الوقود المتجدد

الوقود المتجدد هو وقود يُنتج من موارد متجددة. ومن أمثلته: الوقود الحيوي (مثل الزيوت النباتية المستخدمة كوقود ، والإيثانول ، والميثانول المُستخلص من الطاقة النظيفة وثاني أكسيد الكربون ^{[ 1 ]} أو الكتلة الحيوية، والديزل الحيوي )، ووقود الهيدروجين (عند إنتاجه باستخدام عمليات متجددة)، والوقود الاصطناعي بالكامل (المعروف أيضًا بالوقود الكهربائي ) المُنتج من ثاني أكسيد الكربون والماء. وهذا يختلف عن الوقود غير المتجدد مثل الغاز الطبيعي ، وغاز البترول المسال ( البروبان )، والنفط، وأنواع الوقود الأحفوري الأخرى ، والطاقة النووية . ويمكن أن يشمل الوقود المتجدد أنواعًا تُصنّع من مصادر طاقة متجددة ، مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية. وقد ازداد الإقبال على الوقود المتجدد نظرًا لاستدامته ، وانخفاض مساهمته في دورة الكربون ، وانخفاض انبعاثاته من غازات الاحتباس الحراري في بعض الحالات . كما أن التداعيات الجيوسياسية لهذا الوقود تُثير اهتمامًا خاصًا، لا سيما بالنسبة للاقتصادات الصناعية التي تسعى إلى الاستقلال عن نفط الشرق الأوسط .

يخلص تقرير توقعات الطاقة العالمية لعام 2006 الصادر عن وكالة الطاقة الدولية إلى أن ارتفاع الطلب على النفط، إذا لم يُضبط، سيزيد من هشاشة الدول المستهلكة أمام أي انقطاع حاد في الإمدادات وما يترتب عليه من صدمة سعرية. وتمثل أنواع الوقود الحيوي المتجدد للنقل مصدراً رئيسياً لتنويع مصادر الطاقة بعيداً عن المنتجات البترولية . وللوقود الحيوي المُستخلص من الحبوب والبنجر في المناطق المعتدلة دورٌ مهم، إلا أنه مكلف نسبياً، كما أن كفاءته في استهلاك الطاقة وفوائده في خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون _{متفاوتة} . أما الوقود الحيوي المُستخلص من قصب السكر والمحاصيل الاستوائية الأخرى عالية الإنتاجية فهو أكثر تنافسية وفائدة. إلا أن جميع أنواع الوقود الحيوي من الجيل الأول تتنافس في نهاية المطاف مع إنتاج الغذاء على الأرض والمياه والموارد الأخرى. لذا، يلزم بذل جهود أكبر لتطوير وتسويق تقنيات الوقود الحيوي من الجيل الثاني، مثل مصافي التكرير الحيوية والصناعات الليغنوسليلوزية ، مما يتيح إنتاجاً مرناً للوقود الحيوي وغيره من المنتجات من مواد نباتية غير صالحة للأكل. ^{[ 2 ]}

تشير نظرية هوبيرت لذروة إنتاج النفط إلى أن البترول مورد محدود يتناقص بسرعة. فمن إجمالي احتياطيات البترول المتبقية عالميًا، والتي تبلغ حوالي ^{1,277,702,000,000} برميل (203.1384 كم³ ) (أي ما يقارب نصف الاحتياطيات البكر الأصلية)، وبمعدل استهلاك عالمي يبلغ 25,000,000,000 برميل (4.0 كم³ ) سنويًا، يُتوقع أن يتبقى ما يكفي من البترول لمدة 50 عامًا فقط عند معدل الاستنزاف الحالي. يُعد البترول ضروريًا للصناعات التالية: الوقود (التدفئة المنزلية، وقود الطائرات، البنزين، الديزل، إلخ) ، النقل ^، الزراعة ، الأدوية ، البلاستيك /الراتنجات، الألياف الصناعية، المطاط الصناعي ، والمتفجرات . إذا استمر العالم الحديث في الاعتماد على البترول كمصدر للطاقة، فقد يرتفع سعر النفط الخام بشكل ملحوظ، مما يُزعزع استقرار الاقتصادات في جميع أنحاء العالم. وبالتالي، تشمل محركات الوقود المتجدد ما يلي: ارتفاع أسعار النفط ، واختلال الميزان التجاري، وعدم الاستقرار في المناطق المصدرة للنفط في العالم، وقانون سياسة الطاقة لعام 2005 ، وإمكانية تحقيق أرباح طائلة للمزارعين والصناعات الأمريكية، وتجنب الكساد الاقتصادي، وتجنب ندرة المنتجات بسبب سيناريو " ذروة النفط " المتقلب المتوقع أن يبدأ في وقت مبكر من عام 2021، ^{[ 3 ]} (على الرغم من أن ذروة النفط ليست فكرة جديدة) وتباطؤ الاحتباس الحراري الذي قد يؤدي إلى تغير مناخي غير مسبوق .  

علاوة على ذلك، فإن الاستنتاج بأن انبعاثات غازات الاحتباس الحراري الناتجة عن الأنشطة البشرية هي سبب تغير المناخ ، إلى جانب عدم الاستقرار الجيوسياسي الإقليمي، قد دفع الدول إلى العمل على تطوير مصادر طاقة بديلة ومحايدة للكربون . ولذلك، أصبحت أنواع الوقود المتجددة جذابة للعديد من الحكومات، التي بدأت تنظر إلى الاستقلال في مجال الطاقة المستدامة كأصل قيّم.

في 19 ديسمبر 2007، وقع الرئيس بوش قانون استقلال الطاقة والأمن ، الذي ينص على ضرورة استخدام ما لا يقل عن 36 مليار جالون أمريكي (140,000,000 متر ^مكعب ) من الوقود المتجدد في السوق بحلول عام 2022. ^{[ 4 ]}  

بحسب وكالة الطاقة الدولية، فإن تسويق الإيثانول السليلوزي قد يُتيح لوقود الإيثانول دورًا أكبر بكثير في المستقبل مما كان يُعتقد سابقًا. ^{[ 5 ]} يُمكن إنتاج الإيثانول السليلوزي من مواد نباتية تتكون أساسًا من ألياف السليلوز غير الصالحة للأكل، والتي تُشكل سيقان وفروع معظم النباتات. كما تُعد محاصيل الطاقة المُخصصة ، مثل نبات السويتشغراس، مصادر واعدة للسليلوز يُمكن إنتاجها في العديد من مناطق الولايات المتحدة. ^{[ 6 ]}

الوقود الحيوي نوع من أنواع الوقود تستمد طاقته من تثبيت الكربون الحيوي . يشمل الوقود الحيوي أنواع الوقود المشتقة من تحويل الكتلة الحيوية ، بالإضافة إلى الكتلة الحيوية الصلبة والوقود السائل وأنواع الغازات الحيوية المختلفة . ^{[ 7 ]} على الرغم من أن الوقود الأحفوري يعود أصله إلى تثبيت الكربون في العصور القديمة ، إلا أنه لا يُعتبر وقودًا حيويًا وفقًا للتعريف المتعارف عليه، لاحتوائه على كربون "خارج" دورة الكربون لفترة طويلة جدًا. يكتسب الوقود الحيوي اهتمامًا متزايدًا من الجمهور والأوساط العلمية، مدفوعًا بعوامل مثل ارتفاع أسعار النفط ، والحاجة إلى تعزيز أمن الطاقة ، والقلق بشأن انبعاثات غازات الاحتباس الحراري من الوقود الأحفوري ، والدعم الحكومي .

الإيثانول الحيوي هو كحول يُصنع بالتخمير ، غالباً من الكربوهيدرات الموجودة في محاصيل السكر أو النشا مثل الذرة وقصب السكر . كما يجري تطوير الكتلة الحيوية السليلوزية ، المشتقة من مصادر غير غذائية كالأشجار والأعشاب، كمادة خام لإنتاج الإيثانول. يمكن استخدام الإيثانول كوقود للمركبات في صورته النقية، ولكنه يُستخدم عادةً كمضاف للبنزين لرفع رقم الأوكتان وتحسين انبعاثات المركبات. يُستخدم الإيثانول الحيوي على نطاق واسع في الولايات المتحدة الأمريكية والبرازيل . ولا تسمح التصاميم الحالية للمصانع بتحويل جزء اللجنين من المواد الخام النباتية إلى مكونات وقود عن طريق التخمير.

يُصنع الديزل الحيوي من الزيوت النباتية والدهون الحيوانية . ويمكن استخدامه كوقود للمركبات في صورته النقية، ولكنه يُستخدم عادةً كمادة مضافة للديزل لتقليل مستويات الجسيمات وأول أكسيد الكربون والهيدروكربونات المنبعثة من المركبات التي تعمل بالديزل. ويُنتج الديزل الحيوي من الزيوت أو الدهون باستخدام عملية الأسترة التبادلية ، وهو أكثر أنواع الوقود الحيوي شيوعًا في أوروبا.

في عام 2010، بلغ إنتاج الوقود الحيوي عالميًا 105 مليارات لتر (28 مليار جالون أمريكي)، بزيادة قدرها 17% عن عام 2009، وشكّل الوقود الحيوي 2.7% من وقود النقل البري في العالم، وتكوّنت هذه المساهمة بشكل رئيسي من الإيثانول والديزل الحيوي. ^{[ 8 ]} وبلغ إنتاج الإيثانول العالمي 86 مليار لتر (23 مليار جالون أمريكي) في عام 2010، حيث تصدّرت الولايات المتحدة والبرازيل قائمة المنتجين العالميين، إذ استحوذتا معًا على 90% من الإنتاج العالمي. ويُعدّ الاتحاد الأوروبي أكبر منتج للديزل الحيوي في العالم ، حيث بلغت حصته 53% من إجمالي إنتاج الديزل الحيوي في عام 2010. ^{[ 8 ]} واعتبارًا من عام 2011، توجد قوانين تلزم بمزج أنواع الوقود الحيوي في 31 دولة على المستوى الوطني وفي 29 ولاية/مقاطعة. ^{[ 9 ]} وفقًا لوكالة الطاقة الدولية ، فإن الوقود الحيوي لديه القدرة على تلبية أكثر من ربع الطلب العالمي على وقود النقل بحلول عام 2050. ^{[ 10 ]}

يُعد زيت التحلل الحراري نوعًا آخر من أنواع الوقود المُستخلص من الجزء الليغنوسليلوزي من الكتلة الحيوية. فمن خلال التسخين السريع للكتلة الحيوية في غياب الأكسجين ( التحلل الحراري )، يُمكن تكوين سائل خام يُمكن معالجته لاحقًا لإنتاج زيت حيوي قابل للاستخدام. وعلى عكس أنواع الوقود الحيوي الأخرى، تستخدم زيوت التحلل الحراري الجزء غير الصالح للأكل من الكتلة الحيوية، ويمكن أن تتم هذه العملية في غضون أجزاء من الثانية ودون الحاجة إلى مفاعلات تخمير كبيرة. ^{[ 11 ]}

يشير وقود الهيدروجين إلى استخدام غاز الهيدروجين (H₂ ₎ كناقل للطاقة. وبشكل عام، يمكن تقسيم إنتاج وقود الهيدروجين المتجدد إلى فئتين رئيسيتين: الإنتاج الحيوي، والإنتاج الكيميائي. ^{[ 12 ]} يُعد هذا مجالًا بحثيًا راهنًا، وتساهم التطورات والتقنيات الجديدة في تسريع نموه.

يُعدّ الإنتاج البيولوجي لوقود الهيدروجين موضوعًا بحثيًا منذ سبعينيات القرن الماضي على الأقل. يُمكن إنتاج غاز الهيدروجين من مصادر الكتلة الحيوية، مثل المخلفات الزراعية والحرجية، ونفايات المستهلكين، ومحاصيل زراعية محددة. ^{[ 12 ]} يُنتج وقود الهيدروجين تحديدًا من خلال عملية تُسمى التغويز ، حيث تُحوّل الكتلة الحيوية إلى غاز قابل للاحتراق ثم يُحرق، أو من خلال التحلل الحراري ، وهي عملية مشابهة تُنتج غاز هيدروجين مناسب لتطبيقات خلايا الوقود. ويُعدّ إنتاج المنتجات الثانوية غير المرغوب فيها في كلتا العمليتين موضوعًا بحثيًا مستمرًا. غالبًا ما يعتمد وجود غازات ملوثة أخرى على التركيب المحدد لمصدر الكتلة الحيوية، والذي يصعب التحكم فيه. ^{[ 12 ]} ومن المصادر الأخرى للإنتاج البيولوجي لوقود الهيدروجين الطحالب . في أواخر تسعينيات القرن الماضي، اكتُشف أنه في حال حرمان الطحالب من الكبريت، فإنها تتحول من إنتاج الأكسجين، كما هو الحال في عملية التمثيل الضوئي الطبيعية، إلى إنتاج الهيدروجين. ^{[ 13 ]} تسعى مزارع الطحالب التجريبية إلى جعل الطحالب مصدراً مجدياً اقتصادياً للطاقة. ^{[ 14 ]}

توجد أيضًا عدة طرق فيزيائية وكيميائية لإنتاج الهيدروجين؛ تتطلب معظم هذه الطرق التحليل الكهربائي للماء. عندما تستمد هذه العملية طاقتها من مصادر الطاقة المتجددة مثل توربينات الرياح أو الخلايا الكهروضوئية ، فإن الإنتاج يتطلب استهلاكًا ضئيلًا للموارد غير المتجددة. يُعد وقود الهيدروجين، عند إنتاجه من مصادر الطاقة المتجددة مثل طاقة الرياح أو الطاقة الشمسية، وقودًا متجددًا ^{[ 12 ]} يُعرف باسم الهيدروجين الأخضر .

الوقود الكهربائي، المعروف أيضاً بالوقود الإلكتروني أو الوقود الاصطناعي، هو نوع من أنواع الوقود البديل المباشر. ويتم تصنيعه باستخدام ثاني أكسيد الكربون أو أول أكسيد الكربون المحتجز، بالإضافة إلى الهيدروجين المستخرج من مصادر كهرباء مستدامة مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية والطاقة النووية.

تستخدم هذه العملية ثاني أكسيد الكربون في التصنيع، وتُطلق كمية مماثلة تقريبًا من ثاني أكسيد الكربون في الهواء عند احتراق الوقود، مما يُسهم في خفض البصمة الكربونية الإجمالية. وبذلك، تُعدّ أنواع الوقود الكهربائي خيارًا مُناسبًا للحدّ من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري من قطاع النقل، لا سيما في نقل البضائع لمسافات طويلة، والنقل البحري والجوي. وتعمل العديد من الشركات الناشئة على تطوير منتجات في هذا المجال، بما في ذلك شركة زيرو البريطانية ، التي تُنشئ مصنعًا تجريبيًا للإنتاج في بيستر هيريتدج بالقرب من أكسفورد.

الوقود المُصنّع المُعالَج (PEFs) عبارة عن مواد أولية قابلة للاحتراق (عادةً ما تكون حبيبات) يتم اختيارها ومعالجتها من نفايات مناسبة (مثل البولي إيثيلين ، والبولي بروبيلين، والورق ، وما إلى ذلك) والتي غالبًا ما يتم الحصول عليها من نفايات مدافن النفايات . يوفر الوقود المُصنّع المُعالَج بديلاً أو استبدالاً جزئيًا للوقود الأحفوري. يمكن أن يتمتع الوقود المُصنّع المُعالَج بقيمة حرارية عالية ، ويمكن استخدامه كبديل للفحم والغاز في منشآت الاحتراق العالي. ^{[ 15 ] [ 16 ]}

• الوقود الكهربائي
• إيرينا
• الطاقة للغاز
• الغاز الطبيعي المتجدد
• الوقود الشمسي
• سينجاس

• الوسائط المتعلقة بالوقود المتجدد على ويكيميديا ​​كومنز