الاستثمار في تقنية تحويل نفايات المزارع إلى الطاقة الكهربائية – د. عماد ناجي الشافعي*

تحتاج الكثير من المزارع إلى ادارة واستثمار نفاياتها الزراعية بطريقة حديثة لتقليل تلوثات الحرق أو الدفن وكذلك للعناية بالمزارع الخضراء وزيادة مساحتها وحماية البيئة من الآثار الجانبية كتكاثر الحشرات والقوارض.

وهذا يدعو إلى انشاء مؤسسات صغيرة استثمارية في مجال الطاقة وتعاون من جميع أصحاب المزارع لتجميع النفايات والمخلفات للتقليل من الآثار الجانبية إلى الحد الادنى والاستفادة منها بتحويلها إلى طاقة كهربائية يمكن استغلالها في تشغيل مكيفات ومراوح البيوت المحمية وبيوت الدواجن ومعدات ضخ المياة للمزارع لزيادة الانتاج.

ويمكن استخدام تقنية الغازيفيكيشن (Gasification) التي تحول المواد الكربونية الصلبة أو السائلة من النفايات الزراعية (biomass) إلى حاله غازية بواسطة وحدات تعمل بحرارة عالية لتحويل هذه المواد إلى وقود الغاز المتمثل في غاز الهيدروجين وثاني وأول اكسيد الكربون والميثان. ويتم ربطها مباشرة إلى مولد الكهرباء للغاز لتوفير طاقة 100-1000 كيلووات للوحدات الصغيرة. وتعتبر تقنية الغازيفيكيشن (Gasification) أحد المسارات المفضلة لشركة سيمنس الألمانية (Siemens) وعقودها المستقبلية مع الاتحاد الأوروبي لتوفير الطاقة الكهربائية والسيطره على كميات ثاني اكسيد الكربون المنبعثة في حالة استخدام غاز الأوكسجين بدل الهواء.

كما تنتشر هذه التقنية في شرق اسيا وألمانيا لتوفير الطاقة الكهربائية من النفايات الزراعية (Biomass) المتوفرة لديهم بكميات كبيرة. ويتم ربطها مع شبكة الكهرباء العامة وبيع الطاقة الكهربائية وخاصة للمشاريع فوق 1-20 ميغاوات.

والجدير بالذكر أن عملية الغازيفيكيشن (Gasification) هو كما ذُكِر سلفاَ هو التحول الحراري للمواد الكربونية إلى الغاز وتعمل على حرارة بين 500 إلى 1200 درجة حرارة مئوية وتضاف كميات متناسبة من الهواء (الأوكسجين) مع كمية المواد الكربونية. وهي مختلفة عن عملية التحلل الحراري (Pyrolysis) للمواد الكربونية (مثل البلاستيك والاطارات) إلى الوقود السائل وجزء من غاز الوقود حيث أن هذه العملية تتطلب درجة حرارة أقل بين 300-600 درجة حرارة مئوية وهي بمعزل عن الهواء (الأوكسجين).

وفي إيجاز أن وحدة الغازيفيكيشن يتم فيها اكثر من عملية تكسير داخلي مثل التكسير الحراري والاحتراق الداخلي للمواد الكربونية تحت الحرارة العاليه وكذلك بوجود كمية الهواء الموازية لكمية المواد الكربونية من النفايات الزراعية ليساعد في الاحتراق الجزئي ويالتالي تساهم في عملية التفكيك للمواد الكربونية لغاية 70-75% لزيادة كميات الغاز المنتجة. ويوجد عدة أنواع من وحدات الغازيفيكيشن التي تُستَخدم لتوليد الغاز مثل وحدة ذات السحب العلوي ووحدة السحب السفلي للغاز المنتج. وهناك أيضاً الوحدة المتحركة للمواد الكربونية وتسمى بـ (Fluidized bed reactor) والتي لها كفاءة عالية وجيدة لتكسير الكثير من المواد الكربونية (Biomass) المتنوعة من نفايات المزارع من الاخشاب والحشائش والأوراق والثمار ونفايات البلاستيك وكذلك الأسمدة الحيوانية. وتعمل هذه الوحدة بدرجات حرارة متفاوتة. ومن أهم ما يميز هذه الوحدة هو توفر أحجام صغيرة ومتوسطة منها ملائمة لاستخدام المؤسسات الزراعية لتحويل النفايات إلى طاقة كهربائية فعالة.

وحيث أن وحدات الغازيفيكيشن تعتمد على مولدات الكهرباء على الغاز التى تعمل على غاز المنتج من الغازيفيكيشن وتساهم بتوليد طاقة كهربائية من بين 50-1000 كيلووات وتترواح أسعارها بين 20,000 – 100,000 ريال. هذه الوحدات ذات كفاءة عالية وضمان تشغيلي من 1-5 سنوات. وتتطلب هذه المولدات وجود وحدة لتصفية الغاز الناتج من وحدة الغازيفيكيشن لمنع دخول الغبار والرطوبة للمحافظة على العمرالزمني للمولدات. وكذلك يحتاج إلى وحدة ملحقة لعزل غازات أوكسيد النيتروجين وأوكسيد الكبريت لتكون مولدات ووحدة غاز الغازيفيكيشن صديقة للبيئة.

وفي اسواق الطاقة توفر شركة كينغجو كيسن للطاقة الصينية (Qingdao Kexin) معامل كاملة من وحدات الغازيفيكيشن باحجام مختلفة. مثلأ وحدة بحجم 100 كيلووات لها طاقة تحميل نفايات المزارع بـ 150 كجم في الساعة وتبلغ قيمتها بـ 375,000 ريال سعودي و من المتوقع أن تخدم هذه الوحدة بين 5-20 مزرعة في حالة ايصال شبكة الكهرباء اليهم. بينما وحده بحجم 400 كيلووات لها طاقة تحميل نفايات المزارع بـ 650 كجم في الساعة وتبلغ قيمتها بـ 1,100,000 ريال سعودي حيث تخدم هذه الوحدة بين 20-100 مزرعة وورش في حالة ايصال التيار لها مباشرة. علماَ  ان هذه التقنية لوحدات الغازيفيكيشن تستهلك 8-10% من الطاقة الكهربائية المنتجة.

كما نجد أن استخدام تقنية معامل الغازيفيكيشن لتحويل نفايات المزارع إلى طاقة من الخيارات المفضلة لدى الكثير من الدول نظراَ لسرعة إعادة رأس المال خلال ثلاث سنوات من الاستثمار بعد خصم التكاليف التشغيلية. وتتفاوت اسعار وحدات الغازيفيكيشن لتحويل النفايات الزراعية إلى طاقة ما بين 100,000-2,000,000 ريال على حسب تقنية التحويل الحرارية المستخدمة في الوحدات والكميات الاستيعابية التى يتم تحويلها إلى الغاز وجودة مولدات الكهرباء التى تعمل على غاز و ملحقاتها من المحولات الكهربائية لاستخدام الكهرباء المزدوج لربط المزارع بتقنية معامل الغازيفيكيشن وكهرباء المدينة في حالة نقص التيار من معامل الغازيفيكيشن.

وعليه يمكن نستنتج أن استثمار تقنية معامل الغازيفيكيشن المزودة بصفايات تنقية الغازات وتحويل النفايات الزراعية إلى طاقة كهربائية سيكون لها مردود ايجابي على البيئة والصحة والاستفادة الفعاله لتوفير الكهرباء وزيادة الانتاج الزراعي.

*دكتوراه في الهندسة الكيميائية