ضرورت بازنگری اساسی در سیستم انرژی جهان
هاشم اورعی . رئیس اتحادیه انجمنهای انرژی
بیش از 100 هزار سال است که بشر انرژی مورد نیاز خود را از طریق شکار، کشاورزی، دامپروری و جمعآوری مواد سوختی تأمین میکند. در هزاره اخیر استفاده از انرژی جریان آب و حرکت هوا نیز آغاز شد. اما با وجود اهمیت استفاده از انرژی آبی و بادی، تغییر اساسی در سیستم انرژی جهان پدیدار نشده و مصرف انرژی متناسب با جمعیت جهان بوده است.
پیدایش سوختهای فسیلی و ماشینآلات صنعتی همه چیز را عوض کرد. طبق محاسباتVaclav Smil، محقق سیستمهای انرژی در دانشگاه مانیتوبای کانادا، بین سالهای 1850 و 2000 میلادی مصرف انرژی در جهان حدودا 15 برابر شده است. اما این رشد مصرف یکسان نبوده و سهم انواع مختلف سوختهای فسیلی به شدت تغییر کرده است. مورخان تغییرات اساسی در صحنه انرژی را «گذار انرژی» مینامند. این تغییرات نیاز به زیرساخت داشته، فعالیتهای اقتصادی را دگرگون کرده و بسیار زمانبر است. جیمز وات ماشین بخار خود را در سال 1769 ثبت کرد ولی تا قرن بیستم طول کشید تا سهم زغال سنگ از انرژی تولیدشده توسط سوختهای سنتی مثل چوب پیشی بگیرد. تقریبا یک قرن بعد از اینکه اولین چاه نفت در پنسیلوانیای آمریکا به بهرهبرداری تجاری رسید، در دهه 1950 میلادی 25 درصد از کل انرژی اولیه مصرفی جهان توسط نفت خام تأمین میشد. یکی از دلایل اصلی طولانیبودن «گذار انرژی» افزایش سریع کل مصرف انرژی بوده است. در یکقرنی که طول کشید تا نفت خام سهم 25درصدی برای خود کسب کند، کل مصرف انرژی به شدت افزایش یافت. با وجود اینکه منابع جدید انرژی سهم سوختهای سنتی را کاهش دادهاند اما به ندرت
شاهد کاهش مقدار انرژی تولیدشده توسط این منابع هستیم. امروز میزان انرژی مورد استفاده توسط مردم فقیر جهان از طریق سوزاندن چوب بسیار بیشتر از انرژی مصرفی همه جهانیان در سال 1900 میلادی است.
محدودکردن افزایش درجه حرارت کره زمین نسبت به دوران قبل از زغال سنگ به دو درجه سانتیگراد، نیازمند برنامه «گذار انرژی» بسیار جامعتر و سریعتر است. در 30 تا 50 سال آینده حداقل 90 درصد از سهم انرژیای که امروز توسط سوختهای فسیلی تأمین میشود از طریق منابع انرژی تجدیدپذیر و هستهای تأمین خواهد شد. در این مدت کل مصرف انرژی نیز افزایش خواهد یافت ولی نه الزاما با نرخی مشابه با آنچه تاکنون شاهد بودهایم. ارتباط مستقیم بین تولید ناخالص داخلی GDP و مصرف انرژی که تا دهه 70 میلادی کاملا مشهود بود، در نیمقرن اخیر دستخوش تغییرات اساسی شده و امروزه میتوان رشد اقتصادی را بدون افزایش مصرف انرژی متصور بود. با وجود اینکه نرخ رشد جمعیت جهان در مقایسه با قرن بیستم کاهش یافته است، جمعیت جهان تا میانه قرن جاری دو میلیارد نفر افزایش یافته و همه جهانیان انتظار دارند از انواع خدماتی که نیاز به انرژی دارد بهرهمند شوند. در حال حاضر 800 میلیون نفر از مردم جهان از نعمت برق بیبهرهاند و این دلیل بالابودن مصرف سوختهای زیست توده است.
خبر خوب آن است که دولتها آمادگی خود را برای دوران «گذار انرژی» اعلام میکنند. با وجود اینکه تحولات پیشین در صحنه انرژی با تدوین و اجرای سیاست انرژی توسط دولتها شکل میگرفت ولی محرک اصلی تقاضای عمومی برای خدماتی بود که تنها با سوخت خاصی میسر بود مثل بنزین برای خودرو.
ولی توسعه تولید انرژی تجدیدپذیر از این قاعده کلی مستثناست. هیچ کاری نیست که الکترونهای انرژی تجدیدپذیر قادر به انجام آن بوده ولی الکترونهای ناشی از سوزاندن زغال سنگ از آن عاجز باشد. در اینجا محرک اصلی سیاستگذاری دولتی است. البته در برخی موارد سیاستهای دولت در بخش توسعه انرژی تجدیدپذیر در کوتاهمدت به نتیجه مورد نظر رسیده است. به عنوان مثال در آلمان همزمان با توسعه انرژی تجدیدپذیر، برنامه کاهش شدید وابستگی به انرژی هستهای به اجرا درآمد. اما یارانههای دولتی در این کشور و سایر نقاط جهان باعث تکمیل زنجیره تأمین و کاهش قابل توجه هزینههای فناوری تجدیدپذیر شده است. طبق اعلام بلومبرگ، در دهه اول قرن جاری، قیمت ترازشده (هزینه کل تولید هر مگاوات ساعت برق) انرژی خورشیدی، بادی مستقر در خشکی و بادی فراساحلی به ترتیب 87، 62 و 56 درصد کاهش یافته است. در نتیجه بریتانیا در حال حاضر بیش از دو هزار توربین بادی فراساحلی در حال بهرهبرداری دارد. در سال 2015 میلادی، قیمتهای پیشنهادی برای تولید هر مگاوات ساعت برق بادی بیش از 120 دلار یعنی به مراتب بیشتر از برق تولیدی با سوختهای فسیلی بود. ولی به کمک حمایتهای دولتی،
رقابت شدید و توسعه فناوری، در مزایده اخیر قیمت پیشنهادی به کمتر از 50 دلار کاهش یافت که تقریبا برابر با انرژی تولیدشده با استفاده از سوخت فسیلی است. قیمت تمامشده انرژی خورشیدی و بادی مستقر در خشکی حتی کمتر از این است. بنا بر اعلام بلومبرگ حدود دوسوم مردم جهان در مناطقی زندگی میکنند که انرژی تجدیدپذیر ارزانترین روش ایجاد ظرفیت جدید برای تولید انرژی الکتریکی است.
قیمت تمامشده انرژی خورشیدی فراتر از انتظار کاهش یافته بهطوریکه پیشبینی میشود تا سال 2030 میلادی، در بسیاری از نقاط جهان انرژی تولیدی سلولهای خورشیدی حتی از انرژی تولیدشده توسط نیروگاههای فسیلی موجود که نیازی به سرمایهگذاری جدید ندارند، ارزانتر باشد. Michael Liebreich، مشاور در زمینه انرژی تجدیدپذیر پیشبینی میکند که در یک دهه جهان بهسرعت به سمت انرژی تجدیدپذیر حرکت کرده و انرژی ارزان باعث افزایش تقاضای انرژی الکتریکی خواهد شد و این خود به کاهش بیشتر قیمتها و نیز افزایش عمق نفوذ برق یعنی افزایش سهم برق در انرژی اولیه مصرفی منجر خواهد شد. امروز نیز انرژی بادی و خورشیدی همراه با گاز طبیعی بهشدت استفاده از زغالسنگ را که دو برابر گاز طبیعی آلایندگی ایجاد میکند، محدود کرده است. در سال 2018، مصرف جهانی زغالسنگ برای تولید انرژی 27 درصد کاهش یافت که بیشترین کاهش در 15 سال اخیر است. از آنجا که بخش اعظم تقاضای جهانی نفت برای تأمین سوخت خودروهای با احتراق داخلی است، با افزایش چشمگیر سهم خودروهای برقی، به زودی شاهد حمله انرژی تجدیدپذیر برای کسب بخش عمدهای از سهم نفت و گاز در تقاضای جهانی انرژی خواهیم
بود.
البته این جاده پرپیچوخم است. تولید برق از باد و خورشید یکنواخت نیست. نیروگاههای خورشیدی آلمان در تابستان پنج برابر زمستان انرژی تولید میکنند و این در حالی است که اوج تقاضا در زمستان است. سرعت باد نیز نهتنها از امروز تا فردا بلکه در فصلهای مختلف متغیر است. ولی این واقعیات نمیتواند مسیر توسعه این بخش را متوقف کند و بیشتر یک دستانداز است. خطوط انتقال طویل با ولتاژ بالا و در نتیجه تلفات کم میتواند انرژی الکتریکی مورد نیاز را از نقاطی که اضافهتولید دارند به مناطقی که در نقطه اوج مصرفاند، منتقل کند. از طرف دیگر باتریهای لیتیوم- ینی قادرند انرژی تولیدشده اضافی را ذخیره کرده و در زمان مورد نیاز تأمین کنند. بسته حمایتی اعلامشده از سوی دولت چین در اوایل سال جاری شامل شبکه برق با ولتاژ بسیار بالا و ایجاد زیرساخت لازم برای ایستگاههای شارژ خودروهای برقی است.
با افزایش نقش انرژی بادی و خورشیدی، این امکان وجود خواهد داشت که با یونیزهکردن آب، هیدروژن ذخیره شده و در مواقع لازم مورد استفاده قرار گیرد. با توسعه فناوری جذب کربن از هوا میتوان هیدروژن را با کربن جذبشده ترکیب کرد و از این طریق به سوخت فسیلی بدون کربن دست یافت.
یکیدیگر از موانع موجود در مسیر هیجانانگیز «گذار انرژی» حجم و وزن بالای باتریهای لیتیوم - ینی است که کاربرد آن را در مواردی چون هواپیما به ویژه در مسیرهای طولانی محدود میکند و اینجاست که پای سوخت مصنوعی به میان کشیده میشود.
برای محدودکردن تغییرات اقلیمی، دولتها باید در این مسیر گام بردارند. چنانچه سرمایه احساس کند سیاستگذاری در مسیر فاصلهگرفتن از سوخت فسیلی است، به این قافله خواهد پیوست. هماکنون نیز سرمایهگذاران با تردید به شرکتهای نفتی مینگرند و نگران کاهش سوددهی و پایینآمدن ارزش سرمایه خود هستند.
ولی دولتها باید جسورانه عمل کرده و سیگنالهای قویتری منتقل کنند. درحالحاضر کشورهای جهان روی هم سالانه 400 میلیارد دلار یارانه مستقیم برای مصرف سوخت فسیلی پرداخت میکنند، رقمی حدود دو برابر بودجهای که برای تولید انرژی تجدیدپذیر اختصاص یافته است. گام مؤثری که میتواند به کاهش هزینه انرژی تجدیدپذیر نسبت به سوختهای فسیلی سرعت بخشد، هزینه کربن است. از دیگر اقدامات اساسی، افزایش بودجه تحقیقاتی برای آن بخش از آلایندگی است که نمیتوان آن را بهسادگی با استفاده از انرژی الکتریکی حذف کرد. البته دولتها نقش تعیینکنندهای در توسعه سلولهای خورشیدی و توربینهای بادی ایفا کردهاند ولی هنوز کارهای زیادی بر زمین مانده است.
واقعیت این است که در شرایط فعلی هرگونه اقدامی از سوی دولتها قادر نخواهد بود از تغییرات اقلیمی جلوگیری کند. برای رسیدن به هدف محدودکردن افزایش درجه حرارت به دو درجه سانتیگراد، ضروری است اقدامات بیشتری انجام شود. به نظر میرسد با ادامه سیاستهای فعلی، افزایش درجه حرارت تا پایان قرن جاری به سه درجه سانتیگراد نزدیک شود و در این صورت علاوهبر لزوم محدودکردن تغییرات اقلیمی، جهانیان باید خود را برای مواجهشدن با تحولاتی شگرف در اکوسیستم و مقابله با خطراتی عظیم که ادامه حیات بشر روی کره خاکی را به چالش جدی خواهد کشاند، آماده کنند.
بیش از 100 هزار سال است که بشر انرژی مورد نیاز خود را از طریق شکار، کشاورزی، دامپروری و جمعآوری مواد سوختی تأمین میکند. در هزاره اخیر استفاده از انرژی جریان آب و حرکت هوا نیز آغاز شد. اما با وجود اهمیت استفاده از انرژی آبی و بادی، تغییر اساسی در سیستم انرژی جهان پدیدار نشده و مصرف انرژی متناسب با جمعیت جهان بوده است.
پیدایش سوختهای فسیلی و ماشینآلات صنعتی همه چیز را عوض کرد. طبق محاسباتVaclav Smil، محقق سیستمهای انرژی در دانشگاه مانیتوبای کانادا، بین سالهای 1850 و 2000 میلادی مصرف انرژی در جهان حدودا 15 برابر شده است. اما این رشد مصرف یکسان نبوده و سهم انواع مختلف سوختهای فسیلی به شدت تغییر کرده است. مورخان تغییرات اساسی در صحنه انرژی را «گذار انرژی» مینامند. این تغییرات نیاز به زیرساخت داشته، فعالیتهای اقتصادی را دگرگون کرده و بسیار زمانبر است. جیمز وات ماشین بخار خود را در سال 1769 ثبت کرد ولی تا قرن بیستم طول کشید تا سهم زغال سنگ از انرژی تولیدشده توسط سوختهای سنتی مثل چوب پیشی بگیرد. تقریبا یک قرن بعد از اینکه اولین چاه نفت در پنسیلوانیای آمریکا به بهرهبرداری تجاری رسید، در دهه 1950 میلادی 25 درصد از کل انرژی اولیه مصرفی جهان توسط نفت خام تأمین میشد. یکی از دلایل اصلی طولانیبودن «گذار انرژی» افزایش سریع کل مصرف انرژی بوده است. در یکقرنی که طول کشید تا نفت خام سهم 25درصدی برای خود کسب کند، کل مصرف انرژی به شدت افزایش یافت. با وجود اینکه منابع جدید انرژی سهم سوختهای سنتی را کاهش دادهاند اما به ندرت
شاهد کاهش مقدار انرژی تولیدشده توسط این منابع هستیم. امروز میزان انرژی مورد استفاده توسط مردم فقیر جهان از طریق سوزاندن چوب بسیار بیشتر از انرژی مصرفی همه جهانیان در سال 1900 میلادی است.
محدودکردن افزایش درجه حرارت کره زمین نسبت به دوران قبل از زغال سنگ به دو درجه سانتیگراد، نیازمند برنامه «گذار انرژی» بسیار جامعتر و سریعتر است. در 30 تا 50 سال آینده حداقل 90 درصد از سهم انرژیای که امروز توسط سوختهای فسیلی تأمین میشود از طریق منابع انرژی تجدیدپذیر و هستهای تأمین خواهد شد. در این مدت کل مصرف انرژی نیز افزایش خواهد یافت ولی نه الزاما با نرخی مشابه با آنچه تاکنون شاهد بودهایم. ارتباط مستقیم بین تولید ناخالص داخلی GDP و مصرف انرژی که تا دهه 70 میلادی کاملا مشهود بود، در نیمقرن اخیر دستخوش تغییرات اساسی شده و امروزه میتوان رشد اقتصادی را بدون افزایش مصرف انرژی متصور بود. با وجود اینکه نرخ رشد جمعیت جهان در مقایسه با قرن بیستم کاهش یافته است، جمعیت جهان تا میانه قرن جاری دو میلیارد نفر افزایش یافته و همه جهانیان انتظار دارند از انواع خدماتی که نیاز به انرژی دارد بهرهمند شوند. در حال حاضر 800 میلیون نفر از مردم جهان از نعمت برق بیبهرهاند و این دلیل بالابودن مصرف سوختهای زیست توده است.
خبر خوب آن است که دولتها آمادگی خود را برای دوران «گذار انرژی» اعلام میکنند. با وجود اینکه تحولات پیشین در صحنه انرژی با تدوین و اجرای سیاست انرژی توسط دولتها شکل میگرفت ولی محرک اصلی تقاضای عمومی برای خدماتی بود که تنها با سوخت خاصی میسر بود مثل بنزین برای خودرو.
ولی توسعه تولید انرژی تجدیدپذیر از این قاعده کلی مستثناست. هیچ کاری نیست که الکترونهای انرژی تجدیدپذیر قادر به انجام آن بوده ولی الکترونهای ناشی از سوزاندن زغال سنگ از آن عاجز باشد. در اینجا محرک اصلی سیاستگذاری دولتی است. البته در برخی موارد سیاستهای دولت در بخش توسعه انرژی تجدیدپذیر در کوتاهمدت به نتیجه مورد نظر رسیده است. به عنوان مثال در آلمان همزمان با توسعه انرژی تجدیدپذیر، برنامه کاهش شدید وابستگی به انرژی هستهای به اجرا درآمد. اما یارانههای دولتی در این کشور و سایر نقاط جهان باعث تکمیل زنجیره تأمین و کاهش قابل توجه هزینههای فناوری تجدیدپذیر شده است. طبق اعلام بلومبرگ، در دهه اول قرن جاری، قیمت ترازشده (هزینه کل تولید هر مگاوات ساعت برق) انرژی خورشیدی، بادی مستقر در خشکی و بادی فراساحلی به ترتیب 87، 62 و 56 درصد کاهش یافته است. در نتیجه بریتانیا در حال حاضر بیش از دو هزار توربین بادی فراساحلی در حال بهرهبرداری دارد. در سال 2015 میلادی، قیمتهای پیشنهادی برای تولید هر مگاوات ساعت برق بادی بیش از 120 دلار یعنی به مراتب بیشتر از برق تولیدی با سوختهای فسیلی بود. ولی به کمک حمایتهای دولتی،
رقابت شدید و توسعه فناوری، در مزایده اخیر قیمت پیشنهادی به کمتر از 50 دلار کاهش یافت که تقریبا برابر با انرژی تولیدشده با استفاده از سوخت فسیلی است. قیمت تمامشده انرژی خورشیدی و بادی مستقر در خشکی حتی کمتر از این است. بنا بر اعلام بلومبرگ حدود دوسوم مردم جهان در مناطقی زندگی میکنند که انرژی تجدیدپذیر ارزانترین روش ایجاد ظرفیت جدید برای تولید انرژی الکتریکی است.
قیمت تمامشده انرژی خورشیدی فراتر از انتظار کاهش یافته بهطوریکه پیشبینی میشود تا سال 2030 میلادی، در بسیاری از نقاط جهان انرژی تولیدی سلولهای خورشیدی حتی از انرژی تولیدشده توسط نیروگاههای فسیلی موجود که نیازی به سرمایهگذاری جدید ندارند، ارزانتر باشد. Michael Liebreich، مشاور در زمینه انرژی تجدیدپذیر پیشبینی میکند که در یک دهه جهان بهسرعت به سمت انرژی تجدیدپذیر حرکت کرده و انرژی ارزان باعث افزایش تقاضای انرژی الکتریکی خواهد شد و این خود به کاهش بیشتر قیمتها و نیز افزایش عمق نفوذ برق یعنی افزایش سهم برق در انرژی اولیه مصرفی منجر خواهد شد. امروز نیز انرژی بادی و خورشیدی همراه با گاز طبیعی بهشدت استفاده از زغالسنگ را که دو برابر گاز طبیعی آلایندگی ایجاد میکند، محدود کرده است. در سال 2018، مصرف جهانی زغالسنگ برای تولید انرژی 27 درصد کاهش یافت که بیشترین کاهش در 15 سال اخیر است. از آنجا که بخش اعظم تقاضای جهانی نفت برای تأمین سوخت خودروهای با احتراق داخلی است، با افزایش چشمگیر سهم خودروهای برقی، به زودی شاهد حمله انرژی تجدیدپذیر برای کسب بخش عمدهای از سهم نفت و گاز در تقاضای جهانی انرژی خواهیم
بود.
البته این جاده پرپیچوخم است. تولید برق از باد و خورشید یکنواخت نیست. نیروگاههای خورشیدی آلمان در تابستان پنج برابر زمستان انرژی تولید میکنند و این در حالی است که اوج تقاضا در زمستان است. سرعت باد نیز نهتنها از امروز تا فردا بلکه در فصلهای مختلف متغیر است. ولی این واقعیات نمیتواند مسیر توسعه این بخش را متوقف کند و بیشتر یک دستانداز است. خطوط انتقال طویل با ولتاژ بالا و در نتیجه تلفات کم میتواند انرژی الکتریکی مورد نیاز را از نقاطی که اضافهتولید دارند به مناطقی که در نقطه اوج مصرفاند، منتقل کند. از طرف دیگر باتریهای لیتیوم- ینی قادرند انرژی تولیدشده اضافی را ذخیره کرده و در زمان مورد نیاز تأمین کنند. بسته حمایتی اعلامشده از سوی دولت چین در اوایل سال جاری شامل شبکه برق با ولتاژ بسیار بالا و ایجاد زیرساخت لازم برای ایستگاههای شارژ خودروهای برقی است.
با افزایش نقش انرژی بادی و خورشیدی، این امکان وجود خواهد داشت که با یونیزهکردن آب، هیدروژن ذخیره شده و در مواقع لازم مورد استفاده قرار گیرد. با توسعه فناوری جذب کربن از هوا میتوان هیدروژن را با کربن جذبشده ترکیب کرد و از این طریق به سوخت فسیلی بدون کربن دست یافت.
یکیدیگر از موانع موجود در مسیر هیجانانگیز «گذار انرژی» حجم و وزن بالای باتریهای لیتیوم - ینی است که کاربرد آن را در مواردی چون هواپیما به ویژه در مسیرهای طولانی محدود میکند و اینجاست که پای سوخت مصنوعی به میان کشیده میشود.
برای محدودکردن تغییرات اقلیمی، دولتها باید در این مسیر گام بردارند. چنانچه سرمایه احساس کند سیاستگذاری در مسیر فاصلهگرفتن از سوخت فسیلی است، به این قافله خواهد پیوست. هماکنون نیز سرمایهگذاران با تردید به شرکتهای نفتی مینگرند و نگران کاهش سوددهی و پایینآمدن ارزش سرمایه خود هستند.
ولی دولتها باید جسورانه عمل کرده و سیگنالهای قویتری منتقل کنند. درحالحاضر کشورهای جهان روی هم سالانه 400 میلیارد دلار یارانه مستقیم برای مصرف سوخت فسیلی پرداخت میکنند، رقمی حدود دو برابر بودجهای که برای تولید انرژی تجدیدپذیر اختصاص یافته است. گام مؤثری که میتواند به کاهش هزینه انرژی تجدیدپذیر نسبت به سوختهای فسیلی سرعت بخشد، هزینه کربن است. از دیگر اقدامات اساسی، افزایش بودجه تحقیقاتی برای آن بخش از آلایندگی است که نمیتوان آن را بهسادگی با استفاده از انرژی الکتریکی حذف کرد. البته دولتها نقش تعیینکنندهای در توسعه سلولهای خورشیدی و توربینهای بادی ایفا کردهاند ولی هنوز کارهای زیادی بر زمین مانده است.
واقعیت این است که در شرایط فعلی هرگونه اقدامی از سوی دولتها قادر نخواهد بود از تغییرات اقلیمی جلوگیری کند. برای رسیدن به هدف محدودکردن افزایش درجه حرارت به دو درجه سانتیگراد، ضروری است اقدامات بیشتری انجام شود. به نظر میرسد با ادامه سیاستهای فعلی، افزایش درجه حرارت تا پایان قرن جاری به سه درجه سانتیگراد نزدیک شود و در این صورت علاوهبر لزوم محدودکردن تغییرات اقلیمی، جهانیان باید خود را برای مواجهشدن با تحولاتی شگرف در اکوسیستم و مقابله با خطراتی عظیم که ادامه حیات بشر روی کره خاکی را به چالش جدی خواهد کشاند، آماده کنند.