لا يزال نحو ثلثي الطاقة المستخدمة لتدفئة المباني في جميع أنحاء العالم تعتمد على الوقود الأحفوري – عادة في شكل غلاية غاز.
إن الحد من هذا الاعتماد يشكل جزءًا أساسيًا من الطريق نحو تحقيق صافي انبعاثات صفرية. وإحدى التقنيات الرئيسية لتحقيق هذه الغاية هي المضخات الحرارية.
يمكن فهم هذه التكنولوجيا على أفضل وجه من خلال عملها مثل الثلاجة في الاتجاه المعاكس، وهي ليست جديدة، ولكن يتم الآن طرحها بسرعة.
كيف يعمل؟
تستمد المضخات الحرارية الحرارة من الهواء الخارجي أو الأرض لتدفئة المباني. وهي تعمل بالكهرباء، التي يمكن توليدها من مصادر منخفضة الكربون، وبالتالي لديها القدرة على معالجة أحد أكبر التحديات في العالم: إزالة الكربون من التدفئة. وتمثل تدفئة المباني حوالي 10 في المائة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية، مع إمداد حوالي 60 في المائة من الغرف وتدفئة المياه في جميع أنحاء العالم بالوقود الأحفوري، وفقًا لوكالة الطاقة الدولية.
تعمل المضخات الحرارية باستخدام غازات التبريد، الموجودة عادة في الثلاجات ومكيفات الهواء، لنقل الحرارة.
ما هي إيجابيات وسلبيات؟
تتمتع المضخات الحرارية بميزتين رئيسيتين: فهي تعمل بالكهرباء، التي تأتي بشكل متزايد من مصادر متجددة؛ وهي عالية الكفاءة. وعادة ما تنتج 3-5 وحدات من الحرارة لكل وحدة كهرباء تستخدم لتشغيل المضخة، ويمكنها العمل حتى عندما يكون الجو شديد البرودة في الخارج.
ولكن في أغلب الأسواق الرئيسية، تعد تكلفة شراء وتركيب هذه المضخات أعلى من تكلفة الغلايات التي تعمل بالغاز. وتكون مضخات الحرارة التي تعمل بالهواء والماء ــ والتي يمكن توصيلها بمشعات ــ في أعلى مستويات كفاءتها عندما يكون ناتجها عند درجة حرارة أقل من الغلايات التي تعمل بالغاز. وهذا يعني ضرورة تركيب مشعات أكبر أو عزل أفضل للمنزل.
كما أنها ستزيد من الطلب على الكهرباء في أوقات الذروة، مما قد يتطلب تحديث شبكات الكابلات الكهربائية في بعض المناطق. وتساهم الغازات المبردة في ظاهرة الاحتباس الحراري العالمي إذا تسربت – على الرغم من أن الخبراء يقولون إنه عندما يتعلق الأمر بمضخات الحرارة، فإن هذه المشكلة تفوقها الوقود الأحفوري الذي تحل محله.
هل سينقذ الكوكب؟
يُنظر إلى المضخات الحرارية بشكل متزايد على أنها مفتاح لتحقيق أهداف إزالة الكربون، حيث تقدر وكالة الطاقة الدولية أن 875 مليون أسرة ستحتاج إلى امتلاكها بحلول عام 2050 لتكون متماشية مع تحقيق أهداف صافي الصفر (إلى جانب زيادة الكهرباء النظيفة).
ويجري النظر في طرق بديلة للتدفئة منخفضة الكربون، ولكن بعضها، مثل تلك التي تستخدم الهيدروجين، أقل كفاءة وأكثر تكلفة.
وبعيداً عن بعض الاختناقات في سلسلة التوريد، فإن العامل الرئيسي الذي يمنع المزيد من إنتاج المضخات الحرارية ونشرها حالياً هو الطلب. وقد كان هذا الطلب محدوداً بسبب التكاليف الأولية للمعدات فضلاً عن عدم إلمام الأسر بالتكنولوجيا. وفي المملكة المتحدة وبعض الأسواق الأخرى، أصبحت الكهرباء أيضاً أكثر تكلفة بشكل ملحوظ من الغاز، مما يرفع تكاليف التشغيل. والآن تقدم العديد من الحكومات إعانات لتعزيز استخدام المضخات الحرارية.
هل وصلت بعد؟
إن المضخات الحرارية هي تكنولوجيا ناضجة، وقد تم استخدامها في مختلف أنحاء العالم لعقود من الزمن. ومع ذلك، يعمل المصنعون على تحسين كفاءتها، وخفض التكاليف، وتسهيل تركيبها في منازل الناس، وتمكين تسخين المياه إلى درجات حرارة أعلى، واستخدام مبردات أكثر ملاءمة للبيئة.
ويجري العمل أيضًا لفهم مدى قدرة المضخات الحرارية على العمل خارج ساعات الذروة للطلب على الكهرباء دون التأثير على راحة الأسرة.
كما يتم تحسين عمليات التثبيت أيضًا. يقول جان روزنو، مدير مشروع المساعدة التنظيمية، وهي منظمة غير حكومية: “هناك مجال كبير للابتكار فقط للتأكد من أن شركات التثبيت تعمل وفقًا لمعايير عالية جدًا”.
وتشير التقديرات إلى أن عدد المضخات الحرارية التي تم تركيبها على مستوى العالم بلغ نحو 200 مليون مضخة، وهي تحظى بشعبية خاصة في بلدان الشمال الأوروبي. ووفقاً لوكالة الطاقة الدولية، فإن المضخات الحرارية التي تعمل من الهواء إلى الهواء، والتي يمكن استخدامها في كل من تكييف الهواء والتدفئة، هي أيضاً “القاعدة” في بعض أجزاء من الصين.
وعلى مستوى العالم، نمت المبيعات بنسبة 11% في عام 2022، بمساعدة زيادة الطلب في أوروبا حيث استجابت الأسر للارتفاع في أسعار الغاز الناجم عن الغزو الروسي الكامل لأوكرانيا. لكن مبيعات المضخات الحرارية انخفضت بعد ذلك بنسبة 3% في عام 2023. وتقول وكالة الطاقة الدولية إنه اعتبارًا من أوائل عام 2023، كانت توفر حوالي 10% من إجمالي التدفئة العالمية.
من هم الرابحون والخاسرون؟
يواجه مصنعو الغلايات خطر الخسارة نتيجة أي تحول شامل إلى المضخات الحرارية. ومع ذلك، فإن العديد منهم يتحولون إلى تصنيع المضخات الحرارية أيضًا.
من المحتمل أن يخسر أصحاب خطوط أنابيب الغاز المزيد، حيث يظل عدد أقل من الأسر متصلاً بشبكتهم. ويدفع الكثيرون إلى استخدام الهيدروجين بدلاً من ذلك، أو إلى أنظمة هجينة تتضمن مضخات حرارية إلى جانب غلايات الوقود الأحفوري. لكن توقف استخدام خطوط أنابيب الغاز يثير أيضًا احتمال ارتفاع الفواتير للأسر التي تظل على الشبكة، فضلاً عن التساؤلات حول من سيدفع تكاليف إيقاف تشغيل الغاز.
وعلى العكس من ذلك، فإن التحول إلى المضخات الحرارية من شأنه أن يعزز استخدام شبكات الكهرباء. فقد وافقت شركة ناشيونال جريد، وهي شركة مقرها المملكة المتحدة مدرجة على مؤشر FTSE 100، في عام 2021 على دفع 7.8 مليار جنيه إسترليني لشركة ويسترن باور ديستربيوشن، أكبر شركة لتوزيع الكهرباء في المملكة المتحدة، في رهان على “كهربة” نظام الطاقة.
من يستثمر فيه؟
ويعني دعم الحكومة وحجم السوق المستقبلية المحتملة أن المضخات الحرارية تجتذب الاستثمارات من عدة مصادر، بما في ذلك شركات تصنيع المضخات الحرارية والغلايات التقليدية التي تعمل على توسيع أو إنشاء خطوط إنتاج جديدة.
في نهاية عام 2023، أحصت جمعية المضخات الحرارية الأوروبية استثمارات بقيمة 7 مليارات يورو تقريبًا مخصصة لتصنيع وأبحاث المضخات الحرارية في أوروبا على مدى السنوات الثلاث المقبلة.
على سبيل المثال، أعلنت شركة بوش عن خطط لبناء مصنع جديد في بولندا بقيمة 225 مليون يورو، من المقرر افتتاحه في نهاية عام 2027، كجزء من استثمار إجمالي بقيمة مليار يورو في طاقة إنتاج المضخات الحرارية الأوروبية هذا العقد. في عام 2021، اشترت شركة البنية التحتية الكندية العملاقة بروكفيلد حصة أغلبية في شركة Thermondo الألمانية لتركيب المضخات الحرارية، ثم اشترت في عام 2023 شركة إصلاح المنازل البريطانية Homeserve. وفي ذلك العام أيضًا، استثمرت شركة الخدمات المالية البريطانية العملاقة Legal and General 70 مليون جنيه إسترليني جنبًا إلى جنب مع Octopus Energy في شركة Kensa لمضخات الحرارة الأرضية.