تنفيذ مبادئ الاقتصاد العلماني في تصنيع مكونات محايدة الطاقة

مقدمة

إن شبكة الطاقة هي العمود الفقري للحضارة الحديثة، وتوليد الكهرباء إلى المنازل والأعمال التجارية والصناعات، ومع ذلك فإن المكونات التي تشكل هذه الهياكل الأساسية الحيوية، والمتحولين، والموصلين، والموصلين، وأجهزة الكسر في الدوائر، تُصنع تقليديا باستخدام نموذج خطي للكشف عن الاختراق، ويستهلك هذا النهج كميات كبيرة من المواد الخام، ويولد نفايات كبيرة، ويساهم في تدهور البيئة.

فإدخال الاقتصاد الدائري - وهو نظام تجديدي يهدف إلى إبقاء المنتجات والمكونات والمواد في أعلى منفعتها وقيمتها في جميع الأوقات، ومن خلال إدماج مبادئ الاقتصاد الدائري في إنتاج مكونات الشبكة، يمكن للمصنعين أن يقللوا الاعتماد على الموارد البكر، وأن يوسعوا نطاق عمر المنتج، وأن يخلقوا تدفقات من المواد المغلقة، وتستكشف هذه المادة ما يعنيه الاقتصاد الدائري من أجل تصنيع شبكات الكهرباء، ولماذا يهم ذلك، وكيف يمكن للشركات عملياً أن تنفذ هذه المبادئ لبناء بنية أساسية أكثر استدامة.

ما هو الاقتصاد العلماني؟

فالاقتصاد الدائري هو إطار اقتصادي يفصل النمو عن استهلاك الموارد المحدودة، وبدلاً من المواد الخام التقليدية التي تستخرج من النموذج، وتصنيع واستخدام ونموذج التعميم، يحتفظ بالمواد المستخدمة إلى أقصى حد ممكن من خلال إعادة الاستخدام والإصلاح والتجديد وإعادة التصنيع وإعادة التدوير، ويستند إلى ثلاثة مبادئ أساسية هي القضاء على النفايات والتلوث، وتعميم المنتجات والمواد، وإعادة الترميم.

وبالنسبة للصناعة، يعني هذا تصميم المنتجات منذ البداية مع مراعاة دورة حياتها بأكملها، وينبغي أن تكون المكونات سهلة التفكيك والارتقاء وإعادة التدوير، وينبغي أن تكون المواد آمنة بالنسبة للصحة البشرية والبيئة، وينبغي أن تتحول نماذج الأعمال التجارية من بيع المنتجات إلى تقديم الخدمات أو عقود الأداء.() وقد قامت Ellen MacArthur Foundation باعتماد هذا المفهوم على الصعيد العالمي، مما يوفر إطاراً واضحاً.

لماذا عنصر القوة الجاهزة يحتاج إلى العلمانية

مكونات شبكة الطاقة الكهربائية كثيفة الموارد، ويمكن أن يحتوي محول طاقة كبير واحد على عشرات الأطنان من النحاس والصلب والزيت العزل، وتتكون السائلات عادة من الخزف أو الزجاج أو المركب المتعدد البوليمر، وعادة ما تكون أجهزة التحكم هي سلالات الألمنيوم أو النحاس، ويُعد الطلب التراكمي على هذه المواد لتوسيع وتحديث الشبكات الكهربائية في جميع أنحاء العالم مذهلاً.

وعلاوة على ذلك، فإن مكونات الشبكة لها فترات طويلة - تتراوح بين 30 و50 سنة - ولكن عندما تصل إلى نهاية العمر، ينتهي الكثير منها في مدافن القمامة أو يجري إعادة تدويرها بصورة غير فعالة، كما أن ] الرصد العالمي للنفايات الخطرة () يورد تقارير تفيد بأن نحو 20 في المائة فقط من النفايات الإلكترونية يتم جمعها رسمياً وإعادة تدويرها، وأن مكوناتها ذات قيمة في كثير من الأحيان.

المبادئ الأساسية المطبقة على العناصر المظلمة

ويتطلب تنفيذ التعميم في مجال صناعة مكونات الشبكة ترجمة المبادئ الرفيعة المستوى إلى ممارسات هندسية وأعمالية ملموسة، وتفصل الأقسام الفرعية التالية أكثر مجالات التركيز تأثيرا.

التصميم من أجل طول العمر

إن توسيع نطاق الحياة التشغيلية لمكونات الشبكة هو أحد أكثر الاستراتيجيات التعميمية فعالية، فبدلا من تصميم فترة حياة ثابتة، يمكن للمصنعين أن يخلقوا منتجات يسهل الحفاظ عليها وتحسينها وإصلاحها، ويشمل ذلك استخدام مواد عالية الجودة ودائمة؛ وإدراج تصميمات نموذجية تسمح بالاستعاضة عن كل جزء منها؛ وتوفير وثائق شاملة للخدمات، مثلا يمكن تجديد محول مصمم بنظم وقمص يسهل الوصول إليها بدلا من أن يُخفض تماما في الموقع.

التصميم لأغراض التفكك وإعادة التدوير

وعندما يصل عنصر ما في نهاية حياته المفيدة في نهاية المطاف، ينبغي استرداد مواده بأقل قدر من الطاقة والتكلفة، وهذا يعني تجنب المفاصل المُلصقة، والمواد المركبة التي يصعب فصلها، والمواد الخطرة التي تعقِّد إعادة التدوير، واستخدام الصومعات الموحدة، ووضع علامات على جميع المواد، وتوفير تعليمات متفاوتة يمكن أن يحسن كثيرا من معدلات الاسترداد، واليوم، يُصنع العديد من الموصلات من البوليمرات المُزُجَة التي يكاد يكون من المستحيلة إلى حد بعيد المنضبة.

برهنت شركات تصنيع مثل Hitachi Energy على أن المحولات الكبيرة يمكن تصميمها لاسترداد المواد شبه الكاملة، ويستخدم مفهومها "محول النظائر" مواد العزل قابلة لإعادة التدوير ويمكّن من استعادة النحاس والصلب وزرع النفط في نهاية العمر.

الابتكارات المادية والاستعاضة عنها

كما يتطلب الحد من البصمة البيئية لمكونات الشبكة تجديد المواد ذاتها، ولا سيما النحاس والألومنيوم - التي يمكن استخدامها دون المساس بالأداء، شريطة وجود ضوابط ملائمة على الجودة. ]

وبالنسبة للمصممين، فإن البوليمرات القابلة للتحلل الأحيائي المستمدة من المصادر النباتية آخذة في الظهور كبدائل للبلاستيك القائم على النفط، وعلى الرغم من أن هذه المواد لا تزال في مرحلة مبكرة من التطور، فإنها توفر مسارا واعدا للحد من النفايات والسمية، وبالمثل، فإن السوائل العزلة القائمة على الاستراتب الطبيعي (الزيوت النباتية) تحل محل النفط المعدني في المحولات، مما يتيح تحسين القابلية للتحلل الأحيائي وسلامة الحرائق، كما أن التعاون مع معاهد العلوم المادية والموردين أمر حاسم الأهمية في توسيع نطاق هذه.

الإنعاش وإعادة التصنيع

فبدلاً من شحن مكونات نهاية العمر إلى مدافن القمامة، يمكن للمصنعين أن يضعوا برامج استرجاعية تسترد أجزاء قيمة لإعادة التصنيع، ويمكن لنظام استرداد جيدة الأداء أن يستعيد المحولين، والبديل، والأجهزة الأخرى، ويعيدون تجديدها إلى ظروف جديدة، ويعيدونها إلى السوق، ويقلل هذا النهج المغلقة من الحاجة إلى استخراج المواد الخام واستهلاك كبير من الطاقة.

استراتيجيات التنفيذ

ويتطلب الانتقال من النظرية إلى الممارسة نهجا منهجيا، وتوفر الاستراتيجيات التالية خريطة طريق للمصنعين الذين يتطلعون إلى دمج التعميم في عملياتهم.

تقييم دورة حياة المنتجات

وقبل إجراء التغييرات، يجب على المصنعين أن يفهموا الآثار البيئية والاقتصادية لمنتجاتهم في كل مراحل استخراج المواد وإنتاجها وتوزيعها واستخدامها ونهاية عمرها، وأن يجريوا ] تقييم دورة الحياة [FLCA:1] ويساعدوا على تحديد البؤر التي يكون فيها للتدخلات الدائرية أكبر أثر، وعلى سبيل المثال، قد يكشف تقييم حراري مائي متغير في مرحلة الاستخدام، على استهلاك الطاقة من أجل تحويل المواد.

سوقيات مُتَخَذَة ومُتَعَبَّرة

ويتطلب تنفيذ برنامج للاسترداد إنشاء شبكات سوقية عكسية لجمع المكونات المستعملة من المرافق ومشغلي الشبكات، ويمكن القيام بذلك من خلال الشراكات مع مقدمي الخدمات اللوجستية أو من خلال إنشاء مراكز لجمعية إقليمية، وينبغي أيضاً للمصانع أن تستثمر في فرز واختبار مرافق تجديد المرافق، ومن الأمثلة على ذلك: ]] [وإنفاق طاقة هتاشي] [ترد تكاليف الاسترداد من الفولاذية:1].

التصميم النموذجي لتحسين التدرج

ويمكن أن تتيح المكونات المثبتة في الوحدات النموذجية رفع مستوى تدريجي دون استبدال الوحدة بأكملها، فعلى سبيل المثال، يمكن لفريق التبديل الذي يضم وحدات مراقبة قابلة للتبادل أن يستكمل إلكترونياته بالمعايير الحديثة بينما يظل الضبط والحافلات والأجزاء الميكانيكية في الخدمة، مما يوسع الحياة الوظيفية ويخفض النفايات الإلكترونية ويخفض التكلفة الإجمالية لملكية المرافق.

تعاون الموردين وشراء العلماني

ولا يمكن أن ينجح التصنيع العلماني في عزلة، إذ يجب على المصانع أن تعمل بشكل وثيق مع موردي المواد الخام على إعادة تدويرها أو إنتاجها بصورة مستدامة، وقد يشمل ذلك عقوداً تحدد نسبة مئوية دنيا من المحتوى المعاد تدويره للمعادن، أو شراء معادن مصدَّرة ذات مسؤولية.() وتنسق المبادرات التعاونية مثل [FLT:] الشراكة الإلكترونية الدائرة () والممارسات الصناعية الناشئة عن:

بالإضافة إلى ذلك، يجب على المصنعين تقييم آثار الكربون الخاصة بهم وكفاءة المواد، اختيار الموردين الذين يعتمدون أيضاً ممارسات تعميمية يضاعف الأثر الإيجابي، في بعض الولايات القضائية، سياسات الشراء التفضيلية تتطلب بالفعل إظهار التعميم، لذا فإن صناعات مواقع التبني المبكر يفضلون الأنظمة المستقبلية.

التحديات والفرص

وعلى الرغم من الفوائد الواضحة، فإن الانتقال إلى اقتصاد دائري في صناعة مكونات الشبكة ليس بدون عقبات.

التكاليف العليا

(ب) إن إعادة تصميم خطوط الإنتاج وإعادة تصميم المنتجات وإنشاء سوقيات للاسترجاع تتطلب استثمارات رأسمالية كبيرة، وقد يجد المصنّعون الصغار والمتوسطة الحجم صعوبة في استيعاب هذه التكاليف دون دعم مالي، غير أن الوفورات الطويلة الأجل من خلال انخفاض المشتريات المادية، وانخفاض رسوم التخلص من النفايات، وتدفقات الإيرادات الجديدة من التجديد كثيرا ما تكون فوق النفقات الأولية.

القيود التكنولوجية والمواد

وليس لدى جميع المواد مسارات لإعادة التدوير ناضجة، فعلى سبيل المثال، فإن المركب المزود بالألياف المجهزة باستخدام بعض المصممين الحديثين يتحدون من أجل الفصل والعملية، وبالإضافة إلى ذلك، فإن نظم العزل ذات التأثير العالي تتطلب خصائص كهربية وحرارية دقيقة قد لا تلبيها المواد المعاد تدويرها بعد، كما أن البحوث الجارية في ] المواد العنانيفة تُعتمد هذه الثغرات في وقت مبكر.

الإطار التنظيمي والمعايير التنظيمية

فاللوائح الحالية كثيرا ما تتخلف عن الأهداف التعميمية، فعلى سبيل المثال، يمكن أن تصنف عناصر الشبكة المستعملة باعتبارها نفايات خطرة حتى عندما تحتوي على مواد قابلة للاسترداد، وتضيف عبئا إداريا، ومن ناحية أخرى، فإن خطة العمل المتعلقة بالاقتصاد العلماني للاتحاد الأوروبي هي التي تدفع متطلبات أكثر صرامة فيما يتعلق بقابلية المنتجات للتداول، وقابلية التصليح، وإعادة التدوير، ولا سيما من خلال تنظيم المنتجات الناشئة.

أمثلة عالمية ودراسات حالة

وهناك شركات رائدة عديدة تثبت بالفعل أن التصنيع الدائري لمكونات الشبكة قابل للتطبيق.

Siemens Energy - Transformer Circular

وقد وضعت شركة Siemens Energy تصميماً دائرياً لمحوِّلها HVDC، يركز على البناء النموذجي واستخدام الرياح النحاسية المعاد تدويرها، وتشمل عملية هذه المحاور نظاماً لتبريد الصوت المغلقة يزيل تسرب النفط ويخفف من سرعة التعافي من سائل السائل في نهاية العمر، كما أن الشركة شريكة في توفير خدمات تطوير نماذج الأداء في مجال التحولات.

Eaton - Circular Switchgear

ويشمل خط المنتجات Eaton Green Premium مفرقعات متغيرة ودائرة مصممة بمواد قابلة لإعادة التدوير وسائقة صديقة للدماغ، وهي تعمل ببرنامج استرجاع للمعدات القديمة، وتسترد ما يصل إلى 95 في المائة من المواد بالوزن، وتعاد إلى إنتاج المواد الجديدة التي تم استرجاعها وعددها 000 20 من المواد البلاستيكية.

Ormazabal - Circular MV/LV Transformers

وينتج الـ(أورمازابال) وهو مصنع إسباني متحولين متوسطي المستوى وذوي نفوذ منخفض باستخدام 100 في المائة من رياح الألمنيوم المعاد تدويرها وزيت الاستيسير القابلة للتحلل الأحيائي، ويتيح تصميمهم فصلاً كاملاً للمكونات، ويوفر ضماناً للاسترداد، ويقلل هذا النهج من البصمة الكربونية لكل محول بنسبة 60 في المائة مقارنة بالنماذج التقليدية.

الطريق إلى الأمام

فالاقتصاد الدائري ليس اتجاهاً متيناً، بل هو ضرورة حتمية لصناعة شبكات الكهرباء، حيث ينمو الطلب على الكهرباء ويرفع مستوى الشبكات بحيث يستوعب مصادر الطاقة المتجددة، فإن الضغط البيئي والاقتصادي لاعتماد الممارسات التعميمية لن يكثف إلا، إذ أن المصانع التي تبدأ الآن بإعادة تصميم المنتجات، بالتعاون مع الموردين، وتجديد نماذج الأعمال التجارية - ستقود عملية الانتقال.

ويمكن لصانعي السياسات أن يعجلوا بهذا التحول بتوفير حوافز للتصميم التعميمي، وتمويل نظام التنمية المستدامة، وتنسيق أنظمة النفايات.() ويمكن للمرافق، بوصفها الزبائن الرئيسيين، أن تدفع الطلب بإدراج معايير التعميم في العطاءات المتعلقة بالمشتريات، ويمكن لسلسلة القيمة بأكملها معا أن تحول نموذج الاستيعاب الخطي إلى نظام تجديدي يوفر قدرة مستدامة يمكن الاعتماد عليها للأجيال.

For further reading on the material demands of the energy transition, see the IEA’s report on critical minerals. ]Access the IEA report. Additionally, the Environment Programme's Global E-waste Monit:5

وقد حان الوقت الآن للتصنيع الدائري، وبتنفيذ هذه المبادئ، يمكن لصناعة شبكات الكهرباء أن تؤدي دورا محوريا في بناء اقتصاد دائري مستدام.