بخشی از مقاله
چکیده
در سالهاي اخیر روند استفاده از انرژي زیست تودههاي لیگنوسلولزي براي ایجاد گرمایش و تولید برق، رو به افزایش بوده است. با این حال هر ساله حجم عظیمی از زیست تودهي لیگنوسلولزي موجود در کشور که عمدتاً چوب درختان و یا بقایاي محصولات کشاورزي هستند، توسط ساکنین مناطق دورافتاده و روستایی به منظور تامین انرژي حرارتی موردنیاز آنها، سوزانده میشود. با در نظر گرفتن پایین بودن بازده استحصال انرژي به روش سوزاندن و آلودگیهاي زیست محیطی ناشی از این عمل، استفاده از روشهاي جایگزین بسیار حائز اهمیت است.
گازیفیکاسیون یکی از فنآوريهاي بکار رفته در جهان است که براي استحصال انرژي از زیست تودههاي لیگنوسلولزي بکار میرود. با توجه به نمونههاي موفق گازیفایر ساخته شده در جهان براي تامین انرژي حرارتی مناطق روستایی، به صورت مستقل و جدا از شبکه توزیع انرژي، و با در نظر داشتن وجود توجیه اقتصادي نسبی براي استفاده در ایران، بکارگیري این فنآوري در کشور میتواند بسیار مفید واقع شود. در این مقاله ضمن معرفی فنآوري گازیفیکاسیون و اصول کار گازیفایرها در تبدیل زیست تودهي لیگنوسلولزي به انرژي، انواع متداول بکاررفته در جهان معرفی و مقایسه شده است. همچنین با بیان عوامل موثر در عملکرد این انواع و تشریح آنها، یک شناخت کلی و اطلاعات اولیه لازم براي انتخاب نوع گازیفایر با توجه به اقتضاهاي موجود در کشور و شرایط عملیاتی ارائه شده است.
مقدمه
در دسترس بودن انرژي به عنوان یک زیربناي اساسی براي پیشرفت اقتصادي، نقش تعیین کنندهاي در بهبود زندگی بشر دارد.
توسعه شگرف علم و فنآوري در استفاده از منابع انرژي موجود در جهان، موجبات آسایش و رفاه زندگی بشر را فراهم کرده است. به طوریکه میزان دسترسی به انواع انرژي به عنوان یکی از موارد تعیین کنندهي سطح رفاه زندگی بشر در نظرگرفته میشود. از طرفی نگرانیهاي روزافزون بشر از اتمام منابع انرژي فسیلی که سهم عظیمی از منابع انرژي موجود را به خود اختصاص داده است، یکی از چالشهاي موجود در زمینه منابع انرژي میباشد.
علاوه بر این موارد حفظ محیط زیست نیز چالش دیگري در استفاده از انرژيهاي فسیلی است که توجه به آن روز به روز بیشتر میشود. برآیند این نیازها و چالش ها بشر را به سمت استفاده از منابع انرژي تجدیدپذیر سوق میدهد. در حال حاضر زیست توده به عنوان یکی از منابع انرژيهاي تجدیدپذیر، به عنوان چهارمین منبع تولید انرژي در جهان بعد از زغال سنگ، نفت و گازطبیعی به شمار میرود
منابع انرژي تجدیدپذیر منطقهاي میتوانند به صورت محلی کنترل شوند و براي این کار نیازي به شبکههاي سراسري و سیستمهاي پیچیده انتقال انرژي نیست. بنابراین اهالی هر منطقه میتوانند با در نظر گرفتن شرایط محلی و نیاز خود، تکنولوژي مناسب و با راندمان بهتر را انتخاب نمایند، که طبیعتاً در هر منطقه میتواند متفاوت باشد. این ویژگی جنبهي مثبت انعطافپذیري این انواع انرژي را نشان میدهد.
کشور پهناور ایران با تنوع اقلیمی داراي منابع مناسب و فراوان زیست توده است که استفاده صحیح از این منابع عظیم انرژي در نیروگاههاي زیست توده میتواند سهم مهمی در تأمین انرژي و حفظ محیط زیست در راستاي توسعه پایدار داشته باشد. طیف وسیعی از مواد در دسته زیست توده قرارمیگیرند و دستهبنديهاي متنوعی از این مواد در مراجع مختلف ارائه میشود.
چوب و مواد لیگنوسلولزي به همراه زایدات کشاورزي بخش عمدهاي از زیست تودهي موجود در جهان را به خود اختصاص میدهند. اگرچه بسیاري از کشورهاي عضو سازمان انرژيهاي جهان - - IEA به طور فزایندهاي از ضایعات شهري و صنعتی براي تولید الکتریسیته و گرما و همچنین سوخت زیستی استفاده میکنند، ولی با این حال، چوب اصلیترین منبع زیستتودهاي براي حرارت به شمار میرود. سوخت جامد یا زیست توده به طور چشمگیري در سیستم هاي مدرن احتراقی امروزي مورد استفاده قرار میگیرد - . - 2 استفاده از این مواد براي تامین انرژي هیچگونه منافاتی با بحث امنیت غذایی مردم جهان نیز نخواهد داشت، که این موضوع نیز یکی از جنبههاي ممتاز این منبع انرژي است
براي مواد لیگنوسلولزي، در بین فرآیندهاي تبدیلی مختلف موجود، گازیفیکاسیون به دلیل پتانسیل بالا و قابلیتهاي گوناگونی که دارد، به عنوان یک روش اثبات شده و آینده دار در سطح جهانی تلقی میشود - . - 3 استفاده از فنآوريهاي ترموشیمیایی و به خصوص گازیفیکاسیون زیست توده، پیشرفت و توسعه چشمگیري در سه دههي پیش در کشورهاي جهان داشته است. در کشورهاي در حال توسعه مانند هند، برزیل، کاستاریکا، مکزیک، تایلند، تانزانیا و اروگوئه از این فنآوري براي تولید الکتریسیته به طرز گستردهاي استفاده میشود.
به طوریکه برزیل بیش از 14 ترا وات ساعت الکتریسته در سال 2009 با استفاده از روشهاي ترکیبی - زیست توده-زغالسنگ - تولید کرد که 6 ترا وات ساعت آن بیش از چیزي بود که در شبکههاي توزیع برق از آنها استفاده شد.
در سال 2007 میلادي، بیش از 34 درصد از کل برق تولید شده از زیستتودهي جامد در جهان، در کشورهاي عضو OECD گزارش گردید که در مجموع رقمی بالغ بر 42 تراوات ساعت را شامل میشوند - . - 4 در کشورهاي اسکاندیناوي، نیروگاههایی با ظرفیت 1 تا 10 مگاوات با کمک این فنآوري و با استفاده از چوبهاي جنگلی احداث شده و به بهرهبرداري رسیده است. در ایالات متحده حدود 70 درصد از کارخانجات صنایع چوب، انرژي مورد نیاز خود را با استفاده از این فنآوري و از مصرف زایدات چوب تامین مینمایند و هیچگونه نیازي به برق شبکه یا سوختهاي فسیلی ندارند
در گزارش پایانی برنامهي BGMP - Biomass Gasification Monitoring Program - که توسط بانک جهانی به ارزیابی وضعیت فنآوري گازیفیکاسیون در سطح جهان پرداخته است، چند نکته قابل تامل وجود دارد - . - 6 اول اینکه استفاده از این فنآوري در سطح جهان عموماً براي استحصال توان - مکانیکی و الکتریکی - و یا براي تامین نیاز حرارتی بخشهاي مختلف مصرف خانگی تا مصارف صنعتی صورت میگیرد. هرچند که طرحهایی با اهداف ترکیبی نیز وجود دارند. نکته دوم که در این مقاله بیشتر مورد توجه است، اشاره به میزان موفقیت این طرحهاست. در واقع موفقیت و استمرار طرحهایی که به منظور استخراج توان مکانیکی و یا الکتریکی با این فنآوري ساخته شدهاند، به شدت به کمکهاي مالی بخشهاي غیرمرتبط و یارانههاي بخش دولتی متکی هستند. در حالیکه طرحهایی که هدف نهایی آنها تامین انرژي حرارتی با استفاده از این فنآوري است، بدون نیاز قابل توجه به یارانههاي بخش دولتی به سرعت در کشورهاي در حال توسعه در حال رشد هستند.
شکل : 1 مراحل مختلف استفاده از زیست توده لیگنوسلولزي در استفادهي مدرن از فنآوري گازیفیکاسیون
در همین راستا ژانگ - - Zhang و همکاران - 2013 - ، نیز به مطالعه راهبردي استفاده از این فنآوري در کشور چین پرداختهاند.
به دلیل متمرکز نبودن منابع زیست توده لیگنوسلولزي در کشور پهناور چین و با درنظر گرفتن هزینههاي مربوط به جمعس آوري، انتقال و انبارسازي این منابع، استفاده از فنآوري گازیفیکاسیون در ابعاد کوچک و روستایی منطقی تر و عملیتر به نظر میرسد و استفاده از این فنآوري در ابعاد بزرگ در حال حاضر منوط به استفاده از اجراي طرحهاي ترکیبی - استفاده از زیست توده و زغالسنگ - میباشد. آنها همچنین اتخاذ یک سري قوانین ملی، استاندارد سازي فنآوري موردنظر و راهکارهایی براي تنظیم بازار از سوي دولت چین را، عامل تحقیقات بیشتر و شکوفا شدن فنآوري گازیفیکاسیون زیست توده لیگنوسلولزي در این کشور بیان کردند. به طوریکه واحدهاي تولیدي ایجاد شده به سمت تجاري شدن و عملکرد مستقل از سرمایهگذاري دولتی پیش میروند. در جدول 1 برخی از پروژههاي انجام شده در کشور چین نشان داده شده است
در واقع در کشور پهناور چین، در چند دهه اخیر، براي تامین انرژي مورد نیاز ساکنین مناطق دورافتاده و روستایی سرمایهگذاري عظیمی روي فنآوري گازیفیکاسیون انجام شده است. در سال 1998 میلادي در قالب یک پروژه ملی و با سرمایهگذاري دولتی در حدود 200 ایستگاه روستایی تولید گاز مصنوعی ساخته شد. این تعداد تا سال 2005 میلادي به 1000 ایستگاه رسید و اکنون برخی از آنها به صورت بخش خصوصی و خارج از سرمایهگذاري دولتی به فعالیت خود ادامه میدهند - . - 1 در ابتدا ساخت این ایستگاههاي روستایی در ابعاد کوچک انجام پذیرفته بود و بیشتر به منظور تامین نیاز خانوارهاي روستایی بود. در حالیکه امروزه با گسترش آنها، اهداف و کاربردهاي صنعتی براي آنها در نظر گرفته میشود.
همچنین در همین زمینه دولت هندوستان قصد دارد تا پایان سال 2017 میلادي در راستاي سیاست توسعه طرح هاي انرژي پاك، یک نیروگاه 96 مگاواتی زیست توده را در پنجاب هندوستان با استفاده از زایدات شلتوك برنج احداث نماید
کشور ما که %1 از جمعیت جهان، % 8/7 از سرمایه نفتی و %15 از منابع گاز جهان، که سرمایه ملی هستند، را در خود جاي داده است.
