بخشی از مقاله
چکیده
انرژی یکی از مهمترین موضوعات امروز جهان است، با توجه به محدودیت منابع انرژی و افزایش ناگهانی قیمتهای حاملهای انرژی در ایران، شناسایی روشها و راهکارهای مدیریت مصرف انرژی در صنایع انرژیبری همچون سیمان بسیار ضروری است. در همین راستا، این مقاله به ارزیابی فرصتهای کاهش مصرف انرژی و انتشار CO2 در صنعت سیمان میپردازد. یک مدل دینامیکی تحت سه تکنولوژی کارآمد انرژی - کلینکر جایگزین، سوخت های جایگزین و بازیابی انرژی حرارتی - ارائه میشود و به مدت 20 سال شبیه سازی انجام میشود.
نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می دهد که استفاده از کلینکر جایگزین در تولید سیمان، منجر به کاهش %15 در مصرف انرژی و %13 در انتشار CO2 میشود، از این رو میتواند به عنوان یکی از روشهای کارآمد مدیریت انرژی برای دستیابی به تولید پایدار سیمان در نظر گرفته شود.
واژههای کلیدی: صنعت سیمان، فنآوریهای بهرهوری انرژی، سیستم داینامیک، توسعهی پایدار
مقدمه
در قرن گذشته رشد سریع تکنولوژی در جوامع صنعتی به طور چشمگیری سهم مداخلات بشر را در تغییرات آب و هوایی افزایش داده است. این تغییرات که بیشتر ناشی از انتشار گازهای گلخانهای میباشد، افزایش دمای کرهی زمین را به همراه داشته است.خطرها و چالشهای زیست محیطی نه یک مسأله داخلی، بلکه یک مسأله جهانی است. اهمیت این موضوع در رابطه با آلودگی هوا بیش از هر عامل دیگری نمود دارد. از آنجا که مرزی در اتمسفر وجود ندارد، انتشار گازهای گلخانهای در یک مکان و زمان معین می تواند با گذشت زمان در یک مکان دیگر اثر خود را نمایان سازد.
در مطالعاتی که در خصوص ارزیابی زیست محیطی کارخانههای سیمان صورت گرفته، این صنعت با تولید % 5 از گازهای گلخانهای در جهان و %34 گازهای گلخانهای در بخش صنعت، به عنوان یکی از منابع مهم تولید گاز CO2 شناخته شده است و از این رو در کانون توجه دست اندرکاران محیط زیست قرار گرفته است.
انجمن ایرانی پویاشناسی سامانهها
با توجه به نقش کلیدی سیمان در توسعهی اقتصاد ملی و بخشهای دیگر جامعه مانند ساخت و ساز، توسعهی راهها و زیرساختهای حمل ونقل، تقاضا برای این محصول در جهان و به خصوص در کشورهای در حال توسعه در حال افزایش است. همین مسأله باعث افزایش مصرف سوختهای فسیلی برای تامین انرژی مورد نیاز در فرآیند تولید سیمان میشود که آلودگی بیشتر محیط زیست را به همراه دارد.
علاوه بر گرمایش زمین و سایر مشکلات زیست محیطی ناشی از احتراق سوختهای فسیلی، چالش دیگری که فرآروی صنعت سیمان قرار دارد، پایانپذیر بودن منابع انرژی فسیلی و مواد اولیهی تولید سیمان میباشد. این چالشها و ضرورت استفاده بیشتر از منابع تجدیدپذیر و مواد جایگزین این حقیقت را آشکار می سازد که وابستگی تولید سیمان به این منابع نمیتواند در بلند مدت به صورت پایدار ادامه یابد. از این رو، مدیران و تصمیم گیران این حوزه میبایست به ارائهی برنامههایی برای مدیریت و برنامهریزی هرچه بهتر تولید پایدار سیمان بپردازند به گونهای که توانایی نسل آینده برای تامین این منابع را به مخاطره نیافکنند.
در این زمینه، توسعهی پایدار بر پایهی قانونمندیهای حفاظت از محیط زیست طراحی شده که با ارائهی یک الگوی مدیریت، مانع از تخریب و تهیسازی منابع غیر قابل تجدید می شود.در ایران، صنعت سیمان به عنوان یکی از صنایع انرژی بر پس از صنعت فولاد و آهن، در جایگاه دوم قرار دارد و حدود %13 مصرف انرژی حرارتی در بخش صنعت و %3 از کل انرژی حرارتی کشور را به خود اختصاص می دهد. بدیهی است که در چنین شرایطی یکی از نگرانیهای اصلی در صنعت سیمان، مدیریت مصرف انرژی و آلودگی ناشی از آن است. در همین راستا هدف اصلی این پژوهش اتخاذ سیاستهایی در راستای بهینهسازی مصرف انرژی و کاهش آلایندههای ناشی از تولید سیمان در راستای تولید پایدار این محصول می باشد.
مبانی نظری و پیشینه تحقیق
به موازات معرفی و گسترش روز افزون راهکارهای کاهش مصرف انرژی و آلودگی ناشی از گازهای گلخانهای در صنعت سیمان، پژوهشهای بسیاری در کشورهای مختلف دنیا صورت گرفته که از جملهی آنها میتوان به مقالات زیر اشاره کرد:در سال 2004 نهدی و همکاران با استفاده از یک مدل دینامیکی، تولید CO2 در صنعت سیمان را تخمین زدند و استفاده از مواد افزودنی را سیاستی جهت دستیابی به تولید پایدار سیمان و کاهش CO2 معرفی کردند در سال 2006 آناند و همکاران با استفاده از روش سیستم داینامیک، مدلی جهت کاهش میزان انتشار CO2 در صنعت سیمان، تحت سیاستهای مدیریت انرژی و مدیریت ساختاری ارائه دادند.
در سال 2013 انصاری و سیفی مدلی دینامیکی جهت بررسی مصرف انرژی و انتشار CO2 در صنعت سیمان تحت سناریوهای مختلف تولید و صادرات در ایران ارائه دادند. در این مدل اثر اصلاح قیمت سوخت بر تولید و مصرف انرژی در صنعت سیمان مورد بررسی قرار گرفت .در برخی از پژوهشها به شناسایی فرصتهای کاهش مصرف انرژی در کشورهای مختلف دنیا پرداخته شده است که مبنای اصلی آنها، مقایسهی جایگاه کنونی کارخانههای سیمان با کارخانهی ایده ال و یا با الگوها و استانداردهای شناخته شده است.انجمن ایرانی پویاشناسی سامانهها است.
برای نمونه، به پژوهشی که مویا7 و همکارانش برای شناسایی بهبود بهرهوری و کاهش انتشار CO2 در 27 کشور عضو اتحادیه اروپا انجام دادند میتوان اشاره کرد.در سال 2013 اوسن8 و همکاران به منظور کاهش اثرات زیست محیطی، کاهش مصرف منابع انرژی و کاهش هزینههای اقتصادی در صنعت سیمان، استفاده مناسب از سوخت و مواد جایگزین را به عنوان روشی جهت تولید سیمان پایدار معرفی کردند. یانگ اُه9 و همکاران در پژوهش خود، استفاده از سیمان جایگزین را به عنوان سیاستی جهت کاهش CO2 معرفی کردند.
این مواد که شامل مصالح ساختمانی تخریب شده و پودر بتن میباشد، با توجه به خواص معدنی خود میتوانند به عنوان سیمان جایگزین مصرف شوند. به این ترتیب میزان سنگ آهک به کار رفته در تولید سیمان کاهش یافته و از این طریق میزان تولید CO2 نیز کاهش مییابد.در سال 2015 وارگاس و هالوگ یکی از راههای کاهش تولید CO2 را استفاده از خاکستر بادی به عنوان مادهی جایگزین کلینکر معرفی کردند و با ارائه مدل دینامیکی تاثیر آن را روی رشد اقتصادی ، آلودگی محیط زیست بررسی کردند.
زوبری و پتل در سال 2017 با استفاده از منحنی هزینهی بهرهوری انرژی، پتانسیل کاهش CO2 و انرژی را در صنعت سیمان سوئیس مورد بررسی قرار دادند و فناوری جذب CO2 را به عنوان راهحلی جهت کاهش آلایندههای صنعت سیمان معرفی کردند.در بررسی ادبیات موضوعی به کارگیری مدل سیستم داینامیک در حوزهی صنعت سیمان، باید به این نکته توجه کرد که بیشتر پژوهشهای انجام شده در این زمینه، به بحث کاهش آلایندههای زیست محیطی در این صنعت پرداختهاند و کمتر به بحث صرفهجویی در مصرف انرژی توجه شده است. از این رو، این مقاله با ارائهی یک مدل دینامیکی، تاثیر سیاستهای ارائه شده را بر روی مصرف انرژی و انتشار CO2 مورد بررسی قرار میدهد.
روش شناسی تحقیق
ردپای تفکر سیستمی در طول تاریخ به طور گسسته وجود داشته است، اما شروع نظریهی عمومی سیستم، در سال 1932 با ارائهی نظریه ارگانیستی لودویگ فون برتالانفی آغاز شد و پس از او جیفارستر در سال 1961 نیاز به کاربرد تفکر سیستمی را در جامعه و علوم اجتماعی، مورد مطالعه قرار داد.در دنیای مدرن مشکلات جوامع و سازمانها روزبه روز پیچیدهتر میگردد، و در پی آن تصمیمگیری و شناخت راهحلهای مناسب برونرفت از این مشکلات نیز دشوارتر میشود، به نحوی که ممکن است راهحل اتخاذ شده شرایط سیستم را در کوتاه مدت بهبود ببخشد اما در بلند مدت وضعیت را از شرایط کنونی بدتر کند.
