ثورة الطاقة الحرارية الجوفية الحضرية: إعادة تشكيل أنظمة التدفئة والتبريد في المدن

الولايات المتحدة - وكالة أنباء إخباري

ثورة الطاقة الحرارية الجوفية الحضرية: إعادة تشكيل أنظمة التدفئة والتبريد في المدن

تدور ثورة هادئة لكنها قوية تحت شوارع المدن الكبرى الصاخبة، واعدة بتغيير جذري في كيفية إدارة المدن لاحتياجاتها من التدفئة والتبريد. هذا التحول، الذي تقوده تكنولوجيا الطاقة الحرارية الجوفية الحضرية، يتجسد في مشاريع مثل «ذا ريفيري»، وهو مبنى شاهق جديد في بروكلين، نيويورك، والذي يُعد نموذجًا للتنمية الحضرية المستدامة وخطوة مهمة نحو إزالة الكربون من أفق أمريكا الشمالية.

قد يبدو «ذا ريفيري»، وهو مجمع سكني يضم 834 وحدة سكنية على واجهة بروكلين البحرية النابضة بالحياة، كأي ناطحة سحاب حديثة أخرى. ومع ذلك، يكمن ابتكاره الحقيقي على بعد مئات الأقدام تحت أساساته. تحت الآليات الثقيلة التي ميزت بناءه في أوائل عام 2023، تمتد شبكة واسعة من 320 بئرًا حراريًا جوفيًا عميقًا في الأرض. يستغل هذا النظام المعقد درجات حرارة الكوكب المستقرة تحت الأرض لتوفير تدفئة وتبريد خاليين من الغاز، مما يمثل تحولًا نموذجيًا عن الأنظمة التقليدية المعتمدة على الوقود الأحفوري.

على عكس محطات الطاقة الحرارية الجوفية العميقة، التي تستغل الصخور الساخنة على بعد أميال تحت السطح لتوليد الكهرباء، تعمل أنظمة الطاقة الحرارية الجوفية الحضرية على مبدأ محلي وأكثر سطحية. إنها تستخدم مضخات حرارية أرضية تستفيد من درجات الحرارة الثابتة الموجودة على بعد عشرات أو مئات الأقدام تحت الأرض. يصف فيليب بلوم، أستاذ جيولوجيا الهندسة في معهد كارلسروه للتكنولوجيا بألمانيا، أن الـ 100 متر العلوية (328 قدمًا) من الأرض الحضرية تعمل كـ «جزيرة حرارية حضرية تحت السطح»، وهي إسفنجة حرارية تمتص الحرارة من الأنشطة البشرية. بعد هذا العمق، يلاحظ بلوم، يواجه المرء التدرج الحراري الجوفي الطبيعي، حيث تزداد درجات الحرارة باطراد مع العمق.

يُعد الإنجاز الهندسي وراء «ذا ريفيري» كبيرًا. تضمن المشروع حفر 320 بئرًا، كل منها يمتد 499 قدمًا في الأرض – أعمق من ارتفاع المبنى. سلطت ميج سبريغز، المديرة الإدارية للتطوير في «لاندليز»، الشركة المطورة لـ «ذا ريفيري»، الضوء على الدقة وحجم هذا المشروع. صرحت سبريغز: «أكمل كل جهاز حفر ما يزيد قليلًا عن بئر واحد يوميًا»، موضحة كيف تم استخدام أجهزة حفر دوارة مزدوجة للتغلب على التربة الساحلية الصعبة والمشبعة بالمياه، مما منع الانهيار وضمن الاستقرار. تم تعزيز الآبار، التي يبلغ قطرها حوالي 4.5 بوصات ومتباعدة 15 قدمًا، بأغلفة فولاذية للحماية من المياه الجوفية، بينما تم تركيب أنابيب البولي إيثيلين عالي الكثافة المقاومة للتآكل والمصممة للاستخدام طويل الأمد. في المجمل، تم مد حوالي 65 ميلًا من الأنابيب عبر الموقع المدمج الذي تبلغ مساحته 2.6 فدان، متصلة بـ 1100 مضخة حرارية في جميع أنحاء المبنى.

مبدأ التشغيل أنيق في بساطته وكفاءته. يدور خليط من الماء والبروبيلين جلايكول عبر الحلقات الأرضية على شكل حرف U المدفونة تحت المبنى. في الشتاء، يمتص هذا السائل الحرارة من الأرض، والتي يتم نقلها بعد ذلك عبر مادة تبريد وضاغط لتدفئة الهواء الداخلي للمبنى. في الصيف، تنعكس العملية، حيث يتم طرد الحرارة الزائدة مرة أخرى إلى الأرض الباردة. هذا التبادل المستمر للطاقة الحرارية، بدلاً من احتراق الوقود الأحفوري، يضع الطاقة الحرارية الجوفية الحضرية حجر الزاوية في البنية التحتية المستدامة.

الفوائد البيئية كبيرة. من خلال نقل الحرارة بدلاً من توليدها، من المتوقع أن يقلل «ذا ريفيري» انبعاثات الكربون السنوية من التدفئة والتبريد بنسبة مذهلة تبلغ 53% مقارنة بالمباني السكنية التقليدية. يتوافق هذا التخفيض الكبير تمامًا مع قيود انبعاثات المباني الأكثر صرامة، وحظر الغاز، وأهداف صافي الانبعاثات الصفرية التي تنفذها المدن والولايات في جميع أنحاء العالم، مما يجعل تقنيات التدفئة والتبريد الموثوقة ومنخفضة الكربون ليست مرغوبة فحسب، بل ضرورية.

على الرغم من المزايا الواضحة، يواجه التبني الواسع للطاقة الحرارية الجوفية الحضرية عدة عقبات. أبرزها التكلفة الأولية المرتفعة للتركيب. بينما تكون تكاليف التشغيل أقل بكثير على المدى الطويل، يمكن أن يكون الإنفاق الرأسمالي الأولي رادعًا للمطورين. أقرت سبريغز بذلك، مشيرة إلى أن «ذا ريفيري» تكبد «أقل بقليل من 6 في المائة كعلاوة أولية على إجمالي تكاليف البناء»، على الرغم من أنها أكدت أن هذه التكاليف يتم تعويضها على مدار 25 عامًا من خلال انخفاض نفقات التشغيل والحماية من الغرامات المستقبلية للانبعاثات.

تظهر نماذج أعمال مبتكرة لمعالجة حاجز رأس المال هذا. على سبيل المثال، ابتكرت شركة «دايفرسو إنيرجي» نموذج «الطاقة كخدمة». كما يوضح تيم ويبر، الشريك المؤسس والرئيس التنفيذي لشركة «دايفرسو إنيرجي»، فإن شركته لا تقوم بتركيب وصيانة أنظمة الطاقة الحرارية الجوفية فحسب، بل تعمل أيضًا كمزود لخدمات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، وتقدم للمقيمين سعرًا ثابتًا يمكن التنبؤ به على مدار العام. يؤكد ويبر: «لا ينبغي اعتبار الطاقة الحرارية الجوفية قطعة من المعدات أو امتدادًا للمبنى. إنها بنية تحتية للطاقة، وجزء من نموذج العمل هو التعامل معها على هذا النحو».

إلى جانب الاعتبارات المالية، تشكل الأطر التنظيمية أيضًا تحديات. غالبًا ما لا تكون قواعد الترخيص وقوانين البناء الحالية مصممة لاستيعاب أنظمة الطاقة الجوفية المعقدة. يدعو فيليب بلوم إلى نهج استباقي: «تحتاج المدن إلى استراتيجية إدارة حضرية لما تحت السطح. لديك هذه المساحة تحت المدينة، ويرغب المزيد من الناس في استخدامها، لذلك تحتاج إلى تحسين المساحة لهذه الأنواع من الأنظمة». يعد صياغة سياسات مواتية لانتشار الطاقة الحرارية الجوفية أمرًا بالغ الأهمية لتوسيع نطاق تطبيقها.

على الرغم من هذه التحديات، يسود التفاؤل فيما يتعلق بمستقبل الطاقة الحرارية الجوفية الحضرية. يظل تيم ويبر واثقًا من أن القطاع الخاص سيلبي الطلب الناتج عن تفويضات المناخ الطموحة. ويشير إلى تورونتو، حيث أصبح عدد المطورين الذين لا يفكرون في الطاقة الحرارية الجوفية الآن أقل من أولئك الذين يفعلون، كدليل على هذا الاتجاه الناشئ. بينما تواصل المدن في جميع أنحاء العالم سعيها نحو بنية تحتية أكثر خضرة ومرونة، فإن القوة غير المرئية تحت أقدامنا تستعد للعب دور حيوي متزايد في تشكيل المناظر الطبيعية الحضرية المستدامة للمستقبل.

وكالة أنباء إخباري