تأمین کل انرژی مورد نیاز جهان از انرژی های تجدیدپذیر

تحقیقات جدید دو محقق در  دانشگاه های استنفورد و کالیفرنیا به نام‌های مارک جیکوبسن (Mark Z. Jacobson) و مارک دلوچی (Mark A. Delucchi) در خصوص تأمین کل انرژی مورد نیاز جهان از انرژی های تجدیدپذیر، حاکی از آن است که تحقق این مهم با تکنولوژی امروز و هزینه مشابهی در مقایسه با منابع سنتی امکانپذیر است. اگر چه شنیدن روایتی این چنین از انرژی های تجدیدپذیر در وهله نخست شیرین و چه بسا دور از ذهن می‌نماید، اما برای تبدیل شدن به یک واقعیت، همتی بزرگ می‌طلبد و تنها مستلزم وجود شوق و تمایل عمیق اجتماعی و سیاسی است. با چشم‌پوشی از سوختهای فسیلی و تنها با بهره گرفتن از تکنولوژی امروز در رابطه با انرژی های تجدیدپذیر ، می‌توان علاوه بر نجات دادن جان ۲٫۵ تا ۳ میلیون نفر در سال، همزمان از گرمایش جهانی و آلودگی منابع آب و خاک نیز پیشگیری کرد.

به گفته مارک جیکوبسن، طبق تحقیقاتی که بعمل آمده است، هیچگونه مانع اقتصادی و فنی متوجه استفاده کامل از منابع انرژی تجدیدپذیر برای داشتن جهانی پاک وجود ندارد. تنها سئوالی که در این میان مطرح می‌گردد این است که آیا شوق و اشتیاق اجتماعی و سیاسی در کل دنیا وجود دارد؟!

در مقاله مشترک مارک جیکوبسن از دانشگاه استنفورد و مارک دلوچی از دانشگاه کالیفرنیا که در در دو بخش و در نشریه سیاست انرژی (Energy Policy) منتشر گردیده است، هزینه‌ها، فن‌آوری و متریال مورد نیاز برای بکار گرفتن انرژی های تجدیدپذیر در دنیا مورد ارزیابی قرار گرفته و برنامه جامعی برای آن تدوین شده است.

دنیایی که در خیال این دو محقق شکل گرفته است، به طور عمده از برق استفاده می‌کند. در برنامه آنها از انرژی باد، آب و خورشید برای تولید برق استفاده می‌شود که انرژی بادی و خورشیدی سهم نود درصدی در تأمین انرژی مورد نیاز دارند. انرژی ژئوترمال و هیدروپاور هر یک سهمی معادل ۴% داشته و ۲% باقیمانده از انرژی امواج و نیروی جزر و مدی تأمین خواهد گردید. در این دنیای رویایی، اتومبیل‌ها، کشتی‌ها و قطارها همگی با برق کار می‌کنند و مجهز به پیل سوختی هیدروژنی هستند. سوخت هواپیماها نیز هیدروژن مایع خواهد بود. گرمایش و سرمایش خانه‌ها نیز از طریق هیترها و کولرهای برقی صورت خواهد گرفت. در این دنیای آرمانی، هیدروژن و برق دو منبع اصلی برای صنایع خواهند بود که هیدروژن مورد نیاز نیز با استفاده از برق تولید خواهد شد. بنابراین، باد و خورشید دو منبع اصلی برای تأمین برق مورد نیاز جهان خواهند بود.

در برنامه پیشنهادی حاصل از تحقیقات این دو دانشمند، سال ۲۰۳۰ هدف نهایی برای تأمین کل انرژی مورد نیاز دنیا از انرژی بادی و سال ۲۰۵۰ برای تبدیل تجهیزات و تأسیسات فعلی به تجهیزات مورد نیاز انرژی‌های تجدیدپذیر تعریف شده است. مارک جیکوبسن در این ارتباط می‌گوید: "ما می‌خواستیم آنچه که برای جایگزینی کامل زیرساختهای موجود در بخش انرژی با منابع انرژی پاک طی ۲۰ تا ۴۰ سال آینده مورد نیاز است را به طور کمی مورد ارزیابی قرار داده و برآورد نماییم.”

به گفته صاحبان این طرح، یکی از مزایای این برنامه کاهش سی درصدی تقاضای جهانی انرژی به دلیل تبدیل فرآیندهای مبتنی بر احتراق به فرآیندهای مبتنی بر برق و پیل سوختی هیدروژنی است. چرا که نیروی برق بسیار کارآمدتر از فرآیندهای احتراقی است. کاهش تقاضای انرژی به همراه نجات جان میلیونها نفر از آلودگی هوا که نتیجه مثبت حذف سوختهای فسیلی است، کمک خواهد کرد که هزینه‌های مربوط به این تغییرات بنیادین به طرز چشمگیری کاهش یابد.

مارک جیکوبسن اعتقاد دارد که اگر کل هزینه‌های واقعی یک جامعه را که شامل هزینه‌های درمانی نیز می‌گردد در محاسبات مربوط به زیرساختهای مبتنی بر سوختهای فسیلی لحاظ کنیم، هزینه طرح پیشنهادی آنها با آنچه هم اکنون رایج است برابری می‌کند.

یکی از بزرگترین چالشهای موجود بر سر راه انرژی بادی و خورشیدی، متغیر و متناوب بودن این دو منبع انرژی است که باعث گردیده شک و شبهاتی در قابلیت این منابع در تأمین انرژی بار پایه (base load) ایجاد گردد. انرژی بار پایه، حداقل مقدار انرژی است که بایستی در هر زمان از طول روز در دسترس مشترکان قرار داشته باشد. به اعتقاد مارک جیکوبسن، تغییرپذیری و تناوب در این منابع انرژی موضوعی قابل حل است.

مهمترین اصل، ترکیب منابع انرژی تجدیدپذیر به صورت هیبریدی و در قالب یک بسته انرژی است. چنانچه این اتفاق رخ دهد و از هیدروالکتریک برای پر کردن شکاف موجود استفاده کنیم، تأمین انرژی مورد نیاز بسیار آسان خواهد شد. انرژی بادی و انرژی خورشیدی در حالیکه باد شب هنگام و تابش خورشید در طول روز به حداکثر خود می‌رسند، نقش مکمل یکدیگر را ایفا خواهند کرد. سایر منابع تجدپذیر انرژی نیز از قبیل ژئوترمال (زمین گرمایی) و جزر و مد نیز مکمل انرژی مورد نیاز خواهند بود. به اعتقاد مارک دلوچی، یکی از روشهای امیدبخش جهت تضمین تطابق تقاضا و تولید، استفاده از شبکه گسترده انتقال برق جهت اتصال مراکز و سایتهای پراکنده است. وی در این رابطه چنین می‌گوید: "با این روش، حتی زمانی که در یک روز و منطقه خاص، سرعت باد یا تابش خورشید پاسخگوی تولید برق نیست، کیلومترها آن طرف‌تر، باد در بهترین شرایط در حال وزیدن و میزان تابش نور خورشید در وضعیت مناسبی خواهد بود. سیستم‌هایی که به طور کامل متکی به انرژی بادی یا انرژی خورشیدی باشند به روشهای معمول قادر به ایجاد تعادل بین تولید و تقاضا نخواهند بود. بنابراین به یک ابرشبکه با خطوط طولانی انتقال برق که به خوبی مدیریت می‌گردد نیاز خواهد بود.”

یکی دیگر از روشهای دستیابی به انرژی مورد تقاضا، مستلزم ایجاد زیرساخت بزرگتری برای استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر است که کاملاً بر میزان تقاضای انرژی در زمان‌های اوج مصرف منطبق بوده و در زمان‌های بی باری، تولید مازاد آن صرف تولید هیدروژن برای صنایع و بخش حمل و نقل گردد. همچنین استفاده از قیمت‌های شناور در زمان اوج مصرف، یکی دیگر از روشهای کنترل مصرف خواهد بود که امروزه نیز از آن استفاده می‌شود.

جیکوبسن و دلوچی، برنامه خود را از دیدگاه مشکلات احتمالی که در تأمین مواد اولیه برای ساخت توربین های بادی ، سلول های خورشیدی و سایر تجهیزات مورد نیاز وجود خواهد داشت نیز مورد ارزیابی قرار داده‌اند. آنها دریافتند که موادی از قبیل پلاتینیوم و سایر عناصر نایاب که به نظر گلوگاه این طرح می‌باشند، به مقدار کافی وجود دارند. این درحالیست که بازیافت نیز می‌تواند طول زنجیره تأمین را افزایش دهد.

جیکوبسن در این ارتباط چنین می‌گوید: "منابع و مواد مختلفی برای سلول های خورشیدی وجود دارد به طوریکه چنانچه یکی از منابع با کمبود مواجه شود، جایگزین دیگری برای آن وجود خواهد داشت. همچنین بیشترین مواد مورد نیاز برای احداث مزارع بادی، فلزات و بتن هستند که خوشبختانه به وفور وجود دارند.”

مارک جیکوبسن و دلوچی تعداد توربین های بادی مورد نیاز برای پوشش برنامه خود را به همراه تعداد نیروگاه های خورشیدی، سلولهای فتوولتائیک قابل نصب بر روی بام خانه‌ها، نیروگاه‌های زمین گرمایی (ژئوترمال)، هیدروپاور و جزر و مدی را به خوبی محاسبه کرده‌اند. آنها از طریق این محاسبات دریافته‌اند که برای تأمین کل انرژی مورد نیاز دنیا از طریق باد و خورشید، زمینی به وسعت ۰٫۴% از سطح کل زمین نیاز خواهد بود و مساحتی معادل ۰٫۶% از سطح کل زمین به فضای میانی این تجهیزات، علی‌الخصوص توربین های بادی اختصاص خواهد یافت. یکی از انتقادهایی که به مزارع بادی وارد شده است، وسعت زیاد زمین مورد نیاز احداث این مزارع است که دلیل اصلی آن لزوم رعایت فاصله لازم بین هر توربین به منظور جلوگیری از تأثیر توربولانس هر توربین بر دیگری است. به عقیده این دو محقق، فضای بین توربین های بادی برای مصارف کشاورزی و یا ایجاد چراگاه قابل استفاده خواهد بود. بنا به محاسباتی که این دو تن انجام داده‌اند، کل فضای واقعی مورد نیاز برای تأمین نیمی از انرژی مورد نیاز دنیا از طریق انرژی بادی، کمتر از مساحت منهتن (Manhattan) می‌باشد. این مقدار نیز با درنظر گرفتن توربین های بادی فراساحلی نیز کاهش خواهد یافت!

مارک جیکوبسن می‌گوید: "در حال حاضر ۱% از توربین های بادی و درصد کمتری از نیروگاه های خورشیدی مورد نیاز در این برنامه در کل دنیا نصب شده‌اند. اگر چه یکی از الزامات اصلی این طرح و برنامه، ایجاد شبکه عظیم انتقال برق می‌باشد، اما علیرغم اینکه این کار، پروژه‌ای فراتر از احداث یک بزرگراه بین ایالتی یا مأموریت آپولو به نظر می‌رسد، دستیابی به آن غیرممکن نیست. اطمینان داریم که بدون نیاز به تکنولوژی بیشتر از آنچه که امروزه وجود دارد، دست یافتنی است. تنها باید بخواهیم و متحدانه و متعهدانه تصمیم بگیریم که این راه را برای پیشبرد جامعه جهانی به درست انتخاب کنیم. در اینجا دیگر بحثی از یک یا چند کشور مطرح نیست، بلکه کل کشورها و دولتها باید متحد شده و آنرا عملی کنند.”