مرايا الشمس حلّ غير خيالي لأزمة الطاقة

هل ضرب الإعصار «إيرين» مصافي النفط الأميركية على الشاطئ الاميركي الشرقي؟ ليس مهماً. هل عاودت ليبيا ضخّ النفط أم أنها تحتاج مزيداً من الوقت للعودة إلى سوق الطاقة؟ ليس مهماً أيضاً، فمع ميل الدول العملاقة الى تبني سياسة التنوّع في مصادر الطاقة بديلاً للاعتماد الآحادي على الوقود الإحفوري (نفط وغاز وفحم حجري)، صار موضوع الطاقات البديلة Alternative Energies المتغيّر الأبرز في المشهد العالمي للطاقة.
ويخمن الخبراء إن البترول والغاز سيكونان متاحان على مدى الخمسين سنة القادمة، وبعدها يصبح ذلك المصدر شحيحاً. وتعتبر هذه فترة وجيزة نسبياً لا سيما أن البدائل المطروحة وفي مقدمها استخدام الطاقات المتجددة، لا تزال في بداياتها. ومن هنا تأتي أهمية التركيز على تطوير هذه الطاقات في المستقبل المنظور.
العودة الى حضارة الشمس
يقول المتحمسون للإستغناء عن الطاقة المُلوّثة ان علاقة الإنسان مع الطاقة، بدأت بحضارة الشمس، والمقصود من هذا التعبير المجازي أن الحضارات القديمة اعتمدت أساساً على خشب الأشجار الذي يعتمد في حياته على الشمس، إضافة الى استخدام أشكال مباشرة من الشمس.
في هذا الإطار تتجه الأنظار نحو توليد الطاقة من الشمس، التي تعتبر مصدراً ثابتاً وقوياً لها. ويجري التفكير في الخلايا الشمسية التي لا تحتاج سوى قدر ضئيل من الصيانة. وقد بدأ اعتماد هذا الحل قبل عقود عدّة بشكل محدود للغاية كما في ألمانيا منذ خمسينات القرن الماضي. غير أن توافر النفط والغاز والفحم الحجري بسعر منخفض حدّ من تطوير الطاقات المتجددة والاستثمار الواسع فيها. وتتميز الخلايا الشمسية بأنها تعمل حتى في حال كانت السماء غير صافية، ما يعني صلاحيتها للاستخدام في أوروبا والبلدان التي لا تتمتع بشمس ساطعة على مدار السنة.
ترتبط عملية تطوير استخدامات الطاقة وتوسيعها بشكل عام وخصوصاً الشمسية منها، بالحد من استهلاكها من خلال استعمال مصابيح وأجهزة كهربائية خفيضة الاستهلاك للطاقة. ويرى الدكتور يواخيم كروجر وهو اختصاصي ألماني في أنظمة الطاقة الحديثة، إن كفاءة استخدام الطاقات تشكل أبرز تحديات المستقبل. ولا يعني ذلك برأيه الاكتفاء باستخدام الأجهزة التي توفر الطاقة، وإنما اعتماد تصاميم معمارية تأخذ في الاعتبار سطوع الشمس حيث يكون المبنى معرضاً لها قدر الإمكان.
على رغم توافر الشمس الساطعة في دول غرب آسيا وشمال أفريقيا وغرب وجنوب أميركا وغرب استراليا والسعودية وإيران إلا إنه لا توجد محطات كبرى في هذه الدول لتوليد الطاقة الشمسية حتى الآن. وتبلغ الطاقة المركبة من محطات توليد الطاقة الشمسية في تلك الدول حوالى نصف غيغاواط، مع العلم أنها تسعى للحصول على 630 غيغاواط منها في العام 2040.
تقنيات الضوء
لقد صُمّمت الكثير من الأنظمة لاستغلال الشمس في توليد الطاقة ومنها نظام الأبراج، التي تتألف من صفوف من المرايا تعكس أشعة الشمس على نقطة واحدة من البرج. و «بما ان الحرارة في هذه النقطة تصل إلى 1500 درجة حرارية، يُستعمل نوع خاص من السيراميك في منطقة الحرارة العالية» كما يقول كروجر. ويضيف «هذه الطريقة دخلت حيز التطبيق، إذ يجري العمل على تركيب محطة في ألمانيا ومحطتين أخريين في أسبانيا والولايات المتحدة».
أما النظام الثاني فهو نظام المرايا الشمسية، التي تتخذ شكل شمسية مقلوبة، ما يؤدي الى تركيز أشعة الشمس على نقطة واحدة تُدعى الممتص. وتُسيّر تلك المرايا بحيث تتوافق مع حركة الشمس على مدار النهار. وبذا، تدور المرايا مع الشمس، لتعود الى موضعها الأصلي عند الغروب. «هذه النوعية من المحطات منتشرة على نطاق كبير حيث يوجد محطة طاقتها حوالى 500 ميغاواط وأخرى بطاقة تزيد على 300 ميغاواط في ألمانيا، ويجري العمل على إنشاء محطة في أسبانيا بطاقة تصل إلى حوالى 500 ميغاواط»، كما يقول كروجر.
ويعتمد النظام الثالث على الطبق الشمسي الذي يجمع الضوء في نقطة عند منتصفه، فتعطي كمية كبيرة من الطاقة، ولكن تكلفة هذا النظام مرتفعة بالمقارنة مع نظام المرايا. ويرتكز النظام الرابع على عدسات «فريسنيل» التي تُركّز انعكاس الأشعة الشمسية على أنابيب الامتصاص، التي تبقى ثابتة في مكانها. «هناك عيب في هذه النوعية وهو عدم وجود انعكاس كامل لأشعة الشمس على أنابيب الامتصاص في فترة الصباح»، كما يرى كروجر.
وأخيراً، هناك نظام المرايا الشفافة التي تُركّب في الأماكن ذات المطابخ الكبيرة لكي تولّد البخار أيضاً. وجُرّب هذا النظام في الهند، حيث أُنشئت محطة لتخدم 150 ألف شخص. ويعيب هذا النظام الانخفاض في كفاءته، على رغم سهولة التعامل معه.
ويخلص كروجر للقول إن «نظام المرايا على شكل قطع مكافئ موجود منذ العام 1912، ونُفّذ في القاهرة. ويعتبر من أفضل النُظُم في الطاقة البديلة».