الفرصة الحرارية مختبئة في كل طن من النفايات

وقد تم النظر إلى حرق النفايات الصلبة البلدية على مدى عقود، أساساً على أنه طريقة للتخلص منها، ومع ذلك فإن كل طن من إطلاقات النفايات المحروقة بين 2.5 و3.5 ساعات عمل من الطاقة الحرارية، ومعظم هذه العوامل التي تُفرّ من خلال المدخنات أو أبراج التبريد، ومع مواجهة المدن لأهداف خفض الكربون والسعي إلى إيجاد مصادر مستقرة ومحلية للطاقة، يجري التحول الأساسي: تفكك تلك الظواهر وتغذيها في شبكات النفايات.

كيف يتم إسترجاع الحرارة من النباتات الحديثة من النفايات إلى الطاقة

قواعد تكوين ومسح العينات

وتشغل المرافق الحديثة من النفايات إلى الطاقة عند درجات حرارة الاحتراق بين ٨٥٠ درجة مئوية و١٠٠ درجة مئوية، مما يكفل التدمير الكامل للمركّبات العضوية، وتولد الحرارة البخارية التي تسبب تربيناً حرارياً لتوليد الكهرباء، إلا أنه حتى بعد التوسع في البخار، لا يزال هناك قدر كبير من الحرارة المتبقية في غازات المداخن وفي شكل رطوبة تبلغ ٤٠ درجة مئوية.

Flue Gas Condensation: The Core Technology

إن الطريقة الرئيسية لاسترداد الحرارة هي تكديس الغازات الفلورية، إذ إن هذه الخطوة الوحيدة يمكن أن تعزز استعادة الطاقة بنسبة تتراوح بين 20 و25 في المائة مقارنة بتوليد الكهرباء وحده، كما أن المادة المتطورة من الحرارة المتخلفة عن الرطوبة في النفايات تخفف من الحرارة العالية، وتخفض من سرعة الارتفاع في استهلاك المواد الكيميائية، وتخفض درجة الحرارة في المناطق المتجمدة إلى مستوى متوسط، وتستهلك غازات حمضبة متوسطة.

Multi-Stage Steam Extraction for Flexible Output

كما أن المشغلين يستطيعون أن يزودوا بالحرارة عند درجة الحرارة المحددة التي تتطلبها الشبكة، وأن يضبطوا النواتج الموسمية، وفي الشتاء، يرتفع الضغط الرجعي على توربينات التلقيح ليوفروا المزيد من الحرارة؛ وفي الصيف، يمكن للمصنع أن يتحول إلى إنتاج كهرباء أعلى.

الابتكارات في مجال التقاط الحرارة والتكامل

مواد وتصميمات متطورة لبورصة النفايات

وقد تتقدم تكنولوجيا مبادلات الحرارة في بيئات الغاز المفلورة تقدما كبيرا، إذ تستخدم الآن مبادلات الحرارة في الرواسب والقذائف الفولاذية اللامعة، واللاتينيوم، والمركبات المتعددة الكلور لمقاومة التآكل من الكلوريدات والكبريتات، وتنشر بعض المرافق أجهزة التثبيت المباشر في الترددات، حيث ترش المياه مباشرة في مجرى الغاز المفلور، ويحقق هذا ارتفاعا في التلوث في نفس الوقت.

شبكات التسخين في المناطق المنخفضة التأقلم

وتُستخدم مفاهيم التدفئة في المناطق من الجيل الرابع في درجات حرارة أقل، مثل درجة الحرارة 55 درجة مئوية ونسبة 25 درجة مئوية، وهذه درجات الحرارة المنخفضة تسمح بتبريد غازات المداخن بدرجة أكبر إلى 30 درجة مئوية، مما يُطلق حرارة إضافية من مكثف النبات التي كانت غير قابلة للاسترداد في السابق.() وقد قامت المدن الدانمركية برفع مستوى شبكات الحرارة 80 درجة مئوية إلى 65 درجة مئوية أو أقل، مما أدى إلى تحسين معامل التعافي الحراري من فقدان النفايات إلى 15 درجة حرارة.

مركبات طاقة خارقة من ثاني أكسيد الكربون

فثمة تكنولوجيا ناشئة تقترن بحرق النفايات هي دورة برايتون البالغة الأهمية بالنسبة لثاني أكسيد الكربون، وخلافا لدورات البخار، تعمل هذه المادة على ارتفاع الضغط )فوق ٧,٤ ميغاواط( ودرجات الحرارة المتوسطة، مما يؤدي إلى انخفاض في البصمات التحويلية بنسبة ٤٥-٥٠ في المائة في نطاق الانقلاب الذي يتراوح بين ٥٠٠ و٧٠٠ مئوية.

تخزين الطاقة الحرارية: توقيت إطفاء الحرارة

ومن الأمور الحاسمة الأهمية بالنسبة لتعظيم قيمة حرارة الحرق القدرة على مطابقة العرض مع الطلب المتغير، وتستمر محطات الترميد، إلا أن ارتفاع الطلب في الصباح والمساء، وتخفض خزانات التخزين الحرارية الكبيرة، أو السفن الخرسانية التي تستهلك ما يتراوح بين ٠٠٠ ١٠ و ٠٠٠ ٥٠ متر مكعب من محطات التبريد الساخنة إلى ذروة الجيل من الاستهلاك.

ويجري تجريب تخزين المواد المحتوية على مراحل باستخدام البارافينات أو هيدرات الملح من أجل النقل الحركي المتنقلة، ويمكن تحميل وحدات تحتوي على المبيدات الحشرية في جهاز الحرق ونقلها بواسطة الشاحنات أو الحانات لفصل مناطق التدفئة وتوسيع نطاق الحرارة التي تتجاوز البنية التحتية للخطوط، وعلى الرغم من أن هذه النظم لا تزال في مرحلة مبكرة من الانتشار التجاري، فإنها يمكن أن تزيل كربونات المجموعات الصناعية أو المعسكرات الجامعية خارج المناطق التقليدية.

مضخات الحرارة لتصليح منخفض

وهناك تكملة متزايدة الأهمية تتمثل في دمج المضخات الحرارية الكبيرة، بينما قد لا تزال غازات الصمود التي تخرج من مبادلات الحرارة المكثفة عند درجة حرارة ٢٥-٣٠ درجة مئوية. وبإضافة مضخة حرارية عالية الحرارة )مقدرة على إيصال ناتج يتراوح بين ٨٠ و١١٠ درجة مئوية(، يمكن للنباتات أن تستخرج المزيد من الحرارة من نفس مجرى النفايات.

Real — World Implementations: From Nordic Leaders to Global Adopters

وتقود بلدان الشمال الأوروبي إلى إدماج حرارة الحرق في تدفئة المناطق. وتحصل الشركة على ما يعادل 800 كيلومتر من الطاقة في منطقة الأمجر بكي (كوبنهال) ، وتديرها هيئة إعادة التأهيل، وتغذيت حوالي 000 160 أسرة معيشية من خلال شبكة متروبولية، وتحقق المصنع كفاءة كاملة في الطاقة تبلغ 107 في المائة (تراوح بين القيمة المنخفضة لتدفيع النفايات).

ويتبع ذلك مصنع فيينا للسبيتلو، الذي يضم فراغه الشهير فريدنريش هوندرتوازر، ويجمع الفن مع الهندسة، حيث تم تحديث نظامه للتعافي من الحرارة في عام 2015 مع وحدة لتثبيت الغازات المفلورة، ويغذي الآن حوالي 60 ميغاواط من الطاقة الحرارية في شبكة فرنانوارمي ويين، وينتج عنها ما يقرب من 000 30 شقة من الشقق الحرارية البلدية.

وفي الخارج، احتلت اليابان حرارة الحرق لتطبيقات المناطق في طوكيو وسبورو، بينما تُظهر محطة الحرق في منطقة كوتو وارد في طوكيو حرارة في مرفق مجاور لمعالجة المياه ومجمع للحرارة يُظهر استخدام الطاقة في التخزين في التخدير، حيث تُنتج في منطقة دوربانج أولاً كميات كبيرة من النفايات الحرارية في منطقة يوركي، ثم تُنتج فيها نفايات حرارة أقل من الدرجة الثانية.

Quantifying the Triple Bottom Line: Energy, Environment, and Economy

إن تأثير الطاقة كبير، إذ يمكن أن يُصدر سنوياً ما يتراوح بين 000 200 طن من الطاقة الحرارية، مما يزيل كمية الحرارة من 40 إلى 60 مليون متر مكعب من الغاز الطبيعي، وعندما يضاف تكدس الغاز المفلطح، يمكن أن ترتفع كفاءة الغاز المشبع من حوالي 65 إلى 90 في المائة أو أكثر، مما يقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة الأولية، وتترجم هذه الكفاءة إلى فوائد اقتصادية: فغالباً ما يُقارن الزبائن المقل وزنهم بعشرين.

ومن الناحية البيئية، فإن المنطق قوي، إذ أن حرق النفايات بضوابط صارمة للانبعاثات يبطل انبعاثات الميثان التي قد تنشأ عن تحلل مدافن القمامة، ويظهر إعادة توجيه الناتج الحراري ليحل محل تعددية أنواع المنافع المناخية، ويظهر تقييم دورة الحياة من ] IIEA Bioenergy Task 36 كل ميغاواط من ثاني أكسيد الكربون مقارنة بساعة 250.

وتمتد مدخرات التكاليف إلى الميزانيات البلدية، إذ تتجاوز الضرائب المفروضة على مدافن القمامة في العديد من الولايات القضائية 80 يورو للطن الواحد؛ وتتجنب تحويل النفايات إلى محرقة مستردة للحرارة هذه الرسوم في الوقت الذي تولّد فيه تدفقاً للإيرادات من مبيعات الحرارة، وتخفض السويد، تكاليف إدارة النفايات بمقدار 12 مليون يورو سنوياً، بينما تدرّ عائدات حرارية تدعم النقل العام، وتنتج النفقات الرأسمالية لمعدات استعادة الطاقة بنسبة تتراوح بين 15 و30 مليون يورو.

العقبات: مخاطر رأس المال، والكوروسيون، والتصور العام

ورغم الفوائد الواضحة، لا تزال هناك عدة حواجز، فالاستثمار الأولي لمصنع جديد من طراز WtE CHP مع تكديس كميات كبيرة من الغازات المفلورة المتقدمة ووصلات تدفئة المناطق يمكن أن يتجاوز 500 مليون دولار لمرفق يبلغ 000 300 طن، وبالنسبة للنباتات القائمة، فإن إعادة استخدام الطاقة الحرارية قد تكلف 20 إلى 50 مليون يورو، مما يتطلب إبرام اتفاقات طويلة الأجل بشأن التخلص من النفايات لضمان التمويل.

:: مركز التحديات التقنية على التآكل والضغط - تحتوي غازات الصمود من احتراق النفايات على الكلوريدات والكبريتات والفلزات الألكلينية التي تشكل رواسب ملتصقة على سطح مبادلات الحرارة - كما ثبت أن النظم المتقدمة لتنظيف الفول السوداني، والآليات الجاهزة على شبكة الإنترنت، والخطوط المتغيرة للارتفاع (مثل السبيكة 625 أو 316 لام) تعمل على تكييف النفايات.

ويمكن أن يكون التصور العام أيضا عقبة، فالصورة القديمة للمحرقة بوصفها ملوثات للدخان، حتى وإن كانت النباتات الحديثة تفي بحدود الانبعاثات الصارمة، إذ أن إشراك المجتمعات المحلية في وقت مبكر مع أجهزة رصد شفافة، ومواح نباتية مفتوحة، وإعادة استثمار الإيرادات الحرارية بشكل واضح في المرافق المحلية قد حوّل نيميبي إلى فخر محلي في أماكن مثل كوبنهاغن وزوريخ.

سائقو السياسات والتوقعات المستقبلية

مذكرة السياسة الأوروبية والصينية

ويصنف التوجيه المنقح بشأن الطاقة المتجددة للاتحاد الأوروبي الحرارة الناجمة عن حرق النفايات على أنها طاقة مستردة، مما يتيح لها أن تعدّ الالتزامات الوطنية المتعلقة بكفاءة الطاقة، كما أن التعريفات الجمركية المتعلقة بالأغذية بالنسبة للحرارة، وإعانات الاستثمار في خطوط أنابيب التدفئة في المقاطعات، والربط المأذون به بالمباني العامة بمصادر الحرارة المهددة تتسارع في الانتشار، وتشجع الخطة الخمسية الرابعة عشرة التي وضعتها الصين على التدفئة في المناطق الشمالية الباردة، وتستهدف 30 في المائة من جميع العقود الجديدة المتعلقة بالقدرة.

Carbon Capture from Waste -to-Energy

(ب) يمكن أن يُستحوذ على كل مركبة من وحدات الإنهاء المحتوية على ثاني أكسيد الكربون أو استخدامه على زيادة في الصورة البيئية، حيث يمكن لمصانع الطاقة المتجددة أن تلتقط الجزء من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الذي يصل إلى 50-60 في المائة من مجموع المواد الكيميائية وأن تزوده بالدائن أو إنتاج الوقود التركيبي، ويمكن استخلاص الحرارة المطلوبة لإعادة توليد الطاقة من نفس دورة النفايات

التصميم الرقمي وتصميم النباتات النموذجية

وفي الأجل الطويل، قد يؤدي تقارب التكوين الرقمي والتصميم النموذجي إلى خفض الحواجز أمام المدن الأصغر، حيث يمكن أن تستعيد وحدات تكديس الغازات المفلورة الجاهزة التي يمكن إعادة استخدامها في النباتات القائمة في الأسابيع بدلا من الأشهر دخول السوق، مع وجود شبكات متغيرة للتخزين الحراري في الحاويات، والبلدات التي يبلغ عدد سكانها ٠٠٠ ٢٠ إلى ٠٠٠ ٥٠ نسمة، القدرة على التعافي اقتصاديا من مفاعلي الصيانة المثلى البالغ ٠٠٠ ٥٠ طن في كل سنة.

A Pragmatic Path to Urban Energy Resilience

إن القدرة على الترميد وإعادة استخدام الحرارة لتدفئة المناطق هي استراتيجية قابلة للتقسيم ثبتت جدواها، تحول إنتاج ثانوي غير قابل للإبطال من إدارة النفايات إلى ركيزة من نظم الطاقة الحضرية، وتُظهر الابتكارات في مواد تبادل الحرارة، ودورات ثاني أكسيد الكربون، والتخزين الحراري، وتكامل الشبكات الذكية، أن التكاليف مستقرة باستمرار، وتُثبت أمثلة العالم الحقيقي من شركة سكاندينافيا إلى اليابان

وبالنسبة لمخططي المدن ومرافق الطاقة، فإن الخطوات الفورية واضحة: مراجعة حسابات محطات الطاقة العالمية الحالية لإمكانات استعادة الحرارة، ووضع خرائط للطلب الحر من أجل مواءمة العرض مع ممرات التدفئة الجديدة في المناطق، وتنظيم التمويل من خلال السندات الخضراء أو الشراكات بين القطاعين العام والخاص، مع الدعم المناسب في مجال السياسات ومواصلة التنقيح التكنولوجي، يمكن أن يصبح زواج إدارة النفايات وتدفئة المناطق حجر الزاوية في المدن الدائرية المنخفضة الكربون التي تتطلبها طموحاتنا المناخية.