الهيدروجين الأخضر للطاقة الشمسية.. التصميم البيئي يجمع بين الكفاءة والاستدامة

في أوروبا، تجاوزت القدرة المركبة للطاقة الشمسية الفوتوفولطية 260 غيغاواط في 2023، مع معدل نمو سنوي يزيد عن 25%، مما يعكس تحولًا متسارعًا نحو الطاقة المتجددة.

بين 2010 و2023، شهدت تكلفة الكهرباء المتوازنة (LCOE) لمحطات الطاقة الشمسية الأرضية انخفاضًا تاريخيًا بنسبة تقارب 90% عالميًا، من 460 دولار/ميجاواط/ساعة إلى أقل من 45 دولار/ميجاواط/ساعة، لتصبح الطاقة الشمسية واحدة من أكثر مصادر الكهرباء تنافسية عالميًا.

مع ذلك، تُظهر الدراسات أن غالبية الأثر البيئي للطاقة الشمسية يتركز في مراحل ما قبل التشغيل وبعد نهاية العمر الافتراضي للمحطة، بما في ذلك استخراج المواد الخام الحرجة، تصنيع الألواح الفوتوفولطية الذي يستهلك طاقة عالية، تحويل الأراضي الطبيعية إلى محطات، وإدارة النفايات بعد انتهاء العمر التشغيلي.

تشير التقديرات إلى أن حوالي 70% من البصمة الكربونية لمحطة شمسية تأتي من تصنيع الألواح، ويعد مزيج الكهرباء المستخدم في إنتاج السيليكون – خصوصًا مرحلة تنقية المواد – العامل الأكثر تأثيرًا على الانبعاثات.

هنا يبرز دور التصميم الإيكولوجي (Eco-design) كأداة استراتيجية لتقليل الأثر البيئي دون التضحية بالكفاءة الاقتصادية. فالأبحاث تشير إلى أن التعديلات التصميمية البسيطة، مثل تحسين نسبة القدرة الكهربائية للوحة الشمسية مقارنة بالعاكس، تعديل زاوية الميل والمسافات بين الصفوف، أو تقليل الخسائر الكهربائية، يمكن أن تحقق تخفيضًا في الأثر البيئي بنسبة تتراوح بين 1% و13%، مع تكلفة إضافية تقل عن 0.1% من LCOE.

من جهة أخرى، يشير البحث إلى أن إعادة التدوير وحدها ليست حلاً سحريًا، فعند تجاوز المسافة بين المحطة ومراكز المعالجة 80 كم، يمكن أن تلغي تأثيرات النقل المكاسب البيئية، لذلك، يوصي الخبراء بدمج تصميم قابل للفك، تقليل كثافة المواد، واستخدام خلايا رقيقة كاستراتيجيات تحقق مكاسب بيئية أكبر من الاعتماد على زيادة معدلات إعادة التدوير وحدها.

أظهرت دراسة مقارنة لمشروعات فوتوفولطية في أوروبا وأمريكا الشمالية تنوعًا كبيرًا في تطبيقات التصميم الإيكولوجي وفق السياق المحلي:

• Caen-la-Mer إعادة تأهيل منطقة صناعية ملوثة سابقًا، مع تصميم قابل للإزالة وتكامل مناظر طبيعية يضمن قبول المجتمع المحلي.

• Gramatمحطة على مكب نفايات سابق، تجمع بين رعي الأغنام، إنشاء مروج صديقة للملقحات، وميزات للحياة البرية، ما يعزز الاستعادة البيئية التدريجية.

• Tresserre تجربة زراعة الكروم الفوتوفولطية (Agrivoltaic)، تُظهر قدرة الطاقة الشمسية على التكيف مع تغير المناخ، مع تقليل حاجة الري وزيادة مقاومة المحاصيل لحرارة الصيف الشديدة.

• Eagle Point Solar (أوريجون): دمج التنوع البيولوجي، تربية النحل، وتجديد التربة، لتجاوز منطق تخفيض الأثر البيئي التقليدي، وتقديم فوائد مجتمعية متعددة.

• Aucaleuc على موقع عسكري سابق، يشمل المشروع مشاركة مجتمعية قوية، تمويل تعاوني، وبرامج تعليمية لتعزيز الارتباط الإقليمي.

تحليل هذه المشاريع كشف عن ثمانية أدوات رئيسية للتصميم الإيكولوجي يمكن تصنيفها بحسب التأثير وإمكانية النقل إلى مشاريع أخرى:

• المبادرات الأولوية: إدارة نهاية العمر الافتراضي للألواح، تقليل استهلاك الأراضي، قابلية إعادة التدوير، وتطبيق تقنيات البناء القابلة للإزالة.

• المبادرات المشروطة بالسياق: الزراعة التعاونية، إعادة تأهيل الأراضي الصناعية أو العسكرية، وتجاربAgrivoltaic، والتي تعتمد على الظروف المحلية والحوكمة الزراعية.

• مبادرات الدعم الاجتماعي والبيئي: الحفاظ على التنوع البيولوجي، تحسين المناظر الطبيعية، وبرامج التوعية والتعليم البيئي لتعزيز القبول المجتمعي، رغم أن تأثيرها البيئي المباشر محدود.

الخلاصة الواضحة/  أن التصميم الإيكولوجي لم يعد خيارًا إضافيًا، بل أصبح الركيزة الأساسية لتوسيع الطاقة الشمسية بشكل مستدام.

أفضل المشاريع هي التي تجمع بين هيكلة المبادرات العامة القابلة للتطبيق في أي مشروع، وتفعيل الأدوات المحلية عندما يسمح السياق، وإشراك المجتمع المحلي في كل مرحلة تصميم وتنفيذ المشروع.

بهذه الطريقة، يمكن للطاقة الشمسية أن تنتج الكهرباء مع حماية التربة والموارد والنظم البيئية، وتصبح أداة استراتيجية لتحقيق التنمية المستدامة على المدى الطويل.