ارائه تکنولوژی اصلاح تأسیسات کارخانه‌ها در جهت استفاده از سوخت‌ زیستی

پژوهشگران دانشگاه تکنولوژی چالمرز در سوئد سالها است در مورد امکان تغییر تسهیلات سوخت‌های فسیلی به مصرف‌کننده‌های سوخت‌ زیستی مطالعه می‌کنند و اکنون پس از ده سال مطالعه روی تکنولوژی تولید گاز از زیست‌توده، مجموعه‌ای از دستاوردهای تکنولوژیکی جدید خود را ارائه می‌دهند.

هنریک تنمن استاد دانشگاه چالمرز می‌گوید:

این پتانسیل فوق‌العاده است. تنها با استفاده از نیروگاه‌های انرژی موجود در سوئد می‌توانیم سوخت‌های تجدید پذیر معادل ۱۰ درصد سوخت هواپیمایی جهان تولید کنیم.

برای بسیاری از صنایع، چگونگی شیفت از سوخت‌های فسیلی به انرژی‌های تجدید پذیر مسئله‌ای پیچیده است. صنایع سنگینی مانند پالایشگاه‌های نفت و یا صنعت کاغذ و خمیر کاغذ، باید به‌سرعت به این سمت حرکت کنند؛ زیرا چرخه‌ی سرمایه‌گذاری در این مسیر بسیار طولانی است. در همین زمان باید در مورد سرمایه‌گذاری برنامه‌ریزی کرد. این مسئله مهم است؛ جایگزینی دیگ‌های بخار یا دیگر تأسیسات هزینه‌های عمده‌ی مالی دارد. در حال حاضر با تلاش‌ پژوهشگران دانشگاه چالمرز سوئد مسیر رفتن به این تغیییرات اساسی هموار شده است؛ تکنولوژی که می‌تواند به تأسیسات جدید اعمال شود و همچنین در هزاران کارخانه‌ی موجود در کل جهان قابل راه‌اندازی و کاربرد است.

دیگ بخار احتراق در مرکز انرژی چالمرز در سال ۲۰۰۷ در جهت استفاده از سوخت زیستی اصلاح شد. از آن زمان پژوهش‌های بسیاری به بررسی این تکنولوژی اختصاص یافت

راه حل طرح‌شده گازی کردن سوخت‌های زیستی در سطح وسیع است. البته این تکنولوژی خودش جدید نیست. از قبل می دانستیم که در دماهای بالا، زیست‌توده تبدیل به گاز می‌شود. از این گاز می‌توان در تولید محصولات نهایی که اکنون از نفت و گاز طبیعی به دست می‌آید، استفاده شود. پژوهشگران نشان داده‌اند که یک محصول نهایی، بیوگاز است که می‌تواند در شبکه‌‎های گاز موجود جایگزین گاز طبیعی شود.

قبلا توسعه‌ی تکنولوژی گازی کردن با مشکل آزاد شدن قیر از زیست‌توده همراه بود. اکنون پژوهشگران نشان داده‌اند که می‌توان کیفیت زیست‌توده را طی فرایندهای شیمیایی بهبود بخشید و به شیوه‌های جدید قیر هم می‌تواند مدیریت شود. این موضوع در ترکیب با پیشرفت در تولید مواد انتقال‌دهنده‌ی گرما، فرصت‌ تبدیل دیگ‌های بخار حرارتی را به گاز سوز زیست‌توده فراهم می‌کند.

فرآیند گازی کردن شامل چندین مرحله از جمله پیش تصفیه‌ی مواد اولیه، گازی کردن، پالایش گاز و مصرفآن در یک موتور گازی یا هر دستگاه دیگر

مارتین سیمن استاد دانشگاه چالمرز می‌گوید:

چیزی که این تکنولوژی را برای صنایع مختلف بسیار جذاب می‌کند این است که امکان اصلاح دیگ‌های بخار کنونی وجود دارد.

پروفسور هنریک تنمن می گوید:

ما دیگ بخار تحقیقاتی خود را در سال ۲۰۰۷ به این شیوه احیا کردیم و اکنون تحقیقات زیادی پشت این طرح‌ها است. با تجربه‌هایی که با مطالعه در مقیاس صنعتی به دست آورده‌ایم، اکنون می‌توانیم بگوییم این تکنولوژی برای کل جهان آماده است.

کارخانه‌هایی که می‌توانند به گازسوز از این نوع تبدیل شوند، عبارتند از نیروگاه‌های برق و حرارت، کارخانه‌های کاغذ و خمیر کاغذ، کارخانه‌های چوب، پالایشگاه‌های نفت و پتروشیمی.

کلارا هلستاد مدیر بخش انرژی پایدار در آژانس انرژی سوئد می‌گوید:

راه حل‌های تکنیکی توسعه‌یافته توسط پژوهشگران چالمرز متناسب با حوزه‌های صنعتی مختلفی هستند.

آژانس انرژی سوئد سال‌ها است سرمایه پژوهش‌های دانشگاه چالمرز را تأمین می‌کند. اینکه چقدر این پتانسیل تکنولوژیکی می‌تواند به واقعیت تبدیل شود به شرایط اقتصادی سال‌های پیش رو و نیز نحوه‌ی تأثیر روی تمایل بخش‌های مختلف صنعت و انرژی به این تغییر بستگی دارد. دسترسی به زیست‌توده نیز عامل مهمی است. زیست‌توده منبع تجدید‌پذیری است اما به شرط اینکه ما شرایط تولید آن را از بین نبریم. بنابراین محدودیتی در مورد کل خروجی زیست‌توده وجود دارد.

پتانسیل سوخت‌ غیر فسیلی از طریق گاز سوز کردن کارخانه‌های موجود

تأسیساتی که می‌شود آن‌ها را در جهت استفاده از سوخت‌های زیستی تغییر داد، دارای نوعی دیگ احتراق هستند که بستر سیال (متحرک) نامیده می‌شود. این نوع دیگر بخار رایج‌ترین تکنولوژی در نیروگاه‌های برق و حرارت در سوئد است و در بسیار از کارخانه‌های چوب و خمیر و کاغذ نیز وجود دارد. در مجموع حدود بیش از صد کارخانه در سوئد دارای دیگ‌های بستر سیال هستند.

اگر تمام این کارخانه‌ها در جهت استفاده از سوخت زیستی اصلاح شوند، قادر به تولید سالانه ۳۴۶ تراوات ساعت بیوگاز (متان) هستند؛ با فرض اینکه سوخت زیستی کافی در دسترس باشد. این مقدار معادل تقریبا یک درصد از کل گاز طبیعی مصرفی جهان در سال ۲۰۱۳ است. از سوی دیگر کارخانه‌ها می‌توانند ۲۷۸ تراوات ساعت سوخت هواپیمایی در سال تولید کنند که این مقدار نیز تقریبا برابر ده درصد از کل مصرف سوخت هواپیمایی جهان در سال ۲۰۱۴ است.

مصرف سوخت زیستی در سناریوهای بالا فراتر از برآوردهای تولید صنعت کشاورزی و جنگلداری سوئد است؛ بنابراین تبدیل وسیع تأسیسات در جهت استفاده از سوخت‌های زیستی، احتمالا نیاز به واردات این نوع سوخت نیز دارد.

تنوع در محصولات نهایی

این فناوری از نظر محصولات نهایی بسیار انعطاف پذیر است. با گازی کردن زیست توده سینگاز (ترکیبی از هیدروژن، کربن مونوکسید و کربن دی‌اکسید) تولید می‌شود که قابل تبدیل به انواعی از هیدروکربن‌ها است. علاوه بر تولید بیوگاز و سوخت هواپیمایی می‌توان محصولاتی همچون متانول، بنزین و سوخت دیزلی نیز تولید کرد.

علاوه بر نیروگاه های برق و حرارت و نیز کارخانه‌های چوب و خمیر و کاغذ، این تبدیل می‌تواند در پالایشگاه نفت و پتروشیمی هم انجام شود. در نتیجه‌ی فرایند گازی‌سازی، هیدروکربن‌های تجدید پذیر تولید می‌شوند که می‌توانند جایگزین نفت در تولید مواد شیمیایی و سوخت‌ها شوند.

از این فناوری برای تولید سوخت الکتریکی هم می‌توان استفاده کرد. این‌ها سوخت‌های مصنوعی وسایل نقلیه هستند که با احتراق کربن دی‌اکسید از سوخت زیست توده، الکتریسیته و آب تولید می‌شوند. در سیستم تولید انرژی آینده می‌توان از این روش هم در کنار تولید برق با استفاده از سلول‌های خورشیدی و نیروی باد، استفاده کرد. در چنین شرایطی می‌توان سیستمی طراحی کرد که بین وضعیت‌های مختلف قابل تغییر باشد (در هز زمان بسته به نیاز و هزینه‌ها از یکی از این روش‌ها استفاده شود).

دسترسی مداوم به زیست توده تولید شده

در مورد اینکه چقدر زیست‌توده به‌طور مداوم می‌تواند تولید شود، اختلاف نظرهایی وجود دارد. جورن برندز استاد دانشگاه چالمرز می‌گوید:

ارزیابی من این است که زیست توده می‌تواند سهم قابل توجهی در عرضه انرژی داشته باشد؛ اما آن اندازه نیست که تمام نیاز تأسیساتی که اکنون از سوخت فسیلی استفاده می‌کنند، برآورده سازد. بدون توجه به اینکه زیست توده در نهایت چگونه مورد استفاده قرار گیرد، باید تضمین شود که آن از کشاورزی و جنگلداری پایدار به دست می‌آید. اعمال قوانین، آیین‌نامه‌ها و گواهی‌ها در جهت تولید پایدار، شرایط بهتری فراهم می‌کند؛ ولی کشورها و افراد مختلف از لحاظ معیارهای پایداری تولید از هم متفاوت عمل می‌کنند. پس لازم است این تغییر به سمت تجدید پذیری با بحث در مورد پایداری راه حل‌های مختلف مشخص شود.