دوراهی عصر فسیلی
آیا مصرف سوخت‌های فسیلی روزی به پایان می‌رسد؟
حداقل نزدیک به پنج دهه از آغاز نگرانی‌های زیست‌محیطی پیرامون مصرف سوخت‌های فسیلی در جهان می‌گذرد. لایحه «هوای پاک» در سال‌های ۱۹۷۰ و ۱۹۷۷ در ایالات متحده آمریکا در واکنش به آلودگی هوا با اعمال معیارهای مصرف سوخت بر وسایل ترابری تصویب شد. این لایحه یکی از نخستین تلاش‌های قانونی برای کاهش آلایندگی ناشی از منابع فراگیر انرژی بود. در دهه ۱۹۸۰ نگرانی‌هایی پیرامون بارش باران اسیدی و افزایش سطح ازون در اثر سوختن سوخت‌های فسیلی مطرح شدند. پس از آن در سال ۱۹۹۰ متمم‌هایی با هدف ایجاد چارچوبی برای کاهش سولفوردی‌اکسید و اکسیدنیتروژن ناشی از آلایندگی نیروگاهها و مصرف بنزین و نفت‌گاز در وسایل نقلیه به لایحه هوای پاک افزوده شدند. در میانه دهه ۱۹۹۰ بود که نقش سوخت‌های فسیلی در تولید کربن‌دی‌اکسید و دیگر گازهای گلخانه‌ای مورد توجه قرار گرفتند. تقریباً ۶۵ درصد گازهای گلخانه‌ای از سوخت‌های فسیلی تولید می‌شوند که ۴۵ درصد آن از سوختن زغال‌سنگ، ۳۵ درصد آن از نفت و ۲۰ درصد آن از سوختن گاز طبیعی ایجاد می‌شود. به طور کلی دو راه برای کاهش موثر تولید کربن‌دی‌اکسید در راستای کاهش چشمگیر احتمال رخداد پیامدهای تغییر اقلیم به نظر می‌رسند. راه نخست یافتن راه‌هایی برای جذب کربن از هوا و انبارکردن آن است. یکی از روش‌های اجرایی چنین رویکردی گسترش جنگل‌های جهان است اما اگر هدف جذب کربن به اندازه‌ای باشد که بتواند آلایندگی سوخت‌های فسیلی را بی‌اثر کند، آنگاه به پیشرفت‌های چشمگیر فناوری نیاز است که در سطح صنعتی به‌صرفه باشد. راه دوم کاهش گازهای گلخانه‌ای کم کردن شایان توجه مصرف سوخت‌های فسیلی است. داده‌های سالانه «بررسی آماری انرژی بریتیش‌پترولیوم» نشان می‌دهد مصرف نفت و زغال‌سنگ در سال ۲۰۱۴ در کشورهای OECD نسبت به اندازه آن در سال ۲۰۰۵ با ۱۰ درصد کاهش روبه‌رو بوده است در حالی که مصرف گاز طبیعی ۱۰ درصد بالاتر رفته است. وضعیت در کشورهای در حال توسعه متفاوت است. مصرف زغال‌سنگ، نفت و گاز طبیعی در کشورهای غیر OECD در سال ۲۰۱۴ نسبت به سال ۲۰۰۵ به ترتیب ۴۶، ۳۳ و ۳۵ درصد افزایش داشته است. و در مجموع می‌توان گفت مصرف جهانی نفت، زغال‌سنگ و گاز طبیعی در بازه ۲۰۰۵ تا ۲۰۱۴ به ترتیب ۵ /۷، ۲۴ و ۲۰ درصد با افزایش همراه بوده است.
دو نیروی عمده درون بازار هستند که می‌توانند نیاز به سیاست‌های فعالانه در برابر رشد مصرف سوخت‌های فسیلی را کمرنگ کنند. نیروی نخست از مصرف پیوسته سوخت‌های فسیلی ناشی می‌شود که به افزایش هزینه استخراج واحدهای تازه سوخت فسیلی می‌انجامد به گونه‌ای که از جایی پس از آن هزینه تولید آن از فناوری‌های تولید انرژی پاک بیشتر می‌شود. بر روی این نیرو می‌توان برچسب «نظریه عرضه» نهاد. نیروی دوم بهینه‌تر شدن مصرف انرژی فناوری‌های کنونی و توسعه فناوری‌های بدون کربنِ ارزان‌تر در اثر پیشرفت‌های علمی است. این نیرو را می‌توان «نظریه تقاضا» نامید زیرا روندی را مطرح می‌کند که در آن جایگزین‌های سوخت‌های فسیلی در اثر پیشرفت‌های فناوری به لحاظ اقتصادی به‌صرفه می‌شوند و می‌توانند با آن رقابت کنند. این مقاله می‌کوشد تا با نگاهی به گذشته نیروهای نظریه عرضه و تقاضا را برای دستیابی به کاهش معنادار مصرف سوخت‌های فسیلی بسنجد. برای دستیابی به شهودی آغازین می‌توان نسبت ذخایر اثبات‌شده سوخت‌های فسیلی به مصرف کنونی سالانه را در نظر گرفت. ذخایر اثبات‌شده سوخت‌های فسیلی دربرگیرنده آن اندازه از سوخت‌های فسیلی می‌شوند که با قیمت‌های کنونی بهره‌برداری‌شان اقتصادی است. بنابراین نسبت یادشده گویی نشان‌دهنده این است که مصرف کنونی تا چه مدت با ذخایر اثبات‌شده قابل تامین است. نسبت ذخایر به مصرف برای نفت و گاز طبیعی در ۳۰ سال گذشته برابر ۵۰ سال بوده است؛ این بدین معناست که به طور میانگین ما در هر سال ذخایری به اندازه مصرف همان سال را کشف کرده‌ایم. اما روند این نسبت برای زغال‌سنگ با کاهش چشمگیری همراه بوده است گرچه به طور کلی اندازه آن همواره به مراتب بزرگ‌تر از نسبت‌های نفت و گاز طبیعی بوده است. با این حال این روند کاهنده در اوایل دهه ۲۰۰۰ متوقف می‌شود و از سال ۲۰۱۱ به بعد کمی نیز با افزایش همراه است. در مجموع ثبات نسبت ذخایر به مصرف در چند دهه گذشته به ما نشان می‌دهد که کاهش چشمگیر عرضه و تقاضا برای سوخت‌های فسیلی در میان‌مدت محتمل به نظر نمی‌رسد.
1- سمت عرضه
گرچه ذخایر سوخت‌های فسیلی محدودند اما پیشرفت فناوری در گذر زمان به ما این امکان را داده است که حجم بیشتری از این سوخت‌ها را استخراج کنیم. افزون بر این حجم پایانی منابع این سوخت‌ها در کره زمین با وجود نااطمینانی بالا در برآورد آن با گستردگی بالایی همراه است. برای نمونه امروزه دو منبع بزرگ تولید نوین نفت (و گاز) دربرگیرنده نفت ناشی از ماسه‌های نفتی و ذخایر شیل است که استخراج آنها پیشتر به لحاظ اقتصادی به‌صرفه نبود. این دو منبع امروزه بخش بزرگی از تولید ایالات متحده و کانادا و حدوداً ۱۰ درصد از ذخایر نفت و گاز جهان را در‌بر می‌گیرد؛ سهمی که وامدار پیشرفت‌های فناورانه اخیر است.
پیشرفت‌های فناوری در زمینه استخراج نفت از ماسه‌های نفتی و نفت شیل سهم شایان توجهی در الگوی رشد بلندمدت ذخایر جهانی سوخت‌های فسیلی بازی کرده‌اند. میانگین نرخ رشد ذخایر نفت و گاز طبیعی از سال ۱۹۸۰ تا ۲۰۱۵ برابر 7 /2 درصد بوده است. اندازه ذخایر نفت و گاز طبیعی در این بازه به ترتیب تنها برای یک و دو سال با کاهش روبه‌رو شده و در سال‌های دیگر همواره روندی فزاینده داشته است. اما ذخایر زغال‌سنگ روند دیگری را تجربه کرده است. ذخایر این سوخت فسیلی از اواخر دهه ۱۹۹۰ تا ۲۰۰۸ روندی کاهنده داشته اما پس از آن با رشد نسبتاً مثبت ثابتی روبه‌رو بوده است. بنابراین اگر قرار باشد گذشته چراغ راه آینده شود، به نظر می‌رسد که نه‌تنها نباید انتظار داشته باشیم که ذخایر سوخت فسیلی جهان به پایان برسند، بلکه حتی نباید انتظار داشت که اندازه این ذخایر در سال‌های پیش‌رو کمتر از آنچه امروز داریم، باشند. در کوتاه‌مدت جهان برخوردار از ذخایر سرشار سوخت‌های فسیلی برای دهه‌ها و حتی قرن‌هاست. یک معیار جایگزین برای اندازه‌گیری پیشرفت‌های فناوری در اکتشاف و استخراج منابع سوخت‌های فسیلی نرخ موفق بودن اکتشاف منابع جدید نفت و گاز است. بدون پیشرفت فناوری در این زمینه رویکردِ هزینه-فایده بنگاه‌ها را به سمت حفاری چاه‌های کم‌ریسک‌تر نسبت به پرریسک‌تر به پیش می‌راند و در پی آن احتمال اکتشاف‌های موفق در گذر زمان کاهش می‌یابد زیرا چاه‌های آسان برای استخراج کم و کمتر شده‌اند. در چنین وضعیتی قیمت‌های نفت و گاز برای حفظ تعادل عرضه و تقاضا بالاتر خواهند رفت. اما اگر فناوری پیشرفت کند و هزینه‌های اکتشاف و ریسک‌های آن کمتر شود، همچنان امکان این هست که نرخ احتمال موفق بودن اکتشاف‌ها ثابت بماند و حتی با گذر زمان و مستقل از روند قیمت‌ها بالاتر برود. داده‌ها نشان می‌دهند احتمال موفق بودن استخراج در چاه‌های اکتشافی آمریکا از ۲۰ درصد در سال ۱۹۴۹ به ۱۶ درصد در دهه ۱۹۶۰ کاهش می‌یابد. اما با کشف میدان بسیار موفق در شمال آلاسکا در سال ۱۹۶۸ این احتمال تا سال ۱۹۷۹ نزدیک به دو برابر می‌شود. رخدادهای فناورانه همانند دیگری نیز در سال‌های پس از آن سبب شده‌اند که احتمال موفقیت حفاری‌ها بالاتر رود. تا سال ۲۰۰۷ حدود ۶۹ درصد از چاه‌های اکتشافی می‌توانستند به استخراج نفت و گاز برسند اما این روند پس از آن وارونه شده و احتمال موفقیت در سال ۲۰۱۴ به ۵۰ درصد کاهش می‌یابد. روند احتمال موفقیت استخراج از چاه‌های توسعه‌ای نیز در این بازه رو به رشد بوده است. اگرچه چاه‌های توسعه‌ای هنگامی حفر می‌شوند که اکتشاف با موفقیت همراه بوده باشد اما همچنان این احتمال می‌رود که دشواری‌های فنی مانع از تولید شوند. از آنجا که شمار این چاه‌ها ۱۰ تا ۲۰ برابر چاه‌های اکتشافی است، افزایش احتمال موفقیت استخراج این چاه‌ها نیز از اهمیت بالایی برخوردار است. در بررسی سمت عرضه سوخت‌های فسیلی افزون بر ذخایر اثبات‌شده نیاز است «منابع» این سوخت‌ها نیز ارزیابی شوند. منابع به ذخایری گفته می‌شود که لزوماً استخراج آنها با صرفه اقتصادی همراه نیست. منابع موجود نفت از ۲ /۴ تا ۶ تریلیون بشکه برآورد می‌شود که ۸ /۲ تا ۴ برابر ذخایر اثبات‌شده کنونی است. منابع گاز طبیعی نیز از ۷۹۳ تا ۱۱.۶۰۰ تریلیون مترمکعب برآورد شده‌اند در حالی که ذخایر جهانی آن در حدود ۲۰۰ تریلیون مترمکعب است. در پایان حجم برآوردی برای منابع زغال‌سنگ در حدود ۱۴ هزار تا ۲۳.۵۰۰ گیگاتن ارزیابی شده است در حالی که ذخایر آن در حدود هزار گیگاتن است. باید در نظر داشت که پیشرفت‌های فناوری در آینده می‌تواند به افزایش استخراج از این منابع و جابه‌جایی منحنی عرضه سوخت‌های فسیلی منجر شود.
افزون بر این دو منبع شایان توجه دیگر برای سوخت‌های فسیلی نیز در دسترس‌اند که همچنان بهره‌برداری از آنان تجاری نشده است: شیلِ نفتی -که با نفت شیل متفاوت است- و هیدرات‌های متان. گزارش بررسی‌های زمین‌شناسی آمریکا در سال ۲۰۰۶ منابع شیل نفتی را در حدود ۸ /۲ تریلیون بشکه برآورد کرده است. هیدرات‌های متان آمیزه جامدی از گاز طبیعی و آب هستند. بررسی‌هایی در سال ۲۰۱۲ نشان می‌دهند در صورت فراهم بودن فناوری اقتصادی برای بهره‌برداری از منابع این سوخت، حجمی در حدود ۲۸ تا ۲۸۳ تریلیون مترمکعب از آن در دسترس خواهد بود. با این حال حتی بدون توسعه فناوری‌های بهره‌برداری شیل نفتی و هیدرات‌های متان، به‌کارگیری فناوری‌های کنونی استخراج نفت و گاز شیل در بیرون از آمریکا در حال فراگیر شدن است. ارزیابی اداره اطلاعات انرژی ایالات متحده در سال ۲۰۱۳ نشان می‌دهد که ۹۳ درصد از نفت شیل و ۹۰ درصد از گاز شیل بیرون از آمریکا قرار دارند و از سوی دیگر این منابع به ترتیب ۱۰ و ۳۲ درصد از منابع جهانی نفت و گاز را در‌بر می‌گیرند. در مجموع می‌توان گفت حتی اگر کشورها سیاست‌هایی در راستای افزایش قیمت سوخت‌های فسیلی همانند مالیات بر کربن اعمال کنند، تاریخ نشان داده است که پیشرفت فناوری به رویارویی با آن خواهد پرداخت و منحنی عرضه به سمت بیرون جابه‌جا خواهد شد.
2- سمت تقاضا
در این قسمت تنها به بخش‌های نیرو و ترابری به عنوان عمده‌ترین بخش‌های مصرف‌کننده سوخت‌های فسیلی در اقتصاد پرداخته خواهد شد.
2-1- جایگزینی در حوزه نیروگاهی: سلول‌های خورشیدی، بادگردها و نیروگاه‌های هسته‌ای از نامزدهای مطرح برای جایگزینی زغال‌سنگ و گاز طبیعی در تولید برق به شمار می‌روند. اگرچه پیشینه نیروگاه‌های هسته‌ای به بیش از ۸۰ سال می‌رسد اما نرخ ساخت این نیروگاهها از دهه ۱۹۸۰ آرام‌تر شد و سهم آنان از تولید نیرو در بیشتر کشورها به علت عدم صرفه هزینه‌ای کاهش چشمگیری داشت. برای مقایسه میان هزینه تولید برق به شیوه‌های گوناگون می‌توان از معیار «هزینه هم‌ترازشده» یاری گرفت. این معیار از تقسیم هزینه‌های تنزیل‌شده تولید به آن روش بر اندازه تولید برق تنزیل‌شده آن به دست می‌آید.
پیش‌بینی‌های اداره اطلاعات انرژی آمریکا پیرامون هزینه هم‌ترازشده روش‌های تولید برق در بازه ۱۹۹۷ تا ۲۰۱۴ نشان‌دهنده کاهش چشمگیر هزینه‌های روش خورشیدی است. در حالی که بررسی‌ها تولید هر مگاوات‌ساعت به روش خورشیدی را در سال ۲۰۰۹ نزدیک به ۴۵۰ دلار به ازای هر مگاوات‌ساعت پیش‌بینی می‌کردند، این رقم در سال ۲۰۱۴ به کمتر از ۱۵۰ دلار رسیده است. گرچه به نظر می‌رسد بخشی از این کاهش شتابان ناشی از تخصیص یارانه باشد اما همچنان روند کاهنده ادامه یافته است. باید در نظر داشت که این پیش‌بینی‌ها به صورت میانگین است و هزینه‌های تولید برق به روش خورشیدی در نقاطی که تابش کافی نباشد، همچنان دو برابر هزینه‌های تولید برق با گاز طبیعی است. خوشبختانه به نظر می‌رسد تولید برق به کمک باد در بسیاری از نقاط به لحاظ هزینه‌ای می‌تواند با سوخت‌های فسیلی رقابت کند.
اما هزینه‌های تولید تنها نگرانی پیرامون تولید برق به روش‌های تجدیدپذیر نیست. سه چالش دیگر نیز مطرح‌اند. مساله نخست نوسان بالای شدت تابش خورشید و سرعت وزش باد در مناطق گوناگون است؛ این بدین معناست که یک سلول خورشیدی یا یک بادگرد در مناطق گوناگون دارای تولیدات برق متفاوت است. چالش دوم فراهم نبودن همیشگی وزش مناسب باد و تابش کافی خورشید است. این مساله سبب می‌شود این نیروگاهها یا نیازمند یک نیروگاه پشتیبان مانند نیروگاه‌های گازی باشند یا ناگزیر شوند به اندازه کافی انرژی تولیدی را ذخیره کنند که این خود به افزایش هزینه‌های تولید برق می‌انجامد. و در پایان نبود هماهنگی زمانی میان عرضه و تقاضای برق در این روش‌هاست؛ به سخن دیگر هر اندازه تولید به روش‌های تجدیدپذیر بالاتر برود، تقاضا برای برق در اوج تولید (میانه روز) کمتر می‌شود. از سوی دیگر این کاهش تقاضا به پایین‌آمدن قیمت‌ها منجر می‌شود و انگیزه سرمایه‌گذاری برای توان تولیدی تجدیدپذیر کمتر می‌شود.
2-2- جایگزینی در حوزه ترابری: در حالی که جایگزین‌های پرشماری برای سوخت‌های فسیلی در عرصه تولید برق هستند، تنها جایگزین عمده در بخش ترابری به‌کارگیری وسایل نقلیه بهره‌مند از باتری‌های الکتریکی است که فراگیری آن نیازمند پیشرفت‌های فناوری گوناگونی است. نخست اینکه حتی اگر قیمت‌های نفت به ۱۰۰ دلار در هر بشکه برسند، بهای باتری‌های وسایل نقلیه الکتریکی باید یک‌سوم شود. مساله دیگر کوتاه‌ترشدن مدت‌زمان پرشدن این باتری‌هاست. و مساله سوم شیوه تامین برق این وسایل است؛ برقی که برای این وسایل تولید می‌شود باید به روش‌های نسبتاً پاکی تولید شده باشد که به‌کارگیری آن در وسایل ترابری الکتریکی در مجموع به کاهش انتشار آلاینده‌های کربنی بینجامد. برای نمونه پژوهشی در سال ۲۰۱۴ نشان داده بود که تولید موثر آلاینده‌های کربنی ناشی از راندن وسایل ترابری الکتریکی در آمریکا نسبت به آلاینده‌های انتشاریافته از وسایل نقلیه با مصرف بهینه بنزین بیشتر بوده است. جایگزینی گسترده وسایل ترابری الکتریکی به جای همتایان با موتورهای درون‌سوز نیازمند رفع این سه مانع است.
اما ما به چه اندازه از بهبود فناوری‌های ذخیره‌سازی انرژی نیاز داریم؟ پژوهشی در سال ۲۰۱۴ از سوی وزارت انرژی ایالات متحده نشان می‌دهد که هزینه کنونی تولید باتری ۳۲۵دلار به ازای هر کیلووات‌ساعت است. در این قیمت نیاز است تا بهای هر بشکه نفت از ۳۵۰دلار فراتر رود تا به‌کارگیری خودروهای الکتریکی به‌صرفه شوند. از سوی دیگر شواهد تاریخی نشان می‌دهند که همواره نوآوری‌های تازه‌ای پیرامون موتورهای درون‌سوز در حال ارائه‌اند در حالی که قطار نوآوری در حوزه استخراج سوخت‌های فسیلی همچنان شتابان است. پس نمی‌توان انتظار داشت که در مسابقه کاهش هزینه‌ها رقبای باتری‌های الکتریکی دست روی دست گذاشته باشند. با این حال هزینه تولید باتری‌ها کاهش چشمگیری داشته است. پیش‌بینی می‌شود تا سال ۲۰۲۳ هزینه تولید این باتری‌ها در بازه ۱۵۰ تا ۳۰۰ دلار به ازای هر کیلووات‌ساعت ذخیره‌سازی قرار بگیرد. با این حال حتی اگر بهای این باتری‌ها به ۱۲۵ دلار در هر کیلووات‌ساعت برسد، باز برای صرفه اقتصادی در برابر به‌کارگیری وسایل با موتورهای درون‌سوز نیاز است که بهای نفت برابر رقم ۱۱۵ دلار در هر بشکه باشد. این رقم برای هزینه ۳۲۵دلاری باتری‌ها برابر ۴۲۰ دلار به ازای هر بشکه است. این‌گونه که به نظر می‌رسد افق روشنی برای پیروزی خودروهای الکتریکی در یک یا دو دهه آینده دیده نمی‌شود.
موانع دیگری نیز بر سر راه گسترش به‌کارگیری وسایل ترابری الکتریکی قرار دارند. محاسبات پیشین بر پایه پیمایش ۴۰۰ کیلومتر به ازای هر یک بار پرشدن باتری انجام شده بود در حالی که این مسافت برای برخی رانندگان کافی نیست. دیگر اینکه در مقایسه‌ها باید عدم مطلوبیت معطلی مصرف‌کنندگان برای پرشدن باتری‌ها در نظر گرفته شود. و در پایان باید در نظر داشت که بهای نفت متغیری درونزاست. با توجه به شیب مثبت منحنی عرضه نفت در بیشتر بازارها انتظار می‌رود با کاهش تقاضا برای آن بهایش کاهش یابد و همین امر به جذابیت بیشتر به‌کارگیری خودروهای بهره‌مند از سوخت‌های فسیلی منجر شود.
