مع ارتفاع فواتير الطاقة، يهتم الكثير من الناس بالتخلص من الوقود الأحفوري المستخدم حاليًا لتدفئة معظم المنازل في المملكة المتحدة. والسؤال هو كيفية تحقيق ذلك، كما مارجريت هاريس ويوضح
في أعماق أحجار بلاط كنيسة باث آبي التي تعود للقرون الوسطى، هناك أعجوبة حديثة ذات لمسة قديمة تجعل وجودها محسوسًا بصمت. تم الانتهاء من بناء الدير في مارس 2021 نظام التدفئة يجمع بين الأنابيب الأرضية والمبادلات الحرارية الموجودة على بعد سبعة أمتار تحت السطح. هناك، يوجد مصرف تم بناؤه منذ ما يقرب من 2000 عام يحمل 1.1 مليون لتر من الماء بدرجة حرارة 40 درجة مئوية يوميًا من ينبوع ساخن طبيعي إلى مجمع الحمامات الرومانية القديمة.
ومن خلال الاستفادة من هذا التدفق من المياه الدافئة، يوفر النظام طاقة كافية لتدفئة ليس فقط الدير، ولكن أيضًا صفًا مجاورًا من الأكواخ الجورجية المستخدمة للمكاتب. ولا عجب أن رئيس الدير أشاد به ووصفه بأنه "حل مستدام لتدفئة كنيستنا التاريخية الجميلة".
ولكن هذا لم يكن كل شيء. بمجرد بدء الجهود لإزالة الكربون من تدفئة الدير، قام المسؤولون في مشروع Bath Abbey Footprint بقيمة 19.4 مليون جنيه إسترليني حولوا انتباههم إلى كهرباء المبنى. مثل معظم الكنائس، يمتد الدير من الشرق إلى الغرب، مما يمنح سطحه واجهة واسعة مواجهة للجنوب. عند خطوط العرض الشمالية للمملكة المتحدة، تتعرض هذه الأسطح لأشعة الشمس معظم اليوم، مما يجعلها مثالية للألواح الشمسية الكهروضوئية. وقد استفادت كاتدرائية غلوستر - التي تقع على بعد ساعة بالسيارة شمال مدينة باث - من هذا التوجه الملائم، لتصبح - في عام 2016 - أول كاتدرائية قديمة كبرى في المملكة المتحدة الألواح الشمسية المثبتة على سطحه.
لمعرفة ما إذا كان إعداد مماثل قد يكون مناسبًا في Bath Abbey، عمل مشروع Footprint مع طلاب الدكتوراه في جامعة باث بقيادة مركز تدريب الدكتوراه (CDT) في الخلايا الكهروضوئية الجديدة والمستدامة. في دراسة جدوى منشورة في علوم وهندسة الطاقة (2022 10 892)، حسب الطلاب أن مجموعة جيدة التصميم من الألواح الكهروضوئية يمكن أن توفر 35.7% من كهرباء الدير، بالإضافة إلى 4.6% يمكن بيعها مرة أخرى إلى الشبكة في الأيام التي يتم فيها توليد فائض. سيدفع النظام تكاليفه في غضون 13 عامًا تقريبًا ويحقق ربحًا إجماليًا قدره 139,000 جنيه إسترليني ± 12,000 جنيه إسترليني على مدى عمره 25 عامًا.
حقائق المنزل
يبقى تركيب الألواح الشمسية على سطح دير باث مجرد فكرة في الوقت الحالي. "هذا خيار قابل للتطبيق للمستقبل - عندما يحين التوقيت المناسب"، كما يقول ناثان وارد، مدير مشروع Footprint. ولكن بالنسبة لكثير من الناس في جميع أنحاء المملكة المتحدة - أصحاب المنازل العاديين وكذلك أمناء المباني الشهيرة - بدأ التوقيت يبدو عاجلاً للغاية بالفعل. وبسبب الغزو الروسي لأوكرانيا، والطلب العالمي القوي على الغاز وعوامل محلية مختلفة، ارتفعت أسعار الطاقة إلى مستويات غير مسبوقة.
في التوقعات الصادرة في أغسطس، شركة كورنوال انسايت الاستشارية محسوب أن الأسرة البريطانية المتوسطة يمكن أن تنفق 355 جنيهًا إسترلينيًا شهريًا على الطاقة في يناير 2023 إذا لم يتغير الوضع. ضمان أسعار الطاقة التابع لحكومة المملكة المتحدة، أعلن في سبتمبروقدمت بعض الراحة من خلال دعم فواتير الطاقة. ومع ذلك، بين أكتوبر 2021 وأكتوبر 2022، الحد الأقصى لسعر الوحدة الذي يستطيع موردو الطاقة فرضه على المنازل في المملكة المتحدة زيادة كبيرة، حيث ارتفع من 7 بنسًا إلى 10.3 بنسًا لكل كيلووات في الساعة للغاز ومن 21 بنسًا إلى 34 بنسًا لكل كيلووات في الساعة للكهرباء.
فيزيائي حمام أليسون والكر، وهي مديرة CDT، تقول إن ورقة فريقها كانت، في ذلك الوقت، أكثر من مجرد اقتراح افتراضي لإظهار أن الدير كان جادًا في تقليل بصمته الكربونية. ومع ذلك، تقول: "لقد ارتفعت تكلفة الطاقة بشكل حاد الآن، وإذا قمت بتوليد الطاقة الخاصة بك، فقد تصبح أرخص بكثير وأقل عرضة لتقلبات أسعار الطاقة كما شهدنا هذا العام".
بالنسبة للأسر التي ترغب في تقليل فواتير الطاقة أو آثار الكربون أو كليهما، تعد الألواح الشمسية من بين أسهل الطرق وأرخصها للقيام بذلك. تعد الألواح الكهروضوئية القائمة على السيليكون تقنية ناضجة، وقد انخفض سعرها على مدى السنوات العشر الماضية، ويستغرق تركيب مجموعة على السطح بضعة أيام فقط. ولكن مع عدم توفر الدعم الحكومي لتركيبات الطاقة الشمسية لأصحاب المنازل، فإن التكاليف الأولية تشكل عائقًا أمام الكثيرين، ولدى القائمين على التركيب قوائم انتظار طويلة.
والأسوأ من ذلك أن الألواح الشمسية ليست مناسبة لجميع المساكن، سواء لأسباب فنية أو بسبب شكلها. يقول: "في المملكة المتحدة، نحن ندرك جيدًا جماليات المباني". مايك وولز، فيزيائي في جامعة لوبورو مركز تكنولوجيا أنظمة الطاقة المتجددة. "هناك بعض المباني، وخاصة القديمة، التي لا يضع الناس عليها الألواح الشمسية لأنها لا تبدو جميلة أو أنها لا تتناسب بشكل جيد مع المظهر العام." تشير آن كرانستون، رئيسة المشاريع في كاتدرائية غلوستر، إلى أنه كان على فريقها أن يثبت أن الألواح ستكون "متخفية قدر الإمكان" قبل أن تقبلها سلطات التخطيط.
على أية حال، فإن وضع عدد قليل من الألواح الكهروضوئية على الأسطح نادرا ما يكون كافيا، في حد ذاته، لتحرير الأسر من اعتمادها على الوقود الأحفوري. ومن الواضح أن الشمس لا تشرق في الليل، في حين أن متوسط التشمس الطبيعي المباشر - وهو مقياس لطاقة الشمس لكل وحدة مساحة - في شمال أوروبا لا يزيد عن بضعة كيلووات في الساعة/م2. حتى في أكثر أيام الشتاء مشمسة، فإن المصفوفة الكهروضوئية النموذجية الموجودة على السطح في المملكة المتحدة لن تنتج طاقة كافية لتدفئة المنزل تحتها - كما اكتشفت عندما قمت بتركيب الألواح الشمسية في منزلي في فبراير (انظر الإطار "منزل واحد في كل مرة" ").
إذا لم تكن الألواح الشمسية حلاً كاملاً، فإن أصحاب المنازل الذين يريدون إنهاء (أو على الأقل تقليل) اعتمادهم على الوقود الأحفوري ــ والذين يفتقرون إلى إمدادات المياه الساخنة الرومانية المريحة في باث آبي ــ يجب أن يجدوا حلولاً أخرى. أحد الخيارات هو التخلص من الغلايات التقليدية التي تعمل بالغاز واستبدالها بأنظمة التدفئة البديلة. في الواقع، كجزء من تعهد حكومة المملكة المتحدة بتحقيق صافي انبعاثات كربونية صفرية بحلول عام 2050، بدءًا من عام 2025، لن يعد تركيب غلايات الغاز في المنازل المبنية حديثًا في المملكة المتحدة قانونيًا. لكن الجهود الرامية إلى تحديث المباني الحالية تسير ببطء. فكيف إذن نستطيع أن نعمل على "تخضير" مخزون المساكن في المملكة المتحدة؟
الحفاظ على الحرارة في
تفقد المنازل في المملكة المتحدة الحرارة بسرعة تصل إلى ثلاث مرات في المتوسط مقارنة بالمنازل في الدول الأوروبية الأخرى
الخبراء الذين تحدثت إليهم في هذا المقال كانوا متحدين على نقطة واحدة: كل شيء سيكون أسهل بكثير إذا كانت المساكن معزولة بشكل أفضل. يقول ووكر: "في الواقع، الجواب هو العزل، العزل، العزل، لأن ذلك ببساطة هو أفضل طريقة لتقليل تكاليف الطاقة". ويتفق مع ذلك قائلاً: "لا تحظى الكفاءة بالاهتمام الذي ينبغي أن تحظى به". زوي روبنسون، أستاذ الاستدامة في جامعة كيلي.
الأرقام مثيرة للقلق. 2020 دراسة وجدت شركة Tado° لتقنيات التدفئة الذكية أن المنازل في المملكة المتحدة تفقد الحرارة بسرعة تصل إلى ثلاث مرات أسرع في المتوسط من المنازل في الدول الأوروبية الأخرى. باستخدام البيانات التي تم جمعها من 80,000 عميل في جميع أنحاء أوروبا، خلص المحللون في Tado° إلى أن المنزل في المملكة المتحدة الذي تم تسخينه إلى 20 درجة مئوية في يوم درجة الحرارة صفر درجة مئوية يفقد في المتوسط ثلاث درجات بعد خمس ساعات عندما يتم إيقاف تشغيل التدفئة، مقارنة بدرجة واحدة فقط للحصول على منزل في ألمانيا.
ويرجع هذا الأداء الضعيف جزئياً إلى عمر المساكن في المملكة المتحدة. لكن لوري بيترويقول خبير من مدينة باث في استخدام الطاقة الشمسية لتوليد الوقود، إن المشكلة تمتد إلى المنازل الأحدث أيضًا. ويجادل بأن "الحكومات المتعاقبة حرصت على وضع القواعد التنظيمية الخاصة ببناء المنازل"، مضيفاً أن هذا ينطبق على البصمة الكربونية الإجمالية للمنزل، فضلاً عن استخدامه للطاقة. "ما زلنا إلى حد ما حيث كنا في العصر الفيكتوري من حيث بناء المنازل والعزل، وهو أمر مخز بصراحة".
وبسبب هذا المزيج من المباني القديمة واللوائح المتساهلة، فإن نصف المنازل البالغ عددها 28.5 مليون منزل في إنجلترا تتمتع بنفس عزل الجدران الموجود في باث آبي - وهذا يعني أنه لا يوجد شيء. يعد الزجاج المزدوج أكثر شيوعًا، ولكن وفقًا للفترة 2020-2021 مسح الاسكان الانجليزي، 14٪ من المنازل الإنجليزية لا تزال تفتقر إليها. والأسوأ من ذلك هو أن معدلات التعديل التحديثي قد حدثت بالفعل سقطت من على منحدر. في عام 2012، تم تركيب عوازل جديدة للطبقات العلوية أو الجدران المجوفة أو الجدران الصلبة في حوالي 2.3 مليون منزل، لكن هذا العدد انخفض إلى أقل من 200,000 ألف منزل سنويًا بعد أن استبدلت الحكومة برنامج التعديل التحديثي الناجح بحوافز أثبتت أنها أقل فعالية.
منزل واحد في وقت واحد
أنا أعيش في منزل مكون من فيزيائيين، لذلك عندما استبدلنا غلاية الغاز بمضخة حرارية وقمنا بتركيب ألواح شمسية على سطح منزلنا، تعاملنا بشكل طبيعي مع التثبيت باعتباره تجربة علمية مع نتائج يمكننا مراقبتها بمرور الوقت. هل سنستخدم طاقة أقل؟ وهل سيحدث أي فرق في فواتيرنا؟
يعتبر منزلنا المبني من الطوب على الطراز الإدواردي فعالًا نسبيًا بالنسبة لعمره، مع نوافذ زجاجية مزدوجة وعزل جدران الدور العلوي والتجويف. ومع ذلك، فإن التحول إلى المضخة الحرارية يتطلب التحضير. بعد قياس غرفنا ونوافذنا، حسب القائمون على التركيب (شركة سباكة محلية تستخدم المضخات الحرارية كخط جانبي) أننا سنحتاج إلى مضخة حرارية بقدرة 8 كيلووات، وخزان مياه ساخن جديد عالي الكفاءة، ومشعات أطول ومزدوجة العرض في كل غرفة.
أدى الطلب القوي إلى وضع القائمين على التركيب في جدول زمني ضيق، لذلك عندما عرضوا علينا فرصة في منتصف شهر يناير، قبلنا على الرغم من أن ذلك يعني عدم وجود تدفئة لمدة تصل إلى أسبوعين (كان هذا سيكون أصعب بالنسبة للأسر التي تحتوي على أطفال صغار أو أشخاص ذوي إعاقات) ). كما أدت مشاكل الطلب المرتفع وسلسلة التوريد إلى تأخير تركيب الألواح الشمسية إلى فبراير. ولكن بمجرد اكتمال عملية التعديل التحديثي، عملت بشكل جميل، كما يظهر هذا الرسم البياني لاستخدام الطاقة في المنزل من يناير 2021 إلى أغسطس 2022.
بدأت المضخة الحرارية العمل في 19 يناير. بالنسبة لبقية فصل الشتاء وحتى أوائل الربيع، كان متوسط استخدام الطاقة اليومي لمنزلنا (الخط الأزرق) حوالي نصف ما كان عليه في نفس الفترة من عام 2021 (لاحظ أن مجموعة بيانات 2021 تعتمد على قراءات ربع سنوية أو نصف شهرية، في حين أن الاستخدام من فبراير 2022) فصاعدًا تم تسجيله أسبوعيًا). كان للألواح الشمسية التي تم تركيبها في 3 فبراير تأثير أقل، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن نقص المساحة والميزانية المخصصة للبطاريات يعني تصدير بعض الكهرباء إلى الشبكة (الخط الأخضر) بدلاً من استخدامها في المنزل (الخط الوردي). كما استمر المنزل في استيراد الكهرباء (الخط البرتقالي) في المساء وفي الأيام الملبدة بالغيوم وفي فترات ارتفاع الطلب. ومع ذلك، بحلول أواخر الربيع وأوائل الصيف، تجاوز متوسط الإنتاج اليومي للألواح بشكل روتيني متوسط الاستخدام اليومي للمنزل ــ وهي نتيجة مشجعة.
أما الفوائد المالية فهي أقل وضوحا. تأتي الكهرباء في المملكة المتحدة من مجموعة متنوعة من المصادر، بما في ذلك مصادر الطاقة المتجددة والغاز والطاقة النووية و(نادرًا) الفحم، ولكن أسعار الكهرباء مرتبطة بالمصدر الأكثر تكلفة (الغاز حاليًا). تشمل أسعار الكهرباء في المملكة المتحدة أيضًا الضرائب البيئية التي لا تنطبق على الغاز على الرغم من التكلفة البيئية المرتفعة لهذا الأخير. لذلك، في حين أن منزلنا يستخدم طاقة أقل، فإن الطاقة التي يستمر في استيرادها أغلى بكثير من الغاز على أساس كل وحدة. إن بيع الكهرباء من الألواح الشمسية يساعد، كما تفعل منحة المضخات الحرارية المقدمة من برنامج حوافز الحرارة المتجددة المحلية (المغلق الآن) التابع لحكومة المملكة المتحدة، ولكن هذا الجزء من المشكلة يتعلق في نهاية المطاف بالسياسة، وليس بالفيزياء.
ضخ الحرارة
وبالإضافة إلى تحميل أصحاب المنازل فواتير طاقة مرتفعة وزيادة انبعاثات الكربون، فإن سوء العزل يحد من خيارات تغيير كيفية تدفئة المنازل. تعتمد خطط حكومة المملكة المتحدة لتحقيق صافي انبعاثات كربونية صفرية بشكل كبير على ذلك استبدال غلايات الغاز الطبيعي بالمضخات الحرارية، مع هدف إنتاج 19 مليون مضخة حرارية بحلول عام 2050 مقارنة بحوالي 250,000 ألف مضخة اليوم. إنها استراتيجية منطقية في بعض النواحي.
تعمل المضخات الحرارية بنفس مبادئ الثلاجات، باستثناء أنها تسحب الحرارة من الهواء أو الأرض إلى الخارج لجعل الجزء الداخلي أكثر دفئًا. وبفضل قوانين الديناميكا الحرارية، فهي تتسم بالكفاءة بشكل ملحوظ: فمقابل كل وحدة من الكهرباء التي تستهلكها، فإنها تطلق 3-4 وحدات من الحرارة (انظر الإطار "كيف تعمل المضخات الحرارية"). كما أن هذه التكنولوجيا ناضجة تجاريًا، حيث تنتج الشركات المصنعة الكبرى مثل Mitsubishi Electric وDaikin مجموعة من الطرازات.
ولسوء الحظ، فإن بعض جوانب نظام الطاقة الحالي في المملكة المتحدة تعوق العمل. زيبين يو، وهو مهندس في جامعة جلاسكو، يلخص الوضع. ويوضح قائلاً: "في المملكة المتحدة، ترتبط معظم منازلنا بشبكة غاز، لذلك فإن أنظمة التدفئة المركزية لدينا مصممة للغلايات". من خلال تعميم المياه عند 60 أو 70 أو حتى 80 درجة مئوية، يمكن لمراجل الغاز الطبيعي التقليدية أن تبقي المنزل دافئًا (وإن كان ذلك بتكلفة عالية) حتى لو كانت المشعاعات صغيرة وكانت الجدران والدور العلوي معزولة بشكل سيئ.
في المقابل، يعتمد أداء المضخة الحرارية على اختلاف درجة الحرارة بين مصدر المضخة الحرارية (مثل الهواء الخارجي) وإمداداتها (الماء أو الهواء المنتشر حول نظام التدفئة). وكما يوضح يو، إذا كانت الفجوة كبيرة، يكون الأداء منخفضًا. لتحقيق أعلى كفاءة في استخدام الطاقة، من الأفضل أن تتراوح درجة حرارة الإمداد لديك بين 35 و45 درجة مئوية.
قد يكون ذلك جيدًا بالنسبة لأنظمة التدفئة الأرضية مثل تلك المستخدمة في Bath Abbey. لكن مساحة نقل الحرارة للمشعات ذات الحجم القياسي نادرًا ما تكون كبيرة بما يكفي لإبقاء الغرفة دافئة إذا كان الماء يدور حولها عند درجة حرارة فاتر نسبيًا تبلغ 45 درجة مئوية. ونتيجة لذلك، قد ينتهي الأمر بالشاغلين إلى الشعور بالبرد بشكل غير مريح - وهذه ليست أخبارًا رائعة لأي شخص قضى وقتًا وطاقة في إزالة غلاية الغاز وتركيب مضخة حرارية.
يمكن للمشعات الأكبر حجمًا والعزل الأفضل حل هذه المشكلة – مقابل ثمن. وفقًا ليو، فإن المضخة الحرارية من مصدر الهواء قوية بما يكفي لتدفئة منزل نموذجي شبه منفصل تكلف عمومًا ما بين 3000 جنيه إسترليني و5000 جنيه إسترليني. لكن التركيب الكامل، بما في ذلك إعادة تجهيز المشعاعات، يمكن أن يكلف أكثر من ضعف ذلك، مما يجعل المشروع بأكمله أكثر تكلفة بما يصل إلى أربع إلى خمس مرات من تركيب غلاية جديدة. ويختتم قائلاً: "هذا وضع صعب".
كيف تعمل المضخات الحرارية
على عكس السخانات الكهربائية القياسية، التي تعمل عن طريق تمرير التيار عبر سلك مقاوم، تعمل المضخات الحرارية على نفس المبادئ الديناميكية الحرارية مثل الثلاجات. يوجد في قلبها سائل عامل مثل ديفلوروميثان الذي يتبخر عند درجة حرارة وضغط منخفضين نسبيًا. وهذا يسمح للسائل بامتصاص الحرارة حتى من مصادر درجات الحرارة المنخفضة (Qمصدر) مثل التربة أو الماء أو الهواء الخارجي في الشتاء.
بعد أن يمتص الحرارة، يتحول سائل العمل إلى بخار ويمر عبر ضاغط، مما يزيد من درجة حرارته، ومكثف، الذي يحول البخار الدافئ عالي الضغط إلى سائل. تتغير الحرارة المنبعثة في هذه المرحلة (Qتزويد) يتم بعد ذلك نقلها إلى نظام التدفئة المركزية، وبعد ذلك إلى المبنى عن طريق الهواء المنفوخ من خلال القنوات أو المياه المتداولة من خلال مشعات أو الأنابيب تحت الأرضية. بمجرد أن يطلق مائع التشغيل معظم حرارته، يتم إرساله عبر صمام التمدد، مما يقلل من ضغطه (وبالتالي درجة حرارته) بحيث يمكن أن تبدأ الدورة مرة أخرى.
نشر الهيدروجين
قد يكون أحد البدائل لاستبدال الغلايات بالمضخات الحرارية هو تغيير وقود الغلايات إلى الهيدروجين. وعلى عكس الغاز الطبيعي، لا يطلق الهيدروجين ثاني أكسيد الكربون عند حرقه، ومن حيث المبدأ يمكن إنتاجه بطريقة صديقة للبيئة. هذا هو الأساس المنطقي وراء الانتهاء مؤخرا HyDeploy المشروع، حيث قامت عدة مئات من المنازل في المملكة المتحدة بحرق مزيج من الغاز الطبيعي وما يصل إلى 20٪ من الهيدروجين من حيث الحجم.
صُممت الدراسة التجريبية لجعل عملية الانتقال غير مؤلمة قدر الإمكان بالنسبة إلى أصحاب المنازل. لحسن الحظ، تم تصميم غلايات الغاز الحديثة للتعامل مع ما يصل إلى 25٪ من الهيدروجين، لذلك يحتاج عدد قليل من المنازل إلى التعديل التحديثي. تم إجراء كلتا المرحلتين التجريبيتين عبر مناطق جغرافية محدودة (بالقرب من جامعة كيلي في ستافوردشاير ووينلاتون في شمال شرق إنجلترا)، مما جعل من الممكن معالجة مخاوف السكان الأولية بشأن السلامة والتكلفة بشكل فردي.
تقول روبنسون، التي تشارك في HyDeploy كعالمة اجتماعية في جامعة كيلي، إن بيانات المسح التي أجرتها تشير حتى الآن إلى درجة عالية من القبول العام. وتقول: "إن غالبية الناس لا يشعرون بالانزعاج حقًا، خاصة أنه مع الهيدروجين الممزوج، لا يتعين عليهم فعل أي شيء". "يحدث فقط."
تلك هي النقاط الجيدة. وهنا بعض من السلبيات. تقيد لوائح المملكة المتحدة عمومًا كمية الهيدروجين في شبكة الغاز إلى أقل من 0.1%، لذا فإن طرح أجزاء أعلى سيتطلب تغييرًا في السياسة. وهناك مشكلة أخرى تتمثل في أن الهيدروجين أقل كثافة بكثير من الميثان، مما يعني أن مزج 20% من الهيدروجين من حيث الحجم (وليس الكتلة) يقلل من انبعاثات الكربون بنسبة 7% فقط. علاوة على ذلك، فإن زيادة نسبة الهيدروجين بشكل أكبر لن تتطلب غلايات جديدة فحسب، بل تتطلب أيضًا استبدال الأنابيب، نظرًا لأن الهيدروجين بتركيزات عالية يتسبب في جعل الفولاذ هشًا.
وهناك قضية أخرى تتمثل في أن معظم 87 مليون طن من الهيدروجين الذي ينتجه العالم كل عام يأتي من إعادة صياغة غاز الميثان بالبخار، مما يجعل التكنولوجيا "رمادية" وليست "خضراء". الطريقة الخضراء الرئيسية لإنتاج الهيدروجين هي استخدام الكهرباء من المصادر المتجددة لتقسيم الماء إلى أكسجين وهيدروجين. لكن بيتر، خبير الوقود الشمسي في باث، يقول إن العثور على ما يكفي من الكهرباء المتجددة للقيام بذلك على نطاق واسع أمر صعب. ويقول: "إذا حاولت توليد كل ذلك عن طريق التحليل الكهربائي المولد بالطاقة الشمسية، فهذه مهمة مستحيلة". "لا يمكن القيام بذلك."
الحياة في عالم خالٍ من الكربون
ويشير بيتر إلى أن حوالي 40% من الهيدروجين في العالم يُستخدم حاليًا لإنتاج الأسمدة، بينما يذهب الجزء الأكبر من الباقي إلى تكرير النفط. تعد إزالة الكربون من كلا الصناعتين أكثر صعوبة من استهلاك الطاقة المحلية، ويقول بيتر إن حرق الهيدروجين المنزلي ليس له معنى لوجستي أيضًا. ويوضح قائلاً: "إن توليد الهيدروجين "الأخضر" عن طريق التحليل الكهربائي، وإرساله عبر الأنبوب إليك، ثم حرقه، يعد غير فعال في استخدام الطاقة مقارنة بإرسال الكهرباء "الخضراء" إلى منزلك". "أنا شخصياً لا أرى أن الهيدروجين سيصبح لاعباً رئيسياً فيما يتعلق بما يحدث في منزلك."
وعلى المدى الطويل، يوافق روبنسون على أن الهيدروجين المحلي "ليس له معنى" من حيث الكفاءة. ومع ذلك، تشير إلى أن تركيب أنظمة التدفئة البديلة سيستغرق وقتا. وتقول: "إحدى المشكلات في الوقت الحالي هي أنه عندما تتعطل غلاية شخص ما، فإن الرد سيكون مجرد استبدالها بغلاية أخرى". "هناك فجوة في المهارات فيما يتعلق بمهندسي التدفئة والمشورة التي يحصل عليها الناس."
ومن وجهة نظر روبنسون، يمكن للهيدروجين أن يعمل بمثابة "نقطة انطلاق"، مما يقلل الاعتماد على الوقود الأحفوري إلى أن تصبح المضخات الحرارية أرخص وأكثر شيوعا. "من الممكن أن يخلق الهيدروجين المخلوط سوقًا لإنتاج الهيدروجين الأخضر، ثم تبدأ في استخدام الهيدروجين الأخضر في مكان آخر في نظام الطاقة". وفي هذا الصدد، ترى أوجه تشابه بين الهيدروجين الأخضر وطاقة الرياح البحرية، والتي كانت باهظة الثمن حتى بدأت البلدان والمصنعون في الاستثمار فيها، مما أدى إلى خلق ما يكفي من الطلب لخفض الأسعار.
من أنظمة التدفئة إلى أنظمة الطاقة
وبصرف النظر عن المضخات الحرارية والهيدروجين، فإن بعض التكنولوجيات الأخرى يمكن أن تسهل الطريق إلى منازل منخفضة الكربون. الألواح الكهروضوئية عالية الكفاءة التي تستخدم السيليكون البلوري والمواد المعروفة باسم البيروفسكايت في بنية ترادفية ومن المقرر أن تدخل في الإنتاج التجاري في العام المقبل، ويعتقد ووكر أنهم سيحدثون "تأثيرًا خطيرًا" على تكلفة الطاقة الشمسية. وبالمثل، فإن وولز متحمسة لاحتمال تطوير ألواح شمسية متكاملة للسيارات الكهربائية وألواح تشبه بلاط السقف القياسي، لتقليل الاعتراضات الجمالية على الطاقة الشمسية. ويقول: "من بين جميع مصادر الطاقة المتجددة، تتمتع الطاقة الكهروضوئية بأفضل فرصة لتكون جذابة على المستوى السكني".
هناك مجال آخر يجذب الكثير من الابتكارات وهو تخزين الطاقة. تشتمل العديد من منشآت الطاقة الشمسية المحلية بالفعل على بطاريات الليثيوم عندما يكون الجو غائمًا أو مظلمًا. التخزين على نطاق أوسع هو أيضا تصبح حقيقة واقعة، كما أن تكنولوجيا المضخات الحرارية لم تقف ساكنة أيضًا. في جلاسكو، طور يو أ مضخة جديدة ومرنة يتضمن جهاز تخزين الحرارة بين المكثف وصمام التمدد.
يأخذ هذا الجهاز بعض الحرارة التي قد يتم فقدها ويجعلها متاحة لعمليات المضخة الحرارية. على سبيل المثال، يمكن استخدام الحرارة المساعدة لإزالة تجميد الوحدة الخارجية للمضخة الحرارية، كما هو مطلوب بانتظام عندما تنخفض درجات الحرارة المحيطة عن حوالي 6 درجات مئوية. بشكل عام، يعتقد يو أن تحسين الكفاءة بنسبة 10% أمر ممكن من خلال تصميمه، والذي يعتقد أنه "سيُحدث فرقًا كبيرًا عندما تنظر إلى فترة الاسترداد" لتركيب المضخات الحرارية.
بفضل تخزين الحرارة الإضافي أثناء الدورة، ستفتح المضخة الحرارية المرنة أيضًا إمكانيات أخرى، مثل استغلال الحرارة التي نتخلص منها كل يوم. "على سبيل المثال، عندما نستحم،" يلاحظ يو، "نسخن الماء إلى 70 أو 80 درجة، ونخلطه بالماء البارد لخفض درجة حرارته إلى 35-40، ثم نترك الدش عند درجة حرارة 20-30. فالحرارة التي تحتويها يتم التخلص منها في الصرف الصحي.
قد يكون النهج الأفضل هو اعتبار منازلنا بمثابة أنظمة طاقة متكاملة. يقول يو: "إنك تحاول بشكل أساسي إدارة تدفقات الطاقة في منزلك، والتدفئة والتبريد". "أنت بحاجة إلى الثلاجة، أنت بحاجة إلى الفريزر، أنت بحاجة إلى المرجل، أنت بحاجة إلى مكيف الهواء - أنت تتخلص من الكثير من الحرارة، ثم تستخرج الكثير من الحرارة من الهواء. لماذا لا ندمج هذه العمليات؟
وضع سابقة
في عام 2016، عندما أصدرت سلطات التخطيط مرسومًا مفاده أن كاتدرائية غلوستر يمكن أن تحتوي على ألواح شمسية على سطحها، حذرت مدير المشروع كرانستون من أن القرار لم يشكل سابقة للمباني التاريخية الأخرى. وبعد مرور ست سنوات، يقول كرانستون إن "الأمور تغيرت بشكل كبير" سواء على مستوى هيئة التخطيط أو داخل كنيسة إنجلترا. وتقول: "إن NetZero يوضح التحدي الذي يواجهنا جميعًا". "يجب على المباني التراثية أن تلعب دورها."
في باث، يؤكد وارد أن الطريق لا يزال مفتوحًا أمام الدير ليحذو حذوه. ويقول إن نظام التدفئة بالطاقة الحرارية الأرضية المستوحى من الطراز الروماني في الكنيسة "يُنظر إليه إلى حد كبير على أنه خطوة أولى في نقل مدينة باث نحو الصفر من الكربون"، مع حرص مجلس المدينة وهيئات الحفاظ على البيئة على اتباع خيارات إضافية. ويقوم مجمع الحمامات الرومانية في المدينة بالفعل بتركيب نسخته الخاصة من نظام التدفئة الخاص بالدير، ويحرص وارد وفريقه على وضع الألواح الشمسية على أسطح مكاتبهم.
ويقول: "على حد علمنا، لا توجد حلول للطاقة المستدامة حاليًا في المدينة، لذلك نحن نجري مناقشات مبكرة مع المجلس وأصحاب المصلحة الآخرين للتحقق من مدى سرعة تركيب النظام". "الأمل هو أن نتمكن من مواصلة التعاون لتسريع التقدم."
