تقييم الأثر البيئي لدورة الحياة لنظم الإزتون

وتُعتمد نظم الإزدهار على نطاق واسع في معالجة المياه البلدية، وتنقية المياه في العمليات الصناعية، وإعادة استخدام المياه المستعملة بسبب خصائصها الأكسدة القوية، وخلافاً للتكلور، لا تترك الأوزون أي بقايا كيميائية ثابتة، وتُحدث فعلياً مجموعة واسعة من المسببات للأمراض، بينما تُحطّم الملوثات العضوية، ومع أن المرافق والصناعات المائية تسعى إلى تحقيق انبعاثات صافية ومبادئ الاقتصاد الدائري، فإن الأثر البيئي لهذه النظم يجب أن يُكشف عن المعالجة الكاملة.

دورة حياة نظم الازون: تفصيل مفصّل

ويمر كل نظام من نظم الازدهار بمراحل متمايزة من دورة الحياة، ويسهم كل نظام في مجموعة فريدة من الآثار البيئية، ويُعتبر فهم هذه المراحل بالتفصيل أمرا أساسيا لتحديد فرص التحسين التي تتوافق مع أهداف الاستدامة.

استخراج المواد الخام وصنعها

وبالإضافة إلى ذلك، يتطلب إنشاء نظام للتوليد كميات كبيرة من الفلزات - الفولاذ غير القابل للذوبان في المقام الأول، والألومنيوم، والنحاس مع مواد متعددة الزمرات للتنبيب، والاختتام، والعزل الكهربائي، كما أن التعدين وإعادة تصميم هذه المواد الخام هي عمليات كثيفة الطاقة تولد انبعاثات غازات الدفيئة، وتحمض المركبات، وخامات السمية.

النقل والتركيب

فأجهزة الإزدهار تكون ثقيلة وكبيرة في كثير من الأحيان، مما يؤدي إلى انبعاثات كبيرة من النقل، فالشحن الدولي لمولد متوسط الحجم للأوزون (مثل 10 كيلوغرامات من القدرة O3/h) يمكن أن يؤدي إلى ما يقرب من 2-5 طن من مكافئ ثاني أكسيد الكربون، تبعاً للمسافات وطريقة النقل (إمبراطوريات الشحن البحري أقل من الشحن الجوي) كما أن أنشطة التركيب بما في ذلك الأشغال المدنية والوصلات الكهربائية والتجهيزات المتجهيزية تسهم أيضاً.

المرحلة التشغيلية: الطاقة وجيل الأوزون

أما العملية فتشمل المرحلة الغالبة من دورة حياة معظم نظم الازدهار، حيث تمثل 70-90 في المائة من إجمالي الطلب على الطاقة على مدى فترة خدمة عادية تتراوح بين 10 سنوات و15 سنة، إما بتفريغ الكولونيا (أكثر الطرق شيوعا) أو بواسطة عمليات الصبغة الكهرمائية (الكهربية) أو المولدات الكهربائية السائلة التي تحتاج إلى مولدات عالية التوليد لتبدل بالغازات التراكمية من الأوكسجين المقسمة)

الصيانة والمواد الاستهلاكية

أما الصيانة المنتظمة - بما في ذلك استبدال أنبوب الديكلتري، والغاز، وخرطوش التصفيح، والعاملات الحفازة لتدمير الأوزون - فتؤدي إلى خفض النفايات المادية، وتراكم أعباء دورة الحياة، وتخفض الأنابيب الديليكتريية، التي تُصنع عادة من الزجاج المغلي أو ثاني أكسيد التيتانيوم، فتؤدي إلى تحسين عمر الخدمة بما يتراوح بين ٠٠٠ ١٠ و ٠٠٠ ٣٠ ساعة تبعا لظروف التشغيل.

نهاية الحياة التخلص وإعادة التدوير

إن وضع علامات على المواد المحتوية على مواد مجهزة على مواد مجهزة بالدراجات، كما أن معدلات إعادة التدوير الحالية للمكونات الإلكترونية والميكانيكية في نظم الازدهار منخفضة، وغالباً ما تكون الكميات الصغيرة لكل وحدة تثبط جمعها، غير أن المحتوى المعدني العالي (الفولاذ غير القابل للاستدامة، والريح النحاسية، والوعات الحرارية) يجعل إعادة التدوير قابلة للاستمرار اقتصادياً إذا كان الرش.

Key Environmental Impact Categories in LCA

ويتبع التقييم الرسمي لدورة الحياة معايير المعيار ISO 14040/14044 ويقيّم فئات التأثير المتعددة من أجل بناء صورة بيئية كاملة، فيما يلي أهم الفئات بالنسبة لنظم الازدهار.

Global Warming Potential (GWP)

ويقود الاحترار العالمي أساساً استخدام الطاقة أثناء التشغيل، وبالنسبة لنظام تصريف رونا مهيأ للهواء العادي يعمل بـ 000 8 ساعة/ساعة بـ 10 كيلوغرام من اليورانيوم/ساعة، فإن استهلاك الطاقة السنوي يتراوح بين 000 100 و000 150 كيلوواط، وهذا يعتمد على كثافة الكربون في الشبكة، يعادل 40 إلى 120 طن من ثاني أكسيد الكربون سنوياً، ويسهم التصنيع في إنتاج كمية إضافية تتراوح بين 10 و20 طن من ثاني أكسيد الكربون فوق خط السعة الاحترار العالمي.

الطلب على الطاقة واستنفاد الموارد

ويشتمل الطلب على الطاقة التراكمية على الكهرباء المباشرة والطاقة المجسدة للمواد، وقد وجد أن التصنيع يتطلب نحو ٣,٥ جي جي جي جي من الطاقة الأولية، بينما تستهلك العملية ١٨-٢٥ جيغاجول سنويا، كما أن استنفاد الموارد يرتبط باستخدام المواد الخام الحرجة مثل المعادن النادرة في المغنطيسيات الفرعية الدائمة )للمحركات ذات الكفاءة العالية(

انبعاثات المياه والجو

كما أن توليد الأوزون نفسه لا يولد غازات الدفيئة مباشرة، ولكن إنتاج الكهرباء المرتبط بالعملية قد يؤدي إلى ذلك، بالإضافة إلى أن عملية تجفيف الغازات العطرية قد تنطوي على تجديد كيميائي للماء الخفيف (مثلاً، باستخدام التأرجح الحراري) الذي يُطلق ثاني أكسيد الكربون.

توليد النفايات والسمية

وإلى جانب النفايات المستهلكة (الأنابيب المترية والمرشحات والمصنوعات) يمكن أن يحتوي النظام على كميات صغيرة من الغازات المفلورة في بعض أنواع التبديل أو الزيوت المحولة ذات القدرة العالية على إحداث الاحترار العالمي، ويجب التقليل إلى أدنى حد من كمية الغازات الخضرنة التي يمكن أن تُرسل إلى مدافن القمامة، ويمكن أن تُستخدم فيها معدّلات التحلل الحراريي (النيكل، وكيماوي، وجوزات).

العوامل التي تؤثر على مخطط نظم الأوزون

تحضير الغازات المغذية: الهواء ضد Oxygen

ويؤثر الاختيار بين مصادر الغازات المغذية تأثيراً كبيراً على البصمة التي تُنتج في دورة الحياة، إذ إن النظم المجددة الهواء تتطلب عوامل ضغط، ومجففات تزيد الطلب على الكهرباء وتولد نفايات ثانوية (تركيزات منخفضة في الماء) وتنتج أيضاً كميات أكبر من النفايات، أما النظم التي تعمل في مجال إنتاج الغازات المتطاولة، فتتمثل في زيادة إنتاجها في الموقع (LOX) أو في تركيزات الهواء(90).

Ozone Generator Technology: Corona Discharge vs Electrosis

أما عمليات تفريغ الكورونا فهي التكنولوجيا المهيمنة، ولكن مولدات الأوزون الكهربائية - التي تنتج الأوزون مباشرة من المياه باستخدام أجهزة قياسية تعمل على إحداث الاحترار في التطبيقات الصغيرة النطاق، وتُستخدم النظم الكهرومائية في درجة الحرارة المحيطة والفولطية المنخفضة، وتتجنب إعداد الغازات الوسيطة، ولا تحتاج إلى مواد كيميائية سامة، وتزيد كفاءة الطاقة فيها من حيث الكمود (8-15 كيلوواط/كغ أو 3)، ولكنها تستهلك كميات مائية

وضع النظم وتطبيقها

فتجاوز نظام الازدواج لمواجهة ارتفاع الطلب على الطاقة، يمكن للمولد أن يدار في شكل حمولة جزئية، حيث تنخفض كفاءة الطاقة (فقدان كفاءة التحول الطبيعي بنسبة 10 إلى 20 في المائة)، وتترجم هذه النفايات مباشرة إلى زيادة في القدرة على إحداث الاحترار العالمي لكل كيلوغرام من الـ (O3) المُحدثة، وقد يؤدي الإصلاح القائم على نوعية المياه الحقيقية، إلى خفض استهلاك الطاقة بواسطة نظام مراقبة متقدمة لرصد الأوزون بنسبة 15 إلى 30 في المائة.

استراتيجيات التخفيف وأفضل الممارسات

كفاءة الطاقة والتكامل المتجددة

وتتمثل الاستراتيجية الوحيدة الأكثر فعالية للحد من البصمة البيئية للزهور على مدى الحياة في تشغيل النظام ذي الطاقة المنخفضة الكربون، أما بالنسبة للنظم ذات الطاقة الكهربائية الشمسية، واتفاقات شراء الطاقة في الموقع، أو الشبكات ذات الطاقة الكهرمائية، فيمكن أن تقلل من القدرة على إحداث الاحترار العالمي بنسبة تتراوح بين 80 و100 في المائة، وبالنسبة للنظم المترابطة، فإن الحوافز على استخدام المولدات الكهربائية ذات القدرة العالية على تحمّل (في أثناء ساعات التشغيل المتناهية) عندما تكون السعة أكثر نظافة.

اختيار المواد وتصميمها من أجل البيئة

ويمكن أن يؤدي تحديد الفولاذ المعاد تدويره لسفينة المولدات والإطار المتصاعد باستخدام مواد العزل ذات الأثر المنخفض (مثل الصوف المعدني بدلا من الرغاوي ذات العوامل ذات التأثيرات العالية على الطاقة المتجددة) وتجنب البوليفينات المتعددة الكلور (التي تولد الديوكسينات أثناء الإنتاج والتصريف) إلى الحد من سمية التصنيع وإمكانات الاحترار العالمي بنسبة 10 إلى 20 في المائة.

الصيانة على الوجه الأمثل وطول العمر

كما أن تطبيق بيانات الاستشعار التنبؤي عن الفولط والحالي ودرجات الحرارة للكشف عن الفشل الافتراضي لأنبوب الديليكتري يمكن أن يزيد الوقت بين الاستبدال بنسبة تصل إلى 40 في المائة، كما أن إعادة استخدام النظم القديمة مع أجهزة التجفيف الحديثة وأجهزة التحكم المتغير في الكفاءة العالية يمكن أن يقلل من الطاقة التشغيلية بنسبة تتراوح بين 15 و25 في المائة دون استبدال المولدات الجاهزة الكاملة.

نهاية الحياة

ولإغلاق حلقة المواد، ينبغي أن يقدم المصنعون برامج للاسترداد لاستعادة الفولاذ والنحاس والأسلاك الإلكترونية، ويمكن أن تؤدي المعالجة المسبقة (الفصل والفصل) إلى استرداد 90 في المائة من المعادن، وينبغي إعادة الحفازات من وحدات تدمير الأوزون إلى الموردين من أجل استرداد المعادن الثمينة، وحيثما لا توجد هياكل أساسية محلية لإعادة تدوير النفايات الزجاجية، فإن الشراكة مع أجهزة إعادة تدوير النفايات الإلكترونية المصدقة تكفل الامتثال للأنظمة وتمنع إطلاقات الخطرة.

دور تقييم دورة الحياة في صنع القرار

ويوفر تقييم دورة الحياة إطارا منهجيا لقياس حجم المبادلات وتجنب نقل الأعباء، فعلى سبيل المثال، يمكن لنظام يعتمد على تغذية الأكسجين لخفض الطاقة التشغيلية أن يحوّل حمولات بيئية إلى مرحلة إنتاج الأكسجين، ويساعد التقييم القطري المشترك على تحديد المرحلة التي تهيمن عليها حقا مختلف الفئات.

ويمكن الاطلاع على عدة دراسات أجراها الأقران عن التقييم الذاتي المنخفض جداً، فعلى سبيل المثال، توجد دراسة في عام 2021 في Environmental Science & Technology مقارنة بين الأوكسيد المتقدم القائم على الأوزون مع UV-H2O2، وتبين أن الازدواج غالباً ما يكون له آثار بيئية أقل عموماً عند النظر في الإنتاج الكيميائي والإدارة المتبقية.

خاتمة

إن تقييم الأثر البيئي لنظم الازدهار على دورة الحياة يتطلب نظرة شاملة تتجاوز كثيراً فواتير الطاقة، ومن استخراج المواد الخام إلى التخلص من الحياة، يتيح كل مرحلة فرصاً لخفض الأعباء البيئية - ولا سيما القدرة على الاحترار العالمي، واستنفاد الموارد، وتوليد النفايات، كما أن مرحلة التشغيل تهيمن على البصمة في معظم الحالات، مما يجعل عملية إزالة الكربون في الإمداد بالكهرباء هي أفضل خيارات الصيانة البيئية.