تقليل الضغط على استهلاك الغاز باستخدام الوقود الحيوي
24 Aug 2020
يُعد تعزيز مؤشرات الأداء الرئيسية البيئية وزيادة الطلب على الوقود من العوامل الرئيسية في قطاع الوقود الحيوي، والذي يتطور مع احتدام سعي المناطق لضمان أسواق المواد الأولية لمزارعيهم. تضمن تقنيات GEA للمعالجات الحصول على أقصى استفادة من هذه الموارد الثمينة، بما في ذلك المواد الأولية من الجيل التالي لإنتاج الوقود الحيوي المتقدم.
وفقًا للتوقعات الزراعية لمنظمة التعاون والتنمية في الميدان الاقتصادي ومنظمة الأغذية والزراعة لعام 2019، فإن الطلب المستقبلي على الوقود الحيوي سيتشكل بقوة أكبر من خلال السياسات الوطنية والإقليمية، حيث تتبع البلدان استراتيجياتها الخاصة للابتعاد عن الوقود الأحفوري مع ضمان أن يكون لدى المزارعين أسواق لسلعهم الأولية. تحتل الولايات المتحدة والاتحاد الأوروبي مرتبة عالية في إنتاج الوقود الحيوي، ومع ذلك، من المتوقع أن يكون النمو المستقبلي الكبير في هذا القطاع مدفوعًا من دول خارج هذه المناطق.
لقد جلسنا مع باربرا هارتن، مديرة التطبيقات، مصادر الطاقة المتجددة وإيكارد مايديباخ، مدير منتجات التقطير، وكلاهما من GEA، للحديث عن هذه الصناعة المتطورة وكيف تدعم GEA المعالجات بحلول ميكانيكية وحرارية فعالة.
ما هو الوقود الحيوي وممَّ يُصنع؟
ب. هـ.:يُصنع الوقود الحيوي جزئيًا أو كليًا من مواد نباتية أو دهون حيوانية. حقيقة أن هذه "المواد الأولية" متجددة، تعني أنها تُصنف عمومًا على أنها موارد متجددة. يتم مزج معظم أنواع الوقود الحيوي كنسبة مئوية في البنزين القائم على الوقود الأحفوري أو الديزل (الوقود) لاستيعاب المحركات الحالية. يُصنع الوقود الحيوي التقليدي أو من الجيل الأول من المواد الأولية الطازجة أو الصالحة للأكل، بما في ذلك الزيوت والدهون، وقد تم استخدامه منذ أكثر من 30 عامًا. يُصنع الجيل الثاني أو الوقود الحيوي المتقدم من المواد الأولية غير الصالحة للأكل، بما في ذلك الدهون الحيوانية وزيوت الطهي المستعملة والنفايات المحتوية على السكر؛ الهدف هنا هو تقليل استخدام المواد الأولية التي يمكن استخدامها في تغذية الإنسان.
تشمل أنواع الوقود الحيوي الشائعة ما يلي:
- إيثانول حيوي
- الوقود الحيوي
- الغاز الحيوي
- البيوبوتانول
الإيثانول الحيوي، الذي يعتمد على تخمير السكريات النباتية والنشويات، هو بديل للبنزين. وفقًا للتوقعات الزراعية لمنظمة التعاون الاقتصادي والتنمية ومنظمة الأغذية والزراعة لعام 2019، يتم إنتاج حوالي 60 في المائة من الإيثانول الحيوي من الذرة، و25 في المائة من قصب السكر، و 7 في المائة من دبس السكر، و 4 في المائة من القمح، والباقي من الحبوب الأخرى أو الكسافا أو بنجر السكر. بالمقابل، ما يقرب من 77 في المائة من وقود الديزل الحيوي، وهو بديل للديزل يعتمد على تفاعل كيميائي بين الدهون (النباتية أو الحيوانية) والكحول، يعتمد على الزيوت النباتية: 30٪ زيت فول الصويا، 25٪ زيت نخيل، 18٪ زيت بذور اللفت (الكانولا)، وحوالي 22٪ من بقايا زيوت الطبخ
يتم إنتاج الغاز الحيوي عن طريق تخمير المواد العضوية في غياب الأكسجين، وهو ما يعرف بالهضم اللاهوائي. يعد الورق والخشب وبعض المواد البلاستيكية وأوراق الشجر المجففة والسماد الطبيعي والنفايات البلدية أمثلة على المواد العضوية المحتملة المستخدمة في هذه العملية. يحترق الغاز الحيوي بسهولة وبدون توليد الكثير من التلوث، ويمكن استخدامه لإنتاج الكهرباء الخضراء. إذا تم ضغطه، يمكن استخدامه لتشغيل المركبات أيضًا. يمكن استخدام البيوبوتانول مباشرة كبديل للبنزين دون أي تعديلات. إنه مشتق من تخمر البكتيريا والطحالب. ومع ذلك، تظل تكاليف الإنتاج المرتفعة عائقًا أمام استخدامه على نطاق واسع.
بالإضافة إلى أن الوقود الحيوي يأتي من مصادر متجددة، ما هي الفوائد الأخرى له مقارنة بالوقود الأحفوري؟
إ. م.:يُصدر الوقود الحيوي مقدارًا أقل من ثاني أكسيد الكربون إذا تم الحفاظ على انبعاثات ثاني أكسيد الكربون منخفضة الإنتاج من المنبع إلى المركبة وكانت كثافات الطاقة قريبة من الوقود الأحفوري. واعتمادًا على النوع، يحتوي الوقود الحيوي على عدد أقل من مركبات الكبريت أو لا يحتوي عليها. ونظرًا لأن الوقود الحيوي مصنوع من مواد متجددة، فغالبًا ما يتم احتسابه ضمن أهداف الحد من انبعاثات الغازات الدفيئة وبالتالي يتم دعمه بسهولة أكبر، مما يساهم في استخدامه المكثف في صناعة النقل والاستخدام المتزايد في صناعات الطيران والقطاع البحري. يمكن استخدام وقود الديزل الحيوي، الذي يعتبر بديلًا نظيفًا للديزل، كمزيج في محركات الديزل دون تعديل؛ ومع تعديلات المحرك، يمكن استخدام وقود الديزل الحيوي بنسبة 100 بالمائة. يمكن خلط الإيثانول الحيوي كإيثانول مجفف (99.8 في المائة بالحجم) كنسبة مئوية بدون تعديل المحرك، وعادة ما يصل إلى 10 أو 15 في المائة، في حين أن الإيثانول الحيوي ككحول لا مائي (95-96 في المائة بالحجم) يمكن أن يحل محل نسبة تبلغ 0-85 في المائة من البنزين في محركات الوقود المرن، وهي شائعة في البرازيل.
ب. هـ.: المواد الأولية النباتية، أثناء نموها، بالطبع، تمتص ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي. هناك عامل آخر يجب مراعاته وهو المنتجات الثانوية أو المنتجات المشتركة التي تتشكل من إنتاج الوقود الحيوي. على سبيل المثال، ينتج عن إنتاج وقود الديزل الحيوي الجليسيرول أو الجلسرين، والذي يمكن استخدامه في الأسمدة والأعلاف الحيوانية - ومع مزيد من التنقية يمكن استخدامه في الأغذية والأدوية ومستحضرات التجميل. إذا كانت عملية إنتاج وقود الديزل الحيوي تعتمد على بذور اللفت (الكانولا)، فإنها تُنتِج وجبة بذور اللفت؛ وعندما يتم استخدام فول الصويا، يتم إنتاج مسحوق فول الصويا؛ يحتوي كلاهما على معادن وبروتين عالي الجودة، وبالتالي يُضافان إلى أعلاف المواشي والدواجن والأسماك.
إ. م.:وبالمثل، فإن إنتاج الإيثانول على أساس الذرة والحبوب ينتج عنه أطنان من اليرقات، والتي يمكن استخدامها في علف الحيوانات، ويفضل أن تكون حبيبات جهاز تقطير مجففة مع مواد قابلة للذوبان (DDGS). بدلًا من ذلك، يمكن استخدام الكتلة الحيوية كمصدر للوقود المتجدد، وإنتاج الطاقة الكهربائية والحرارة لهذه المعالجة، أو للتحويل إلى الميثان الحيوي لاستخدامه كوقود.
يبحث المصنعون والمستهلكون على حد سواء عن طرق للابتعاد عن الجلسرين الذي يحتوي على الزيوت المعدنية. يلبي إنتاج وقود الديزل الحيوي هذا الطلب، ويشكل الجلسرين الأخضر كمنتج مشترك، والذي يُستخدم بعد ذلك لإنتاج أنواع منتجات العناية المنزلية والشخصية التي يطلبها الناس اليوم". - باربرا هارتن، مديرة التطبيقات، مصادر الطاقة المتجددة، GEA
- باربرا هارتن، مديرة التطبيقات، مصادر الطاقة المتجددة، GEA
تتمتع GEA بمؤهلات طويلة الأمد عندما يتعلق الأمر بإنتاج الوقود الحيوي ومعالجته. ما الحلول التي تقدمها GEA للمنتجين في هذه الصناعة؟
إ. م.: من ناحية إنتاج الإيثانول الحيوي، تقدم GEA التقنيات والحلول الرئيسية التي تغطي جميع الجوانب الرئيسية للمعالجة الأساسية، بما في ذلك: طحن المواد الخام وهرسها، والإسالة، التسكير، التخمير، التقطير، والتجفيف، وكذلك الدوارق والمجففات والمبخرات لفصل DDGS وتجفيفها، بالإضافة إلى مفاهيم إعادة تدوير/صقل المكثفات لتقليل تدفق النفايات وتوفير مياه المعالجة. وُجِّهت كفاءة GEA إلى بناء مصانع الإيثانول الحيوي الرئيسية في جميع أنحاء العالم، ووصل بعضها إلى قدرة تصل إلى 500,000 لتر يوميًا في قطار واحد. تعمل حلولنا على تحسين استهلاك الطاقة عن طريق إعادة استخدام الطاقة الحرارية المعنية أو الاستفادة من مبادئ المضخات الحرارية الحاصلة على براءة اختراع مع إعادة ضغط البخار الميكانيكي.
ب. هـ.:تشمل قدراتنا لوقود الديزل الحيويتحويل الزيوت والدهون إلى وقود حيوي وكذلك المعالجة المسبقة لتنقية المواد الأولية الخام. تمتلك GEA أيضًا حلولًا لتقسيم الصابون عن طريق الفصل واستعادة الميثانول وتبخير الماء لعزل الجلسرين لإعادة بيعه أو إعادة استخدامه في المصانع.
آلات الفصل GEA Separator RSE و RSI لإزالة الصمغ من الزيوت والدهون النباتية والحيوانية وتحييدها وإزالة شمعها لضمان إنتاج زيت عالي الجودة لإنتاج وقود الديزل الحيوي، بما في ذلك الوقود الحيوي المتقدم مثل HVO.
خطوط عملية المعالجة المسبقة لدينا، والتي تشمل خطوطنا المشهورة عالميًا للفواصل GEA RSE و RSI، تدعم عمليات التكرير الكيميائية والفيزيائية من خلال:
- إزالة الشموع، مما يجعل الوقود الحيوي أكثر استقرارًا في درجات الحرارة الباردة
- إزالة الشوائب لتحسين جودة الجلسرين
- إزالة الصمغ الذي يسبب التلوث في معالجة الجلسرين الحرارية
- إزالة الأحماض الدهنية الطليقة، وبالتالي الحد من نسبة المواد العضوية غير الجلسرين
- إزالة الفوسفات في مياه الصرف، وبالتالي تقليل تكاليف التخلص منها
يضمن دورق GEA لترويق الترسبات في إنتاج الإيثانول الحيوي نسبة عالية من المادة الجافة (تصل إلى 35 في المائة)، مما يقلل من تكاليف التجفيف مع تقليل التلوث. فالترسبات عند دمجها مع الخميرة ثم تجفيفها، تنتج DDGS، وهو منتج مشترك غني بالبروتين الذي يمكن استخدامه في علف الحيوانات.
تحمل GEA براءة اختراع لعملية تحييد الكحول المستخدمة أثناء المعالجة المسبقة قبل معالجة الوقود الحيوي. ولدينا تسجيل جارٍ لبراءة اختراع، والذي سيقلل من أحادي الجليسريد واستهلاك المحفزات (<0.30 في المائة بالوزن. توفير المحفز) في إنتاج الوقود الحيوي، مما يقلل من تكاليف المعالجة. إن محفظتنا وخبرتنا في كل من إنتاج الوقود الحيوي والإيثانول الحيوي تعني أننا قادرون على إدارة تركيب خطوط المعالجة الكاملة للعملاء، والاتصال بأطراف ثالثة حسب الحاجة لضمانالتشغيل التجريبي الفعال وفي الوقت المحدد.
هناك الكثير من الجدل حول المواد الأولية الغذائية التي تساهم في تغيير استخدام الأراضي وتحويل الموارد بعيداً عن إطعام عدد متزايد من سكان العالم. ما مدى تطوير الصناعة للوقود الحيوي المتقدم وإلى أي مدى تقدم GEA الدعم في هذا المجال؟
ب. هـ.:المناقشة مستمرة، وبالطبع، أنت تحتاج إلى النظر في سلسلة القيمة بأكملها، بما في ذلك المُدخلات، عندما يتعلق الأمر بتنمية المواد الأولية للوقود الحيوي، وكذلك النقل والمعالجة وما إلى ذلك. فيما يتعلق بتطوير الوقود الحيوي المتقدم من النفايات (للإنسان أو الحيوان) والمادة الجافة من النبات، فقد تم توسيع نطاق هذا بنجاح في العديد من الأسواق. ففي فنلندا، على سبيل المثال، وهي دولة لا توجد بها موارد للغاز أو النفط، تُستخدم المنتجات القائمة على الخشب والكتلة الحيوية للغابات لإنتاج الوقود الحيوي المتقدم والمستدام. يجب أن يصل إجمالي حصة الطاقة من الوقود الحيوي المتقدم في النقل البري إلى 10 بالمائة بحلول عام 2030. وبالمثل، فإنهم يستخدمون هذه الأنواع من الوقود المتقدم لإنتاج مواد بلاستيكية ومواد لاصقة أكثر استدامة مما يحسن البصمة البيئية لمواد التعبئة والتغليف والبناء الخاصة بهم.
لقد شهدنا في GEA ازدهارًا من حيث عدد العملاء، لا سيما في الاتحاد الأوروبي والولايات المتحدة، في إنتاج "وقود الديزل المتجدد" أو HVOالمصنوع من الدهون الحيوانية وزيت الطبخ المستعمل. تم تقديم HVO في عام 2005، عندما صُنع حصريًا من زيت النخيل. واليوم، هناك تركيز أكبر على تصنيع HVO من مواد أولية ذات جودة منخفضة نسبيًا، والذي يؤهله بعد ذلك ليصبح وقودًا حيويًا متقدمًا. إن HVO خالٍ من المواد العطرية والأكسجين والكبريت، ويحتوي على أرقام عالية من السيتان، مما يؤدي إلى تقليل انبعاثات أكاسيد النيتروجين، وتحسين استقرار التخزين وخصائص أفضل للتدفق البارد، مما يجعله مناسبًا لجميع محركات الديزل تقريبًا.
يمكن استخدام HVO كوقود نقي في عمليات الأسطول (على سبيل المثال، حافلات المدينة ومركبات المناجم)، وهو معتمَد أيضًا للخلط في وقود الطائرات. إن وجود سوق تجاري لإعادة استخدام هذه الزيوت ومنهاالدهون الصناعية وبقايا ما بعد الاستهلاك ودهون المجازر والدواجن، على سبيل المثال،مفيد أيضًا لأنه يعني أن القليل منها ينتهي به الأمر باعتباره تلوثًا في مياهنا وشبكاتنا، حيث تكون إدارته أكثر صعوبة وتكلفة.بالنسبة للمعالجات، هناك فائدة رئيسية أخرى لـ HVO وهي أنه لا يتطلب أي تعديلات كبيرة على مرافق التكرير الحالية.
تُطلب آلات الفصل من GEA بإلحاح للمعالجة المسبقة لـ HVOs والتي غالبًا ما تكون ضرورية لتقليل المعادن ولتقليل و/أو منع تعطيل المحفز. نقوم حاليًا باختبار الدهون الحيوانية في هذه المجالات؛ وقدرات هذه الزيوت والدهون. والنظر في كفاءتها للعديد من العملاء العالميين.
وكوقود متجدد، فإن للديزل الحيوي بصمة بيئية منخفضة بشكل كبير مقارنة بالديزل التقليدي. محتوى الكبريت المنخفض وحقيقة أنه ينتج القليل من الجسيمات، وله نسبة تشحيم أعلى وقابل للتحلل البيولوجي، كل هذا يجعله خيارًا أفضل للبيئة." - باربرا هارتن، مديرة التطبيقات، مصادر الطاقة المتجددة، GEA
- باربرا هارتن، مديرة التطبيقات، مصادر الطاقة المتجددة، GEA
هل ستؤثر المركبات الكهربائية (EV) على إنتاج الوقود الحيوي؟
إ. م.:ارتفع معدل استهلاك المركبات الكهربائية بشكل كبير في عام 2019؛ ومع ذلك، فقد حققت حوالي 2 في المائة فقط من شبكة النقل العالمي. ونظرًا لأن حجم وسعة بطاريات المركبات الكهربائية لا يزالان يشكلان حجر عثرة للمركبات الثقيلة ذات المسافات الطويلة، بما في ذلك الشاحنات المبردة، وكذلك السفن والطائرات البحرية، فإن استخدام الوقود الحيوي يتزايد في هذه القطاعات، حيث تتطلع المزيد من الأسواق إلى استخدام الوقود المعاد تدويره من المواد الغنية بالكتلة الحيوية.في حين أن الحفاظ على تنافسية تكلفة الوقود الحيوي مع الوقود الأحفوري لا يزال مهمًا، على الأقل في المدى المتوسط، فإن الأسواق ذات الأهداف الواضحة لخفض الانبعاثات إما ستواصل أو ستبدأ في دعم المنتجين حتى تصل الصناعة إلى نقاط التحول الحرجة في العرض والطلب.
