تحتاجون للطاقة.. انظروا إلى الشمس

عندما يجتمع قادة العالم في باريس هذا الشهر من أجل مؤتمر الأمم المتحدة لتغيّر المناخ، سيكون عليهم النظر في مسألة صعبة: من أين سيحصل البشر على ما يكفي من الطاقة لتلبية احتياجاتهم دون تدمير الكوكب.
من وجهة نظر علمية بحتة، الطاقة الشمسية هي الحل الوحيد.
أهدف البشرية الأكثر طموحاً- مثل إخراج مليارين آخرين من الناس من براثن الفقر المُدقع، أو السيطرة على ظاهرة الاحتباس الحراري- تتطلّب مصدرا وفيرا من الطاقة النظيفة والمُتجدّدة. السؤال هو كيفية الاختيار من بين خيارات مثل الطاقة الشمسية، وطاقة الرياح، والكتلة الحيوية. لتحقيق هذه الغاية، قرّرت مجموعة من العلماء من معهد ماكس بلانك الألماني معرفة أي مصدر من مصادر طاقة يملك أكبر الإمكانيات لتلبية احتياطات البشر طويلة الأجل.
نتائجهم لافتة للنظر: الطاقة الشمسية تستطيع تقديم طاقة نظيفة أكثر بنحو 100 ضعف من أي مصدر آخر.
إجمالي الطاقة الشمسية التي تصل إلى الأرض في الجزء العلوي من الغلاف الجوي هي حوالي 175 ألف تيراوات، أو حوالي، 10 آلاف ضعف ما يستخدمه البشر حالياً. الكثير من هذا يتم استيعابه في الغلاف الجوي، حيث يُغذّي الرياح والعواصف ويُساعد في دفع تدفّقات المحيطات. أقل من النصف قليلاً يصل إلى سطح الكوكب على شكل طاقة إشعاعية.
يجمع البشر طاقة الشمس بطريقتين. الأولى، أننا نوظّف تكنولوجيا الطاقة الشمسية لالتقاط الإشعاع الضوئي مباشرة. الثانية، أننا نحصل عليها بشكل غير مباشر، من خلال حرق المواد العضوية (النفط أو الفحم) التي ساعدت الشمس في نموها، أو من خلال تسخير الرياح والأمواج التي يُثيرها ضوء الشمس. كل طريقة تعاني من حدود مادية خاصة بها - كمية أشعة الشمس التي، وفقاً لقوانين الديناميكية الحرارية، يُمكن تحويلها إلى طاقة قابلة للاستخدام.
وجد العلماء في معهد ماكس بلانك أن الطريقة غير المباشرة هي الأكثر إسرافاً على الإطلاق. بالنسبة لطاقة الرياح، أفضل كفاءة مُمكنة- تُعرف بأنها الجزء من أشعة الشمس الأولية الذي يتم التقاطه للاستخدام البشري- هي حوالي 0.5% فقط. كما تبيّن أن صناعة الوقود الحيوي من النباتات التي تعمل من خلال عملية التمثيل الضوئي هي أفضل بقليل فقط، حيث أن أكبر قدر من الكفاءة هو نسبة 1.5% على الأرض، في الغالب لأن النباتات تتمكّن من تجميع الطاقة الضوئية فقط من جزء صغير من الطيف.
الطريقة المباشرة هي أفضل بكثير. يُقدّر العلماء أن الطاقة يُمكن حصادها بكفاءة تبلغ 93% من أشعة الشمس المباشرة، و73% من الأشعة المُحيطة المُنتشرة.
الجمع بين الوفرة والكفاءة يجعل الطاقة الشمسية واعدة أكثر بكثير من مصادر الطاقة الأخرى. باستخدام بيانات الأقمار الصناعية عن أنماط الطاقة الإشعاعية العالمية، يُقدّر العلماء أن الحد الأقصى من الطاقة الشمسية المُستخلصة على الأرض هي بمقدار 16300 تيراوات، حوالي ألف ضعف استخدام الطاقة الحالي لدينا. وهذا أكثر من 100 ضعف مما يُمكن الحصول عليه سواء من طاقة الرياح أو الكتلة الحيوية. وإضافة الطاقة التي تتجمع فوق المُحيطات لا تغيّر الصورة كثيراً.
من المؤكد أن تكنولوجيا «الفولطية الضوئية» تبقى بعيدة عن المثالية. متوسط الكفاءة الحالي هو 20% فقط، أقل بكثير من الحد الأقصى من الناحية النظرية. مع ذلك، حتى مع هذه الأجهزة، فإن الطاقة الشمسية المُتاحة تتجاوز استخدامنا الحالي بأكثر من 250 ضعفا. بالتالي، من المنطقي الاستمرار في توسيع استخدام تكنولوجيا الطاقة الشمسية، التي كانت تنمو بنحو 5% سنوياً لمدة 20 عاماً. بإمكاننا تلبية احتياجاتنا من الطاقة من خلال محطات الطاقة الشمسية التي تُغطي جزءا صغيرا فقط من الكوكب، لا سيما إذا افترضنا أن الكفاءة سوف تتحسّن.
اقتصاديات مصادر الطاقة المختلفة هي مسألة أخرى تماماً. في الأماكن المظلمة أو العاصفة، قد تكون طاقة الرياح هي الخيار الأفضل. لكن في أماكن أخرى، الواقع المحلي قد يجعل إنتاج الوقود الحيوي أمراً معقولاً. لكن عموماً، هناك الكثير من الطاقة لتلبية احتياجاتنا، والطاقة الشمسية هي الطريقة الأفضل للحصول عليها على الإطلاق.