باختصار
وفقاً للتقرير الذي أعدته أكاديمية دبي للمستقبل، فإنّ تكاليف الطاقة الشمسية ستنخفض لتصبح أسعارها مماثلة لطاقة الفحم في 2020، ليظهر الجيل الرابع من الطاقة النووية في 2035.

دبي: قال تقرير "استشراف المستقبل" الذي أصدرته أكاديمية دبي للمستقبل في رؤية الخبراء المشاركين فيه لمستقبل قطاع الطاقة أنه على  الرغم من أن الطاقة لا تُخلق من عدم ولا تفنى، إلا أنها تَخلق مسارات مهنية وحضارات بل وحالات من الجدل، وعلى الرغم من وجود شبه إجماع بين العلماء في كل أنحاء العالم بأن تحسين مستويات الطاقة سيؤدي بلا شك إلى تحسين نوعية الحياة، إلا أن هذه التوجهات تواجه الكثير من العقبات.

واقع قطاع الطاقة

وقال التقرير فيما تتضافر جهود العلماء والساسة ورواد الأعمال على نحو متزايد سعياً للحصول على مصادر طاقة غير الوقود الأحفوري بأنواعه، يدخل عالماً جديداً جريئاً يشتمل على أجهزة أصغر وصديقة للبيئة. وفي عام 2016، كان التقدم الذي تم احرازه في طاقة الرياح والطاقة الشمسية وطاقة المياه نمودجاً لعيش حياة صديقة للبيئة.

وأضاف التقرير:" هذا التقدم ساعدنا على التوصل لفهم أدق لقوى الطبيعة، وأما التقدم الذي أُحرز في الاندماج النووي فقد ساعدنا على استيعاب المبادئ الفيزيائية الأساسية التي يسير بها الكون الذي نعيش فيه، والاقتراب أكثر من تزويد العالم بالطاقة التي يحتاج إليها."

واشار التقرير إلى جملة من الأحداث في عام 2016 شكلت نقلة نوعية في التحول نحو بناء مستقبل مستدام لقطاع الطاقة، بما فيها قيام مجموعة "تسلا موتورز" بدفع 2.6 مليار دولار للاستحواذ على شركة  سولار سيتي، أضافة لذلك فقد تجاوز عدد المفاعلات النووية على مستوى العالم 440 مفاعلاً، بينما وصل عدد الذين ليس طاقة كهربائية إلى 1.3 مليار نسمة في حين تجاوز حجم انبعاثات غاز ثاني اكسيد الكربون 40 مليار طن.

وشارك في إعداد هذه الرؤية الاستشرافية لمستقبل قطاع الطاقة كل من سينثيل بالاسوبرامينيان، المؤسس المشارك شركة سيستين سولار، ولورنس كيمبال كوك ، المؤسس والرئيس التنفيذي شركة بيفجين التي تعمل في مجال التكنولوجيا النظيفة، إلى جانب جريج مارينياك،  رئيس قسم الطاقة والنظم البيئية جامعة سنغولاريتي.

الشمس أقوى من الفحم

الطاقة الشمسية تصبح رسمياً الشكل الأرخص من الكهرباء الجديدة

وقال التقرير على مدى ستة أشهر، أنتجت ألواح الطاقة الشمسية كهرباء أكثر مما تم انتاجه من المحطات التي تعمل بالفحم؛ فقد أعلن موقع "كربون بريف" الإلكتروني المعنيُّ بتغير المناخ وسياسات الطاقة أن المملكة المتحدة قامت بانتاج كهرباء من الخلايا الشمسية  بنسبة تفوق 10 % مما تم انتاجه من الفحم. وهذا لا يعني أن الطاقة الشمسية حققت تقدماً نهائياً في المملكة المتحدة؛ إذ مع تغيُّر الفصول وحلول شهور الشتاء، تتناقص فاعلية إنتاج الطاقة الشمسية، غير أن هذه الخطوة البارزة تعتبر تقدماً في الاتجاه الصحيح.

وشرعت شركة "صن دروب فارمز" للمزارع في جنوب أستراليا باستخدام توليفة من الطاقة الشمسية ومياه البحر لإنتاج الغذاء في الصحراء، وهي تعمل على نحو مستقل تماماً عن موارد الطاقة غير المتجددة. وفي كل يوم يتم ضخ مياه البحر على مسافة كيلومترين إلى المزرعة المقامة على مساحة 20 هكتاراً، ثم يتم تمرير المياه من خلال نظام للتحلية يُنتج ما يصل إلى مليون لتر من المياه العذبة يومياً، ثم يتم استخدام هذه المياه لري 18 ألف نبتة طماطم داخل دفيئة زراعية. وتساعد هذه الطريقة المبتكرة على تحويل الزراعة المستدامة لواقع ملموس.

كما طوَّر مهندسون من كوريا الجنوبية خلايا شمسية مرنة رقيقة جداً يمكن لفُّها حول قلم رصاص. ويمكن استخدام هذه الخلايا الشمسية كمصدر طاقة للأجهزة التكنولوجية التي نحملها، كأجهزة رصد اللياقة البدنية وأجهزة مراقبة ضربات القلب والمنتجات المماثلة. كما انطلقت في عام 2016 أكبر مزرعة شمسية عائمة في العالم قبالة شواطئ لندن. وتتألف المزرعة الجديدة من 23 ألف لوح شمسي عائم فوق سطح خزان الملكة إليزابيث الثانية. وقد استغرق التخطيط للمشروع 5 سنوات، وتم الانتهاء منه في مارس الماضي. وتشير التقديرات إلى أن المشروع سيولد من الكهرباء ما يكفي لإمداد محطات معالجة مياه نهر التايمز المحلية لعقود من الزمن.

كما أعلنت شركة "سولار وندو" عزمها  تطوير أغشية شفافة لتوليد الكهرباء، حيث تخطط الشركة لإنتاج خلايا شمسية شفافة يمكن وضعها على النوافذ الحالية، وتستهدف الشركة ناطحات السحاب التي تستهلك 40 % من الكهرباء في الولايات المتحدة. ويؤكد الفريق أنه وفقاً للنماذج الأولية، يمكن لهذه التكنولوجيا تخفيض نفقات الطاقة التي تتكبدها خمسة ملايين من الأبراج الشاهقة الموجودة في الولايات المتحدة، وذلك بنسبة 50 %، ويُفترض أن توفر كميات من الطاقة أكبر 50 مرة من الألواح الشمسية التي توضع على أسطح الأبنية.

وقال جريج مارينياك:" هناك طرق عديدة لإمداد المدن الضخمة بالكهرباء من دون أي انبعاثات كربونية، وعلى سبيل المثال، يمكننا تزويد بكين أو نيويورك بالكهرباء بواسطة تجهيزة واحدة كبيرة في الفضاء ترى الطاقة الشمسية وترسلها إلى آلية تجميع على الأرض. وأضاف:" تكمن العبقرية في تخفيض التكلفة، والسبيل للقيام بذلك هو بناء هذه التجهيزة باستخدام مواد لا نُضطر إلى إرسالها من على الكرة الأرضية، كاستخدام مواد خام مستمدة من القمر أو من الكويكبات. وعندما يكون هناك طلب حقيقي على طاقة نظيفة خالية من الكربون، فهناك كثير من السبل التي يمكننا بها الحصول على هذه الطاقة، على الأرض ومن خارج الأرض على حد سواء.

سياسات جديدة  نحو المستقبل

وقال التقرير أعلنت المحكمة الجنائية الدولية أنها ستبدأ بالتعامل مع القضايا التي تتضمن تدمير للبيئة وإساءة استعمال الأراضي ونزع غير قانوني لملكية الأراضي كجرائم ضد الإنسانية. وقد أصدرت المحكمة، التي تتخذ من لاهاي مقراً لها وتأسست في عام 1998 بموجب نظام روما الأساسي، هذا الإعلان في وثيقة سياسات نشرها مدعيها العام.

وقال سينثيل بالاسوبرامينيان:" التصميم لدية القدرة على جذب الاهتمام بطرق تكنولوجية لا يكون بإمكان الهندسة وحدها تحقيقها، وعلى سبيل المثال ما قامت به شركة "آبل" بجهاز آيفون، وما تقوم به "تسلا" من خلال سياراتها، ولذا عند جمع التكنولوجيا والتصميم الجذاب تحصل على تكنولوجيا ذكية، وستتمكّن من جلب المزيد من العملاء لشراء المنتجات. وبالتالي أرى مستقبلاً يمكن أن يظهر فيه اللوح الشمسي بأي صورة تريده.

مصدر غير محدود للطاقة النظيفة

وأشار التقرير إلى إعلان علماء فيزياء صينيون عن تمكن مفاعل الاندماج النووي الصيني"مفاعل توكاماك" من إنتاج بلازما الهيدروجين عند درجة حرارة 49.99 مليون درجة مئوية والحفاظ عليها لمدة102 ثانية، ما يمثل رقماً قياسياً جديداً، حيث أشار الفريق إلى تمكنه من إنتاج بلازما الهيدروجين بتسخين العنصر والوصول به إلى أحوال تحاكي ما يحدث في مراكز النجوم، والحفاظ على ذلك المستوى من درجة الحرارة بالغة الشدة لأكثر من دقيقة. يمثل هذا الإنجاز الكبير برهاناً على مفهوم الاندماج النووي المحكوم. ومن خلال هذه التجارب، يستطيع العلماء التحكم في البلازما وإبعادها عن جدران المفاعل وتسخير الطاقة والجسيمات التي تنطلق منها

ولو تسنى التفوق على تلك الأرقام القياسية مستقبلاً، سيشكل ذلك تقدماً كبيراً نحو توفير طاقة نظيفة بلا حدود تلبي احتياجات العالم.

وأشار التقرير إلى قيام طالب دكتوراه متخصص في المعلوماتية الأحيائية في جامعة كامبردج بتطوير نموذجاً أولياً لروبوت، سمّاه لوسي يعمل بأشعة الشمس، حيث يشتمل الروبوت على خوارزمية وبراءة اختراع تسمح له بتتبع الشمس، وذلك من خلال القيام بتعديل وضعه باستمرار للحفاظ على زاوية الانعكاس المثلى طوال اليوم.

حلول جديدة لإنتاج الطاقة

في أغسطس من عام 2015، دشنت شركة “بيفجين” منتجها V3 ، وهو بلاط لديه القدرة على توليد الطاقة المتجددة، وذلك من هلال تحويل خطوات المشاة إلى كهرباء. ويستطيع الطراز الجديد توليد 5 واط من الطاقة من كل شخص يتحرك. وعلى الرغم من أن هذه الكمية ليست كافية لتزويد مدينة بالكهرباء، إلا أن بإمكانها أن توفر حلول إضاءة للمدارس والمكاتب والمتاجر على توليد الطاقة مع تتبع حركات المستخدمين في الوقت نفسه.

وقال لورنس كيمبال كوك:" تعتبر "الطاقات المتجددة" في الواقع عملاً محفوفاً بالمخاطر، يترتب عليه تكاليف كبيرة، ويتطلب الكثير من الموارد، فضلاً عن المشككين بجدواه.  ورغم ذلك الإ أنه ينطوي على عائد مجز في حال نجاحه،  فإن تمكنا على سبيل المثال من تسخير جزء صغير فقط من طاقة الشمس، يمكننا أن نزود العالم بالطاقة بمقدار يزيد 10 أضعاف عن المقدار الحالي. ولذلك فإن التحدي الأكبر يرتبط بتشجيع الاستثمار فيه."

طاقة الاندماج

fusion-energy_home_v1
اضغط لرؤية الإنفوجرافيك بشكل كامل

وأشار التقرير إلى قيام العلماء بابتكار ثلاث طرق لتسخير طاقة الإندماج، بما فيها الاندماج الهجين بما فيها الجمع بين الاندماج والانشطار بحيث ينشأ مفاعل هجين يتألف فيه الغطاء  المحيط بقلب المفاعل من مواد إنشطارية، وبمقدور هذه الطريقة ان تضاعف الطاقة الناتجة عن التفاعل الإندماجي كثيراً. أما الطريقة الثانية فهي الحصر العصالي، حيث يتم تركيز أشعة الليزر على حبيبة من وقود الدوتيريوم والتريتيوم، وتسخين طبقاتها الخارجية وإحداث انفجار إلى الداخل يقوم بضغط الطبقات الداخلية. أما الطريقة الثالثة فهي الحصر المغناطيسي، حيث تشتمل هذه الطريقة على خصر البلازما والسيطرة عليها باستخدام المجالات المغناطيسية.

كما أشار التقرير إلى ثلاثة تحديات تواجه تحقيق الاندماج صيانة التكنولوجيا: تعتبر النيوترونات سريعة التطاير وهي تعمل باستمرار على تأكل الجدران في المفاعل وتعبئتها بالغبار المشع، ولذا   فإن انشاء أي مفاعل أندماجي ناحج يتطلب تحقيق تقدم كبير في تكنولوجيا المواد لحصر أثار التفاعل الخطيرة وتحملها، أما التحدي الثاني يتمثل في السيطرة على التفاعل، خصوصاً وأن انتاج مفاعل اندماجي محكوم ومستدام ينطوي على تحديات كبيرة، حيث يعمل الباحثون حالياً على إيجاد طريقة لحصر البلازما باستخدام المجالات المغناطيسية لكن الوصول إلى نتيجة في المثال يتطلب عمل ومجهود اكبر، أما التحدي الثالث فهو خلق الظروف المناسبة لأن المفاعلات التي يقوم البشر بصنعها لا تتحمل الضغوط الكبيرة التي توجد داخل الشمس.

أهم التوقعات المستقبلية

وفي العام 2020 يتوقع سينثيل بالاسوبرامينيان، أن تنخفض تكاليف الطاقة الشمسية لتصبح أسعار مماثلة لأسعار الفحم، قائلاً:"ستكون الطاقة الشمسية رخيصة كالفحم أومثل الفاتورة الحالية التي ندفعها للطاقة في السنوات الخمس المقبلة. وفي ظل الدعم المالي، سيعتمد عليها ثلث الولايات على الأقل في الولايات المتحدة، وستكون هذه هي نقطة التحول".

وفي العام نفسه أيضاً ستفوق الكهرباء التي يتم انتاجها من مصادر متجددة مجموع الطلب الحالي للصين والهند والبرازيل التي تعتبر من أكبر بلدان العالم من حيث عدد السكان. أما في العام 2023، فقد أشار لورنس كيمبال كوك إلى أن شبكات الكهرباء لا مركزية ستبدأ بالظهور، قائلاً : “سنبدأ في رؤية مدن لديها شبكات كهرباء لا مركزية يتم فيها توليد الكهرباء أينما دعت الحاجة وكلما دعت الحاجة. وهكذا فإن الطاقة المولدة من وقع الأقدام يمكنها فعلاً تزويد ساحات عامة بأكملها في المناطق الحضرية بالطاقة. لن تكون هناك حاجة إلى توصيل الشوارع بشبكة الكهرباء؛ إذ يكون كل عمود إنارة في الشارع مستقلاً بذاته في حصوله على الطاقة.

أخيراً: الطاقة الشمسية تصبح المصدر الأرخص للطاقة الجديدة
أخيراً: الطاقة الشمسية تصبح المصدر الأرخص للطاقة الجديدة

وفي العام 2025، فمن المتوقع أن الطاقة الشمسية تشهد نمواً غير مسبوق نتيجة الانخفاض في أسعار وتكلفة انتاجها، بينما سيشهد العام 2027 الطلب على النفط ذروته، تتوقع “أوبك” انتشار سيارات الوقود البديل في نهاية عشرينيات القرن الحالي، حيث سيصل الطلب على النفط إلى ذروته ويبدأ بالانخفاض بعد ذلك.

وبحلول العام 2030 يتوقع التقرير انتشار الجدران والنوافذ الشمسية على نطاق واسع، حيث أشار سينثيل بالاسوبرامينيان قائلاً:" “سيصبح بإمكان أسطح ونوافذ وجدران المنازل القدرة على إنتاج الطاقة الكهربائية عبر الخلايا الشمسية الفعالة، ونحن متحمسون لهذا الموضوع بشدة. كما من المتوقع أن يشهد العام نفسه وصول نصيب الفرد من الطلب العالمي على الطاقة إلى ذروته. أما بحلول العام 2035 ، يتوقع لورنس كيمبال كوك أن تصل نسبة استخدام  السيارات الكهربائية إلى 90 في المائة، قائلاً:" سنستخدم أيضاً الطاقة الناتجة عن مكابح السيارات في الأماكن الحضرية لتوفير الكهرباء إلى بعض المرافق في المدينة، هذا الأمر أشبه باستخدام الطاقة المتجددة الناتجة عن أنظمة استرجاع الطاقة الحركية، حيث ستبدأ الطرق نفسها في توليد الكهرباء.

وفي العام 2035، يتوقع التقرير أن يبدأ انتشار الجيل الرابع من الطاقة النووية، وستكون التكنولوجيا تحول دون حدوث تفاعل انشطار نووي.

أما في العام 2040، فقد أشار جريج مارينياك إلى أن البشرية سوف تتمكن من إعادة تدوير الطاقة، قائلاً: “ستستخدم البشرية طاقة أكثر بكثير مما تستخدمه الآن، لكن هذا سيكون جيداً بالنسبة للبيئة لأنها ستكون طاقة نظيفة، كما سيسمح لنا هذا بإعادة تدوير الذرات، وسنعيد التدوير إلى منتجات أعلى قيمة، وسنعيد التدوير على نحو أكثر بكثير مما كنا نفعل فيما مضى؛ لأنه سيكون بإمكاننا القيام بذلك من الناحية  الاقتصادية.

وفي العام 2040، ستستخدم أجهزة الحاسوب الطاقة الكهربائية بشكل يفوق القدرة على توليدها إذا ما تواصل الاتجاه الحالي دون تحقيق اختراقات في الابتكار، خصوصاً وأن مستويات إنتاج الطاقة الحالية لن يكون بمقدورها تلبية الطلب الناتج عن استخدامنا لأجهزة الحاسوب.  وفي العام نفسه أيضاً و بعد سنوات من التوسع في مجال أبحاث الطاقة ستصبح الطاقة الشمسية الفضائية متاحة تجارياً وستضاف إلى الشبكة الكهربائية.

أما في العام 2044 سيتم توليد الطاقة في كل مكان، حيث أشار لورنس كيمبال كوك قائلاً:" كل جسر من الجسور سيكون مصدراً لتوليد الطاقة. قد يكون ذلك من خلال تجميع الذبذبات الحركية أو الطاقة الحرارية. ستكون طرقاتنا مصادر طاقتنا.

وبحلول العام 2050  فمن المتوقع أن يتم تحقيق الاندماج النووي أخيراً، حيث ستتوفر التكنولوجيا اللازمة لإيجاد واستدامة درجة الحرارة الفائقة المرتبطة بالاندماج النووي، ما سيمد العالم بمصدر طاقة يكاد يكون بلا حدود. وفي 2053 ستحقق البشرية ثورة كفاءة الطاقة الفردية، وقال  لورنس كيمبال كوك:"سنمتلك القدرة على إرسال الطاقة الكهربائية بالسهولة ذاتها التي نستطيع بها إرسال البيانات، وبالتالي فكل جهاز يمكن إمداده بالطاقة الآتية من مصفوفة خلوية، وهذه يمكن أن يكون مصدرها طاقة وقع الأقدام. وربما تُستخدم هذه الطاقة لشحن الهاتف الخلوي الخاص بشخص على الجهة الأخرى من الطريق، وهكذا فإن كل إنتاجنا للطاقة سيكون لا مركزياً تماماً.

للمزيد يمكنكم الاطلاع على موقع تقرير استشراف المستقبل هنا.