تقييم قدرة الطاقة الأحيائية على دعم الاقتصادات الحضرية العناقية

نماذج النظم الحضرية للطاقة الأحيائية

وتتباين تكنولوجيات الطاقة الأحيائية تفاوتاً كبيراً في الحجم، وكمية المدخلات، وتطبيقات الاستخدام النهائي، وبالنسبة للسياقات الحضرية، فإن ثلاثة أنواع رئيسية هي الهيمنة: الهضم الجوي، والترميد من النفايات إلى الطاقة، والتغويز/التحلل الحراري، ولكل منها خصائص متميزة تؤثر على مدى ملاءمتها لسياق مدينة معينة.

النبذة الجوية

إن الهضم الأيروبي هو عملية بيولوجية تكسر فيها الكائنات المجهرية المادة العضوية في غياب الأكسجين، تنتج الغازات الأحيائية (خليط من الميثان وثاني أكسيد الكربون) وهضم نفايات المواد الغذائية الغنية بالمغذيات، ويمكن استخدام الغازات الأحيائية مباشرة في محطات الحرارة والطاقة، وترقّي إلى مادة ميثان الإحيائية في شبكات الغاز الطبيعي، أو تستخدم كخردة من مخلفات المواد الغذائية العضوية.

النفايات إلى الطاقة

وينطوي حرق النفايات إلى الطاقة على احتراق النفايات المتبقية (بما في ذلك بعض المحتوى العضوي) في درجات حرارة عالية لتوليد الحرارة والكهرباء، وتدمج محطات توليد الطاقة المتجددة في تحديث الغاز المفلطح المتطور للتقليل من تلوث الهواء، وفي حين أن الحرق يقلل من حجم النفايات بنسبة تصل إلى 90 في المائة، فقد واجهت انتقادات لإمكانية تقويض جهود إعادة التدوير وتوليد الملوثات.

التجميل والتحليل

ويحول التجميل المواد الكربونية إلى الغازات (خليط من الهيدروجين، وأول أكسيد الكربون، والميثان) عن طريق الأكسدة الجزئية عند درجات الحرارة العالية، ويعرض التحلل الأحيائي على نحو ما يحدث في غياب الأكسجين، وينتج الغاز الحيوي، والغازات الاصطناعية، والشحن الأحيائي، ويمكن لهذه التكنولوجيات أن تعالج مواد وسيطة أكثر جفافا مثل نفايات الخشب، والبقايا الزراعية، والوقود السائل المحتوية على الرافعات.

فوائد الطاقة الأحيائية للاقتصادات الحضرية العناقية

ويحقق إدماج الطاقة الأحيائية في النظم الحضرية فوائد مشتركة متعددة تتجاوز إنتاج الطاقة، وتتفق هذه المنافع بشكل وثيق مع مبادئ التعميم والقدرة على التكيف والاستدامة.

تخفيض النفايات وتحويلها

(ب) إن عمليات الطاقة الأحيائية تقلل إلى حد كبير من حجم النفايات العضوية التي يمكن أن تُملأ في مناطق كثيرة، النفايات العضوية هي أكبر عنصر من عناصر النفايات الصلبة البلدية (MSW).() ومن خلال تحويل هذا التدفق إلى مرافق الطاقة الأحيائية، يمكن للمدن أن تمدد حياة مدافن القمامة القائمة، وأن تحد من انبعاثات الميثان، وتتجنب التكاليف البيئية لتطوير مدافن القمامة الجديدة، مثلاً، ترسل مدينة سان فرانسيسكو نفاياتها العضوية إلى مرفق غيبوب

توليد الطاقة المتجددة

وتوفر الطاقة الأحيائية مصدراً قابلاً للإرسال للطاقة المتجددة، بمعنى أنه يمكن توليده بناء على الطلب، خلافاً للشمس أو الرياح المتقطعة، مما يجعل الطاقة الأحيائية مكملاً مثالياً للمتجددات المتغيرة، ويوفر استقراراً للشبكة ويُعتمد عليه، وعندما تكون مدمجة مع نظم الحرارة والطاقة مجتمعة، يمكن أن تتجاوز الكفاءة العامة 80 في المائة، أي أعلى بكثير من جيل مستقل من الحرارة والكهرباء، ويمكن أن تقلل من اعتمادها على الوقود الأحفوري المستورد وتخفض من آثارها الكربون.

التنمية الاقتصادية المحلية وإيجاد فرص العمل

(ب) إنشاء وتشغيل مرافق الطاقة الأحيائية يخلق فرص عمل محلية في مجالات جمع وتجهيز وتشغيل النباتات والصيانة، وكثيراً ما تكون هذه الوظائف في الأحياء التي لا تحظى بخدمات كافية، وتتيح فرصاً اقتصادية، وعلاوة على ذلك، يمكن للطاقة الأحيائية أن تقلل تكاليف التخلص من النفايات في البلديات وأن تخلق تدفقات من مبيعات الطاقة والمنتجات الثانوية.() وتشير دراسة أجراها البنك الدولي إلى أن ممارسات الاقتصاد الدائري، بما في ذلك الطاقة الأحيائية، يمكن أن تولد 6 ملايين وظيفة جديدة على الصعيد العالمي بحلول عام 2030 [FL:]

Climate Change Mitigation

ويمكن أن تكون الطاقة الأحيائية محايدة من الكربون إذا كانت المواد الوسيطة مصدر مستدام، كما أن ثاني أكسيد الكربون الذي يُطلق أثناء الاحتراق يعادل تقريباً ثاني أكسيد الكربون الذي يُستولى أثناء نمو النباتات، وباستبدال الوقود الأحفوري، فإن الطاقة الأحيائية تقلل من انبعاثات غازات الدفيئة الصافية، وعلاوة على ذلك، فإن تحويل النفايات العضوية من مدافن القمامة يتجنب انبعاثات الميثان، التي تزيد بمقدار 28 ضعفاً عن ثاني أكسيد الكربون على 100 سنة().

التحديات واستراتيجيات التخفيف

وعلى الرغم من الفوائد الجبارة، فإن زيادة الطاقة الأحيائية في المدن يتطلب التغلب على الحواجز المتصلة بالتكلفة والتكنولوجيا والإمداد بالمخزونات الأولية والقبول الاجتماعي، ويجب أن يعالج التقييم الواقعي هذه التحديات بصورة مباشرة.

التكاليف الرأسمالية والتشغيلية

وتتطلب محطات الطاقة الأحيائية استثمارات كبيرة في البداية، لا سيما التكنولوجيات المتقدمة مثل التغويز والتحلل الحراري، وتشمل تكاليف التشغيل جمع المواد الوسيطة، وتجهيزها قبل التجهيز، وصيانتها، مما يمكن أن يضيق الميزانيات البلدية، غير أن التكاليف قد انخفضت بسبب التحسينات التكنولوجية ووفورات الحجم، ويمكن للشراكات بين القطاعين العام والخاص والسندات الخضراء تمويل المشاريع، وعلى سبيل المثال، قامت مدينة تورنتو بتمويل مرفقها الخاص بالغاز الأحيائي من خلال مجموعة من الأموال البلدية، ومنح المقاطعات، وودائع الطويلة الأجل.

نوعية المواد الغذائية وإمكانية توافرها

ويمكن تلوث مسارات النفايات العضوية الحضرية باللدائن والفلزات وغيرها من المواد غير القابلة للتحلل من البيولوجي، مما يؤدي إلى تعقيد تحويل الطاقة الأحيائية والحد من جودة المنتجات، ومن الضروري فصل المصادر بصورة فعالة، ويجب على المدن الاستثمار في الهياكل الأساسية للتعليم العام وجمع المواد الغذائية لضمان المواد الغذائية النظيفة، بالإضافة إلى إدارة المنافسة على النفايات مثل استخدام الخردة الغذائية لتغذية الحيوانات أو الترسب في المركب من خلال التخطيط المتكامل لإدارة النفايات.

النضج والتكامل التكنولوجيان

وفي حين أن الهضم الجوي ثابت، فإن التكنولوجيات المتقدمة مثل التغويز وكربون الطاقة الحرارية المائية لا تزال آخذة في الظهور، فالتكامل مع التدفئة الموجودة في المناطق وشبكات الكهرباء وشبكات الغاز يتطلب تخطيط وتنسيقا دقيقين، ويمكن للمشاريع الرائدة ومحطات العرض أن تبني الخبرة المحلية وتخفف من المخاطر، وقد استخدمت المدن مثل ستوكهولم نهجا تدريجيا، ثم اعتمدت شبكة الطاقة الكهربائية، ثم تدمج ببطء الديوكسينات والتغز في الوقت الذي تنضج فيه التكنولوجيا.

القبول الاجتماعي والبيئي

وقد يعارض المقيمون مرافق الطاقة الأحيائية بسبب الشواغل المتعلقة بالبائعات، والحركة، والضوضاء، والانبعاثات الجوية، كما يمكن أن تؤدي المشاركة المجتمعية الشفافة، وتقييمات قوية للأثر البيئي، وضوابط الانبعاثات الحديثة، إلى تخفيف حدة المعارضة، كما أن مرافق الجلوس في المناطق الصناعية أو في مواقع البني يمكن أن تقلل من النزاعات المتعلقة باستخدام الأراضي، كما أن ضمان أن تحقق مشاريع الطاقة الأحيائية فوائد محلية ملموسة مثل انخفاض رسوم النفايات أو تدفئة المقاطعات بأسعار الدعم العامة.

دراسات الحالة: الطاقة الأحيائية الحضرية في العمل

وتوضح الأمثلة على العالم الحقيقي كيف نجحت المدن المختلفة في إدماج الطاقة الأحيائية في استراتيجيات التعميم، وتظهر هذه الحالات جدوى تقنية، وقابلية للاستمرار الاقتصادي، وفوائد بيئية.

Stockholm: District Heating from Waste

شبكة تدفئة منطقة ستوكهولم هي من أكبر الشبكات في العالم، إذ توفر أكثر من 80 في المائة من حرارة المدينة، ويأتي جزء كبير من محطات توليد النفايات إلى الطاقة التي تقوم بتصنيف النفايات السكنية والتجارية، كما تعمل المدينة على إنتاج نواة من الوقود الهوائي تحول النفايات الغذائية إلى غاز بيولوجي للحافلات العامة، وقد ساعد هذا النهج المتكامل ستوكهولم على خفض استخدام الوقود الأحفوري بنسبة 95 في تدفئة المناطق منذ التسعينات().

Seoul: Biogas from Food Waste

وقد واجهت سيول أزمة عندما تم إغلاق مدفنها الرئيسي، وفي ردها، نفذت المدينة نظاماً للدفع أولاً مقابل النفايات الغذائية، وقامت ببناء عدة مرافق للغازات الأحيائية باستخدام الهضم الجوي، حيث تقوم هذه النباتات بتجهيز 300 طن من النفايات الغذائية يومياً، مما يولد ما يكفي من الميثان الأحيائي لتوليد الطاقة الكهربائية 000 1 منزل، وتستخدم الهضمة كسماد سائل في المزارع العامة الحضرية.

كوبنهاغن: الكتلة الأحيائية لتدفئة المناطق

ويغذي نظام التدفئة في منطقة كوبنهاغن إلى حد كبير الكتلة الحيوية، بما في ذلك طلاءات الخشب والرقائق من الحراجة المستدامة، وتعتزم المدينة أيضا بناء محطة لتوليد الغاز على نطاق واسع لتحويل نفايات الأسر المعيشية إلى غازين، وذلك بإدماج الكتلة الأحيائية مع المضخات الحرارية الشمسية والمضخات الحرارية، ويهدف كوبنهاغن إلى تدفئة المناطق المحايدة الكربون بحلول عام 2025، وقد أوجدت هذه المبادرة وظائف في قطاعي الحراجة والطاقة، مع الحد من الاعتماد على الغاز الطبيعي المستورد.

سان فرانسيسكو: صفر من النفايات والطاقة الأحيائية

وقد حدد سان فرانسيسكو هدفاً صفرياً للنفايات بحلول عام 2030، ويغذي برنامج جمع النفايات العضوية في المدينة مرفقاً مركزياً للترميز والتنقيب الجوي، وقد أنتجت الغازات الأحيائية صلاحيات لعمليات المرفق وإمدادات الكهرباء للشبكة، وتشمل المنتجات الثانوية الموصلات الزراعية المحلية والهروب الأرضي، ويبين برنامج سان فرانسيسكو كيف يمكن للطاقة الأحيائية أن تدعم استراتيجية أوسع نطاقاً لا تصلح للصرف، مع تعزيز الوظائف الخضراء الحضرية.

التوقعات المستقبلية: التوسع في الطاقة الأحيائية في المدن العلمانية

إن إمكانات الطاقة الأحيائية لدعم الاقتصادات الحضرية الدائرية هائلة، ولكن تحقيقها يتوقف على السياسات الداعمة والابتكار التكنولوجي والتخطيط الحضري المتكامل، وسيشكل العديد من الاتجاهات مستقبل الطاقة الأحيائية الحضرية.

دعم السياسات والتنظيم

ويجب على الحكومات أن تضع أهدافا واضحة لتحويل النفايات، والطاقة المتجددة، والحد من غازات الدفيئة، مما يحفز على الطاقة الأحيائية، كما أن التعريفات الجمركية المتعلقة بالأغذية، ومعايير حافظة الطاقة المتجددة، وتسعير الكربون، والمشتريات العامة الخضراء يمكن أن تكيف ميدان اللعب بالوقود الأحفوري، وقد عجل التوجيه المتعلق بالطاقة المتجددة وإطار النفايات الصادر عن الاتحاد الأوروبي بنشر الطاقة الأحيائية في مدن كثيرة، وبالمثل، فإن قانون الصين الدائر لتشجيع الاقتصاد قد حفز الاستثمار في مدن مثل هذه الغازات.

الابتكار التكنولوجي

ومن شأن التقدم المحرز في مجال تنظيف الغاز، وفصل النمبرات من أجل تحسين الغازات الأحيائية، والحفريات الصغيرة الحجم النموذجية أن يقلل من التكاليف ويوسع نطاق الانطباق، ويمكن أن يؤدي الترميز، بما في ذلك أجهزة الاستشعار عن طريق التحلل والتصنيف الصناعي من أجل فرز المواد الوسيطة، إلى تحسين الكفاءة وجودة المنتجات، كما يمكن أن يدمج الطاقة الأحيائية مع تكنولوجيات التعميم الأخرى مثل احتجاز الكربون واستخدامه لإنتاج الوقود الاصطناعي أو المواد، مما يخلق مسارات الإضافية للإي للإيرادات.

التكامل مع النظم الحضرية الأخرى

ولا ينبغي النظر في الطاقة الأحيائية بمعزل عن بعضها البعض، فالتآزر مع تدفئة المناطق، وشحن المركبات الكهربائية، والشبكات الذكية، والزراعة الحضرية يمكن أن يحقق أقصى قدر من الفوائد، فعلى سبيل المثال، يمكن أن تدفئ الحرارة الزائدة من محطة الطاقة الأحيائية غازات الدفيئة لإنتاج الأغذية على مدار السنة، ويمكن أن تغذي الغازات الأحيائية أساطيل المركبات البلدية، وهذه الروابط تعزز التعميم عن طريق إغلاق الحلقات عبر الطاقة والنفايات والأغذية ونظم النقل.

Scaling through Collaboration

وتوفر شبكات المدن مثل مدن C40 Cities and ICLEI منابر لتقاسم أفضل الممارسات وتجميع الموارد، كما أن الشراء المشترك لمعدات الطاقة الأحيائية، والتجميع الإقليمي للمواد الوسيطة، وبرامج التدريب المشتركة يمكن أن يقلل التكاليف، وقد أثبتت الشراكات بين القطاعين العام والخاص التي تنسق أهداف إدارة النفايات البلدية مع الابتكار في القطاع الخاص فعاليتها في عدة مدن، وسيتطلب توسيع نطاق الطاقة الأحيائية العمل معاً من جميع أصحاب المصلحة - الحكومة والصناعة والأوساط الأكاديمية والمجتمعات المحلية.

خاتمة

إن الطاقة الأحيائية تمثل مساراً عملياً وقوياً للمدن التي تمر بمرحلة انتقالية نحو الاقتصادات الدائرية، إذ يمكن للمدن، بتحويل النفايات العضوية الحضرية إلى طاقة ومواد قيمة، أن تحد من ضغط مدافن القمامة، وتخفض الانبعاثات، وتعزز الاقتصادات المحلية، وتعزز أمن الطاقة، وفي حين أن التحديات التي تواجه الآن مثل ارتفاع التكاليف، والتعقيد التكنولوجي، والقبول الاجتماعي، فإنها يمكن التغلب عليها بسياسات محددة الهدف، ومشاركة المجتمعات المحلية، والاستثمار المستدام.