الحرارة أكبر تحد لمكافحة تغير المناخ.. النقل والكهرباء نصف إجمالي استهلاك الطاقة عالميًا

تشكل الحرارة نصف إجمالي استهلاك الطاقة في العالم – وهو أكثر بكثير من الكهرباء (20٪) والنقل (30٪).

ليس من المستغرب أن تساهم الحرارة بأكثر من 40٪ من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية المرتبطة بالطاقة .

ركزت معظم جهود المناخ على إزالة الكربون من الكهرباء والسيارات، في العام الماضي فقط ، بعد غزو فلاديمير بوتين لأوكرانيا وأزمة الطاقة التي تلت ذلك، تسارع الاهتمام والجهود المبذولة لإزالة الكربون من الحرارة.

قد تكون هذه أصعب معركة – ولكنها أيضًا أكبر فرصة غير مستغلة – في مكافحة المناخ.

أين يتم استخدام الحرارة؟

في المتوسط، يستخدم حوالي 60٪ من الطلب على الطاقة المنزلية في الولايات المتحدة للتدفئة، ويصل هذا الرقم إلى حوالي 80٪ في أوروبا.

لحسن الحظ الحرارة المطلوبة هنا هي درجة حرارة منخفضة ، لذا فإن مضخات الحرارة الكهربائية والكهرباء المتجددة تتقدم نحو تقليل الانبعاثات.

في الأوساط التجارية والمهنية، يكون استخدام الحرارة أوسع، بالإضافة إلى توفير الهواء الدافئ والماء في المكاتب، تصبح التدفئة أيضًا أمرًا بالغ الأهمية.

فكر في الوجبات السريعة الذي تناولته ؛ الفاصوليا المحمصة لاتيه الخاص بك.

غسل المفروشات ومناشفك في الفندق؛ البخار المتصاعد والماء الساخن الذي يطهر كل شيء من الأطباق إلى المباضع في المستشفى.

صناعة أكبر مستخدم للحرارة

لكن أكبر مستخدم هو الصناعة، التي تستخدم 50٪ من إجمالي الحرارة ، حيث تعد مكونًا أساسيًا للتصنيع، بما في ذلك تكرير المواد الخام وصهر المعادن وإنتاج المواد الكيميائية.

تُستخدم الحرارة أيضًا في إنتاج كل شيء من الورق إلى المطاط ، إلى مجموعة كبيرة ومتنوعة من منتجات الأطعمة والمشروبات، مثل خبز الخبز، وبسترة الحليب، المواد الأربعة التي تزدهر عليها الحضارة الإنسانية – الأمونيا والأسمنت والصلب والبلاستيك – كلها تستخدم الحرارة بشكل كبير في إنتاجها.

لتسليط الضوء حقًا على تحديات إزالة الكربون من الحرارة التجارية والصناعية، نلقي نظرة على كيفية تصنيع المنتجات الخضراء:

تحتوي اللوحة الشمسية المكتملة على حرارة في كل مكان تقريبًا في دورة حياتها الإنتاجية قبل أن تصل إلى سطح منزلك، المكون الأساسي هو رقاقة السيليكون، والتي يتم تكوينها وتنقيتها عند 1400-1.700 درجة مئوية لإنشاء سبيكة السيليكون.

يحتاج هذا السيليكون بعد ذلك إلى مخدر لزيادة الموصلية ، وعادة ما تكون أعلى من 800-1000 درجة مئوية في فرن الانتشار.

لحماية هذه الخلية الشمسية، يتم حصرها بعد ذلك بين طبقات واقية من الزجاج والراتنج، حيث يتم تطبيق الحرارة لمعالجة الراتينج، ويتم إنتاج الزجاج نفسه بالرمل والمواد الأخرى المصهورة معًا في فرن تصل درجة حرارته إلى أكثر من 1700 درجة مئوية.

تم لحام المكونات الكهربائية للوحة عند أكثر من 400 درجة مئوية وتم ربطها، وإذا كان هناك عوازل من السيراميك ، فقد تم تصنيعها من خلال الحرق والتلبيد عند أكثر من 1000 درجة مئوية.

كما تم تصنيع العبوات البلاستيكية والكرتون المستخدمة في شحن المنتج النهائي للطاقة الشمسية أيضًا بالحرارة عند حوالي 200 درجة مئوية؛ مع البلاستيك غالبًا ما يتم بثقها وتشكيلها وحتى بالحرارة بالحرارة، كما يتم تحلل لب الورق وتجفيفه بالحرارة.

إنها ليست مجرد طاقة شمسية، تم معالجة الأسمنت في توربينات الرياح في فرن 1400-1500 درجة مئوية.

من المحتمل أن يتم تسخين النحاس الموجود في أسلاك سيارتك الكهربائية في خطوات التلدين والتشكيل والتقسية، ناهيك عن جميع المعادن والبلاستيك التي يتكون منها جسم السيارة.

ها هي المشكلة؟

درجات الحرارة هذه مرتفعة، 70٪ من الحرارة الصناعية أعلى من 100 درجة مئوية وحوالي نصف الحرارة الصناعية أعلى من 400 درجة مئوية.

تمنع قوانين الديناميكا الحرارية مضخات الحرارة الكهربائية من إنتاج حرارة عالية الحرارة بكفاءة.

نظرًا لأن سعر الوقود الأحفوري غالبًا ما يكون أرخص بثلاث إلى خمس مرات من الكهرباء التي يتم توفيرها في نهاية الشبكة، لا يمكن للشركات التبديل اقتصاديًا.

على الرغم من أن إنتاج الطاقة المتجددة أصبح أرخص، إلا أنه من غير المرجح أن تغلق الفجوة بالنسبة للعميل النهائي، لأن الشبكة نفسها تعد مكونًا مهمًا للتكلفة.

في الولايات المتحدة، تمثل تكاليف النقل والتوزيع 44٪ من التكلفة الإجمالية للكهرباء الموردة.

بالنسبة للحرارة التجارية والصناعية، لا توجد عادة أي كفاءة ووفورات اقتصادية لاستخدام الكهرباء بالكامل.

لذا فإن الغالبية العظمى من هذه الحرارة تتولد من حرق الوقود الأحفوري اليوم، ماذا يمكننا أن نفعل للوصول إلى صافي الصفر؟

حلول الحرارة قيد التطوير

أحد الخيارات هو نقل عملك ومصنعك إلى منطقة بها إمداد ثابت ورخيص من الكهرباء الخالية من الكربون على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع.

هذا هو السبب في أن الألمنيوم هو أكبر صادرات آيسلندا، نظرًا لوفرة الطاقة الحرارية الجوفية في الدولة البركانية وبأسعار معقولة.

يمكن لأفران القوس الكهربائي استخدام الكهرباء المتجددة للوصول إلى درجات حرارة عالية، لكن لها قيودًا، مثل كونها قادرة فقط على تسخين المواد الموصلة مثل المعادن.

الوقود الحيوي هو خيار آخر. يمكن حرق مصادر الوقود العضوي مثل رقائق الخشب ونشارة الخشب والمخلفات الزراعية في الغلايات أو الأفران. يمكن أن يكون لهذا تآزر جيد مع الصناعات الثقيلة الكتلة الحيوية.

على سبيل المثال، تحرق العديد من مصانع الورق، واللب نفايات الخشب غير المستخدمة لإنتاج حرارة نظيفة، وغالبًا ما تستخدم شركات تصنيع الأغذية الكتلة الحيوية، والغاز الحيوي كجزء من استراتيجيتها لإزالة الكربون من أجل الحرارة المتجددة.

الهيدروجين حلا

يمكن أن يحترق الهيدروجين عند حوالي 2000 درجة مئوية، لذلك يمكن أن يوفر الهيدروجين أيضًا حلاً تحديثيًا منخفضًا لمعدات التدفئة التجارية والصناعية، فإن الإنتاج التقليدي للهيدروجين ينبعث منه الكثير من ثاني أكسيد الكربون.

لذلك سنحتاج إلى إنتاج الهيدروجين من خلال التحليل الكهربائي للماء المدعوم بالكهرباء الخالية من الكربون، أو الهيدروجين الأخضر AKA ، أو من الغاز الطبيعي والغاز الحيوي مع التقاط الكربون قبل أو بعد الاحتراق، أو الفيروز أو الهيدروجين الأزرق.

التقاط الكربون وتخزينه

فالهيدروجين النظيف ليس في متناول الجميع بعد، والهيدروجين هو وقود يمثل تحديًا فريدًا للنقل والتوزيع، يجب حل هذه التحديات قبل استخدام الهيدروجين على نطاق واسع.

يتضمن احتجاز الكربون وتخزينه (CCS) التقاط ثاني أكسيد الكربون من المداخن وتخزينه تحت الأرض، يمكن تطبيق احتجاز ثاني أكسيد الكربون وتخزينه على مصادر نقطة كبيرة لانبعاثات الكربون مثل المصانع الصناعية الكبرى.

فالتقاط الكربون وضغطه يتطلب طاقة، مما يقلل من كفاءة الطاقة الإجمالية، وغالبًا ما تقع التكوينات الجيولوجية التي يمكن فيها عزل ثاني أكسيد الكربون بشكل موثوق دون تسرب بعيدًا جدًا عن الشركات والمصانع، ويكون ثاني أكسيد الكربون غازًا وبالتالي يكون نقله وتخزينه مكلفًا أيضًا.

أخيرًا ، يجري البحث عن التخزين الحراري كوسيلة لتخزين فائض الكهرباء المتجددة المنتجة خلال فترات التوليد العالي، مثل الطاقة الشمسية في الظهيرة.

يكمن التحدي في إيجاد وسيلة تخزين منخفضة التكلفة مع عزل رائع يمكنه الحفاظ على الحرارة ساخنة بدرجة كافية على مدار ساعات وأيام.

من الصعب أيضًا استعادة الحرارة من التخزين ونقلها إلى المصنع وإلى المواد المستهدفة التي تتطلب التسخين، خاصة في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية حيث لا يمكن استخدام البخار، أخيرًا ، تمثل تكلفة التعقيد في تعديل حل التخزين الحراري تحديًا آخر.

لا توجد طريقة سهلة لإزالة الكربون من الحرارة الصناعية، لذا، ليس هناك حل سحري لإزالة الكربون من الحرارة التجارية والصناعية حتى الآن.

يتطابق حجم السوق وتأثير ثاني أكسيد الكربون الناتج عن إزالة الكربون بسهولة مع ما رأيناه بالفعل مع ثورات السيارات الشمسية وطاقة الرياح والسيارات الكهربائية.

التسخين هو خدمة طاقة ضخمة وحيوية ومتنوعة لا يوجد لها حل واحد لإزالة الكربون.

سنحتاج إلى ابتكارات مختلفة لإزالة الكربون من العديد من درجاته وتطبيقاته – كل منها سيكون لديه القدرة على أن يصبح صناعة جديدة، سيكون هناك العديد من الفائزين هنا.

تابعنا على تطبيق نبض