تاريخ تكنولوجيا الطاقة المتجددة ودورها في التنمية المستدامة

وتمتد تكنولوجيا الطاقة المتجددة عبر آلاف السنين من أبسط القوارب وعجلات المياه التي تعمل بالرياح إلى المصفوفات الشمسية المتقدمة، والاضطرابات التي تهب، ونظم التخزين على نطاق الشبكة اليوم، وتعكس تطورها الإبداع البشري في مواجهة القيود المفروضة على الموارد، والضغوط البيئية، والفهم المتزايد للحدود الكواكبية، حيث يواجه العالم التحديات المزدوجة في مجال تغير المناخ وعدم المساواة في الطاقة،

الاستخدامات المبكرة للطاقة المتجددة

فقبل أن يهيمن الوقود الأحفوري على مشهد الطاقة، تحولت المجتمعات عبر العالم إلى التدفقات الطبيعية للكوكب: الرياح والمياه وضوء الشمس والكتلة الأحيائية، حيث أصبحت السفن البحرية المعروفة، التي يبنها المصريون حوالي ٠٠٠ ٥ بيسبول، تلتقط الطاقة الريحية للسفر والتجارة، وفي ميسوبوتيما وبرسيا، استخدمت المطاحن الرأسية في غرس الحبوب وضخ المياه في أوائل القرن الأفقي الذي بلغ ٥٠٠-٩٠٠٩.

كما أن الطاقة المائية تحولت على قدم المساواة، حيث قام اليونانيون والرومان ببناء عجلات مائية متطورة من أجل الحبوب المطحنة وقطع الحجارة، بينما حركت الخناق الرومانية المياه على مسافات كبيرة باستخدام الجاذبية وحدها، وفي وقت الثورة الصناعية، كانت عجلات المياه والمطاحن المزودة بالطاقة الكهربائية في وقت مبكر، ورش العمل، مما أدى إلى تهيئة مرحلة التطوير الكهرمائي في وقت لاحق.

كما فهم المهندسون المعماريون المرموقون المبادئ الشمسية السلبية، فقد وضعت مدينة بريين في آسيا الصغرى على شبكة لتعظيم تعرض الشمس في الشتاء، وعلقت حمامات الرومانية والدفئات حرارة شمسية وراء الزجاج أو الميكا، وفي حين أن هذه التطبيقات تفتقر إلى كفاءة التحويل التي تحققت بعد قرون، فقد أظهروا إدراكاً غير ملائم لإمكانات الطاقة المتجددة التي ستلهم في نهاية المطاف الهندسة الحديثة.

تطوير التكنولوجيات الحديثة المتجددة

وقد شهد القرنان التاسع عشر والعشرون تحولا عميقا في الطاقة، بعيدا في البداية عن مصادر الطاقة المتجددة والفحم والنفط والغاز الطبيعي، ومع ذلك، فإن المخترعين حتى مع توقف محرك البخار والثورة الداخلية في الاحتراق، واصلوا استكشاف كيفية الاستيلاء على الطاقة المتجددة بطرق أكثر قوة وكفاءة، كما أن الانجازات العلمية والصدمات الاقتصادية والوعي البيئي قد دفعت التكنولوجيات التي تحدد الآن القطاع الجديد المتجدد.

في عام 1839، اكتشف الفيزيائي الفرنسي إدموند بيكريرل التأثير الفولطائي الضوئي عندما كشف كهرباء في حل سلوكي للضوء، ووضع الأساس العلمي للخلايا الشمسية، وبنى أول خلية شمسية حقيقية بواسطة تشارلز فريت في عام 1883، باستخدام السيلينيوم المتجمع بطبقة من الذهب، رغم أن أوجه الكفاءة ظلت دون 1 في المائة.

وقد تطورت الطاقة الكهرمائية بسرعة مع تطور توربينات فرانسيس وبلتون في أواخر القرن التاسع عشر، مما أتاح بناء سد كبير مثل سد هوفر (1936) الذي وفر ملايين المنازل، وقد تم أولا تسخير الطاقة الحرارية الأرضية لإنتاج الكهرباء في لارديلو، إيطاليا، في عام 1904، عندما قام الأمير بييرو غينوي باستنشاق أجهزة خفيفة تستخدم البخار من الميدان.

وعلى الرغم من هذه التطورات، فإن الوقود الأحفوري الرخيص والوفير قد تغلب على القرن العشرين، وقد شكلت أزمة النفط في عامي 1973 و1979 نداء للوقوف، مما دفع الحكومات إلى الاستثمار بشدة في بحوث الطاقة البديلة، وقد أنشئت وزارة الطاقة في الولايات المتحدة في عام 1977، وبدأت بلدان مثل الدانمرك وألمانيا برامج قوية للريح والطاقة الشمسية، وقد شكلت هذه الفترة بداية صناعة الطاقة المتجددة الحديثة، مما أدى إلى تحويل التجارب المتخصصة إلى تكنولوجيات قابلة للارتعاش، تدعمها السياسات.

الطاقة الشمسية

ويمكن اقتفاء أثر العصر الشمسي الحديث إلى مختبرات بيل، حيث قام العلماء داريل شابين، وكالفين فولر، وجيرالد بيرسون، في عام ١٩٥٤، بإنتاج أول خلية فولطية للسيليكون، تحقق كفاءة ٦ في المائة، وكانت أجهزة الاعتماد الأولى للتكنولوجيا وكالات فضائية؛ واستخدم الساتل فاندر ١، الذي أطلق في عام ١٩٥٨، لوحة شمسية صغيرة لتوليد جهاز إرساله، وقد أدى السباق الفضائي إلى تحسين نوعية عالية وتخفيضات في التكاليف، ولكن الأرضيات.

(ج) إن حجم التصنيع، ولا سيما في الصين واليابان وألمانيا، قد حوّل اقتصاديات الفولطيات الشمسية خلال العقدين الأول والثاني من عام 2010؛ وبحلول عام 2023، تجاوزت الطاقة الشمسية المركبة قدرة واحدة على استخدام الطاقة، وحققت مشاريع الطاقة الشمسية ذات النطاق الترددي تكاليف منخفضة من الكهرباء بأسعار أرخص من الفحم أو الغاز في مناطق كثيرة.

الطاقة الفائزة

ومن المطاحن الكلاسيكية في هولندا إلى السلحف، وهي ثلاث من التوربينات المزدوجة اليوم، شهدت تكنولوجيا الطاقة الريحية تطوراً هائلاً، وبعد التجارب الأولى التي أجراها بروش وبليث، ظهرت أول توربينات للريح ذات النطاق العنيف في الأربعينات في شركة فرمونت لجد كنوب الدانمركية، وهي وحدة نفطية تبلغ من 25 في المائة، إلا أن أزمة الانزال الحقيقية التي حدثت في عام 1970.

(أ) تُعدُّ ريوبينات الرياح الحديثة من أنواع الهندسة، حيث تتجاوز ارتفاعات المحاور 160 متراً ومصارف تمتد أكثر من 200 متر، وتُعدّ أكثر من ذلك منصة الطاقة المفتوحة في العالم، وهي منصة " هايد - إكس " للطاقة المتجددة، وتُولِّد ما يصل إلى 14 ميغاواطاً من وحدة واحدة، ومشاريع خارجية في البحر الشمالي والصين، ومجموعة من مواقع الطاقة المتسربة الشرقية العادية.

الطاقة الكهرمائية، الطاقة الحرارية الأرضية، الكتلة الأحيائية

وفي حين أن الطاقة الكهرمائية والريحية تهيمن على العناوين الرئيسية، فإن تكنولوجيات الطاقة المتجددة الأخرى تشكل العمود الفقري للعديد من شبكات الكهرباء الوطنية والعمليات الصناعية، فالطاقات المائية، أكبر مصدر للطاقة المتجددة في العالم، تولد نحو 16 في المائة من الطاقة العالمية، وتوفر السدود الكبيرة في الصين والبرازيل وكندا وروسيا طاقة الموازنة القصوى، بينما تُنتج مشاريع الطاقة المتجددة ذات الدروع المائية الصغيرة الحجم الطاقة الكهربائية إلى المجتمعات النائية دون نفس البصمة الإيكولوجية.

وتستغل الطاقة الحرارية الأرضية الحرارة الداخلية المتسقة للأرض، وبعد أن اندلعت لارديلو في عام ١٩٤٠، تنتشر التكنولوجيا إلى نيوزيلندا وآيسلندا والفلبين والولايات المتحدة الغربية، واليوم، توجد حوالي ١٦ غيغاوات من الطاقة الحرارية الأرضية ذات الطاقة الحرارية الأرضية، مع تطبيقات إضافية مباشرة لتدفئة المناطق، والاحتباس الحراري، والتربية المائية.

وتتناول الطاقة الأحيائية [الكتلة] طائفة واسعة من حرائق الطهي التقليدية إلى الوقود الأحيائي المتقدم، وتنتج عن ذلك الهضم الأيروبي للنفايات الغذائية، والمخلفات الزراعية، وغازات السائل من الغازات الأحيائية لأغراض الطهي والتدفئة وتوليد الطاقة، بينما تؤدي العمليات الكيميائية الحرارية مثل التحلل الحراري والتغويز إلى توليد الطاقة الأحيائية والغاز.

دور في التنمية المستدامة

إن تكنولوجيات الطاقة المتجددة ليست مجرد حلول مناخية؛ بل هي عناصر تمكينية لخطة التنمية المستدامة الأوسع نطاقا، ويدعو الهدف 7 من الأهداف الإنمائية المستدامة للأمم المتحدة إلى توفير الطاقة الحديثة للجميع بأسعار معقولة وموثوقة ومستدامة، وتتداخل هذه التكنولوجيات مع الحد من الفقر والصحة والتعليم والمياه والنمو الاقتصادي بطرق نادرا ما تتطابق معها نظم الوقود الأحفوري، لأنها يمكن نشرها على نطاقات تتراوح بين نظام وحيد للأسرة المعيشية الشمسية وبين وجود احتياجات زراعية متعددة الأشكال.

وفي المناطق الريفية من أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى وجنوب آسيا، تقفز النظم المنزلية الشمسية والحاجات الدقيقة من الحاجة إلى توسيع الشبكة المركزية، وقد ساعدت منظمات مثل برنامج الإضاءة العالمي التابع للبنك الدولي على توفير الكهرباء لمئات الملايين من الناس الذين يعتمدون على مصابيح الكيروسين ومولدات الديزل، مما يؤدي إلى تحسين النتائج التعليمية عن طريق السماح للأطفال بالدراسة بعد حلول الظلام، مما يتيح لأجهزة التبريد المتنقلة لأغراض الاتصال والخدمات المالية.

وبالإضافة إلى إمكانية الحصول على الطاقة، تسهم مصادر الطاقة المتجددة في القدرة على التكيف الاقتصادي، إذ يقلل التوليد الموزع من خسائر النقل ويعزز أمن الطاقة، مما يجعل المجتمعات المحلية أقل عرضة لتقلب أسعار الوقود أو اضطرابات العرض، كما أن نماذج الملكية المحلية - مثل تعاونيات الطاقة في ألمانيا والدانمرك - تغذي إيرادات الطاقة التي تدور داخل المجتمعات المحلية، مما ينشئ رخصة اجتماعية تعجل النشر.

المنافع البيئية

وتتمثل الميزة البيئية الأكثر إلحاحاً للطاقة المتجددة في الانبعاثات القريبة من الزيرو لغازات الدفيئة وملوثات الهواء أثناء التشغيل، وقد يؤدي حرق الفحم والزيت والغاز الطبيعي إلى تسرب ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت وأكسيد النيتروجين والجزء الذي يسهم في تغير المناخ والأمطار الحمضية والأمراض التنفسية الكثيفة، بل إن الانتقال إلى نظام للطاقة المتجددة يمكن أن يتجنب حدوث وفيات قبل الأوان في السنة بسبب التلوث الجوي.

ويختلف استهلاك المياه عن الآخر، إذ تتطلب محطات الطاقة الحرارية، بما فيها الطاقة النووية والفحمية، كميات هائلة من المياه للتبريد، وكثيرا ما تُدرب موارد المياه العذبة في المناطق القاحلة، وتستخدم المنشآت الفلكية الشمسية المياه غير الملباة أثناء التشغيل، بل وتستهلك محطات الطاقة الشمسية المركزة والحرارية الأرضية أقل بكثير من مكافئات الوقود الأحفوري، ومن خلال حفظ المياه والحد من التلوث، تساعد مصادر الطاقة المتجددة على حماية النظم الإيكولوجية المائية والغابات والزراعة.

الأثر الاقتصادي والاجتماعي

وقد تعززت الحالة الاقتصادية للمتجددات بشكل كبير على مدى العقد الماضي، حيث إن التكلفة المرتدة للكهرباء من الرياح الساحلية والطاقة الشمسية ذات النطاق العادم أصبحت الآن أقل من تكلفة الفحم أو الغاز الجديد في معظم أنحاء العالم، وفي كثير من الحالات تكون أرخص من إدارة النباتات الأحفورية القائمة، وهذه القدرة التنافسية للأسعار، مقترنة بتكلفة الوقود الصفري، تُجبر المستهلكين من أسواق الطاقة العالمية المتقلبة، والبلدان التي تستثمر بشدة في القدرات المحلية المتجددة على تخفيض الواردات وتحسين التوازنات التجارية والبنى التحتية وإعادة توجيهها.

إن خلق فرص العمل هو منفعة متعاونة قوية، وقدرت الوكالة الدولية للطاقة المتجددة أن القطاع كان يوظف ١٣,٧ مليون شخص في جميع أنحاء العالم في عام ٢٠٢٢، حيث تمثل الفولطية الشمسية أكبر حصة تليها الطاقة الحيوية والطاقة الكهرمائية والريح، وتمتد هذه الوظائف لتشمل الصناعة التحويلية والبناء والهندسة والعمليات والصيانة الجارية، وغالبا ما تكون فرص العمل فيها شحيحة.

ويمكن لمشاريع الطاقة المتجددة أن تعيد تشكيل المجتمعات المحلية بصورة أساسية، ففي بنغلاديش، وضع برنامج غرامين شاكتي أكثر من مليون نظام منزلي للطاقة الشمسية، مما مكّن النساء من التكنولوجيا ومنظمي المشاريع، واعتمدت مجتمعات الشعوب الأصلية في كندا وألاسكا مجموعات من الطاقة الشمسية الصغيرة لتحل محل مولدات الديزل، وتكسب سيادة الطاقة، وتخفض التلوث المحلي، وعندما يتم تطويرها من خلال عمليات تشاركية شاملة، تصبح مصادر الطاقة المتجددة أداة لتحقيق الإنصاف، وليس مجرد إزالة الكربون.

الاتجاهات والتحديات المستقبلية

وتحتاج المرحلة التالية من نشر الطاقة المتجددة إلى أكثر من مجرد بناء المزيد من الألواح الشمسية والتربينات، إذ إن إدماج مصادر متغيرة في نظام كهربائي موثوق به ومرن يتطلب إحراز تقدم في الهياكل الأساسية للشبكات، وتخزين الطاقة، والمراقبة الرقمية، كما أن أسعار بطارية الليثيوم قد انخفضت بأكثر من 90 في المائة منذ عام 2010، كما أن منشآت التخزين على نطاق الشبكة تتكاثر، ولكن هناك المزيد من الانجازات في تخزين المواد الطويلة مثل البطاريات الخفيفة،

كما أن تحديث المظالم أمر ملح بنفس القدر، إذ يجب إعادة تشكيل شبكات نقل الطاقة التي تستهدف عدداً قليلاً من محطات الطاقة المركزية الكبيرة باعتبارها نظماً مرنة ومتشابكة تربط المناطق الغنية بالرياح بمراكز التحميل الرئيسية، كما أن خطوط التيار المباشر العالية التوليد تؤدي إلى الحد من الخسائر على مسافات طويلة، كما أن المحاورين الذكية جنباً إلى جنب مع التوأم الرقمي في الوقت الحقيقي تتيح الموارد الموزعة مثل سقف الشمسي لدعم الشبكة بدلاً من تضييق نطاقها، ويجب أن تُتَزِّزِّزِّزَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَت

ولا تزال هناك تحديات، إذ أن تكاليف رأس المال الأولية للمشاريع المتجددة، وإن كانت تهبط، يمكن أن تظل حاجزا في البلدان المنخفضة الدخل دون الحصول على التمويل التساهلي، إذ أن تداخل الرياح والطاقة الشمسية يتطلب دعما أو تخزينا، ويمكن أن يؤدي الاعتماد المفرط على مصدر واحد متجدد إلى حدوث عجز موسمي، كما أن تركيز سلسلة الإمداد على المعادن الحرجة - اليثيوم، والكوبالت، والعناصر الأرضية النادرة - تخلق مخاطر جغرافية وأخلاقية تتطلب إعادة تدوير، ووضع هياكل أساسية تحتية، وتوفير موارد أساسية مسؤولة.

وسيكون التعاون الدولي حاسماً، إذ يمكن لنقل التكنولوجيا وبناء القدرات وتمويل المناخ في الجنوب العالمي أن يعجل بعملية انتقال عادلة لا تترك أي مجتمع خلفه، كما أن مبادرات مثل التحالف العالمي للطاقة الشمسية، الذي تشترك في تأسيسه الهند وفرنسا، والتحالف العالمي للحرارة الأرضية، تقوم ببناء الأطر التعاونية اللازمة لتوسيع نطاق الانتشار مع تقاسم أفضل الممارسات، مع الدمج الصحيح للابتكار والسياسة والشراكة، يمكن للعالم أيضاً أن يفي بأهداف اتفاق باريس العادلة وأن يبني نظاماً للطاقة غير متجانس.

إن تاريخ تكنولوجيا الطاقة المتجددة يدل على أن المجتمعات البشرية كانت تمتلك دائما القدرة على العمل مع تدفقات الطبيعة، وما تغير على مدى القرنين الماضيين هو حجم الطموح وتطور الأدوات، ومع استمرار انخفاض الضرورات المناخية والتكاليف المتجددة، فإن التكنولوجيات التي كانت تعمل في طوابق طويلة جدا ومطاحن المياه تعود إلى أشكال متغيرة عالية الكفاءة لترسيخ نظام الطاقة العالمي.