چالش های پیش روی توسعه انرژی تجدیدپذیر و خودروی برقی

به گزارش برق نیوز، هاشم اورعی استاد دانشگاه صنعتی شریف در یادداشتی نوشت:

درسال گذشته میلادی، با گسترش بیماری کووید و زمین گیر شدن هواپیماها، تعطیلی کارخانجات و قرنطینه عمومی، تقاضای جهانی انرژی ۴ درصد کاهش یافت. اما در این میان تنها یکی از بخش‌های بازار برق به رشد خود ادامه داد. طبق اعلام آژانس بین المللی انرژی IEA، سال گذشته تولید انرژی الکتریکی از منابع تجدیدپذیر در جهان بیشترین رشد خود را در دو دهه اخیر تجربه کرد.

در این سال ظرفیت تولید انرژی تجدیدپذیر جدید ۴۵ درصد افزایش یافته و ۲۸۰ هزار مگاوات به ظرفیت تولید برق افزوده شد. رقمی که بیشتر از کل ظرفیت تولید برق کشور آلمان و نزدیک چهار برابر ظرفیت ایران است. بیشتر این افزایش ظرفیت از طریق مزارع بادی و خورشیدی جدید بدست آمده و چین در مسیر تبدیل شدن به اولین ابر قدرت برقی جهان به تنهایی ۸۰ درصد ظرفیت جدید نیروگاه‌های بادی و خورشیدی را به خود اختصاص داد.

آژانس بین المللی انرژی پیش بینی می‌کند در چند سال پیش رو روند صعودی ظرفیت انرژی تجدیدپذیر ادامه یابد. پیش بینی می‌شود در سال جاری میلادی ۲۷۰ هزار مگاوات و در سال ۲۰۲۲ میلادی ۲۸۰ هزار مگاوات به ظرفیت تولید برق تجدیدپذیر در جهان اضافه شود. با افزایش فشار سیاسی در اتحادیه اروپا برای رسیدن به اهداف تدوین شده در راستای کاهش آلایندگی تا پایان دهه میلادی جاری، انتظار می‌رود در چند سال آتی شاهد تداوم توسعه چشمگیر انرژی تجدیدپذیر در کشور‌های عضو اتحادیه اروپا باشیم. البته ادامه رشد انرژی تجدیدپذیر در گرو تامین مواد معدنی مورد نیاز برای ساخت توربین بادی، پانل خورشیدی، باطری و سایر تجهیزات می‌باشد. مواردی، چون نیکل، کبالت، لیتیوم، مس و برخی فلزات کمیاب دیگر. علیرغم افزایش خیره کننده ظرفیت انرژی تجدیدپذیر، انرژی فسیلی کماکان حرف اول را در تامین انرژی مصرفی جهان زده و پیش بینی می‌شود تولید انرژی فسیلی در سال جاری افزایش یابد.

در گزارش منتشر شده توسط آژانس بین المللی انرژی در آوریل سال جاری، پیش بینی شده است که با بازگشایی فعالیت‌های اقتصادی، در سال جاری جهان شاهد افزایش ۵ درصدی در انتشار گاز دی اکسید کربن در بخش انرژی باشد.

خلاصه اینکه مردم جهان علیرغم همه هشدار‌ها در مورد گرمایش کره زمین در مسیر افزایش مصرف انرژی گام بر می‌دارند و فقط می‌توان به انرژی‌های تجدیدپذیر امید بست.

بخش انرژی تجدیدپذیر با توجه به اهمیت جلوگیری از گرمایش کره زمین، در سال‌های اخیر گسترش قابل توجهی یافته است. از طرف دیگر جهان تا نیمه قرن جاری میلادی به سمت استفاده بیشتر از انرژی الکتریکی و کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی پیش می‌رود به طوریکه پیش بینی می‌شود تا سال ۲۰۵۰ میلادی سهم برق از سبد انرژی جهان به دو برابر افزایش یافته و ۳.۲ درصد برق مصرفی جهان از طریق مزارع بادی و خورشیدی تامین شود.

پیشرفت‌های خیره کننده در فناوری توربین‌های بادی موجب شده که امروز شاهد توربین بادی باشیم که ارتفاع دکل آن ۱۰۷ متر و هر یک از پره‌های آن بزرگتر از بال بزرگترین هواپیمای ساخته شده تاکنون است. ژنراتوری که انرژی مکانیکی حاصل از چرخش پره‌ها را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند نیز از تعداد زیادی آهنربا و با استفاده از انواع مواد فلزی کمیاب ساخته شده است و سیم پیچ‌هایی که مقدار زیادی مس در آن استفاده شده است. به عنوان مثال وزن مجموعه غول پیکر توربین بادی Haliade-x که مخصوص نصب در دریاست، شامل پره ها، ژنراتور، دکل و سایر تجهیزات حدود ۹۰۰ تن است.

در اوایل تابستان سال جاری، دولت بایدن پروژه‌ای را مبنی بر نصب ۶۰ توربین بادی در آب‌های ایالت ماساچوست تصویب کرد. این مزرعه بادی مستقر در دریا با ظرفیت ۸۰۰ مگاوات، ظرفیت تولید برق از مزارع بادی دریایی این کشور را حدود ۲۵ برابر افزایش خواهد داد. اما این تنها پروژه در این بخش نیست. برنامه دولت آمریکا در بخش انرژی تجدیدپذیر آن است که تا پایان دهه جاری میلادی، ظرفیت مزارع بادی دریایی این کشور به ۳۰ هزار مگاوات افزایش یابد. چین، انگلستان و آلمان نیز برنامه‌های مشابهی را در راستای افزایش قابل توجه ظرفیت تولید انرژی بادی در دست اجرا دارند.

برن اشتاین، یک گروه تحقیقاتی- مشاوره ای، پیش بینی می‌کند که تا سال ۲۰۳۰ میلادی، ظرفیت تولید انرژی الکتریکی از توربین‌های بادی دریایی جهان به ۲۵۴ هزار مگاوات یعنی بیش از ۷ برابر امروز افزایش یابد.

تنها یک دهه قبل چنین برنامه‌هایی بیشتر به رویا می‌ماند تا واقعیت، ولی امروز شرکت‌های فعال در این بخش نمی‌توانند تقاضا را تامین کنند. رونق اقتصادی به صنعت انرژی بادی ختم نشده و بخش‌های دیگر انرژی تجدیدپذیر از جمله خورشیدی و نیز تولید انبوه خودرو‌های برقی را فرا گرفته است. دلیل این امر ساده است. بسیاری از دولت‌ها اعلام کرده اند که قصد دارند گاز‌های گلخانه‌ای را به میزان قابل توجهی کاهش دهند. سال‌ها حمایت دولتی از تحقیق و توسعه بعلاوه ارائه هوشمندانه یارانه دولتی و البته خلاقیت بخش خصوصی فناوری‌های جدیدی را پدید آورده که با استفاده از آن امکان کاهش آلایندگی فراهم شده است. در شرایط کنونی می‌توان به پیشرفت تکنولوژی برای جلوگیری از گرمایش کره زمین و فعالیت هر چه بیشتر در اقتصاد سبز امیدوار بود.

اما واقعیت این است که تنها به دلیل قابلیت رقابت اقتصادی مزارع بادی و خورشیدی و خودروی برقی نمی‌توان به هر میزان که در بازار تقاضا وجود داشته باشد تولید کرد. تولید انبوه این تجهیزات نیازمند تامین مقادیر قابل توجهی مواد اولیه است. تنها در مدت یکسال قیمت جهانی لیتیوم دو برابر و مس ۷۰ درصد افزایش یافته است.

طبق موافقت نامه پاریس درجه حرارت کره زمین نباید بیش از ۲ درجه سانتیگراد نسبت به دوران قبل از انقلاب صنعتی افزایش یابد و ترجیحاً این افزایش به ۱.۵ درجه محدود شود. بر این مبنا، برخی از کشور‌های صنعتی برنامه‌ای با هدف رسیدن به "کربن خنثی" تا سال ۲۰۵۰ میلادی تدوین کرده اند. بدین ترتیب میزان گاز‌های آلاینده انتشار یافته در هوا برابر میزان جذب شده خواهد بود. در بلند مدت رسیدن به این هدف نیازمند فناوری‌های نوین و شکل گرفتن صنایع جدید است.

در گذشته گذار انرژی فرایندی بسیار کند و طولانی بود. در آن دوران پیدایش فناوری‌های جدید از جمله بخار و نفت راه را برای افزایش انرژی موجود هموار کرد برای آنکه جای منابع انرژی قبلی را بگیرد. لیکن در شرایط فعلی تهدیدات اقلیمی کره زمین به گونه ایست که گذار انرژی باید در مدت زمان کمی اتفاق بیافتد و این امر غیر ممکن نیست. آنچه مورد نیاز است آینده نگری و خلاقیت از سوی مردم جهان است که موانع پیش رو را بردارد.

در این مسیر، توسعه استفاده از انرژی تجدیدپذیر در مقایسه با قبل موفقیت خارق العاده‌ای بشمار می‌رود. در سال ۲۰۱۹ میلادی، ظرفیت نصب شده مزارع خورشیدی ۱۵ برابر مقدار آن در سال ۲۰۱۰ میلادی بود. برای انرژی بادی این افزایش برابر ۴.۳ بود. افزایش ظرفیت جدید باعث کاهش قیمت شده و این خود تقاضا را افزایش داده و این چرخه مثبت کماکان ادامه دارد. در دهه اخیر، هزینه تراز شده انرژی خورشیدی، بادی دریایی و بادی مستقر در خشکی به ترتیب ۸۳ درصد، ۶۲ درصد و ۵۸ درصد کاهش یافته است. امروزه دو سوم مردم جهان در مناطقی زندگی می‌کنند که انرژی بادی و خورشیدی ارزان‌ترین روش تولید انرژی الکتریکی است.

چنانچه بر آینده نگاهی بیاندازیم این تحولات به هیچ وجه کافی نیست. سِب هِن بِست، اقتصاددان ارشد بلومبرگ معتقد است که روند تغییرات بسیار کندتر از آن است که جهان را به اهداف تعیین شده در مقابله با گرمایش کره زمین و تغییرات اقلیمی برساند. در اوایل تابستان سال جاری، آژانس بین المللی انرژی IEA، که در سال ۱۹۷۰ میلادی برای اطمینان از دسترسی همگانی به انرژی فسیلی تاسیس شد، گزارشی مبنی بر روش‌های حذف سوخت‌های فسیلی منتشر کرد. این آژانس اعلام کرد که برای رسیدن به هدف کربن خنثی تا میانه قرن جاری میلادی، بیشتر فناوری‌های مورد نیاز در آینده نزدیک در دسترس قرار دارد. توسعه سریع انرژی تجدیدپذیر و خودرو‌های برقی در دهه جاری میلادی قادر خواهد بود آلایندگی ناشی از بخش انرژی را به میزان ۷۰ درصد کاهش دهد. لیکن برای پیمودن این مسیر باید اجرای مزارع بادی و خورشیدی در سال ۲۰۳۰ نسبت به ۲۰۲۰ چهار برابر افزایش یابد. همچنین ضروریست سهم خودرو‌های برقی از حدود ۵% فعلی به ۶۰ درصد افزایش یابد. سرمایه گذاری سالیانه در انرژی پاک هم که هم اکنون در بیشترین مقدار خود قرار دارد، باید تا سال ۲۰۳۰ به ۴ تریلیون دلار یعنی سه برابر مقدار متوسط آن در ۵ سال اخیر افزایش یابد. بدین ترتیب تا پایان دهه جاری میلادی، تقاضای مواد اولیه برای ساخت تجهیزات انرژی پاک تقریباً ۷ برابر خواهد شد.

در نگاه اول تولید انرژی از خورشید و باد بجای رفتن به اعماق زمین برای دستیابی به نفت و گاز بسیار جذاب بنظر می‌رسد. لیکن تولید مقدار قابل توجهی انرژی از باد و خورشید نیازمند استخراج میلیون‌ها تن مواد معدنی است. در تولید باطری کبالت، لیتیوم و نیکل و در تولید آهنربا‌های مورد نیاز برای ساخت ژنراتور نئودیمیوم و سایر مواد کمیاب استفاده می‌شود و می‌توان ادعا کرد که رگ حیاتی اقتصاد سبز به مس وابسته است.

زنجیره تامین مواد معدنی مورد نیاز با مشکل تمرکز مواجه است. در مقایسه با منابع نفت و گاز، معادن مواد کانی مورد نیاز در صنایع انرژی تجدیدپذیر از نظر جغرافیایی بسیار محدودند. در حال حاضر بخش قابل توجهی از این معادن در اختیار شرکت‌های چینی قرار دارد. نکته‌ای که در گزارش مربوط به زنجیره تامین که در تاریخ ۸ ژوئن سال جاری توسط کاخ سفید انتشار یافت به عنوان یک تهدید به آن پرداخته شده است.

مساله بعدی عدم کفایت سرمایه گذاری به ویژه در فلزات است. قبل از شیوع بیماری کووید ۱۹، میزان سرمایه گذاری برای استخراج و فرآوری فلزات مورد نیاز روندی افزایشی داشت لیکن میزان آن در سال ۲۰۱۹ کمتر از ۲۵ میلیارد دلار یعنی فقط ۵ درصد سرمایه گذاری در صنایع بالا دستی نفت و گاز بود. باید توجه داشت که راه اندازی یک معدن می‌تواند یک دهه زمان ببرد.

افزایش قابل توجه قیمت مواد کانی مورد استفاده در بخش انرژی پاک قطعاً انگیزه را برای افزایش سرمایه گذاری ایجاد خواهد کرد لیکن موانعی در این مسیر قرار دارد. برخی سرمایه گذاران علاقه چندانی به سرمایه گذاری در توسعه معادن ندارند ومعتقدند این مسیر آن‌ها را دیر یا زود با موانع زیست محیطی و اجتماعی مواجه خواهد کرد. استخراج لیتیوم در شیلی باعث اختلافات شدید بر سر منابع آب شده است. بیش از ۷۰ درصد کبالت از معادن جمهوری دموکراتیک کنگو استخراج می‌شود، کشوری با سابقه طولانی فساد و به روش سنتی توسط مردان، زنان و کودکان فقیر.

BMI، یک مرکز تحقیقاتی در زمینه مواد معدنی، اخیراً اعلام کرد که در نیمه دوم دهه جاری تقاضای جهانی برای لیتیوم می‌تواند به دو برابر میزان عرضه برسد. چنین کمبود‌هایی می‌تواند روند کاهش هزینه باطری خودرو‌های برقی را متوقف و یا حتی برعکس کند. هزینه باطری نسبت به سال ۲۰۱۲ به میزان ۸۳ درصد کاهش یافته است. در حال حاضر هزینه مواد اولیه مورد استفاده در باطری ۷۰- ۵۰ درصد است در حالیکه پنج سال پیش این رقم ۵۰- ۴۰ درصد بود. بدین ترتیب ادامه توسعه باطری خودرو‌های برقی در گرو قیمت مواد معدنی می‌باشد. در فوریه سال جاری، ایلان ماسک، مدیر تسلا اعلام کرد که بزرگترین نگرانی وی برای افزایش تولید خودروی برقی دسترسی به نیکل است و به دنبال آن است که در ساخت کاتد مورد استفاده در باطری برای نیکل از آهن استفاده شود.

محدودیت دیگر در مسیر توسعه سریع انرژی تجدیدپذیر زمین است. محققین دانشگاه پرینستون آمریکا مسیر رسیدن به کربن خنثی در این کشور تا سال ۲۰۵۰ را شبیه سازی کرده و به این نتیجه رسیده اند که مساحت لازم برای گذار انرژی تا پایان دهه جاری میلادی حدود ۱۶۰ هزار کیلومتر مربع یعنی ۲ درصد مساحت آمریکا و ۶ برابر سطح پوشیده با آب در این کشور است.

یکی از بزرگترین موانع پیش روی توسعه سریع انرژی تجدیدپذیر به ویژه در کشور‌های در حال توسعه تامین سرمایه است. علیرغم اینکه در سال‌های اخیر علاقه سرمایه گذاران به این بخش افزایش یافته لیکن برای رسیدن به اهداف تعیین شده در موافقت نامه پاریس افزایش قابل توجه سرمایه برای توسعه نفوذ برق و گسترش استفاده از انرژی سبز ضروریست. پیش بینی می‌شود اقتصاد‌های در حال توسعه جهان به جز چین در دهه آتی بیشترین نقش را در افزایش آلایندگی داشته باشند. طبق اعلام آژانس بین المللی انرژی، بانک جهانی و مجمع جهانی اقتصاد سال گذشته در این کشور‌ها ۱۵۰ میلیارد دلار در این بخش سرمایه گذاری جدید صورت گرفت که نسبت به سال قبل از آن ۸ درصد کاهش یافت.

شرکت ایتالیایی اِنِل یکی از بزرگترین سرمایه گذاران در انرژی سبز در کشور‌های در حال توسعه است. فرانچسکو استاراس، مدیر عامل این شرکت می‌گوید برای سرمایه گذاری یک کشور باید اولاً از منابع طبیعی مطلوب مثل باد وخورشید برخوردار باشد، ثانیاً نیازمند توسعه زیر ساخت‌ها یعنی شبکه برق باشد و از همه مهمتر آن کشور باید شرایط سیاسی و حقوقی داشته باشد که بتوان به آن اعتماد کرد. بررسی انجام شده توسط بلومبرگ نشان می‌دهد کشور‌هایی که فاقد سیاست‌های حمایت از انرژی پاک و بازار برق بدون دخالت دولت هستند به طور متوسط کمتر از ۱۵ درصد از کل سرمایه گذاری در این بخش را جذب کرده اند.

عدم شفافیت در سیاست‌ها منجر به افزایش قیمت تراز شده انرژی پاک می‌شود. از آنجا که نور خورشید و باد رایگان است، هزینه بهره برداری از پروژه‌های انرژی تجدیدپذیر بسیار پایین است لیکن به مقادیر قابل توجهی سرمایه اولیه نیاز دارند. در بسیاری از کشور‌های در حال توسعه هزینه سرمایه بالاست. به عنوان مثال بهره سرمایه مورد نیاز برای پروژه نیروگاه بادی در اندونزی تقریباً چهار برابر آلمان است. حدود ۹۰ درصد از کشور‌های امضاء کننده توافق نامه‌ای که توسط سازمان ملل در راستای جلب سرمایه برای توسعه انرژی پاک در جهان تنظیم شده است، حاضر به سرمایه گذاری در کشور‌های در حال توسعه نیستند.

اقتصاد‌های بزرگ جهان به وعده خود مبنی بر اعطای خط اعتباری ۱۰۰ میلیارد دلاری برای تامین مالی پروژه‌های مرتبط با اقلیم در کشور‌های در حال توسعه وفا نکرده اند. اِد مورث، از مدیران بانک سیتی گروپ معتقد است بهترین راه برای کشاندن سرمایه به طرف انرژی سبز، محاسبه هزینه‌های زیست محیطی و اجتماعی کربن است. چنین اقدامی گامی نوین در انقلاب سبز بحساب خواهد آمد. البته که هنر مهندسی که با چرخیدن پره‌های یک توربین بادی برق مورد نیاز هزار خانه را تامین می‌کند و یا با استفاده از لیتیوم بدست آمده از بستر دریاچه خشک شده انرژی خورشیدی را برای به حرکت در آوردن خودرو برقی ذخیره می‌کند واقعاً خیره کننده است. لیکن برای تحقق آن باید مواد اولیه مورد نیاز تامین شود، مکان نصب آن موجود باشد، بتواند با زیر ساخت‌های فعلی جهان ترکیب شود و بالاخره سرمایه مورد نیاز تامین شود.

در چند سال اخیر جهان شاهد رشد فزاینده انرژی تجدیدپذیر بوده به طوریکه در حال حاضر ۱۱ درصد از کل انرژی الکتریکی مصرفی جهان توسط مزارع بادی و خورشیدی تامین می‌شود. کارشناسان بر این نکته اتفاق نظر دارند که در چند دهه پیش رو استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر و خودرو‌های برقی با شتاب هر چه بیشتر ادامه خواهد یافت. یکی از چالش‌های اصلی در مسیر توسعه انرژی تجدیدپذیر و خودروی برقی تامین مواد اولیه به ویژه مواد کانی مورد نیاز است. برخی کشور‌ها به ویژه چین با درایت تمام اقدامات لازم را برای تامین مواد کانی مورد نیاز به عمل آورده اند. بدین ترتیب عناصری، چون مس، نیکل، کبالت، لیتیوم و نئودیمیوم در سال‌های آتی از اهمیت استراتژیک برخوردار خواهند بود.

ایران ۲.۴ درصد ذخایر مس جهان را در اختیار داشته و هفتمین کشور جهان از این نظر بشمار می‌رود. متاسفانه اطلاعات قابل قبولی در ارتباط با منابع سایر عناصر اشاره شده موجود نیست و مسئولین مربوطه بدون اطلاع از روند جهانی هیچ اقدامی در راستای ارزیابی این منابع ارزشمند به عمل نیاورند. البته جای تعجبی نیست، چون بیش از یک قرن است که اقتصاد کشور به منابع فسیلی یعنی نفت و گاز گره خورده و گویی این منابع قرار است جایگزین هر گونه فعالیت اقتصادی، خلاقیت و مدیریت شود.

اتکاء به درآمد حاصل از منابع فسیلی نتوانست کشور را در مسیر توسعه قرار دهد. وقت آن رسیده که چشمان خود را باز کنیم و با توجه به تحولات ناشی از گذار انرژی خود را برای سوار شدن بر قطار توسعه آماده کنیم.

کلام آخر آنکه چنانچه قرار باشد ذخایر مس و سایر فلزات و عناصری که در چند دهه آتی از اهمیت اقتصادی و استراتژیک قابل توجهی برخوردار خواهند بود، را مثل نفت و گازمان فروخته و نتوانیم مسیر توسعه را هموار کنیم، همان بهتر که این ذخایر را دست نخورده برای نسل‌های بعدی رها کنیم.

منبع: بازار