Share

محمد فلاحی – چرا در این مقاله به مسئله انرژی اینچنین توجه شده و اصلا چرا مطالعه مطلبی که تقریبا‌ً ۱۰ سال پیش نوشته شده، برای خواننده فارسی‌زبان می‌تواند حائز اهمیت باشد؟ همانطور که از عنوان مطلب «چالش تِراواتی: آینده توسعه جهانی انرژی» بر می‌آید مسئله بر سر چالشی است که در آینده نه چندان دور، بشر با آن مواجه خواهد شد و این چالش از دید یک برنده جایزه نوبل شیمی مهم آمده است.

A Charge to Keep, by W.H.D Koerner

البته بشریت هم‌اکنون هم دست به گریبان مسائل بسیار مهمی چون فقر، بیماری، جنگ و تروریسم و مسائل دیگری است اما چرا این وسط، همه آنها کنار رفته و پرداختن به مسئله انرژی اینقدر مهم شده؟

در این مطلب «ریچارد اسملی» برنده آمریکایی جایزه نوبل شیمیِ سال ۱۹۹۶، با طرح این مسئله به عنوان چالش قرن حاضر، خودِ ایالات متحده آمریکا را نیز متٲثر از آن می‌داند و قائل به نقش تعیین کننده ای برای رئیس‌جمهور آمریکا در به عهده گرفتن «مسئولیت» مواجهه با این چالش است.

همانطور که می‌بینید پس از گذشت ۱۰ سال از انتشار این مقاله هنوز معضلاتی که ذکر شد چون بحران آب، مسئله جمعیت، فقر، بیماری و خطر جنگ و تروریسم در جای جای جهانمان به چشم می‌خورد و نه تنها راه حل روشنی برای این چالش‌ها ارائه نشده بلکه کم کم صورت واقعی آنها در حال رخ‌نمایی است. رهیافت این مقاله مواجهه و حل چالش انرژی به عنوان شاه‌کلید حل دیگر مسائل پیش روی بشر است.

کشور ایران نیز کم و بیش با این معضلات و البته معضل آب و انرژی روبه‌روست و گرچه در حال حاضر جزو بزرگترین تولیدکنندگان نفت و گاز جهان به حساب می‌آید باید توجه داشت که روزی این منابع پایان خواهند یافت و پیش از بروز بحران انرژی باید به فکر حل آن بود و البته که حل یک معضل جهانی، تلاشی جهانی می‌طلبد.

نویسنده با بیان مقدمه‌ای کوتاه از عقاید معطوف به مسئولیت پذیری جرج دبلیو بوش (برنده انتخابات ریاست جمهوری سال ۲۰۰۴ آمریکا)؛ به نقش تعیین‌کننده او در برداشتن گام‌های اولیه و راهگشا در حل مسئله انرژی پرداخته و پس از تعریف واقع‌بینانه و موشکافانه این چالش به راه‌های پیش رو برای حل آن می‌پردازد. گرچه نگارش این مقاله به یک دهه پیش بازمی‌گردد با خواندن آن متوجه این گذر زمان نخواهید شد زیرا همه مسائل مطرح شده تازه می‌نماید و البته هم همین‌طور است.

چالش تِراواتی: آینده توسعه جهانی انرژی

ریچارد اسملی – چندی پیش تلویزیون سی. ان. ان به صورت طنزآمیزی به انتخابات ریاست جمهوری سال ۲۰۰۴ در ایالات متحده آمریکا می‌پرداخت. خبر مشخصا‌ً به ایالت‌های آبی و قرمز مربوط می‌شد. (رنگ آبی نماد حزب دموکرات و رنگ قرمز نماد حزب جمهوری‌خواه در آمریکاست. در اینجا منظور از ایالت‌های آبی و قرمز در انتخابات، آنهاییست که به ترتیب به دموکرات‌ها و جمهوری خواهان متمایلند.) در مصاحبه‌ای از این شبکه با شهروندان شهر منهتن نیویورک، خیلی از آنها نسبت به بقیه کشور تا حدی احساس محرومیت می‌کردند و عده ای احساس وابستگی بیشتری به کانادا داشتند تا ایالات متحده آمریکا [اشاره به ناراحتی و شرمساری عده ای از شهروندان آمریکا نسبت به چهار سال ریاست جمهوری جرج دبلیو بوش].

پس از این مصاحبه نقشه‌ای از قاره آمریکای شمالی ترسیم شد که به دو رنگ آبی و قرمز تفکیک می‌شد. کانادا و ایالت‌های مخالفِ جرج دبلیو بوش به رنگ آبی و ایالت‌های موافقِ چهار سال دیگر ریاست جمهوری بوش به رنگ قرمز. بر قسمت آبی رنگ نقشه عبارت «ایالات متحده کانادا» حک شده و بر قسمت قرمز رنگ، «سرزمین مسیحیت». گرچه این نامگذاری جالب و خنده‌دار است اما جنبه جدی و مهمی نیز در آن نهفته است. من به تازگی مطالعه کتاب «ایمانِ جرج دبلیو بوش» نوشته استیفن منزفیلد را به پایان رسانده بودم. این کتاب عالی است. من مطالعه آنرا برای کسانی پیشنهاد می‌کنم که می‌خواهند بینشی نسبت به مردمی که در «سرزمین مسیحیت» به او رای دادند و آنچه او را به حرکت می‌اندازد؛ داشته باشند.

Fig 1

 

حفظ یک مسئولیت

جرج دبلیو بوش در اواخر دوره اول ریاست جمهوری‌اش، لایحه نانوتکنولوژی را در حضور جمعی از دانشمندان این حوزه به امضاء رساند. همه انتظار یک مراسم پنج دقیقه‌ای را -از امضای لایحه و دست دادن و عکس یادگاری- داشتند. اما با شروع مراسم درهای سالن بیضی کاخ سفید بسته شد و جرج بوش در حدود نیم ساعت به گپ و گفتی با دانشمندان پرداخت. همچنان که رئیس جمهور در سالن قدم می‌زد و به برخی چیزهای مورد علاقه‌اش اشاره می‌کرد بر روی نقاشی معروفی از ویلهلم هینریش کُرنر (نقاش آلمانی) به نام «حفظ یک مسئولیت» متمرکز شد و از ارتباط شخصی اش با این اثر گفت.

در اکتبر ۱۹۵۷ پرتاب ماهواره اسپوتنیک توسط روسیه زنگ بیدارباشی برای ایالات متحده با اشاره به خلاء موجود در تکنولوژی فضایی آن کشور و جرقه‌ای برای پیشرفت برنامه‌های آموزشی علوم و تکنولوژی آن بود.

موضوعِ اثر، مردی سوار بر اسب است که بر تپه دشواری احتمالا‌ً در ایالت تگزاس می‌راند. مرد احتمالا یک مبلغ مذهبی است و در ماموریتی، تا مذهب و اعتقاد به خدا را در ورای مرزهای غربی نو بگستراند. حال من هرچه بیشتر به آن تجربه و اهمیت آن نقاشی فکر می‌کنم، بیشتر به این باور می‌رسم که مفهوم «ماموریت» در مرکزیت آن چیزی است که رئیس جمهور ما را به حرکت برمی‌انگیزد. حال که چهار سال دیگر ریاست جمهوری بوش را تجربه می‌کنیم، ما نیز به مفاهیمی که این «ماموریت» ممکن است برایمان داشته باشد می‌اندیشیم. با داشتن اکثریت جمهوری‌خواهان در مجلس نمایندگان و سنا و چهار سال زمان برای پیشبرد سیاست ها، جرج دبلیو بوش بهترین مجال را دارد که نقش خود را بر تاریخ حک کند.

البته من دریافت خود را از آنچه ماموریت رئیس جمهور باید باشد دارم؛ لیستی از «مسئولیت هایی که در این دوره باید حفظ شود». سه مسئله مرکزی که فکر می‌کنم رئیس جمهور باید به آن اشاره کند و هر سه در ارتباط و موثر بر موضوع توسعه انرژی هستند: الهام بخشیدن به نسل آینده دانشمندان و مهندسان آمریکا، توسعه جایگزین‌هایی برای منابع در حال کاهش سوخت‌های فسیلی که در گذشته حداکثر انرژی مورد نیازمان را تامین می‌کردند و یافتن راه حلی برای گرمایش جهانی. من معتقدم که کارکردن روی این چالش‌ها عمیقا اخلاقی و خردمندانه است.

مسئله یک: ایجاد اثر اسپوتنیکی

بالاترین مسئولیتی که توسط رئیس جمهوری از نظر من باید حفظ شود، الهام بخشیدن به نسل آینده دانشمندان و مهندسان آمریکاست. برخلاف آنچه در دهه گذشته انجام داده ایم، جوانان آمریکایی را برای رفتن به سمت علوم و مهندسی تحریک نمی‌کنیم و هرچه پیش می‌رویم این مشکل سخت‌تر خود را به ما می‌نمایاند.

امروز تعداد آمریکایی‌هایی که در علوم فیزیکی و مهندسی مدرک می‌گیرند کم بوده، در بهترین حالت وضعیتی پایا دارد و رو به کاهش است. آخرین داده‌ها مربوط به سال ۲۰۰۲ است. در سال ۲۰۰۳ و ۲۰۰۴ این مقدار قدری کمتر خواهد بود. تعداد آمریکایی‌هایی که در همه شاخه‌های علوم و مهندسی به جز روانشناسی و علوم اجتماعی مدرک می‌گیرند تقریبا دو برابر بیشتر ولی درحالت پایا و رو به کم شدن است که دلیل این بیشتربودن هم علوم زیستی هستند.

یک شاخص تلخ دیگر نفوذ رو به کاهش ایالات متحده آمریکا بر آموزش علمی دانشجویان کشور‌های دیگر است. برای چندین دهه مخصوصاً بعد از جنگ جهانی دوم، آمریکا در پیشرفت علوم فیزیکی و مهندسی پیشرو بود اما حال دیگر چنین نیست. در جهان امروز، اروپا و آسیا از جنگ‌هایشان رها شده و تجدید حیات کرده‌اند و به‌طور چشمگیری تجربیات آموزشی خود را ارتقاء داده و با قدرت، علوم فیزیکی و مهندسی را به موازات علوم زیستی به پیش می‌رانند. این گرایش قابل تامل است. اوایل دهه ۱۹۸۰ میلادی، بسیاری از دانشجویان آسیایی من –شامل دانشجویان بسیار درخشانی از چین- بعد از گرفتن مدرک خود در اینجا می‌ماندند اما حالا بسیاری از دانشجویان درخشان و با انگیزه آسیایی به کشور خود باز می‌گردند و بسیاری از دانشجویان دیگر به اینجا نمی‌آیند زیرا دیگر لزوما‌ً بودن در مرز دانش و کار با گروه‌هایی در مرز تحقیقات لازم نیست یک نفر به ایالت متحده آمریکا بیاید. هم اکنون آسیایی تبار‌ها حکم‌فرمای ایجاد دوره‌های جدید دکترا در سطح جهان هستند.

آنها درخشان، خلاق و شدیدا ً سخت کوش‌اند و اگر این تمایل ادامه یابد آینده را آنها خواهند ساخت. پس ما با این مسئله رو در رو هستیم که به جهانی وارد می‌شویم که حداکثرِ بزرگی از جوانان آمریکا دیگر به رشته‌های علوم فیزیکی و مهندسی وارد نمی‌شوند و این مسئله مهمی است. در اکتبر ۱۹۵۷ پرتاب ماهواره اسپوتنیک توسط روسیه زنگ بیدارباشی برای ایالات متحده با اشاره به خلاء موجود در تکنولوژی فضایی آن و جرقه‌ای برای پیشرفت برنامه‌های آموزشی علوم و تکنولوژی این کشور بود. من امیدوارم جرج دبلیو بوش این مسئولیت را برای پیشبرد علوم برعهده گیرد، به خصوص در علوم فیزیکی و مهندسی. به هر طریقی، اگر او راهی بیابد باید همین امروز برای علوم و تکنولوژی کاری کند آنچنان که جان اف. کندی به طور موثری با پروژه فضایی آپولو در اوایل دهه ۱۹۶۰ کرد. ما به نسل اسپوتنیکی تازه‌ای از دانشمندان و مهندسان نیاز داریم.

Fig 2

مسئله دو: قلهٔ تولید نفت

مسئولیت دیگری که باید توسط رئیس جمهور حفظ شود تضمین انرژی فراوان و کم هزینه برای ما و توسعه ماست. ما به زیستن در جهانی خو کرده‌ایم که انرژی در آن ارزان و بیشتر آن در همین ایالات متحده آمریکا تولید شده است.

گرچه در باقیمانده این قرن نیز مقادیر بسیاری نفت برای تولید وجود خواهد داشت تولید سالانه نفت هیچگاه به قله خود -در سال ۱۹۷۰- نخواهد رسید. سال ۲۰۰۵ پایانی تاریخی بر بودن بر قله تولید نفت بوده است.

بیشترین نفت ما از ایالت تگزاس که زمانی پیشرو تولید نفت در جهان بود می‌آمد و البته هنوز هم در مرکزیت تجارت نفت و گاز جهان قرار دارد. هنوز هم چون سال ۱۹۷۰ که در قله تولید نفت بودیم، می‌توان در این کشور به تولید نفت پرداخت. با اینکه تگزاس زمانی سرزمین اکتشافات بسیار پرسود نفتی بود چند دهه است که به واردکننده انرژی با خروج میلیاردها دلار از ایالت خود تبدیل شده است.

حالا عربستان سعودی و خاورمیانه تولیدکننده غالب نفت هستند گرچه روزی تولید آنها نیز رو به افول خواهد گذاشت. در این دهه ما بیشترین تولید جهانی نفت را خواهیم داشت. گرچه در باقیمانده این قرن نیز مقادیر بسیاری نفت برای تولید وجود خواهد داشت تولید سالانه نفت هیچگاه به قله خود -در سال ۱۹۷۰- نخواهد رسید. سال ۲۰۰۵ پایانی تاریخی بر بودن بر قله تولید نفت بوده است. نفت و همین طور گاز از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند.

تاریخ نفت در حقیقت تاریخ تمدن مدرن است آنچنان که ما آن را در صد سال گذشته یافتیم. نفت به عنوان مهمترین سوخت حمل و نقل ما، اساس قدرت و توسعه کشورمان بوده است. وقتی نفت و گاز تمام شود چه خواهیم کرد؟ هنوز برای این سوال پاسخی نداریم.

مسئله سه: مواجهه با دی‌اکسید کربن جو

سومین مسئولیتی که باید حفظ شود مراقبت از محیط زیست برای قرن پیش روست: معضل گرمایش جهانی. دهه‌هاست که دمای سطح کره زمین در حال افزایش است و در کنار آن سطح دی‌اکسید کربن جو نیز فزونی یافته است. افزایش تند دما و دی‌اکسید کربن در قرن بیستم در نتیجه افزایش مصرف سوخت‌های فسیلی به عنوان اولین منبع انرژی و افزایش جمعیت جهان بوده است.

ممکن است اینگونه دریافت شود که ارتباط مشخصی بین دی‌اکسید کربن و گرمایش کره زمین وجود نداشته باشد به طوریکه اگر به اندازه کافی صبر کنیم گرمایش رو به کاهش گذاشته در حالی که تولید دی‌اکسید کربن در حال افزایش است.

از جهتی نیز ارتباط مشخصی بین این دو وجود دارد. اگر شما یک بازرگان محافظه کار بودید و معاونتان به شما می‌گفت که اصلا نگران تاثیر دی‌اکسید کربن بر محیط زیست نباشید، ؛ شما این دیدگاه را بسیار مخاطره آمیز می‌یافتید که آینده شرکتتان را بر خلاف مصالح آینده محیط زیست بنا کنید. ما باید راه حلی برای این مسئله بیابیم. چه زمانی بهتر از حالا با وجود امکانات و منابع بزرگ در دستان جرج دبلیو بوش در دور دوم ریاست جمهوری‌اش؟ چه زمانی بهتر از حالا برای به چالش کشیدن نسل جوان آمریکا و البته دیگر کشور‌های جهان برای حل این معمای جهانی؟

Fig 3

انرژی در صدر ده معضل جهانی

انرژی چون هر معضل قدیمی‌ای نیست. بیشتر مردم اهمیت آن را به خوبی درک می‌کنند. زمانی که من سخنرانی‌هایی در این زمینه داشتم معمولا از جمع مخاطبان مورد سوال قرار می‌گرفتم که مهمترین معضل قرن پیش رویمان را تعیین کنیم.

در هر یک از آنها با کمی بحث و گفتگو مخاطبان به توافق می‌رسیدند که انرژی مهمترین چالش و معضل پیش روی ماست. چرا انرژی همیشه این چنین برجسته است؟ هرگاه به اولویت بندی ۱۰ معضل بزرگ جهان نگاه می‌کنیم با مشاهده انرژی در راس فهرست می‌توان به نقش کلیدی انرژی در حل دیگر معضلات این فهرست از آب تا جمعیت پی برد.

۱-       انرژی
۲-       آب
۳-       غذا
۴-       محیط زیست
۵-       فقر
۶-       تروریسم و جنگ
۷-       بیماری
۸-       آموزش
۹-       دموکراسی
۱۰-     جمعیت

برای بهر‌ه‌مندی همه ده میلیارد جمعیت جهان در آینده آ نطور که مردم در کشور‌های توسعه یافته انرژی مصرف می‌کنند، یعنی چند کیلو‌وات‌ساعت به ازای هر نفر، باید به تولید ۶۰ تِرا‌وات انرژی بپردازیم، معادل ۹۰۰ میلیون بشکه نفت. این مقدار انرژی را از کجا می‌توان تامین کرد؟

اگر به معضل آب مثلاً نگاهی بیاندازید می‌بینید که هم اکنون میلیاردها نفر در کره زمین بدون دسترسی به آب سالم و مورد اطمینان برای آشامیدن و کشاورزی روزگار می‌گذرانند. همچنان که جمعیت جهان رو به افزایش می‌گذارد و کاهش منابع آب در وضع وخیم‌تری قرار می‌گیرد ما باید به دنبال منابع بزرگی از آب سالم باشیم. خوشبختانه منابع عظیمی از آب در سیاره ما وجود دارد اما بیشتر آنها آغشته به نمک است.

می‌توان به کمک انرژی این معضل را رفع کرد. می‌توان آب را نمک‌زدایی کرد و آن را به فواصل دور پمپاژ نمود اما بدون دسترسی به انرژی ارزان جواب قابل قبولی برای آن وجود ندارد. بدون داشتن مقادیر زیادی آب چگونه می‌توان غذای مورد نیاز برای جمعیت رو به رشد جهان را تامین کرد؟ بدون داشتن آب چگونه می‌توان کود مورد نیاز برای تولید و بهره برداری از محصولات را فراهم کرد؟

انرژی همچنین نقش غالبی در کیفیت محیط زیستمان، کاهش بیماری‌ها و دیگر معضلات جهانی ایفا می‌کند. به طور خلاصه انرژی به تنهایی مهمترین نقش را در توسعه جوامع ایفا می‌کند. در جهان امروز با حدود شش و نیم میلیارد جمعیت، تنها حدود یکی و نیم میلیارد از ما از انرژی مدرن بهره می‌بریم. بدون داشتن مقدار زیادی انرژی پاک و ارزان تصور ترقی نیمه پایین نردبان اقتصادی جهان –حدود سه میلیلارد نفر- به یک سبک زندگ مدرن غیر ممکن است.

هم اکنون ما تکنولوژی لازم برای این کار را نداریم. اگر ما معضل انرژی را برای این چند میلیارد نفر انسان محروم حل نکنیم چگونه خواهیم توانست از جنگ و خشونت پیش رو پرهیز کنیم. خشونتی فراتر از خشونت بی‌سابقه قرن بیستم که در آن جمعیت جهان کمتر از نصف جمعیت کنونی بود و قرنی که از نعمت انرژی زیاد و ارزان نفت بهره می‌برد.

اگر به بقیه معضلات این لیست هم بپردازیم به قوت می‌توان گفت که انرژی قادر به حل همه آنها حتی جمعیت است. خبر خوب درباره جمعیت در سیاره ما این است که نرخ تولد در حال کاهش است. عموما‌ً هرگاه ملتی شروع به توسعه می‌کند جمعیت آن کاهش می‌یابد. در برخی بخش‌های جهان توسعه یافته حتی نرخ تولد چنان کم است که لازم است آنرا افزایش داد. در طی عمرمان رشد جمعیت جهان ادامه می‌یابد و رو به کاهش می‌گذارد تا جمعیت به حدود ده میلیارد نفر برسد و احتمالا‌ً این مقدار بیشتر نخواهد شد. آنگاه چالش ما فراهم کردن سبک زندگی قابل قبولی برای این افراد بر کره زمین است. مشخصا‌ً این مسئولیتی است که باید حفظ شود.

چالش تِراواتی

برای رسیدن به اهداف خود در عرصه انرژی باید «نفت جدید» را بیابیم. بنیادی برای توسعه انرژی در قرن بیست و یکم همانطور که نفت و گاز برای قرن بیستم بودند. ابعاد بزرگ صنعت انرژی انجام این وظیفه را مشکل می‌سازد.

مطالعه عمیق این مسئله و استفاده از موفقیت‌های علمی امروز لازمه رسیدن به منابع انرژی نو است. در سال ۲۰۰۴ جهان به طور متوسط معادل ۲۲۰ میلیون بشکه نفت در روز مصرف کرد. اگر ما این مقدار انرژی را به الکتریسیته تبدیل کنیم می‌توان گفت جهان برای سرپانگه‌داشتن خود۵ /۱۴ تِراوات انرژی مصرف کرد (یعنی ۵ /۱۴  هزار‌میلیارد ژول در ثانیه).

یشتر این انرژی از نفت و گاز و زغال سنگ تامین شده است و البته شکافت هسته‌ای و زیست سوخت نیز بازیگران مهمی بوده‌اند. زیست سوخت، منبع انرژی نیمه پایینی نردبان اقتصادی جهان – حدود سه میلیارد نفر- بود. بخش زیادی از این سوخت از گیاهان سوخته شده غیر قابل مصرف و مدفوع گاو است، وقتی که انرژی جدید در دسترس و مقرون به صرفه نباشد. مقدار اندکی از این ۵ / ۱۴ تِراوات را هیدروالکتریک تشکیل می‌دهد اما هم اکنون هر آنچه ممکن بوده از آن بهره برداری شده است. مقدار بسیار اندکی از این انرژی، چیزی حدود ٪۵ را انرژی خورشیدی، باد و زمین گرمایی تشکیل می‌دهد با بیشترین سهم متعلق به انرژی زمین گرمایی.

برای حل این بحران ما باید بتوانیم راهی برای تولید انرژی نه در حد مصرف کنونی بلکه چیزی دو برابر آن فراهم کنیم. با توجه به اینکه بسیاری از مردم جهان مقدار زیادی انرژی مصرف نمی‌کنند و هنوز منابع جدید انرژی زمان نیاز دارند تا گسترش یابند، بسیاری از مردم جهان هنوز به انرژی مدرن دسترسی نخواهند داشت.

برای بهره‌مندی همه ده میلیارد جمعیت جهان در آینده آنطور که مردم در کشور‌های توسعه یافته انرژی مصرف می‌کنند، یعنی چند کیلو‌وات‌ساعت به ازای هر نفر، باید به تولید ۶۰ تِرا‌وات انرژی بپردازیم، معادل ۹۰۰ میلیون بشکه نفت. این مقدار انرژی را از کجا می‌توان تامین کرد؟

دست یافتن به این هدف دور از ذهن می‌نماید. با این حال ما باید توانایی دستیابی به تولید این مقدار انرژی را به صورت پایدار و کم هزینه کسب کنیم تا بتوانیم توسعه جهانی را رقم بزنیم. در جستجوی چنین منبع عظیمی که قادر به تحقق هدفمان باشد، بزرگترین منابع انرژی مان در جاهایی هستند که به سختی می‌توان از آنها انرژی گرفت، انرژی خورشیدی، باد و زمین گرمایی.

تغییر ترتیب منابع انرژی در آینده

در سال ۲۰۵۰، اگر این مشکل را حل کرده باشیم، جهت مصرف انرژی جهان عکس خواهد شد و منابعی که قبلا مهم بودند حالا دیگر نخواهند بود. نفت، هیدروالکتریک، زغال سنگ و گاز کمترین انرژی مورد نیاز جهان را تامین خواهند کرد.

بدون هیچ زحمتی، ما از ۱۶۵۰۰۰ تِراوات انرژی که در ثانیه و هر روز به سطح زمین برخورد می‌کند بهره می‌بریم. این رآکتور عظیم ۴ میلیارد سال است که در حال کار است و احتمالا تا چند میلیارد سال دیگر هم به فعالیت پایدار خود ادامه خواهد داد و در واقع می‌توان گفت ما زیر دوش انرژی خورشیدی هستیم.

گداخت و همجوشی هسته ای و زیست سوخت بازیگران موثرتری خواهند بود و انرژی خورشیدی، باد و زمین گرمایی بیشترین سهم را در تولید انرژی جهان خواهند داشت. این تغییر اساسی، انقلابی در بزرگترین سرمایه‌گذاری جهان ایجاد خواهد کرد. صنعتی که هم اکنون چیزی در حدود سه هزار میلیارد دلار در سال گردش مالی دارد. رسیدن به آنجا کار مشکلی است.

اگر همین امروز می‌دانستیم که چطور از ترکیب انرژی‌های موجود از جمله هم جوشی و گداخت و خورشیدی و باد استفاده کنیم این کار زمان بسیاری می‌طلبید و البته باید گفت ما امروز تکنولوژی ساخت یک رآکتور همجوشی هسته‌ای را نداریم که بتواند این مقدار انرژی (۶۰ تِراوات) تولید کند، چه برسد به یک نیروگاه خورشیدی یا زمین گرمایی. من معتقدم اگر نتوانیم راه ساخت چنین نیروگاهی را در یک یا دو دهه آینده پیدا کنیم، قرن بیست و یکم بسیار ناخوشایند خواهد بود.

یافتن جایگزین هایی برای نفت

ما برای یافتن انرژی‌های نو به کدام سمت می‌رویم؟ فهرستی از منابع موجود انرژی، قادر به تامین انرژی مورد نیاز ما نیستند. اما با این حال با صرفه‌جویی و افزایش بهره‌وری مصرف می‌توان به پیشرفت هایی رسید. در جهان توسعه یافته با یک میلیارد جمعیت بالایش (از نظر وضع اقتصادی) امکان صرفه‌جویی قابل توجهی در مصرف انرژی وجود دارد.

اما در کشور‌های توسعه نیافته صرفه‌جویی انرژی بی معنی است زیرا انرژی مصرفی آنها بسیار اندک است. حتی با بهره وری بالا باز هم ما به منابع بزرگ انرژی نیازمندیم. انرژی هیدروالکتریک همانطور که گفته شد از حداکثر پتانسیلش استفاده شده است.

زیست سوخت می‌تواند منبع عظیمی برای انرژی باشد اگر بهره‌برداری از آن منجر به بحران غذا و آب نشود. برای این کار ما باید در حالی‌ که انرژی خود را از نفت و گاز می‌گیریم به سمت تولید انبوه دانه‌های انرژی، برای تولید فقط یک تِراوات انرژی بپردازیم. برای این کار نیاز به انقلابی در کشاورزی جهان است در حالی که ما در حال تقلا برای حفظ تولید کنونی غذا در جهان هستیم.

بحث‌های زیادی بر سر اقتصاد مبتنی بر هیدروژن وجود دارد. من معتقدم بر خلاف حسن‌های آن، پرداختن به آن موجب حواس‌پرتی نسبت به گزینه‌های واقعی و عملی برای حل نیازهای ما به انرژی شود.

هیدروژن یک منبع اساسی انرژی نیست. البته هیدروژن قابل ذخیره سازی و انتقال از جایی به جای دیگر است اما چندان گزینه مناسبی هم برای این کار نیست درحالی که الکتریسیته گزینه بهتری است. انتقال الکتریسیته راهی عالی برای انتقال انرژی از نقطه ای به نقطه دیگر است و حداقل در مقیاس‌های کوچک قابل ذخیره سازی.

در حال حاضر بزرگ‌ترین منابع انرژی نفت و گاز و زغال سنگ هستند. اگر ما تولیدمان را گسترش دهیم، برای مصرف پنج دهه آینده زغال سنگ کافی داریم ولی نمی‌توان به راحتی همه این زغال سنگ‌ها را مصرف کرد و فرض کرد که معضل دی‌اکسید کربن در حال از بین رفتن است یا قابل چشم‌پوشی است. تنها راه مقابله با این مسئله مهم جمع‌آوری و ضبط دی اکسید کربن است.

یافتن مکان هایی که به طرز ایمنی بتوان آن را ذخیره کرد. از آنجا که عمر متوسط دی اکسید کربن در جو بیش از صد سال است لازم است آنرا به گونه‌ای ذخیره کنیم که کمتر از ٪۱ آن از زمین فرار کند و برای این کار لازم است تجهیزات خاصی در نقاط مشخصی برای ذخیره مقدار کمی CO2ساخته شود.

اما اگر بخواهیم این مشکل را برای سیاره مان حل کنیم باید چنین تجهیزاتی در همه نقاط جهان ساخته شود و این اطمینان را داشته باشیم که قادر به ذخیره ده‌ها گیگا تُن کربن در سال است و این کار را سال به سال انجام دهیم. البته راه شناخته شده ای برای این کار نیست. درضمن ذخیره سازی کربن در زمین هیچ سودی ندارد و بیشتر شبیه آن است که پولی را برداریم و در سوراخی در زمین بیفکنیم. البته من هنوز منتظر طرحی برای اجبار به ذخیره کردن کربن هستم.

راه حل‌های خورشیدی

من معتقد نیستم که مسئله انرژی ما با سوزاندن سوخت‌های فسیلی حل شود. هنوز این سوخت‌ها اولین منبع انرژی ما و تنها گزینه‌ای‌اند که می‌دانیم برای پیشرفت اقتصادی چگونه باید از آن استفاده کنیم. منابعی که به طور واقعی می‌توانند به نیاز ما پاسخ دهند اساسا‌ً از منابع هسته ای هستند. خواه رآکتور‌های شکافت هسته‌ای دست‌ساز بشر یا رآکتور‌های همجوشی هسته‌ای یا واکنش‌های هسته‌ای ناشی از واپاشی اورانیوم و توریوم در سنگ‌های درون زمین (انرژی زمین گرمایی).

البته رآکتور همجوشی هیدروژنی بسیار بزرگی در خورشید هم یافت می‌شود. آنجاست که منابع عظیمی از انرژی قابل یافتن است. هنوز ذکر «انرژی خورشیدی» در هر گفت‌وگویی گاهی اوقات باعث خنده کنایه آمیزی از بعضی افراد می‌شود. افرادی که با این کار به ما نشان می‌دهند که نمی‌دانیم عظمت صنعت انرژی چقدر است. انرژی خورشیدی هم اکنون بازیگر مهمی در انرژی جهان نیست. برای آن افراد با آن خنده‌های کنایه‌آمیز می‌خواهم اشاره کنم که اگر آنها رآکتور‌های هسته‌ای را راه حلی طولانی مدت و قوی می‌دانند، باید با رآکتوری که با قدرت تمام میلیلاردها سال در حال کار است آشنایشان کنم. بدون هیچ زحمتی، ما از ۱۶۵۰۰۰ تِراوات انرژی که در ثانیه و هر روز به سطح زمین برخورد می‌کند بهره می‌بریم.

این رآکتور عظیم ۴ میلیارد سال است که در حال کار است و احتمالا‌ً تا چند میلیارد سال دیگر هم به فعالیت پایدار خود ادامه خواهد داد و در واقع می‌توان گفت ما زیر دوش انرژی خورشیدی هستیم. نِیت لوویس از انستیتوی تکنولوژی کالیفرنیا می‌خواهد نشان دهد که ما به صورت کاملا‌ً پاکی می‌توانیم انرژی مورد نیاز خود را تامین کنیم. دو کیلو‌وات‌ساعت انرژی برای هر نفر با وجود ۱۰ میلیارد نفر انسان، با به کارگیری این روش زیبا.

به شش مربع کوچک مشخص شده بر روی نقشه جهان نگاه کنید که در نواحی ای با تابش شدید خورشیدی واقع شده‌اند. اگر مکانیزمی با بهره وری ٪۱۰ برای جمع‌آوری انرژی داشته باشیم، با شش مربع هر یک با ضلعی برابر ۱۰۰ کیلومتر، می‌توانیم ۲۰ تِراوات انرژی به دست آوریم که معادل همان ۶۰ تِراوات انرژی با ضریب تبدیل ٪۳۰ است. این مقدار به طور کلی مسئله انرژی بشر را حل خواهد کرد و به ما اجازه خواهد داد تا به دیگر مسائل رو در روی بشر در باقی قرن بپردازیم.

البته با اینکه مقدار زیادی انرژی خورشیدی وجود دارد هنوز ما تکنولوژی بهره‌برداری کاملا ارزان را از این انرژی نداریم. هم اکنون هزینه آن چیزی حدود ۲۰ تا ۵۰ سِنت به ازای هر کیلو‌وات‌ساعت به طور متوسط در شبانه روز در می‌آید که خیلی گران است. اگر شما هم با من هم نظرید که ما نیاز داریم تا برای ۱۰ میلیارد انسان با توان داشتن سقفی بالای سرشان، غذای کافی برای خوردن، پویایی و تحرک کافی، ارتباطات و امکان ساختن خانه و گسترش شهرها، تامین انرژی کنیم پس موافق خواهید بود که سیستم انرژی جهان نیاز به انقلابی دارد. ما به انرژی پاک، ارزان و در اندازه‌های بزرگ احتیاج داریم.

Fig 4

شبکه انتقال انرژی

مشکل‌ترین مسئله یافتن راهی بادوام برای جابه‌جایی منابع انرژی است که دهه هاست ما بر آن تکیه کرده‌ایم، مشخصا‌ً نفت. نفت نه تنها اولین منبع بزرگ انرژی است بلکه بهترین نوع آن از نظر جابه‌جایی در پهنه قاره‌ها و اقیانوس هاست. بیشتر نفتی که ما وارد می‌کنیم از مسیر دریا می‌آید و این یک مسیر بسیار بهینه است.

وقتی ما یک بشکه گاز می‌خریم هزینه حمل و نقل آن کمتر از ٪۱۰ کل هزینه آن است. با این حال انتقال گاز طبیعی از این طریق بهره وری بسیار کمتری دارد. گاز طبیعی برای انتقال ابتدا باید سرد شده و به حالت مایع به شکل LNGدرآید و سپس در تانکرهایی قرار گیرد که خود مقدار زیادی انرژی مصرف می‌کند. تانکر‌های LNGگران‌ترند و باعث گران‌تر شدن حمل و نقل می‌شوند و باز هم تبدیل LNGبه گاز برای ذخیره سازی، انتقال توسط لوله و مصرف در مقصد باعث مصرف انرژی می‌شود. از آنجا که گاز ما در نهایت باید صادر شود درصدد یافتن هزینه هایی هستیم که با گذر زمان برای انتقال آن صرف خواهد شد. انتقال هیدروژن مایع بسیار بیش از این هزینه بر می‌دارد.

انتقال انرژی به صورت انرژی

در حدود سال ۲۰۵۰ ما چگونه می‌خواهیم انرژی را در فواصل طولانی منتقل کنیم درحالیکه هزینه این انتقال زیاد نباشد و انرژی را که نیاز داریم به دست آوریم. بهترین راه انتقال انرژی به صورت همان انرژی است نه به صورت ماده در یک شکل شیمیایی دیگر و حفظ آن به صورت انرژی خالص.

مشخصا‌ً دو راه برای این کار وجود دارد: می‌توان انرژی را به صورت تابش ریزموج به سمت ماهواره هایی فرستاد و با بازتاب آن در جایی دیگر آنرا دریافت کرد یا می‌توان آن را توسط شبکه کابلی در سطح زمین انتقال داد. ما از هر دو راه بهره خواهیم جست اما انتقال کابلی سهم بیشتری خواهد داشت.

ذخیره محلی انرژی

شبکه ای که در نیمه قرن وجود خواهد داشت دارای دو ویژگی مهم نسبت به شبکه‌های انتقال برق کنونی است. یکی پایانه‌های محلی ذخیره انرژی است. هر یک از صدها میلیون مصرف‌کننده در شبکه دارای واحد ذخیره سازی خود خواهد بود. چیزی شبیه یک UPS (منبع تغذیه بدون انقطاع) که نه تنها انرژی مورد نیاز یک کامپیوتر را برای چند دقیقه تامین می‌کند بلکه می‌تواند یک خانه را با کارکرد تمام در مدت ۱۲ تا ۲۴ ساعت تامین انرژی کند.

تصور کنید در نیمه قرن، تکنولوژی نانو، مواد جدید و احتمالا‌ً فیزیک جدید امکاناتی برای ذخیره انرژی الکتریکی در فضایی کمتر از یک قفسه کتاب فراهم آورند. این واحد قادر به ذخیره‌سازی ۱۰۰ کیلو وات ساعت انرژی الکتریکی بوده و برای مصرف یک خانه در ۲۴ ساعت کافی است. اگر هم اکنون بخواهیم چنین واحد ذخیره سازی ای را با یک باطری اسید-سرب فراهم کنیم فضایی در حدود ۲۰ برابر بیشتر، در حدود یک اتاق کوچک نیاز خواهد داشت و هزینه آن حدود ۱۰۰۰۰ دلار خواهد بود.

من معتقدم اگر ما واقعا‌ً فکرمان را در این راه بگذاریم می‌توانیم به حجم کمتر و هزینه پایین‌تر برای چنین واحد ذخیره‌سازی برسیم. تکنولوژی‌های بسیاری باید در این «جعبه» با هم هماهنگ شوند و آن مقدار انرژی را ذخیره کنند. در مقابل اگر بخواهیم این انرژی را در مقیاس خیلی بزرگتری چون یک نیروگاه ذخیره کنیم، امکانات بسیار کمتر است.

ما می‌توانیم آب را تا ارتفاعی پمپ کنیم و آنرا دوباره به پایین برگردانیم، اگر آب و زمین مناسب این کار را داشته باشیم. یا می‌توانیم هوا را فشرده کنیم اگر محفظه‌های بزرگی برای ذخیره آن داشته باشیم. هم اکنون تجهیزات ذخیره انرژی در ابعاد بزرگ وجود دارند اما نسبت به ذخیره ساز‌های کوچک انرژی از کاربری و خواستنی بودن بی بهره‌اند.

تجاری‌سازی ذخیره انرژی

من معتقدم ساخت یک ذخیره‌کننده محلی انرژی باید یکی از اولین اهداف انرژی ما باشد. بیایید به توسعه اسباب و اساس جدیدی برای این صنعت بزرگ بپردازیم. این محصول به راحتی در بازار چند صدمیلیونی مصرف کنندگان ذخیره محلی انرژی جا باز خواهد کرد. از آنجا که این واحد ارزان قیمت خواهد بود -حداکثر چند هزار دلار- کاربران در صورتی که راضی نباشند می‌توانند آن را با واحد‌های بهتری تعویض کنند، مثل دیگر محصولات تکنولوژیک کنونی چون کامپیوترها. به طور متوسط هر پنج سال یا بیشتر کاربران می‌توانند به انتخاب خود واحد ذخیره‌ساز خود را بر اساس مشوق‌های اقتصادی و پیشرفت‌های اتفاق‌افتاده در این حوزه ارتقا دهند.

فکر‌های مبتکر به طور پیوسته در جستجوی بهترین جواب‌ها برای چیزهایی خواهند بود که در این «جعبه ذخیره‌ساز» قرار خواهد گرفت. این واحد ذخیره‌ساز مشکل ذخیره انرژی را حل خواهد کرد. با حل این مشکل، حالا دریافت بیشترین انرژی و ذخیره آن از منابع نه چندان قابل اطمینان و مقطعی‌ای چون باد و خورشید امکان‌پذیر خواهد بود.

ما نمی‌توانیم بیش از ۱۰ تا ۲۰ درصد بر منابع انرژی چون باد و خورشید برای تامین مقادیر زیادی انرژی اطمینان کنیم. بیشتر از این حدِ ۱۰ تا ۲۰ درصد، ما نیاز به دسترسی به ذخیره‌های خود داریم که آماده فراهم کردن انرژی الکتریکی در زمانی باشند که خورشید از تابیدن یا باد از وزیدن باز ایستد. ذخیره‌سازی محلیِ انرژی امکان گذر کردن از این مشکل و داشتن سیستم انرژی قوی، مقاوم در برابر حرکت‌های خرابکارانه و تمرکززدایی شده را برایمان فراهم می‌سازد.

تکمیل شبکه انتقال: خطوط انتقال با ولتاژ بالا

علاوه بر این سیستم محلی به ابداع دیگری نیز برای این شبکه احتیاج داریم تا آن را کارا سازیم. ما به قابلیت انتقال صدها گیگاوات انرژی الکتریکی در طول هزاران مایل در این شبکه احتیاج داریم. خطوط انتقال با ولتاژ بالا برای این کار بسیار مفید و دارای بهره‌وری است.

هم اکنون ما خطوطی داریم که قادر به انتقال جریان مستقیم الکتریسیته در طول ۱۵۰۰ مایل با مقدار کمی اتلاف است. این خطوط قادر به انتقال فقط یک گیگاوات یا هزار مگاوات و نه ۱۰۰ گیگاواتی که ما احتیاج داریم، هستند. اگر با استفاده از تکنولوژی جدید قادر به انتقال انرژی مورد نیازمان هزاران مایل دورتر از جایی که تولید شده با هزینه کم باشیم، قاره آمریکای شمالی می‌تواند کل انرژی مورد نیاز خود را تامین کند.

همه انسان‌ها سهیم اند

این هدف آنچنان که ممکن است به نظر برسد دور از دسترس نیست. نواحی در این قاره آمریکای شمالی وجود دارد که تحت تابش شدید خورشید است و بسیار قابل اطمینان. همچنین مکان‌های بسیار دوری وجود دارد که افراد را در معرض نیروگاه‌های هسته‌ای قرار نخواهد داد. مکان هایی دور از حیاط‌خلوت افراد. امروزه بیشتر افراد از اینکه چه بخشی از انرژی مصرفی آن‌ها از نیروگاه‌های هسته ای می‌آید و محل این نیروگاه‌ها بی اطلاع اند.

بنابراین ترکیب خطوط طولانی انتقال برق و واحدهای ذخیره‌سازی، امکان دسترسی به انرژی مورد نیاز را -فارغ از هر تکنولوژی نو دخیل در تولید آن و محل دقیق تولید این انرژی- برای ما فراهم می‌سازد. در عصر انرژی جدید همه انسان‌ها سهیم‌اند. ابداعات جدید در نانوتکنولوژی و پیشرفت‌های علوم مواد ما را قادر می‌سازد تصورات خود را از انرژی ارزان و فراوان با حقیقت پیوند بزنیم. با توسعه تکنولوژی‌های نو و راهنمایی ارگان‌های سازماندهی چون «انجمن تحقیقات مواد» و گسترش استعداد‌های نسل جوان دانشمندان و مهندسان، من معتقدم می‌توان بیشتر مسائل بحرانی انرژی را حل کرد.

Share