Energy policy could curb Europe’s overconsumption of critical material supply
تجادل الورقة بأن أوروبا يمكنها الحد من استهلاكها المفرط للمواد الحرجة بحلول عام 2050 ليس فقط عبر توسيع العرض، بل من خلال تنفيذ سياسات طاقة محددة تقنياً تعطي الأولوية للبدائل منخفضة المواد مثل أنظمة الدفع غير المغناطيسية، وبطاريات أيونات الصوديوم، والطاقة النووية إلى جانب خفض الطلب بشكل أوسع.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
يعمل العالم على بناء نظام طاقة جديد لوقف تغير المناخ، وهو نظام يعتمد على الكهرباء بدلاً من حرق الوقود الأحفوري. يتطلب هذا التحول كمية هائلة من الأجهزة المادية: توربينات الرياح، والألواضاء الشمسية، والمركبات الكهربائية، والشبكة الضخمة من الأسلاك اللازمة لربطها. كل هذه المعدات مصنوعة من معادن محددة، مثل النحاس والليثيوم والعناصر الأرضية النادرة. وبينما تعد هذه المواد ضرورية لمستقبل نظيف، إلا أنها أيضاً موارد محدودة. فإذا نمت الطلب عليها بسرعة كبيرة، فقد تنهار سلاسل التوريد العالمية، مما يترك عملية الانتقال إلى الطاقة النظيفة في حالة ركود. والسؤال الذي يواجه صانعي السياسات ليس فقط كيفية العثور على المزيد من هذه المواد، بل كيفية تصميم نظام الطاقة الجديد بحيث لا يحتاج إلى أكثر مما يمكن للعالم توفيره.
لقد تصدى فريق من الباحثين في المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ (ETH Zurich) لهذه المشكلة من خلال النظر في نظام الطاقة الكامل في أوروبا، بدءاً من محطات الطاقة وصولاً إلى السيارات على الطرق. وقد طرحوا سؤالاً مباشلاً: إذا بنت أوروبا أكثر أنظمة الطاقة كفاءة وأقلها تكلفة، فهل ستستهلك أكثر من حصتها العادلة من المعادن الحرجة في العالم؟ وللإجابة على ذلك، قاموا ببناء نموذج حاسوبي مفصل لمستقبل الطاقة في أوروبا، ممتداً حتى عام 2050. لم يكتفوا بالنظر في قطاع الطاقة فحسب، بل أخذوا في الاعتبار أيضاً المواد المستخدمة في كل شيء تشتريه وتستخدمه أوروبا، من الإلكترونيات إلى البناء. ثم قارنوا إجمالي كمية المواد المطل}{} مقابل ثلاثة أفكار مختلفة لما قد تكون عليه "الحصة العادلة" لأوروبا من الإمداد العالمي. إحدى هذه الأفكار استندت إلى حجم السكان، والأخرى إلى الثروة الاقتصادية، والثالثة إلى مبدأ يمنح الدول النامية حصة أكبر من الموارد لمساعدتها على النمو.
وجد الباحثون أنه إذا اتبعت أوروبا ببساطة المسار الحالي لاختيارات التكنولوجيا، فإن الإجابة هي نعم قاطعة: ستحتاج القارة إلى أكثر بكما هو حصتها العادلة من جميع المواد الحرجة تقريباً. في سيناريوهم القياسي، الذي يعكس اتجاهات السوق الحالية والتصاميم الأكثر فعالية من حيث التكلفة، سيتجاوز الطلب على 23 مادة من أصل 24 مادة درسوها حصة أوروبا لكل فرد. وبعض المواد تعاني من نقص حاد بشكل خاص؛ فعلى سبيل المثال، الطلب على الكوبالت والإريديوم من شأنه أن يستهلك أكثر من نصف إمدادات العالم بأكره. كما أن الطلب على العناصر الأرضية النادرة، التي تُستخدم في المغناطيسات القوية للمحركات الكهربائية وتوربينات الرياح، سيتجاوز بكثير ما هو متاح. وهذا الاستهلاك المفرط مدفوع بشكل كبير بأنواع التكنولوجيا المفضلة حالياً في الصناعة، مثل السيارات الكهربائية ذات المحركات ذات المغناطيس الدائم وتوربينات الرياح التي تستخدم نفس المغناطيسات.
ومع ذلك، لا ينتهي البحث بتحذير من نقص حتمي. فقد اختبر الباحثون سلسلة من المسارات البديلة لمعرفة ما إذا كان تغيير تصميم نظام الطاقة يمكن أن يحل المشكلة. واكتشفوا أن خيارات تكنولوجية محددة ومتعمدة يمكن أن تقلل بشكل كبير من الحاجة إلى هذه المواد النادرة. وكان أكثر الأدوات فعالية التي وجدوها هو التوقف عن استخدام المغناطيسات الدائمة في المركبات الكهربائية وتوربينات الرياح. حالياً، تستخدم معظم السيارات الكهربائية والعديد من توربينات الرياح محركات ومولدات محشوة بمغناطيسات العناصر الأرضية النادرة لأنها فعالة وقوية. وقد قام الباحثون بمحاكاة سيناريو تتحول فيه أوروبا إلى المحركات الحثية (induction motors)، التي لا تتطلب هذه العناصر الأرضية النادرة. هذا التغيير الوحيد خفض الطلب على العناصر الأرضية النادرة إلى مستوى يمكن لأوروبا تلبيته بواقعية. وبالمثل، وجدوا أن تحويل البطاريات في السيارات الكهربائية من الأنواع الحالية القائمة على الليثيوم إلى بطاريات صوديوم-أيون، التي تستخدم الملح الشائع بدلاً من الليثيوم والكوبالت النادرين، من شأنه أن يخفف الضغط على تلك المواد بشكل كبير.
ساعدت تغييرات أخرى أيضاً، وإن جاء بعضها مع مقايضات. نظر الباحثون في استبدال أسلاك النحاس في الشبكة الكهربائية بالألومنيوم. وبما أن الألومنيوم أكثر وفرة بكثير من النحاس، فإن هذا الاستبدال سيسمح لأوروبا بتوسيع الشبونة دون استنفاد النحاس. كما استكشفوا فكرة بناء المزيد من محطات الطاقة النووية بشكل كبير. وبما أن الطاقة النووية تتطلب عدداً قليلاً جداً من المعادن الحرجة اللازمة لطاقة الرياح والشمس، فإن زيادة حصتها من شأنها أن تقلل الطلب الإجمالي على معظم المواد في الدراسة. ومع ذلك، أشار المؤلفون إلى أن هذا المسار يجلب تحدياته الخاصة، مثل التكاليف المرتفعة وفترات البناء الطويلة، وسيزيد من الطلب على الإنديوم، وهو مادة تُستخدم في الألواح الشمسية.
رغم هذه الحلول الواعدة، حدد الباحثون مادتين تظلان صعبة الإدارة بشكل مستعصٍ: النحاس والنيكل. فحتى عند دمج أفضل الخيارات التكنولوجية الممكنة، يظل الطلب على هذين المعدنين مرتفعاً. وذلك لأنهما يُستخدمان على نطاق واسع عبر الاقتصاد بأكمله، وليس في قطاع الطاقة فحسب. فالنحاس مطلوب لكل شيء من الأسلاك إلى السباكة، والنيكل ضروري للفولاذ المقاوم للصدأ والعديد من المنتجات الصناعية الأخرى. وتشير الدراسة إلى أنه بالنسبة لهذه المواد المحددة، فإن تغيير نظام الطاقة وحده ليس كافياً؛ إذ ستحتاج أوروبا إلى تقليل استهلاكها الإجمالي لهذه المعادن عبر جميع قطاعات الاقتصاد لتبقى ضمن حدود الإمداد العالمي.
كما تتحدى الورقة بعض الافتراضات الشائعة حول كيفية حل نقص المواد. فعلى سبيل المثال، بينما جادل البعض بأن على أوروبا التوقف عن استخدام الألواح الشمسية ذات الغشاء الرقيق لتوفير مواد أشباه الموصلات النادرة، وجد الباحثون أن هذا لن يحدث فرقاً كبيراً. فهذه الألواح تشكل بالفعل جزءاً ضئيلاً من السوق، والمواد التي تستخدمها سهلة التوريد نسبياً. بدلاً من ذلك، يجب أن يظل التركيز على العناصر الكبرى: المحركات في السيارات، والمولدات في توربينات الرياح، والبطاريات في أنظمة التخزين. وتخلص الدراسة إلى أن تجنب أزمة نقص المواد أمر ممكن، لكنه يتطلب أكثر من مجرد بناء المزيد من المناجم؛ إنه يتطلب تحولاً في السياسات لتشجيع استخدام تقنيات أقل كثافة في استخدام المواد. فإذا استمرت أوروبا في اتباع الاتجاه الحالي المتمثل في تعظيم الكفاءة باستخدام المواد النادرة، فستصطدم بحائط مسدود. ولكن إذا اختارت تصميم نظام طاقتها مع وضع ندرة المواد في الاعتبار، فيمكنها البقاء ضمن حدود ما يمكن للعالم توفيره.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.