الطاقة المتجددة

يُفهم مصطلح الطاقة المتجددة عادةً على أنه الطاقة المُستمدة من الظواهر الطبيعية المستمرة. وتُعرّفها وكالة الطاقة الدولية بأنها "الطاقة المُستمدة من العمليات الطبيعية التي تتجدد بمعدل أسرع من معدل استهلاكها". وتُعتبر الطاقة الشمسية ، وطاقة الرياح ، والطاقة الكهرومائية ، والطاقة الحرارية الأرضية ، والكتلة الحيوية من الأنواع الرئيسية للطاقة المتجددة. ^{[ 24 ]} غالبًا ما تحل الطاقة المتجددة محل الوقود التقليدي في أربعة مجالات: توليد الكهرباء ، وتسخين المياه / تدفئة المساحات ، والنقل ، وخدمات الطاقة في المناطق الريفية (غير المتصلة بالشبكة). ^{[ 25 ]}

على الرغم من أن جميع أشكال الطاقة المتجددة تقريبًا تُنتج انبعاثات كربونية أقل بكثير من الوقود الأحفوري، إلا أن هذا المصطلح لا يُرادف الطاقة منخفضة الكربون . فبعض مصادر الطاقة غير المتجددة، مثل الطاقة النووية ، لا تُنتج أي انبعاثات تقريبًا، بينما قد تكون بعض مصادر الطاقة المتجددة كثيفة الكربون، مثل حرق الكتلة الحيوية إذا لم يتم تعويضها بزراعة نباتات جديدة. ^{[ 12 ]} كما أن الطاقة المتجددة تختلف عن الطاقة المستدامة ، وهو مفهوم أكثر تجريدًا يسعى إلى تصنيف مصادر الطاقة بناءً على تأثيرها الدائم الإجمالي على الأجيال القادمة من البشر. فعلى سبيل المثال، غالبًا ما ترتبط الكتلة الحيوية بإزالة الغابات غير المستدامة . ^{[ 26 ]}

في إطار الجهود العالمية للحد من تغير المناخ ، التزمت معظم الدول بتحقيق صافي انبعاثات غازات دفيئة صفرية . ^{[ 27 ]} ويعني هذا عمليًا التخلص التدريجي من الوقود الأحفوري واستبداله بمصادر طاقة منخفضة الانبعاثات. ^{[ 12 ]} هذه العملية الضرورية، والتي تُعرف باسم "البدائل منخفضة الكربون" ^{[ 28 ]} ، على عكس عمليات التحول الأخرى بما في ذلك إضافة مصادر الطاقة، تحتاج إلى تسريعها عدة مرات من أجل التخفيف من آثار تغير المناخ بنجاح. ^{[ 28 ]} في مؤتمر الأمم المتحدة لتغير المناخ لعام 2023 ، حددت نحو ثلاثة أرباع دول العالم هدفًا يتمثل في مضاعفة قدرة الطاقة المتجددة ثلاث مرات بحلول عام 2030. ^{[ 29 ]} ويهدف الاتحاد الأوروبي إلى توليد 40% من كهربائه من مصادر متجددة بحلول العام نفسه. ^{[ 30 ]}

تتوزع الطاقة المتجددة بشكل أكثر توازناً في جميع أنحاء العالم مقارنةً بالوقود الأحفوري، الذي يتركز في عدد محدود من البلدان. ^{​​[ 31 ]} كما أنها تُحقق فوائد صحية من خلال الحد من تلوث الهواء الناتج عن حرق الوقود الأحفوري. وقد قُدّرت الوفورات المحتملة في تكاليف الرعاية الصحية على مستوى العالم بتريليونات الدولارات سنوياً. ^{[ 32 ]}

يُعدّ كلٌّ من الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، وهما أهمّ شكلين من أشكال الطاقة المتجددة، مصدرين متقطعين للطاقة : فهما غير متوفرين باستمرار، مما يؤدي إلى انخفاض معامل القدرة . في المقابل، تستطيع محطات توليد الطاقة التي تعمل بالوقود الأحفوري ، ومحطات الطاقة النووية، والطاقة الكهرومائية، عادةً، إنتاج الكمية المطلوبة من الطاقة لشبكة الكهرباء في وقتٍ مُحدد. لا يُمكن استغلال الطاقة الشمسية إلا خلال النهار، وفي ظروف مثالية خالية من الغيوم. أما توليد طاقة الرياح، فيُمكن أن يتفاوت بشكلٍ كبير ليس فقط من يومٍ لآخر، بل حتى من شهرٍ لآخر. ^{[ 33 ]} يُشكّل هذا تحديًا عند التحوّل من الوقود الأحفوري: فغالبًا ما يكون الطلب على الطاقة أعلى أو أقل مما يُمكن أن تُوفّره مصادر الطاقة المتجددة. ^{[ 34 ]}

على المدى المتوسط، قد يتطلب هذا التذبذب إبقاء بعض محطات توليد الطاقة التي تعمل بالغاز أو غيرها من مصادر التوليد القابلة للتحكم في وضع الاستعداد ^{[ 35 ] [ 36 ]} إلى حين توفر سعة تخزين كافية للطاقة، أو استجابة للطلب ، أو تحسين الشبكة، أو طاقة الحمل الأساسي من مصادر غير متقطعة. أما على المدى البعيد، فيُعدّ تخزين الطاقة وسيلة مهمة للتعامل مع عدم انتظام الإمداد ^{[ 37 ]} . كما يُمكن أن يُساهم استخدام مصادر الطاقة المتجددة المتنوعة والشبكات الذكية في تحقيق توازن بين العرض والطلب ^{[ 38 ] .}

قد يؤدي ربط قطاع توليد الطاقة بقطاعات أخرى إلى زيادة المرونة؛ فعلى سبيل المثال، يمكن ربط قطاع النقل بشحن المركبات الكهربائية وإرسال الكهرباء منها إلى الشبكة . ^{[ 39 ]} وبالمثل، يمكن ربط القطاع الصناعي بالهيدروجين المُنتَج بالتحليل الكهربائي، ^{[ 40 ]} وقطاع المباني بتخزين الطاقة الحرارية لتدفئة وتبريد المساحات. ^{[ 41 ]}

يمكن أن يساعد بناء قدرة فائضة لتوليد الطاقة من الرياح والطاقة الشمسية في ضمان إنتاج كافٍ من الكهرباء حتى في الأحوال الجوية السيئة. وفي الأحوال الجوية المثالية، قد يكون من الضروري تقليص توليد الطاقة إذا تعذر استخدام أو تخزين الكهرباء الفائضة. ^{[ 42 ]}

نظام كهروضوئي صغير مثبت على سطح منزل في بون ، ألمانيا

محطة كوميكوراياما للطاقة الكهروضوئية في كوفو ، اليابان

بلغ إنتاج الطاقة الشمسية حوالي 1.3 تيراواط ساعة (TWh) على مستوى العالم في عام 2022، ^{[ 10 ]} وهو ما يمثل 4.6% من إجمالي الكهرباء العالمية. وقد حدث معظم هذا النمو منذ عام 2010. ^{[ 62 ]} يمكن تسخير الطاقة الشمسية في أي مكان تصله أشعة الشمس؛ إلا أن كمية الطاقة الشمسية التي يمكن تسخيرها لتوليد الكهرباء تتأثر بالظروف الجوية والموقع الجغرافي ووقت اليوم. ^{[ 63 ]}

هناك طريقتان رئيسيتان لتسخير الطاقة الشمسية: الطاقة الشمسية الحرارية ، التي تحول الطاقة الشمسية إلى حرارة؛ والطاقة الكهروضوئية ، التي تحولها إلى كهرباء. ^{[ 12 ]} وتُعدّ الطاقة الكهروضوئية أكثر انتشارًا، إذ تُشكّل حوالي ثلثي القدرة العالمية للطاقة الشمسية اعتبارًا من عام 2022. ^{[ 64 ]} كما أنها تنمو بمعدل أسرع بكثير، حيث بلغت القدرة المركبة حديثًا 170 جيجاواط في عام 2021، ^{[ 65 ]} مقارنةً بـ 25 جيجاواط من الطاقة الشمسية الحرارية. ^{[ 64 ]}

يشير مفهوم الطاقة الشمسية السلبية إلى مجموعة من استراتيجيات وتقنيات البناء التي تهدف إلى تحسين توزيع الحرارة الشمسية في المبنى. ومن الأمثلة على ذلك المداخن الشمسية ، ^{[ 12 ]} وتوجيه المبنى نحو الشمس، واستخدام مواد بناء قادرة على تخزين الحرارة ، وتصميم مساحات تسمح بتدوير الهواء بشكل طبيعي . ^{[ 66 ]}

بين عامي 2020 و2022، تضاعفت استثمارات تكنولوجيا الطاقة الشمسية تقريبًا من 162 مليار دولار أمريكي إلى 308 مليارات دولار أمريكي، مدفوعةً بنضج القطاع المتزايد وانخفاض التكاليف، لا سيما في مجال الطاقة الشمسية الكهروضوئية، التي استحوذت على 90% من إجمالي الاستثمارات. وكانت الصين والولايات المتحدة المستفيدين الرئيسيين، حيث شكّلتا معًا نحو نصف إجمالي استثمارات الطاقة الشمسية منذ عام 2013. وعلى الرغم من انخفاض الاستثمارات في اليابان والهند نتيجةً لتغيرات السياسات وجائحة كوفيد-19 ، إلا أن النمو في الصين والولايات المتحدة، والزيادة الكبيرة في برنامج تعريفة التغذية في فيتنام، عوضت هذا الانخفاض. وعلى الصعيد العالمي، أضاف قطاع الطاقة الشمسية 714 جيجاوات من قدرة الطاقة الشمسية الكهروضوئية والطاقة الشمسية المركزة بين عامي 2013 و2021، مع ارتفاع ملحوظ في منشآت التدفئة الشمسية واسعة النطاق في عام 2021، وخاصةً في الصين وأوروبا وتركيا والمكسيك. ^{[ 67 ]} في عام 2023، نمت القدرة العالمية للطاقة الشمسية بنحو 30%، مدفوعة بانخفاض أسعار الألواح الشمسية وتوسيع الحوافز الحكومية في جميع أنحاء العالم. ^{[ 68 ]}

الخلايا الكهروضوئية

يقوم نظام الخلايا الكهروضوئية ، الذي يتكون من خلايا شمسية مجمعة في ألواح ، بتحويل الضوء إلى تيار كهربائي مباشر عبر التأثير الكهروضوئي . ^{[ 71 ] [ 72 ]}

تتراوح أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية من تركيبات صغيرة على أسطح المنازل أو مدمجة في المباني ، ^{[ 73 ] [ 74 ] [ 75 ]} إلى محطات طاقة شمسية كهروضوئية واسعة النطاق . ^{[ 76 ] [ 77 ] [ 78 ]} ويمكن استخدام الألواح الشمسية المنزلية لتلبية احتياجات ذلك المنزل فقط، أو في حال توصيلها بشبكة الكهرباء، يمكن تجميعها مع ملايين المنازل الأخرى. ^{[ 79 ] [ 80 ] [ 81 ]}

أُنشئت أول محطة طاقة شمسية على نطاق المرافق العامة عام 1982 في هيسبيريا، كاليفورنيا، بواسطة شركة أركو . ^{[ 82 ] [ 83 ]} لم تكن المحطة مربحة، فتم بيعها بعد ثماني سنوات. ^{[ 84 ]} مع ذلك، وعلى مدى العقود التالية، أصبحت الخلايا الكهروضوئية أكثر كفاءة وأقل تكلفة بشكل ملحوظ. ^{[ 85 ]} ونتيجة لذلك، نما استخدام الطاقة الكهروضوئية نموًا هائلاً منذ عام 2010. ^{[ 86 ]} ارتفعت القدرة العالمية من 230 جيجاواط في نهاية عام 2015 إلى 890 جيجاواط في عام 2021. ^{[ 87 ]} شهدت الصين أسرع نمو في مجال الطاقة الكهروضوئية بين عامي 2016 و2021، حيث أضافت 560 جيجاواط، أي أكثر من جميع الاقتصادات المتقدمة مجتمعة. ^{[ 88 ]} في عام 2025، كانت أربع من أكبر عشر محطات طاقة شمسية في الصين، بما في ذلك أكبرها، وهي محطة تالاتان للطاقة الشمسية . ^{[ 89 ]}

تُعاد تدوير الألواح الشمسية للحد من النفايات الإلكترونية وتوفير مصدر للمواد التي كان سيتم استخراجها من المناجم لولا ذلك، ^{[ 90 ]} إلا أن هذا النشاط لا يزال محدوداً، والعمل جارٍ على تحسين العملية وتوسيع نطاقها. ^{[ 91 ] [ 92 ] [ 93 ]}

استغلّ الإنسان طاقة الرياح منذ عام 3500 قبل الميلاد على الأقل. وحتى القرن العشرين، كان استخدامها يقتصر في المقام الأول على تشغيل السفن وطواحين الهواء ومضخات المياه. أما اليوم، فتُستخدم الغالبية العظمى من طاقة الرياح لتوليد الكهرباء باستخدام توربينات الرياح. ^{[ 12 ]} تتراوح قدرة توربينات الرياح الحديثة المستخدمة على نطاق المرافق العامة بين 600  كيلوواط و9 ميغاواط من القدرة المقدرة. وتعتمد الطاقة المتاحة من الرياح على مكعب سرعة الرياح، لذا فكلما زادت سرعة الرياح، زادت الطاقة الناتجة حتى تصل إلى أقصى قدرة إنتاجية للتوربين. ^{[ 102 ]} وتُعدّ المناطق التي تتميز برياح أقوى وأكثر استقرارًا، مثل المواقع البحرية والمواقع المرتفعة، مواقع مفضلة لمزارع الرياح.

غطت الطاقة الكهربائية المولدة من الرياح ما يقارب 4% من الطلب العالمي على الكهرباء في عام 2015، مع  تركيب ما يقارب 63 جيجاواط من قدرة طاقة الرياح الجديدة. وكانت طاقة الرياح المصدر الرئيسي للقدرة الجديدة في أوروبا والولايات المتحدة وكندا، وثاني أكبر مصدر في الصين. وفي الدنمارك، غطت طاقة الرياح أكثر من 40% من الطلب على الكهرباء، بينما غطت كل من أيرلندا والبرتغال وإسبانيا ما يقارب 20%. ^{[ 103 ]}

على الصعيد العالمي، يُعتقد أن الإمكانات التقنية طويلة الأجل لطاقة الرياح تبلغ خمسة أضعاف إجمالي إنتاج الطاقة العالمي الحالي، أو 40 ضعف الطلب الحالي على الكهرباء، بافتراض التغلب على جميع العقبات العملية اللازمة. ويتطلب ذلك تركيب توربينات الرياح على مساحات واسعة، لا سيما في المناطق ذات موارد الرياح العالية، مثل المناطق البحرية، ومن المرجح أيضًا استخدام أنواع جديدة من توربينات الرياح ذات المحور الرأسي في الصناعة ، بالإضافة إلى وحدات المحور الأفقي المستخدمة حاليًا. ونظرًا لأن متوسط ​​سرعة الرياح في البحر يزيد بنحو 90% عن سرعة الرياح على اليابسة، فإن موارد الرياح البحرية يمكن أن تساهم بطاقة أكبر بكثير من تلك التي توفرها التوربينات البرية. ^{[ 104 ]}

بلغت الاستثمارات في تقنيات طاقة الرياح 161 مليار دولار أمريكي في عام 2020، حيث استحوذت طاقة الرياح البرية على 80% من إجمالي الاستثمارات خلال الفترة من 2013 إلى 2022. وتضاعفت استثمارات طاقة الرياح البحرية تقريبًا لتصل إلى 41 مليار دولار أمريكي بين عامي 2019 و2020، ويعود ذلك بشكل أساسي إلى الحوافز السياسية في الصين والتوسع في أوروبا. وزادت القدرة العالمية لطاقة الرياح بمقدار 557 جيجاواط بين عامي 2013 و2021، بمعدل زيادة سنوية في القدرة المضافة بلغ 19% في المتوسط. ^{[ 67 ]}

بما أن كثافة الماء تفوق كثافة الهواء بنحو 800 مرة ، فإن حتى تيارًا مائيًا بطيئًا، أو موجة بحر متوسطة ، يمكن أن ينتج كميات كبيرة من الطاقة. يمكن للماء توليد الكهرباء بكفاءة تحويل تصل إلى 90%، وهي أعلى نسبة في مجال الطاقة المتجددة. ^{[ 108 ]} وهناك العديد من أشكال الطاقة المائية:

• تاريخياً، كانت الطاقة الكهرومائية تأتي من بناء سدود وخزانات كهرومائية كبيرة، والتي لا تزال شائعة في البلدان النامية . ^{[ 109 ]} وأكبرها سد الخوانق الثلاثة ( 2003) في الصين وسد إيتايبو (1984) الذي بنته البرازيل وباراغواي.
• تُعدّ أنظمة الطاقة الكهرومائية الصغيرة محطات لتوليد الطاقة الكهرومائية، وتنتج عادةً ما يصل إلى 50 ميغاواط من الطاقة. وغالبًا ما تُستخدم هذه الأنظمة على الأنهار الصغيرة أو كنوع من التنمية منخفضة التأثير على الأنهار الكبيرة. وتُعتبر الصين أكبر منتج للطاقة الكهرومائية في العالم، ولديها أكثر من 45,000 محطة طاقة كهرومائية صغيرة. ^{[ 110 ]}
• تستمد محطات توليد الطاقة الكهرومائية الجارية من الأنهار طاقتها دون الحاجة إلى إنشاء خزانات ضخمة . يُنقل الماء عادةً على طول ضفة وادي النهر (باستخدام قنوات أو أنابيب أو أنفاق) حتى يرتفع فوق قاع الوادي، وعندها يُترك ليسقط عبر قناة لتشغيل توربين. قد تُنتج محطة كهرومائية جارية كمية كبيرة من الكهرباء، مثل سد تشيف جوزيف على نهر كولومبيا في الولايات المتحدة. ^{[ 111 ]} مع ذلك، فإن العديد من محطات الطاقة الكهرومائية الجارية هي محطات صغيرة جدًا أو محطات كهرومائية متناهية الصغر .

تتميز مصادر الطاقة الكهرومائية بمرونتها، مما يجعلها مكملة لطاقة الرياح والطاقة الشمسية، لكونها غير متقطعة. ^{[ 112 ]} في عام 2021، بلغت القدرة العالمية للطاقة الكهرومائية المتجددة 1360 جيجاواط. ^{[ 88 ]} لم يُستغل سوى ثلث الإمكانات العالمية المقدرة للطاقة الكهرومائية، والبالغة 14000 تيراواط/ساعة سنويًا. ^{[ 113 ] [ 114 ]} تواجه مشاريع الطاقة الكهرومائية الجديدة معارضة من المجتمعات المحلية نظرًا لتأثيرها الكبير، بما في ذلك تهجير السكان وإغراق موائل الحياة البرية والأراضي الزراعية. ^{[ 115 ]} ولذلك، تُعد التكلفة العالية والمدة الزمنية اللازمة للحصول على التراخيص، بما في ذلك التقييمات البيئية وتقييمات المخاطر، فضلًا عن عدم وجود قبول بيئي واجتماعي، من أبرز التحديات التي تواجه المشاريع الجديدة. ^{[ 116 ]} ومن الشائع إعادة تأهيل السدود القديمة، مما يزيد من كفاءتها وقدرتها، ويُحسّن استجابتها للشبكة الكهربائية. ^{[ 117 ]} حيثما تسمح الظروف ، يمكن تحديث السدود القائمة، مثل سد راسل الذي بُني عام 1985، بمنشآت "إعادة الضخ" لتخزين الطاقة بالضخ، وهو أمر مفيد لتلبية ذروة الأحمال أو لدعم طاقة الرياح والطاقة الشمسية المتقطعة. ولأن الطاقة القابلة للتوزيع أكثر قيمة من مصادر الطاقة المتجددة المتغيرة ^{[ 118 ] [ 119 ]،} فإن الدول التي لديها مشاريع ضخمة للطاقة الكهرومائية، مثل كندا والنرويج، تنفق مليارات الدولارات لتوسيع شبكاتها الكهربائية للتجارة مع الدول المجاورة التي لديها موارد كهرومائية محدودة. ^{[ 120 ]}

الكتلة الحيوية هي مادة بيولوجية مشتقة من كائنات حية، أو كانت حية مؤخرًا. ويُقصد بها عادةً النباتات أو المواد المشتقة منها. كمصدر للطاقة، يمكن استخدام الكتلة الحيوية إما مباشرةً عن طريق الاحتراق لإنتاج الحرارة، أو تحويلها إلى وقود حيوي ذي كثافة طاقة أعلى مثل الإيثانول. يُعدّ الخشب أهم مصدر لطاقة الكتلة الحيوية اعتبارًا من عام 2012 ^{[ 124 ]} ، ويُستخرج عادةً من الأشجار التي تُزال لأسباب تتعلق بزراعة الغابات أو الوقاية من الحرائق . كما تُحرق مخلفات الأخشاب البلدية - على سبيل المثال، مواد البناء أو نشارة الخشب - غالبًا لإنتاج الطاقة. ^{[ 125 ]} وتُعدّ الدول ذات الغابات الكثيفة، مثل فنلندا والسويد وإستونيا والنمسا والدنمارك، من أكبر منتجي الطاقة الحيوية القائمة على الخشب للفرد. ^{[ 126 ]}

قد تُلحق الطاقة الحيوية أضرارًا بيئية إذا أُزيلت الغابات القديمة لإفساح المجال لزراعة المحاصيل. وعلى وجه الخصوص، ساهم الطلب على زيت النخيل لإنتاج وقود الديزل الحيوي في إزالة الغابات الاستوائية المطيرة في البرازيل وإندونيسيا. ^{[ 127 ]} إضافةً إلى ذلك، لا يزال حرق الكتلة الحيوية يُنتج انبعاثات كربونية، وإن كانت أقل بكثير من الوقود الأحفوري (39 غرامًا من ثاني أكسيد الكربون _لكل ميغا جول من الطاقة، مقارنةً بـ 75 غرامًا/ميغا جول للوقود الأحفوري). ^{[ 128 ]}

بعض مصادر الكتلة الحيوية غير مستدامة بمعدلات الاستغلال الحالية (حتى عام 2017). ^{[ 129 ]}

الوقود الحيوي

تُستخدم أنواع الوقود الحيوي بشكل أساسي في قطاع النقل، حيث تُغطي 3.5% من الطلب العالمي على الطاقة في هذا القطاع عام 2022، ^{[ 130 ]} مقارنةً بـ 2.7% عام 2010. ^{[ 131 ]} ومن المتوقع أن يكون للوقود الحيوي أهمية كبيرة في خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الناتجة عن الرحلات الجوية الطويلة المدى على المدى القصير. ^{[ 132 ]}

إلى جانب الخشب، تُعدّ الإيثانول الحيوي والديزل الحيوي المصدرين الرئيسيين للطاقة الحيوية . ^{[ 12 ]} يُنتج الإيثانول الحيوي عادةً عن طريق تخمير السكريات الموجودة في محاصيل مثل قصب السكر والذرة ، بينما يُصنع الديزل الحيوي في الغالب من زيوت نباتية، مثل زيت فول الصويا وزيت الذرة . ^{[ 133 ]} تُزرع معظم المحاصيل المستخدمة في إنتاج الإيثانول الحيوي والديزل الحيوي خصيصًا لهذا الغرض، ^{[ 134 ]} على الرغم من أن زيت الطهي المُستعمل شكّل 14% من الزيت المستخدم في إنتاج الديزل الحيوي حتى عام 2015. ^{[ 133 ]} تختلف الكتلة الحيوية المستخدمة في إنتاج الوقود الحيوي باختلاف المنطقة. تُعدّ الذرة المادة الخام الرئيسية في الولايات المتحدة، بينما يهيمن قصب السكر في البرازيل. ^{[ 135 ]} في الاتحاد الأوروبي، حيث يُعدّ الديزل الحيوي أكثر شيوعًا من الإيثانول الحيوي، يُعتبر زيت بذور اللفت وزيت النخيل المادتين الخام الرئيسيتين. ^{[ 136 ]} على الرغم من أن الصين تنتج كمية أقل بكثير من الوقود الحيوي، إلا أنها تستخدم في الغالب الذرة والقمح. ^{[ 137 ]} في العديد من البلدان، يتم دعم الوقود الحيوي أو يُلزم استخدامه في مزيج الوقود . ^{[ 127 ]}

توجد مصادر أخرى عديدة للطاقة الحيوية، بعضها محدود الانتشار، أو غير قابلة للتطبيق على نطاق واسع. على سبيل المثال، يمكن إنتاج الإيثانول الحيوي من الأجزاء السليلوزية للمحاصيل، بدلاً من البذور فقط كما هو شائع اليوم. ^{[ 138 ]} قد يكون الذرة الرفيعة الحلوة مصدراً بديلاً واعداً للإيثانول الحيوي، نظراً لتحمله نطاقاً واسعاً من المناخات. ^{[ 139 ]} يمكن تحويل روث البقر إلى غاز الميثان. ^{[ 140 ]} كما تُجرى أبحاث كثيرة حول وقود الطحالب ، وهو أمر جذاب لأن الطحالب مورد غير غذائي، وتنمو أسرع بنحو 20 مرة من معظم المحاصيل الغذائية، ويمكن زراعتها في أي مكان تقريباً. ^{[ 141 ]}

الطاقة الحرارية الأرضية هي طاقة حرارية (حرارة) تُستخرج من قشرة الأرض . وتنشأ من مصادر متعددة ، أهمها التحلل الإشعاعي البطيء للمعادن الموجودة في باطن الأرض ، ^{[ 12 ]} بالإضافة إلى بعض الحرارة المتبقية من تكوين الأرض . ^{[ 146 ]} يتولد جزء من هذه الحرارة بالقرب من سطح الأرض في القشرة، بينما يتدفق جزء آخر من أعماق الأرض من الوشاح واللب . [ ^{146 ] يُعد} استخراج الطاقة الحرارية الأرضية مجديًا في الغالب في الدول الواقعة على حواف الصفائح التكتونية ، حيث يكون وشاح الأرض الساخن أكثر انكشافًا. ^{[ 147 ]} اعتبارًا من عام 2023، كانت الولايات المتحدة تمتلك أكبر قدرة إنتاجية للطاقة الحرارية الأرضية (2.7 جيجاواط، ^{[ 148 ]} أو أقل من 0.2% من إجمالي قدرة الطاقة في البلاد ^{[ 149 ]} )، تليها إندونيسيا والفلبين. وبلغت القدرة العالمية في عام 2022 نحو 15 جيجاواط. ^{[ 148 ]}

يمكن استخدام الطاقة الحرارية الأرضية مباشرةً لتدفئة المنازل، كما هو شائع في أيسلندا حيث تُعدّ الطاقة المتجددة مصدرًا رئيسيًا لها، أو لتوليد الكهرباء. وتُعتبر أيسلندا رائدة عالميًا في مجال الطاقة المتجددة، إذ تعتمد بشكل شبه كامل على مواردها الوفيرة من الطاقة الحرارية الأرضية والطاقة الكهرومائية المُستمدة من النشاط البركاني والأنهار الجليدية. ^{[ 150 ]} وعلى نطاق أصغر، يُمكن توليد الطاقة الحرارية الأرضية باستخدام مضخات حرارية أرضية ، قادرة على استخلاص الحرارة من درجات حرارة أرضية تقل عن 30 درجة مئوية (86 درجة فهرنهايت) ، مما يسمح باستخدامها على أعماق ضحلة نسبيًا لا تتجاوز بضعة أمتار. ^{[ 147 ]} ويتطلب توليد الكهرباء محطات كبيرة ودرجات حرارة أرضية لا تقل عن 150 درجة مئوية (302 درجة فهرنهايت) . وفي بعض البلدان، تُشكّل الكهرباء المُنتجة من الطاقة الحرارية الأرضية نسبة كبيرة من إجمالي الكهرباء المُنتجة، مثل كينيا (43%) وإندونيسيا (5%). ^{[ 151 ]}    

قد تُسهم التطورات التقنية في إتاحة الطاقة الحرارية الأرضية على نطاق أوسع. فعلى سبيل المثال، تتضمن أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية المُحسّنة حفر آبار يصل عمقها إلى حوالي 10 كيلومترات (6.2 ميل) داخل الأرض، وتفتيت الصخور الساخنة، واستخراج الحرارة باستخدام الماء. نظرياً، يُمكن تطبيق هذا النوع من استخراج الطاقة الحرارية الأرضية في أي مكان على سطح الأرض. ^{[ 147 ]} 

تُعدّ أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية المُحسّنة (EGS) نوعًا جديدًا من الطاقة الحرارية الأرضية لا يتطلب خزانات مياه ساخنة طبيعية أو بخارًا لتوليد الطاقة. تتركز معظم الحرارة الجوفية التي يمكن الوصول إليها بالحفر في الصخور الصلبة، وليس في الماء. ^{[ 154 ]} تستخدم تقنيات EGS التكسير الهيدروليكي لتفتيت هذه الصخور وإطلاق الحرارة التي تحتويها، والتي تُستخرج بعد ذلك عن طريق ضخ الماء إلى باطن الأرض. تُعرف هذه العملية أحيانًا باسم "الصخور الجافة الساخنة" (HDR). ^{[ 155 ]} على عكس استخراج الطاقة الحرارية الأرضية التقليدية، قد يكون استخدام أنظمة EGS ممكنًا في أي مكان في العالم، اعتمادًا على تكلفة الحفر. ^{[ 156 ]} اقتصرت مشاريع EGS حتى الآن بشكل أساسي على محطات تجريبية ، نظرًا لأن هذه التقنية كثيفة رأس المال بسبب ارتفاع تكلفة الحفر. ^{[ 157 ]}

Piezoelectricity is the conversion of existing mechanical stress or vibration (classical mechanics) into an electrical charge without consuming or depleting a fuel source.^[158][159]Piezotronics enables the interaction of piezoelectric and semiconducting behaviors to modulate energy barriers at contact surface, thereby controlling charge carrier transport.^[160] Since the introduction of nanogenerators, the efficiency of microscale energy harvesting has improved. For instance, nanogenerators typically consist of piezoelectric nanowires; as these wires bend or compress, the applied mechanical stress causes the ions within the material's crystal lattice to shift their positions. This shift disrupts the nanowire's charge symmetry which causes an instantaneous charge polarization (separation of positive and negative charges) across the nanowire's ends. Once polarized, electrons are freed from the attached electrode which generates usable alternating current (AC) electricity that can energize low-power sensors.^[161][162]Piezoelectric microelectromechanical systems (piezoMEMS), such as actuators for artificial organs and pacemakers or micropumps for drug delivery and reagent transfers, are vital for medical purposes and energy harvesting.^[163] Furthermore, specialized components like piezoelectric resonators and quartz crystal oscillators are used to regulate electrical circuit frequencies.^[164]

الطاقة البحرية (وتُعرف أحيانًا باسم طاقة المحيط) هي الطاقة التي تحملها أمواج المحيط ، والمد والجزر ، واختلافات الملوحة ودرجة حرارة مياه المحيط . تشمل التقنيات المستخدمة لتسخير طاقة المياه المتحركة طاقة الأمواج ، وطاقة التيارات البحرية ، وطاقة المد والجزر . تُعدّ تقنية التناضح الكهربائي العكسي (RED) تقنيةً لتوليد الكهرباء عن طريق مزج المياه العذبة ومياه البحر المالحة في خلايا طاقة كبيرة. ^{[ 165 ]} لا تزال معظم تقنيات حصاد الطاقة البحرية في مراحلها الأولى من حيث الجاهزية التقنية ، ولم تُستخدم على نطاق واسع. تُعتبر طاقة المد والجزر عمومًا الأكثر نضجًا، ولكنها لم تشهد انتشارًا واسعًا. ^{[ 166 ]} تقع أكبر محطة طاقة مد وجزر في العالم على بحيرة سيهوا في كوريا الجنوبية، ^{[ 167 ]} والتي تُنتج حوالي 550 جيجاوات ساعة من الكهرباء سنويًا. ^{[ 168 ]}

تُصدر الأرض ما يقارب 10 ^{^17} واط من الإشعاع الحراري تحت الأحمر الذي يتدفق نحو الفضاء الخارجي البارد. تصطدم الطاقة الشمسية بسطح الأرض وغلافها الجوي، مُنتجةً حرارة. وباستخدام أجهزة مُختلفة، مثل مُجمِّع الطاقة الإشعاعية (EEH) أو الصمام الثنائي الحراري الإشعاعي، يُمكن تحويل هذا التدفق من الطاقة إلى كهرباء. نظريًا، يُمكن استخدام هذه التقنية ليلًا. ^{[ 169 ] [ 170 ]}

تشير بعض الدراسات إلى أن التحول العالمي إلى استخدام الطاقة المتجددة بنسبة 100% في جميع القطاعات - الطاقة والتدفئة والنقل والصناعة - أمر ممكن ومجدٍ اقتصادياً. ^{[ 203 ] [ 204 ] [ 205 ]}

من بين الجهود المبذولة لخفض انبعاثات الكربون في قطاع النقل، زيادة استخدام المركبات الكهربائية . ^{[ 206 ]} ورغم ذلك، ومع استخدام أنواع الوقود الحيوي ، مثل وقود الطائرات الحيوي ، فإن أقل من 4% من طاقة النقل تأتي من مصادر متجددة. ^{[ 207 ]} وتُستخدم خلايا وقود الهيدروجين أحيانًا في النقل الثقيل. ^{[ 208 ]} وفي الوقت نفسه، قد تلعب أنواع الوقود الكهربائي دورًا أكبر في المستقبل في خفض انبعاثات الكربون في القطاعات التي يصعب خفضها، مثل الطيران والشحن البحري. ^{[ 209 ]}

يُساهم تسخين المياه بالطاقة الشمسية بشكلٍ كبير في توفير التدفئة المتجددة في العديد من البلدان، ولا سيما الصين التي تمتلك حاليًا 70% من الإجمالي العالمي (180  جيجاواط حراري). تُركّب معظم هذه الأنظمة في المباني السكنية متعددة العائلات ^{[ 210 ]} ، وتُلبّي جزءًا من احتياجات المياه الساخنة لما يُقدّر بنحو 50 إلى 60 مليون أسرة في الصين. وعلى الصعيد العالمي، تُلبّي أنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية المُركّبة جزءًا من احتياجات تسخين المياه لأكثر من 70 مليون أسرة.

توفر المضخات الحرارية التدفئة والتبريد، كما أنها تُخفف من منحنى الطلب على الكهرباء، ولذا فهي تحظى بأولوية متزايدة. ^{[ 211 ]} وتنمو الطاقة الحرارية المتجددة بسرعة أيضاً. ^{[ 212 ]} ويُستمد حوالي 10% من طاقة التدفئة والتبريد من مصادر متجددة. ^{[ 213 ]}

أعلنت الوكالة الدولية للطاقة المتجددة (IRENA) أن حوالي 86% (187 جيجاواط) من القدرة المتجددة المضافة في عام 2022 كانت أقل تكلفة من الكهرباء المولدة من الوقود الأحفوري. ^{[ 214 ]} كما ذكرت الوكالة أن القدرة المضافة منذ عام 2000 خفضت فواتير الكهرباء في عام 2022 بما لا يقل عن 520 مليار دولار، وأنه في الدول غير الأعضاء في منظمة التعاون الاقتصادي والتنمية، ستخفض الوفورات الإجمالية للقدرة المضافة في عام 2022 التكاليف بما يصل إلى 580 مليار دولار. ^{[ 214 ]}

^* = 2018. جميع القيم الأخرى لعام 2019.

الاستثمار والمصادر

الاستثمار: خصصت الشركات والحكومات والأسر مبالغ متزايدة لإزالة الكربون، بما في ذلك الطاقة المتجددة (الطاقة الشمسية، وطاقة الرياح)، والمركبات الكهربائية والبنية التحتية المرتبطة بشحنها، وتخزين الطاقة، وأنظمة التدفئة الموفرة للطاقة، واحتجاز الكربون وتخزينه، والهيدروجين. ^{[ 219 ] [ 220 ] [ 221 ] [ 222 ] [ 223 ]}

بحلول عام 2025، نما الاستثمار في التحول الطاقي إلى ضعف الاستثمار في الوقود الأحفوري (النفط والغاز الطبيعي والفحم). ^{[ 224 ]}

تختلف الدول الأكثر اعتماداً على الوقود الأحفوري لتوليد الكهرباء اختلافاً كبيراً في نسبة الكهرباء المولدة من مصادر الطاقة المتجددة، مما يؤدي إلى تباين واسع في إمكانات نمو الطاقة المتجددة. ^{[ 225 ]}

التكاليف

التكلفة المُعدّلة: مع التوسع المتزايد في استخدام مصادر الطاقة المتجددة، انخفضت التكاليف، لا سيما بالنسبة للطاقة المولدة من الألواح الشمسية. ^{[ 226 ] [ 227 ]} تُعدّ التكلفة المُعدّلة للطاقة (LCOE) مقياسًا لمتوسط ​​صافي التكلفة الحالية لتوليد الكهرباء لمحطة توليد على مدار عمرها التشغيلي.

انخفضت تكاليف الطاقة المتجددة، وخاصة الطاقة الشمسية الكهروضوئية (الألواح الشمسية)، بشكل ملحوظ، ^{[ 228 ]} حيث بلغت نسبة الطاقة المتجددة التي تم توليدها في عام 2020 والتي كانت تكلفتها أقل من أرخص خيار جديد للوقود الأحفوري 62%. ^{[ 229 ]}

منحنيات التعلم : اتجاه التكاليف والتوسع بمرور الوقت، حيث تشير الخطوط الأكثر انحدارًا إلى انخفاضات أكبر في التكاليف مع تقدم عملية التوسع. ^{[ 230 ]} مع زيادة التوسع، تستفيد مصادر الطاقة المتجددة من منحنيات التعلم واقتصاديات الحجم . ^{[ 231 ]}

خلصت نتائج مراجعة حديثة للأدبيات إلى أنه مع بدء تحميل مُصدري غازات الاحتباس الحراري المسؤولية عن الأضرار الناجمة عن انبعاثات هذه الغازات والتي تؤدي إلى تغير المناخ، فإن تحديد قيمة عالية لتخفيف المسؤولية سيوفر حوافز قوية لنشر تقنيات الطاقة المتجددة. ^{[ 232 ]}

في العقد الممتد من 2010 إلى 2019، بلغ الاستثمار العالمي في قدرة الطاقة المتجددة، باستثناء الطاقة الكهرومائية الكبيرة، 2.7 تريليون دولار أمريكي، ساهمت منها أكبر الدول: الصين بمبلغ 818 مليار دولار أمريكي، والولايات المتحدة بمبلغ 392.3 مليار دولار أمريكي، واليابان بمبلغ 210.9 مليار دولار أمريكي، وألمانيا بمبلغ 183.4 مليار دولار أمريكي، والمملكة المتحدة بمبلغ 126.5 مليار دولار أمريكي. ^{[ 233 ]} ويمثل هذا زيادة تفوق ثلاثة أضعاف، وربما أربعة أضعاف، المبلغ المماثل الذي تم استثماره في العقد الممتد من 2000 إلى 2009 (لا تتوفر بيانات للفترة من 2000 إلى 2003). ^{[ 233 ]}

في عام 2022، قُدِّر أن 28% من كهرباء العالم تُولَّد من مصادر متجددة، مقارنةً بـ 19% في عام 1990. ^{[ 234 ]} وبحلول نهاية عام 2024، بلغت القدرة العالمية لتوليد الطاقة المتجددة 4300 جيجاوات، حيث مثّلت الطاقة الشمسية الكهروضوئية أكثر من 60% من الإضافات السنوية. ^{[ 235 ]}

أفاد مركز الأبحاث إمبر، ومقره المملكة المتحدة، أن طاقة الرياح والطاقة الشمسية مجتمعة ولّدت كهرباء أكثر من الغاز على مستوى العالم في شهر واحد لأول مرة في أبريل 2026. ^{[ 236 ]}

التوقعات المستقبلية

تتوسع الطاقة الشمسية وطاقة الرياح بوتيرة أسرع من مصادر الكهرباء السابقة. ويساهم انخفاض التكاليف والتصميم المعياري وتحسين تخزين البطاريات في تسهيل الانتقال إلى الطاقة المتجددة. ^{[ 237 ]}

في عام 2023، كان من المتوقع أن يتجاوز توليد الكهرباء من مصادر الرياح والطاقة الشمسية 30٪ بحلول عام 2030. ^{[ 238 ]}

يتوقع تقرير صادر عن وكالة الطاقة الدولية في ديسمبر 2022 أن تنمو مصادر الطاقة المتجددة خلال الفترة 2022-2027 بنحو 2400 جيجاواط، وهو ما يعادل إجمالي القدرة المركبة لتوليد الطاقة في الصين عام 2021. ويمثل هذا تسارعًا بنسبة 85% مقارنةً بالسنوات الخمس السابقة، وأعلى بنسبة 30% تقريبًا مما توقعته الوكالة في تقريرها لعام 2021، مسجلةً بذلك أكبر تعديل تصاعدي لها على الإطلاق. ومن المتوقع أن تُساهم مصادر الطاقة المتجددة بأكثر من 90% من التوسع العالمي في قدرة توليد الكهرباء خلال الفترة المتوقعة. ^{[ 88 ]} ولتحقيق صافي انبعاثات صفرية بحلول عام 2050، ترى وكالة الطاقة الدولية أن 90% من إنتاج الكهرباء العالمي يجب أن يُستمد من مصادر متجددة. ^{[ 19 ]}

في يونيو 2022، قال المدير التنفيذي لوكالة الطاقة الدولية فاتح بيرول إنه ينبغي على الدول أن تستثمر أكثر في مصادر الطاقة المتجددة من أجل "تخفيف الضغط على المستهلكين من ارتفاع أسعار الوقود الأحفوري، وجعل أنظمة الطاقة لدينا أكثر أمانًا، ووضع العالم على المسار الصحيح لتحقيق أهدافنا المناخية". ^{[ 239 ]}

من المتوقع أن تدعو خطة REPowerEU ، وهي خطة الاتحاد الأوروبي للتخلص من الاعتماد على الغاز الروسي الأحفوري ، إلى زيادة كبيرة في إنتاج الهيدروجين الأخضر . ^{[ 240 ]}

بعد فترة انتقالية، ^{من المتوقع أن يشكل إنتاج الطاقة المتجددة} الجزء الأكبر من إنتاج الطاقة العالمي. وفي عام 2018، توقعت شركة إدارة المخاطر DNV GL أن يتوزع مزيج الطاقة الأساسي العالمي بالتساوي بين مصادر الوقود الأحفوري وغير الأحفوري بحلول ^{عام 2050 .}

تخطط دول الشرق الأوسط أيضاً لتقليل اعتمادها على الوقود الأحفوري. وستساهم العديد من المشاريع الخضراء المخطط لها بنسبة 26% من إمدادات الطاقة في المنطقة بحلول عام 2050، مما يحقق خفضاً في الانبعاثات يعادل 1.1 جيجا طن من ثاني أكسيد الكربون _سنوياً . ^{[ 243 ]}

مشاريع الطاقة المتجددة الضخمة في الشرق الأوسط: ^{[ 243 ]}

• مجمع محمد بن راشد آل مكتوم للطاقة الشمسية في دبي، الإمارات العربية المتحدة
• محطة شعيبة الثانية للطاقة الشمسية في منطقة مكة المكرمة، المملكة العربية السعودية
• مشروع الهيدروجين الأخضر في نيوم، المملكة العربية السعودية
• مشروع طاقة الرياح في خليج السويس، مصر
• مجمع العجبان للطاقة الشمسية في أبوظبي، الإمارات العربية المتحدة

في يوليو/تموز 2014، عقد الصندوق العالمي للطبيعة ومعهد الموارد العالمية اجتماعًا ضمّ عددًا من الشركات الأمريكية الكبرى التي أعلنت عزمها على زيادة استخدامها للطاقة المتجددة. وحددت هذه المناقشات عددًا من "المبادئ" التي اعتبرتها الشركات الساعية إلى توسيع نطاق وصولها إلى الطاقة المتجددة من أهم متطلبات السوق. وشملت هذه المبادئ حرية الاختيار (بين الموردين وبين المنتجات)، والقدرة التنافسية من حيث التكلفة، وتوفير إمدادات بأسعار ثابتة على المدى الطويل، وإمكانية الوصول إلى أدوات تمويل خارجية، والتعاون. ^{[ 244 ]}

أشارت الإحصاءات البريطانية الصادرة في سبتمبر 2020 إلى أن "نسبة تلبية الطلب من مصادر الطاقة المتجددة تتراوح بين 3.4% (لقطاع النقل، وخاصة من الوقود الحيوي) إلى أكثر من 20% لـ'المستخدمين النهائيين الآخرين'، وهم في الغالب قطاعا الخدمات والتجارة اللذان يستهلكان كميات كبيرة نسبياً من الكهرباء، بالإضافة إلى قطاع الصناعة". ^{[ 245 ]}

في بعض المواقع، يمكن للأسر الفردية اختيار شراء الطاقة المتجددة من خلال برنامج الطاقة الخضراء للمستهلكين .

في كينيا، تُعد محطة أولكاريا 5 للطاقة الحرارية الأرضية واحدة من أكبر المحطات في العالم. ^{[ 250 ]} ويتضمن مشروع سد النهضة الإثيوبي الكبير توربينات رياح. ^{[ 251 ]} ومن المتوقع أن تُوفر محطة ورزازات للطاقة الشمسية في المغرب، عند اكتمالها، الطاقة لأكثر من مليون شخص. ^{[ 252 ]}

يُعدّ الأثر الجيوسياسي لتزايد استخدام الطاقة المتجددة موضوعًا للنقاش والبحث المستمر. ^{[ 272 ]} تتمتع العديد من الدول الغنية بالنفط، مثل قطر وروسيا والمملكة العربية السعودية والنرويج ، بنفوذ دبلوماسي أو جيوسياسي بفضل ثروتها النفطية. ومن المتوقع أن تكون معظم هذه الدول من بين "الخاسرين" جيوسياسيًا في التحول الطاقي، على الرغم من أن بعضها، مثل النرويج، تُعدّ أيضًا من المنتجين والمصدرين الرئيسيين للطاقة المتجددة. وقد تصبح الوقود الأحفوري والبنية التحتية اللازمة لاستخراجه، على المدى الطويل، أصولًا عالقة . ^{[ 273 ]} وقد تم التكهن بأن الدول التي تعتمد على عائدات الوقود الأحفوري قد تجد يومًا ما أن من مصلحتها بيع ما تبقى لديها من وقود أحفوري بسرعة. ^{[ 274 ]}

في المقابل، من المتوقع أن تكتسب الدول الغنية بالموارد المتجددة والمعادن اللازمة لتكنولوجيا الطاقة المتجددة نفوذاً متزايداً. ^{[ 275 ] [ 276 ]} وعلى وجه الخصوص، أصبحت الصين المُصنِّع المهيمن عالمياً للتكنولوجيا اللازمة لإنتاج أو تخزين الطاقة المتجددة، لا سيما الألواح الشمسية وتوربينات الرياح وبطاريات الليثيوم أيون . ^{[ 277 ]} ويمكن للدول الغنية بالطاقة الشمسية وطاقة الرياح أن تصبح من كبار مُصدِّري الطاقة. ^{[ 278 ]} وقد تقوم بعضها بإنتاج وتصدير الهيدروجين الأخضر ، ^{[ 279 ] [ 278 ]} على الرغم من أنه من المتوقع أن تكون الكهرباء هي ناقل الطاقة المهيمن في عام 2050، حيث ستُشكِّل ما يقرب من 50% من إجمالي استهلاك الطاقة (مقارنةً بـ 22% في عام 2015). ^{[ 280 ]} وتتمتع الدول التي تضم مساحات شاسعة غير مأهولة بالسكان، مثل أستراليا والصين والعديد من الدول الأفريقية والشرق أوسطية، بإمكانات هائلة لإنشاء محطات ضخمة للطاقة المتجددة. ويتطلب إنتاج تقنيات الطاقة المتجددة عناصر أرضية نادرة ذات سلاسل إمداد جديدة. ^{[ 281 ]}

قد تواجه الدول الأفريقية ذات الحكومات الضعيفة أصلاً، والتي تعتمد على عائدات الوقود الأحفوري، مستويات أعلى من عدم الاستقرار السياسي أو الاضطرابات الشعبية. ويرى المحللون أن نيجيريا وأنغولا وتشاد والغابون والسودان ، وكلها دول لها تاريخ من الانقلابات العسكرية ، معرضة لخطر عدم الاستقرار بسبب تراجع عائدات النفط. ^{[ 282 ]}

أظهرت دراسة أن التحول من الوقود الأحفوري إلى أنظمة الطاقة المتجددة يقلل من المخاطر الناجمة عن التعدين والتجارة والتبعية السياسية، لأن أنظمة الطاقة المتجددة لا تحتاج إلى وقود، بل تعتمد على التجارة فقط للحصول على المواد والمكونات أثناء البناء. ^{[ 283 ]}

في أكتوبر/تشرين الأول 2021، اقترح المفوض الأوروبي لشؤون المناخ، فرانس تيمرمانز، أن "أفضل حل" لأزمة الطاقة العالمية لعام 2021 هو "تقليل اعتمادنا على الوقود الأحفوري". ^{[ 284 ]} وقال إن من ينتقدون الصفقة الخضراء الأوروبية يفعلون ذلك "لأسباب أيديولوجية، أو لأسباب اقتصادية أحيانًا، لحماية مصالحهم الخاصة". ^{[ 284 ]} وألقى بعض النقاد باللوم على نظام الاتحاد الأوروبي لتجارة الانبعاثات (EU ETS) وإغلاق محطات الطاقة النووية في المساهمة في أزمة الطاقة. ^{[ 285 ] [ 286 ] [ 287 ]} وقالت رئيسة المفوضية الأوروبية، أورسولا فون دير لاين، إن أوروبا "تعتمد بشكل مفرط" على الغاز الطبيعي ، وتعتمد بشكل مفرط على وارداته . ووفقًا لفون دير لاين، "يكمن الحل في تنويع موردينا... والأهم من ذلك، في تسريع الانتقال إلى الطاقة النظيفة". ^{[ 288 ]}

يمكن أن يُحسّن التحول في قطاع الطاقة أمن الطاقة واستقلالها في البلدان ، مما يُخفف من آثار أسواق الوقود الأحفوري أو الضغوط الجيوسياسية من منتجي النفط. ^{[ 289 ] [ 290 ]} كما أن انتشار الطاقة المتجددة قد يُضعف القدرة التجارية للدول النفطية ونفوذها العالمي. ومع ازدياد اعتماد العالم على الكهرباء، ستُدمج تقنيات الطاقة المتجددة في الاقتصادات الوطنية لمختلف الأسواق، ولا سيما الدول النامية، مما يُقلل من نفوذ الدول النفطية على هيكل الطاقة العالمي. ^{[ 291 ] [ 292 ] [ 293 ]}

يتطلب التحول إلى الطاقة المتجددة زيادة استخراج بعض المعادن. وكما هو الحال في جميع عمليات التعدين، يؤثر ذلك على البيئة ^{[ 294 ]} وقد يؤدي إلى نزاعات بيئية ^{[ 295 ]} . فعلى سبيل المثال، يستهلك تعدين الليثيوم حوالي 65% من المياه في صحراء سالار دي أتاكاما، مما يجبر المزارعين ورعاة اللاما على هجر مستوطناتهم التقليدية، ويتسبب في تدهور البيئة ^{[ 296 ]} . وفي العديد من الدول الأفريقية، أدى التحول إلى الطاقة النظيفة إلى طفرة تعدينية، مما تسبب في إزالة الغابات، وتهديد الأنواع المهددة بالانقراض أصلاً ^{[ 297 ]} . وتتطلب طاقة الرياح كميات كبيرة من النحاس والزنك ، بالإضافة إلى كميات أقل من معدن النيوديميوم النادر. أما الطاقة الشمسية فهي أقل استهلاكاً للموارد، ولكنها لا تزال تتطلب كميات كبيرة من الألومنيوم. ويتطلب توسيع شبكات الكهرباء كلاً من النحاس والألومنيوم. وتستخدم البطاريات، التي تُعد ضرورية لتخزين الطاقة المتجددة، كميات كبيرة من النحاس والنيكل والألومنيوم والجرافيت . من المتوقع أن ينمو الطلب على الليثيوم 42 ضعفًا خلال الفترة من 2020 إلى 2040. كما يُتوقع أن ينمو الطلب على النيكل والكوبالت والجرافيت بنحو 20 إلى 25 ضعفًا. ^{[ 298 ]} تهيمن دولة واحدة على استخراج كل من أهم المعادن والفلزات: النحاس في تشيلي ، والنيكل في إندونيسيا ، والعناصر الأرضية النادرة في الصين ، والكوبالت في جمهورية الكونغو الديمقراطية ، والليثيوم في أستراليا . وتسيطر الصين على معالجة جميع هذه المعادن. ^{[ 298 ]}

يُعدّ إعادة تدوير هذه المعادن بعد استهلاك الأجهزة التي تُستخدم فيها أمرًا ضروريًا لخلق اقتصاد دائري وضمان استدامة الطاقة المتجددة. وبحلول عام 2040، يُمكن أن يُساهم إعادة تدوير النحاس والليثيوم والكوبالت والنيكل من البطاريات المستهلكة في خفض إجمالي احتياجات الإمداد الأولي لهذه المعادن بنحو 10%. ^{[ 298 ]}

يُعدّ التعدين في أعماق البحار نهجًا مثيرًا للجدل . إذ يُمكن جمع المعادن من مصادر جديدة مثل العُقيدات متعددة المعادن الموجودة في قاع البحر . ^{[ 299 ]} قد يُلحق هذا ضررًا بالتنوع البيولوجي المحلي، ^{[ 300 ]} لكن المؤيدين يُشيرون إلى أن الكتلة الحيوية في قيعان البحار الغنية بالموارد أقل بكثير من تلك الموجودة في مناطق التعدين على اليابسة، والتي غالبًا ما توجد في بيئات حساسة مثل الغابات المطيرة. ^{[ 301 ]}

بسبب التواجد المشترك للعناصر الأرضية النادرة والعناصر المشعة ( الثوريوم واليورانيوم والراديوم ) ^، ينتج عن تعدين العناصر الأرضية النادرة إنتاج نفايات مشعة منخفضة المستوى . ^{[ 302} ]

تُشكل منشآت توليد الطاقة من الرياح والطاقة الشمسية والطاقة الكهرومائية تهديدًا متزايدًا للمناطق المحمية الرئيسية، حيث تُبنى هذه المنشآت في مناطق مخصصة لحماية الطبيعة وغيرها من المناطق الحساسة بيئيًا. وغالبًا ما تكون هذه المنشآت أكبر بكثير من محطات توليد الطاقة التي تعمل بالوقود الأحفوري، إذ تتطلب مساحات من الأراضي تصل إلى عشرة أضعاف مساحة محطات الفحم أو الغاز لإنتاج كميات مكافئة من الطاقة. ^{[ 303 ]} وقد تم بناء أكثر من 2000 منشأة للطاقة المتجددة، ويجري العمل على إنشاء المزيد منها، في مناطق ذات أهمية بيئية، مما يُهدد مواطن أنواع النباتات والحيوانات في جميع أنحاء العالم. وقد أكد فريق الباحثين على ضرورة عدم تفسير عملهم على أنه معارض للطاقة المتجددة، لأن الطاقة المتجددة ضرورية لخفض انبعاثات الكربون. ويكمن الحل الأمثل في ضمان بناء منشآت الطاقة المتجددة في أماكن لا تُلحق الضرر بالتنوع البيولوجي. ^{[ 304 ]}

في عام 2020، نشر علماء خريطة عالمية للمناطق التي تحتوي على مواد الطاقة المتجددة، بالإضافة إلى تقديرات لتداخلها مع "مناطق التنوع البيولوجي الرئيسية" و"المناطق البرية المتبقية" و" المناطق المحمية ". وخلص الباحثون إلى ضرورة التخطيط الاستراتيجي الدقيق. ^{[ 305 ] [ 306 ] [ 307 ]}

يُؤدي تغير المناخ إلى جعل أنماط الطقس أقل قابلية للتنبؤ، مما قد يُعيق استخدام الطاقة المتجددة بشكلٍ كبير. فعلى سبيل المثال، في عام 2023، انخفض إنتاج الطاقة الكهرومائية في السودان وناميبيا بأكثر من النصف نتيجةً لانخفاض حاد في هطول الأمطار. وفي الصين والهند وبعض مناطق أفريقيا، أدت الظواهر الجوية غير المعتادة إلى انخفاض كمية طاقة الرياح المنتجة، كما تُقلل موجات الحر والغيوم من فعالية الألواح الشمسية، ويُسبب ذوبان الأنهار الجليدية مشاكل للطاقة الكهرومائية. وتتأثر الطاقة النووية أيضاً، حيث يُؤدي الجفاف إلى نقص المياه، ولذلك لا تتوفر في محطات الطاقة النووية أحياناً كميات كافية من المياه للتبريد. ^{[ 308 ]}

يؤيد معظم المشاركين في الاستطلاع في أوروبا استخدام الطاقة المتجددة لمكافحة تغير المناخ. ^{[ 309 ]}

اعتبر المشاركون في الاستطلاع في الولايات المتحدة أن الاستثمار في الطاقة المتجددة أقل أهمية من نظرائهم في الاتحاد الأوروبي والصين. ^{[ 310 ]}

قد تتنافس محطات الطاقة الشمسية مع الأراضي الصالحة للزراعة ، ^{[ 312 ] [ 313 ]} بينما تواجه مزارع الرياح البرية معارضة في كثير من الأحيان بسبب المخاوف الجمالية والضوضاء. ^{[ 314 ] [ 315 ]} ويُطلق على هؤلاء المعارضين عادةً اسم "معارضي المشاريع في فناء منازلهم" ( NIMBY ). ^{[ 316 ]} ويشعر بعض دعاة حماية البيئة بالقلق إزاء حوادث اصطدام الطيور والخفافيش بتوربينات الرياح التي قد تؤدي إلى نفوقها. ^{[ 317 ]} وعلى الرغم من وقوع احتجاجات بين الحين والآخر ضد مزارع الرياح الجديدة في أنحاء متفرقة من العالم، إلا أن الدراسات الاستقصائية الإقليمية والوطنية تُظهر عمومًا دعمًا واسعًا لكل من الطاقة الشمسية وطاقة الرياح. ^{[ 318 ] [ 319 ] [ 320 ]} ويتلقى معارضو الطاقة المتجددة أحيانًا دعمًا من صناعة الوقود الأحفوري، وينشرون معلومات مضللة لتقويض الدعم الشعبي للطاقة المتجددة. ^{[ 321 ] [ 322 ] [ 323 ]}

يُقترح أحيانًا استخدام طاقة الرياح المملوكة للمجتمعات المحلية كوسيلة لزيادة الدعم المحلي لمزارع الرياح. ^{[ 324 ]} وذكرت وثيقة حكومية بريطانية صدرت عام 2011 أن "المشاريع تكون أكثر عرضة للنجاح عمومًا إذا حظيت بدعم شعبي واسع وموافقة المجتمعات المحلية. وهذا يعني منح المجتمعات المحلية رأيًا ومساهمة فعّالة." ^{[ 325 ]} في العقد الأول من الألفية الثانية وبداية العقد الثاني، كانت العديد من مشاريع الطاقة المتجددة في ألمانيا والسويد والدنمارك مملوكة للمجتمعات المحلية، لا سيما من خلال الهياكل التعاونية . ^{[ 326 ] [ 327 ]} وفي السنوات اللاحقة، تولت شركات كبيرة تنفيذ المزيد من المنشآت في ألمانيا، ^{[ 324 ]} لكن الملكية المجتمعية لا تزال قوية في الدنمارك. ^{[ 328 ]}

من بين أبرز الاستخدامات التاريخية للطاقة المتجددة (في شكل أساليب قديمة وتقليدية)، يمكن تسليط الضوء على الأمثلة التالية:

1. طواحين الهواء في أوروبا وآسيا ⁽ مثل طواحين الهواء في هولندا ونشتيفان في إيران). ^{[ 339 ]} يعود تاريخ أقدم التصاميم المكتشفة والموثقة لطواحين الهواء إلى إيران، بين عامي 700 و900 ميلادي . ^{[ 340 ] [ 341} ] ^{[ 342 ]}
2. طواحين المياه ( الصين القديمة وبلاد فارس القديمة ). ^{[ 343 ]}
3. عدسة أرخميدس المحترقة .
4. أنظمة التبريد والتهوية التقليدية القائمة على ملاقط الرياح وبرج التيار الشمسي الصاعد (أو المدخنة الشمسية ).
5. العمارة التقليدية التي تراعي عمليات نقل الحرارة الطبيعية وتحويل الطاقة الطبيعية .
6. نوافير تعمل بالجاذبية .
7. استخدام الكتلة الحيوية الحيوانية في قوالب الوقود القديمة.
8. الأفران الشمسية والأفران في الصين القديمة والهند ومصر وبلاد فارس.
9. تطبيقات الطاقة الشمسية في المعالجة الزراعية التقليدية (التجفيف)، وخصائص المواد الهندسية (المعالجة الشمسية للفخار والسيراميك )، والممارسات الصحية القديمة (التطهير الطبيعي بواسطة الإشعاع الشمسي ).
10. التحكم في تدفق المياه بالجاذبية لمسافات طويلة في تقنية القنوات القديمة لنقل المياه وإمدادها.
11. نقل البضائع والركاب باستخدام الأشرعة في الأنهار والبحار والمحيطات.
12. نقل البضائع والركاب بناءً على فهم التيارات المائية في الأنهار والبحار والمحيطات.
13. استخدام النباتات المتجددة ( مثل الشجيرات الصحراوية والنفايات الزراعية والأغصان المقلمة) لإنتاج الضوء والحرارة .
14. استخدام الزيوت المتجددة (النباتية أو الحيوانية) لإنتاج الضوء والحرارة.
15. الاستفادة القصوى من ضوء الشمس الطبيعي خلال النهار وضوء القمر في الليل في هندسة المباني لأغراض مثل الإضاءة والتطبيقات الزخرفية (مثل أعمال البلاط العاكسة وأعمال المرايا وتلميع الأسطح على الحجر أو الطوب) وضبط الوقت ( الساعات الشمسية وعلامات الظهر ومؤشرات أوقات الصلاة وعلامات تغير الفصول) وما إلى ذلك. ^{[ 344 ]}