صناعة إزالة الكربون، تركيب مضخة حرارية واحدة في كل مرة
21 سبتمبر 2022
الحَرارة هي الحرارة، سواء كانت -40 أو +140 درجة مئوية. لا يؤدي إهدارها إلى إهدار المال فحسب، بل يزيد أيضًا من البصمة الكربونية للعديد من العمليات الصناعية، خاصة تلك التي تتطلب التسخين والتبريد على حد سواء. تتجه المضخات الحرارية الموفرة للطاقة بخطى سريعة لتصبح التكنولوجيا المفضلة في الاتجاه إلى مستقبل خالٍ من الكربون. تساعد هذه التقنية الصناعة والمدن على حد سواء في تلبية اللوائح البيئية الأكثر صرامة، وتحقيق أهداف الاستدامة الخاصة بها وخفض تكاليف التشغيل.
إن التغير المناخي قضية ملحة على الصعيد العالمي. وقد تم توضيح ذلك تمامًا في قمة المناخ التاريخية في عام 2015 التي أسفرت عن اتفاقية باريس، وهي اتفاقية عالمية للحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري والحد من ارتفاع درجة الحرارة إلى 1.5 درجة مئوية على الأقل. لقد أبرم الاتحاد الأوروبي الآن European Green Deal وألزم نفسه بقيادة العالم في مجال العمل المناخي، والأهم من ذلك، تحديد أهداف واضحة. وأحد تلك الأهداف هو خفض انبعاثات الاتحاد الأوروبي إلى النصف بحلول عام 2030 وأن يصبح منطقة خالية من الكربون بحلول عام 2050.
التحدي ليس هينًا، بالنظر إلى أنه وفقًا لوكالة الطاقة الدولية (IEA)، فالحرارة مسؤولة عن أكثر من نصف إجمالي استهلاك الطاقة النهائية العالمي، ويُنتَج معظمها من الوقود الأحفوري. لذلك، يجب تسريع فصل الكربون عن استهلاك الحرارة بشكل كبير إذا كانت هناك رغبة لتحقيق هذه الأهداف الطموحة. يقوم الاتحاد الأوروبي أيضًا بالتخلص التدريجي من الغازات المفلورة، التي تُستخدم بشكل شائع كوسيط تبريد، وفقًا للوائح الغازات المفلورة الأوروبية التي تم إصدارها لتقليل انبعاثات الغاز.
إن الجمع بين التشريعات المتزايدة والتقدم التكنولوجي ورغبة المصنعين الخاصة في تقليل تأثيرهم على البيئة، يخلق الزخم اللازم للعمل من أجل ربط استراتيجيتهم للأعمال باستراتيجية نزع الكربون الخاصة بهم. مصنّعو الأغذية الذين التزموا في وقت مبكر بخفض انبعاثاتهم، على سبيل المثال، يجنون بالفعل فوائد مالية وبيئية كبيرة نتيجة لدمج المضخات الحرارية في عمليات إنتاجهم؛ هذا هو الحال بشكل خاص في المصانع التي تتطلب استخدام الحرارة أثناء التحضير وبعد ذلك للتبريد.
بطل الصناعة الخفي: المضخة الحرارية
مع التطبيقات في كلٍ من B2B (التجارة بين الشركات والمؤسسات) وB2C (التجارة بين التاجر والمستهلك)، فإن المضخة الحرارية قد قطعت شوطًا طويلًا منذ استخدامها لأول مرة لتجفيف الملح المستخرج من المستنقعات النمساوية في خمسينيات القرن التاسع عشر. بعد أن أضحت المضخات الحرارية معروفة بالفعل في استخدامها من أجل تدفئة المناطق وفي القطاع السكني، أصبحت بسرعة هي التكنولوجيا المفضلة للمصنعين الذين يتدافعون من أجل تلبية القواعد البيئية الأكثر صرامة، وتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون CO2 بالإضافة إلى تكاليف التشغيل.
تعمل المضخات الحرارية على تحويل الطاقة المتجددة أو المُهدرة من المباني والعمليات لتوفير الحرارة. على سبيل المثال: أثناء التبريد، تُصدِر أنظمة التكييف والتبريد حرارة من المكثف، والتي يتم إطلاقها في البيئة ببساطة. تحتفظ المضخة الحرارية بهذا المورد الثمين ثم تعزز درجة الحرارة لإنتاج حرارة مناسبة لأغراض الإنتاج الأخرى.
عندما يتم دمج مضخة حرارية مع وحدة التكييف والتبريد، يكون كلا التبريد والتسخين ممكَّنَين، مما يحوِّل الاستخدام لمرة واحدة إلى دورة مستمرة، ويقلل تكاليف الطاقة بنسبة 30 بالمائة أو أكثر. يمثل هذا توفيرًا كبيرًا عندما تضع في الاعتبار أن ما يصل إلى 60 بالمائة من استخدام الطاقة في صناعات الأغذية والمشروبات ومنتجات الألبان يُهدر على التسخين والتبريد.
تركيب المضخة الحرارية من GEA، مِرفق إنتاج شوكولاتة Mars، فيغيل، هولندا. يستخدم هذا الحل المخصص ضواغط ذات مكبس من GEA والتي تسمح باستخراج وتعزيز الحرارة المنخفضة غير القابلة للاستخدام من وحدات التكييف والتبريد وتُعيد استخدامها في تسخين المياه. (مصدر الصورة: RCC K&L)
الحد من انبعاثات غاز ثاني أكسيد الكربون ووسائط التبريد
مع التخلص التدريجي من الغازات المفلورة، أصبحت وسائط التبريد الطبيعية أكثر شيوعًا، خاصة الأمونيا، والتي تعتبر وسيط تبريد صديق للبيئة ومتاح بسهولة وغير مكلف وليس له أي تأثير على الاحتباس الحراري أو استنفاد الأوزون.
تُستخدم الأمونيا على نطاق واسع في مصانع معالجة الغذاء، وفي صناعات المشروبات ومنتجات الألبان، وكذلك في مصانع الجعة ومخازن التبريد. بفضل التحسينات في تكنولوجيا الضاغط، يمكن للمضخات الحرارية التي تعمل بالأمونيا أن تنتج درجات حرارة أعلى. ومهَّد ذلك الطريق لاستخدامها على نطاق أوسع في صناعات الأغذية والمشروبات ومنتجات الألبان، حيث يمكن إعادة استخدام الحرارة المُهدرة وتعزيزها لغسيل المنتجات وتنظيفها وتجفيفها؛ وتسخين المياه لأغراض التنظيف والمعالجة والبسترة كذلك.
سابقًا، استخدمت هذه الصناعات الغلايات لطهي المنتجات أو بسترتها، ويتم بعد ذلك تبريدها لخفض درجة حرارتها مرة أخرى، مما أدى إلى هدر كبير في الطاقة، حيث كانت الحرارة الناتجة عن عملية التكييف والتبريد منخفضة جدًا في درجتها بحيث لم يكن ممكنًا إعادة استخدامها. ومع ذلك، يمكن للمضخة الحرارية أن تعزز من درجة الحرارة المُهدرة حتى 90 درجة مئوية وأعلى بحيث يمكن إعادتها إلى الدورة. ويعني هذا إمكانية الاستغناء عن المزيد من مراجل الوقود الأحفوري، ويمكن إعادة توليد الحرارة أو إعادة تدويرها، وخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بشكل كبير - بنسبة تصل إلى 50 بالمائة أو أكثر في حالات عديدة. علاوة على ذلك، يمكن تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون هذه إلى الصفر إذا تم استخدام الكهرباء من مصادر الطاقة المتجددة.
توفر الحلول المُتخصصة قفزةً عملاقةً إلى الأمام بالنسبة لصناعة الأغذية
يقول كينيث هوفمان، مدير الإنتاج للمضخات الحرارية، في GEA Refrigeration Technologies: أن قدرة المضخات الحرارية الصناعية من GEA تتراوح بين 300 كيلو وات و 10,000 كيلو وات، مما يعني أنه يمكننا التعامل مع أي تطبيق تقريبًا؛ من الغسيل للتطهير بالمياه الساخنة إلى التدفئة المركزية على مستوى المدينة. "ولكن كل تطبيق مختلف، ويتطلب نهجًا مُتخصصًا. لدينا ميزة القدرة على الجمع بين المعرفة والخبرة العملية الواسعة في حلول التسخين والتبريد المتكاملة. نصمم كل شيء بطريقة تجعل مصدر الحرارة مستقرًا ومتاحًا بشكل دائم، بحيث يمكن تحسين استخدام الحرارة المُهدرة."
عادة ما يتم تصميم التركيبات التقليدية بغلايات الغاز للحصول على درجة حرارة أعلى للحمل الحراري أكثر مما هو مطلوب بالفعل في المعالجة؛ وهذا يؤدي إلى حسابات غير دقيقة للحمل الحراري وبالتالي إهدار طاقة غير ضروري. وفي حين أن دمج نظام المضخات الحرارية يتطلب تحليلًا شاملاً لدرجات الحرارة المطلوبة وتقييمًا لمعلمات المعالجة الصحيحة، إلا أنه كلما كان التصميم الأولي أكثر دقة، أمكن توفير المزيد من الطاقة - وبالتالي فإن كل درجة مهمة. بدلًا من استخدام أنابيب صغيرة مع فرق كبير في درجة الحرارة للإبقاء على التكلفة الأولية منخفضة، يعتمد استثمار المضخات الحرارية على التوفير المستمر كل يوم.
كل تطبيق مختلف، ويتطلب نهجًا متخصصًا. لدينا ميزة القدرة على الجمع بين المعرفة والخبرة العملية الواسعة في حلول التسخين والتبريد المتكاملة." - كينيث هوفمان، مدير الإنتاج للمضخات الحرارية، في GEA Refrigeration Technologies
- كينيث هوفمان، مدير الإنتاج للمضخات الحرارية، في GEA Refrigeration Technologies
"نمتلك علاقات ممتازة تمتد في بعض الأحيان على مدى عقود مع عملاء المعالجة الخاصين بنا. يقول مارتن جلينز، خبير التكييف والتبريد، في GEA Refrigeration Technologies، هولندا موضحًا: "أتى أغلب هؤلاء إلينا بفضل تركيبات التكييف والتبريد التي قدمناها؛ فهذا هو المكان الحقيقي الذي تكمن فيه مصادر قوتنا وخبرتنا". ويضيف روبرت أنسوورث، مدير المبيعات التقنية في GEA Refrigeration Technologies UK: "نسعى جاهدين من خلال العمل مع عملائنا إلى تحقيق أهداف الاستدامة، والتي تتضمن تحقيق توفير في الطاقة وخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. سيكون استخدام المضخات الحرارية في قطاعات الأغذية والألبان والمشروبات أكبر قفزة للأمام شهدها إنتاج الغذاء، والتكييف والتبريد على الإطلاق."
نمو الأعمال والاستدامة: وجهان لعملة واحدة
لتحقيق أهداف الاستدامة، ذكرت وكالة الطاقة الدولية (IEA) أن حصة تقنيات الطاقة النظيفة، مثل المضخات الحرارية والتسخين الحراري الشمسي، تحتاج إلى أن تتضاعف ثلاثة مرات خلال أكثر من ربع مبيعات سنوي واحد بالنسبة لمعدات التسخين الجديدة بحلول عام 2030. تقدم تقنية المضخات الحرارية طاقةً وتوفيرًا في التكاليف بغض النظر عن الصناعة التي يتم استخدامها فيها أو مدى ذلك الاستخدام. فيمكنها القيام بالوظائف الأساسية، مثل التدفئة والتبريد لمنزل صغير في الضواحي، وصولًا إلى القيام بدور مركزي في استراتيجية فائقة الذكاء، خالية من الانبعاثات لتدفئة المناطق أو في منشأة إنتاج كبيرة للغذاء. تساعد GEA أيضًا المصنعين على النظر إلى مصانعهم بشكل كلي، من خلال تحليل كل عملية لتحديد فرص زيادة الكفاءة وتوفير التكاليف. هذا النهج أو العرض الذي نُطلق عليه الحلول الهندسية الشاملة من GEA (NEXUS)، غالبًا ما يتضمن دمج مضخة حرارية للاحتفاظ بالحرارة المُهدرة وإعادة استخدامها، ويمكن العثور علي تلك الحرارة بوفرة في العديد من بيئات الإنتاج.
سيكون استخدام المضخات الحرارية في قطاعات الأغذية والألبان والمشروبات أكبر قفزة للأمام شهدها إنتاج الغذاء، والتكييف والتبريد على الإطلاق." - روبرت أنسوورث، مدير المبيعات التقنية في GEA Refrigeration Technologies UK
- روبرت أنسوورث، مدير المبيعات التقنية في GEA Refrigeration Technologies UK
