هناك مشكلة طاقة فى العالم ونستطيع أن نقول إنه لا توجد دولة مستقلة تماما من حيث الطاقة (أى لا تستورد طاقة بشكل أو بآخر من دول أخرى) واستهلاك الطاقة يزداد سنويا فى دول العالم كلها. أمريكا مثلا تنتج طاقة تكفيها لكنها تستورد البترول الخام لسببين: الأول أنه فى بعض الأحيان يكون الاستيراد أرخص من الاستخراج، أو يُستورد نوع من مصادر الطاقة (بترول خام) ويُصدر نوع آخر مناسب أكثر لدول أخرى. السبب الثانى أن أمريكا قد تستورد بترولا خاما ثم تقوم بتكريره ثم تصديره. لكن هناك مشكلة فيما ذكرناه الآن: نحن نتكلم عن الوقود الأحفورى (المستخرج من الفحم والغاز والبترول) والذى له تأثير سلبى على البيئة والمناخ. الاحتباس الحرارى يؤدى إلى زيادة استهلاك الطاقة، انظر مثلا إلى استهلاكك أنت شخصيا من الطاقة عندما ترتفع درجات الحرارة. إذا الوقود الأحفورى المستخدم فى توليد الطاقة يؤدى بطريق غير مباشر إلى الزيادة فى استهلاك الطاقة والتى تحتاج إلى مزيد من الوقود الأحفورى، وهذه مشكلة.

مقال اليوم عن الطاقة، وعندما نتحدث عن الطاقة فإننا نتحدث عن ثلاثة أشياء:
توليد الطاقة: ما هى مصادر توليد الطاقة؟
نقل الطاقة من مكان إلى آخر.
تخزين الطاقة: هل يمكن تخزين الطاقة ثم استخدامها لاحقا؟

...
يمكن توليد الطاقة من مصادر عدة أكثرها شيوعا وتأثيرا فى اقتصاديات وسياسات الدول هى الوقود الأحفورى الذى يعتبر هو المصدر الرئيسى للطاقة لأغلب إن لم يكن كل دول العالم، لكنه أيضا أكثرها تدميرا للبيئة من حيث التلوث والاحتباس الحرارى إلخ. لذلك وجه الباحثون نظرهم إلى مصادر أخرى للطاقة أقل ضررا للبيئة، يُطلق عليها الطاقة النظيفة أو الطاقة الخضراء.
الطاقة الشمسية هى أحد أشهر أنواع الطاقة النظيفة. بدون الدخول فى تفاصيل دقيقة هى ببساطة خلايا على شكل ألواح تحول الضوء المباشر إلى تيار كهربي. لا يوجد أى تلوث للبيئة من تلك العملية. لكن يوجد سؤال مهم: لماذا لا تصبح الطاقة الشمسية هى المصدر الرئيسى للطاقة على الأقل فى الدول التى ترى ضوء الشمس أغلب أيام السنة؟ الطاقة الشمسية تمثل فقط (4.5%) من الطاقة المتولدة فى العالم سنة 2022، هناك عدة أسباب لذلك.
كفاءة الخلايا الشمسية متوسطة فى أحسن الأحوال وبالتالى الكثير من الضوء لا يتحول إلى طاقة.
سعر الطاقة المتولدة أغلى من الوقود الأحفورى نظرا لارتفاع تكلفة النقل والتخزين والبحث العلمى لزيادة كفاءة الخلايا الشمسية.
الطاقة المتولدة لا تأتى بطريقة منتظمة لأنها تعتمد على الضوء.
هناك مصاعب فى تدوير ألواح الخلايا الشمسية عند انتهاء عمرها الافتراضى.
الطاقة النووية هى أحد أنواع الطاقة التى يأتى ذكرها عندما يذكر الناس الطاقة المتجددة. البترول غير متجدد أى أننا نستهلكه بطريقة أسرع بكثير من إنتاجه الذى يأخذ آلاف السنين فى باطن الأرض. الطاقة النووية نفسها هى طاقة متجددة لكن نوع المادة المستخدمة فى المفاعلات وهى (اليورانيوم 35) غير متجددة. الطاقة النووية أيضا طاقة نظيفة (ما لم يحدث خطأ أو مشكلة فى المفاعل طبعا). ببساطة المفاعل النووى يعتمد على انشطار الذرة (nuclear fission) مما ينتج عنه حرارة كبيرة، تلك الحرارة تستخدم لتحويل ماء إلى بخار وبالتالى إلى طاقة حركية تستخدم لإدارة مولدات كهربائية لتوليد الكهرباء. التكنولوجيا فى هذا المضمار تتجه نحو بناء مفاعلات صغيرة وأيضا نحو استخدام الاندماج النووى. لكن توليد الكهرباء من الطاقة النووية لا يخلو من العراقيل:
بناء وتشغيل وصيانة المفاعلات عملية معقدة وتحتاج إلى كفاءات وخبرات علمية لا تمتلكها دول كثيرة.
ليس من السهل التخلص بطريقة آمنة من المواد المشعة المستخدمة.
هناك طرق أخرى لتوليد الطاقة النظيفة مثل الرياح ووقود الكتلة الحيوية (biomass fuel) وطاقة المياه عن طريق السدود إلخ. بعد توليد الطاقة تأتى مرحلة نقلها للاستخدام فى المناطق السكنية والمصانع والمحال وما شابه.
...
يتم نقل وتوزيع الطاقة عن طريق ما يسمى بشبكة التوزيع (grid). هى فى الحقيقة شبكة مكونة من شبكات، لكل منطقة شبكتها وتتصل الشبكات ببعضها. الشبكات الذكية الحالية والمستقبلية تستطيع القيام بالآتي:
معرفة الأماكن التى تحتاج إلى طاقة أكثر من غيرها وتوزع الطاقة بحيث تحصل كل منطقة على ما تحتاجه.
إذا حدث عطل فى إحدى التوصيلات أو الشبكات تتمكن الشبكة الذكية من توصيل الطاقة عن طريق توصيلات أخرى، لأن الشبكات مصممة بحيث يوجد أكثر من طريق للوصول إلى نفس النقطة.
التنبؤ بالأعطال قبل حدوثها عن طريق مراقبة الاستخدام وكفاءة الأجهزة وبالتالى تستطيع التصرف من نفسها أو إبلاغ العامل البشرى.
العمل على تقليل الفاقد من الطاقة إلى أقل قدر ممكن.
استخدام مصادر الطاقة المختلفة سواء من الوقود الأحفورى أو الطاقة النظيفة.
كل هذا يعنى أنه يتم توليد الطاقة ثم نقلها للاستخدام، لكن هل يمكن «تخزين» الطاقة لاستخدامها لاحقا؟
...

أعتقد أنك تستطيع أن تستنتج أنه يمكن تخزين الطاقة، وأنت تقوم بذلك كل يوم عندما «تشحن» تليفونك المحمول أو اللابتوب، لكن ماذا عن الكميات الكبيرة من الطاقة، لإنارة مدينة مثلا؟ هناك طرق لتخزين الطاقة وتتفاوت فى كمية الطاقة التى تحتفظ بها والمدة التى تحتفظ بها بالطاقة قبل أن تتسرب وتُفقد.
شبكات توزيع الطاقة التى تحدثنا عنها تحتوى أيضا على بطاريات (بالمعنى الواسع وليس فقط بطارية التليفون أو اللابتوب) لتخزين الطاقة واستخدمها لاحقا فى حالة الأزمات أو عند زيادة الطلب لكن حجمها مازال كبيرا وثمنها مرتفعا..
تخزين المياه خلف السدود ثم استخدامها لتوليد الكهرباء عن طريق التوربينات يمكن اعتباره نوعا من تخزين الطاقة. جدير بالذكر أن الطاقة المتولدة بهذه الطريقة أكبر من تلك المتولدة من طرق توليد الطاقة المتجددة مجتمعة.
...
بعد هذه الجولة السريعة فى عالم توليد ونقل وتخزين الطاقة أعتقد أن هناك فرصة لباحثينا للإبداع العلمى:
يجب زيادة الإنفاق على أبحاث الخلايا الشمسية والتوسع فى تركيبها فى المناطق السكنية وأيضا التوسع فى انشاء مزارع الطاقة الشمسية أى مساحات شاسعة مغطاة بألواح الخلايا الشمسية.
التوسع فى أبحاث تصميم الشبكات الذكية (smart grids) وكيفية زيادة كفاءتها. نرى هناك فرصة رائعة للتعاون بين مهندسى كهرباء القوى ومهندسى الإلكترونيات وخبراء الذكاء الاصطناعى.
تخزين الطاقة تُعتبر من المشروعات البحثية التى ستؤتى أُكلها سريعا عندنا.
الطاقة هى من أقوى أسلحة القرن العشرين والدولة التى تمتلك قوتها من الطاقة تعتبر فى مركز قوة.