تعظيم التوفير البيئي من تصنيع الفوتوفولطية السليكونية حتى عام 2035

لماذا تهم الألواح الشمسية الأنظف

تُعتبر الطاقة الشمسية في كثير من الأحيان حلًا بيئيًا سحريًا، لكن تصنيع الألواح الشمسية لا يزال يستهلك الطاقة والمواد الخام. ومع تسارع العالم لتركيب عشرات التريليونات من واطات القدرة الشمسية بحلول منتصف القرن، يمكن للفوارق الصغيرة في أساليب التصنيع أن تتراكم لتحدث تأثيرات عالمية هائلة. يطرح هذا البحث سؤالًا بسيطًا ذو عواقب كبيرة: مع تحول الصناعة إلى نوع جديد وأكثر كفاءة من خلايا السليكون الشمسية، هل يمكننا أيضًا تقليل التكاليف البيئية الخفية لتصنيع كل تلك الألواح؟

ظهور نوع جديد من الألواح الشمسية

ينتقل سوق السليكون الشمسي اليوم بسرعة من تصميم قديم يُدعى PERC إلى تصميم أكثر أداءً يعرف باسم TOPCon. كلاهما مبني على رقائق سليكون مماثلة، لكنهما يختلفان في طريقة معالجة الأسطح وكيفية إضافة الموصلات المعدنية لالتقاط الكهرباء. تمنح هذه التعديلات الفنية خلايا TOPCon كفاءة أعلى، ما يعني أن كل لوحة يمكن أن تنتج طاقة أكبر من نفس المساحة. يستخدم المؤلفون تحليل "دورة حياة" شاملًا، من تعدين الكوارتز الخام مرورًا بتجميع الخلايا والألواح وحتى شحن الوحدات من المصانع إلى وسط أوروبا، ليروا كيف يتقارن هذان التصميمان بيئيًا لكل وحدة طاقة منتجة.

حساب كل أثر، وليس الكربون فقط

بدلًا من التركيز على انبعاثات الاحتباس الحراري فحسب، يفحص الفريق 16 نوعًا من الآثار البيئية، بما في ذلك تلوث الهواء، وتلف النظم البيئية، واستخدام الأراضي واستخدام الوقود الأحفوري والمعادن. بالنسبة للألواح المصنعة في الصين والمشحونة إلى أوروبا، تأتي TOPCon في المقدمة في 15 من بين 16 فئة. في المتوسط، تقلل من انبعاثات الاحتباس الحراري بحوالي 6.5 بالمئة لكل واط مقارنةً بـ PERC، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن الكفاءة الأعلى تعني مواد ومعالجات أقل لنفس المخرجات. والمجال الوحيد الذي تتفوق فيه TOPCon بدرجة أقل هو استخدام المعادن: يتطلب تصميمها مزيدًا من الفضة في موصلات الخلايا، مما يزيد الضغط على الموارد النادرة.

من أين تأتي الآثار الخفية فعلاً

من خلال تحليل أعمق، يكشف البحث عن بعض "النقاط الساخنة" الرئيسة التي تهيمن على بصمة الوحدة الشمسية الحديثة. إنتاج رقاقة السليكون، لا سيما المادة المكررة جدًا التي تبدأ من الكوارتز وتتحول إلى قضبان كبيرة وشرائح رقيقة، هو بلا شك الخطوة الأكثر استهلاكًا للطاقة ويشكل جزءًا كبيرًا من تأثيرات المناخ وتلوث الهواء. وبما أن معظم تلك الكهرباء ما تزال تأتي من الوقود الأحفوري في العديد من المناطق، فإن كثافة الكربون لشبكة الطاقة المحلية تشكل بصمة اللوحة النهائية بشكل قوي. وتشمل النقاط الساخنة الأخرى الفضة المستخدمة لطباعة خطوط كهربائية دقيقة على الخلايا، والأسلاك النحاسية وزجاج الشمس في الوحدة النهائية، والوقود المحترق في السفن والشاحنات التي تنقل الألواح من المصانع الآسيوية إلى الأسواق الأوروبية.

الموقع وشبكات المستقبل يغيران كل شيء

ينتقل المؤلفون بعد ذلك إلى عام 2035، جامعِينَ تحسينات متوقعة في كفاءة الألواح، ورقائق أرق، وتقليل استخدام الفضة مع سيناريوهات حول كيفية تنظيف شبكات الكهرباء في الهند والصين والولايات المتحدة وأوروبا مع مرور الوقت. يجدون أن تصنيع وحدات TOPCon في أوروبا يحقق بالفعل تقريبًا نصف تأثير المناخ لكل واط مقارنةً بصنع نفس الوحدات في الهند، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن الكهرباء الأوروبية أقل اعتمادًا على الفحم. إذا ما انخفضت كثافة الكربون في الشبكات كما هو متوقع، فإن بصمة التصنيع تنخفض في كل مكان، لكن بشكل خاص في المناطق التي تتحرك بسرعة أكبر نحو الطاقة المتجددة. خلال العقد المقبل، قد يؤدي تحويل المزيد من الإنتاج نحو أنظمة كهرباء منخفضة الكربون وتحسين تصميمات الألواح باستمرار إلى تجنب نحو 8.2 مليار طن من مكافئ ثاني أكسيد الكربون مقارنةً بالسيناريو القائم "كما هو".

موازنة مكاسب المناخ وضغط الموارد

بينما تقلل الشبكات الأنظف بشدة من آثار المناخ وتلوث الهواء، فإنها تزيد أيضًا الاعتماد على بعض المعادن الحرجة لأن مزارع الرياح والطاقة الشمسية تتطلب كميات أكبر من هذه المواد مقارنة بمحطات الوقود الأحفوري. مع ارتفاع حصة الطاقة المتجددة في مزيج الكهرباء، يرى البحث ارتفاعًا معتدلاً في مؤشر "استخدام المعادن"، خاصة في المناطق التي تنشر كميات كبيرة من الطاقة النظيفة. بالنسبة لتصنيع الألواح الشمسية، فإن أقوى وسائل التأثير هي زيادة كفاءة الألواح وتقليل استهلاك الكهرباء في إنتاج الرقاقات؛ أما تقليل استخدام الفضة فيساعد بشكل رئيسي في مسألة ندرة المعادن وله تأثيرات أصغر في المجالات الأخرى. تُظهر اختبارات الحساسية وتحليل عدم اليقين أنه في معظم الفئات، من المرجح جدًا أن تكون TOPCon مفضلة بيئيًا بالمقارنة مع PERC.

ما يعنيه هذا لانتقال الطاقة النظيفة

بالنسبة لغير المتخصصين، الرسالة الرئيسية هي أن جميع الألواح الشمسية ليست متساوية، وأن مكان تصنيعها يهم تقريبًا بقدر أهمية التصميم الذي نختاره. تقنية TOPCon الجديدة قادرة على توليد طاقة كهربائية أكثر بضغوط بيئية كلية أقل من سابقتها، شريطة أن تتعامل الصناعة أيضًا مع استخدام الفضة الأكبر فيها. إذا دمج المصنعون تصاميم عالية الكفاءة مع إمدادات كهرباء أنظف، فقد يؤدي ازدهار الطاقة الشمسية حتى عام 2035 إلى تجنب عشرات مليارات الأطنان من انبعاثات الكربون على مدى عمر الألواح، متجاوزًا بكثير تكاليف تصنيعها. باختصار، يمكن للتصنيع الأذكى أن يحوّل الطاقة الشمسية إلى أداة أقوى لحماية الكوكب.

الاستشهاد: Willis, B.L., Rigby, O.M., Pain, S.L. et al. Maximising environmental savings from silicon photovoltaics manufacturing to 2035. Nat Commun 17, 2311 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69165-x

الكلمات المفتاحية: الطاقة الشمسية الكهروضوئية, تقييم دورة الحياة, خلايا شمسية TOPCon, التصنيع منخفض الكربون, الانتقال إلى الطاقة المتجددة