مضخات الحرارة تزحف نحو أسواق الفحم الصناعية

يمثل الاختراق الجديد في تقنية مضخات الحرارة عالية الحرارة خطوة حاسمة نحو تقليل اعتماد العالم على الوقود الأحفوري في السياقات الصناعية. أجرى فريق من العلماء في معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية بألمانيا اختبارات على مضخات حرارة بدرجة حرارة بلغت 320 درجة فهرنهايت، وأثبتوا قدرتها على إنتاج المياه الساخنة والبخار، ما يحمل وعوداً بحلول بديلة عن الفحم في القطاعات الصناعية التي يصعب إزالة الكربون منها.

وأشار تقرير حديث من موقع "إنترستينج إنجينيرينج" إلى أن "البيانات المستخلصة من التجارب يمكنها أن تمكّن الشركات المصنّعة من تصميم مضخات حرارة ومبادلات حرارية موائمة للدرجات العالية والأحمال الكبيرة والظروف المتغيرة".

يختبر العلماء في معهد فراونهوفر هذا النظام في سياقات متعددة مع مصادر حرارية متنوعة. تستطيع مضخات الحرارة استخراج الطاقة الحرارية بطرق مختلفة عديدة. وتعرّف الوكالة الدولية للطاقة مضخة الحرارة بأنها تقنية قادرة على استخلاص الحرارة من مصادر شتّى منها "الهواء المحيط والطاقة الحرارية المختزنة في التربة أو مصادر المياه القريبة أو الحرارة المهدرة من المصانع"، ثم تقوم المضخة بـ "تضخيم هذه الحرارة ونقلها إلى حيث يتم الحاجة إليها".

تتكون مضخة الحرارة من مضاغط يدفع مادة التبريد عبر حلقة مغلقة ومبادل حراري يستخلص الطاقة الحرارية من مصدر محدد، ثم يقوم مبادل حراري آخر بنقل تلك الطاقة إلى مستقبل الحرارة. في النموذج الذي يختبره معهد فراونهوفر، تستخدم مادة التبريد البوتان.

حظيت مضخات الحرارة باهتمام متزايد في السنوات الأخيرة باعتبارها أداة منخفضة التكاليف وموفرة للموارد في معادلة إزالة الكربون. غير أن معظم الحديث عن مضخات الحرارة تركز على نماذج تعمل بدرجات حرارة أقل بكثير وموجهة للاستخدام السكني والتجاري، لا للتطبيقات الصناعية. ستُستخدم هذه المضخات لجعل التدفئة والتبريد، وهما من أكبر مصادر انبعاثات غازات الدفيئة عالمياً، أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة. وليس هذا فحسب، بل إنها اقتصادية بشكل ملحوظ.

قال ألكسندر غارد-موراي، دكتور الاقتصاد السياسي بجامعة براون والمؤلف المشارك لدراسة "البيوت الهجينة ثلاثية الحرارة: برنامج حوافز لكهربة التدفئة تقليل فواتير الطاقة في المنازل الأمريكية"، لموقع نيويورك تايمز في وقت سابق من العام: "لقد بدأنا ننظر إلى الحلول المناخية مثل شماعات الورق كأشياء أسوأ مما اعتدنا عليه. لكن هناك أماكن يستفيد الجميع فيها، وأعتقد أن مضخات الحرارة خير مثال على ذلك. فهي أكثر هدوءاً وتوفر تحكماً أفضل، وفي الوقت ذاته ستقلل من استهلاكنا للطاقة وانبعاثات غازات الدفيئة لدينا. إنها ليست مجرد توفيرات بل تحسين في جودة الحياة".

بالفعل، مضخات الحرارة فعالة جداً، وتكاليف الطاقة المتعلقة بتدفئة وتبريد المنازل والمباني مرتفعة جداً، بحيث تشير بعض التقديرات إلى أن مضخات الحرارة السكنية وحدها قد تخفض استهلاك الطاقة في الولايات المتحدة بمقدار النصف. واعتباراً من عام 2023، تشير بعض الأرقام إلى أن مضخات الحرارة تمكنت بالفعل من منع انبعاث 8 ملايين طن من ثاني أكسيد الكربون في أوروبا وحدها. وكما كتب المنتدى الاقتصادي العالمي في تقرير على هامش مؤتمر COP27، الذي أفرد مساحة كبيرة لإمكانيات مضخات الحرارة كحل لأزمة المناخ: "أكثر الطاقة صديقة للبيئة هي الطاقة التي لا نستخدمها".

ينطبق هذا المنطق أيضاً على التطبيقات الصناعية لمضخات الحرارة عالية الحرارة، خاصة إذا أخذنا بعين الاعتبار أن الطاقة التي ستحل هذه التقنيات محلها تأتي في الغالب من الفحم، أقذر أنواع الوقود الأحفوري. قد تساعد البيانات التي ينتجها معهد فراونهوفر على تحسين جيل جديد من العمليات الصناعية الآمنة والاقتصادية والمنخفضة الانبعاثات في وقت تشتد الحاجة فيه إلى إزالة الكربون. يمثل استهداف العمليات التصنيعية الصعبة الكربنة إحدى أكثر جوانب لغز إزالة الكربون تعقيداً، وباتنا الآن أقرب خطوة إلى حلها.