الفصل الثالث

نظرة عامة على نطاق العمل

لإدراك المشكلات المعقدة والفرص التي أصبحت جدَّ ملحةٍ في القرن الحادي والعشرين، ينبغي إدراك أن «الطاقة والبيئة» موضوع واحد، وليستا موضوعين. فإذا كنَّا نريد الحدَّ من الأخطار التي تهدِّد بيئتنا — سواء الضباب الدخاني المحلي، أو التغيرات العالمية على عموم الكوكب — يجب أن نواجه في نهاية المطاف القضايا الواسعة النطاق حول كيفية استخدامنا للطاقة. في الوقت نفسه، فإن أيَّ جهود لإنشاء مصادر طاقة آمنة في المستقبل، أو لتحويل استخدامنا لهذه الموارد إلى اتجاه بنَّاء، يجب أن تأخذ في الاعتبار الآثارَ البيئية المفيد منها والضار.

تحديد الأولويات من بين كمٍّ كبير من الخيارات يتطلَّب دراسة معلومات وقائعية فيما يتعلق بالجدوى الفنية والتكاليف، ولكن أيَّ تقييم سينطوي بالضرورة على اختلاط بالسياسة، وسيُثقَل ثقلًا كبيرًا بقيم نسبية يربطها صانع القرار بكل نتيجة ممكنة. ولأن كل خيار يعكس مزيجًا معقدًا من القيم السياسية والاجتماعية والثقافية، فلا توجد قرارات محايدة أو فنية بحتة في هذه الساحة.

الطاقة هي مقياس للقدرة على أداء عملٍ ما؛ أيْ مقياس للقدرة على إحداث تغيير في عالمنا المادي. الهدف من مثل هذا العمل يمكن أن يكون مشروعًا بنائيًّا ضخمًا يتطلب تنفيذه قوة ومقدرة بدنية غير عاديتين، أو قد يكون مسألةَ تحكُّم دقيق كما هو الحال في العملية الحاسوبية التي تُنفَّذ من دون بذل كثير من الجهد الميكانيكي. وينبغي أن تكون أهداف عملنا متاحة أمام النقد الاجتماعي وكذلك التكنولوجي، ولكن مهما كانت الأهداف في حالات معينة، فإن كافة أوجُه الحياة الحديثة تتطلب منَّا الاستفادة من موارد الطاقة وتكييفها حسب التطبيقات العملية. وربما نفضل خفض أو زيادة استخدامنا للطاقة بينما نكتشف أن سلوكًا جديدًا يتسق أكثر مع أنماط الحياة المفضلة لدينا، ولكن استخدام الطاقة لتحقيق التغيير عملية لا يمكننا الاستغناء عنها.

نبدأ في هذا الفصل في معالجة الخطوات التكنولوجية الأولى في العملية الأكبر لتحديد الأولويات، مركِّزين أولًا على استخدامنا السابق والحالي للطاقة بهدف إدراك كيف يمكن أن يحدث التغيير وكيف حدث. بعد ذلك نتناول بالشرح الجوانب القابلة للتشكيل من الطاقة؛ وذلك لأن فهم الجدوى في هذا المجال يجب أن يرتكز قبل كل شيء على وضوحٍ حيال الطاقة وأشكالها الكثيرة، وكيفية تحويلها لخدمة أغراض مختلفة.

(١) تاريخ من التغيير

تجدر الإشارة إلى أن أحد الانتقادات الرئيسية لحجة حدود النمو التي نوقشت في الفصل الثاني هو أنها فشلت في أن تأخذ في الاعتبار الإبداعَ التكنولوجي واستجابات السوق نحو زيادة الندرة. وربما توجد المعلومات اللازمة لاختبار هذا الرأي جزئيًّا في تقارير الوقود المستخدَم على مر الوقت، ويمكن التعرف على هذه الاتجاهات في الشكل ٣-١، الذي يقدِّم مقارنةً بين أنواع الوقود المستخدَمة منذ منتصف القرن التاسع عشر.1 وبفحص التقديرات المبيَّنَة في التمثيل البياني يتضح أن الفحم حلَّ تدريجيًّا محل الخشب، ثم حلَّ النفط محل الفحم، وبعد منتصف سبعينيات القرن العشرين، بدأ الغاز الطبيعي يحل تدريجيًّا محل النفط في بعض الاستخدامات.

هل يجب أن تُنسَب هذه التغييرات إلى قوى السوق أم إلى «المورد المطلق» المتمثل في الإبداع التكنولوجي البشري؟ بما أن الخشب والفحم والنفط كانت موارد متوافرة بكثرة خلال القرن التالي بعد عام ١٨٥٠، فمن المأمون منح الفضل لقوى السوق في كثير من التغييرات؛ حيث انتقل المستخدمون من وقودٍ إلى آخَر استجابةً لتغيُّرات الأسعار ورغبة المستهلك في الراحة. وبالتأكيد تضمَّنَ الأمرُ عمليةَ ابتكار كبيرة؛ فمن بين أمور أخرى، كان لا بد من إعادة تصميم الأفران للتوافق مع كل وقود جديد، وطُوِّر التعدين السطحي من أجل الفحم، وابتُكِرت تقنيات حفر جديدة لتحسين استخراج النفط من الآبار الموجودة أو الوصول إلى رواسب جديدة؛ ومع ذلك، كانت التغيرات التكنولوجية المطلوبة إلى حدٍّ كبير إضافات للأفكار الهندسية السابقة، ولم تكن ابتكارات ثورية.

fig1
شكل ٣-١: التغيرات في مصادر الطاقة في العالم.
على النقيض من التاريخ السابق، أيُّ استقراء للمستقبل يعتمد على النمو المحتمل للطاقة النووية وللتكنولوجيات الجديدة التي تكون ثورية حقًّا، والتي تتطلب بالفعل براعة بشرية. تجدر الإشارة إلى أن التمثيل البياني في الشكل ٣-١ يتجاهل تمامًا ما يتعلق بأحدث التطورات مثل الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح أو الأمواج أو المد والجزر، وسوف نعود لهذه البدائل عندما يتحول النقاش إلى الموارد المتجددة ومصادر الطاقة الجديدة الممكنة.

والأكثر ارتباطًا بشواغلنا الحالية هو حقيقة أنه في الماضي لم يكن التحول من وقود إلى آخر مثيرًا للجدل سياسيًّا أو اقتصاديًّا؛ لأن ندرة الموارد أو القضايا البيئية لم تكن شاغلًا كبيرًا في ذلك الوقت. وعندما مَنَحَت التغييراتُ قطاعًا من قطاعات الاقتصاد ميزةً على قطاع آخر، اعتبرتْ ضرورته أمرًا مفروغًا منه في الصورة الأكبر. قوبل الضرر البيئي — مثل الضرر الناتج من التعدين السطحي غير الخاضع للرقابة — إلى حدٍّ كبير بالتجاهل طوال معظم الفترة، ولم يُشَرْ إليه إلا كأثر محلي. وعند غياب الخلافات الحادة، يمكن إجراء التغييرات دون خلق أنواع الضغوط المتضمنة في اعتناق نهج جديد تمامًا للإمداد بالطاقة واستخدامها. سيتطلب وضعنا الحالي في العديد من النواحي تغييرًا جذريًّا أكبر بكثير في سياقٍ من عدم اليقين، وينبغي أن نتوقع تسببه في خلافات تدعمها آراء قوية.

fig2
شكل ٣-٢: إنتاج الولايات المتحدة من النفط الخام (المصدر: وزارة الطاقة الأمريكية، إدارة معلومات الطاقة، الاستعراض السنوي للطاقة لعام ٢٠٠٨).
fig3
شكل ٣-٣: حجم إنتاج النفط الخام من حقلَيْ نفط كبيرين.
من المفيد دراسة التجارب الجيدة التوثيق للمنتجَين الرئيسيين للنفط. إنتاج الولايات المتحدة من خام النفط2 بلغ ذروته في عام ١٩٧٠، كما هو مبين في الشكل ٣-٢، ووصل إنتاج الدول غير الأعضاء في منظمة البلدان المصدِّرة للنفط (أوبك) ككلٍّ إلى الذروة أو الاستقرار في الإنتاج بين عامَيْ ٢٠٠٤ و٢٠٠٨.3 حسَّن طرح مصادر ألاسكا الصورة، ولكنَّ هدفَ الاستقلال عن النفط المستورد أحبط الإدارات المتوالية، وكانت الولايات المتحدة تعتمد بشكل متزايد على الواردات الأجنبية. وفي عام ١٩٧٠ تحت قيادة الرئيس نيكسون، الذي كان يؤيد الاستقلال في مجال الطاقة، ظلت الولايات المتحدة تستورد ٢٢٪ من احتياجاتها النفطية، وبحلول عام ١٩٩١ خلال فترة رئاسة الرئيس بوش الأب، زادت الواردات إلى ٤٢٪، وبحلول عام ٢٠٠٧ وصلت النسبة إلى ٧٢٪. وبسعر النفط عام ٢٠٠٩، كانت تكلفة هذه النسبة الأخيرة من الواردات نحو ٧٠٠ مليار دولار سنويًّا، وكان لها تأثير شديد للغاية على الميزان التجاري للدولة.
fig4
شكل ٣-٤: حجم إنتاج النفط الخام من ثلاثة حقول نفط عملاقة.
ولكن ما النمط الذي يتبعه كل حقل نفط؟ يقدِّم شكلَا ٣-٣ و٣-٤ بيانات إنتاج النفط الخام على مدى سنوات من حقلَيْ نفط كبيرين وثلاثة حقول عملاقة بوحدة برميل لكل يوم، يحتوي البرميل على ٤٢ جالونًا. بينما تختلف هذه البيانات من أكبر أحواض النفط في العالم في تفاصيلها، فإن الأكثر لفتًا للانتباه هو الاتجاه إلى الحد الأقصى من معدلات الإنتاج الذي ينخفض في الوقت الذي تبدأ فيه مختلف الآبار في الاستنفاد. وهذا يعني — في الواقع — أن الإمداد المستمر بمعدل غير منقوص يعتمد على: (١) إيجاد سبل الوصول إلى أيِّ نفط قد يبقى في الآبار المستنفَدة، أو (٢) الاكتشاف المتكرر لحقول جديدة لتعويض الآبار الحالية عندما تتوجه نحو الجفاف، أو (٣) استغلال المصادر البديلة الأقل جاذبية حتى الآن.
جدول ٣-١: سيناريو إنتاج النفط العالمي لعام ٢٠٣٠.
مصدر النفط معدل الإنتاج (مليون برميل/يوم) النسبة المئوية
المجموع ١٠٣ ١٠٠
النفط الخام – الحقول المنتِجة حاليًّا ٢٧ ٢٦
النفط الخام – حقول لم تُستخدَم بعدُ ٢٣ ٢٣
النفط الخام – حقول لم تُكتشَف بعدُ ٢٠ ١٩
الغاز الطبيعي المسال ٢٠ ١٩
نفط غير تقليدي ٨ ٨
استخلاص معزَّز إضافي للنفط ٥ ٥
دُرس كل احتمال من هذه الاحتمالات في دراسة نُشِرت من قِبَل الوكالة الدولية للطاقة،4 مع تلخيص النتائج في الجدول ٣-١. ويتضح من تحليل الوكالة الدولية للطاقة أننا بدءًا من عام ٢٠١٠ فصاعدًا ستنقص إمدادات النفط من الحقول المنتِجَة حاليًّا، وسوف نضطر إلى الاعتماد الكثيف أكثر وأكثر على البدائل غير التقليدية (على سبيل المثال، الرمال القطرانية)، أو على حقول لم تُستخدَم بعدُ أو لم تُكتشف حتى الآن. والاعتماد على مصادر غير مستخدمة أو غير مكتشفة — بحكم طبيعته — يجب أن يسبب الانزعاج من عدم اليقين، وتشير خطة الوكالة الدولية للطاقة إلى أن جزءًا كبيرًا ممَّا سوف نحتاجه يقع ضمن هذه الفئات المزعجة.

(٢) قياس الطاقة

من أجل مضاهاة ومقارنة خيارات الطاقة الكثيرة التي سبق أن اقتُرحت في كل وسائل الإعلام والمنشورات الفنية، وكذلك تلك المقترحات التي لم تأتِ بعد؛ نحن في حاجة إلى مقياس لقياس الطاقة. سيكون من المستحيل دون هذا المقياس تمييز الآثار الكبيرة من الآثار الصغيرة، والتافهة من المهمة. وكما هو الحال مع تناول أيِّ موضوع كميٍّ، توجد مقاييس متعددة شائعة الاستعمال، فحتى المقياس البسيط المألوف نسبيًّا مثل المسافة يمكن التعبير عنه بالأقدام والياردات والأميال أو بالسنتيمترات والأمتار والكيلومترات، ناهيك عن التركيز في الآونة الأخيرة على الأبعاد الجزيئية بالنانومترات.

لأن الوحدة الكهربائية «واط» مستخدمة على نطاق واسع في الإضاءة المنزلية وفواتير الكهرباء الشهرية، فإنها تمثل مقياسًا مألوفًا ومفيدًا لمعدل استخدام الطاقة. والمصباح الكهربائي بقدرة ١٠٠ واط معروف جيدًا في جميع المجتمعات المتقدمة، وأصبح في واقع الأمر رمزًا يمثل الأفكار والتقدم لجزء كبير من القرن الماضي. إذا اعتبرنا أن المنزل الصغير العادي يحتاج إلى ضوء عشرة مصابيح بقدرة ١٠٠ واط في الوقت نفسه، فإن معدل استخدام الطاقة هو عشرة أمثال ١٠٠ واط؛ أيْ ١٠٠٠ واط، وهو ما يسمى أيضًا «كيلوواط». وفي حي صغير مكوَّن من ألف منزل مثل هذا المنزل، فإن معدل الاستخدام يكون ١٠٠٠ كيلوواط، وهو ما يسمى «ميجاواط». ومعدل استخدام الطاقة — أيِ استخدام الطاقة لكل وحدة زمنية — هو المقصود من مصطلح «القدرة»، وعندما يُستخدم لهذا الغرض، يمكن حساب كمية الطاقة من القدرة عن طريق ضرب معدل الاستخدام في الفترة الزمنية للاستخدام. وغالبًا ما يعبر عن المقياس من الطاقة بالكيلوواط الساعيِّ (كيلوواط في الساعة).

fig5
شكل ٣-٥: وحدات قياس الطاقة الكهربائية.
وبالتوسع خطوةً إضافية على التمثيل الجغرافي الحضري، ستتطلب مدينة متوسطة الحجم مكونة من مليون منزل ١٠٠٠ ميجاواط من الطاقة؛ أيْ «جيجاواط». وبطبيعة الحال، فإن الطلب على الكهرباء بشكل عام أكبر بكثير مما هو مطلوب للمصابيح الكهربائية فحسب؛ فهو يتضمن أجهزة لا حصر لها، ويمكن أن يتذبذب الطلب بشدة في أوقات مختلفة من اليوم أو السنة. ومن الأمثلة المعروفة الطلب المفاجئ لزيادة الطاقة في أول ساعات المساء عندما يعود العاملون لمنازلهم ويستخدمون مكيفات الهواء والمجففات وغسالات الأطباق. بينما تفيد وحدات الكيلوواط والميجاواط والجيجاواط في تقريب احتياجات المنازل والبلدات والمدن الصغيرة، يتطلب قياس احتياجات المدن الكبرى والدول بأكملها إلى وحدات أكبر. وعندما تطرأ الحاجة إلى ذلك، تكون وحدة القياس هي التيراواط، وهي تعادل ١٠٠٠ جيجاواط، ويَرِدُ التوضيح التذكيري لهذه الدرجات في الشكل ٣-٥.

(٣) الإمدادات: من أين نحصل عليها؟

قبل الانتقال إلى دراسة خيارات جديدة، من المفيد استعراض «الوضع الراهن»؛ لأن إمدادات الطاقة الحالية هي التي نسعى لاستبدالها أو خفض استخدامها على الأقل. كيف يمكننا تلبية الاحتياجات الحالية؟ بيانات عام ٢٠٠٨ من وزارة الطاقة الأمريكية5 مجملة في الجدول ٣-٢. والقيم الموجودة في الجدول هي متوسطات عبر فترات زمنية ممتدة؛ إذ إن المعدلات الفعلية لاستخدام الطاقة تتذبذب على مر الزمن واختلاف الأماكن. وتوضح الأرقام أن ٩٣٪ من استخدامات الولايات المتحدة جاءت من مصادر أربعة فقط: النفط والفحم والغاز والطاقة النووية. ومن بين هذه المصادر، نجد أن النفط هو المصدر الرئيسي على نحو ساحق بنسبة ٣٧٪، والطاقة النووية هي أصغر مصدر بنسبة ٩٪ فقط. وازداد استخدام الغاز الطبيعي في توليد الكهرباء في السنوات القليلة الماضية، ويتجاوز الآن الفحمَ كمصدر رئيسي. ومن المصادر المتبقية الكتلة الحيوية (الخشب والذرة التي تتخمر إلى إيثانول ونفايات المحاصيل) التي تُشكِّل نحو ٤٪، والطاقة الكهرومائية التي تُشكِّل نحو ٢٪، أما الطاقة الحرارية الأرضية وطاقة الرياح والطاقة الفولتضوئية الشمسية فتشكل مجتمعة أقل من ١٪، وهي النسبة التي لا تُذكَر تقريبًا في الصورة الكلية في عام ٢٠٠٨. ولاحظ أن كميات الطاقة المدرجة في الجدول يُعبَّر عنها بوحدة التيراواط؛ لتجنُّب وحدة القياس التي ستتطلب كثيرًا من الأصفار، ولكن يوضح السطر الأخير المجموع الكلي بوحدة الجيجاواط.
جدول ٣-٢: مصادر الطاقة في الولايات المتحدة لعام ٢٠٠٨.
المصدر الاستخدام بالتيراواط النسبة المئوية
المجموع ٣٫٢٨ ١٠٠
المجموع بالجيجاواط = ٣٢٨٠
البترول ١٫٢٤ ٣٧
الغاز الطبيعي ٠٫٨٠ ٢٤
الفحم ٠٫٧٤ ٢٣
الطاقة النووية ٠٫٢٦ ٩
الكتلة الحيوية (بما في ذلك الإيثانول) ٠٫١٤ ٤
الطاقة الكهرومائية ٠٫٠٧ ٢
الطاقة الحرارية الأرضية + الطاقة الشمسية + الرياح ٠٫٠٣ ١
جدول ٣-٣: مصادر الطاقة في العالم لعام ٢٠٠٦.
المصدر الاستخدام بالتيراواط النسبة المئوية
المجموع ١٧٫٨ ١٠٠
المجموع بالجيجاواط = ١٧٨٠٠
البترول ٥٫٨ ٣٣
الفحم ٤٫٣ ٢٤
الغاز الطبيعي ٣٫٦ ٢١
الكتلة الحيوية (الخشب + نفايات المحاصيل + روث الحيوانات) ٢ ١١
الطاقة الكهرومائية ١٫١ ٦
الطاقة النووية ١ ٥
الطاقة الحرارية الأرضية + الطاقة الشمسية + الرياح ٠٫٠٥ ٠
تتوفر مراجعة مماثلة فيما يخص استخدام الطاقة في جميع أنحاء العالم6 حتى عام ٢٠٠٦. لا يزال النفط هو المصدر الأساسي للطاقة بنسبة ٣٣٪، ولكن الفحم والخشب والطاقة الكهرومائية أكثر بروزًا على المستوى العالمي من الولايات المتحدة جدول ٣-٣. وأكَّد هيلرينج وباريكا7 أنه لكي تحقِّق دول الاتحاد الأوروبي الأهداف التي وَضعتْها لنفسها، يمكن أن تنتقل هذه الدول إلى زيادة استخدام الخشب من المزارع والغابات والمخلفات الزراعية والمنتجات الثانوية لصناعات معالجة الأخشاب. ومن المثير للاهتمام أن نكتشف أن نفايات المحاصيل وَرَوث الحيوانات يسهمان في إمدادات الطاقة في العالم بنسبة أكبر في الحجم من إسهام الطاقة النووية؛ ربما تقل هذه المصادر الزراعية مع تحسن مستويات المعيشة في الاقتصادات النامية. وتسهِّل قوائم الجدول ٣-٣ من مقارنة الإجمالي العالمي البالغ ١٧٫٨ تيراواط مع الإجمالي الخاص بالولايات المتحدة البالغ ٣٫٣ تيراواط، ما يوضِّح حقيقة أن استهلاك الولايات المتحدة وحدها يصل إلى ما يقرب من خُمس معدل استهلاك الطاقة على مستوى العالم. وقد أدت هذه الملاحظة لتوجيه انتقادات للسياسة الأمريكية من قِبَل بعض أنصار الحفاظ على البيئة، ولكن قد تخفُتْ حدة هذه الشكاوى مع ازدياد استهلاك الطاقة بين الدول النامية بسبب تحوُّلها إلى النمو السريع.

(٤) الطلب: كيف نستخدمه؟

في الولايات المتحدة، ينقسم استهلاك الطاقة بالتساوي تقريبًا بين ثلاثة استخدامات: النقل والصناعة والتدفئة المنزلية. وحتى الآن لا تعتمد وسائل النقل اعتمادًا كبيرًا على مصدر الطاقة فحسب، ولكن تعتمد أيضًا على شكل من الطاقة بوجه خاص؛ أيْ إن السيارات والطائرات والقطارات تعمل باستخدام سوائل عالية المحتوى من الطاقة الكيميائية لكل وحدة حجم، فنحتاج لهذه الطاقة المركزة لتحقيق المطلوب من التسارعات والمسافات المقطوعة بين مرات ملء خزانات الوقود لدينا. في الوقت الحالي، يُستخرج البنزين ووقود الديزل ووقود الطائرات النفاثة من النفط، مع وجود حصة من الإيثانول في البنزين، ولكن الوقود في المستقبل ربما يُستخرج من مصادر مختلفة تمامًا. ومن بين الاحتمالات التي ستُناقَش في الفصول اللاحقة تغويز الفحم أو الكتلة الحيوية لصنع غاز اصطناعي (خليط من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون). ويمكن أن يَتْبع هذه الخطوةَ الأولى تفاعلاتٌ محفِّزة مختارة لتكوين السوائل الهيدروكربونية أو الكحولية، وستوفر هذه التطوراتُ الوقودَ السائل الذي نحتاجه بينما تُحررنا من الاعتماد على النفط.

يجري أيضًا تطوير مركبات تستخدم الكهرباء مصدرًا للطاقة كبدائل للنقل لا تعتمد على البترول. ومن خلال استخدام بطاريات عالية السعة لتخزين الطاقة، سوف تحصل المركبات على طاقتها في نهاية المطاف من أيِّ وقود يُستخدم في توليد الكهرباء. وحاليًّا يستخدم نحو ٩٥٪ من محطات توليد الكهرباء في الولايات المتحدة الفحمَ أو الغاز أو الطاقة النووية أو الطاقة الكهرومائية؛ ومن ثَم تتجنب استخدام البترول. ويظهر التقسيم التفصيلي في الشكل ٣-٦.8
fig6
شكل ٣-٦: مصادر الوقود لتوليد الكهرباء في الولايات المتحدة لعام ٢٠٠٨ (المصدر: وزارة الطاقة الأمريكية، إدارة معلومات الطاقة، الاستعراض السنوي للطاقة لعام ٢٠٠٨).

يختلف مصدر الطاقة في الصناعة اختلافًا كبيرًا اعتمادًا على معرفة إن كانت طبيعة عمليات الإنتاج في الأساس ميكانيكية أم كهربائية أم كيميائية. ويمكن العثور على أمثلة عديدة من المصانع التي تستخدم كل شكل من أشكال الطاقة. فتصنيع الألومنيوم، على سبيل المثال، يتطلب استثمارات ضخمة في الطاقة الكهربائية، كذلك تصنيع الكلور. والفحم المحوَّل إلى كوك هو مقوم رئيسي في صهر المواد الخام لتكرير المعادن، والقوة الميكانيكية ضرورية في تشكيل المعادن أو درفلتها، والصناعة التي تنتج أو تستخدم البلاستيك والألياف الاصطناعية برمَّتها هي مستخدم رئيسي للمواد الكيميائية؛ إما كمواد متفاعلة أو مواد محفزة. تقدم هذه القائمة اللانهائية تقريبًا العديد من الفرص لخفض كميات أحد أنواع الطاقة أو استبدال أحد أشكال الطاقة بشكل آخَر أكثر فائدة.

لا يزال تسخين المياه في المنازل والتدفئة يعتمدان في المقام الأول على النفط والغاز، رغم ظهور تطورات جديدة تشمل تسخين المياه بالطاقة الشمسية. والاستخدام المنزلي للكهرباء، سواء لأجهزة التدفئة أو مكيفات الهواء أو الأجهزة الأخرى، يعتمد على مصدر الطاقة الذي تستخدمه شركة الكهرباء المحلية في محطات التوليد لديها. واليوم، اعتمادًا على الموقع، يمكن أن يكون المصدرُ الوقودَ الحفري أو الطاقة الكهرومائية أو النووية. في واقع الأمر، من المرجح أن تكون الطاقة مُنتَجة من كل هذه الأصول في وقت واحد، إذا كانت الطاقة مأخوذة من شبكة طاقة مشتركة تغطي منطقة واسعة. وفي المستقبل، ربما تُلبَّى الاحتياجات المنزلية من خلال خلايا وقود مثبَّتة في كل منزل على حدة، ولكن هذه الخلايا لم تُطوَّر بعدُ بالكامل على المستوى التجاري. إذا توافرت هذه البدائل، فإنها ستوفِّر قدرًا أكبر من المرونة المحلية، وربما تنقل الاستخدام على المدى الطويل إلى وقود لا يعتمد على مصادر النفط.

(٥) هل سينفد البترول أم الغاز؟

بما أن النفط هو مصدر الطاقة الرئيسي اليوم لدينا، ويُتوقَّع أن يظل كذلك في المستقبل القريب، فثمة سؤال بديهي ومن الضروري طرحه من أجل أغراض التخطيط: إلى متى سيدوم النفط؟ الجواب مسألة داخلية خطيرة بالنسبة للولايات المتحدة، ولها عواقب دولية كبيرة.

توجد تقديرات متاحة من عدد من المصادر9 عن رواسب النفط المؤكدة بجميع أنحاء العالم، فضلًا عن تقديرات الرواسب التي لم تُكتشَف حتى الآن ولكن من المتوقع اكتشافها. وهذه الأخيرة، بطبيعة الحال، من الصعب جدًّا تحديدها؛ لأنها تعتمد على الكثير من العوامل الذاتية. تذكَّرْ أن كميات النفط تقاس بوحدة البرميل المكون من ٤٢ جالونًا للبرميل الواحد. وتصل أقل التقديرات للموارد الرئيسية القابلة للاسترداد في جميع أنحاء العالم إلى نحو ألفَيْ مليار برميل، واستُنتِج ذلك جزئيًّا من مرور الولايات المتحدة بفترة ذروة في ١٩٧٠. وتأتي الأرقام الأكثر تفاؤلًا من الوكالة الأمريكية للمسح الجيولوجي التي قَدمت في عام ٢٠٠٠ تقديرًا بلغ ٣٣٤٥ مليار برميل، ونحن نعلم أيضًا بدقة تامة معدل استخدامنا الحالي الذي يصل سنويًّا إلى حوالي ٣٠ مليار برميل. هل هذه الحقائق ليست كافية لوضع التقديرات اللازمة لمستقبلنا؟ ستكون كافية إلا أن الاستخدام الحالي مقدر له الزيادة مع ازدياد سكان العالم وزيادة مطالبهم المادية. وبالتطلع للأمام لحوالي عقدين حتى عام ٢٠٣٠، ربما نتنبأ بطلب عالمي متوقع يصل مثلًا إلى ٤٠ مليار برميل سنويًّا. هذه الأرقام تعطينا صورة للوقت المتبقي اعتمادًا على الافتراضات المحددة التي فرضناها: من خلال التقدير المنخفض للموارد القابلة للاسترداد الرئيسية واستخدامنا المتوقع، يمكننا أن نتوقع امتلاك النفط خلال السنوات الخمسين المقبلة على الأقل، أما إذا كان التقدير الأعلى للموارد القابلة للاسترداد الرئيسية أقرب إلى الواقع، يمكن أن نتوقع حوالي ٨٢ عامًا من إمدادات النفط. وتتلخص هذه العمليات الحسابية البسيطة في الجدول ٣-٤؛ إذ ينشأ الفارق في النتائج من مستويات عدم اليقين في التقديرات، وكذلك درجات التفاؤل في التقييمات. يمكن إيجاد حل توفيقي بين وجهتي النظر المتطرفتين في دراسةٍ صدرت مؤخرًا عن مركز أبحاث الطاقة في المملكة المتحدة، والتي درست أكثر من ٥٠٠ منشور للحصول على ١٤ توقعًا للإنتاج العالمي للنفط وتقييمها. ركَّز تقريرها10 على الوقت الذي ينبغي فيه توقع ذروة إنتاج النفط التقليدي، وخلص إلى أن عام ٢٠٣٠ سيكون هو التاريخ المرجح. بالطبع ذروة الإنتاج ليست النهاية، وينبغي أن نتوقع أن الإمدادات لن تجفَّ في ذلك التاريخ بين عشية وضحاها.
جدول ٣-٤: هل سينفد النفط؟
الاحتياطيات العالمية المؤكدة الاحتياطيات الرئيسية القابلة للاسترداد = تقدير منخفض الاحتياطيات الرئيسية القابلة للاسترداد = تقدير عالٍ
التقديرات (مليار برميل) ١٠٠٠ ٢٠٠٠ ٣٣٠٠
الاستخدام الحالي (مليار برميل/السنة) ٣٠ ٣٠ ٣٠
الاستخدام المتوقَّع في عام ٢٠٣٠ (مليار برميل/السنة) ٤٠ ٤٠ ٤٠
السنوات المتبقية وفق معدل الاستخدام الحالي ٣٣ ٦٧ ١١٠
السنوات المتبقية وفق معدل الاستخدام المتوقع ٢٥ ٥٠ ٨٢

تنشأ شكوك إضافية فيما يتعلق بهذه المسألة من عدد من الاتجاهات، بعض منها تكنولوجي وبعض اقتصادي وبعض سياسي. ومن بين هذه الاتجاهات الثلاثة، التكنولوجيا هي الأكثر وضوحًا في أهدافها المباشرة، حتى لو كانت تفاصيل تطوُّرها يمكن أن تكون معقدة: يلزم أن تكون جيولوجيا رواسب النفط أكثر موثوقية، ويلزم إيجاد تقنيات حفر جديدة للوصول إلى الرواسب الأعمق، ويلزم ابتكار هندسة كيميائية مطوَّرة لاستخراج النفط من الصخر النفطي والرمال القطرانية، والمصادر الأخرى غير المرجحة. ويعتبر كل ما هو قابل للتحقيق من الناحية التكنولوجية في أيِّ وقت من الأوقات عاملًا محددًا مهمًّا في كمية النفط المتاح كاحتياطيات مؤكدة؛ أيْ كمية النفط التي يمكن استخراجها من الأرض.

تتمثل حالة عدم اليقين الاقتصادي الخطرة في تقييم الاحتياطيات المؤكدة في سعر النفط في السوق العالمية؛ فعندما ترتفع الأسعار، ربما يكون المنتجون أكثر استعدادًا لإنتاج وبيع ما لديهم، ويكون الحفَّارون أكثر استعدادًا للحفر أعمق وكذلك السفر إلى مواقع قاسية الطبيعة. ولا يقل أهميةً عن ذلك حساسيةُ المنافسة بين البدائل «غير التقليدية» التي يحتمل أن تزيد أسعارها. فعلى سبيل المثال، كان يُستخرج نحو ١٫٢ مليون جالون يوميًّا من النفط على نحو مربح من الرمال القطرانية في ألبرتا بكندا، عندما ارتفعت أسعار النفط لفترة وجيزة إلى ١٤٥ دولارًا للبرميل خلال عام ٢٠٠٨، وذلك جعل كندا أكبر مورد أجنبي للنفط في الولايات المتحدة؛ إذ بلغت واردات النفط منها ١٩٪ من واردات تلك السنة،11 ومع ذلك هدَّدت المصانع بإغلاق أبوابها عندما انخفضت أسعار الخام البترولي المنافس إلى ٤٥ دولارًا للبرميل.
fig7
شكل ٣-٧: أسعار النفط من ١٩٨٠ حتى ٢٠٠٨.
من الواضح أن النفط المتاح والقابل للاستخراج في أيِّ وقت من الأوقات يعتمد على سعر البيع، ولكن توجد أيضًا حقيقة تغيرات في الأسعار استجابةً للطلب. على سبيل المثال، نجحت استراتيجيات المحافظة على البيئة إبَّان حكومة كارتر في سبعينيات القرن العشرين في الحد من الاستهلاك، حتى انخفض سعر النفط بشكل حاد خلال ثمانينيات القرن العشرين. وتظهر التقلبات الكبيرة في الأسعار على مدى العقود الثلاثة من عام ١٩٨٠ حتى عام ٢٠٠٨ في الشكل ٣-٧، بالقيمة الدولارية آنذاك.12
تتعلق الشكوك السياسية حول النفط إلى حدٍّ كبير بتوزيعه غير المتكافئ. وكما هو مبين في الجدول ٣-٥، فإن الكثير من الإمدادات العالمية تقع في أماكنِ النزاع و/أو عدم الاستقرار السياسي، الحاليةِ أو المحتملة في المستقبل القريب. مع ذلك، لا ينبغي النظر لجميع المصادر في ضوء ذلك؛ فبلدان المنشأ الفعلية لواردات الولايات المتحدة من النفط في عام ٢٠٠٨13 موضحة في الشكل ٣-٨، الذي يبيِّن أن كندا والمكسيك من بين أكبر الموردين. تصدر الأطراف المعنية معلومات عن الكميات في المواقع المختلفة، سواء كانت هذه الأطراف من الحكومات أو القطاع الخاص، التي ترى أن تأثير بياناتها قد يكون أكثر أهمية من دقتها. علاوة على ذلك، الاحتياطي المؤكد يكون فقط احتياطيًّا حقيقيًّا إذا كان يمكن استخراج منتَجه وشحنه للمستهلكين، وشهدنا في أكثر من مناسبة انقطاع الإمدادات لأسباب مختلفة؛ منها: الغزو أو الحرب أو القرصنة أو التمرد أو المصالح الوطنية.
جدول ٣-٥: مواقع رواسب النفط.
المنطقة النسبة
الإجمالي ١٠٠
الشرق الأوسط ٦٥
أمريكا الجنوبية ٩
أفريقيا ٧
الاتحاد السوفييتي السابق ٦
أمريكا الشمالية ٦
آسيا والمحيط الهادئ ٤
أوروبا ٢
لأن عددًا من الدول المنتجة للنفط وَضعت ميزانياتها الوطنية على أساس توقع بيع النفط بأسعار عالية، فإنها تواجه أزمات داخلية عندما تنخفض الأسعار بشكل حادٍّ. أورد تقديرٌ حديث14 أسعار النفط بالبرميل التي تستطيع ست دول عندها الوصول لنقطة التعادل؛ وهي: قطر عند ٢٤ دولارًا للبرميل، وليبيا عند ٤٧ دولارًا، والمملكة العربية السعودية عند ٥٥ دولارًا، ونيجيريا عند ٦٥ دولارًا، وإيران وفنزويلا عند ٩٠ دولارًا. وعلى الرغم من صحة أن منتِجِي النفط بحاجة لبيع النفط بقدر ما يحتاج المستهلكون لشرائه، فإن المكاسب السياسية القصيرة المدى المتصوَّرة — الداخلية أو الدولية — يمكن في بعض الأحيان أن تتجاوز المصالح الاقتصادية الطويلة المدى. وعلى النقيض، يمكن أن يكون للالتزامات الطويلة المدى عواقب اقتصادية ضارة إذا كانت هناك تغيرات سريعة على المدى القصير. فعلى سبيل المثال، في عام ٢٠٠٩ أُجبرت شركة جازبروم الروسية بموجب عقد مسبق طويل المدى على استيراد الغاز الطبيعي من أوزبكستان، على الرغم من اضطرار روسيا حينها إلى بيع الغاز بخسارة.15

أخيرًا، حتى إذا وُضع تقدير عملي لما هو متاح وما سوف يكون متاحًا في المستقبل القريب، فإن التوقعات بشأن الاستخدام السنوي لن تكون واضحة تمامًا. وكلما ازداد ازدهار العالم النامي، زادت شهيته نحو النفط. ففي السنوات الأخيرة كان النمو في الصين والهند جديرًا بالملاحظة على نحو خاص، ولكن من المتوقع أن يكون تأثير المشكلة أكبر إذ تحقِّق دولٌ بجنوب شرق آسيا وأفريقيا وأمريكا الجنوبية تقدمًا اقتصاديًّا. وبالنظر إلى هذه التوقعات، يبدو أن الاستخدام العالمي السنوي المتوقع البالغ ٤٠ مليار برميل، والذي أدى إلى التقديرات الأكبر بتوافر الإمدادات إلى ٨٢ عامًا؛ قد يكون في الواقع مفرطًا في التفاؤل، ويمكن استنفاد الاحتياطي في فترة أقصر على نحو ملحوظ. ومع ذلك، لتحقيق التوازن في الصورة على نحو سليم، ينبغي أن يضاف إلى ذلك أنه لا تزال اكتشافات البترول الجديدة مستمرة في أجزاء كثيرة من العالم.

fig8
شكل ٣-٨: واردات النفط الأمريكية لعام ٢٠٠٨ (المصدر: وزارة الطاقة الأمريكية، إدارة معلومات الطاقة، الاستعراض السنوي للطاقة لعام ٢٠٠٨).
يجب أيضًا على أيِّ تناوُل لإمدادات الوقود الحفري والطلب عليه النظرُ إلى خليط الغازات الهيدروكربونية الذي يطلق عليه «الغاز الطبيعي». فعندما يُستخرج من الأرض، يكون هذا الغاز مكوَّنًا في الأساس من الميثان مع كميات أصغر من غيره من المواد القابلة للاشتعال (الإيثان والبروبان والبيوتان والبنتان) وبعض الشوائب. وبعد خطوات التنقية، يصبح هذا الغاز ثاني أهم مصدر للطاقة في الولايات المتحدة، ولا يتجاوزه في تقييم استهلاك الطاقة على مستوى العالم سوى الفحم. وكما هي الحال مع البترول، فإن أيَّ تقدير لرواسب الغاز يخضع لشكوك جيولوجية وتكنولوجية واقتصادية وسياسية؛ ومع ذلك، توجد أرقام متاحة ويمكن من خلالها أن نتحدث عن الاحتياطيات ومعدلات الاستخدام. أَعدَّتْ إدارة معلومات الطاقة في وزارة الطاقة الأمريكية16 تقديرًا عن الغاز الطبيعي القابل للاسترداد في الولايات المتحدة، من يناير ٢٠٠٧. كان الرقم الإجمالي ١٧٤٧ تريليون قدم مكعب، ولكن الملفت للنظر هو أنه من هذا الرقم الإجمالي، ٢١١ تريليون قدم مكعب فقط تصنف على أنها «احتياطيات مؤكدة»، وتتكون البقية من احتمالات غير مؤكدة تنقسم إلى أربع فئات مختلفة: (١) غير مكتشف. (٢) مقدَّرة. (٣) غاز ذائب في النفط. (٤) مصادر غير تقليدية. ويرتبط كل من هذه الفئات الأربع بوضوح مع شكوك ملحوظة. ولهدف المقارنة، يتيح المصدر نفسه الإجمالي العالمي لشهر يناير ٢٠٠٩، البالغ ٦٢٥٤ تريليون قدم مكعب.17
كما فعلنا سابقًا مع النفط، قد نسأل إلى متى ستستمر هذه الموارد إذا استُخدمت بمعدل الاستهلاك الحالي. تتلخص نتائج عمليات الحساب البسيطة لهذه النسبة في الجدول ٣-٦، مشيرة إلى أن الاحتياطيات العالمية المؤكدة توفر إمدادات مضمونة لنحو ٦٠ عامًا، ولكن الاحتياطيات الأمريكية المؤكدة الحالية ربما تنفد خلال تسع سنوات فحسب. بالطبع الرقم المعتمد على الاحتياطيات المؤكدة هو الاحتمالية الأكثر إفراطًا في التشاؤم؛ لأنه لا يضع في الاعتبار عمليات التنقيب المستمرة والاكتشافات الجديدة. وفي الواقع كانت الاكتشافات الأخيرة في الولايات المتحدة كبيرة على نحو غير متوقع، لا سيما تلك الاكتشافات المرتبطة باحتياطيات الصخر النفطي، وقفزت احتياطيات البلد بنسبة ٣٥٪ خلال عامين فقط. وهذه الزيادة الكبيرة في الإمداد المحلي الأمريكي قادمة مما يسمى «مصادر غير تقليدية»، وهي الفئة التي تضم الرمال القطرانية وغيرها من المواد المجتمعة التي تتطلب عملية استخراج أكثر تكلفة من العملية التي تتبع الحفر التقليدي. وإذا استخدمنا هذه المصادر بدلًا من الاحتياطيات المؤكدة في حساباتنا لاحتمالات إجمالي الاحتياطيات القابلة للاسترداد في الولايات المتحدة، فإن فترة الإمداد المضمونة تزداد على نحو كبير إلى ٧٥ عامًا.
جدول ٣-٦: احتياطيات الغاز الطبيعي.
احتياطيات الولايات المتحدة المؤكدة إجمالي تقديرات الولايات المتحدة احتياطيات عالمية مؤكدة
الاحتياطيات (تريليون قدم مكعب) ٢١١ ١,٧٤٧ ٦٢٥٤
الاستهلاك السنوي (تريليون قدم مكعب/السنة) ٢٣٫٢ ٢٣٫٢ ١٠٤
سنوات متبقية ٩ ٧٥ ٦٠
فيما يتعلق بالفحم — وهو ثالث المصادر الرئيسية لطاقة الوقود الحفري — تُقدَّر الاحتياطيات العالمية القابلة للاسترداد بنحو ٩٢٩ مليار طن، موزعة على نطاق واسع ولكن يقع معظمها في الولايات المتحدة وروسيا والصين (انظر الشكل ٣-٩ لبيانات عام ٢٠٠٥).18 إذا لم يتغير الاستهلاك الحالي البالغ ٦٫٥ أطنان سنويًّا، فإن إمدادات الفحم ستستمر ١٤٢ عامًا. ويبلغ نصيب الولايات المتحدة من إجمالي الاحتياطيات ٢٦٠ مليار طن، ويجري استخدامها حاليًّا بمعدل ١٫١ مليار طن سنويًّا.
fig9
شكل ٣-٩: احتياطيات العالم القابلة للاسترداد من الفحم لعام ٢٠٠٥ (المصدر: وزارة الطاقة الأمريكية، إدارة معلومات الطاقة، توقعات الطاقة في العالم لعام ٢٠٠٩).

إجمالًا، يمكننا أن نقول إن لدينا إمدادات وقود حفري كافية لتلبية الاحتياجات الحالية لما لا يقل عن نصف القرن القادم، إلا أن الصورة قد تتغير إذا زادت الاحتياجات على مستوى العالم أكثر مما هو متوقع. ولكن بقولنا ذلك، فإنه يبقى أن نتساءل هل كنا «نريد» مواصلة حرق الوقود الحفري في ضوء الفهم الحالي للآثار المترتبة على مناخنا العالمي وكل ما يتبع ذلك. يبدو أن لدينا فرصة سانحة لن تدوم طويلًا؛ أيْ فترة من الزمن يمكن خلالها — إذا اخترنا القيام بذلك — أن نتمكَّن من مواصلة حرق الوقود الحفري من أجل إتاحة الانتقال إلى نمط حياة تكنولوجي واقتصادي مختلف.

(٦) أشكال الطاقة

تمهيدًا لأيِّ دراسة لبدائل للطاقة، من الضروري تذكُّر حقيقة أساسية؛ وهي أن الطاقة لا تستُحدث ولا تفنى، إنما يتغير شكلها فحسب. يحدث هذا بطريقة مشابهة لشراء عملة جديدة في مقابل ما يمتلكه الشخص بالفعل، فبعد عملية الإبدال تختلف المظاهر ولكن تبقى القيمة الأساسية نفسها. ومن ثَم، فإن أيَّ دراسة للخيارات هي بمنزلة دراسة للتحول من شكل إلى آخر، وأفضل ما يمكن أن نأمل فيه على الإطلاق هو أن يكون شكل الطاقة الجديد أكثر توافرًا وأكثر مرونةً أو أكثر فائدة في العموم في تلبية احتياجاتنا. تحتاج هذه الفكرة تفصيلًا أكثر من خلال التعرُّف على ماهية أشكال الطاقة المختلفة في الواقع.

يصادف كل واحد منا الطاقة بمختلف أشكالها في وقائع الحياة اليومية. تصل إلينا «الطاقة الإشعاعية» من الشمس في خارج المنزل في أيِّ يوم صافٍ، ونرى جزءًا من هذه الطاقة مباشَرةً في صورة ضوء مرئي ونشعر بالجزء غير المرئي من طيف الشمس في صورة حرارة عندما تمتصه بشرتنا. وإشعاع الشمس مصدر أيضًا لتفاعلات التمثيل الضوئي التي تساعد النباتات على النمو؛ ومن ثَم تتحول الطاقة الإشعاعية إلى «طاقة كيميائية»؛ حيث تُخزن في النباتات حتى تُؤكل أو تُحرق أو تفسد، وإذا أكل البشر أو الحيوانات الأخرى النباتات، تُخزن الطاقة في أشكال كيميائية أخرى في الأنسجة الحيوانية.

على مدى العصور الجيولوجية، دُفنت بعض النباتات والحيوانات التي كانت موجودة آنذاك وتغيرت كيميائيًّا عندما تعرضت لظروف قاسية من الحرارة والضغط. شكَّلَت تلك التغيرات الكيميائية الفحم والنفط والغاز التي نستخدمها اليوم؛ أو ما يسمى بالوقود الحفري، وبحرقها نطلق في الواقع طاقةَ الشمس المخزنة لفترة طويلة في ذلك الوقود في شكل مواد كيميائية تسمى هيدروكربونات. وهدفنا من حرق الوقود — بطبيعة الحال — هو إطلاق هذه الطاقة المخزنة في شكل «طاقة حرارية»، يمكن استخدامها لتوليد البخار تحت ضغط. وحتى يتحرر ضغط البخار، يمكننا أن نفكر فيه على أنه شيء تتوافر فيه الإمكانية لأداء وظيفة لم يؤدِّها بعدُ، وعندما يُستخدم لتشغيل محرك بخاري أو عجلة توربينية، تتحقق هذه الإمكانية؛ بمعنى أن «الطاقة الكامنة» تتحول إلى طاقة حركة «ميكانيكية»، والتي تسمى أيضًا «طاقة حركية»، والتوربين بدوره يشغِّل مولدًا كهربائيًّا لتوليد الكهرباء.

يحدث تحوُّل مشابه للطاقة الكامنة إلى طاقة حركية عند إطلاق المياه المخزنة خلف السد عبر التوربينات، فتُستخدم الحركة المغزلية للتوربينات في توليد الكهرباء أيضًا، وتعطينا ما نسميه عادة الطاقة الكهرومائية. وبتتبع خطوات هذا التحول إلى البداية، نجد أن كل شيء بدأ من الشمس، عندما بخَّرَتِ الطاقةُ الإشعاعية المياهَ التي تكثفت وسقطت في صورة أمطار وثلوج، وجرى الماء في الأنهار التي ملأت المساحة وراء السد، والإطلاق اللاحق للطاقة الكامنة في المياه المخزنة جعل من الممكن توليد «طاقة كهربائية».

ومن الجدير بالذكر أنه توجد صور كثيرة لهذا الأمر. فعلى سبيل المثال، في الجهاز الذي يسمى «خلية وقود»، تتحول الطاقة الكيميائية المخزنة في الوقود إلى كهرباء مباشرةً، دون خطوات وسيطة. وفي محرك الاحتراق الداخلي الذي يشغِّل سياراتنا تتحول الطاقة الكيميائية في البنزين (أو الإيثانول) إلى طاقة ميكانيكية لتحريك السيارات. وفي السيارات الهجينة الأحدث، يُستخدم بعض من الطاقة الكيميائية للوقود لشحن البطارية؛ أيْ يُستخدم لتخزين الطاقة في صورة كيميائية أخرى. إضافة إلى ذلك، عندما تُستخدَم المكابح، بعضٌ من الطاقة الحركية الموجودة في العجلات تُشغل مولدًا صغيرًا يشحن أيضًا البطارية.

يمكن النظر إلى المفاعلات النووية التجارية في هذا السياق كذلك، بما أنها في جوهرها أجهزة لغلي الماء لتكوين البخار لاستخدامه في توليد الكهرباء، وهي تختلف عن محطات التوليد العادية في أنها تستخدم «الطاقة النووية» كمصدر للتحويل إلى طاقة حرارية. ويعرض الجدول ٣-٧ ملخصًا موجزًا لأشكال الطاقة المختلفة.
جدول ٣-٧: صور الطاقة.
النوع الأمثلة
طاقة إشعاعية أشعة الشمس
طاقة كيميائية النباتات والنفط والغاز والبطاريات
طاقة حرارية الحرارة
طاقة كامنة ضغط البخار والمياه خلف السد
طاقة حركية حركة الناعورة والطاحونة الهوائية والسيارات
طاقة ميكانيكية حركة الآلات
طاقة كهربية التيار في الأسلاك
طاقة نووية انشطار اليورانيوم واندماج الهيدروجين

أخيرًا، تجدر الإشارة إلى أن الكهرباء ليست بالضرورة نهاية التحوُّلات. إذا تبددت الطاقة الكهربائية في عنصر التسخين بمحمصة الخبز، فإن الغرض هنا هو تحرير الطاقة الحرارية؛ وإذا كانت تغذي فرن الميكروويف، فإن الطاقة الكهربائية تتحول إلى موجات كهرومغناطيسية تقوم بدورها بتسخين الطعام لدرجة الحرارة المطلوبة.

ربما نجمل كل ما سبق في القول بأن مختلف أشكال الطاقة يمكن تحويلها من شكل إلى آخر. كانت بعض هذه التحولات جزءًا من الطبيعة قبل ظهور البشر في الصورة بوقت طويل، أما الخطوات الأخرى فهي جزء من الثورة التكنولوجية التي حدثت في مئات السنوات القليلة الماضية. ويوضح الجدول ٣-٨ مجموعة مختارة موجزة من هذه التحوُّلات.
جدول ٣-٨: أمثلة لتحويلات الطاقة.
تحويل الطاقة
المثال من إلى
التمثيل الضوئي للنباتات طاقة إشعاعية طاقة كيميائية
حرق الفحم طاقة كيميائية طاقة حرارية
ضغط البخار طاقة حرارية طاقة كامنة
التوربين ومحرك البخار طاقة كامنة طاقة ميكانيكية
الدينامو (المولد الكهربي) طاقة ميكانيكية طاقة كهربائية

لا ينبغي أن تؤخذ حقيقة أن الطاقة يمكن أن تتحول من شكل لآخر على أنها تعني أن كل التحولات فاعلة بالقدر نفسه؛ فكفاءة التحول عالية جدًّا في الواقع بالنسبة لبعض الخطوات، فالمولد الكهربي — على سبيل المثال — يحول الطاقة الحركية إلى كهرباء بمعدل أفضل من ٩٨٪. من ناحية أخرى، لا يمكن تحويل الحرارة إلى حركة ميكانيكية عادة إلا في حدود حوالي ٣٠٪، وفي هذه الحالة، نسبة اﻟ ٧٠٪ التي لا يمكن تحويلها يجب أن تُطرح في شكل حرارة منخفضة الدرجة. ومحرك الاحتراق الداخلي عادة ما يحول أقل من ٢٥٪ من الطاقة الكيميائية الموجودة في الوقود إلى حركة في العجلات؛ إذ يُطرح الباقي مرة أخرى في شكل حرارة من الاحتكاك أو في مبرِّد المشعاع (ماء أو جليكول) ومنه إلى الهواء المحيط.

إن إدراك أن الطاقة يمكن تحويلها من شكل إلى آخر هو ما أدى في نهاية المطاف إلى الملاحظة التاريخية المتمثلة في أن الطاقة لا تُستحدَث ولا تفنى، وإنما تتحول فحسب. مع ذلك، ينبغي إضافة أنه في أيِّ تحوُّل من شكل إلى آخر، تنخفض جودة جزء من الطاقة ويمكن أن ينتج في صورة أقل قدرة على تلبية احتياجاتنا؛ وهكذا يمكن القول عن تحويل الطاقة إنه لا يوجد شيء دون مقابل. والمقارنة بتحويل العملات مفيدة هنا مرة أخرى؛ إذ ينبغي تضمين الرسوم التي يتقاضاها البنك أو الوكيل الذي يقوم بعملية التحويل في تقدير القيمة. وستتكرر مواضيع التحول والفقد تلك فيما يلي، ومع وضع أوجُه القصور هذه في الاعتبار سوف نستكشف في الفصول القادمة مجموعة متنوعة من الأفكار لتحسين وضع الطاقة لدينا.

هوامش

(1) US Department of Energy, Energy Information Administration (EIA), Annual Energy Review 2008, published June, 2009, Figure 5, p. xx, http://www.eia.doe.gov/aer/pdf/aer.pdf.
(2) Ibid., Figure 5.2, p. 130.
(3) Matthew R. Simmons, Twilight in the Desert: the Coming Saudi Oil Shock and the World Economy (Hoboken, NJ: Wiley, 2005); also Energy Information Administration (EIA), “World Primary Energy Production by Source, 1970–2006,” International Energy Database table, www.eia.doe.gov/aer/txt/ptb1101.html.
(4) International Energy Agency, World Energy Outlook 2008; also reported in Richard A. Kerr, “Energy: World Oil Crunch Looming?” Science, Vol. 322, November 21, 2008.
(5) US Department of Energy, EIA, Annual Energy Review 2008, op. cit.
(6) Energy Information Administration (EIA), “World Primary Energy Production by Source, Section 11” International Energy Database table, www.eia.doe.gov/aer/txt/ptb1101.html.
(7) Bengt Hillring and Matti Parikka, “Potential Market for Bio-Based Products” in P. Ranalli, Improvement of Crop Plants for Industrial End Uses (Netherlands: Springer, 2007), pp. 509–21.
(8) US Department of Energy, EIA, Annual Energy Review 2008, op. cit., Figure 8.2a.
(9) Richard A. Kerr, “Splitting the Difference Between Oil Pessimists and Optimists,” Science, Vol. 326, November 20, 2009, p. 1048, www.ukerc.ac.uk/support/Global%20Oil%20Depletion.
(10) Ibid., p. 1048.
(11) Jad Mouawad, “Report Weighs Fallout of Canada’s Oil Sands,” New York Times, May 18, 2009.
(12) US Department of Energy, EIA, Annual Energy Review 2008, op. cit.
(13) US Department of Energy, EIA, Annual Energy Review 2008, op. cit., Figure 5.4.
(14) Jad Mouawad, “OPEC Plans Further Output Cut,” New York Times, December 16, 2008.
(15) Andrew E. Kramer, “Falling Gas Prices Deny Russia a Lever of Power,” New York Times, May 16, 2009.
(16) US Department of Energy, Energy Information Administration (EIA), Annual Energy Outlook 2009, Report No. DOE/EIA-0484.
(17) US Department of Energy, Energy Information Administration (EIA), World Proved Reserves of Oil and Natural Gas, www.eia.doe.gov/emeu/international/reserves.html.
(18) US Department of Energy, EIA, International Energy Outlook 2009, op. cit.; also US Department of Energy, EIA, Annual Energy Review 2008, Figure 11.13.

جميع الحقوق محفوظة لهنداوي فاونديشن سي آي سي © 2019

تسجيل الدخول

هذا الحساب غير مُفعَّل، يُرجى التفعيل لتسجيل الدخول‎‎

Mail Icon

إنشاء حساب

Mail Icon

لقد أرسلنا رسالة تأكيد التسجيل إلى يرجى التحقق من البريد الوارد الخاص بك وتأكيد بريدك الالكتروني لاستكمال عملية اشتراكك.

نسيت كلمة السر؟

Mail Icon

إذا كان البريد الإلكترونى الذى أدخلتة متصلا بحساب فى هنداوي فاونديشن سي آي سي، فسيتم إرسال رساله مع إرشادات لإعادة ضبط كلمة السر.