الابتكار في جانب الطلب يصبح أولوية لإزالة الكربون من المواد: صناعة الهندسة العالمية تواجه تحولاً

مقدمة

لا تزال الانبعاثات الكربونية الصناعية العالمية في ارتفاع، وعلى الرغم من عقود من تنفيذ السياسات المناخية، فإن انبعاثات إنتاج المواد الأساسية (الصلب، الأسمنت، الألومنيوم، إلخ) آخذة في الازدياد. تركز استراتيجيات إزالة الكربون التقليدية على استبدال التكنولوجيا من جانب العرض، مثل احتجاز الكربون وتخزينه (CCS)، وصهر الفولاذ بالهيدروجين، وكلنكر الأسمنت الجديد. ومع ذلك، تشير دراسة حديثة نُشرت في مجلة *Nature Reviews Materials* إلى أن الابتكار من جانب العرض مقيد بسرعة النشر وندرة الموارد، ولا يمكنه تحقيق إزالة سريعة للكربون بمفرده. يدعو فريق البحث إلى جعل الابتكار من جانب الطلب – تغيير طريقة تصميم المواد واستخدامها وتقييمها وحوكمتها – أولوية.

خلفية المشروع: حدود مسار جانب العرض

• أكمل فريق بقيادة جوليان إم. أولوود من جامعة كامبريدج الدراسة، حيث حلل مسارات إزالة الكربون في صناعات الصلب والأسمنت والألمنيوم والكيماويات العالمية. تشمل الحلول الرئيسية الحالية:
• احتجاز الكربون وتخزينه (CCS)
• استبدال الوقود الأحفوري بالهيدروجين الأخضر
• عمليات جديدة مثل صهر الفولاذ الكهروكيميائي
• الوقود الحيوي

لكن النماذج تظهر أن هذه التقنيات تواجه اختناقات هيكلية. على سبيل المثال، مشاريع CCS العاملة عالميًا تلتقط فقط حوالي 40 مليون طن من CO₂ سنويًا، بينما يتجاوز الانبعاث السنوي لصناعتي الصلب والأسمنت 7 مليارات طن. حتى مع التسريع، فإن قدرة CCS بحلول عام 2050 لن تعالج سوى أقل من 10% من الانبعاثات الصناعية. وبالمثل، يحتاج الهيدروجين الأخضر إلى كميات هائلة من الكهرباء الخالية من الكربون، ويتوسع قدرة إنتاج المحللات الكهربائية العالمية بسرعة أقل بكثير من الطلب.

النتائج الرئيسية: أولوية الابتكار من جانب الطلب

استخدمت الدراسة نموذجًا لقيود الموارد للتحول إلى الصفر الصافي على المستوى الوطني، لمقارنة المسار المهيمن من جانب العرض مع المسار المهيمن من جانب الطلب. يتطلب مسار جانب العرض "نموًا غير واقعي في المالية العامة، وقدرة على توليد الكهرباء الخالية من الكربون، وتوسعًا في تخزين الكربون"، بينما يمكن لمسار جانب الطلب – الذي يركز على كفاءة المواد، والكفاية، والمشاركة الاجتماعية – تحقيق تخفيضات كبيرة في الانبعاثات ضمن قيود موارد أكثر واقعية.

• تشمل التدابير الرئيسية من جانب الطلب:
• تصميم كفاءة المواد: تقليل استخدام الصلب والأسمنت في المباني والبنية التحتية (مثل تحسين التصميم الهيكلي، واستخدام مواد عالية القوة)؛
• إطالة عمر الخدمة: إطالة عمر المباني والمنشآت الصناعية من خلال التصميم المعياري، والتجديد، وإعادة الاستخدام؛
• تقليل الهدر: تحسين عمليات البناء وإدارة سلسلة التوريد لتقليل فقدان المواد؛
• استراتيجيات الكفاية: تجنب احتياجات البناء غير الضرورية، مثل تحسين تخطيط المساحات الحضرية لتقليل البنية التحتية الجديدة.

تشير النماذج إلى أنه من خلال الابتكار من جانب الطلب وحده، يمكن خفض الإنتاج الأولي للصلب والأسمنت بنسبة 40% و30% على التوالي بحلول عام 2050، مع تخفيضات في الانبعاثات تتجاوز بكثير ما يمكن أن تحققه تقنيات جانب العرض وحدها.

تأثير الصناعة: إعادة توجيه قطاع الهندسة والإنشاءات## تأثير الصناعة: يجب إعادة تموضع قطاع الهندسة

• بالنسبة لصناعة البناء والتشييد العالمية، تعني نتائج البحث تحولًا جذريًا. تقليديًا، اعتمدت شركات الهندسة على المشاريع الجديدة واسعة النطاق وزيادة استهلاك المواد، بينما سيركز المستقبل على:
• تجديد وترقية البنية التحتية الحالية: إطالة عمر الجسور والأنفاق والمباني بدلاً من الهدم وإعادة البناء؛
• تصميم منخفض المواد: استخدام تقنيات BIM والتوأم الرقمي للمساعدة في تحسين الهياكل وتقليل فائض المواد؛
• البناء الدائري: إعادة تدوير الخرسانة والصلب في الموقع لاستخدامها في مشاريع جديدة؛
• السياسات الدافعة: قد تضع الدول تشريعات مثل حدود انبعاثات الكربون لمواد البناء ومعايير نسبة إعادة التدوير.

تحتاج الشركات العاملة في المشاريع الكبرى للبنية التحتية (مثل Bechtel وVINCI وChina Communications Construction) إلى تعديل استراتيجياتها. على سبيل المثال، توجد بالفعل مشاريع أوروبية تتطلب استخدام ركام معاد تدويره بنسبة تزيد عن 50%، وتعمل إدارة الطرق الفيدرالية الأمريكية على تعزيز معايير الخرسانة منخفضة الكربون.

التحديات والمخاطر

1. التكلفة قصيرة المدى: غالبًا ما تتطلب إجراءات جانب الطلب استثمارات أولية أعلى في التصميم وتدريب متخصص، مما قد يزيد تكاليف المشروع على المدى القصير. 2. الجمود في سلسلة التوريد: تعتمد أرباح صناعتي الصلب والأسمنت على حجم الإنتاج، وقد يؤدي انخفاض الطلب إلى مقاومة. كما تفضل العقود والمواصفات الحالية كميات المواد التقليدية. 3. القبول الاجتماعي: قد يُفسر إطالة عمر المباني أو تجنب الإنشاءات الجديدة على أنه "عدم تطور"، مما يتطلب فهم ودعم الجمهور. 4. البيانات والاعتماد: يتطلب تحسين كفاءة المواد تقييمًا دقيقًا لدورة الحياة (LCA)، لكن قاعدة البيانات في الصناعة ضعيفة.

النظرة المستقبلية

• يؤكد البحث أن الابتكار في جانب الطلب لا ينبغي اعتباره مكملاً لتقنيات جانب العرض، بل يجب أن يكون ركيزة أساسية لاستراتيجيات إزالة الكربون. وهذا يعني:
• تعديل السياسات: من دعم التقنيات الجديدة إلى تحفيز توفير المواد وإعادة التدوير (مثل ضريبة الكربون والمشتريات الخضراء)؛
• إصلاح التعليم الهندسي: تدريب المهندسين الإنشائيين والمعماريين على إعطاء الأولوية لكفاءة المواد في مراحل التصميم والتخطيط؛
• التعاون الدولي: قد تطلق وكالات مثل وكالة الطاقة الدولية (IEA) والبنك الدولي أطرًا قياسية للبناء منخفض الكربون.

الخلاصة

يقف قطاع الهندسة العالمي عند مفترق طرق نحو التحول. على مدى العقدين الماضيين، وعدت ابتكارات جانب العرض بالعديد من المعجزات التكنولوجية، لكن بيانات الانبعاثات لم تتحسن. يوضح هذا البحث من جامعة كامبريدج بوضوح أن الاعتماد على جانب العرض فقط لا يمكنه تحقيق إزالة الكربون من المواد. الابتكار في جانب الطلب - من خلال التصميم والاستخدام وإعادة استخدام المواد بشكل أكثر ذكاءً - هو المسار الأكثر فعالية وواقعية. بالنسبة لصناعة البناء والتشييد، يعني هذا التحول من "بناء المزيد" إلى "بناء أفضل"، ومن "استهلاك الموارد" إلى "إدارة الموارد". لا يتعلق الأمر بأهداف المناخ فحسب، بل يتعلق أيضًا بالقدرة التنافسية طويلة المدى واستدامة القطاع.