الطاقة الأحيائية في الاقتصاد العلماني: الفرص والتحديات

إن الانتقال من اقتصاد خطي " للأخطار " إلى تعميم واحد يتوقف على إعادة التفكير في كيفية إدارة الموارد، فالطاقة الأحيائية - الطاقة المستمدة من المواد العضوية مثل مخلفات المحاصيل، والنفايات الحرجية، وخردة الأغذية، ومحاصيل الطاقة المكرّسة - تشكل حجر الزاوية في هذا التحول، إذ تحول المواد التي ستنبذ في غير ذلك إلى ملامح حرارة، وكهرباء، وفوائد الوقود، وتقسيم الطاقة الأحيائية إلى حد كبير.

ما هو الطاقة الحيوية في الاقتصاد العلماني؟

ويهدف الاقتصاد الدائري إلى إبقاء الموارد في الاستخدام إلى أقصى حد ممكن، مع استخراج القيمة القصوى في الوقت الذي تولد فيه النظم الطبيعية، خلافا للنموذج الخطي - حيث تكون النفايات نقطة نهاية - يعامل النموذج الدائري النفايات كمورد، ويدخل الطاقة الأحيائية في هذه المظلة، وذلك باستخدام المخلفات العضوية كقطعة مواد وسيطة لتوليد الطاقة، وتشمل المواد الوسيطة المشتركة المخلفات الزراعية (الخام، الحطب، المزروعة، الموانع).

وتختلف مسارات تحويل الطاقة اختلافا كبيرا: الاحتراق للحرارة والطاقة، والحفر الهوائي للغازات الأحيائية، والتخمير للإيثانول، وتغزي الغازات لغاز الغازات، والتحلل الحراري للبنزين الأحيائي والشحن الأحيائي، ويعتمد اختيار التكنولوجيا على خصائص المواد الوسيطة، والحجم، ومتطلبات الاستخدام النهائي، وفي نظام دائري، فإن المنتجات الفرعية لهذه العمليات - مثل نكهة التوليد من المصانع أو النباتات.

ويضع هذا التكامل الطاقة الأحيائية ليس كحل قائم بذاته وإنما كعنصر من عناصر التنويم البيولوجي الأوسع نطاقاً الذي يشمل أيضاً الكيماويات الأحيائية والمواد البيولوجية وإنتاج الأغذية، والمبدأ الرئيسي هو ] استخدام الكتلة الأحيائية ]: إعطاء الأولوية لتطبيقات عالية القيمة (مثل المواد والمواد الكيميائية) ثم استعادة الطاقة من مخلفات الذخائر.

فرص الطاقة الأحيائية في الاقتصاد العلماني

النفايات المميتة وتحويل مواقع دفن النفايات

وتتمثل أهم الفوائد المباشرة للطاقة الأحيائية في تحويل النفايات العضوية إلى طاقة مفيدة، وعلى الصعيد العالمي، تشكل مدافن القمامة مصدرا رئيسيا للميثان - وهو غاز الدفيئة أكثر قوة من ثاني أكسيد الكربون، إذ يمكن أن تؤدي تحويل النفايات الغذائية، وترايم المعادن، والبقايا الزراعية إلى الهضمات الهوائية أو المسببات الغازية، إلى ضبط انبعاثات الميثان وتحويلها إلى غازات بيولوجية أو كهرباء.

وفي الواقع، فإن البلديات والصناعات تبرهن بالفعل على النجاح، ففي السويد، تُمنح الغازات الأحيائية من نفايات الأغذية الحافلات العامة؛ وفي الهند، توفر محطات الغاز الحيوي على نطاق القرية الغاز الطبخي من ماشية الماشية، ويُفضل أن يعمل النموذج الاقتصادي عندما تكون رسوم التخلص من النفايات مرتفعة، مما يخلق حافزا ماليا لتحويل النفايات إلى استعادة الطاقة.

الطاقة المتجددة وتخفيف الكربون

فالطاقة الأحيائية هي أحد المصادر المتجددة القليلة التي يمكن إرسالها - خلافا للريح أو الطاقة الشمسية، يمكن تخزين الكتلة الأحيائية وإحراقها عند الطلب، مما يجعلها قيمة بالنسبة لاستقرار الشبكة والقدرة الاحتياطية، وعندما تنتج الطاقة الأحيائية على نحو مستدام، يمكن أن تكون محايدة للكربون أو حتى غير ملوثة بالكربون: فالكربون المفرج عنه أثناء الاحتراق يعادل الكربون الممتص أثناء نمو الكتلة الحيوية.

ويشير توافق الآراء العلمي الحالي إلى أن الطاقة الأحيائية المستدامة يمكن أن توفر 10-20 في المائة من الطاقة الأولية العالمية بحلول عام 2050، مما يساعد على تحقيق الأهداف المناخية، فعلى سبيل المثال، تفيد الوكالة الدولية للطاقة (IEA Bioenergy) بأن الطاقة الأحيائية الحديثة توفر بالفعل حوالي 10 في المائة من مجموع إمدادات الطاقة الأولية العالمية - أكثر من إمدادات الطاقة الهيدرولية والريحية والشمسية وغيرها من مصادر الطاقة المتجددة مجتمعة.

التنمية الاقتصادية والوظائف الريفية

وتميل مشاريع الطاقة الأحيائية إلى توزيعها وتمركزها، مما يخلق فرص عمل في إنتاج المواد الوسيطة، واللوجستيات، وبناء النباتات، والتشغيل، وعلى عكس الهياكل الأساسية المركزية للوقود الأحفوري، يمكن للطاقة الأحيائية أن تنشط الاقتصادات الريفية بتوفير أسواق جديدة للمخلفات الزراعية وترقيح الغابات، وقد تبين من دراسة أجرتها وزارة الطاقة في الولايات المتحدة أن قطاع الطاقة الأحيائية يدعم مئات الآلاف من الوظائف في جميع سلاسل الإمداد.

ويمكن أن تكون النظم الصغيرة الحجم - مثل محطات الغاز الحيوي المجتمعية أو مغلي رقائق الخشب القروية - ذات تحول خاص في البلدان النامية حيث تكون إمكانية الحصول على الطاقة الموثوقة محدودة، وهي تقلل من الاعتماد على الكيروسين أو الديزل المستوردة، وتحسن أمن الطاقة، وتحتفظ بالمال داخل الاقتصادات المحلية، وقد مول البنك الدولي العديد من مشاريع التنمية ] البينيجي ] التي تعالج في الوقت نفسه الفقر في الطاقة وإدارة النفايات.

أمن الطاقة وتنويعها

ويمكن للبلدان التي تعتمد اعتمادا كبيرا على الغاز الطبيعي أو النفط أو الفحم المستوردة أن تقلل من المخاطر الجيوسياسية عن طريق تنمية الموارد المحلية للطاقة الأحيائية، ويمكن أن تحل الغاز الطبيعي في التدفئة وتوليد الطاقة؛ ويمكن أن يحل الوقود الأحيائي محل البنزين والديزل في النقل، حيث إن البنية التحتية الناضجة لشبكات الغاز الطبيعي والمركبات، فإن رفع مستوى الغاز الحيوي إلى الميثان هو حل للغاز الغليفي.

التحديات التي تواجه التبني في مجال الطاقة الأحيائية

توافر المواد الغذائية والمنافسة

ويتطلب التوسع في الطاقة الحيوية إمدادات موثوقة ومتسقة من الكتلة الحيوية، وكثيرا ما يقيد ذلك بالسموم والاستخدامات المتنافسة )التغذية الحيوانية، وتربية الأسرة، وتعديل التربة(، وتكاليف جمع ونقل الطاقة، مثلا، يمكن ترك الفراولة المستخدمة في الغاز الحيوي على ميادين لتحسين المادة العضوية في التربة، ويمكن أن تتنافس محاصيل الطاقة المكر َّسة مع المحاصيل الغذائية من أجل الأراضي والمياه - وهي شاغل دائم أثار " مصادر مستدامة مقابل الوقود " .

وعلاوة على ذلك، فإن كثافة الطاقة في الكتلة الحيوية الخام منخفضة، مما يجعل النقل البعيد المدى غير اقتصادي، إذ يجب على معظم محطات الطاقة الأحيائية أن تُحدّد مصادر وسيطة، مما يحد من نطاقها وكفاءتها الاقتصادية، ويمكن لتكنولوجيات المعالجة المسبقة (مثلاً، التمزق، التكييف) أن تحسن كثافة الطاقة، ولكن تضيف التكاليف.

الآثار البيئية وحدود الاستدامة

وإذا لم تدار الطاقة الأحيائية على نحو سليم، فإنها يمكن أن تكون لها آثار بيئية سلبية، إذ أن زراعة المحاصيل الأحادية المكثفة للطاقة يمكن أن تقلل التنوع البيولوجي، وتستنفد مغذيات التربة، وتحتاج إلى الأسمدة ومبيدات الآفات، وتستهلك كميات كبيرة من المياه، وتخليص الغابات الطبيعية من إطلاقات مزارع الكتلة الحيوية وتدمر النظم الإيكولوجية - خلافا للمنافع المقصودة، ويجب أن يُحسب تحليل دورة الحياة لتغير استخدام الأراضي غير المباشر، حيث ينتقل إنتاج الأغذية المشرد.

وقد بدأت معايير الاستدامة الصارمة في الظهور، إذ أن التوجيه المتعلق بالطاقة المتجددة الصادر عن الاتحاد الأوروبي ينص على أن الكتلة الحيوية المستخدمة في الطاقة يجب ألا تأتي من الأراضي ذات القيمة العالية للتنوع البيولوجي، أو من مخزونات الكربون العالية، أو الأراضي الخيزية، كما أن هناك حاجة إلى أطر مماثلة على الصعيد العالمي لضمان أن تحقق الطاقة الأحيائية مكاسب بيئية صافية، وتساعد خطط التوثيق (مثل برنامج الكتلة الأحيائية المستدامة، والمكتب الإقليمي لسواتل رصد الأرض) على التحقق من الامتثال ولكن إضافة الأعباء الإدارية.

الحواجز المتعلقة بالقدرة الاقتصادية على تحمل عبء الديون والاستثمار

وكثيرا ما تردع التكاليف الرأسمالية المرتفعة لمصانع الحفر الهوائية، والمزودين بالغاز، والارتقاء بالمعدات الاستثمار، لا سيما في البلدان النامية التي ينقص فيها التمويل، ويمكن أن تكون تكاليف المواد الخام متقلبة، وقد تكون الإيرادات المتأتية من مبيعات الطاقة غير كافية لتغطية نفقات التشغيل دون إعانات أو تعريفات تعريفية مغذية، ويعتمد العديد من مشاريع الطاقة الأحيائية على حوافز حكومية - معيار الوقود المتجددة، ونظام الاتحاد الأوروبي لإيقاف السياسات المتعلقة بالانبعاثات، ومختلف آليات التسعير الكربون.

ولا تقلب منحنى التعلم التكنولوجي مستوى الطاقة الشمسية والريحية؛ ولا تزال تكاليف الطاقة الأحيائية ثابتة نسبيا، غير أن الابتكار في النظم النموذجية الصغيرة، وسوء المعاملة قبل التكلفة، وتحسين تنظيف الغاز يقلل ببطء من الحواجز التي تعترض الدخول، كما أن نماذج التجميع - حيث تجمع المزارع المتعددة المواد الوسيطة - يمكن أن تحسن أيضا وفورات الحجم.

القيود التكنولوجية والكفاءات

وتتفاوت كفاءة التحويل: تحقق تكوين الكتلة الحيوية الصلبة للكهرباء نحو ٢٥-٣٥ في المائة، على غرار الفحم، في حين أن الهضم الجوي يمكن أن يؤدي عادة إلى تحويل الطاقة إلى ٥٠-٦٠ في المائة للغازات الأحيائية )على أساس محتوى الميثان( أما التوليد والتحلل الحراري فيمكن أن يكونا أكثر مرونة ولكن أقل نضجا تجاريا.

وكان تصعيد الوقود الأحيائي المتقدم (مثلاً، الإيثانول الخلوي، وقود الانزال) من الطيار إلى التجارة أبطأ مما كان متوقعاً، كما أن التكرير الأحيائي المتكامل الذي يُنتج منتجات متعددة (كيماويات، الحرارة، الطاقة، الوقود) أمر واعد ولكنه يتطلب تكاملاً معقداً في العمليات وأسواقاً مستقرة لكل مسار من مسارات المنتجات.

مسارات استراتيجية لزيادة الطاقة الأحيائية في اقتصاد العلماني

التكريرات البيولوجية المتكاملة واستخدامات المقابس

ومستقبل الطاقة الأحيائية يكمن في ] المستوردات الأحيائية المتكاملة التي تزيد كفاءة الموارد إلى أقصى حد، وبدلاً من حرق الكتلة الأحيائية فقط للحرارة، يستخرج أول مستخرج من المواد الكيميائية الحيوية ذات القيمة العالية (الدينين، السكر، الزيوت) من المواد البلاستيكية، أو المستحضرات الصيدلانية، أو المواد التشحيم، ثم يستخدم الفرن المتبقي أو المواد العضوية.

وتوجد أمثلة على ذلك على النطاق التجريبي والتجاري، حيث أن عملية التكرير الأحيائي في بوريغارد في النرويج تنتج مواد كيميائية خاصة، وأجهزة خلوية، وبيوتاً بيولوجياً من الخشب، وفي الولايات المتحدة، قامت وزارة الطاقة بتمويل عدة مشاريع متكاملة للتنقية الأحيائية تستهدف خفض التكاليف، ويتطلب الاعتماد الواسع النطاق إحراز تقدم في تكنولوجيات الفصل، وكفاءة الانزيم، واقتصاديات العمليات.

Carbon Removal: Bioenergy with CCS (BECCS)

وهناك تطبيق ملزم بوجه خاص يجمع بين الطاقة الأحيائية وضبط الكربون وتخزينه، وإذا كانت الكتلة الأحيائية تمتص ثاني أكسيد الكربون (2) ] من الغلاف الجوي أثناء النمو، وأن انبعاثات ثاني أكسيد الكربون (2) تُمسك وتُخزَّن جيولوجياً عندما تحترق الكتلة الأحيائية، فإن الأثر الصافي هو الانبعاثات السلبية.

أطر السياسات وتصميم الأسواق

وللتغلب على الحواجز الاقتصادية، يجب على الحكومات أن تقدم إشارات سياساتية مستقرة وطويلة الأجل، ويشمل ذلك أهدافاً للطاقة المتجددة تشمل صراحة الطاقة الأحيائية، وتسعير الكربون الذي تتجنب فيه الانبعاثات، وولايات الاستدامة التي تمنع النتائج الضارة، كما أن التوجيه المنقح للاتحاد الأوروبي بشأن الطاقة المتجددة، وعقود المملكة المتحدة للفرق، ومقياس كاليفورنيا المنخفض للكربون، هي أمثلة تدعم النمو العضوي في مجال الطاقة المتجددة.

وتحتاج البلدان النامية إلى التمويل الدولي ونقل التكنولوجيا إلى الانتقال إلى الطاقة الأحيائية الفعالة والمستدامة، وقد خصصت صناديق الاستثمار في المناخ والصندوق الأخضر للمناخ موارد لمشاريع الطاقة الأحيائية، ولكن يلزم توفير المزيد من القروض التساهلية وضمانات المخاطر.

الأدوات الرقمية وسلسلة الإمدادات

وتستفيد نظم الطاقة الأحيائية الحديثة من التدمير الرقمي، ويمكن لأجهزة الاستشعار التي تستخدم تكنولوجيا المعلومات والصور الساتلية والبرامجيات اللوجستية أن تحقق الحد الأمثل لجمع المواد الوسيطة، والتنبؤ بالأرباح، وإدارة المخزونات، ورصد الانبعاثات، ويمكن للمنبرات التي تضاهي منتجي النفايات بمستهلكي الطاقة أن تقلل من تكاليف المعاملات، وعلى سبيل المثال، فإن تبادل الكتلة الأحيائية (مثل السوق الإلكترونية ]) بواسطة سيناريو بيوماسات وسيطة [FLT:توائم] تتيح التجارة الفعالة.

أولويات البحث والابتكار

ومن الضروري مواصلة الاستثمار في مجال التنمية الريفية، وتشمل المجالات الرئيسية ما يلي:

  • Advanced pretreatment] to reduce the cost of breaking down lignin and cellulose.
  • Improved thermochemical conversion (pyrolysis, gasification) with robust gas cleanup for syngas.
  • Algae-based bioenergy] for high-yield, non-land-competitive feedstocks.
  • Synthetic biology] to design microbes that convert syngas or captured CO]2] directly into fuels.
  • Modular, containerized bioenergy plants] that can be deployed rapidly in remote areas.

وتعجل مبادرات البيانات المفتوحة والشراكات بين القطاعين العام والخاص بهذه الابتكارات، ويعتبر برنامج التعاون في مجال التكنولوجيا الحيوية التابع للوكالة الدولية للطاقة الذرية أداة رئيسية لتبادل المعارف في جميع البلدان (]]]] ].

خاتمة

فالطاقة الأحيائية تنطوي على إمكانات كبيرة لدعم الاقتصاد الدائري بتحويل النفايات إلى طاقة، وتخفيض انبعاثات غازات الدفيئة، وإيجاد فرص العمل الريفية، وتعزيز استقلال الطاقة، ولكن فتح هذه الإمكانات يتوقف على التصدي للتحديات الحقيقية: ضمان استدامة الإمداد بالمواد الوسيطة، والتخفيف من المفاضلة البيئية، وتحسين القدرة الاقتصادية، ووضع أطر سياساتية قوية، وسيكون النهج النظمي - النهج الذي يدمج الطاقة الأحيائية مع تكديس المواد، واستخلاص الكربون، وتحقيق الاستخدام الأمثل للرقم، وتحقيق العدالة الاجتماعية.

ولا يمكن لأي مصدر متجدد واحد أن يحل أزمات المناخ والنفايات بمفرده، فالطاقة الأحيائية، عندما تنشر بعناية في إطار المبادئ التعميمية، توفر قطعة مرنة ومرسلة وقابلة للاتباع من الحل، مع استمرار الابتكار والحكم الداعم، يمكن أن تصبح حجر الزاوية في المستقبل التجددي المنخفض الكربون.