ببساطة، نحن نناقش آثار أنظمة الطاقة الشمسية على البيئة عندما نناقش الآثار البيئية لأنظمة الخلايا الكهروضوئية.
الشمس مصدر هائل للطاقة لم يُكتشف إلا مؤخراً. وهي توفر موارد وفيرة يمكن أن تنتج كهرباء مستدامة ونظيفة وغير ملوثة ، مما يعني عدم وجود انبعاثات تساهم في ظاهرة الاحتباس الحراري.
لقد وجد في السنوات الأخيرة أنه يمكن التقاط الطاقة الشمسية وتخزينها للاستخدام العالمي على أمل أن تحل في نهاية المطاف محل مصادر الطاقة التقليدية. مع تحول اهتمام الجميع إلى مصادر الطاقة الأكثر مراعاة للبيئة، أصبحت الطاقة الشمسية ذات أهمية متزايدة.
حاليًا، تمثل الطاقة الشمسية 1.7% من إنتاج الكهرباء العالمي. شهدت كل من تقنيات الإنتاج والمواد المستخدمة تطورات كبيرة.
الآثار البيئية للأنظمة الكهروضوئية
قبل أن يتم استخدام الطاقة الشمسية كمصدر طاقة نظيف حقًا، لا تزال هناك بعض العقبات البيئية التي يجب معالجتها. من بين هؤلاء
- استخدام الأراضي
- استخدام المياه
- التأثيرات على موارد المياه والهواء والتربة
- مواد خطيرة
- إنتاج الألواح الشمسية
- تنظيف أشباه الموصلات
- الملوثات والنفايات الشمسية
- المخاطر البيئية للتعدين
- الأثر البيئي لنقل الألواح الشمسية
1. استخدامات الأراضي
قد تُثير محطات الطاقة الشمسية الكبيرة مخاوف بشأن فقدان الموائل وتدهور الأراضي ، وذلك بحسب موقعها. وتختلف المساحة الإجمالية المطلوبة تبعاً للتكنولوجيا والموقع والتضاريس وكثافة موارد الطاقة الشمسية.
تشير التقديرات إلى أن الأنظمة الكهروضوئية على نطاق المرافق تتطلب ما بين 3.5 و10 فدانًا لكل ميجاوات، في حين تشير التقديرات إلى أن مرافق الطاقة الشمسية المركزة تتطلب ما بين 4 و16.5 فدانًا لكل ميجاوات.
تتمتع منشآت الطاقة الشمسية بفرصة أقل للتعايش مع الاستخدامات الزراعية مقارنة بمنشآت طاقة الرياح. ومع ذلك، يمكن لأنظمة الطاقة الشمسية على نطاق المرافق أن تقلل من آثارها السلبية على البيئة من خلال تركيبها في مناطق أقل رغبة، مثل الحقول البنية، أو مواقع المناجم السابقة، أو خطوط النقل والمرور الحالية.
تتمتع مصفوفات الطاقة الشمسية الكهروضوئية الأصغر بتأثير أقل على استخدام الأراضي ويمكن تركيبها على العقارات السكنية أو التجارية.
2. استخدام المياه
يمكن للخلايا الشمسية الكهروضوئية توليد الكهرباء دون الحاجة إلى الماء. ومع ذلك، يتم استخدام بعض المياه في إنتاج مكونات الطاقة الشمسية الكهروضوئية، تمامًا كما هو الحال في أي عملية تصنيع أخرى.
يُعدّ الماء ضروريًا للتبريد في محطات الطاقة الشمسية الحرارية المركزة ، كما هو الحال في محطات توليد الطاقة الحرارية الأخرى. ويؤثر نوع نظام التبريد وموقع المحطة وتصميمها على كمية المياه المستخدمة.
مقابل كل ميجاوات ساعة من الطاقة المولدة، تقوم محطات الطاقة الشمسية المركزة المزودة بأبراج التبريد وتقنية إعادة التدوير الرطب بإزالة ما بين 600 إلى 650 جالونًا من الماء. ونظرًا لعدم فقدان الماء كبخار، فإن مرافق الطاقة الشمسية المركزة التي تستخدم تقنية التبريد لمرة واحدة تتمتع بمستويات أعلى لسحب المياه ولكن استخدامًا إجماليًا أقل للمياه.
يتم استخدام مياه أقل بنسبة 90% تقريبًا في مرافق الطاقة الشمسية المركزة عند تطبيق تقنية التبريد الجاف. ومع ذلك، فإن انخفاض الكفاءة وزيادة النفقات هي التكاليف المرتبطة بهذا التوفير في المياه. علاوة على ذلك، تنخفض كفاءة تقنية التبريد الجاف بشكل كبير عند درجة حرارة 100 درجة فهرنهايت.
3. التأثيرات على موارد المياه والهواء والتربة
ويتطلب تطوير مرافق الطاقة الشمسية على نطاق واسع التسوية والتطهير، مما يغير مسارات الصرف، ويضغط التربة ويزيد من تآكلها.
يُعد استهلاك المياه بواسطة أنظمة الأبراج المركزية للتبريد مصدر قلق في البيئات القاحلة لأن ارتفاع الطلب على المياه قد يُشكل ضغطاً على الإمدادات المتاحة ويؤدي إلى انسكاب مواد كيميائية من المنشآت التي قد تلوث المياه الجوفية أو المنطقة المحيطة.
إن بناء مرافق الطاقة الشمسية يمكن أن يشكل مخاطر على جودة الهواء، مثل تطوير أي مجمع صناعي كبير. وتشمل هذه المخاطر انتشار الأمراض التي تحملها التربة وارتفاع نسبة الجسيمات العالقة في الهواء والتي تلوث إمدادات المياه.
4. المواد الخطرة
يتم استخدام العديد من المركبات الخطرة في عملية إنتاج الخلايا الكهروضوئية؛ وتستخدم غالبية هذه المواد لتنظيف وتنقية سطح أشباه الموصلات. وتشمل هذه المواد حمض الهيدروكلوريك، وحامض الكبريتيك، وحامض النيتريك، وفلوريد الهيدروجين، و1,1,1،XNUMX،XNUMX-ثلاثي كلورو إيثان، والأسيتون.
وهي قابلة للمقارنة بتلك المستخدمة في أعمال أشباه الموصلات العامة. يؤثر نوع الخلية ودرجة التنظيف المطلوبة وحجم رقاقة السيليكون على كمية ونوعية المواد الكيميائية المستخدمة.
هناك مخاوف بشأن العمال الذين يستنشقون غبار السيليكون. لمنع تعرض العمال للمواد الكيميائية السامة ولضمان التخلص من منتجات نفايات التصنيع بشكل مناسب، يتعين على الشركات المصنعة للطاقة الكهروضوئية الالتزام بالقواعد الأمريكية.
بالمقارنة مع الخلايا الكهروضوئية السيليكونية التقليدية، تحتوي الخلايا الكهروضوئية ذات الأغشية الرقيقة على العديد من المكونات الأكثر خطورة، مثل زرنيخيد الغاليوم، وثنائي سيلينيد الغاليوم النحاسي والإنديوم، وتيلوريد الكادميوم. قد يؤدي التعامل غير المناسب مع هذه العناصر والتخلص منها إلى مخاطر كبيرة على البيئة أو الصحة العامة.
لذلك، يكون لدى المصنعين دوافع مالية للتأكد من إعادة تدوير هذه المواد الثمينة للغاية وغير الشائعة بدلاً من التخلص منها.
5. إنتاج الألواح الشمسية
تستهلك صناعة الألواح الشمسية موارد كثيرة، تشمل المواد الصناعية والوقود الأحفوري وكميات كبيرة من المياه. ويُعدّ الفحم المصدر الرئيسي للطاقة المستخدمة في هذه الصناعة، وهو ما يرتبط ارتباطاً مباشراً بارتفاع انبعاثات الكربون.
في عملية صنع الألواح الشمسية، يتم استخدام كل من هيدروكسيد الصوديوم وحمض الهيدروفلوريك. من الضروري وضع قواعد صارمة بشأن التعامل مع مياه الصرف الصحي الخطرة والتخلص منها. وفي هذه الأثناء، يحتاج العمال في المنشآت التي تنتج الألواح الشمسية إلى الحماية من هذه المواد الخطرة. وهذا يستلزم ضمانات خاضعة للرقابة.
وفقا للدراسات، أثناء عملية الإنتاج، يتم تفريغ جزيئات السيليكون في البيئة وتسبب داء السحار السيليسي لدى أولئك الذين من المعروف أنهم يتلامسون معها. لقد ثبت أن الأفراد الذين يتعرضون لجزيئات السيليكون أثناء عملية الإنتاج يمكن أن يصابوا بالسحار السيليسي.
6. تنظيف أشباه الموصلات
الخلايا الكهروضوئية (PV) مصنوعة من رقائق أشباه الموصلات التي يتم تنظيفها باستخدام مواد كيميائية سامة. هذه تتكون من أحماض الكبريتيك والهيدروفلوريك.
للتخلص من الضرر وإنشاء نسيج السطح المناسب، تعد عملية التنظيف هذه أمرًا بالغ الأهمية. من ناحية أخرى، يمكن لحمض الهيدروفلوريك أن يؤدي إلى تآكل الأنسجة وإزالة الكالسيوم من العظام، مما يجعله قاتلاً لشخص غير محمي. ويجب التعامل معها والتخلص منها بحذر شديد.
نظرًا لأن هيدروكسيد الصوديوم أسهل في التعامل معه والتخلص منه ويشكل خطرًا أقل على صحة الموظفين، فقد يكون خيارًا أكثر أمانًا.
7. الملوثات والنفايات الشمسية
وبما أن المجموعات القليلة الأولى من الألواح التي تم تركيبها قد بدأت الآن في الانتهاء، فإن مشكلة إعادة تدوير الألواح الشمسية القديمة لم تحظ بالكثير من الاهتمام. أصبح التعامل مع الألواح الكهروضوئية منتهية الصلاحية مشكلة حرجة الآن مع اقتراب انتهاء صلاحيتها.
على الرغم من وجود الرصاص والكادميوم في الألواح الشمسية، وكلاهما معروف بأنه يسبب السرطان، إلا أنهما يتكونان في المقام الأول من الزجاج. ونتيجة لذلك، هناك مخاوف بشأن سلامة الملوثات. ستكلف إزالة الشوائب تكلفة إضافية لإعادة تدوير هذه المكونات.
في الوقت الحالي، تُرمى الألواح الشمسية القديمة في مكبات النفايات بشكل متكرر لعدم إمكانية إعادة استخدامها بسهولة. ونظرًا لاحتواء هذه الألواح على مواد كيميائية ضارة، فإن هذه التقنية تنطوي على مخاطر بيئية جسيمة.
تتمتع مياه الأمطار بالقدرة على تصريف وغسل الكادميوم، الذي يتسرب بعد ذلك إلى التربة ويلوث البيئة المحيطة.
8. المخاطر البيئية للتعدين
تستخدم غالبية التكنولوجيا الحديثة المعادن النادرة في تصنيعها. وبالمثل، تستخدم الألواح الكهروضوئية أكثر من 19 من هذه المعادن غير الشائعة.
هذه موارد محدودة يتم حصادها بمثابرة في العديد من الأماكن حول العالم. وبينما تعمل الدول على زيادة إنتاج الطاقة المتجددة وتلبية طلب المستهلكين على التكنولوجيا، هناك طلب مرتفع بشكل لا يصدق على هذه المعادن.
وتشير الأبحاث إلى أنه لن يكون هناك ما يكفي من الإنديوم، وهو أحد المكونات المستخدمة في الألواح الكهروضوئية، لتلبية الطلب الهائل وتغذية هذه الثورة الخضراء.
هذه النتائج مثيرة للقلق، وتأثير التعدين يزيدها خطورة. فقد ثبت أن التعدين يتسبب في حدوث انهيارات أرضية، وفقدان التنوع البيولوجي ، وتلوث المجاري المائية المجاورة بنفايات معدنية شديدة الحموضة.
9. الأثر البيئي لنقل الألواح الشمسية
تُشكّل الانبعاثات الناتجة عن النقل من الألواح الشمسية مشكلة إضافية. فرغم تصنيعها في جميع أنحاء العالم، إلا أن معظم إنتاج الألواح الشمسية يتركز في الصين والولايات المتحدة وأوروبا. علاوة على ذلك، قد يتطلب تصنيع أجزاء الألواح الشمسية في دولة ما شحنها إلى دولة أخرى.
بصراحة، من الصعب تقدير البصمة الكربونية الدقيقة المرتبطة بكل خطوة من خطوات عملية إنتاج أي نوع من الألواح الشمسية. لم تُدرس آثار إنتاج الألواح الشمسية على البيئة بشكلٍ كافٍ أو تُوثّق بشكلٍ وافٍ.
ومع ذلك، ووفقًا للتقارير، فإن التحالف المعني بشفافية أبحاث المواد يحاول تحديد وكشف البصمات الكربونية لعمليات التعدين والتصنيع والشحن للألواح الشمسية.
ومن الجدير بالذكر أن كمية انبعاثات الكربون الناتجة أثناء إنتاج الألواح الشمسية أقل بكثير من تلك الناتجة عن منشآت الطاقة التقليدية وأقل بكثير من تلك الناتجة عن تعدين الفحم أو التكسير الهيدروليكي أو حفر النفط.
ومع ذلك، فإن المشكلة الشائعة في الألواح الشمسية هي ما يحدث لها بعد عمرها الافتراضي الذي يبلغ 25 عامًا، وهو ما يتجاوز الإنتاج.
خاتمة
على الرغم من أن الطاقة الشمسية ليست خالية من العيوب، إلا أن لها تأثيرًا بيئيًا وماليًا إيجابيًا بشكل عام.
نعم، يتطلب التعدين وإنتاج الألواح الشمسية كميات هائلة من الطاقة، ونعم، تتضمن العملية استخدام المواد الكيميائية. لكن، خلافاً لما تشير إليه البيانات، فإن هاتين الحقيقتين اللتين لا تقبلان الجدل لا تعنيان أن للألواح الشمسية تأثيراً سلبياً صافياً.
وفي أقل من عامين، سيتم استعادة الطاقة المستخدمة لإنتاج الألواح الشمسية. وحتى عند أخذ الطاقة الشمسية في الاعتبار خلال مراحل الإنتاج والمعالجة، فإن الانبعاثات الناتجة تكون أقل بمقدار 3 إلى 25 مرة عما يحدث عند إنتاج نفس الكمية من الطاقة باستخدام الوقود الأحفوري.
إن استخدام الطاقة الشمسية له انبعاثات أقل من استخدام أي وقود أحفوري، وخاصة الفحم، مما يجعلها تقنية مفيدة للغاية.