بخشی از مقاله
روشهای تولید انرژی از پسماند
چکیده :
یکی از فناوریهای مهم در مدیریت پسماند، تولید انرژی از پسماند شهری است.امروزه استفاده از مواد زائد جامد شهری بعنوان سوخت برای تامین انرژی ، مورد توجه بسیاری از کشورها قرار گرفته ،به گونه ای که از این موضوع به عنوان کلید اصلی اجرای طرح مدیریت پسماند، نام برده می شود واین در حالی است که جوامع با مسایل مختلفی ازجمله کنترل روند جمع آوری پسماند، بازیافت واثرات آن و مقرون به صرفه بودن و مقبولیت سیاسی در حال دست
و پنجه نرم کردن هستند. لذا تهیه و تولید انرژی از پسماند، عامل مهمی در سیاست مدیریت پیچیده پسماند به شمار می آید. نتایج مقایسه ها نشان می دهد که انرژی حاصل از پسماند نسبت به کارخانه تولید برق زغال سنگی از آلودگی کمتری برخوردار می باشد. از جمله اولویت های مدیریت کلان هر کشوری حفظ منابع طبیعی، محیط زیست
و بهینه سازی مصرف انرژی می باشد . از سوی دیگر بشر، به دلیل روبه اتمام بودن سوخت های فسیلی به دنبال جایگزینی مناسب، پایدار و مقرون به صرفه برای خود می باشد. استفاده از پسماند به عنوان یک منبع تولید انرژی می تواند مناسب باشد وعلاوه بر تامین بخشی از انرژی مورد نیاز به کاهش مشکلات بهداشتی و زیست محیطی ناشی از تولید پسماند کمک می کند. در این مقاله تلاش شده تا وضعیت تولید انرژی از پسماند درجهان و روش های استحصال انرژی از پسماند مورد بررسی قرار گیرد.
واژههای کلیدی: پسماند، دفن بهداشتی ،بیوگاز، سوزاندن، پلاسما،RDF
-1 مقدمه :
افزایش زباله مسئولان را به این فکر انداخته تا به دنبال راهکارهای علمی و عملـی بـرای کـاهش میزان زباله باشند .یکی ازمهمترین راهکارها در این رابطه، بازیافت انرژی از زباله است. بخش بزرگی از مدیر یت جهانی زباله مربوط به بخش انرژی می باشد که استفاده از زباله سوزها و استخراج گـاز متان از زباله از جمله این بخش ها به شمار می رود. در کل جهان بازیافت مجدد انرژی از زباله یکی از زمینه های تحقیقاتی و پژوهشی بحران زبالـه بشـمار مـی رود .طبـق تحقیقـات انجـام شـده، دانشمندان پی برده اند که از هر کیلوگرم زباله می توان معادل نیم کیلوگرم زغـال سـنگ انـرژی تولید کرد .(1) در سالهای اخیر روند رو به رشد مصرف انرژی، پدیده بحران انرژی را در جهان باعث شده است. مصرف رو به رشد انرژی حاصل از سوختهای فسیلی اگرچه رشد سریع اقتصادی جوامع مختلف را به همراه داشته اما به دلیل انتشارآلاینده های حاصل از احتـراق سـوختهای فسـیلی و افزایش دی اکسیدکربن در اتمسفر و پیامدهای ناشی از آن، جهان را باتغییرات تهدیدآمیزی روبرو کرده؛ از سوی دیگر محدودیت منابع فسیلی، غیر قابل تجدیدپذیر بودن این منابع و پـیش بینـی افزایش قیمتها موجب شده تا سیاستگذاران و برنامه ریزان بخش انرژی با انجام مطالعات ساختاری، تغییرحاملهای انرژی و حرکت به سوی سوختهای پاک و انرژیهای تجدیدپذیر را ازجمله مهمتـرین برنامه های کاری خود قرار دهند .با نگاهی به وضعیت استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر، پی می بریم که در میان این منابع، انرژی زیست -توده حدود%79,7درصد کل کاربرد جهانی را تشکیل می دهد . بر مبنای آخرین آمار ارائه شده در سال 2009 میلادی،برترین کشورهای تولیدکننده انرژی از منابع زیست توده ،آمریکا، برزیل، فیلیپین، آلمان، سوئد و فنلاندمی باشند( (2 .در حال حاضر در بیش از 35کشور جهان تکنولوژی تولید انرژی از زباله مورد استفاده قرار می گیرد .کشورهای ژاپن، تایوان و سنگاپور از جمله سه کشوری آسیایی هستند که بیشترین میزان تولید انرژی از زبالـه در آنهـا صورت می گیرد و از این لحاظ در رتبه بالاتری نسبت به کشورهای اروپایی و آمریکایی قرار دارند . امروزه تولید انرژی از زباله عمدتا به دو طریق انجام می شود:
روش مستقیم :سوزاندن زباله روش غیر مستقیم :این روش خود شـامل روش هـای گرمـایی ماننـد گازیفیکاسـیون، پیرولیـز،
دپلیمریزاسیون و روش های غیرگرمایی مانند هضـم بـی هـوازی، تصـفیه بیولـوژیکی مکـانیکی RDFمی باشد.
وضعیت فعلی و آتی تولید برق و حرارت از زباله در جهان تولید انرژی از زباله های شهری یکی از جذاب ترین موضوعات از نظر فنـی، اقتصـادی، زیسـت محیطی و اجتماعی در میان سایر روشهای امحاء پسماند شهری می باشد .در حال حاضر در سطح جهان به مقوله تولید انرژی از زباله های شهری توجه خاصی شـده اسـت. همچنـین اغلـب طـرح های)CDMمکانیزم توسعه پاک تحت پروتکل کیوتو) نیز حامی پروژه های تولید انرژی از زباله های شهری است .پیش بینی می شود که سهم تولید برق و انرژی ازپسماندهای شهری رو به رشد باشد،
زیرا سیاست اغلب کشورهای پیشرفته از امحاء زباله ، تولید انرژی از زباله چرخش یافته است. بـر اساس آمار آژانس بین المللی انـرژی((IEA ، سـهم زبالـه هـای شـهری از تـامین انـرژی اولیـه جهان%1,2کل انرژی های تجدید پذیر(16,2میلیون تن معادل نفت خام) مـی باشـد کـه ایـن رقـم 1,5برابر سهم باد و 4 برابر سهم مجموع انرژی های خورشیدی و دریائی در آن سال مـی باشـد .از همین بحث اهمیت بحث زباله های شهری و جایگاه آن در تامین انرژی اولیه جهـان مشـخص مـی گردد. در حال حاضر هزاران مگا وات نیروگاه زباله (بیش از 10000 مگا وات)در سطح جهان نصـب شده و آمریکا قصد دارد تا سال2025 جمعا 12.000 مگا وات ظرفیت جدید تولید برق از زباله های شهری را افزایش دهد که 10.000 مگا وات آن از نوع زباله سوز و 2000 مگـاوات آن نیـز از نـوع مرکز دفن خواهد بود.
سابقه تولید برق از مراکز دفن پسماندهای جامد این روش از اولین روشهای امحاء زباله در جهان بشمار می رود و دارای بالاترین کاربرد می باشد .از سال 2004 در آمریکا فقط در مراکز دفن به اجرا در آمده است. البته اخیرا این کشور مجددا بحث زباله سوزی و روشهای حرارتی دیگر را در دستور کاربرنامه های قرار داده است .ظرفیت نصب شده در جهان( عمدتاً امریکا) بیش از 2500 مگا وات می باشد. تعداد واحدهای استحصال گاز مرکز دفن ز ابتدای 1970 تا سال 2001 از رشد چشمگیری برخوردار بوده است.
بررسی و شناخت فن آوری های مختلف استحصال انرژی از پسماندهای شهری هاضم های بزرگ بی هوازی (بیو گاز) در این روش زباله پس از تفکیک ، خرد شده و با شیرابه، لجن فاضلاب و ... ترکیب می شـود و در مخازنی در دمای بالاتر از محیط بصورت بیهوازی هضم شده و گاز تولیدی پس از پالایش به سیستم ژنراتور منتقل گردیده و به تولید برق می پردازد .هزینه این سیستم ها کمتر از زبالـه سـوزی مـی باشد.
بیوگاز چیست؟
در فرآیند هضم بی هوازی ترکیبات آلی، مولکولهای درشت زنجیر شکسته شده و بـه مولکولهـای ساده تر تبدیل می شوند .محصولات این فرآیند، گازی قابل اشتعال است که بیوگاز نامیده می شود. این گاز شامل دو جزء عمده متان و دی اکسید کربن به همراه مقادیر جزئی نا خالصی نظیر سولفید هیدروژن، بخار آب، گاز نیتروژن و ... می باشد .این مخلوط گازی دارای ارزش حرارتی 20 مگاژول به ازاء هر متر مکعب بوده و در صورت تبدیل به برق با استفاده از موتورهای موجود می تـوان-2 1,5 کیلو وات برق از هر متر مکعب استخراج کرد(.(3 بیشترین مخازن استحصال بیوگاز از فاضلاب انسانی و پسماندهای دامی به ترتیب در چین، هند و در کشورهای آفریقایی احداث گردیده اسـت. در چند دهه اخیر در دنیا توجه به پسماندهای شهری و مدیریت آن بـه شـکل چشـمگیری رشـد داشته وپیشرفتهای زیادی نیز برای تولید بیوگاز از پسماندهای شهری انجام شده است .در ایـران نیز تلاشهایی در این زمینه صورت پذیرفته است، واحد نیروگاه بیوگاز مشهد و نیروگاه شیراز که هر دو در سالهای اخیر راه اندازی و به بهره برداری رسـیده انـد نمونـه هـایی ازگسـترش و توسـعه فناوریهای انرژیهای نو بوده و رویکرد به این نوع از انرژیهای پاک در ایران است(.(4
مکانیسم تولید بیوگاز مکانیسم تولید بیوگاز در فرآیند هضم بی هوازی نسبتا پیچیده و از عوامل شیمیایی و بیولـوژیکی متنوعی تاثیر می گیرد. این مکانیسم به طور کلی شامل سه مرحله مـی باشـد، در مرحلـه اول بـا هیدرولیز مواد آلی پیچیده و نامحلول ، به ترکیبات محلول تبدیل می شود . درمرحله دوم ترکیبات آلی محلول حاصل از مرحله اول به وسیله باکتریهای اسید ساز شکسته شده و در نتیجه اسیدهای آلی تولید می شود و در مرحله سوم تمـام ترکیبـات آلـی و اسـیدهای تولیـد شـده در مرحلـه اسیدسازی به استات و در نهایت توسط باکتریهای متان ساز به بیوگازتبدیل می گردند .عمل هضم بیهوازی در محدوده دمایی نسبتا وسیع 60-10 سلسیوس صورت می گیرد .مناسب تر ین دما برای تولید بیوگاز از نظر فنی و اقتصادی حدود 37 درجه سلسیوس می باشد. سابقه نصب هاضم های بی هوازی این سیستم برای زائدات صنایع و زباله های شهری و فضولات دامـی و هـر مـاده آلـی دیگرمـورد استفاده می باشد؛ در مورد پسماندهای شهری در سالهای اخیر توجه زیادی به این سیسـتم شـده است .تعداد قابل توجهی از این نوع نیروگاه به ویژه در اروپا نصب شده و نصب این سیستم ها برای تولید برق از پسماندها رو به فزونی می باشند.
اثرات زیست محیطی استفاده از هاضم های بی هوازی بطور کلی اثرات زیست محیطی استفاده از هاضم های بی هوازی را می توان در موارد ذیل خلاصـه نمود:
-جلوگیری از افزایش گازهای گلخانه ای -حفظ جنگل ها و مراتع
-از بین بردن عوامل بیماری زا و تخم علف های هرز
ویژگی های هاضم های بی هوازی:
-دارای قابلیت امحاء پسماندهای آلی شهری و لجن های فاضلاب -سازگار با محیط زیست
-قابلیت تولید برق و حرارت که از حرارت آن می توان در خشک کردن شیرابه و یا کاربرد های حرارتی ویا خشک کردن پسماند تر ورودی به سیستم استفاده نمود.
-باقیمانده شامل کود آلی مفید جایگزین کودهای آلی شیمیایی -تفکیک پسماند و خرد کردن آن ضروری و حساس می باشد.
-هزینه سرمایه گذاری اولیه و تعمیر و نگهداری آن تا حدودی کمتر از زباله سوز می باشد
نتایج مطالعات هضم بیهوازی انجام شده در راکتورهای مناسب نشان می دهد که کمیت و کیفیـت پسماندهای شهری ایران برای تولید بیوگاز بسیار مناسب است و در صورت احداث نیروگاه بیوگازی می توان ضمن حل بحران زباله و فاضلاب و سایر پسمانده آلی فساد پذیر در کشور و تولیـد کـود مناسب قسمتی از انرژی مورد نیاز جامعه را تامین نمود. از جمله مزایای منحصر به فرد روش هضم بیهوازی کارایی اثبات شده این روش برای تولید انرژی از تمامی منابع پسماند اعم از جامد و مایع می باشد .لذا با بهره برداری ازاین فناوری می توان ضمن حل بحران عظیم زباله های خانگی معضل فاضلابها و سایر پساب هایی که دارای بار آلی می باشند، را نیز حل نمود. زباله سوز زباله سوزی یکی دیگر راه حلهای مناسب برای دفع پسـماندها مـی باشـد کـه از سـالها قبـل در کشورهای پیشرفته صنعتی دنیا مرسوم بوده است .زمانیکه بحـث دفـع پسـماندهای خطرنـاک و بیمارستانی مطرح می شود، نقش زباله سوزها بیشتر رخ می نماید. زباله سوزها به عنوان واحدهایی تعریف می شوند که توسط حرارت، مواد زائد را اکسید وباعـث کـاهش مـواد کربنـی مـی شـود .
محصولات خروجی از زباله سوزشامل دی اکسید کربن، آب، خاکستر و حرارت حاصـل از احتـراق است. علاوه بر این، آلاینده های هوا نظیر ترکیبات سولفور و گـاز نیتـروژن و هالوژنهـا و فلـزات سنگین گوناگون مانند کادمیم، جیوه و ... نیز از محصولات دیگر احتراق به شمار می آیند.
ویژگی های زباله سوز -دارای قابلیت امحاء زباله های شهری، زباله ها و زائدات صنعتی و بیمارسـتانی و اغلـب زائـدات خطرناک هستند .برخی سیستم های زباله سوز قابلیت امحاء لجن های فاضلاب را دارند. -قابلیت امحاء نخاله های ساختمانی و مواد غیر قابل اشتعال را ندارد.
-نیازمند سیستم های فیلتراسیون قوی بدلیل تولید دی اکسین و فوران و وجود فلزات سنگین و نیاز به پالایش دوده ای خروجی می باشد که در این صورت به سیستم های بسـیار کـم خطرتـر و سازگار با محیط زیست تبدیل می شوند.
-قابلیت تولید برق و حرارت که از حرارت آن می توان در خشک کردن شـیرابه و یـا کاربردهـای حرارتی و یا خشک کردن زباله تر ورودی به زباله سوز استفاده نمود.
-به فضای بیشتری نسبت به سیستم پلاسما احتیاج دارد.-باقیمانده حداکثر % 10 زباله -نیاز به تفکیک زباله بویژه شیشه و فلزات و خرد کردن در آن بسیار جدی و حساس می باشد.
-انواع مختلفی زباله سوز در دنیا نصب شده اند که نوع توده سوز رتبه اول را به خـود اختصـاص داده است.
-هزینه سرمایه گذاری اولیه و تعمیر و نگهداری آن بالا و هزینه تفکیک و پردازش پسماند نیز قابل توجه است.
مزایای زباله سوز زباله سوز مزایای مختلفی دارد که برخی از آنها عبارتند از:
-کاهش حجم زباله
-کاهش سریع حجم پسماند
-دفع پسماندهای خطرناک
-کاهش هزینه های نگهداری و دفع پسماند
-از بین رفتن خطر آلودگی آبهای سطحی
-کاهش بو
-کاهش میزان گازهای گلخانه ای
-کاهش میزان آلاینده های هوا
-از بین رفتن زیستگاه جانوران موذی -کاهش نیاز به زمین برای دفن
سوخت جایگزین چیست((RDF
.درحال حاضر بخش اعظم انرژی مورد نیاز در داخل کشور، از احتراق سوخت های فسیلی حاصـل می شود درحالیکه می توان با احتراق هر تن زباله شهری، حدود 45 گالن نفت و یا 0,28. تن زغـال سنگ را حفظ نمود بعبارت دیگر، با احتراق زباله های شهر تهران، می توان روزانه حـدود 315000 گالن نفت و یا 1960 تن زغال را ذخیره نمود .باتولید سوختRDF از زباله شهری، علاوه بر حفـظ منابع انرژی های تجدید ناپذیر، می توان مقادیر زیادی انرژی الکتریسیته تولید نمود .با احتراق هر تن زباله می توان بیش از 2800 کیلووات ساعت الکتریسیته تولید نمود RDFجـایگزین مناسـبی برای سوختهای فسیلی می باشد و می توان آنرا بصورت مجزا و یا همراه با سوخت های فسـیلی ، بعنوان سوخت مکمل بکار برد.
با توجه به مطالب ارائه شده و شناخت روش های مختلف تولیدRDFو تجهیزات مورد نیاز، می توان دلایل اصلی عدم توسعه این روش در ایران را در موارد زیر خلاصه نمود:
(1 در نتیجه عدم اجرای طرح مدیریت پسماند عمل تفکیک زباله در مبدا به خوبی انجـام نمـی شود و انواع مختلف زباله که دارای ارزش حرارتی متفاوتی می باشند با یکدیگر مخلـوط شـده در نتیجه افزایش هزینه های مربوط به تفکیک زباله وکاهش ارزش حرارتی سوخت حاصل را به دنبال خواهد داشت.
