الطاقة الشمسية الكهروضوئية بين الاستدامة والتحديات البيئية: رؤية من منظور دورة الحياة

مقدمة

تُعتبر تقنيات الخلايا الكهروضوئية (Photovoltaics – PV) الركيزة الأبرز في التحول العالمي نحو الطاقة المتجددة، إذ توصف بأنها صفرية الكربون أثناء التشغيل، ولا تصدر انبعاثات من ثاني أكسيد الكربون أو الميثان أو أكاسيد النيتروجين والكبريت (CO₂, CH₄, NOₓ, SOₓ) ، وبحسب الوكالة الدولية للطاقة (IEA, 2024)، فإن الطاقة الشمسية تساهم بنسبة 5.4%  من الكهرباء العالمية، ومن المتوقع أن تنمو بمقدار ستة أضعاف خلال العقد القادم. لكن، ورغم هذا الأفق الواعد، تطرح سلسلة القيمة الكاملة للطاقة الشمسية تحديات بيئية حقيقية، بدءًا من استخراج المواد الخام وحتى إدارة نهاية العمر التشغيلي.

المواد الخام والتصنيع: أساس متين لكن مكلف بيئيًا

تُبنى الخلايا الشمسية بالأساس على السيليكون، وهو عنصر وفير، لكن استخراجه وتنقيته عملية كثيفة الاستهلاك للطاقة والموارد.

• التعدين والتنقية:  يتطلب استخراج السيليكون، الفضة، الألمنيوم والنحاس طاقة ومياه ومواد كيميائية بكميات كبيرة، ما قد يؤدي إلى تلوث التربة والمياه وفقدان التنوع الحيوي.
• المعادن النادرة:  مثل الكادميوم والإنديوم ضرورية لبعض أنواع الخلايا غير السيليكونية، لكنها سامة وتشكل مخاطر صحية وبيئية إذا لم تتم إدارتها بشكل آمن.
• مرحلة التصنيع:  تشمل تنقية السيليكون، إنتاج الرقائق  (wafers)، معالجة الخلايا وتجميع الوحدات. تستهلك هذه العمليات كميات ضخمة من الطاقة، وغالبًا ما تعتمد على مصادر أحفورية.
  بحسب  IEA (2022)، تتراوح البصمة الكربونية لإنتاج الأنظمة الشمسية بين  14 – 73  غرام من مكافئ غاز ثاني أكسيد الكربون لكل ك.و.س – اعتمادًا على التكنولوجيا ومزيج الكهرباء المستخدم.

التركيب والبنية التحتية: بين استغلال الأراضي وكفاءة الاستخدام

قد يتطلب تركيب محطات الطاقة الشمسية واسعة النطاق مساحات كبيرة، ما يؤدي إلى تغيير استخدام الأراضي أو التأثير على النظم البيئية. ومع ذلك:

• يمكن تقليل الأثر باستخدام أسطح المباني، أو الأراضي منخفضة القيمة مثل الأراضي المهجورة.
• يتطلب التركيب أيضًا بنية تحتية مساندة (هياكل تثبيت، محولات، أسلاك، بطاريات)، ولكل منها أثر بيئي إضافي يتعلق باستخراج المواد والتصنيع والنقل.

التشغيل والصيانة: انبعاثات شبه معدومة

بمجرد تشغيلها، تُعد الأنظمة الكهروضوئية من أنظف تقنيات الطاقة:

• لا تصدر انبعاثات مباشرة.
• لا تحتاج إلى مياه كثيفة مثل محطات التبريد الحراري.
• تكاليف الصيانة منخفضة نسبيًا. ومع ذلك، فإن تنظيف الألواح قد يتطلب موارد مائية في بعض المناطق الجافة.

نهاية العمر وإعادة التدوير: التحدي القادم

يمتد عمر اللوح الشمسي في المتوسط إلى 30  عامًا، وبعدها تبدأ التحديات:

• وكالة IRENA تتوقع وصول نفايات الألواح الشمسية إلى 8  ملايين طن بحلول 2030، و50  مليون طن بحلول 2050.
• في الولايات المتحدة، تشير بيانات NREL إلى أن أقل من 10%  من الألواح المُفككة يُعاد تدويرها، نظرًا لأن تكلفة إعادة التدوير (15–45 دولار/لوح) تفوق تكلفة الطمر في المكبات (1–5 دولار/لوح).
• المخاطر: الطمر يؤدي إلى تسرب معادن سامة مثل الرصاص والكادميوم.
• الفرص: إعادة التدوير يمكن أن تستعيد السيليكون، الفضة، الألمنيوم والنحاس، ما يقلل الحاجة إلى التعدين، لكن تقنيات التدوير نفسها بحاجة إلى تحسينها للحد من آثارها البيئية.

تقييم دورة الحياة (LCA) : الطريق نحو تحسين الاستدامة

المنهجية الأنسب لفهم الأثر البيئي الشامل للطاقة الشمسية هي تحليل دورة الحياة (Life Cycle Assessment – LCA)، الذي يغطي المراحل من “المهد إلى اللحد”:

• استهلاك الطاقة عبر سلسلة القيمة.
• انبعاثات غازات الدفيئة.
• استنزاف الموارد الطبيعية.
• إدارة المخلفات والتدوير.

توصيات LCA تشمل:

• زيادة كفاءة عمليات التصنيع وتقليل اعتمادها على الوقود الأحفوري.
• تطوير مواد بديلة أقل خطورة.
• تعزيز برامج إعادة التدوير وإغلاق الحلقة  (Circular Economy)

خاتمة

إن الطاقة الشمسية الكهروضوئية تظل ركيزة أساسية للتحول الطاقي العالمي، لكنها ليست صفرية الأثر البيئي عند النظر إلى سلسلة القيمة الكاملة. ولذلك، فإن الاستدامة الحقيقية للطاقة الشمسية تكمن في:

• ابتكار تكنولوجيات تصنيع أكثر نظافة،
• استراتيجيات لإعادة التدوير على نطاق واسع،
• وسياسات داعمة لاقتصاد دائري يقلل الاعتماد على التعدين ويعزز استرداد الموارد.

بهذا، يمكن للطاقة الشمسية أن تحقق وعدها كحل فعّال لمستقبل طاقي مستدام ومرن.

📖  المصدر

Minviro, The Environmental Impact of Photovoltaics, June 2024