بخشی از مقاله
معرفی و بررسی فناوری قوس پلاسما به عنوان روشی نوین برای دفع پسماند و تولید انرژی های تجدیدپذیر
چکیده تبدیل پسماند به گازهای قابل اشتعال با استفاده از فناوری قوس پلاسما (گازسازی پلاسمایی) یکی از بهترین،
پیشرفته ترین و با ارزشترین روش ها برای دفع پسماندهای شهری، بیمارستانی، صنعتی و سایر پسماندهای خطرناک می باشد. در این فناوری که برای تولید انرژی های تجدیدپذیر نیز بکار گرفته می شود، عملیات حرارتی فاقد فرآیند احتراق بوده و با استفاده از دماهای بسیار بالا در یک محیط تقریبا خلا (محیطی با کمبود اکسیژن) زباله بطور کامل به مولکول های بسیار ساده تجزیه می گردد و در نتیجه مقادیر بسیار پایین آلاینده های زیست محیطی ایجاد شده و سازگار با محیط زیست است. نتایج این مطالعه نشان می دهد که سیستمهای تبدیل پسماند توسط فناوری قوس پلاسما، بیشترین انرژی بازیافتی را به شکل سوخت تجدید شدنی بدست می دهند و از نظر زیست محیطی 100 درصد ایمن و مطمئن می باشند. این سیستمها گازها و بخارات سمی یا خاکسترها و باقیمانده خطرناک زباله سوزهای معمولی را ندارند.
واژههای کلیدی: پسماند، فناوری قوس پلاسما، گازسازی پلاسمایی، انرژی های تجدیدپذیر، محیط زیست
|
-1 مقدمه
گسترش شهرها و افزایش بی رویه جمعیت آنها، تغییر الگوی مصرف جوامع، افزایش سرسام آور پسماند و عدم استفاده از روشهای علمی و مدیریتی مؤثر در امر تولید، جمع آوری و دفع پسماند های شهری را به عنوان یکی از معضلات جدی جوامع شهری در کشورهای در حال توسعه در آورده است . بطور کلی، دفع پسماند یک مسئله زیست محیطی محسوب می شود و در حوزه سلامت و بهداشت محیط نقش اساسی دارد. همچنین ضرر و زیان اقتصادی ناشی از عدم کنترل پسماند در مناطق شهری نیز قابل توجه است . در شهرهای بزرگ، روزانه مقادیر قابل توجهی پسماند خانگی تولید می شود که این میزان زباله شهری علاوه بر هزینه های بسیار هنگفت جمع آوری و حمل و نقل، حجم عظیمی از مشکلات زیست محیطی نگران کننده مانند آلودگی آب، هوا، خاک، رشد و تکثیر حشرات و عوامل بیماری زا را بدنبال دارد. بنابراین مدیریت صحیح پسماندهای شهری که از اصلی ترین آلاینده های محیط زیست بوده و به عنوان منابع اصلی سوخت های زیست توده و تجدیدپذیر در جهان نیز مطرح می باشند، امری ضروری است.
امروزه پیشرفتهای گسترده در فناوری و علوم مختلف مانند شیمی، فیزیک، پزشکی و باعث ورود انواع پسماند های خطرناک حتی در داخل پسماندهای عادی خانگی شده است و لذا روش های جمع آوری و دفع سنتی پسماند ها جوابگو نبوده و نمی تواند از آلودگی های زیست محیطی ناشی از انواع پسماند های شیمیایی، رادیو اکتیو، میکروبی و جلوگیری کند. همچنین به دلیل تولید گازهای گلخانه ای و گرم شدن کره زمین و نیز سایر آلودگی های محیط زیست، لزوم جایگزینی انرژی های تجدیدپذیر به جای سوختهای فسیلی اهمیت روز افزونی یافته است و تولید انرژی به عنوان یک گزینه برتر در مدیریت پسماندهای شهری مطرح گردیده و هر ساله سهم تولید انرژی از پسماندهای
شهری بویژه پسماندهای جامد شهری درجهان در حال توسعه می باشد. این امر به دلیل افزایش بازیافت انرژی، کاهش دفن، ایجاد درآمد برای مدیریت پسماند، تنوع فرآیندهای تولید انرژی، افزایش
امنیت عرضه انرژی و ... می باشد. از اینرو پژوهش های مؤثر و اساسی و بکارگیری روش های نوین در زمینه مدیریت پسماندها، باید در رأس برنامه های سازمان های مسئوول و ذیربط قرار داشته باشد.
در حال حاضر تکنولوژی ها و روش های مختلفی نظیر دفنگاه زباله (Landfill) ، زباله سوز (Incinerator) ، گازسازی زباله (Gasification) ، فرآیند هضم بی هوازی یا بیوگاز (Biogas) ، پیرولیز زباله (Pyrolysis) ، تولید سوخت زباله (RDF) و پلاسما (Plasma) برای مدیریت و تولید انرژی از پسماندهای شهری در سطح جهان مطرح می باشند
(نصیری ؛ .(1386 در روش های ترموشیمیایی، تولید انرژی و در روش های بیولوژیکی، امحای زباله در اولویت قرار دارند (عبداله زاده و همکاران ؛ . (1389
در این مقاله با شناخت بیشتر پسماندهای شهری به عنوان یک سوخت تجدیدپذیر، به معرفی و بررسی فناوری قوس پلاسما به عنوان روشی نوین برای تولید انرژی های تجدیدپذیر از پسماندهای شهری می پردازیم. نتایج نشان می دهند که از نظر فنی، با توجه به شرایط محیطی ایران و مشخصات پسماندهای تولیدی، این روش در ایران قابل اجرا و
|
بهره برداری می باشد و اخیرا نیز به همت گروهی از محققین دانشگاه زنجان، برای نخستین بار درکشور فناوری قوس پلاسما برای امحای پسماند طراحی و شبیه سازی شده است (همشهری آنلاین؛ شهریور . (1391
-2 پسماندهای شهری به عنوان یک سوخت تجدیدپذیر
پسماند به کلیه مواد جامد، مایع وگاز (غیر از فاضلاب) گفته می شود که در اثر فعالیتهای روزمره انسان تولید و بطور مستقیم یا غیر مستقیم وارد محیط زیست می گردد و از نظر تولیدکننده زائد تلقی می شود.
امروزه مدیریت پسماندهای شهری به عنوان یکی از مهمترین دغدغه های جوامع بشری مطرح می باشد. افزایش روزافزون حجم پسماندها از یک سو و تنوع آنها از سوی دیگر بر پیچیدگی شرایط و نحوه جمع آوری و دفع آنها افزوده است. در کشور ما روزانه بالغ بر 50 هزارتن زبالههای شهری تولید می گردد که از نظر زیست محیطی به معضل بزرگی تبدیل شده است (همشهری آنلاین؛ شهریور .(1391
در سالهای اخیر با توجه به اینکه منابع انرژی های فسیلی رو به اتمام هستند، منابع انرژی های تجدیدپذیر مورد توجه قرار گرفته اند (Do, 2001) و ایجاد و توسعه فناوریهای نوین در حوزه انرژی های تجدیدپذیر از اهمیت خاصی برخوردار شده اند. انرژی های تجدیدپذیر (Renewable Energy) به انواعی از انرژی گفته می شود که قابلیت بازگشت مجدد به طبیعت را دارند. آژانس بینالمللی انرژیهای تجدیدپذیر (IRENA) نیز در سال 2009 برای ترویج و
افزایش استفاده پایدار از تمام انرژی های تجدیدپذیر تاسیس شده است. تسهیل دسترسی به اطلاعات مربوط به انرژیهای تجدیدپذیر، توسعه گسترده و استفاده از انواع انرژیهای تجدیدپذیر در سراسر جهان، از وظایف مهم این آژانس میباشد. زیست توده (Biomass) به عنوان یکی از منابع مهم انرژی های تجدید پذیر در جهان محسوب می
شود که از مواد زیستی بدست میآید. مواد زیستی شامل موجودات زنده یا بقایای آنها می باشد و از آنها برای تولید الکتریسیته و گرما استفاده می کنند. زیست توده شامل زبالههای زیستی قابل سوزاندن (پسماندها) هم میشود (نصیری و کهربائیان ؛ .(1382 ساختار شیمیایی زیست توده بر پایه کربن است و از مخلوط مولکولهای آلی، شامل هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن و مقدارکمی از دیگر اتمها مانند، فلزات قلیایی، فلزات قلیایی خاکی و فلزات سنگین تشکیل می گردد. زیست توده ها شامل ترکیبات آلی با زنجیره بلند می باشند و در طی فرآیند هضم به مولکولهای ساده تر تبدیل می گردند. با توجه به اینکه اکثر مناطق کشور ما در بخش انرژی زیست توده از منابع فراوانی برخوردار هستند، بنابراین استفاده از تکنولوژیها و روشهای تولید انرژی از پسماندهای شهری تا حدودی میتواند به مشکلات موجود در زمینه تامین منابع انرژی فائق آید.
-3 فناوری قوس پلاسما
پلاسما حالت چهارم ماده می باشد. خورشید، فضای بین ستاره ای، رعد و برق و ... نمونه هایی از پلاسما در طبیعت هستند. در واقع، پلاسما گاز یونیزه شده ای است که در صنعت توسط مشعل های مخصوصی موسوم به مشعل های پلاسما تولید می شود. با استفاده از تکنولوژی پلاسما، دمای بسیار بالایی تولید می شود که مشابه آن فقط در
|
ستارگان و گداخت هسته ای وجود دارد، ولی کنترل دما در این سیستم ها مشکل و نیازمند تمهیدات گسترده ای برای ایمنی مجموعه می باشد . (Cohn, 1996) در یک محیط گازی می توان با عبور یک جریان الکتریکی مستقیم بین
کاتد و آند مشعل، امکان ایجاد قوس پلاسما را فراهم کرد.
شکل((1 طرحواره ای از یک مشعل قوس پلاسما
قوس پلاسما و عبور همزمان هوا در فضای حلقوی شکل، یک محیط با گرمای بسیار زیاد که دمایی بین 5000 تا 10000 درجه سانتیگراد دارد ایجاد می کند. در اثر گرمای تولید شده در این محیط پلاسمایی، میتوان مواد را تبخیر نمود. تبدیل پسماند به گازهای قابل اشتعال بوسیله قوس پلاسما یا گازسازی پلاسمایی، فناوری پیشرفته سال های اخیر بوده و تکنیک بسیار مهمی می باشد و به دلیل حرارت بسیار شدید ناشی از قوس پلاسما میتواند به شکل بسیار مقرون به صرفه و اقتصادی برای امحای انواع زباله (شامل زباله های شهری، زباله های بیمارستانی، زباله های صنعتی و سایر زبالههای خطرناک) و تبدیل آنها به محصولات جانبی و نیز تولید انرژی بکار گرفته شود. در مقایسه با سایر روش ها و تکنولوژیهای موجود برای مدیریت پسماندهای شهری، امحای زباله با فناوری قوس پلاسما، به دلیل تولید مقادیر بسیار پایین آلایندههای زیست محیطی و نشر بسیار ناچیز سموم در هوا، سازگار با محیط زیست می باشد. فناوری قوس پلاسما موثرترین روش برای تفکیک کامل همه اجزای (آلی و غیر آلی) و بدست آوردن ترکیبات اولیه آنها برای بازیافت می باشد. مهمترین جزء پلاسما، گاز ساز سیستم است که می تواند یک یا چند مشعل قوس پلاسما را در خود جای دهد . گاز ساز پلاسما محیط تقریبا خلا (محیطی با کمبود اکسیژن بوده) و در نتیجه هیچ احتراقی صورت نمی گیرد. البته باید به این نکته نیز توجه کرد که گاز ساز پلاسما یک زباله سوز یا یک سیستم احتراقی نیست (Roth, .2001)
دراین بخش سعی شده است که علاوه بر بیان اصول نظری و پارامترهای موثر در فناوری قوس پلاسما، تجهیزات و مشخصات فنی سیستمهای تبدیل پسماند توسط فناوری قوس پلاسما (گازسازی پلاسمایی)، سابقه نصب این سیستمها در کشورهای مختلف و جنبه های زیست محیطی آنها تشریح گردد. در این راستا، امکان اتصال سیستمهای تبدیل پسماند به واحدهای بازیافت انرژی حرارتی و همچنین نصب تجهیزات مولد جریان الکتریکی درآنها بررسی شده است. بکارگیری این سیستمهای جانبی در بازدهی اقتصادی این فناوری از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند.
