سوق التوربينات العالمي
بلغت قيمة السوق العالمية للتوربينات والمنتجات ذات الصلة، مثل المحركات والمولدات، أكثر من 100 مليار دولار أمريكي في عام 2012. ويُعزى هذا النمو القوي في صناعة الطائرات وتوليد الطاقة إلى زيادة الطلب. وبينما يتركز 70% من السوق العالمية في أمريكا الشمالية وأوروبا، تشهد الصين أقوى نمو. وقد بدأت الصين بإنتاج توربيناتها الخاصة، مدفوعةً بالطلب المتزايد على توربينات الرياح. وتُعد الدنمارك الدولة الوحيدة التي تحقق فائضًا تجاريًا في توربينات الرياح بفضل صادراتها.
توجد ثلاثة قطاعات سوقية رئيسية للتوربينات: محركات التوربينات المستخدمة حصريًا لتشغيل الطائرات، وتوربينات الغاز لتوليد الكهرباء، وتوربينات الرياح. من المتوقع أن يتجاوز الطلب على توربينات الرياح الطلب على توربينات الغاز بحلول عام 2012. بلغ سعر توربينات الرياح الحديثة 1.5 مليون دولار أمريكي لكل ميغاواط في عام 2010. إذا قامت الولايات المتحدة بتركيب 20% من إمداداتها من الطاقة من طاقة الرياح، فسيمثل ذلك سوقًا بقيمة 250 مليار دولار أمريكي. سجل سوق توربينات الرياح العالمي رقمًا قياسيًا جديدًا في عام 2011، حيث بلغ إجمالي حجمه 42 غيغاواط. وبلغ إجمالي القدرة العالمية 239 غيغاواط في عام 2012. وكانت الصين قد قامت بتركيب قدرة إجمالية قدرها 63 غيغاواط.
يستجيب مصنّعو توربينات الرياح للطلب المتزايد على الطاقة المتجددة من خلال إنتاج توربينات الرياح ذات المحور الرأسي (VAWTs) وتوربينات الرياح ذات المحور الأفقي (HAWTs). ومن المؤكد أن الطلب سينمو، مما يستدعي ابتكارات جوهرية في هذا القطاع للتغلب على مشكلة نقص المعادن الأرضية النادرة. تستخدم توربينات الرياح الصناعية أكثر من طن من المغناطيس، 35% منها من النيوديميوم. وتنتج الصين اليوم 95% من هذا المعدن النادر. لاستخراج المعادن الأرضية النادرة، تُضخ أحماض قوية في آبار عميقة حيث تعمل المواد الكيميائية على إذابة الرواسب. ثم يُضخ المزيج الناتج إلى أحواض، مما يُشكل مخاطر مهنية وبيئية كبيرة. ومع استمرار تطور قطاع طاقة الرياح، ستكون هناك حاجة إلى مصادر جديدة وعمليات جديدة وأنواع جديدة من المواد.
ابتكار
تعتمد العديد من الصناعات الخضراء سريعة النمو على المعادن الأرضية النادرة. تحتاج شركة تويوتا إلى ما بين 2 و4 أرطال من النيوديميوم والديسبروسيوم لمحركها الهجين في سيارتها الشهيرة بريوس، واللانثانوم لبطاريتها. وقد تجلى قوة السوق الصينية للمعادن الأرضية النادرة في تحول شركة BYD، المتخصصة في تصنيع البطاريات، إلى شركة رائدة في صناعة السيارات. فبحلول عام 2011، قطعت أسطول سيارات الأجرة الكهربائية من BYD في مدينة شنتشن الصينية، والتي يصل مداها إلى 300 كيلومتر، مسافة 6 ملايين كيلومتر، بمتوسط يزيد عن 160 ألف كيلومتر لكل سيارة. ويمنحهم هذا الوصول الحصري إلى المعادن الأرضية النادرة النفوذ اللازم لاختراق السوق. وفي خضم هذا المشهد التنافسي المتطور للصناعات الخضراء عمومًا، وإنتاج الطاقة خصوصًا، يقدم اكتشاف شون فراين نهجًا جديدًا جذريًا. فقد ابتكر توليد الطاقة باستخدام الطفو الديناميكي الهوائي، والذي يعمل دون الحاجة إلى المعادن الأرضية النادرة. وفي نهاية المطاف، يمكن لهذا المولد الكهربائي أن يعمل دون أي معدن، حتى النحاس أو الفولاذ المقاوم للصدأ.
لاحظ شون فراين، خريج الفيزياء من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، كيف يُولّد ضغط الرياح اهتزازات في الأشرطة والحبال الممتدة. درس هذه القوة الديناميكية الهوائية، التي يمكنها بناء جسر وهدمه، كما حدث مع جسر تاكوما ناروز في أربعينيات القرن الماضي - وهي ظاهرة معروفة جيدًا لجميع مهندسي الإنشاءات. علّمت هذه التجربة الخبراء كيفية تصميم هياكل قادرة على مقاومة هذه القوة الطبيعية. اتخذ شون نهجًا مختلفًا، متخيلًا كيفية الاستفادة من تدفق الرياح، ومصممًا نظامًا لحصد طاقة حركة الرياح وتحويلها إلى كهرباء دون الحاجة إلى توربين.
استقرت في هونغ كونغ عقل هذا المخترع متعدد المواهب، صاحب محفظة براءات اختراع مُعدّة للتسويق في مجالي التغليف وتنقية المياه. بعد استقبالٍ فاتر من صناديق رأس المال الاستثماري الأمريكية، استقر شون في هذه المدينة الصينية حيث يعمل هو وفريقه على تطوير طرق لتوليد الكهرباء دون حركة دورانية، وربما حتى دون استخدام المعادن الأرضية النادرة. ورغم أن الأساس العلمي راسخ، إلا أن الانتقال إلى التطبيقات التجارية لا يزال في مراحله الأولى بعد ثلاث سنوات من التجربة والخطأ.
التدفق النقدي الأول
يُعدّ الاستغناء عن المعادن الأرضية النادرة في توربينات الرياح - عبر الاستغناء عن التوربين نفسه - ابتكارًا ثوريًا. ورغم أن اختراق السوق على نطاق واسع قد يستغرق عقدًا آخر، أو ربما جيلًا كاملًا، إلا أن هناك العديد من الأسواق المتخصصة التي تُمثّل أهدافًا واضحة لشركة Humdinger الناشئة في هونغ كونغ. ويُحتمل أن يكون حزام الرياح المصغر أول تطبيق تجاري له. يتمتع هذا الجهاز الصغير بالقدرة على استبدال بطاريات أجهزة الاستشعار. وبما أن هبة رياح خفيفة بسرعة 10 كم/ساعة فقط كافية لتوليد الطاقة اللازمة لتشغيل جهاز استشعار، فإن حزام الرياح يُمكنه، خلال عمره الافتراضي، أن يحل محل 100 بطارية والجهد المبذول في استبدالها.
يشهد سوق أجهزة الاستشعار العالمي ازدهاراً كبيراً. فمن أجهزة كشف الحرائق ومراقبة الطقس إلى تسجيل درجات الحرارة ودرجة الحموضة، يعتمد المجتمع الحديث اعتماداً كبيراً على القياس عن بُعد وبشكل مستقل لعشرات المعايير. إن القدرة على الاستغناء عن أجهزة الاستشعار التي تعمل بالبطاريات، إلى جانب القدرة على العمل بشكل مستقل عن الشبكة الكهربائية، تخلق فرصة عمل جديدة تُبنى على نموذج أعمال قائم على ما هو موجود بالفعل - وهو مبدأ أساسي في الاقتصاد الأزرق.
الفرصة
إنّ الاستغناء عن التوربينات والمغناطيسات، بل وحتى المعادن في المستقبل، مع توليد الكهرباء من الرياح التي تُحدث اهتزازات ديناميكية هوائية، يفتح آفاقًا واسعة لإنتاج الطاقة واستهلاكها محليًا. ورغم أن التكلفة الحالية للكهرباء المولدة من الاهتزازات المرنة الهوائية تجعل الطاقة لكل كيلوواط/ساعة مماثلة لجميع المصادر التقليدية، إلا أن الفرصة تتجاوز ذلك بكثير. فقد يظهر مفهوم جديد كليًا للطاقة، مع تطبيقات محددة في العالم البوذي.
قد يكون أول تطبيق واسع النطاق لهذا الجهاز المولد للطاقة في بوتان. فكل طفل في هذه الدول الواقعة في جبال الهيمالايا ينشأ ليصبح خبيرًا في طاقة الرياح. لماذا؟ لأن البوذيين يصلّون وهم يلوّحون بالأعلام في مهب الريح، فالمفتاح هو معرفة اتجاه الرياح. يمكن تزويد كل سارية علم بحبل، موصول بعوامة، لتوليد الكهرباء أثناء الصلاة. بل يمكن حتى كتابة الأدعية على الشريط الطويل - حزام الرياح. سيكون هذا هو الشكل الأمثل لـ"الطاقة المقدسة": فكلما زادت سرعة الرياح، زادت الكهرباء، وزادت الأدعية!
يمثل مليون سارية علم 12 واطًا في الساعة لكل خلية رياح، ما يوفر طاقة إجمالية تبلغ 360 ميغاواط متاحة للمجتمعات الجبلية النائية في حال تحويل كل سارية علم إلى كهرباء. وقد يصبح هذا توجهًا سائدًا في المدن المتصلة بشبكة الكهرباء، حيث يرغب السكان في الجمع بين الطاقة والروحانية والاستدامة.
