انبار کردن چوب، انواع سوخت‌های فسیلی و شمع برای رهایی از سرما و تاریکی، دریافت حواله خرید هیزم از دولت‌های اروپایی، استفاده از فضولات حیوانی برای گرم کردن شهروندان اتحادیه اروپا و ... از موارد فهرستی است که در هفته‌های اخیر در مورد تبعات «زمستان سخت» از آن سخن به میان آمده است. از سوی دیگر، برخی در رسانه‌ها و فضای مجازی اصرار دارند که به هیچ وجه اوضاع در اروپا چنین نیست و سرمای زمستان فقط گریبان خودمان را گرفته است.
این در حالی است که استفاده از «سوخت‌های نامتعارف» واقعیتی است که در سال‌های گذشته مورد توجه ویژه برخی کشورهای توسعه‌یافته اما محروم از منابع انرژی قرار گرفته است.
بدون شک دستیابی به حامل‌های انرژی از مهم‌ترین چالش‌های انسان از ابتدای خلقت بوده و امروزه به دلیل افزایش جمعیت و مهاجرت‌های بی‌رویه و گسترش شهرها و همچنین سیر نزولی میزان انرژی‌های تجدیدناپذیر و ضررهای فراوان آن‌ها، کشورهای پیشرفته و توسعه‌یافته که وضعیت را بحرانی دیده‌اند با برنامه‌ریزی بلندمدت و استفاده بهینه از تکنولوژی سعی بر استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر دارند. ازاین‌رو انرژی که مورد توجه کشورهای پیشرفته قرار گرفته استفاده از «زیست توده» است.
طیف وسیعی از مواد در طبیعت همچون فضولات دامی، زباله‌های شهری، فاضلاب‌های شهری، ضایعات کشاورزی و جنگلی، ضایعات و پسماندهای صنعتی در دسته زیست توده‌ها قرار می‌گیرند که در سال‌های اخیر تحت عنوانِ ایجاد اشتغال مولد، کمک به اقتصاد روستایی، توسعه و افزایش سهم آن در تامین انرژی، توجه زیادی به آن شده است.
در همین خصوص «نوید کردانی» دانشجوی دکتری تحلیل سیستم‌های انرژی و محیط‌زیست مقاله‌ای تحت عنوان «ارزیابی اقتصادی و زیست محیطی زیست توده‌ها» [۱] در نشریه مطالعات علوم کاربردی در مهندسی به انتشار رسانده است که خلاصه‌ای از آن را در ادامه می‌خوانید؛
بر اساس منابع تاریخی، شیخ بهایی نخستین دانشمندی است که در ایران منبع انرژی زیست‌توده‌ای را به عنوان سوخت یک حمام در اصفهان به کار برده است
سابقه استفاده از زیست‌توده در جهان و ایران
قدیمی‌ترین مورد خروج گاز و اشتعال ناقص آن به وسیله دفن زباله در طبقات زیرین زمین از سوی محققی به نام «پیلی نی روس» گزارش شده است. وی خروج گاز طبیعی و اشتعال ناقص آن را از طبقات زیرین زمین مشاهده کرد اما «وان هلمونت» در سال ۱۶۳۱م شناسایی و اشتعال این گاز را رسما اعلام کرد.
در سال ۱۶۶۷م دانشمندی به نام «شرلی» گاز مرداب را کشف کرد اما اصلی‌ترین تاریخچه عملی گاز متان به عنوان ترکیب اصلی بیوگاز اصل از مواد تخمیر توسط «ولتا» و در سال ۱۷۷۳م شروع شده است. وی پس از مطالعات زیاد دریافت که مقدار گاز متان تولید شده بستگی به میزان خاک و برگ پوسیده گیاهان دارد که در طبقات زیرین زمین دفن شده‌اند. وی همچنین دریافت که در صورتی که نسبت معینی از گاز متان با هوا ترکیب شود تولید انفجار می‌کند. اولین تجزیه شیمیایی گاز متان نیز به وسیله نام‌برده صورت گرفته است.
در ایران نیز استفاده از زیست توده سابقه‌ای قابل توجه دارد. «محمدبن حسین عاملی» معروف به شیخ بهائی نخستین کسی است که بر اساس منابع تاریخی این منبع انرژی را به عنوان سوخت یک حمام در اصفهان به کار برده است.
اولین هاضم تولید گاز متان در ایران در روستای نیازآباد لرستان در سال گنجایش یک متر مکعب فضولات گاوی روستا را مورد استفاده قرار داده و بیوگاز مصرفی حمام مجاور را تامین می‌کرد. در سال ۱۳۵۹ش دو واحد کوچک آزمایشی در دانشگاه بوعلی سینا در همدان احداث شد که با فضولات کشتارگاه و کود گاوی یک واحد سه متر مکعبی بیوگاز را به صورت آزمایشی با فضولات گاوی تغذیه می‌کرد.
دانشگاه صنعتی شریف در سال ۱۳۶۱ش واحد بیوگاز توسط فضولات دامی را مورد بررسی قرار داد که از سوی معاونت انرژی وزارت نیرو در سیستان و بلوچستان، ایلام و کردستان احداث شد.
منابع زیست توده‌ها
طیف وسیعی از مواد در طبیعت در دسته زیست توده‌ها قرار می‌گیرند. البته تقسیم‌بندی‌های زیادی مطرح شده است اما مناسب‌ترین تقسیم‌بندی از منابع به این شرح است:
-فضولات دامی
-زباله‌های شهری
-فاضلاب‌های شهری
-ضایعات کشاورزی و جنگلی
-ضایعات و پسماندهای صنعتی
فضولات دامی، زباله‌های شهری، فاضلاب‌های شهری، ضایعات کشاورزی و جنگلی در دسته زیست‌توده‌ها قرار می‌گیرند که در سال‌های اخیر در برخی اقتصادهای توسعه‌یافته به منظور افزایش سهم آن‌ها در تامین انرژی مورد توجه قرار گرفته‌اند
بررسی بهره‌برداری اقتصادی زیست توده‌ها
۱-بهره‌برداری غیر نیروگاهی زیست توده‌ها: بخش اعظمی از سهم انرژی زیست توده در تامین انرژی اولیه مصرفی جهان به کاربردهای حرارتی و احتراق مستقیم به‌ویژه در کشورهای در حال توسعه اختصاص دارد. عمده‌ترین کاربرد منابع زیست توده در تامین حرارت و پخت و پز است.
۲-زباله‌سوز با سوخت RDF: سوخت‌های RDF از باقیمانده زباله‌های جامد شهری پس از جداسازی موادی از آن مانند شیشه‌ها و سایر ترکیباتی که نمی‌سوزند، تشکیل می‌شود. این سوخت می‌تواند به صورت یک سوخت جامد در بویلرهایی در RDF سوز استفاده شده یا به همراه زغال‌سنگ و یا نفت در بویلرهای چندسوخته سوزانده شود. همچنین در حال حاضر کوره سیمان به عنوان جانشین سوخت‌های فسیلی تزریق می‌شود.
۳- کربنیزه کردن: کربونیزه نهایی کربن در دمایی حدود ۴۰۰ الی ۶۰۰ درجه انجام می‌شود و در این مرحله میزان قابلیت جذب کربن فعال تا ۸۰ درصد انجام خواهد شد. محصولی از کربن که در این مرحله بدست می‌آید باید با استفاده از بخار آب و یا دی‌اکسید کربن و در دمای ۷۵۰ تا ۹۰۰ درجه از نظر ساختاری متخلخل شود و وسعت منافذ داخلی آن تا جایی که ممکن است افزایش یابد.
مشخصات سطح داخلی کربن فعال براساس پارامترهای مختلفی چون جنس ماده اولیه، نحوه فعال‌سازی و نوع مصرف کربن تغییر پیدا می‌کند. پس از اینکه فرآیندهای فعال‌سازی انجام شود می‌توان ماده حاصل را با اشکال و اندازه‌های مختلف و ظرفیت‌های جذب سطحی متفاوت طراحی و تولید کرد.
کربن فعال در ارتقاء کیفیت آب فاضلاب بسیار تاثیرگذار است و نوع مصرف آن از دستگاه‌های تصفیه آب صنعتی و پکیج‌های تصفیه فاضلاب بزرگ تا دستگاه‌های تصفیه آب خانگی کوچک تغییر پیدا می‌کند.
۴-انواع تکنولوژی آتشکافت: آتشکافت به روش معمول آتشکافت- گازسازی/ آتشکافت با بخارآتشکافت معمولی: پسماند شهری به عنوان یک ماده بسیار ناهمگن باید برای ورود به این سیستم پیش فرآوری شود. این روش مشتمل بر حرارت دادن یک ظرف مخزن در غیاب اکسیژن است.
۵-پلاسما: پلاسما حالت چهارم ماده محیط یونیزه شده‌ای است که در دمای بالا ایجاد می‌شود. با عبور یک جریان مستقیم بین کاتد و آند مشعل قوسی پلاسما و عبور همزمان هوا در فضای حلقوی شکل، محیطی با گرمای بسیار زیاد بین ۵۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰۰ درجه سلسیوس ایجاد می‌شود.
در واکنش‌گاه‌های پلاسمایی معمولا در اثر تخلیه الکترونی یک جریان مستقیم بین آند و کاتد، دمای بالای مورد نیاز برای تشکیل پلاسما ایجاد می‌شود در محدوده دمای بین ۵۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰۰ درجه سیلسیوس در راکتور پلاسما کلیه ترکیبات معدنی موجود در پسماند ذوب شده پس از خروج از راکتور در قالب‌های مناسب شکل‌دهی می‌شود.
از دید برخی کارشناسان، زیست‌توده می‌تواند به اشتغال‌های روستایی و تقویت نیروهای بومی کمک کند و عاملی برای خودکفایی اقتصادی در بخش انرژی باشد و دولت‌ها و شرکت‌های سرمایه‌گذار می‌توانند از این ظرفیت تمام‌نشدنی استفاده کنند
مزایای سیستم پلاسما
-توانایی عملکرد بر روی طیف وسیعی از مواد جامد و مایع با حداقل فرآیند پیش فرآوری و در بسیاری موارد بدون نیاز به فرآیندهای پیش فرآوری
-توانایی عملکرد بر روی طیف وسیعی از ضایعات که قابلیت استفاده از آن‌ها در زباله‌سوزها موجود نیست.
-ایجاد محصولات جانبی قابل فروش
-جلوگیری از توسعه لندفیل‌ها، عدم پخش خاکستر و ذرات معلق در هوا
-عدم گزارش اثرات سوءزیست محیطی تا بحال نسبت به سایر سیستم‌های گرما شیمی
معایب پلاسما نیز شامل قیمت بالا، انحصاری بودن فناوری، عدم تجاری شدن وسیع آن و مشکلات کار با دمای بالا است.
کلام آخر
با توجه به به‌روز شدن انواع تکنولوژی و فراگیر شدن استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر بسیاری از نیروگاه‌های زغال‌سنگ‌سوز و گازسوز می‌توانند به نیروگاه‌هایی با سوخت زیست توده تبدیل شوند.
منابع زیست توده از دید برخی کارشناسان می‌توانند به مهم‌ترین عامل توسعه پایدار تبدیل شوند و نسل آینده را از معضل انرژی‌های تجدیدناپذیر دور نگاه دارند. استفاده از زیست توده می‌تواند به اشتغال‌های روستایی و تقویت نیروهای بومی کمک کند و عاملی برای خودکفایی اقتصادی در بخش انرژی باشد و دولت‌ها و شرکت‌های سرمایه‌گذار می‌توانند از این ظرفیت تمام‌نشدنی استفاده کنند.
منبع
[۱]کردانی، علی. «ارزیابی اقتصادی و زیست محیطی زیست توده‌ها، نشریه مطالعات علوم کاربردی در مهندسی، پائیز ۱۴۰۰، دوره هفتم، شماره ۳.
نظر شما