Table of Contents

Harnessing Earth ' s Inner Furnace: The Geothermal Energy Potential of Volcano Zones in the Pacific Ring of Fire

إن رنين النار في المحيط الهادئ هو حزام يتكون من أحواض ثابتة تقريباً من البركانات النشطة والأخطاء السيزمية التي تدور حول المحيط الهادئ، حيث إن معظم الطاقة المتطاولة من نيوزيلندا وإندونيسيا عبر اليابان، وشبه جزيرة كامتشاتكا، وجزر ألويتيان، وسقوط السواحل الغربية في أمريكا الشمالية والجنوبية، كثيراً ما تكون هذه المنطقة محمولة بنسبة 75 في المائة من الطاقة الحرارية في العالم.

وتستغل الطاقة الحرارية الأرضية في المناطق البركانية الطاقة الحرارية الهائلة المخزنة في غرف الماغوما، وتكوينات الصخور الساخنة، والسوائل الحرارية المائية، التي تقع تحت السطح، على بعد بضعة كيلومترات، وتنتج عن ارتفاع حرائق المحيط الهادئ، مع تركيز نشاطها البركاني والتكتوني، ميزة طبيعية غير متكافئة بالنسبة للتنمية الحرارية الأرضية الكبيرة.

المهندس الجيولوجي: لماذا المناطق البركانية هي مثالية للطاقة الحرارية الأرضية

وتتكون المناطق البركانية على طول حدود الصفائح التكتونية المتجانسة حيث تُخضّع اللوحات المحيطية تحت لوحات قارية أو أي لوحات محيطية أخرى، وتذوب صفائحه الخفية جزئياً حيث تصل إلى درجات حرارة عالية وضغوط، وتُولّد مغناطيساً يرتفع نحو السطح، وتتراكم هذه المادة في الغرف الجوفية والحرارات المحيطة بالصخور المه (المخلفات).

وفي التضاريس البركانية، فإن معدل درجات الحرارة الذي يزداد فيه درجة الحرارة مع عمق يمكن أن يكون أعلى بكثير من المتوسط العالمي، إذ أن المنطقة القارية النموذجية لديها درجة حرارية جغرافية تبلغ نحو ٢٥-٣٠ درجة مئوية لكل كيلومتر، ولكن في المناطق البركانية النشطة لحفر النار، يمكن أن تتجاوز درجات الحرارة ١٠٠-١٥٠ درجة مئوية لكل كيلومتر.

أنواع النظم الحرارية الأرضية البركانية

  • Hydrothermal convection systems:] The most common and commercially exploited type. Hot water and steam circulated through permeable rock above a heat source, these systems are characterized by hot springs, fumaroles, and geysers at the surface.
  • Hot dry rock (enhanced geothermal systems – EGS):] found in areas where rock is hot but lacks natural permeability or liquid. Here, engineers inject water into fractured rock to create an artificial reservoir. While technically more challenging, EGS could unlock enormous resource potential in less active volcanic zones.
  • Magma direct-contact systems:] Experimental projects (e.g., Kilauea, Iceland) attempt to extract heat directly from molten or partially molten magma. The extreme temperatures (900-1200 °C) pose severe material challenges, but the energy density is virtually limitless.

ويضيف رنين النار أمثلة على الأنواع الثلاثة جميعها، ولكن نظم الاحتواء الحراري المائي توفر حاليا الأغلبية العظمى من الطاقة الحرارية الأرضية المركبة.

Critical Advantages of Geothermal Energy in the Ring of Fire

وتوفر الطاقة الحرارية الأرضية فوائد متميزة تتوافق مع متطلبات الطاقة والحقائق الجغرافية لتجمع أمم النار، فخلافا للشمس أو الرياح، توفر الطاقة الحرارية الأرضية قدرة ثابتة ومرسلة مستقلة عن الظروف الجوية أو وقت النهار.

الطاقة المتجددة

ويستخدم مصنع طبيعي طبيعي نموذجي في عوامل القدرة بنسبة 80-95 في المائة، وهو ما يتجاوز كثيراً الرياح (30-40 في المائة) أو الطاقة الشمسية (15-25 في المائة)، مما يجعل الطاقة الحرارية الأرضية مناسبة لتلبية الطلب على الكهرباء الذي يحمل أساساً - الحد الأدنى من الطاقة التي تحتاج إليها شبكة في جميع الأوقات، وبالنسبة لبلدان مثل إندونيسيا والفلبين واليابان، حيث يشكل أمن الطاقة أولوية استراتيجية، يوفر الطاقة الحرارية الأرضية بديلاً محلياً وموثوقاً للوقود الأحفوري المستوردة.

منخفض سطح الأرض وتقلدات صغيرة

وتشغل مرافق الطاقة الحرارية الأرضية مناطق أرضية صغيرة نسبيا مقارنة بالمزارع الشمسية أو الأربينات الريحية، وقد يتطلب مصنع حراري جوي طوله 50 ميغاواط هكتارا فقط من الهياكل الأساسية السطحية، وتتألف الانبعاثات المباشرة أساسا من غازات البخار والثر (كبريتيد الهيدروجين، ثاني أكسيد الكربون)، ولكن انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في دورة الحياة لكل كيلوواط تبلغ نحو 5-10 في المائة من مصنع الفحم، وتشبه بتركيب الأشعة الشمسي.

المحفز الاقتصادي للمناطق البركانية

وكثيرا ما تكون لدى البلدان النامية الواقعة في رصيف النار معدلات بطالة عالية في المناطق البركانية الريفية، وتخلق المشاريع الحرارية الأرضية وظائف ذات مهارات وشبه مهارة في مجالات الحفر، وتشغيل النباتات، والصيانة، ولوجستيات سلسلة الإمداد، وتقدر الحكومة الإندونيسية أن كل 10 ميغاواط من الطاقة الحرارية الأرضية المجهزة توفر ما يقرب من 35 إلى 40 وظيفة محلية مباشرة، بالإضافة إلى أن الإيرادات من الإتاوات والضرائب الحرارية الأرضية يمكن أن تمول التعليم والرعاية الصحية والهياكل الأساسية في المجتمعات المحلية النائية.

استقلال الطاقة وقابلية تحقيق الاستقرار

وتعتمد البلدان البركانية، مثل الفلبين وإندونيسيا، اعتماداً كبيراً على الفحم والنفط المستوردين، مما يعرضها لتقلب الأسعار والمخاطر الجيوسياسية، ويثبّت في تطوير الموارد الحرارية الأرضية الأصلية تكاليف الطاقة لأن الوقود هو وحده رأس المال وتكاليف التشغيل، وما أن يتم بناء مصنع للحرارة الأرضية، فإن تكاليف توليد الكهرباء تظل قابلة للتنبؤ على مدى فترة حياتها الممتدة من 30 إلى 50 سنة.

Leading Geothermal Developments Along the Ring of Fire

وقد أحرزت عدة بلدان بالفعل تقدما كبيرا في استغلال مواردها الحرارية الأرضية البركانية، وتوفر تجاربها دروسا ومقاييس قيمة.

إندونيسيا: العملاق النائم

وتقيم إندونيسيا في رندق النار أكثر من 130 بركاناً نشطاً، مما يعطيها أكبر قدر ممكن من الموارد الحرارية الأرضية في العالم، أي 28-29 دبليوغا، غير أن القدرة المركبة في عام 2024 تبلغ حوالي 2.4 غوان، أي أقل من 10 في المائة من الإمكانات، وقد حددت الحكومة أهدافاً طموحة تبلغ 7.2 غيتاً بحلول عام 2030 للحد من الاعتماد على الفحم.

  • Gunung Salak:] A 375 MW complex in West Java, one of the largest geothermal fields globally, operated by Pertamina Geothermal Energy.
  • Sarulla:] A 330 MW facility in North Sumatra, using advanced binary cycle technology to generate power from lower-temperature brines.
  • Wayang Windu:] A 227 MW plant on the slope of Mount Wayang, also in West Java.

وتشمل الحواجز الرئيسية ارتفاع تكاليف رأس المال، والتعقيد التنظيمي، والنزاعات الاجتماعية فيما يتعلق باستخدام الأراضي والمواقع المقدسة، ومع ذلك، فإن إمكانات إندونيسيا لا تزال غير متطابقة، وهناك المزيد من المعلومات المتاحة من U.S. Department of Energy’s international geothermal overview.]

الفلبين: قائد طويل الأمد

وتصنف الفلبين المرتبة الثانية على الصعيد العالمي في الطاقة الحرارية الأرضية المركب (نحو 1.9 غيغاواط)، وهي تمثل ما يقرب من 12 في المائة من توليد الكهرباء الوطني، وقد كان البلد رائدا في الطاقة الحرارية الأرضية منذ السبعينات، وهو ما تحركه أزمات النفط، وتشمل المجالات الرئيسية ما يلي:

  • Tiwi-MakBan:] The oldest commercial field, developed by Chevron and now operated by local companies. It has an installed capacity around 750 MW.
  • Leyte:] Home to the Tongonan and Mahanagdong fields, supplying power to the entire Visayas region. The plants survived the destroyed 2013 Super Typhoon Haiyan, demonstrating resilience.
  • Bacon-Manito:] A 150 MW facility in Luzon, operated by Energy Development Corporation.

كما طورت الفلبين تقنيات متقدمة لإدارة الخزانات، بما في ذلك إعادة الحقن للحفاظ على الإنتاجية الطويلة الأجل، وتعلم المزيد من قاعدة بيانات مشروع مكتب التكنولوجيات الحرارية الجغرافية .

نيوزيلندا: الابتكار العالي التميز

وتشغل نيوزيلندا منطقة تاووب بركانية، وهي منطقة ذات طاقة حرارية عالية الإنتاج، وتولد حوالي 19 في المائة من الكهرباء التي تولدها من الطاقة الحرارية الأرضية (قرابة واحدة من الأسلحة النووية) وتشمل النباتات الرئيسية ما يلي:

  • Wairakei:] Commissioned in 1958, it was the first wet-steam geothermal plant in the world and is still producing over 100 MW after 65 years.
  • Ng Maori Awa Pürua:] A 100 MW station at Rotokawa, using binary cycle technology to extract more power from lower-temperature liquids.

ونيوزيلندا أيضاً قائد في تطوير نظم الطاقة الحرارية الأرضية الصغيرة النطاق وتطبيقات الاستخدام المباشر (التدفئة المتفرقة، والبستنة، وتربية الأحياء المائية) وتنشر الرابطة الدولية للحرارة الأرضية دراسات حالة عن هذه المشاريع المبتكرة.

التحديات التقنية والبيئية

ورغم مزاياها، فإن استخراج الطاقة الحرارية الأرضية من المناطق البركانية يشكل عقبات هائلة تتطلب هندسة دقيقة وتنظيما ومشاركة مجتمعية.

التكاليف الرأسمالية الأولية والمخاطر الناجمة عن التدريل

ويحسب التنقيب والحفر بنسبة ٤٠-٦٠ في المائة من مجموع تكاليف المشاريع، إذ يمكن أن يكلف بئر إنتاجي واحد في أعماقه ٥-١٠ ملايين دولار أو أكثر، دون ضمان إيجاد خزان منتج، ويمكن للثقوب أو الآبار الجافة التي لا تتسم بدرجة كافية من الحرارة أو معدل التدفق أن تفلس صغار المطورين، وتتجه الحكومات ومصارف التنمية المتعددة الجنسيات إلى تقاسم المخاطر من خلال صناديق الفرز وبرامج الحفر المدعومة.

Induced Seismicity and Land Subsidence

ويمكن أن يؤدي حقن المياه الباردة في الصخور الساخنة إلى حدوث زلازل صغيرة (من حيث الحجم 1 إلى 3) بسبب الإجهاد الحراري وتغيرات الضغط التي تصيب السكان، وفي حين أن هذه الأحداث نادرا ما تكون قوية بما يكفي لإحداث أضرار، فإنها يمكن أن تُثير الجمود في المجتمعات المحلية، كما أن الرصد الدقيق وإدارة الحقن (مثلاً، المحافظة على ضغوط الحقن تحت عتبة إعادة فتح الكسور) قد يخفف من المخاطرة.

الشواغل البيئية والثقافية

وكثيرا ما تحدث تنمية الطاقة الحرارية الأرضية بالقرب من المناطق الطبيعية المحمية والينابيع الساخنة وأراضي الشعوب الأصلية، ويمكن أن يؤدي الحفر وتشييد الأنابيب إلى تعطيل النظم الإيكولوجية الهشة، ويضر بالمعالم الحرارية (الزواحف، والينابيع الساخنة) التي تعتمد على نفس نظم المياه دون الإقليمية، ويتعارض مع القيم الثقافية أو الروحية، ففي إندونيسيا، مثلا، واجه تشييد مصنع ساروللا في البداية معارضة من المجتمعات المحلية في البطارية بشأن الآثار على السمات الأرضية.

استدامة الموارد واستنفاد الاحتياطي

ولا تكاد تكون الخزانات الحرارية الأرضية غير محدودة، وإذا تجاوز استخراج الحرارة والسائل معدلات التغذية الطبيعية، فإن درجة حرارة الخزان والضغط يمكن أن تنخفض على مدى عقود، مما يقلل من إنتاج الطاقة، وقد شهدت بعض الحقول في الفلبين وكاليفورنيا تدهورا في القدرة بنسبة ١-٢ في المائة سنويا، كما أن الإدارة المستدامة للمستودعات عن طريق إعادة الحقن ورصد الإنتاج والغلق الدوري أمر حاسم لتحقيق أقصى قدر من استعادة الطاقة في الأجل الطويل.

الاتجاهات المستقبلية: توسيع نطاق الإمكانية

ويمكن أن تُطلق عدة تكنولوجيات ونُهج سياساتية ناشئة كامل الإمكانات الحرارية الأرضية لتجمع النار.

Enhanced Geothermal Systems (EGS) and Supercritical Geothermal

وينطوي هذا المقياس على خلق القدرة على التحمل بسبب كسر هدرائي في الصخور الساخنة أو غيرها من الصخور ذات القدرة المنخفضة، وهناك مشروع تاريخي في رنين النار هو Huanghuaying EGS Demonstration Project في الساحل الجنوبي الشرقي للصين (في حدود ارتفاع درجة الحرارة القصوى 22 إلى 74).

النظم الهجينة: الحرارة الأرضية + الشمس أو تخزين البطاريات

ويمكن أن تؤدي عوامل الحرارة الأرضية المصحوبة بالفولطية الشمسية أو تخزين البطاريات إلى تحقيق التكامل الأمثل، ففي ساعات مشمسة عندما يكون الفولط المشبع بالفلور، يمكن للمصانع الحرارية الأرضية أن تقلل من الناتج قليلاً لتخزين الحرارة أو تحويل الطاقة إلى الاستخدامات غير الكهربائية (مثل التدفئة المباشرة)، وفي المقابل، في الليل أو أثناء السحب، ترتفع المساحات الحرارية الأرضية لملء الفجوة.

الإصلاحات التنظيمية والتعاون الدولي

ولا يزال لدى معظم بلدان الإطفاء أطر تنظيمية مصممة لكثير من الطاقة الكهرمائية أو الوقود الأحفوري، وهي لا تشكل مخاطر الاستكشاف أو فترات طويلة من الاستكشاف إلى توليد الطاقة (خمس سنوات إلى 10 سنوات)، مما يتيح، على سبيل المثال، توفير حوافز مالية (مثل العطلات الضريبية، والهبوط المعجل)، وإنشاء وكالات مستقلة لتطوير الطاقة الحرارية الأرضية، أن يعجل بالمشاريع.

Case Study: The Resilience of Volcanic Geothermal in Crisis Scenarios

وقد أظهرت النباتات الحرارية الأرضية على امتداد رنين النار مرونة ملحوظة أثناء الكوارث الطبيعية، ففي عام 2010، أدى انفجار جبل مرابي في إندونيسيا إلى إزاحة آبار الطاقة الحرارية الأرضية الصغيرة القريبة مؤقتاً، ولكن لم تضيع أي بنية أساسية رئيسية، وعلى العكس من ذلك، فإن زلزال توهوكو وأمواج تسونامي التي وقعت في اليابان في عام 2011 قد أحدثت أضراراً جسيمة لمصانع الوقود النووي والفوري، بينما ظلت النباتات الحرارية الأرضية في هوكايدو وتوهوكو (مثل) على شبكة الإنترنت.

الاستنتاج: تحويل الحرائق البركانية إلى قوة مستدامة

إن رنين النار في المحيط الهادئ يمثل كنزا عالميا من الطاقة الحرارية الأرضية - وهو مورد وافٍ وخفيض الكربون وموثوق به يقع مباشرة تحت أقدام الملايين من الناس، وفي حين أن التحديات التي تشمل التكاليف المرتفعة، وخطر الحفر، والأثر البيئي، والقبول الاجتماعي يجب التصدي لها، فإن نجاحات إندونيسيا والفلبين ونيوزيلندا واليابان تدل على أن هذه العقبات يمكن التغلب عليها بتخطيط دقيق، والابتكار التكنولوجي، والحوكمة القوية.

فمع سعي بلدان المنطقة إلى إزالة الكربون من نظم الطاقة لديها مع تلبية الطلب المتزايد، تبرز الطاقة الحرارية الأرضية كحل فريد مناسب، وتوفر قوة تحميل أساسية تكمل الطاقة المتجددة المتغيرة، وتعزز استقلال الطاقة، وتعزز التنمية الاقتصادية المحلية في المناطق البركانية التي تعتبر خطرة تقليدياً، ومن خلال الاستثمار في تكنولوجيات متقدمة مثل نظم الطاقة الكهربائية والنظم الخارقة، وإصلاح السياسات الرامية إلى اجتذاب رؤوس الأموال الخاصة الدائمة، وتعزيز تبادل المعارف على الصعيد الدولي،