دور الطاقة الأحيائية في إمدادات الطاقة في حالات الطوارئ خلال الكوارث الطبيعية

مقدمة: تزايد الحاجة إلى قوة الطوارئ

فعندما تضرب الكوارث الطبيعية - أي أعاصير أو زلازل أو حرائق برية أو فيضانات - تكون الشبكة الكهربائية في كثير من الأحيان إحدى الإصابات الأولى، ويمكن أن تمتد موجات الكهرباء من أيام إلى أسابيع، ومستشفيات معالجة المياه، وأبراج الاتصالات، وملاجئ الطوارئ، وفي هذه اللحظات، فإن القدرة على استعادة الكهرباء بسرعة قد تعني الفرق بين الحياة والموت، وفي حين أن المولدات الكهربائية المولدة للديزل قد أصبحت فترة طويلة هي المساندة المتخلفة عن الضارة.

ما هو الطاقة الحيوية؟ رئيس في الطاقة المتجددة من المصادر العضوية

الطاقة الأحيائية مستمدة من الكتلة الحيوية - أي مادة عضوية تأتي من النباتات أو الحيوانات - وتشمل المواد الوسيطة المشتركة المخلفات الزراعية (مخلفات الذرة، أكواخ الأرز)، والنفايات الحراجية (شرائح الخشب، المنشار)، وقطع الحيوانات، والقطع العضوية من النفايات الصلبة البلدية، ومحاصيل الطاقة المخصصة، ويمكن تحويل هذه المواد إلى كهرباء، أو حر، أو وقود نقل باستخدام عدة تكنولوجيات جيدة:

• Direct combustion:] Burning biomass in a boiler to produce steam that drives a turbine birth. This is the simplest and most grown technology, used in power plants from small community-scale units to larger facilities.
• Anaerobic digestion:] Microorganisms break down organic matter in the absence of oxygen, producing biogas (primarily methane and carbon dioxide). Biogas can be burned in a birth or upgraded to renewable natural gas (RNG) for pipeline injection or vehicle fuel.
• Gasification:] Biomass is partially oxidized at high temperatures to produce syngas (a mixture of hydrogen, carbon monoxide, and methane), which can be used in motors or turbines for power generation.
• Pyrolysis:] Heating biomass in the absence of oxygen to produce bio-oil, which can be used as a fuel or further refined.

ويمكن توسيع نطاق كل من هذه التكنولوجيات لتلبية احتياجات الطاقة الطارئة، من الوحدات الصغيرة المحمولة (المتوسطة المدى) إلى المنشآت الدائمة التي تخدم المرافق الحرجة أثناء انقطاع الشبكات.

لماذا الطاقة الحيوية؟

وعند تقييم خيارات الطاقة في حالات الطوارئ - مولدات الديزل، أو المولدات الكهربائية الشمسية ذات الصبغة الفلكية المخزنة للبطارية، أو الطاقة الأحيائية - وهي الخصائص الفريدة للطاقة الأحيائية تجعلها مناسبة بصفة خاصة للاستجابة للكوارث:

النشر السريع والوحدة

ويمكن نقل وحدات الطاقة الأحيائية المحمولة، مثل مولدات الغاز الحيوي المحوّة أو أجهزة الغاز ذات الكتلة الأحيائية الصغيرة، بواسطة الشاحنات أو الطائرات العمودية أو حتى المركب إلى مناطق الكوارث، ويمكن أن يكون وقت الإنشاء أقل من بضع ساعات، وخلافاً للمعدات الشمسية، التي قد تكون أقل فعالية في ظل السماء الغيومية أو المزخرفة، يمكن أن تدوم نظم الطاقة الأحيائية 24/7 ما دام الوقود متاحاً.

توافر الوقود من النفايات

وكثيرا ما تولد الكوارث الطبيعية كميات كبيرة من الحطام النباتي والمحاصيل المضرورة والنفايات العضوية، وبدلا من أن تصبح مشكلة التخلص، يمكن استخدام هذه المواد كوقود لنظم الطاقة الأحيائية، مثلا بعد إعصار كاترينا والأعاصير الأحدث، أصبحت الجبال من الأشجار المفقودة والنفايات الزراعية متاحة، وقد يؤدي أسطول الطاقة الأحيائية المجهز تجهيزا جيدا إلى تحويل هذا الحطام إلى كهرباء، وفي الوقت نفسه تنظيف البيئة وتوفير المولدات الكهربائية.

اللامركزية والاعتماد على غريد

ويمكن لنظم الطاقة الأحيائية أن تعمل بشكل مستقل عن الشبكة، مما يجعلها مثالية عندما تخفض خطوط النقل، ويمكن تحديد موقعها عند نقطة الاحتياج إلى الطاقة، والملاجئ، ومضخات المياه - مما يقلل الحاجة إلى أسلاك واسعة النطاق، كما أن الجيل اللامركزية يقلل أيضا من خطر وجود نقطة فشل واحدة، وفي كارثة، يؤدي وجود وحدات صغيرة من الطاقة الأحيائية موزعة في منطقة ما إلى زيادة عدد محطات الطاقة الكبيرة الوحيدة التي لا يمكن أن توفرها.

المنافع البيئية والصحية

وتنتج مولدات الديزل الملوثات الضارة مثل أكسيد النيتروجين، وخامات الجسيمات، وثاني أكسيد الكبريت، وتفاقم ظروف التنفس في السكان التي سبق أن شددت عليها الكوارث، وتنتج الاحتراق الأحيائي من النظم الحديثة انبعاثات أقل بكثير، لا سيما عندما تستخدم الغازات الأحيائية الحرقية النظيفة أو الغازات المتقدمة، بالإضافة إلى استخدام الكتلة الأحيائية للنفايات من أجل تجنب انبعاثات الميثان من جراء التعرض للتلوث، مما يوفر فوائد صافية.

المدخرات والقابلية للتأثر

وفي حين أن تكاليف رأس المال لمعدات الطاقة الأحيائية يمكن أن تكون أعلى من المولدات الديزلية الصغيرة، فإن الوقود غالبا ما يكون حرا أو منخفض التكلفة (المواد المستعملة) وعلى مدى فترة انقطاع طويلة، يمكن أن توفر الطاقة الأحيائية أموالا ستنفق على الواردات الباهظة الثمن، علاوة على أن الاستثمار في الهياكل الأساسية للطاقة الحيوية كجزء من خطة التأهب للكوارث المجتمعية يدفع أرباحا سنوية: يمكن استخدام نفس النظم لدعم الشبكات العادية، وإدارة النفايات.

التطبيقات العالمية الحقيقية: الطاقة الأحيائية في العمل خلال الكوارث

دراسة حالة 1: الغاز الحيوي لمأوى الطوارئ في معرض الفيضانات في بنغلاديش

وقد قامت بنغلاديش، التي تتعرض للضرب بانتظام بسبب الأعاصير والفيضانات الموسمية، بدور رائد في استخدام نظم الغاز الحيوي الصغيرة النطاق في الطاقة الطارئة، وبعد أن كانت هذه المنظومات من طراز Cyclone Amphan في عام 2020، تم نشر وحدات محمولة من الغاز الحيوي تغذيها الماشية والنفايات الغذائية في ملاجئ مؤقتة، وقد أنتجت كل وحدة ما يكفي من الكهرباء من محطات الإضاءة المتنقلة للهواتف، وأجهزة التبريد الطبية الصغيرة المألوفة.

دراسة الحالة 2: مولدات وودي للكتلة الأحيائية بعد إعصار ماريا في بورتوريكو

بعد أن دمر إعصار ماريا شبكة الطاقة في بورتوريكو في عام 2017، واجهت الجزيرة شهوراً من التعتيم، في المناطق الجبلية الريفية، حيث كان الوصول إلى الطرق محدوداً، وكان تسليم الديزل غير منتظم، وأنشئت مولدات صغيرة لتقويم الكتلة الحيوية باستخدام الأشجار المفقودة والبقايا الزراعية، وكانت هذه الوحدات توفر الكهرباء لمحطات ضخ المياه والعيادات الصحية المجتمعية، على الرغم من أن اللوجستيات الأولية لجمع وقطع الكتلة الحيوية

Case Study 3: Municipal Solid Waste to Energy in Post-Earthquake Japan

بعد سقوط الزلزال والتسونامي في شرق اليابان، تحولت عدة بلديات إلى محطات قائمة من النفايات إلى الطاقة التي حرقت نفايات صلبة من البلديات لتوليد الطاقة، وحتى عندما كانت الشبكة قد انخفضت، تمكنت هذه النباتات من العمل بشكل مستقل وتوريد الكهرباء إلى مراكز الإجلاء القريبة، وفي مدينة إشينوماكي، أصبحت محطة WtE التي تعالج عادة نفايات المدينة مصدراً حيوياً للطاقة لأسابيع، مما يدل على قيمة البنية التحتية قبل الوجود.

التحديات التي تواجه التغلب على التبني على نطاق واسع

ورغم وعدها، تواجه الطاقة الأحيائية عدة حواجز تعوق استخدامها الروتيني في إمدادات الطاقة في حالات الطوارئ:

لوازم لوجستيات

وحتى عندما تكون النفايات وفرة، فإن جمع وتجهيز ونقل الكتلة الحيوية إلى نقطة الاستخدام يتطلب التخطيط والمعدات، وبعد وقوع كارثة، قد تكون الطرق غير صالحة للقطع، وتعطل سلاسل الإمداد العادية، ويمكن أن تخفف من ذلك الإمدادات الوسيطة التي كانت موجودة قبل التجهيز، مثل الخشب المقطع أو البعوض المكبوت، ولكنها تحتاج إلى حيز تخزين واستثمارات أولية، وبالنسبة لنظم الغاز الحيوي، يمكن أن تكون الحاجة إلى مدخل متضرر أو عضوي متضررة.

الخبرة التقنية والصيانة

وتتطلب نظم الطاقة الأحيائية الحديثة، ولا سيما المزودين بالغاز والهضمان الهوائي، مشغلي المهارات لبدء التشغيل، والتشويه، والصيانة، وقد يكون الموظفون المدربون غير متاحين أو متأثرين بأنفسهم أثناء الكارثة، ومن الضروري معالجة ذلك، تصميم المعدات لتسهيل استخدامها، مع وجود ضوابط آلية وقدرات رصد عن بعد، وإنشاء كادر من الفنيين المحليين من خلال برامج التدريب.

التكاليف الرأسمالية والاستثمار

أما الوحدات المحمولة للطاقة الأحيائية فهي أكثر تكلفة من مولدات الديزل القابلة للمقارنة، أما بالنسبة للبلديات أو منظمات الإغاثة التي تُستغل نقداً، فإن ارتفاع التكلفة الأولية يمكن أن يكون رادعاً، غير أن مقارنات تكاليف دورة الحياة التي تشمل الوقود والصيانة والفوائد البيئية كثيراً ما تكون لصالح الطاقة الأحيائية، فآليات التمويل الابتكارية - مثل سندات القدرة على مواجهة الكوارث، والشراكات بين القطاعين العام والخاص، والمنح الحكومية - يمكن أن تقلل من الحواجز أمام الاحتياز.

العقبات التنظيمية والتأثيرية

وفي العديد من الولايات القضائية، يمكن أن تؤخر هذه العمليات التنظيمية نشرها، ويمكن للدول والبلدان أن تبسط السماح بنظم الطاقة المتجددة خلال حالات الطوارئ المعلنة، كما فعل بعضها فيما يتعلق بتخزين الطاقة الشمسية والبطارية، وأن يؤدي تطبيق إعفاءات مماثلة على الطاقة الأحيائية إلى التعجيل باستخدامها.

التصور العام والتوعية

ويرتبط الطاقة الأحيائية أحياناً بمصانع الاحتراق الواسعة النطاق التي لديها سجلات منخفضة للانبعاثات، ويمكن أن تؤدي هذه الوصمة إلى معارضة المجتمع المحلي، حتى إلى نظم حديثة مصممة تصميماً جيداً، كما أن الاتصال الواضح بشأن النفايات التي تستخدم المنافع، والحد من الانبعاثات، وتوفير الطاقة الموثوقة، أمر ضروري، ويمكن أن تؤدي المظاهرات والمشاريع التجريبية قبل وقوع ضربات الكوارث إلى بناء الثقة والمعرفة.

الابتكارات التكنولوجية التي تجعل الطاقة الأحيائية أكثر قدرة على مواجهة الكوارث

وتتغلب التطورات في تكنولوجيا الطاقة الأحيائية بسرعة على العديد من هذه التحديات:

• Containerized systems:] Plug-and-play bioenergy units housed in standard shipping containers are now available from several manufacturers. These units can be trucked or shipped, then connected to fuel supply and electrical loads within hours.
• ]Flexible feedstocks:] Modern gasifiers and digesters can accept a wide range of organic materials-woodرقائق, corn stover, food waste, even some plastics-without major modification. This flexibility reduces the need for specific fuel preparation.
• Microgrid integration:] Bioenergy borns are being coupleed with solar panels and bat storage to create resilient microgrids. The bioenergy component provides baseload or nighttime power, while solar and batteries handle daytime variability. Such hybrid systems can island from the grid indefinitely if fuel is supplied.
• Mobile biogas upgrading:] Technologies that purify biogas to pipeline-quality RNG can be mounted on trailers. This allows emergency teams to produce vehicle fuel or inject renewable methane into the grid, powering natural gas generateds or fleet vehicles.

توصيات السياسات والتخطيط

ولفتح كامل إمكانات الطاقة الأحيائية في إمدادات الطاقة في حالات الطوارئ، ينبغي للحكومات ووكالات الإغاثة والمجتمعات المحلية أن تتخذ الخطوات التالية:

1. Include bioenergy in disaster plans:] Emergency operations plans should identify potential bioenergy resources (waste streams, existing digesters, biomass power plants) and pre-designate deployment zones. Mutual aid agreements among states or provinces can facilitate sharing of portable units.
2. Pre-position equipment and fuel:] Stockpile portable bioenergy borns at strategic locations - such as near major ports, airports, or along interstate highways - and maintain reserves of woodرقs, pellets, or biogas feedstock.
3. Train first responders and local technicalians:] Fire departments, public works staff, and community emergency response teams should receive hands-on training in operating and troubleshooting bioenergy systems. Online courses and simulation exercises can supplement in-person training.
4. Streamline permitting for emergencies: State and federal agencies should issue standing exemptions for temporary bioenergy systems during declared emergencies, similar to provisions for births and temporary housing.
5. Fund research and demonstration:] Continue developing lower-cost, more robust systems that can tolerate the harsh conditions of a disaster zone. Public-private consortia can field-test prototypes in simulated disasters.
6. Integrate with waste management:] Disaster debris management plans should explicitly include the option of converting vegetative debris into energy rather than sending it to landfills or open burning.

مستقبل الطاقة الأحيائية في القدرة على التكيف في حالات الطوارئ

ومع أن تغير المناخ يكثف تواتر وشدة الكوارث الطبيعية، فإن الحاجة إلى قدرة طوارئ موثوقة ومستدامة لم تكن أكبر من أي وقت مضى، فالطاقة الأحيائية توفر مزيجاً فريداً من الفوائد: فهي قابلة للتجديد، ويمكن أن تنتج من النفايات المتاحة محلياً، وتوفر الطاقة الكهربائية على مدار الساعة، وتدعم تنظيف النفايات، وفي حين أن التحديات ما زالت قائمة، فإن التكنولوجيا ناضجة بما يكفي لنشرها اليوم، إذ تستثمر في نظم زلزالية حيوية، وتدرب أفراداً، وتُدرِّبهم في إطارها في إطار أطر التأهب للكوارث.

For further reading, consult the IEA Bioenergy Task 43 on Emergency Preparedness , the UNEP's guidelines on sustainable disaster response, and the U.S. Department of Energy's analysis of bioenergy for resilience[FLT studies: