مصادر الطاقة البديلة: الكتلة الحيوية

تعد الكتلة الحيوية واحدة من أسرع مصادر الطاقة المتجددة نموًا. لكن ما هي بالتحديد الكتلة الحيوية؟ وكيف يمكن استخدامها؟ وكيف يحتمل أن تحل محل النفط والغاز الطبيعي والفحم ونحن نعتمد عليهم اعتمادا تاما؟
يخبرنا الاسم الكتلة الحيوية ما يلي: مادة حيوية - في هذه الحالة هي النباتات تقريبًا - بكميات هائلة (أي كتلة) يأخذ وقود الكتلة الحيوية الطاقة من النباتات ويحولها إلى شكل يمكن استخدامه لتوليد الطاقة أو تعبئة السيارة بالوقود.
وفيما يلي شرح لكيفية حدوث الأمر. خلال عملية التمثيل الضوئي، تقوم النباتات بتكوين الكربوهيدرات والسكريات والنشويات. والكربوهيدرات هي مركبات عضوية تتكون من الكربون والهيدروجين. وتقوم هذه المركبات بتخزين الطاقة في الروابط التي تجمعهم معا. وبعدها يتم إطلاق الطاقة المخزونة عند تناول النباتات، أو بصورة أهم في هذه الحالة، عندما يتم حرق النباتات. ثم يتحد الأكسجين الموجود في الهواء مع الكربون في النباتات لإطلاق الطاقة، والمياه، وثاني أكسيد الكربون (CO₂). ويتم تطبيق الطاقة على الماء المغلي، مما يحوله إلى بخار. ويقوم البخار بتحريك التربينات لتوليد الكهرباء.

مصدر الصورة وزارة الطاقة (DOE)/المعمل الوطني للطاقة المتجددة (NREL)، أندرو كارلين، مصورو عمال تريسي شاحنة تنزل الخشب الذي سيمد معمل تريسي للكتلة الحيوية بالوقود، تريسي، كاليفورنيا.

هناك طريقة أخرى لإطلاق الطاقة من النباتات. تقوم عملية التخمر بتحويل السكريات في النباتات إلى كحول. وفي الصورة السائلة أو الغازية، يمكن أن يتم حرق الكحول بعدها لإطلاق الطاقة. ويطلق على الوقود الناتج عن طريق الكتلة الحيوية اسم الوقود الحيوي.
أفضل شيء في الكتلة الحيوية هو أنه بسبب كونها تأتي من النباتات، فإنه يسهل تجديدها - حيث النباتات تنمو بلا توقف. تتعدد الاستخدامات الممكنة للكتلة الحيوية. وعلى أساس أن النباتات تستخدم الهيدروجين ونفس اللبنات الكربونية كما هو الأمر مع الوقود الأحفوري، فقد تتمكن الكتلة الحيوية من أن تحل محل النفط كمادة أولية لما يسمى السلع الكيماوية. وهذه هي المواد الكيميائية التي تستخدم في صناعة منتجات شائعة مثل صناعة البلاستيك والدهانات والمواد اللاصقة. والآن، لا تزال الكتلة الحيوية تشكل أحد الموارد المتجددة غير المستغلة إلى حد كبير.

ما هي الكتلة الحيوية؟

يغطى مصطلح الكتلة الحيوية وهو مصطلح له معنى واسع، تقريبًا أي نوع من أنوع الفضلات النباتية. ويشمل ذلك الفضلات الخشبية والزراعية والقمامة علاوة على بعض المحاصيل تتم زراعتها خصيصًا من أجل وقود الكتلة الحيوية.

مصدر الصورة وزارة الطاقة (DOE)/المعمل الوطني للطاقة المتجددة (NREL)، أندرو كارلين، مصورو عمال تريسي يقوم مصنع تريسي للكتلة الحيوية بمدينة تريسي بولاية كاليفورنيا بحرق فضلات الأخشاب الناتجة عن العمليات الزراعية والصناعية لتوليد الطاقة لمنطقة سان فرانسيسكو بولاية كاليفورنيا. ويعمل المصنع بطاقة 21 ميجاوات.

منذ آلاف السنين، وضع شخص ما عن عمد الخشب على النار لتوليد الحرارة. وقد كان ذلك أول استخدامات وقود الكتلة الحيوية. ولطالما كان الخشب يستعمل كوقود على مدى فترات طويلة. وفي كثير من البلدان، لا تزال الناس تقوم بتدفئة منازلهم وطهي طعامهم فوق نيران الأخشاب. ولكن على الرغم من توافر الخشب، إلا أنه يعد وقودًا لا يتميز بالكفاءة نسبيا عند حرقه في النيران التقليدية. ولكن عند استخدامه ككتلة حيوية، يصبح الخشب وقودًا أكثر كفاءة بكثير.

الأنظمة الحية

يستفيد الناس من فضلات الأخشاب أو النباتات الناتجة عن الصناعات المختلفة عن طريق حرقها من أجل الطاقة. تأتي هذه الفضلات من مصادر مثل قطع الأشجار، أو صناعة البناء، أو مصانع الورق، والمخلفات الزراعية من الفلاحة، و حتى النفايات الصلبة من أراضي الدفن وغاز الميثان الذي ينبعث منها. إضافة إلى ذلك، هناك بعض الأعشاب التي تنمو لتتخمر وتصبح وقودًا حيويًا.

كيف يمكن استخدام أنواع الوقود من الكتلة الحيوية؟

يتم، في جميع أنحاء العالم، حرق وقود الكتلة الحيوية - في الغالب المنتجات الخشبية - إلى جانب الفحم في معامل إنتاج الكهرباء من الفحم. وتسمى هذه العملية الحرق المشترك لأنها تستخدم نوعين من الوقود بدلاً من نوع واحد. وتنجح عملية الحرق المشترك مع كل أنواع غلايات الفحم. حيث تحتاج هذه الغلايات فقط إلى تعديلات ثانوية للحصول على أفضل ناتج من وقود الكتلة الحيوية. وتضيف أكثر العمليات كفاءةً وقود الكتلة الحيوية بعد أن يتم تفتيت الفحم.
في عام 2005، استخدمت دول الاتحاد الأوروبي الكتلة الحيوية لنحو 4% من إمدادات الطاقة الخاصة بها. وقد كان لكل من فنلندا والسويد قصب السبق في هذا الأمر، في استخدام الكتلة الحيوية في توليد ما يقرب من 16% إلى 20% من إمدادات الطاقة لهما. ولاتزال المشاريع التي تستخدم فضلات الكتلة الحيوية قيد التطوير في آسيا، وذلك لاستبدال الخشب الذي مازال مستعملا في العديد من الأمكان. كما يتم تطوير هذه المشاريع أيضًا في أفريقيا.
اعتبارًا من عام 2002، كانت الولايات المتحدة تمتلك نحو 9733 ميجاوات من طاقة وقود الكتلة الحيوية. تحترق الكثير من هذه الكتلة بصورة مشتركة مع الفحم لتفوير حمل طاقة أساسي - الطاقة الأساسية التي توفرها محطة التوليد. (الطاقة الكهربائية اللازمة لتلبية المتطلبات العالية، كما في موجة الحرارة، هي في وضع الذروة.) توفر الكتلة الحيوية أكثر من 3 ٪ من مجموع الطاقة الأمريكية. ولقد تجاوز وقود الكتلة الحيوية الطاقة الكهرمائية كمصدر رائد في الولايات المتحدة للوقود المتجدد.

مصدر الصورة EGF، يتم في مدينة هارتمانس بجمهورية التشيك إحلال فضلات الأخشاب محل الفحم كوقود لمشروع التدفئة المركزية.

وفي كثير من الأحيان، يتم استخدام وقود الكتلة الحيوية من قبل الصناعة التي ولدته. فعلى سبيل المثال، صناعة منتجات الغابات تحرق النفايات الخشبية الناتجة عنها لتوليد البخار والكهرباء لتشغيل محطاتها. وتشتمل هذه النفايات على نشارة الخشب، وفروع الأشجار غير المستغلة، ورقائق الخشب. في الواقع، تولد صناعة منتجات الغابات أكثر من نصف احتياجاتها من الكهرباء الخاصة باستخدام النفايات الخاصة بها. وتقوم صناعة الورق ولب الورق بالشيء نفسه لتوفير الطاقة لمصانع الورق.
يتمثل الاستخدام الرئيسي الآخر للكتلة الحيوية في توليد الوقود الحيوي. ويتم تخمير المحاصيل القائمة على النشا أو السكر لتصبح كحولاً إيثيليًا، والمعروف باسم الإيثانول. حيث تشغل البرازيل معظم مركباتها بالإيثانول بدلا من الجازولين. وقد بدأ التحويل إلى الإيثانول في منتصف السبعينات عندما ارتفعت أسعار الجازولين للمرة الأولى. وقد قرر قادة البرازيل إنهاء اعتماد البلاد على النفط. وببطء على مر السنين، تطورت صناعة الإيثانول. وتقوم البرازيل بزراعة قصب السكر، وتخمره، ثم تحوله إلى إيثانول. يلزم أن تكون السيارات البرازيلية "مرنة في استخدام الوقود"، بمعنى أنها يجب أن تكون قادرة على استخدام كل من الإيثانول والجازولين. وعليه، يقوم المستهلكون باختيار ما سيستخدمونه في محطات التعبئة، حيث يكونوا قادرين على رؤية سعر كل وقود.
هناك بلدان أخرى تتبع نهج البرازيل ببطء. حيث تعمل الصين ودول الاتحاد الأوروبي على زيادة إنتاج الإيثانول. فقد كان هناك 12.9 مليار لتر (3.4 مليار جالون) من الإيثانول في الولايات المتحدة في عام 2004، أي ما يقرب من ضعف ما كان عليه عام 2002. والإيثانول المصنوع يضاف إلى الجازولين لرفع الأوكتين وللحد من الانبعاثات. وفي الولايات المتحدة، يعد الذرة مصدرًا للإيثانول. ومع هذا، يشكل ذلك مصدرًا أقل كفاءة بكثير من الإيثانول عن قصب السكر أو بنجر السكر، مما ينتج كمية أقل من الإيثانول للأكر الواحد، مقارنة مع الاثنين الآخرين.

مصدر الصورة IEA Bioenergy، مصنع تكرير الإيثانول في البرازيل. يمكن للسيارات في البرازيل استخدام إما الإيثانول أو الجازولين.

هناك نبات يسمى الدخن العصوي (Switchgrass) قد يمثل بديلاً للذرة كمصدر لإنتاج الإيثانول في الولايات المتحدة. ونظرًا لنموه في سهول أمريكا الشمالية، فإن هذا العشب يعد مصدرًا أكثر كفاءة بكثير لإنتاج الإيثانول من الذرة. ولكن استخدام هذا المحصول لا يزال في مراحل الاختبار.
هناك خليط من وقود الديزل والإيثانول يدعى إي-ديزيل (E-diesel) يجري اختباره في أساطيل حافلات المدن في الولايات المتحدة. ومع ارتفاع أسعار البنزين، فإن الرغبة في استخدام المركبات التي تعمل بطاقة الإيثانول ستستمر في الزيادة.
يزداد استخدام وقود الديزل الحيوي بسرعة في أوروبا. ويتكون وقود الديزل الحيوي عندما تخضع الزيوت النباتية لعملية تسمى التصبن (transesterification). كما يمكن أن تصبح الدهون الحيوانية وشحوم المطاعم وقود الديزل الحيوي. ويمكن أن يحل هذا الوقود الحيوي محل وقود الديزل بشكل كامل أو يمكن أن يستخدم في مزيج مكون من 80 ٪ ديزل و20 ٪ وقود الديزل الحيوي. لقد أنتجت الدول الأوروبية أكثر من 3 ملايين طن متري من وقود الديزل الحيوي في عام 2005. وتعد ألمانيا حتى الآن أكبر منتج وأكبر مستهلك. كما أن هناك برامج تروج لبدء استخدام وقود الديزل الحيوي في جميع أنحاء العالم.

العوائق

الكتلة الحيوية كوقود لها عيوبها. فمثل الوقود الأحفوري، تقوم بالحرق، الذي بدوره ينتج ثاني أكسيد الكربون (CO₂). يطلق الوقود الأحفوري ثاني أكسيد الكربون (CO₂) منذ القدم، مضيفًا المزيد من CO₂ إلى الغلاف الجوي. ويتم امتصاص CO₂ المنبعث عن حرق وقود الكتلة الحيوية من قبل النباتات التي تنمو لتحل محله. وبالتالي، يعتبر وقود الكتلة الحيوية "محايد للكربون".

أسفل الطريقومع ذلك، لا يزال يلعب الوقود الحفري في هذا الوقت دورًا رئيسيًا في معادلة الكتلة الحيوية. فهي تستخدم في جميع مراحل إنتاج الكتلة الحيوية: زراعة النباتات وعملية الحصاد والنقل البحري والمعالجة. وحقا، لن تكون الكتلة الحيوية محايدة للكربون حتى تقوم جميع فروع الأعمال باستخدام الوقود المتجدد. ولايزال وقت حدوث ذلك مجرد تخمينات. وفي الوقت ذاته، لا يزال وقود الكتلة الحيوية خطوة إلى الأمام في خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون (CO₂)، حيث تقل كميات غاز CO₂ المضافة إلى الغلاف الجوي باستخدام الكتلة الحيوية.
هناك احتمال قوي بأن تحل الكتلة الحيوية محل النفط والغاز والفحم في كثير من التطبيقات. حيث ترعى الحكومات في جميع أنحاء العالم البحوث لزيادة تطوير الكتلة الحيوية كمادة أساسية متطورة للوقود. وتشمل الأشياء تحت التطوير مصانع تكرير الكتلة الحيوية. ستتخذ معامل التكرير تلك مختلف أنواع وقود الكتلة الحيوية لتولد مواد خام دائمة لاستخدامها في مجموعة متنوعة من الصناعات. ويستخدم أحد أنواع مصانع التكرير السكر في السليلوز واللجنين داخل النبات كأساس للتخمير، لصناعة منتجات مثل الإيثانول. وبهذه الطريقة، يمكن استخدام النباتات الخشبية والأعشاب لإنتاج الوقود الحيوي. وينتهج النوع الآخر نهجا حراريا لتوحيد الكتلة الحيوية، مما يجعله وقودًا سائلاً أو غازيًا أكثر كفاءة.
في النهاية، يرى الباحثون أن وقود الكتلة الحيوية سيحل محل النفط كمصدر للكثير من المواد الكيميائية المستخدمة في العالم الحديث. وقد تخرج منتجات مثل البلاستيك والدهانات والمواد اللاصقة من وقود الكتلة الحيوية بدلا من المواد الكيميائية التي تعتمد على النفط...
لمزيد من المعلومات زيارة الرابط :
http://www.planetseed.com/ar/node/15401