الوقود المتجدد، والمعروف أيضًا بالوقود الحيوي أو الوقود البديل، هو عبارة عن مجموعة من المصادر الطاقية المُشتقّة من موارد متجددة و مستدامة. تعتبر أنواع الوقود هذه صديقة للبيئة لأنه يتم إنتاجها من مواد عضوية يمكن تجديدها. من بين مختلف أنواع الوقود المتجدد:
- الوقود الحيوي:
- الإيثانول: يتم إنتاجه من خلال تخمير السكريات بواسطة الخميرة، وعادةً ما يتم الحصول عليه من محاصيل مثل الذرة أو قصب السكر أو غيرها من المواد النباتية.
- وقود الديزل الحيوي: مصنوع من الزيوت النباتية أو الدهون الحيوانية أو زيوت الطبخ المُعاد تدويرها من خلال عملية تسمى الأسترة التبادلية.
- الغاز الحيوي (الغاز الطبيعي المتجدد): يتم إنتاجه من خلال الهضم اللّاهوائي للمواد العضوية، مثل النفايات الزراعية، أو مياه الصرف الصحي، أو النفايات الصلبة. المكون الأساسي للغاز الحيوي هو الميثان.
- هيدروجين: يمكن إنتاج الهيدروجين من مصادر متجددة من خلال عمليات مثل التحليل الكهربائي، الذي يستخدم الكهرباء من مصادر متجددة لتقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين.
- الوقود الاصطناعي: يتم إنتاج الوقود الاصطناعي من خلال العمليات الكيميائية باستخدام مصادر الطاقة المتجددة. وهي تشمل البنزين الاصطناعي والديزل ووقود الطائرات. يمكن إنتاج الوقود الاصطناعي المعتمد على الهيدروجين عن طريق الجمع بين الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون المحتجز.
- الوقود الشمسي: يتم إنتاج الوقود الشمسي باستخدام ضوء الشمس لتشغيل التفاعلات الكيميائية التي تنتج وقودًا قابلاً للتخزين، مثل الهيدروجين أو الهيدروكربونات الاصطناعية.
السمة المشتركة للوقود المتجدد هي أنّ إنتاجه لا يستنزف موارد محدودة، والكربون المنبعث أثناء استخدامه هو جزء من دورة الكربون الطبيعية على سطح الأرض. كما أن الاستدامة البيئية للوقود المتجدد تعتمد على عوامل مختلفة، بما في ذلك المواد الأولية المستخدمة، وتقنيات الإنتاج، و طريقة استخدام الأراضي.
الاعتماد على الوقود المتجدد هو جزء من الاستراتيجية الرئيسية في توسيع الجهود للتخفيف من تغيّر المناخ. يوفر استخدام الوقود المتجدد العديد من المزايا البيئية التي تساهم في تقليل انبعاثات الغازات الدفيئة. من بين الأسباب التي تجعل استخدام الوقود المتجدد أمرًا إيجابيًا بالنسبة للمناخ:
- حياد الكربون: غالبًا ما يتم استخلاص الوقود المتجدد من الكتلة الحيوية، مثل المحاصيل أو النفايات العضوية. أثناء نمو هذه المواد الأولية، فإنها تمتص ثاني أكسيد الكربون (CO2) من الغلاف الجوي من خلال عملية التركيب الضوئي. وعندما يتم استخدام الكتلة الحيوية لإنتاج الوقود المتجدد ومن ثم حرقها، فإن كمية ثاني أكسيد الكربون المنبعث تقاريب الكمية الممتصة أثناء نمو هذه المواد الأولية. وينتج عن ذلك دورة كربون مغلقة، مما يجعلها عملية محايدة للكربون.
- التقليل من انبعاث الغازات الدفيئة: أما بالمقارنة مع الوقود الأحفوري التقليدي، فإن أنواع الوقود المتجددة تُنتج في مجملها أقل صافي انبعاثات الغازات الدفيئة. فعلى سبيل المثال، ينتج عن استخدام الوقود الحيوي مثل الإيثانول أو الديزل الحيوي في وسائل النقل انخفاض في انبعاثات الكربون مقارنة بنظرائه من الوقود الأحفوري، و مما يؤدي إلى تحسن في جودة هواء المحيط.
- بديل للوقود الأحفوري: إن استبدال الوقود المتجدد بالوقود الأحفوري التقليدي في مختلف القطاعات، مثل النقل والصناعة وتوليد الطاقة، يقلل من الاعتماد الإجمالي على مصادر الطاقة الغير المتجددة و ذات كربون مكثّف. كما يعزّز تنوع مصادر الطاقة و كذلك الأمن الطاقي.
مصنع إنتاج إيثانول
يمكن استخدام الوقود المتجدد كبدائل للوقود الأحفوري التقليدي في مختلف القطاعات للحد من انبعاثات الغازات الدفيئة وتعزيز الاستدامة و التقليل من الاعتماد على الموارد الغير المتجددة. فيما يلي بعض المجالات التي يمكن من خلالها دمج الوقود المتجدد في الاعتماد الطاقي كبدائل للوقود الأحفوري التقليدي:
- النقل الطرقي:
- الوقود الحيوي: يمكن مزج الإيثانول و وقود الديزل الحيوي مع البنزين أو الديزل أو استبدالهما في محركات الاحتراق التقليدية. تم تصميم مركبات الوقود المرن لتعمل بمزيج أعلى من الإيثانول مثل صِنف E85. كما يمكن أيضا استخدام وقود الديزل الحيوي في محركات الديزل دون تعديلات.
- الغاز الطبيعي المتجدد: يمكن استخدامه كبديل للغاز الطبيعي المضغوط أو الغاز الطبيعي المسال في مركبات الغاز الطبيعي.
- الطيران: وقود الطائرات الحيوي: يمكن مزج وقود الطيران المستدام، المشتق غالبًا من الوقود الحيوي، مع وقود النفاثات التقليدي في الطائرات أو استبداله.
- الصناعة: الغاز الحيوي و الهيدروجين: يمكن استخدام الغاز الحيوي و الهيدروجين، الناتج من مصادر متجددة، كمواد أولية أو كمصدر للطاقة في العمليات الصناعية المختلفة، بما في ذلك التدفئة و التصنيع و الإنتاج الكيميائي.
- توليد الكهرباء:
- طاقة الكتلة الحيوية: يمكن حرق الكتلة الحيوية مباشرة لتوليد الكهرباء أو تحويلها إلى غاز حيوي يمكن استخدامه في محطات الطاقة.
- طاقة الرياح والطاقة الشمسية: يمكن للكهرباء المتجددة المولدة من مصادر طاقة الرياح والطاقة الشمسية أن تحلّ محل توليد الكهرباء المعتمد على الوقود الأحفوري.
- التدفئة والتبريد:
- الكتلة الحيوية: يمكن استخدام الكتلة الحيوية للتدفئة السكنية والصناعية. يمكن للكريات الخشبية أو أنواع الوقود الأخرى المشتقة من الكتلة الحيوية أن تحل محل وقود التدفئة التقليدي.
- الطاقة الحرارية الجوفية: يمكن استخدام الطاقة الحرارية الجوفية لتطبيقات التدفئة أو التبريد في المنازل والمباني.
- الهيدروجين: يمكن استخدام الهيدروجين المنتج من مصادر متجددة كوقود نظيف لمختلف التطبيقات، بما في ذلك النقل والعمليات الصناعية وتوليد الطاقة.
- تخزين الطاقة: يمكن استخدام الوقود المتجدد، مثل الهيدروجين أو الوقود الاصطناعي، لتخزين الطاقة. حيث تستخدم الطاقة المتجددة الزائدة لإنتاج هذا الوقود خلال فترات انخفاض الطلب و الذي سيتم الاعتماد عليه عندما يكون الطلب مرتفعا.
- التوليد المشترك للحرارة والطاقة: الغاز الحيوي والكتلة الحيوية. يمكن الاعتماد على الغاز الحيوي أو الكتلة الحيوية في أنظمة الحرارة والطاقة المشتركة لتوليد الكهرباء والحرارة المفيدة للتطبيقات السكنية أو الصناعية في نفس الوقت.
- التطبيقات اللامركزية: الأنظمة خارج الشبكة: في المناطق النائية أو المواقع خارج الشبكة الكهربائية، يمكن للوقود المتجدد توفير الطاقة اللازمة لتوليد الكهرباء والطهي والتدفئة والاستعمالات المنزلية الأخرى، ما يقلل من الاعتماد على الوقود التقليدي.
جمع الكتلة الحيوية المطروحة في الغابة
تحديات الوقود المتجدد
رغم تعدّد الاستعمالات و تزايد فُرص الاعتماد على الوقود المتجدد، هناك العديد من العقبات والتحديات التي تحدّ من التنفيذ على نطاق واسع. وتختلف هذه العوائق باختلاف نوع الوقود المتجدد والسياق المحدد لاستعماله، نذكر من بين التحديات المشتركة:
- توافق البنية التحتية: إن البنية التحتية القائمة، مثل محطات الوقود وخطوط الأنابيب، مصممة في الغالب للوقود الأحفوري التقليدي. إن تكييف أو إنشاء بنية تحتية جديدة لاستيعاب الوقود المتجدد يمكن أن يشكل عائقا كبيرا.
- النضج التكنولوجي: لا تزال بعض تقنيات الوقود المتجدد في المراحل الأولى من التطوير، وقد لا يتم إثبات جدواها التقنية و المالية. يعد التقدم التكنولوجي ضروريًا لتحسين الكفاءة وخفض التكاليف ومواجهة التحديات التقنية.
- الجدوى الاقتصادية: يمكن أن تكون تكلفة إنتاج الوقود المتجدد أعلى من تكلفة الوقود الأحفوري التقليدي. إن الجدوى الاقتصادية أمر بالغ الأهمية لاعتماد أنواع الوقود المتجددة على نطاق واسع، وهناك حاجة إلى بذل الجهود لجعلها أكثر قدرة على المنافسة في السوق.
- توفّر المواد الأولية: يمكن أن يؤدي التنافس على المواد الأولية، وخاصة تلك المتعلّقة بالمحاصيل الزراعية، إلى مخاوف بشأن كيفية استخدام الأراضي، و التشجيع على إزالة الغابات، والتأثيرات على إنتاج الغذاء. مما يؤكد ضرورة تحديد مصادر المواد الأولية المستدامة والمتنوعة للإنتاج الوقود المتجدد.
- مخاوف حول استخدام الأراضي و التأثير على التنوع البيولوجي: فيما يتعلق بزراعة المواد الأولية للوقود الحيوي و التي قد تحتاج مساحات كبيرة من الأراضي، مما يؤدي إلى إزالة الغابات وفقدان التنوع البيولوجي. ما يؤكد على ضرورة الاستخدام المستدام للأراضي من أجل التخفيف من هذه المخاوف.
- تأثير استخدام المياه: تستهلك بعض عمليات إنتاج الوقود المتجدد، مثل الوقود الحيوي، كميات كبيرة من الماء. مما يثير مخاوف بشأن ندرة المياه والآثار البيئية المحتملة، و يشير بذلك على تعميم التقنيات التي تقلل من استخدام الماء.
- التحديات السياسية والتنظيمية: يمكن للسياسات و الإرشادات الإدارية الغير المتّسقة أو الغير الواضحة أن تعيق تطوير و تعميم الوقود المتجدد. هناك حاجة إلى أطر تنظيمية واضحة و داعمة لتشجيع الاستثمار و تنافسية هذا النوع من الوقود.
- الإدراك العام و الوعي: قبول العامة للوقود المتجدد أمر فاصل للنجاح في تعميم استهلاكه. يمكن أن تؤثر المعلومات الخاطئة أو نقص الوعي أو المخاوف بشأن الأداء و التوفر على مواقف المستهلك.
- كثافة الطاقة و تخزينها: بعض أنواع الوقود المتجددة، مثل الهيدروجين أو بعض أنواع الوقود الحيوي، لديها كثافة طاقية أقل مقارنة بالوقود الأحفوري التقليدي. يعد تطوير حلول تخزين فعالة و معالجة تحديات كثافة الطاقة أمرًا مهمًا للاستخدام العملي.
- التكامل مع الأنظمة الحالية: تعميم استخدام الوقود المتجدد و تكييف المركبات والمعدات والعمليات الصناعية الحالية لهذا الاستخدام يتطلب تعديلات أو استبدالات يمكنها أن تشكل عائقاً، لا سيما في القطاعات ذات التكنولوجيات الراسخة.
- التنسيق والتعاون العالمي: يساعد انسجام المعايير، وتبادل أفضل الممارسات، وتنسيق الجهود على تحقيق حلول أكثر نجاعة و استدامة.
- البحث والتطوير: مواصلة البحث والتطوير ضروري لتحسين كفاءة واستدامة إنتاج الوقود المتجدد. تعتبر الاستثمارات في الابتكار والتكنولوجيا أمرا حيويا للتغلّب على الحواجز التقنية.
إن النجاح في استبدال الوقود الأحفوري التقليدي بالوقود المتجدد غالبا ما يتطلب سياسات داعمة، وتطوير البنية التحتية، والتقدم التكنولوجي. وتلعب الحوافز واللوائح التنظيمية والمبادرات البحثية أدوارا حاسمة في تسهيل التحوّل نحو مشهد طاقة أكثر استدامة ومنخفض الكربون.
وتتطلب معالجة هذه العقَبات بذل جهود منسقة من جانب الحكومات والصناعات والباحثين وعامة الناس لخلق بيئة داعمة لاعتماد الوقود المتجدد على نطاق واسع. ويلعب صُنّاع السياسات، على وجه الخصوص، دوراً رئيسياً في توفير الحوافز، ووضع القواعد التنظيمية، وتعزيز بيئة السوق المواتية لتكنولوجيا الطاقة المتجددة.
إنتاج و تخزين وقود الكتلة الحيوية. المصدر
عن مستقبل الوقود المتجدد
تتنوع جهود البحث و التطوير في مجال الوقود المتجدد، حيث تغطّي تقنيات مختلفة تهدف إلى تحسين الكفاءة و خفض التكاليف و مواجهة تحدّيات الاستدامة. من عناوين بعض مسارات البحث والتطوير الرئيسية للوقود المتجدد:
- الوقود الحيوي المطوّر:
- الإيثانول السليولوزي: تركز الأبحاث على تطوير عمليات أكثر كفاءة لتحويل الكتلة الحيوية الغير الغذائية، مثل المخلفات الزراعية ومحاصيل الطاقة المخصصة، إلى إيثانول.
- الوقود الحيوي الطُحلُبي: دراسة زراعة الطحالب لإنتاج الوقود الحيوي، واستكشاف السلالات ذات المحتوى العالي من الدهون وتحسين طرق الزراعة.
- إنتاج وتخزين الهيدروجين:
- التحليل الكهربائي: تطوير تقنيات التحليل الكهربائي لإنتاج الهيدروجين من الماء باستخدام الكهرباء المتجددة.
- إنتاج الهيدروجين البيولوجي: استكشاف المسارات البيولوجية، مثل استخدام بعض البكتيريا لإنتاج الهيدروجين بشكل مستدام.
- الوقود الاصطناعي (الوقود الكهربائي):
- تحويل الطاقة إلى سائل: تطوير العمليات التي تستخدم الكهرباء المتجددة لتحويل ثنائي أكسيد الكربون والماء إلى وقود سائل صناعي.
- التغويز: دراسة عمليات التغويز لتحويل الكتلة الحيوية أو النفايات المَحَلّية الصلبة إلى وقود صناعي.
- الغاز الحيوي و الغاز الطبيعي المتجدد:
- الهضم اللاهوائي: تحسين كفاءة عمليات الهضم اللاهوائي لإنتاج الغاز الحيوي من النفايات العضوية.
- ترقية الغاز الحيوي إلى الغاز الطبيعي المضغوط: تطوير تقنيات لترقية الغاز الحيوي إلى الغاز الطبيعي المضغوط، والذي يمكن حقنه في خطوط أنابيب الغاز الطبيعي.
- الوقود الشمسي:
- التحفيز الضوئي: البحث عن المواد والمحفزات التي يمكنها استخدام ضوء الشمس لتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء مباشرة إلى وقود، مثل الهيدروجين أو الهيدروكربونات الاصطناعية.
- التركيب الضوئي الاصطناعي: محاكاة التركيب الضوئي الطبيعي لإنتاج جزيئات غنية بالطاقة من ضوء الشمس.
- الطاقة الحرارية الجوفية: تطبيقات الاستخدام المباشر: البحث في الاستخدامات المباشرة للطّاقة الحرارية الجوفية للتّدفئة وتوليد الكهرباء.
- احتجاز الكربون واستخدامه (CCU):
- الالتقاط المباشر من الهواء: تطوير تقنيات التقاط ثاني أكسيد الكربون مباشرة من الغلاف الجوي لاستخدامه في إنتاج الوقود المتجدد.
- استخدام الكربون: استكشاف طرق لاستخدام ثاني أكسيد الكربون المحتجز كمواد وسيطة لتركيب الوقود والمواد الكيميائية.
- الشبكات الذكية و تكامل الشبكة الطاقية: البحث في تقنيات الشبكة الذكية لدمج مختلف مصادر الطاقة المتجددة بكفاءة في البنية التحتية الطاقية المتواجدة.
- البنية التحتية للهيدروجين: تطوير البنية التحتية لإنتاج و توزيع واستخدام الهيدروجين كوقود.
- تحويل الكهرباء و تخزين فائض الطاقة المتجددة (Power-to-X): إدماج الطاقة المتجددة في مختلف القطاعات، بطرق مثل تحويل الطاقة المتجددة الفائضة إلى وقود أو مواد كيميائية أو طاقة حرارية.
تهدف مسارات البحث و التطوير إلى معالجة التحديات المتعلقة بقابلية التوسع التكنولوجي و الجدوى الاقتصادية و الاستدامة البيئية من أجل تعميم استعمالات الوقود المتجدد. كما تعد جهود التعاون بين الباحثين وأصحاب المصلحة الصناعية و صانعي السياسات العمومية أمرًا بالغ الأهمية لتفعيل ناجح لهذه الابتكارات في مشهد طاقي أوسع.
من المهم أيضا التأكيد على أن الفوائد المناخية لتطبيق الوقود المتجدد ترجع إلى النوع المحدد من الوقود المتجدد، و خيارات المواد الأولية، و عمليات إنتاج هذا الوقود، و كذلك ممارسات استخدام الأراضي. هناك حاجة إلى بذل جهود متواصلة لضمان توافق إنتاج و استخدام الوقود المتجدد مع أهداف الاستدامة، و تجنب العواقب الغير المقصودة، و المساهمة في مستقبل طاقة أنظف و أكثر استدامة.
