بسبب غرابة الجيولوجيا، فإن أنقى الكوارتز في جميع أنحاء العالم يأتي من مدينة سبروس باين الخلابة بولاية نورث كارولينا. ويعد المعدن، الذي تم تكوينه في أعماق الأرض عندما بردت وتبلورت الصهارة الغنية بالسيليكون منذ حوالي 370 مليون سنة، ضروريًا لإنتاج رقائق الكمبيوتر والألواح الشمسية.
توفر الصين والهند وروسيا أيضًا الكوارتز عالي النقاء، ولكن ما يتم استخراجه هناك لا يتطابق مع جودة أو كمية ما يقع تحت جبال بلو ريدج. مع وجود Spruce Pine بين العشرات من مجتمعات الآبالاش التي تعاني من إعصار هيلين، فإن الإغلاق المفاجئ لمناجم الكوارتز التي كانت تزود مصنعي الرقائق لعقود من الزمن، قد هز صناعة التكنولوجيا العالمية. لكن هذا الكوارتز حيوي لصناعة الطاقة الشمسية أيضًا. وبينما يتوقع خبراء الصناعة أن تتمكن الشركات من الصمود في وجه الإغلاق المؤقت لمنجمي المدينة، فإن ذلك يسلط الضوء على هشاشة اقتصاد الطاقة النظيفة الذي يعتمد على المواد المنتجة في مكان واحد – خاصة في عالم يشهد كوارث طبيعية شرسة بشكل متزايد.
وقالت ديبرا دي شونج، رئيسة اتصالات الشركات في شركة تصنيع الطاقة الشمسية “كيو سيلز” في أمريكا الشمالية، إن تأثير هيلين على شركة “سبروس باين” “يكشف تماما عن خطر الاحتكار في أي جزء من سلسلة التوريد”. تقوم شركة QCells، التي تصنع الألواح الكهروضوئية في جورجيا وتقوم ببناء منشأة إضافية لتصنيع المكونات اللازمة لتجميعها، بتقييم ما إذا كان إغلاق منجم Spruce Pine سيؤثر عليها.
تعتمد الصناعة على الكوارتز في المقام الأول لصنع البولي سيليكون، وهو نوع عالي النقاء من السيليكون الذي يشكل خلايا حصاد ضوء الشمس في معظم الألواح الكهروضوئية. لكن الكوارتز من Spruce Pine يخدم غرضًا آخر: فهو يستخدم لصنع البوتقات التي يتبلور فيها البولي سيليكون المنصهر إلى سبائك أسطوانية أو مستطيلة. ويتم تقطيع هذه القضبان إلى شرائح شمسية تتم معالجتها بشكل أكبر لإنتاج الخلايا داخل الألواح.
يتطلب تشكيل السبائك الشمسية تسخين البولي سيليكون إلى أكثر من 2500 درجة فهرنهايت. فقط رمل الكوارتز عالي النقاء يوفر الاستقرار الحراري اللازم لإنشاء البوتقات القادرة على تحمل مثل هذه الحرارة، وأفضلها موجود في غرب ولاية كارولينا الشمالية.
وقالت جيني تشيس، كبيرة محللي الطاقة الشمسية في شركة استشارات الطاقة بلومبرج إن إي إف: “إن شجرة التنوب باين عبارة عن رواسب كوارتز غير عادية للغاية وهي نقية بشكل لا يصدق”.
تقدر BloombergNEF أن Spruce Pine يوفر أكثر من 80 بالمائة من رمل الكوارتز فائق النقاء المستخدم في تصنيع البوتقات لكل من صناعة الطاقة الشمسية وأشباه الموصلات، وكذلك للتطبيقات البصرية والإضاءة. (لا توجد أي بيانات عامة عن كمية الكوارتز المستخدمة في المدينة في كل قطاع، لكن تقديرات بلومبرج إن إي إف تشير إلى أنه في الصين، المنتج الرائد للألواح الكهروضوئية في العالم، يذهب 80 بالمائة من الكوارتز عالي النقاء الذي تستخدمه إلى تطبيقات الطاقة الشمسية. ) تهيمن شجرة التنوب الصنوبرية على هذا السوق، وتوفر تقريبًا جميع المواد التي تغطي الجزء الداخلي من البوتقات الشمسية، والتي تتلامس بشكل مباشر مع السيليكون المنصهر. هناك، تعتبر النقاء مهمًا بشكل خاص لضمان إنتاجية عالية من السبائك وعمر طويل للبوتقة.
كمية الكوارتز المطلوبة لدعم إنتاج البوتقة الشمسية صغيرة إلى حد ما. يقول تشيس إن شركة سبروس باين أنتجت حوالي 20 ألف طن من رمل الكوارتز عالي النقاء في العام الماضي، وهو ما يكفي لتلبية متطلبات صناعة الطاقة الشمسية. وفي نفس العام، بلغ الإنتاج العالمي من البولي سيليكون 1.52 مليون طن متري. من المحتمل أن إنتاج هذا القدر من البولي سيليكون يتطلب حوالي 3 ملايين طن متري من الكوارتز، وفقًا لتشيس. كل هذا يعني أن شجرة التنوب باين، كما قالت، “ترس صغير جدًا” في سلسلة توريد الطاقة الشمسية.
ومع ذلك، يمكن أن يصبح الترس الصغير مشكلة كبيرة إذا لم تكن هناك حالات طوارئ عندما ينهار. لكن تشيس يشتبه في أن معظم الشركات المصنعة للبوتقة – وهي صناعة مقرها إلى حد كبير في شرق آسيا – لديها مخزون من الكوارتز عالي النقاء. وأكدت ماي هاوجين، التي تقود الاتصالات في شركة كوارتز كورب، وهي شركة نرويجية تنتج رمل الكوارتز عالي النقاء في سبروس باين، ذلك في رسالة بالبريد الإلكتروني إلى غريست.
كتب هاوجين: “تعمل شركة كوارتز كورب في سلاسل قيمة طويلة حيث تعلم الجميع من خلال كوفيد أهمية مخزونات الأمان الكبيرة”. “بين مخزوننا الآمن الذي تم بناؤه في مواقع مختلفة وتلك الموجودة في سلسلة القيمة، نحن لسنا قلقين بشأن النقص على المدى القصير أو المتوسط.”
استعدادًا لإعصار هيلين، أوقفت شركة كوارتز كورب جميع عمليات التعدين في سبروس باين في 26 سبتمبر. وكذلك فعلت الشركة البلجيكية سيبيلكو، المنتج الآخر في المدينة.
من غير الواضح متى ستستأنف أي من الشركتين التعدين: في بيان صدر في 2 أكتوبر/تشرين الأول، كتبت شركة كوارتز كورب أنه على الرغم من أن مصانعها لا يبدو أنها تعرضت لأضرار جسيمة بسبب العاصفة، إلا أنه لا يزال “من السابق لأوانه معرفة” متى سيتم إعادة فتحها، ” لأن هذا سيعتمد أيضًا على إعادة بناء البنية التحتية المحلية. في بيان بتاريخ 4 أكتوبر تمت مشاركته مع Grist، كتبت Sibelco أن منشآتها يبدو أنها تعرضت لـ “أضرار طفيفة” وأن الشركة تأمل في “استئناف العمليات في أقرب وقت ممكن”.
وأشار البيان إلى أن “فرقنا المتخصصة متواجدة في الموقع وتقوم بعملية التنظيف”. “لم يتأثر مخزون منتجاتنا النهائية.” ورفضت الشركة تحديد كيف يمكن أن يؤثر الإعصار على خطتها لمضاعفة الطاقة الإنتاجية في Spruce Pine بحلول عام 2025.
وقال تشيس إنه حتى لو ظل المنجمان مغلقين لعدة أشهر، فإن صناعة الطاقة الشمسية يمكن أن تتكيف. وتقوم شركة Mitsubishi Chemical Group اليابانية بتصنيع السيليكا الاصطناعية عالية النقاء لصناعة أشباه الموصلات، وتفي المادة بالمعايير المطلوبة لبوتقات الطاقة الشمسية، وفقًا لتشيس.
ومع ذلك، سيتعين زيادة الإنتاج. صرح كانا نوروكي، ممثل مجموعة ميتسوبيشي للكيماويات، لغريست في رسالة بالبريد الإلكتروني أن الشركة ليس لديها حاليًا ما يكفي من الكوارتز الاصطناعي لدعم صناعة الطاقة الشمسية، وأن ما تنتجه “أغلى بكثير” من الشيء الحقيقي.
وقال تشيس إن دفع علاوة على الكوارتز الاصطناعي سيشكل تحديا لصناعة الطاقة الشمسية الحساسة للسعر. “ولكن إذا لم يكن لديها خيار، فإنها ستفعل ذلك.”
إن تطوير إمدادات بديلة من الكوارتز عالي النقاء، حتى تلك التي تكلف أكثر، يمكن أن يساعد في تحصين سلسلة توريد الطاقة الشمسية ضد الكارثة القادمة التي يغذيها المناخ. قال DeShong من شركة QCells: “نظرًا لأن الطاقة الشمسية أصبحت جزءًا أكبر من كهربتنا، فسيكون من المهم بشكل متزايد أن نضمن أن لدينا سلسلة توريد مستقرة”.
ومع ذلك، فإن تصنيع كل من أشباه الموصلات والألواح الشمسية في أمريكا يمثل أولوية رئيسية لإدارة بايدن، ويبدو من غير المرجح أن ترغب واشنطن في رؤية ترس حاسم في سلسلتي التوريد ينتقل إلى الخارج. وقال متحدث باسم وزارة الطاقة الأمريكية لجريست إن الوكالة “تراقب عن كثب تأثيرات إعصار هيلين على سلسلة التوريد” بينما تعمل على “تعزيز الجهود للحفاظ على استقرار أنظمة الطاقة الأمريكية”.
قال سبنسر بوست، المدير التنفيذي لمنظمة تنمية المجتمع Downtown Spruce Pine، إن تعدين الكوارتز هو أكبر صاحب عمل خاص في المقاطعة وإعادة تشغيله بسرعة “مهم جدًا من منظور الاقتصاد المحلي”. وقال بوست إنه إذا كانت الحكومة الفيدرالية مهتمة ببناء طاقة نظيفة في أمريكا، “فلدينا كل الأشياء هنا”.
وأضاف: “لدينا الأشخاص الذين يحتاجون إلى الوظائف هنا”.
ظهرت هذه المقالة أصلا في غريست. غريست هي منظمة إعلامية مستقلة غير ربحية مكرسة لسرد قصص الحلول المناخية والمستقبل العادل. تعلم المزيد على Grist.org.