هل المضخات الحرارية هي مستقبل التدفئة السكنية والتجارية؟

تزداد أهمية المضخات الحرارية مع بحث الحكومات في جميع أنحاء العالم عن بدائل لغلايات الغاز. ويمكنها تدفئة المباني وتبريدها على حد سواء، كما أنها تعمل بالكهرباء، بدلاً من الوقود الأحفوري، مما يساعد على إزالة الكربون من المنازل والمكاتب. بدأت الحكومات في جميع أنحاء العالم في الاستثمار بكثافة في التكنولوجيا حيث تسعى جاهدة إلى استبدال الغلايات القديمة بتكنولوجيا المضخات الحرارية المبتكرة لدعم التحول الأخضر.

لقد اعتمدنا منذ فترة طويلة على الوقود الأحفوري لتدفئة المباني السكنية والمكاتب. تستمر معظم الغلايات في العمل بالغاز الطبيعي، مما يساهم في إطلاق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. ومع ذلك، تقدم العديد من الشركات حول العالم الآن تقنية المضخات الحرارية البديلة التي يمكن تشغيلها باستخدام الكهرباء من مصادر متجددة لتوفير التدفئة والتبريد الصافي.

وتعمل المضخات الحرارية بشكل مشابه للثلاجات وأنظمة تكييف الهواء، حيث تستخرج الحرارة من مصدر، مثل الهواء المحيط، أو الطاقة الحرارية الأرضية المخزنة في الأرض، أو مصادر المياه القريبة أو الحرارة المهدرة من المصنع. يعمل على تكثيف الحرارة ونقلها إلى حيث تكون الحاجة إليها. نظرًا لأن المضخات الحرارية تنقل الحرارة بدلاً من إنتاجها، فهي أكثر كفاءة بكثير من تقنيات التدفئة الأخرى، مما يؤدي إلى انخفاض فواتير الطاقة. وهي تتكون من ضاغط، الذي يحرك مادة التبريد خلال دورة التبريد، ومبادل حراري، الذي يستخرج الحرارة من المصدر. يتم توصيل الحرارة باستخدام الهواء القسري أو الأنظمة المائية، مثل المشعاعات أو التدفئة تحت الأرضية. ويمكن أيضًا استخدامها مع خزان لتوفير الماء الساخن. للتبريد، تقوم المضخة بإعادة توجيه الحرارة الداخلية إلى الخارج.

أحد التحديات الرئيسية أمام نشر المضخات الحرارية على نطاق واسع هو التهديد بإثقال كاهل الشبكة. في العديد من البلدان، أصبحت البنية التحتية الكهربائية الحالية قديمة وغير كافية من حيث القدرة على ربط مشاريع الطاقة المتجددة الجديدة بالمنازل والشركات. تم تطوير العديد من الشبكات الكهربائية حول مراكز الطاقة، والتي كانت تغذيها إلى حد كبير الفحم والنفط والغاز. ومع قيام الشركات بتطوير مشاريع الطاقة المتجددة في مناطق الطاقة غير التقليدية، ستكون هناك حاجة إلى بنية تحتية جديدة للنقل لتوصيل هذه الطاقة بالشبكة. ومع ذلك، في كثير من الحالات، يعني هذا إجراء إصلاح شامل، مما يكلف قدرًا كبيرًا من الوقت والمال. لذلك، في معظم الأماكن، ليس من الممكن حتى الآن إدخال تحول على مستوى الدولة من غلايات الغاز إلى المضخات الحرارية. ولذلك، أعلنت العديد من الحكومات عن التخلص التدريجي من الغلايات لصالح بدائل أنظف على مدى العقود المقبلة.

وتمكنت الشركات من تحسين تكنولوجيا المضخات الحرارية بشكل كبير في السنوات الأخيرة بفضل الدعم الأكبر من الحكومات في جميع أنحاء العالم والحوافز المالية لإزالة الكربون. في الولايات المتحدة، يتم تقديم إعفاءات ضريبية جذابة وخصومات للمستهلكين لشراء وتركيب أنظمة المضخات الحرارية. وقد شجع هذا اللاعبين غير المحتملين على الاستثمار بكثافة في تكنولوجيا المضخات الحرارية. وتراهن شركة كاريير جلوبال، التي اخترع مؤسسها تكييف الهواء، بشكل كبير على المضخات الحرارية. وفي أبريل الماضي، استحوذت شركة كاريير على شركة المضخات الحرارية الألمانية Viessmann Climate Solutions مقابل حوالي 13 مليار دولار. صرح ديفيد جيتلين، الرئيس التنفيذي لشركة Carrier Global، "نعلم جميعًا أن الاستدامة تمثل اتجاهًا كبيرًا... يجب أن يكون لأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) مقعد حاسم على الطاولة."

وأوضح هاكان يلماز، كبير مسؤولي التكنولوجيا والاستدامة في شركة كاريير، أن "أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء في نقطة تحول في الوقت الحالي، مع تحول هائل نحو الكهرباء، والانتقال من الغلايات والأفران التي تعمل بحرق الوقود الأحفوري إلى المضخات الحرارية". وأضاف يلماز: "بالإضافة إلى ذلك، من المتوقع أن يتضاعف جانب التبريد في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء ثلاث مرات بحلول عام 2050 لأن 2.8 مليار شخص يعيشون في مناطق مناخية حارة ولا يتمكن سوى 8 بالمائة فقط من الوصول إلى أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء اليوم."

وترى وكالة الطاقة الدولية (IEA) أن تكنولوجيا المضخات الحرارية هي المفتاح لإحراز تقدم في التحول الأخضر العالمي. ويسلط تقرير وكالة الطاقة الدولية حول إمكانية استخدام المضخات الحرارية في الصين الضوء على اعتماد البلاد المستمر على الفحم لتلبية احتياجاتها من التدفئة. وفي الصناعات الصينية، زاد استهلاك الحرارة بنسبة 13% بين عامي 2010 و2022. وبالإضافة إلى ذلك، يمثل توفير الحرارة 40% من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في الصين واستخدام الفحم. أصبح استخدام المضخات الحرارية أكثر شيوعًا في الصين، حيث تمثل التكنولوجيا ثمانية بالمائة من مبيعات معدات التدفئة للمباني في عام 2022. وتعد الصين أكبر مصنع للمضخات الحرارية اللامركزية للمباني ويمكنها زيادة الإنتاج لدعم الطرح التجاري للمضخات الحرارية. أنظمة للحد بشكل كبير من انبعاثات الكربون في السنوات المقبلة.

وفي المملكة المتحدة، ارتفعت طلبات الحصول على منح المضخات الحرارية بشكل حاد في العام الماضي، مع زيادة الطلبات الجديدة للحصول على المنح بنسبة 75 بالمائة في فبراير، مقارنة بالشهر نفسه من العام الماضي. قدمت الحكومة خطة ترقية الغلايات منذ عامين، والتي تهدف إلى إزالة الكربون من التدفئة. صرح اللورد كالانان، وزير كفاءة الطاقة والتمويل الأخضر، أن "الطلب على المضخات الحرارية آخذ في الارتفاع، حيث أننا نسهل أكثر من أي وقت مضى التحول إلى التدفئة الكهربائية دون تكاليف مسبقة كبيرة... تساعد منحنا المعززة البالغة 7500 جنيه استرليني الناس على خلق بيئة مناسبة للتدفئة الكهربائية." تدفئة المنزل وخفض انبعاثاتها. ومع ارتفاع عدد الطلبات بنسبة 75%، فمن الواضح أن نهجنا يحظى بشعبية كبيرة لدى العديد من العائلات." وبحلول نهاية فبراير، كان هناك 35.741 طلبًا وتم دفع إجمالي حوالي 127 مليون جنيه إسترليني في شكل قسائم للعملاء.

بفضل التحسينات الكبيرة في تكنولوجيا المضخات الحرارية في السنوات الأخيرة، يتزايد الاهتمام بالتكنولوجيا. وتنفق الحكومات المزيد على التكنولوجيا، وتستثمر المزيد من الشركات في مشاريع التصنيع، بدعم من الحوافز المالية، مثل الإعفاءات الضريبية والمنح. وتخطط العديد من البلدان للتحول من غلايات الغاز إلى مضخات الحرارة التي تعمل بالكهرباء المتجددة في العقود المقبلة للمساعدة في إزالة الكربون من التدفئة. ومع ذلك، لتحقيق ذلك، يجب على الحكومات أن تستثمر بكثافة في إجراء تحسينات على أنظمة الشبكات الخاصة بها لضمان وجود البنية التحتية اللازمة لتوفير الطاقة النظيفة للمنازل والشركات في جميع أنحاء البلاد.