو إزالة الكربون، فإن أنظمة البخار معقدة، وغالبًا فريدة لصناعة معينة، أو حتى مصنع. معرفة أين نُحسّن، وكيف نذهب لذلك بفعالية، وفهم بالضبط ما ستكون الفوائد، كل ذلك يتطلب مساعدة متخصصة. تتراكم مجموعة من العوامل الأخرى لإبقاء الكفاءة في قائمة “لم يُنجز بعد” للعديد من الشركات. غالبًا ما يجعل نقص الموارد المالية من الصعب تبني حتى التدابير التي ستدفع تكاليفها في وقت قصير (خاصة للمؤسسات الصغيرة والمتوسطة). غياب الدعم من الإدارة العليا، وعدم اليقين حول التقنيات الجديدة وخوف من تعطيل الإنتاج، ونقص الحوافز الحكومية مقترنًا بغياب تنفيذ اللوائح الحكومية، كل ذلك يُضاف إلى عدم التحرك. بعيدًا عن العوائق العامة التي تعيق تحسينات الكفاءة، تمتلك أنظمة البخار مجموعة صعوبات محددة للتغلب عليها. تقليديًا، ركزت العديد من الشركات على الغلايات، وليس على نظام البخار بأكمله الذي يشمل توليد البخار (الغلايات)، والتوزيع، وأنظمة الاستعادة، وكيفية استخدام البخار.

على الرغم من أن تحسين النظام قد يكون أكثر صعوبة من تغيير قطعة معدات لأنه يتطلب معرفة وتقييمًا أكثر شمولاً للنظام، إلا أنه غالبًا ما يُحقق توفيرًا أكبر بكثير في الطاقة مقارنة باستبدال مكون واحد بمكون أكثر كفاءة.⁷

وإذا كان استبدال غلاية بأخرى أكثر كفاءة في الطاقة قد يبدو منطقيًا، فهذا لا يعني بالضرورة أن نظام البخار الصناعي بأكمله سيكون أكثر كفاءة. تقدير الطلب على البخار بشكل زائد أو ناقص، سوء إدارة النظام، وتشغيل النظام تحت الكفاءة المثلى هي عوامل شائعة في تقليل الكفاءة الإجمالية.

قبل عقد تقريبًا، نظر تقرير منظمة الأمم المتحدة للتنمية الصناعية (UNIDO) في إمكانات كفاءة الطاقة لأنظمة البخار الصناعية.⁷ كان الهدف هو إظهار أي تدابير كفاءة فعالة من حيث التكلفة وتقدير قيمتها. اختيرت الصين كحالة اختبار.

استُشير سبعة خبراء بخار من الولايات المتحدة وأوروبا والصين لتحديد أي تدابير كفاءة طاقة شائعة يجب تضمينها، وتوفير الطاقة لها، وتكلفة تنفيذها. على عكس العديد من الدول، يهيمن القطاع الصناعي على نمط استهلاك الطاقة في الصين. في عام 2019، شكل التصنيع حوالي 55% من إجمالي استهلاك الطاقة في الصين، و59.6% من طاقة قطاع التصنيع جاءت من الفحم.⁸ باتفاقهم على تسع تدابير ممكنة تقنيًا، وجد الخبراء أن جميعها باستثناء اثنين ستكون فعالة من حيث التكلفة، مما قد يؤدي إلى تقليل سنوي في انبعاثات CO₂ يبلغ 201.23 مليون طن من CO₂. أخذ جميع التدابير في الاعتبار سيُحقق إمكانية توفير فني إجمالي للوقود تبلغ حوالي 26% من إجمالي الوقود المستخدم لتوليد البخار. كان توفير الوقود هذا أكبر من استخدام الطاقة الأولية لأكثر من 160 دولة في العالم. يُسرد هذا الجدول تسع تدابير كفاءة أنظمة البخار، مع قيم مختارة: توفير الوقود السنوي التراكمي وتقليل انبعاثات CO₂، ونسبة تحسين الكفاءة، والإمكانية مدى الحياة لتدابير كفاءة أنظمة البخار الصناعية في الصين مصنفة حسب CCE النهائي (تكلفة الطاقة المحافظة)

تُعدّ بالذاكرة إلى تلك المهلة السبع سنوات لإحراز تقدم حقيقي نحو صافي الصفر، وتبين أعمار هذه التدابير مدى قدرة تحسين أنظمة البخار على إحداث فرق حقيقي. بينما سيكون لأي تحسين واحد تأثير واضح، إلا أنه عندما يُحسّن النظام بأكمله تصبح الفوائد ملحوظة.

معظم هذه التدابير مناسبة لجميع أنظمة البخار، بغض النظر عن وسيلة التوليد. المتغير الرئيسي سيكون بوضوح التأثير على انبعاثات CO₂. مع إدراك الحاجة لطاقة نظيفة، صرح الرئيس الصيني شي جين بينغ أن الدولة ستكون محايدة كربونيًا بحلول عام 2060. هي بالفعل أكبر مستثمر في العالم في التحوّل نحو الطاقة النظيفة، بقيمة 266 مليار دولار في عام 2021، أكثر من ثلث الإجمالي العالمي (755 مليار دولار). لكن، مع أن متوسط عمر العمل لغلاية البخار 30+ عامًا، سيستغرق الانتقال بعيدًا عن الوقود الأحفوري وقتًا. بالتركيز على الحاضر، وضمان استخدام جميع تدابير الكفاءة الممكنة، يكون تقليل الانبعاثات في المتناول.

بالعودة إلى إحصائيات الطاقة التي غطيناها في بداية هذا المقال، والتحدي القادم للوصول إلى أهداف صافي الصفر، من المفيد رؤية كيف قد تتحول التعميمات حول “الكفاءة” إلى إجراء.

لا شيء من هذه التدابير ينتظر التطوير. كلها ممكنة تقنيًا، وفي معظم الحالات فعالة من حيث التكلفة خلال فترة زمنية قصيرة نسبيًا. والأهم من ذلك، ستجني فوائد ملموسة بينما التقنيات الأحدث الأخرى لا تزال في مراحلها الأولى من التطور. منذ نشر تقرير UNIDO، تطورت إمكانية تحسين أنظمة البخار أيضًا. الآن، مع التحول الرقمي المتبنى بسرعة، معرفتنا بالضبط أين سيكون التحسين أكثر فعالية أكبر بكثير. وهذا شيء أبرزه IPCC في تقريره هذا العام:

يمكن للتقنيات الرقمية أن تُسهم في التخفيف من تغير المناخ وتحقيق عدة أهداف تنمية مستدمة (ثقة عالية). على سبيل المثال، المستشعرات وإنترنت الأشياء والروبوتات والذكاء الاصطناعي يمكنها تحسين إدارة الطاقة في جميع القطاعات، وزيادة كفاءة الطاقة، وتعزيز تبني العديد من تقنيات الطاقة منخفضة الانبعاثات، بما في ذلك الطاقة المتجددة اللامركزية، مع خلق فرص اقتصادية (ثقة عالية).³

عندما يتعلق الأمر بالكفاءة، كل دولة سيكون لديها أدائها الأعلى الذي يُحقق كل المعايير، والمنحرفين الذين لم يفكروا قط في التحسين. الاحتمال هو، مع ذلك، أن مجال التحسين موجود دائمًا.

باستخدام أحدث الرؤى الرقمية، لم تتح لنا فرصة أفضل من أي وقت مضى للحصول على تقييم تقني مفصل لفرص كفاءة الطاقة في نظام البخار. ولم تكن الرهانات أعلى قط. بينما من المحتمل أن نرى المزيد من الأخبار المخيبة حول تغير المناخ، كما قال بيل غيتس ذات مرة، “الخبر السيء عنوان، والتحسين التدريجي ليس كذلك.”

المصادر:

¹: Global CO2 emissions rebounded to their highest level in history in 2021 - News - IEA

²: Global CO2 emissions rose less than initially feared in 2022 as clean energy growth offset much of the impact of greater coal and oil use - News - IEA

³: https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg3/downloads/report/IPCC_AR6_WGIII_FullReport.pdf

⁴: IPCC releases ‘final warning’ to keep 1.5°C within reach - Science Based Targets

⁵: DOE Industrial Decarbonization Roadmap | Department of Energy

⁶: Energy Efficiency – Analysis - IEA

⁷: Energy Efficiency Potentials in Industrial Steam Systems in China (unido.org)

When the study was written, coal-fired boilers accounted for around 80-85%, oil- and gas-fired boilers around 15%, and boilers that used other fuels (e.g. electricity, biomass, etc.) less than 5% of the total boiler capacity in China.

⁸: How Is China’s Energy Footprint Changing? | ChinaPower Project (csis.org)

⁹: China - Countries & Regions - IEA