وقد برزت الطاقة الشمسية كحل رئيسي في التحول العالمي بعيداً عن الوقود الأحفوري، حيث زادت القدرة المركبة بشكل مكثف خلال العقد الماضي، ففي عام 2023، توجد أكثر من 1 تيراوات من الطاقة الكهربائية الشمسية، ويواصل هذا العدد التسلق، وفي حين أن المصفوفات الشمسية تنتج الكهرباء النظيفة خلال فترة عملها الممتدة من 25 إلى 30 سنة، فإن مرحلة التصنيع تحمل آثاراً بيئية ثابتة يجب أن تلحق ضرراً بديلاً حقيقياً.

عملية التصنيع في الأراميس الشمسية: نظرة أعمق

وتتألف الألواح الشمسية الحديثة من عدة طبقات: غطاء زجاجي وقائي، وكبسولة (مستحلفة من الإيثيلين - فينيل) وخلايا فولتايكية، وورقة خلفية، وإطار ألخنيوم، وجوهر كل فريق هو الخلية الفولتية، التي يتم إنتاجها أكثر شيوعا من السيليكون البلوري، ولكن يمكن أيضا أن تستند إلى تكنولوجيات ذات جودة عالية في الخلايا.

Silicon Purification and Ingot Growth

وبالنسبة لأجهزة السيليكون الكريستالية، تبدأ العملية بزراعة رباعي أو رمل سيليكا، التي تسخن بعد ذلك في فرن للقوس الكهربائي لإنتاج السليكون المميت )٨٩ في المائة من النقي(، ويزداد صقلها من خلال العمليات الكيميائية - التي تصل في كثير من الأحيان إلى السيليكون شبه الموصل )٩٩٩ في المائة من البعوض(.

جمعية الأثاث والوحدات

وتخضع الوفرة لعدة خطوات لمعالجة لتصبح خلايا شمسية عاملة: النسيج، والتكدس (بشكل من الأشكال الفوسفوري أو الخزف لخلق مقطع من نوع البنفسج)، وتطبيقات التصفيق المضاد للارتطام، وطباعة الكهروديس الفضي، وكل خطوة تستهلك حامض الفلوريك، وحامض النسيج، وحامض الفوسفوري، ومختلف الخلايا العضوية المجهزة.

تكنولوجيات ذات قيمة

وتُرسَل الألواح الشمسية التي تُرشَّح في شكل سائل مختلف، وبدلاً من وفرة السيليكون، تُودَع طبقة رقيقة من المواد شبه الموصلية مباشرة على عناصر من الزجاج أو الفلفل المعدني أو المواد البلاستيكية، وتُصنع لوحات الدي تي، مثلاً، عن طريق إيداع مواد الكادميوم باستخدام تقنيات التحلل في الفضاء القريب أو غيرها من تقنيات التحلل.

الآثار البيئية لاستخراج المواد الخام

وتنجم عن التعدين وإعادة صقل المواد التي تدخل إلى الألواح الشمسية آثار بيئية كبيرة، أما بالنسبة للألواح التي تستخدم في السليكون، فإن المادة الخام الأولية هي الحجر الرباعي، وهي معدن وفرة نسبيا، غير أن المحجر الواسع النطاق يمكن أن يعطل الموائل المحلية، ويغير المناظر الطبيعية، ويولد الغبار، ويثير ذلك إشكالية تعدين الفضة، الذي يستخدم كموصل في الخلايا الشمسية ذات البصمة الذهبية المغلقة)٢(.

وبالنسبة لتكنولوجيات النخيل الرقيقة، فإن تعدين اللوتيوريوم واللغم يطرحان تحديات أكبر، إذ يتم الحصول على التيوريوم أساساً كمنتج ثانوي لتنقيح النحاس، وغالباً ما يرتبط الفديوم بتعدين الزنك، فكلا الفلزين شح: فالألوان هو نادر بقدر ما تكون البلاستيك في قشرة الأرض، ويمكن لعمليات استخراج هذه المنتجات الثانوية أن تترك كميات كبيرة من النفايات الخطرة في بيئة ثابتة.

المياه

وتصنيع الألواح الشمسية كثيفة المياه، لا سيما أثناء قطع الخيوط والكيماويات الخ.() ويمكن أن يستهلك مرفق نموذجي لتصنيع السليكون البلوري مئات الملايين من لترات المياه الرطبة سنوياً، ويجب معالجة هذه المياه لإزالة المواد الصلبة المعلَّقة والمواد الكيميائية والمعادن الثقيلة قبل التصريف، وفي المناطق القاحلة التي كثيراً ما تُبنى فيها المصانع الشمسية للاستفادة من ضوء الشمس الوافر، وقلة، يمكن أن تُ معالجة النفايات المحلية.

تدهور الأراضي وفقدان التنوع البيولوجي

While solar panel manufacturing facilities themselves occupy relatively small footprints compared to solar farms, the upstream mining operations can cause extensive land disturbance. For example, quartzite quarrying in mountainous regions removes vegetation and topsoil, increasing erosion risks. Silver and copper mines in Latin America have been linked to deforestation and the displacement of indigenous communities. The cumulative impact of mining for solar materials is not negligible, especially up of cycle targets

استهلاك الطاقة في تصنيع المواد ورسم الخرائط

وتحتاج أجهزة التصنيع الشمسية إلى كمية كبيرة من الطاقة، لا سيما لتنقية السيليكون ونمو الغرور، وقد انخفضت كثافة الطاقة في إنتاج وحدات السيليكون البلورية انخفاضاً كبيراً خلال العقدين الماضيين من أكثر من 200 1 كيلوواط لكل كيلو فولت بيك (كلوب) في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين إلى نحو 400-800 كيلوواط لكل كيلو فولط من الماء اليوم، ولكنها تظل واحدة من أكبر المساهمين في إطلاق النار.

وتظهر تقييمات دورة الحياة باستمرار أن البصمة الكربونية لللوحات الشمسية السائلة تتراوح بين ٢٠ و ٦٠ غراما من مكافئ ثاني أكسيد الكربون لكل كيلوواط ساعة تولد على مدى عمر الفريق، وتتكون من تصنيع الغازات الخفية من ٦٠ إلى ٨٠ في المائة من هذا المجموع، ويمكن أن تكون البصمة الكربونية أقل من ١٥ إلى ٣٠ غراما من الغازات المتوسطة/الثانية)٢(.

وقت استعادة الطاقة والطاقة المدمجة

ويقاس الوقت الذي يستغرقه انتعاش الطاقة بعدد السنوات التي يتعين على الفريق الشمسي أن يعمل فيها لإنتاج كمية الطاقة التي استهلكت أثناء تصنيعه ونقله وتركيبه، وبالنسبة لألوحة السيليكون البلورية الحالية، فإن هذه المادة تولد عادة ما تتراوح بين سنة و٢ سنة في المناطق المشمسة و٤ سنوات في مناخ أقل شمسا، وتولد نماذج الطاقة التي تستخدم في إنتاج أقل من ٢٥ سنة.

الشواغل المتعلقة بالنفايات وإعادة التدوير

وتولد صناعة الألواح الشمسية نفايات صلبة وسائلة على السواء، ففي إنتاج وورفور السليكون، يمكن أن تكون خسارة الكبريت مرتفعة إلى ما بين 30 و50 في المائة من الغائب السيليكوني، على الرغم من أن المناشير الحديثة للأسلاك قد خفضت هذه المواد، ويمكن استعادة المواد السائلة المنبعثة وإعادة استخدامها في بعض الحالات، ولكن في كثير من الأحيان ينتهي بها المطاف في مدافن القمامة.

وفي نهاية حياتها، أصبحت الألواح الشمسية مجرى نفايات ينمو بسرعة، ففي عام 2030، تقدر الوكالة الدولية للطاقة المتجددة أن نفايات الأفرقة الشمسية يمكن أن تصل إلى 8 ملايين طن، وبحلول عام 2050، تصل إلى 78 مليون طن، وفي الوقت الراهن، تكون معدلات إعادة التدوير منخفضة إلى 20 في المائة في معظم المناطق - لأن تكلفة إعادة التدوير تتجاوز في كثير من الأحيان قيمة المواد المستعادة.

إعادة تدوير التكنولوجيات والتحديات

وتشمل عمليات إعادة التدوير التقليدية للوحات السيليكون الفصل الميكانيكي للزجاج، وإطار الألومنيوم، وطبقة الخلايا، تليها المعالجة الكيميائية أو الحرارية لاسترداد السيليكون والفضة، ويمكن إعادة استخدام السيليكون المسترجع في خلايا شمسية جديدة أو خفضه من أجل تطبيقات أخرى، أما بالنسبة لألواح التدوير ذات الرشاقة، فإن شركات مثل شركة سولار الأولى تعمل على مرافق لإعادة تدوير مكرة تصل إلى 95 في أي من المواد شبه الموصلات.

ومن الشواغل الناشئة سمية الكادميوم في لوحات CdTe، ورغم أن الكادميوم في لوحة منتهية مربوط بمركب مستقر، فإن الحرق غير السليم أو التخلص من مدافن القمامة يمكن أن يُطلق الكدميوم في البيئة، ويدفع المدعوون بأن إعادة التدوير المناسبة تخفف من هذا الخطر، ولدى لوحات CdTe سجل أمان جيد عند التعامل مع هذه التكنولوجيات وفقاً للوائح.

تقييم دورة الحياة: إحداث آثار في التصنيع في السياق

ومن أجل تقييم ما إذا كانت الطاقة الشمسية تقلل حقا من الضرر البيئي مقارنة بالبدائل، فإن تقييم دورة الحياة الكاملة أمر أساسي، إذ أن هذه الاستخدامات هي أقل بكثير من انبعاثات غازات الدفيئة من إنتاج الفحم أو الغاز الطبيعي، وذلك بسبب انخفاض استهلاكها من المياه، وذلك نتيجة لاستعمال الطاقة الشمسية في المناطق التي تخضع لاستعراض النظراء.

وعندما تقارن الأسطوانات البلورية والرش النحيلي، كثيراً ما تبين التقييمات الطويلة الأجل أن آثار الكربون والمياه أقل، ولكن التأثيرات الأكبر للسمية والندرة الناجمة عن الكدميوم والفلورية، بينما تؤدي أفرقة السيليكون إلى زيادة كثافة الطاقة لإنتاج واستخدام مواد غير متوفرة نسبياً وغير سامة، ولا توجد تكنولوجيا واحدة " ذات تأثير محدد " على البنية التحتية.

استراتيجيات الحد من الأثر البيئي

ولدى صناعات صناعة الطاقة الشمسية وصانعي السياسات جذوع متعددة لتقليص البصمة البيئية لصناعة الألواح، ويجري العمل على الاستراتيجيات التالية من جانب الجهات الرئيسية المصنعة ومؤسسات البحوث في جميع أنحاء العالم.

استخدام المواد المعاد تدويرها والمواد الثانوية

فإدماج مادة مكررة - خاصة من السيلكون والألومنيوم والفض فضي - يقلل بشكل كبير من الطاقة المتجسدة وتأثيرات الأفرقة الجديدة، مثلاً، فإن استخدام السيليكون المعاد تدويره يقلل من الحاجة إلى التنقية الكثيفة الطاقة، إذ تقدم شركات عديدة الآن لوحات تحتوي على ما يصل إلى 20 في المائة من الزجاج والألومنيوم المعاد تدويرها، وتشجع على تصميم مخططات المسؤولية المنتجين الموسعة، مثل تلك الموجودة في الاتحاد الأوروبي.

تطبيق تكنولوجيات التصنيع الأنظف

ويمكن أن تقلل العوامل من آثارها البيئية عن طريق التحول إلى الكهرباء المتجددة، وتحسين كفاءة الطاقة في التنقية وإعادة التدوير. وقد أدت الأحماض والمذيبات المغلقة لإدارة المواد الكيميائية وإعادة تدويرها داخل نفايات المصنع إلى الحد من الحاجة إلى المواد الكيميائية الجديدة، وقد أدت الابتكارات مثل الشعائر الأسلاك الماسية إلى خفض فقدان الكيرف من 50 في المائة إلى أقل من 20 في المائة.

تعزيز برامج إعادة التدوير للأفرقة المعنية بنهاية العمر

ومن الأمور الحاسمة الاستثمار في البنية التحتية لإعادة التدوير، ويمكن لصانعي السياسات أن يعهدوا إلى صناعات الأفرقة الشمسية بدفع أموال إعادة التدوير، على غرار برنامج دورة المياه الجوفية في أوروبا، كما أن هناك حاجة إلى إحراز تقدم تكنولوجي لتحسين معدلات استرداد الفلزات الفضية والنادرة، كما أن US Department of Energy ' s Photovoltaics End-of-Life Action Plan تهدف إلى جعل إعادة التدوير قادرة على الاستمرار من خلال 20 شراكة من خلال اختيار التكاليف.

دعم ممارسات التعدين المستدامة

ويتطلب الحد من الأثر البيئي في مرحلة الاستخراج شفافية سلسلة الإمداد ومنح شهادات التصديق، إذ أن مبادرات مثل مبادرة " ضمان التعدين المسؤول " تضع معايير للإدارة البيئية والمسؤولية الاجتماعية، ويمكن للمشترين الصاروخ أن يرتبوا الأولوية للموردين الذين يستخرجون من الألغام التي تحمل الرمز IRMA أو الذين يستخدمون الخلايا الفضية المعاد تدويرها.

تصميمات لطول العمر والإصلاح

A longer-lasting panel reduces per kilowatt-hour impacts by spreading manufacturing emissions over more years. Panels with durable encapsulants, stronger frames, and better bypass diode protection can achieve 30+ year lifetimes. Designing panels that are easier to repair—such as replaceable junction boxes—also reduces waste. The industry is moving toward standardized mounting systems and connectors to simplify replacements.

الاستنتاج: نحو الاستدامة الحقيقية للطاقة الشمسية

إن الفوائد البيئية للطاقة الشمسية واضحة: فهي لا تنتج تقريبا أي انبعاثات أثناء التشغيل، وتخفض الاعتماد على الوقود الأحفوري، وتحصل على وقت متزايد من انتعاش الطاقة، ومع ذلك فإن مرحلة التصنيع لا تتكبد تكاليف، بما في ذلك استهلاك الطاقة، واستنفاد الموارد، وتلوث المياه، وتوليد النفايات، وتعترف هذه الآثار ليس سببا لطرد الطاقة الشمسية بل الدعوة إلى معالجتها بصورة استباقية.

External Links:]