Table of Contents
مقدمة إلى محاسبين ثابتين في مجال التحقق من النتائج
(ب) أجهزة قياس الترددات الثابتة (SVCs) هي نظم إلكترونية متقدمة للطاقة توفر تعويضات دينامية عن الطاقة الرجعية، وتنظيم الفولط، وتصحيح عوامل الطاقة في شبكات الانتقال ذات التأثير العالي، وهي ضرورية للحفاظ على استقرار الشبكة، لا سيما وأن مصادر الطاقة المتجددة ذات الإنتاج المتغير تدمج في شبكة الطاقة، ومن خلال الإسراع في حقن أو استيعاب الطاقة الرجعية، تساعد مركبات الترددات العالية على منع انهيار الفولطام وتحسين نوعية الطاقة.
وتتألف وحدة SVC عادة من مفاعلات خاضعة لسيطرة الغرار، ومكثفات منظفات غذائية، ومرشحات متجانسة، ونظام للمراقبة، وتشمل صنع هذه المكونات والتخلص منها في نهاية المطاف تدفقات مادية كبيرة، واستهلاك الطاقة، وتوليد النفايات، ويكتسي فهم البصمة البيئية لدورة الحياة الكاملة أهمية حاسمة بالنسبة للمرافق والمصنعين والمنظمين بهدف مواءمة استثمارات البنية التحتية للطاقة مع أهداف الاستدامة.
الأثر البيئي أثناء التصنيع
إن إنتاج وحدة من مركبات الكربون المفلورة هو عملية صناعية متعددة المراحل تشمل استخراج المواد الخام، وصناعة شبه الموصلات، وتجمع المكونات، والاختبارات، وتسهم كل مرحلة في استنفاد الموارد، وانبعاثات غازات الدفيئة، وإطلاق المواد التي يحتمل أن تكون خطرة.
استخراج المواد الخام وتجهيزها
وتشمل المواد الرئيسية المستخدمة في مركبات الكربون المحتوية على النحاس والألومنيوم والفولاذ والسيلكون، ويستخدم النحاس بشدة في عمليات الريح في المفاعلات والحافلات؛ وتستخدم الألومنيوم في عمليات الكشف والموصلات؛ وتشكل الأُطر الهيكلية واللوحات الأساسية، وتنتج المواد الأساسية لحاملي الأحجار الكريمة والأدوية، وتنتج عن استخراج هذه المواد نتائج بيئية موثقة.
وبالإضافة إلى ذلك، قد تحتوي بعض مكونات SVC على كميات صغيرة من العناصر الأرضية النادرة (النفوديوم، والديسوبروسيوم) المستخدمة في مغناطيسات دائمة لبعض تصميمات المفاعلات أو في أجهزة التحكم الإلكترونية، وكثيرا ما ينطوي التعدين وتجهيز الأرض النادرة على منتجات فرعية مشعة وغسل كيميائي بالأحماض التي يمكن أن تلوث التربة والمياه الجوفية إذا لم تدار على النحو المناسب.
استهلاك الطاقة ورسم الخرائط
ويشتمل تقييم دورة الحياة لنظام نموذجي لمركبات الكربون الصغيرة جداً على 50 ميغافولط أمبير SVC، ويشير إلى أن التصنيع يمثل نحو 40 إلى 60 في المائة من إجمالي الطلب على الطاقة على مدى الحياة، وذلك حسب الشكل المحدد وعمر التشغيل، ويشمل إنتاج المواد البولي موصلات الطاقة الكثيفة التوليد (العاملات) نمو بلورات عالية التمرين وتجهيز الشوائب التي هي خطوات لغسل الكهرباء.
(ب) انبعاثات الكربون من الصنع الصلب بقوة كثافة الكربون في شبكة الكهرباء المحلية - سيكون للمصنع الذي يُستخدم في توليد الفحم المرتكز على كمية من ثاني أكسيد الكربون أعلى بكثير من قدرة مركبات الكربون المشبع بالفلور من واحد باستخدام الطاقة الكهرمائية، وفي المتوسط، يمكن أن تُنتج وحدة مركبات الكربون المحتوية على مكافئ ثاني أكسيد الكربون يتراوح بين 400 و700 طن متري، استناداً إلى بيانات الصناعة الحالية.
المواد الخطرة وتوليد النفايات
وقد تحتوي بعض المكثفات، ولا سيما التصميمات القديمة، على ثنائي الفينيل متعدد الكلور، على الرغم من أن الوحدات الحديثة تستخدم بدائل من النوع الجاف أو النفط المجمد أحيائياً، وتستعمل عمليات التبريد سبائكاً ذات أحواض خالية من الرصاص؛ بل إن الخيوط التي تباع غالباً ما تحتوي على البسكويت أو الفضة، التي لها شواغل بيئية خاصة بها.
وأثناء إنتاج المكونات العزلة (الدفعات، والفضاء، والمعتقلات الطفرة)، تستخدم مواد مثل راتنجات التكسين، والدعارة، ومطاط السيليكون، كما أن إنتاج البوكسي هو مادة البسكوينول ألف (BPA) وغيرها من المواد الكيميائية المسببة للانحلال الداخلي، وكثيرا ما يتطلب تصنيع الخلايا الكيلومترات العالية التقلبات، وشبه تصنيع ثاني أكسيد الكربون، والمواد غير المحتوية على نفايات.
اعتبارات دورة الحياة: العملية والصيانة
وفي حين تركز المادة على التصنيع والتخلص، ينبغي ملاحظة آثار المرحلة التشغيلية على التكملة، إذ أن مركبات الكربون المفلورة ذات استهلاك منخفض من الطاقة التشغيلية مقارنة بتصنيفها للطاقة، حيث أن صمامات الغدة الدرقية لا تتطلب سوى كميات صغيرة من الطاقة الرقابية، غير أن الخسائر في المفاعلات والمكثفات تولد الحرارة، وتتطلب نظماً للتبريد يمكن أن تستخدم المراوح أو المضخات، وتشمل دورة الصيانة استبدال محركات التبريد، ومفاعلات الكهربائية، والمفاعلات الكهربائية.
نهاية الحياة: التحديات الماثلة والمتكررة
وتبلغ الحياة التشغيلية المتوقعة لمركبات ثلاثية الفولط 25 إلى 35 سنة، وعند التوقف عن العمل تصبح الوحدة مجرى نفايات إلكتروني معقد يتطلب إدارة دقيقة لتجنب الضرر البيئي.
تكوين مأزق النفايات
وتتألف مادة SVC الملغومة من فئات مواد متعددة: الفلزات الحديدية وغير الحديدية (السل، النحاس، الألمنيوم)، التجمعات الإلكترونية (المجموعات الميسرة، لوحات التحكم)، والمعاملات (المحتوية على النفط)، والمفاعلات (الرياح المتحركة، واللوحات الأساسية)، والأجهزة الموصلية (الحد الأعلى أو البوليمتر) والمكونات المتنوعة
وكثيرا ما تكون أجهزة الكابات في فروع شركة TSC أنواعاً من الأفلام المزودة بالطعام الذاتي تكون جافاً أو تحتوي على زيت قابل للتحلل الأحيائي، غير أن بعض الوحدات القديمة قد لا تزال تستخدم السوائل الملوثة بثنائي الفينيل متعدد الكلور - مع أن إنتاج هذه الخماسي الكلور توقف في معظم البلدان بحلول الثمانينات، ويمكن أن تظل الوحدات المنقطعة عن الخدمة من تلك الحقبة، وتتضمن أكوام العصي الرصاصية في أجهزة الصالة والتتبع.
إعادة تدوير الفرص والتكنولوجيات
ويمكن لإعادة تدوير مركبات SVCs أن تسترد مواد قيمة، فالنحاس من المفاعلات هو أحد أعلى المكونات القيمة؛ ويمكن تجريده وبيعه إلى صهر ثانوي، وتعاد تدوير نواة الصلب في فرون القوس الكهربائي، وتعاد تدوير أجهزة الإسطوانات والحافلات بسهولة، وتحتوي الكترونيات الرقابية على معادن ثمينة (البيع، الفضة، والصل بين الكبريت) في دوائر
ويمكن تقطيع المكثفات وفصلها: يمكن حرق الفلم المعدني لاسترداد الطاقة، ويمكن استعادة المخلفات المعدنية (اليوم والزنك) ولكن إعادة تدوير المواد المباشرة لفيلم الكابسيتور غير اقتصادي بسبب التلوث، وتحتوي وفرة الميسور على سيليكون يمكن إعادة تدويره نظرياً من أجل خلايا دوارة ضوئية مباعة.
(ب) إن المعالجة الميكانيكية المسبقة (الفصل بين المبردات والفرز والمغنطيسية والسريعة) تتيح استعادة المعادن بكفاءة، وبالنسبة للمكونات الخطرة مثل المفاعلات المسلَّحة بالنفط أو المكثفات المحتوية على ثنائي الفينيل متعدد الكلور، يلزم توفير مرافق علاجية مخصصة لتصريف النفط وحرقه بدرجة عالية من الحرارة، مع تحطيم الغاز المفلور، ويشجع التوجيه الأوروبي بشأن استخدام الطاقة الكهربائية في أوروبا وأطرا مماثلة على جمع هذه المعدات ومعالجتها بصورة منفصلة.
المخاطر البيئية الناجمة عن التصرف غير السليم
وإذا تم التخلص من مركبات ثلاثي الكلور في مدافن النفايات العادية أو تم حرقها دون ضوابط سليمة، تنشأ مخاطر عديدة، فثمة معادن ثقيلة (الجلود والكادميوم) من أجهزة مباعة وشبه مونتاج يمكن أن تتحول إلى المياه الجوفية، مما يتسبب في تلوث طويل الأجل، وإذا احتوت المكثفات على مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور، فإن الكميات التي يمكن أن تتراكم بيولوجياً في سلاسل الأغذية وترتبط باضطرابات في النظام الإثراء بالسرطان.
وفي المناطق التي توجد فيها أنظمة للنفايات الإلكترونية، يمكن تفكيك مكونات هذه المركبات بواسطة أجهزة إعادة تدوير غير رسمية تحرق الكابلات من أجل استرداد النحاس، وتطلق أبخرة سامة، ويعتدل الأثر البيئي لكل وحدة لأن مركبات ثلاثي الفينيل متعدد الكلور ليست من المواد المنتجة جماعياً، ولكن الأثر التراكمي الناجم عن مخزون فرعي كبير يحتوي على مصارف متعددة من مركبات الكربون المشبع بالفلور يمكن أن يكون كبيراً، ولا سيما إذا تم وقف التشغيل دون رقابة بيئية.
استراتيجيات التصنيع المستدام والتخلّص منها
ويتطلب الحد من العبء البيئي للسلاسل المُحدِّدة للقيمة جهوداً منسقة على نطاق التصميم والمشتريات والصناعة التحويلية وإدارة الحياة.
Eco — Design and Material Selection
ويمكن أن يؤدي تصميم مركبات ثلاثية الفلور ذات القدرة على إعادة التدوير في الاعتبار إلى الحد بدرجة كبيرة من آثار التخلص، ويشمل ذلك استخدام وصلات مغلفة بدلا من ربطها باللحام من أجل الحصول على مواد يسهل تفكيكها، أو وضع علامات لتحديدها بسرعة، وتجنب المواد المركبة التي يصعب فصلها، ويزيل اختيار مفاعلات متعددة الأنواع من المواد الجافة على المفاعلات المجهزة بالنفط خطر تسرب النفط، ويقلل من التجهيزات المجفدة تماماً.
ويمكن أن تؤدي الاستعاضة عن المواد أيضا إلى انخفاض آثار التصنيع، إذ أن استخدام الألومنيوم العالي التقلبات (مثلاً من المصاهر التي تعمل بالطاقة الكهرمائية) يؤدي إلى خفض البصمات الكربونية، إذ تقوم بعض المصنعين باستكشاف استبدال الرياح النحاسية بتصميمات المفاعلات المتدنية، حيث أن إعادة تدوير الألومنيوم لا تتطلب سوى 5 في المائة من الطاقة اللازمة للإنتاج الأولي.
كفاءة الطاقة والطاقة المتجددة في التصنيع
(ب) إدارة الطاقة في المصانع هي أداة رئيسية، ويمكن للمصانع أن تقلل من طاقة العمليات باعتماد استعادة الحرارة في عمليات الفرن شبه الموصل، باستخدام محركات عالية الكفاءة لأجهزة الريح، وتجميع الطاقة الشمسية أو الريح في الموقع، وقد بدأت صناعة شبه الموصل تتحرك بالفعل نحو إنتاج وقود مدفع 300 ملم وتصميمات أجهزة توليد الطاقة المتقدمة التي تستخدم أقل إنتاجاً من الطاقة في كل جهاز من الأجهزة.
وبالإضافة إلى ذلك، فإن عمليات مراجعة سلسلة الإمداد التي تتطلب من الموردين من المستوى 1 الإبلاغ عن آثار الكربون واستخدام الطاقة المتجددة يمكن أن تؤدي إلى تحسينات على نطاق الصناعة، وتشمل مبادرة " ري 100 " بالفعل عدة شركات رئيسية لصنع المعدات الكهربائية تلتزم بـ 100 في المائة من الكهرباء المتجددة.
المسؤولية والسياسات العامة الموسعة للمنتجين
ويمكن أن تحفز أطر السياسات التي يضطلع بها المنتجون المكلفون بإدارة الحياة النهائية على تصميم أفضل، ويمكن أن يُستثنى من بعض المتطلبات توجيه الاتحاد الأوروبي بشأن النفايات الكهربائية والإلكترونية، وتوجيهات تقييد المواد الخطرة على الأجهزة الإلكترونية للطاقة، رغم أن المنشآت الثابتة الكبيرة مثل مركبات ثلاثي الفينيل متعدد الكلور يمكن أن تُستثنى من بعض المتطلبات.() ويمكن أن يؤدي توسيع نطاق التغطية بمعدات الاستبدال إلى دفع الجهات المصنعة المسؤولة إلى وضع مبادئ توجيهية بشأن جمع المواد وإعادة تدويرها.()
ويمكن أن تُسند اللوائح الوطنية أيضاً نسب مئوية دنيا من المواد المعاد تدويرها للمعادن في المعدات الجديدة، مما يُنشئ سحباً سوقياً للمواد الثانوية، كما أن معايير تسعير الكربون أو أداء الانبعاثات للعمليات الصناعية ستزيد من تشجيع كفاءة الطاقة واعتماد الطاقة النظيفة في تصنيع مركبات الكربون المفلورة.
الاتجاهات والابتكارات في المستقبل
Green SVC Technologies
وتعود التكنولوجيات الناشئة بتقليل البصمة البيئية لمركبات SVC. وقد بدأت أجهزة توليد الطاقة من النيترات المتعددة الكلورة والملغات تحل محل راكبي السليكون في بعض التطبيقات، مما يعرض خسائر أقل في التحويل وارتفاع درجات الحرارة التشغيلية، مما يقلل من احتياجات التبريد وحجم النظام عموما، ولا يزال إنتاج أجهزة البوليك المحتوية على الطاقة الكثيفة، ولكن البحث في أساليب جديدة لتكاثر الطاقة.
وثمة ابتكار آخر يتمثل في استخدام المكثفات الخارقة أو تخزين الطاقة الليثيوم المدمج مع مركبات SVCs لتوفير الدعم في مجال الطاقة التفاعلية والنشاطة على حد سواء، مما يتيح وجود نظام واحد لأداء خدمات متعددة للشبكات ويحتمل أن يقلل العدد الإجمالي للأجهزة المنفصلة التي تم تركيبها.
النهج الاقتصادية العلمانية
وسيشمل نموذج الاقتصاد الدائري للمركبات الصغيرة جداً المعدات كخدمة، حيث تدفع المرافق تكاليف دعم الطاقة التفاعلية بدلاً من امتلاك المعدات، وحفز المصنعين على تصميمها من أجل الحياة الطويلة، وسهل التجديد، واستعادة المواد في نهاية المطاف.() ويجري استكشاف البرامج الرائدة من جانب بعض مشغلي نظم النقل الأوروبية.() وتوفر مبادئ الاقتصاد التعميمية لمؤسسة إلين ماك آرثر() مبادرات من هذا القبيل [إطار عمل FLT:1].]
ويمكن للتوائم الرقمية ونظم رصد دورة الحياة أن تتنبأ بالفشل في العناصر وتجديد الجدول الزمني، وتوسيع نطاق الحياة التشغيلية والحد من النفايات، وفي نهاية العمر، يمكن للخطوط الآلية المتقدمة المفتقرة إلى التخريب باستخدام رؤية التنفيذ الآلي والآليات أن تفرز المكونات حسب نوع المواد وحالتها، وزيادة كفاءة إعادة التدوير إلى أقصى حد، ولا يزال تطوير هذه التكنولوجيات مبكرا، ولكن نظرا لزيادة التركيز على الاستثمارات الشبكية، يزداد التعاون في الصناعة.
خاتمة
إن الأثر البيئي لصناعة وتصريف المواد الكيميائية المحتوية على انبعاثات غازات الدفيئة هو مسألة معقدة تولد استخراج المواد، والإنتاج الكثيف للطاقة، وإدارة المواد الخطرة، ومعالجة النفايات في نهاية العمر، ولئن كانت مركبات الكربون الصغيرة جداً هي التي تتيح استخدام شبكات الطاقة النظيفة من خلال تحسين استقرار الفولط وتكاملها المتجدد، فإن دورة حياتها الخاصة يجب أن تدار بمسؤولية تجنب نقل الأعباء البيئية إلى أعلى أو إلى أسفل المسار.