احتمال تحويل المحاصيل إلى طاقة متبادلة في البلدان النامية

وفي جميع أنحاء العالم النامي، لا تتوفر لمئات الملايين من الناس إمكانية الحصول على طاقة حديثة موثوقة، وفي الوقت نفسه، فإن كميات كبيرة من مخلفات الزراعة - أكواخ القمح، ومفاتيح الذرة، وقذائف الجوز الهندية، وأكياس السكر - تحترق في حقول مفتوحة، وترميم الدخان، وثاني أكسيد الكربون، وغرامة الجسيمات، وتتداخل هذه التحديات مع وجودة في فرصة محولة:

Understanding Crop Residue Feedstocks

أما مخلفات المحاصيل فهي مواد نباتية غير صالحة للأكل تُترك في الميدان بعد الحصاد أو تولد أثناء التجهيز، وتشمل الفئات الرئيسية مخلفات الحقل (الاستعباد، والغطاء، والملاحق) ومخلفات العمليات (الأسكة، والقذائف، والأكياس، واللباب) وتقدر FAO أن الإنتاج السنوي العالمي من مخلفات المحاصيل الرئيسية يتجاوز 4.5 بليون من البلدان.

وتختلف مخلفات المحاصيل اختلافاً كبيراً في خصائصها التي تؤثر على مدى ملاءمتها للطاقة الأحيائية، إذ إن محتوى الضبط، والقيمة السعرية، ومحتويات الرماد، والتكوين الأولي (الكربون، والهيدروجين، والأكسجين، والنيتروجين) يتفاوت تفاوتاً كبيراً، فعلى سبيل المثال، فإن حدائق الأرز يحتوي على محتوى سليم عالي التحلل من حيث التركيب، كما أن تصميم مسارات الغازية.

وفي الوقت الراهن، يُترك جزء كبير من هذه المخلفات إما للتحلل (ترك الميثان في ظروف هائية) أو يُحرق عمداً إلى مناطق خالية بسرعة من دورة الزراعة التالية، ويسهم الحرق المفتوح إسهاماً كبيراً في تلوث الهواء الموسمي، ولا سيما في جنوب وجنوب شرق آسيا، حيث ترتبط ظاهرة " السحب " بملايين الوفيات المبكرة سنوياً، ويُعد محتوى الطاقة المقفل في هذه المخلفات هائلاً:

مسارات تحويل الطاقة الأحيائية

ويمكن للعديد من التكنولوجيات المثبتة أن تحول مخلفات المحاصيل إلى طاقة مفيدة، ويعتمد الاختيار على خصائص المواد الوسيطة، وعلى الحجم، ومتطلبات الاستخدام النهائي، ورأس المال الاستثماري المتاح.

تكوين الحرارة والكهرباء

إن الاحتراق المباشر في مغلي الكتلة الحيوية أو المواقد هو أكثر التكنولوجيات القائمة، إذ تحرق المبيدات لإنتاج البخار الذي يقود توربين لتوليد الكهرباء، أو لمجرد توفير الحرارة للعمليات الصناعية أو لتدفئة المناطق، كما أن محطات الطاقة الكهربائية المخصصة للكتلة الأحيائية يمكن أن تحقق أزواجاً من 20 إلى 25 في المائة لوحدات توليد الكهرباء فقط، أو ما يصل إلى 85 في المائة في شكل حراري وكهربائي مختلط (CHP).

التوثيق

فالغاز يحوّل الكتلة الحيوية الصلبة إلى غاز توليفي قابل للاحتراق (الغاز) يتألف أساسا من أول أكسيد الكربون والهيدروجين، ويمكن حرق الغازات الاصطناعية في محرك الاحتراق الداخلي أو توربين الغازات الصغيرة، أو يجري تجهيزها مرة أخرى في الوقود السائل (عن طريق تركيب رقائق فيشر - تروبش) أو ميثان متجدد، ويتيح تركيب كميات من الغازات الكهربائية أعلى من الفلور (30 إلى 35 في المصانع الكبيرة).

النبذة الجوية

وتسخير الهضم الأيروبي للثروة الحيوانية لتكسير المادة العضوية في غياب الأكسجين، وإنتاج الغازات الأحيائية (60 في المائة من الميثان، و40 في المائة من ثاني أكسيد الكربون) بينما تكون المواد الوسيطة المستخدمة في الخدر الحيواني أو نفايات الأغذية أكثر شيوعاً، يمكن أن تُستخدم بعض مخلفات المحاصيل (مثل الأكياس، وسمك الذرة، والأوراق الخضراء) في إنتاج نفايات الحيوانات أو محاصيل الطاقة.

التحلل الحراري والسيك الحراري الوبائي

وينتج التحلل الحراري الكتلة الأحيائية في غياب الأكسجين لإنتاج النفط الأحيائي (وقود سائل)، وشار (بيوشار)، وغاز الغازات، وينتج التحلل السريع ما يصل إلى 75 في المائة من النفط الأحيائي حسب الكتلة، ويمكن رفعه إلى وقود النقل الكثيف أو إحرقه في الأربينات، ويُدرج إنتاج المواد الكيميائية البطيئة في البلدان النامية.

الخصم

ويمكن أن تُخصم الإيثانول السائل المغنطيسي الذي يُعد غنياً بالسكر أو النجم (مثل أكياس السكر، وفول الكاسفا، وأجهزة المطاردة الحلوة) في الإيثانول.() وتُعتبر مادة الإيثانول المغناطيسي، التي تستخدم التحلل المائي العالي، ناضجة تجارياً في عدة بلدان، رغم أن تكلفة الانزيمات لا تزال حاجزاً في بيئات منخفضة الدخل().

الفوائد الرئيسية للبلدان النامية

وتمتد مزايا مخلفات المحاصيل إلى الطاقة عبر الطاقة والبيئة والاقتصاد، مما يجعلها خياراً جذاباً بشكل فريد بالنسبة للجنوب العالمي.

أمن الطاقة والوصول اللامركزية

وتنفق البلدان النامية بلايين الدولارات سنويا على الديزل المستورد وزيت الوقود الثقيل والفحم. وتخفض بدائل الطاقة المحلية القائمة على المخلفات مباشرة فواتير الاستيراد وتحمي الميزانيات الوطنية من أسعار الوقود الأحفوري المتقلبة، وعلاوة على ذلك، توزع موارد الكتلة الأحيائية على نطاق واسع في المناطق الريفية، مما يتيح توفير شبكات غير مركزية صغيرة أو غير زراعية يمكن أن تصل إلى المجتمعات المحلية بعيدا عن الشبكة الوطنية، وهذا يتسق مع [الهدف 7] من الأهداف الإنمائية المستدامة للأمم المتحدة.

Environmental and Climate Benefits

أما حرق الحقول المفتوحة مع الاحتراق المراقَب في المغليات أو المزيجات الفعالة، فيقلل بشكل كبير من انبعاثات المادة الجسيمية، والكربون الأسود (وهو ملوث مناخي قصير الأجل ينطوي على إمكانات شديدة الاحترار)، وثاني أكسيد الكربون، والمركبات العضوية المتطايرة.

الفرص الاقتصادية وسبل العيش الريفية

فسلسلة قيمة المخلفات إلى الطاقة تؤدي إلى خلق فرص عمل في مجالات جمع المحاصيل والبغل والنقل والتخزين والتطهير وتشغيل النباتات، مثلاً، يتطلب إنشاء محطة لتغويز الكتلة الحيوية تابعة لوزارة الزراعة فريقاً يضم 5-10 مشغلين دائمين بالإضافة إلى عشرات من جامعي النفايات الموسمية، ويمكن أن تكمل الإيرادات المتأتية من بيع الكهرباء أو الوقود إيرادات المزارع بصورة كبيرة.

إدارة النفايات والنشر

ويقع عبء التخلص على المزارعين حالياً بملايين الأطنان من المخلفات، إذ أن الحرق رخيص وسريع، ولكنه غير قانوني في العديد من المناطق بسبب المخاطر الصحية والظاهرية، كما أن مخلفات الطاقة من النفايات تعطي قيمة سوقية، مما يحفز المزارعين على جمعها وتسليمها بدلاً من الحرق، مما يقلل من الترميز، ويحسن المرافق الصحية الميدانية، ويقلل من خطر حدوث حرائق غير خاضعة للمراقبة.

التحديات الحاسمة أمام التنفيذ

وعلى الرغم من وعده، فإن الانتشار الواسع النطاق يواجه عقبات هائلة - خاصة في أفقر البلدان التي تكون فيها احتياجات الطاقة أكبر.

الثغرات التكنولوجية والهياكل الأساسية

ولا تزال العديد من تكنولوجيات التحويل المتقدمة (مثلاً، التغويز العالي الضغط، والتحليل الهيدروليكي الانزيمي للإيثانول الخلوي) باهظة التكلفة أو معقدة للغاية بالنسبة لسياقات القدرة المنخفضة القدرة على التصنيع المحلي محدودة في كثير من الأحيان، مما يرغم الاعتماد على المعدات المستوردة التي قد تكون غير مكيفة بشكل جيد مع المواد الوسيطة المحلية أو ظروف التشغيل، كما أن قطع الغيار والدعم التقني يمكن أن يكونا صعبا الحصول عليها.

التكاليف الرأسمالية المرتفعة والمصاريف التمويلية

ويمكن أن تُكلّف محطة توليد الطاقة الكهربائية للكتلة الأحيائية على نطاق الشبكة الواحدة - 5 ميغاواط عدة ملايين دولار، ومعظم مصارف أصحاب الحيازات الصغيرة في البلدان النامية تفتقر إلى المعرفة بمشاريع الطاقة الأحيائية وتنظر إليها على أنها مخاطر كبيرة، وكثيرا ما تُفضّل الإعانات الحكومية مشاريع كبيرة في مجالات الطاقة الكهرمائية أو الشمسية أو الرياح، وبدون قروض ميسرة أو منح أو حوافز قائمة على الأداء، يكافح المطورون الخاصون لتحقيق عائدات جذابة، ويواجه الاستثمار العالي تحديا خاصا بالنسبة للمشاريع الزراعية القائمة على المشاريع المجتمعية.

Logistical Hurdles in Collection and Storage

إن مخلفات المحاصيل هي مجمدة، منخفضة الكثافة، ومتوافرة موسميا، فعلى سبيل المثال، يتم حصاد قش القمح في شمال الهند في نيسان/أبريل - أيار/مايو ويجب أن تكون محصولة ومخزنة للاستخدام طوال العام، وتتطلب جمعا اليد العاملة المنسقة، والآلات العازبة، والنقل على الطرق غير المعبدة، التي يمكن أن تمثل ٣٠ - ٥٠ في المائة من مجموع تكلفة الكتلة الحيوية التي ترتفع بسرعة.

الحواجز الاجتماعية والثقافية

وقد يتردد المزارعون في بيع المخلفات إذا ما استخدموها تقليدياً في تربية الحيوانات أو العلف أو الحكة، وفي بعض الثقافات، ينظر إلى الحرق على أنه طقوس أو وسيلة لمكافحة الآفات والحشيش، ويتطلب تغيير هذه الممارسات التعليم والحوافز المالية على السواء، كما أن قبول المجتمع المحلي لمصنع الطاقة الأحيائية يمكن أن يعوقه القلق بشأن الدخان أو الضوضاء أو حركة المرور على الشاحنات.

السياسات وأوجه الضعف المؤسسي

فكثير من البلدان النامية تفتقر إلى أهداف واضحة للطاقة المتجددة، أو تعريفات التغذوية، أو أحكام القياس الصافية التي تجعل من مخلفات الطاقة قابلة للبقاء ماليا، وقد تكون الأنظمة المتعلقة بالانبعاثات الجوية من محطات الطاقة الأحيائية غير معززة أو غير معززة، وكثيرا ما تنتشر القدرة المؤسسية على الموافقة على هذه المشاريع ورصدها ودعمها في مختلف الوكالات التي لها ولايات متداخلة وأحيانا متناقضة، كما أن التأخيرات المكتبية في الحصول على تراخيص برية وبيئية وتصاريح اتصال شبكية.

استراتيجيات النشر الناجح

واستنادا إلى الخبرات المكتسبة من البلدان الرائدة، يمكن لمجموعة من الاستراتيجيات العملية أن تساعد على التغلب على هذه الحواجز.

اختيار التكنولوجيا الملائمة وتقنية

ولا توجد تكنولوجيا واحدة مناسبة لجميع هذه البلدان، وبالنسبة للمجتمعات المحلية النائية خارج الشبكة، فإن الهضمات البسيطة للغازات الأحيائية أو مواقد الطهي المحسنة مع إنتاج الفحم الحراري خيارات منخفضة التكلفة، وبالنسبة للمناطق الصناعية، أو محطات الحرق أو الغاز المكرّسة في نطاق المقياس 1-10 يمكن أن تُستخدم في مصانع توليد الطاقة الكهربائية ومولدات الديزل، وينبغي للحكومات والجهات المانحة أن تدعم المظاهرات التكنولوجية والتصنيع المحلي للمعدّات المثبتة مثل أجهزة الصهيد العاملة في مجال خفض إنتاج الغازات.

سلسلة إمدادات الكتلة الأحيائية

ويجب أن ينظر تصميم سلسلة الإمدادات في التوابع والتخزين والنقل، وتشمل أفضل الممارسات ما يلي: (أ) إنشاء تعاونيات للمزارعين أو مراكز التجميع التي يتم فيها جمع المخلفات وتجهيزها مسبقا (المجف، المقطع، الجسور)؛ (ب) استخدام وحدات الحزم المتنقلة التي تسافر من الميدان إلى الميدان؛ (ج) الاستثمار في مرافق التخزين المشمولة للحفاظ على المادة الجافة؛ (د) التعاقد مع مقدمي خدمات الإمداد باللوجستيات الطويلة الأجل لضمان وجود اتفاقات موثوقة.

وضع سياسات ومالية تمكينية

وينبغي للحكومات الوطنية أن تعتمد أهدافاً للطاقة المتجددة تشمل الكتلة الأحيائية صراحة، وأن تستحدث اتفاقات معلنة أو اتفاقات لشراء الطاقة مع ضمانة، ويمكن أن تؤدي مراكز الترخيص المبسّطة ومراكز تيسير الصناعة الواحدة إلى التعجيل بتطوير المشاريع، ومن الناحية المالية، فإن المصارف الإنمائية المتعددة الأطراف مثل البنك الدولي ومصرف التنمية الأفريقي قد أطلق صناديق مخصصة لشراء الطاقة النظيفة يمكن أن تقدم قروضاً إلى مؤسسات التمويل الأولي أو تقدم امتيازات.

الاستثمار في القدرات المحلية والتوعية

ومن الأمور الحاسمة برامج تدريب الفنيين والمشغلين ومنظمي المشاريع، ويمكن أن تدمج معاهد التدريب المهني وخدمات الإرشاد الزراعي نماذج الطاقة الأحيائية في مناهجها الدراسية، ويمكن للأيام الميدانية للمزارعين ومصانع العرض أن تبين الفوائد الاقتصادية والصحية للاستعاضة عن الحرق المفتوح باستعادة الطاقة، كما أن حملات التسويق الاجتماعي التي تربط بين المخلفات وبين الطاقة وبين تحسين نوعية الهواء وصحة الطفل فعالة بشكل خاص في تغيير المواقف.

التكامل مع الأولويات الإنمائية الأخرى

ولا ينبغي أن تكون المشاريع المتعلقة بالانتعاش البيني قائمة في عزلة، ويمكن ربطها ببرامج الكهربة الريفية، ومبادرات الطهي الأنظف، واستراتيجيات التكيف مع تغير المناخ، وتحسن المنتجات المشتركة في بيوك من الاحتفاظ بمياه التربة والخصوبة، وتعزز غلة المحاصيل، والقدرة على التكيف مع الجفاف، ويقلل الوقود الأكثر حرقا من المخلفات من تلوث الهواء داخل المباني، وهو سبب رئيسي من أسباب التراكم الأحيائي، ويحقق أهدافاً في مجال الزراعة بين النساء والأطفال.

أمثلة عالمية حقيقية والتقدم المحرز

وقد أثبتت عدة بلدان نامية بالفعل أن بقايا المحاصيل إلى الطاقة يمكن أن تنجح على نطاق واسع، وهذه الحالات توفر دروسا مفيدة.

الهند: معالجة أزمة الأرز المحترقة

فكل خريف، يحرق ملايين الأطنان من قش الأرز في ولايات البنجاب وهارايانا وأوتار براديش، مما يخلق هباءا سميكا يربط شمال الهند وباكستان، واستجابة لذلك، شجعت الحكومة الهندية على الإدارة في الموقع )الناقلات السريعة( واستخدام الطاقة في الموقع، وأنشأت شركات خاصة عشرات من محطات توليد الطاقة الكتلية الحيوية التي تحرق الفراولة لتوليد الكهرباء.

كينيا: نفايات السيصل إلى الكهرباء

وفي كينيا، تولد صناعة الممرات كميات كبيرة من بقايا الألياف بعد استخراج الألياف، وبدلا من التخلص منها، تستخدم هذه المخلفات الآن في مصنع لتغويز يبلغ 1.5 ميغاواط يزود الكهرباء بمصنع لمعالجة الممرات والشبكة المحلية، وقد أدى المشروع الذي طورته شراكة بين القطاعين العام والخاص إلى خفض اعتماد المصنع على الديزل وخلق وظائف غير متفرغة للمزارعين القريبين الذين يجمعون ويسلمون البقايا.

البرازيل: سوغاركان باغاسي كهوب للطاقة

إن البرازيل هي قائد عالمي في الطاقة الأحيائية، إذ أن جميع مطاحن قصب السكر تقريباً أصبحت الآن مكتفية ذاتياً للطاقة، وتحرق الأكياس لتوليد كل حرارتها وكهربائها، كما أن الكثير من فائض الصادرات إلى الشبكة الوطنية، وقد أنشأ البلد أكثر من 10 جي دبليو من الطاقة الكهربائية القائمة على الكتلة الأحيائية من مخلفات قصب السكر، مما يجعلها أحد أكبر مصادر الطاقة المتجددة في المزيج الوطني.

الجهود الأخرى الناشئة

وتستخدم تايلند قذائف الأرز وقطع النخيل في مصانع الكريسبول لتوليد الطاقة في قطاع تجهيز المنتجات الزراعية، وقد نشرت بنغلاديش محطات صغيرة للغاز الحيوي تستخدم قش الأرز ورش البقر للأسر الريفية، وتقوم غانا حالياً بتجريب سائل الكاسافا لتحل محل الفحم في الأسواق الحضرية، وتبرهن كل مبادرة من هذه المبادرات على أن البقايا التي يمكن أن تصمم خصيصاً للظروف المحلية وتجني فوائد ملموسة.

التوقعات المستقبلية والتوجيهات البحثية

ولا تزال إمكانات الطاقة الأحيائية في البلدان النامية غير مستغلة إلى حد كبير، وفي انتظار ذلك، يمكن أن تعجل عدة اتجاهات وابتكارات بالانتشار.

التقدم التكنولوجي

وتزداد كفاءة الجيل القادم من تكنولوجيات التحويل وكلفة معقولة، إذ ينتج التقلب (تحلل طفيف) وقودا صلبا شبيها بالفحم يمكن إطلاقه في محطات توليد الطاقة الفحمية القائمة بأقل قدر من التعديل، ويمكن للسيك الحراري الهادر أن يعالج المواد الوسيطة الرطبة مباشرة، ويتجنب التجفيف المكلّف، وفي الوقت نفسه تدخل أجهزة التبريد المزودة بالوقود الآلية، وتكسير الودية المتقدمة.

التكامل مع تمويل الكربون

ويمكن أن توفر الائتمانات الكربونية التي تولدت عن طريق استبدال الحرق في الحقول المفتوحة والوقود الأحفوري تدفقا إضافيا للإيرادات، ويمكن للمشاريع أن تطالب بأرصدة في إطار آلية التنمية النظيفة أو معايير الكربون الطوعية مثل معيار فيرا أو معيار الذهب، ومع توقع ارتفاع أسعار الكربون، فإن اقتصاديات البقايا إلى الطاقة ستتحسن، غير أن تكاليف المعاملات المتعلقة بإصدار شهادات الكربون تظل مرتفعة بالنسبة للمشاريع الصغيرة؛ ويمكن للبرامج الإجمالية أو النهج البرنامجية أن تقلل هذه الحواجز.

الوصلات البيولوجية والوصلات البينية

وتتجه هذه المادة إلى الاقتصاد الأحيائي بصورة طبيعية إلى دائرة تدور فيها النفايات الزراعية إلى المزرعة كطاقة، وخصوبة التربة، وحتى التغذية (من خمير البروتين الذي ينمو على الغازات) وينبغي إعطاء الأولوية لاسترداد المغذيات من الهضم والرماد لتجنب استنفاد مغذيات التربة، مع ربطها بدعم زراعة الحراجة الزراعية والغطاء، وتربية الماشية.

نموذج السياسات والتعاون الدولي

والمبادرات الدولية مثل التحالف العالمي للطاقة الأحيائية من أجل الجنوب، والمجلس الدولي لتقلبات الكتلة الأحيائية، وتحالف الطبخ النظيف، تعزز بنشاط تبادل المعارف ونقل التكنولوجيا، وتوفر المساهمات المحددة وطنياً في اتفاق باريس إطاراً للبلدان النامية لكي تدرج الكتلة الأحيائية كإستراتيجية للتخفيف من حدة الآثار، وحيث أن المزيد من البلدان تلتزم بأهداف صافية صفرية، فإن من المرجح أن يؤدي ذلك إلى توسيع نطاق الطاقة الأحيائية المستدامة القائمة على الرغاوي.

خاتمة

إن تحويل مخلفات المحاصيل إلى طاقة ليست رصاصة فضية، ولكنها أداة قوية في سعي العالم النامي إلى الطاقة النظيفة والميسورة التكلفة والمنتجة محليا، ومن خلال تحويل النفايات الضارة إلى مورد قيّم، يمكن لهذه المشاريع أن تحسن إمكانية الحصول على الطاقة، وأن تحمي الصحة، وأن تخلق الوظائف، وأن تخفف من تغير المناخ، وأن تعزز الاقتصاد الريفي، وأن الحواجز التي تعترض التكلفة واللوجستيات والسياسات، حقيقية، بل يمكن أن تحترق في عام مع الاستثمار المستهدف، وبناء القدرات.