استخدام طاقة الكتلة الحيوية وهدف إزالة الكربون

الطاقة الحيوية: نطاق المواد الخام، الحجم المثبت، وأهمية إزالة الكربون

تعد الطاقة الحيوية—الطاقة الكيميائية المخزنة في المواد البيولوجية من خلال photosynthesis—رابع أكبر مصدر للطاقة في العالم بعد الفحم والنفط والغاز الطبيعي. تمتد قاعدة المواد الخام الخاصة بها لتشمل نفايات الزراعة، ونفايات الغابات، وروث الماشية والدواجن، والنفايات الصلبة البلدية، والطين الناتج عن معالجة مياه الصرف، مما يمنحها نطاقًا جغرافيًا لا تستطيع المحاصيل الطاقية المصممة خصيصًا وحدها تلبية احتياجاته.

قاعدة الموارد المتاحة كبيرة. في مقاطعة هونان—منطقة شبه استوائية ذات نشاط زراعي وغابي مرتفع—تصل تقديرات موارد الطاقة الحيوية السنوية المناسبة لتوليد الطاقة إلى 20.3 مليون طن متري. وعلى مستوى وطني، تمثل قاعدة موارد الطاقة الحيوية غير المتطورة في الصين مساهمة كبيرة وذات إمكانيات غير مستغلة إلى حد كبير في الانتقال إلى الطاقة النظيفة.

ما يميز الطاقة الحيوية عن مصادر الطاقة المتجددة الأخرى في سياق إزالة الكربون هو إمكانية التحكم في انبعاثاتها. على عكس المصادر المتقطعة، يعمل توليد الطاقة من الوقود الحيوي عند الطلب، مما يجعله أداة عملية قصيرة الأجل لتقليل الاعتمادية على الوقود الأحفوري في قطاعات الطاقة والتدفئة الصناعية دون الحاجة إلى استثمار في تخزين الشبكة.

بيانات كثافة الكربون: الحجة الكمية لتوليد الطاقة الحيوية

تستند حجة إزالة الكربون لاستخدام الطاقة الحيوية إلى معلمة واحدة قابلة للقياس: كثافة انبعاثات الكربون. عندما يتم حرق المواد الحيوية الزراعية والغابية لتوليد الطاقة، تساوي كثافة انبعاثاتها من الكربون فقط 1.8% من الفحم، 2.1% من النفط، و3.8% من الغاز الطبيعي—المعلومات المستمدة من تقرير مراقبة وتقييم تطوير الطاقة المتجددة لعام 2021 الصادر عن إدارة الطاقة الوطنية في الصين.

تعكس هذه الصورة القريبة من الصفر لملف الكربون الدورة الكربونية المغلقة المتأصلة في الطاقة الحيوية: يتم امتصاص CO₂ المنطلق أثناء الاحتراق من الجو خلال مرحلة نمو النبات. عندما يتم الحصول على المواد الخام وإدارتها بشكل مستدام، ينتج عن توليد الطاقة الحيوية إضافة زهيدة للغازات الدفيئة الصافية—وهو تباين جذري مع احتراق الوقود الأحفوري.

تستفيد أربع طرق توليد تجارية من هذه الخاصية:

1. حرق المواد الحيوية الزراعية والغابية — الاحتراق المباشر للمخلفات النباتية المعبأة في شكل حبيبات أو مجزأة في الغلايات المخصصة أو ترتيبات الاحتراق المشترك.
2. توليد الطاقة من حرق النفايات — استرداد الطاقة من النفايات الصلبة البلدية، مما يقلل من حجم المكبات مع توليد كهرباء قابلة للتحكم فيها.
3. توليد الطاقة من غاز البيروليز — التحويل الحراري للكتلة الحيوية إلى غاز تخليقي لاستخدامه في التوربينات الغازية أو المحركات.
4. توليد الطاقة من الغاز الحيوي — الهضم اللاهوائي للنفايات العضوية، وروث الماشية، والطين الناتج عن معالجة مياه الصرف لإنتاج الميثان للاحتراق.

تتناول كل طريقة فئة مواد خام مختلفة وملف موارد إقليمي. معًا، تشكل هذه الطرق نهجًا محفظيًا يمكن تكييفه مع الظروف المحلية—اعتبار تصميمي حاسم للمشغلين الذين يخططون لاستراتيجيات وقود صناعية طويلة الأجل.

تؤكد البيانات الوطنية في الصين على نمو القطاع. وفقًا لتقرير مراقبة وتقييم تطوير الطاقة المتجددة لعام 2021، بلغ إجمالي القدرة المثبتة للطاقة المتجددة 1.063 مليار كيلووات بنهاية عام 2021، منها 37.98 مليون كيلووات كانت مدفوعة بالطاقة الحيوية. بلغ إجمالي إنتاج الطاقة الحيوية 163.7 مليار كيلووات ساعة في ذلك العام—6.6% من إجمالي الطاقة المتجددة المُولَّدة على الصعيد الوطني.

التكوير: ردم الفجوة بين المواد الخام والوقود القابل للتوزيع

تمثل الفجوة بين الموارد الحيوية المتاحة والوقود القابل للتوزيع بشكل أساسي مشكلة لوجستية ومعيارية. تعتبر المخلفات الزراعية والغابية الخام غير متجانسة في محتوى الرطوبة، وحجم الجسيمات، وكثافة الشحن. يتطلب نقلها بشكل فعال من الحقل أو الغابة إلى محطة الطاقة تكثيفها إلى شكل متسق وقابل للنقل.

تحل عملية تكوير الطاقة الحيوية هذه المشكلة. من خلال معالجة المواد الخام عالية الرطوبة عبر عملية سحق متسلسلة، طحن خشن، تجفيف، طحن ناعم، تكوير، وتعبئة، تحول خطوط إنتاج الحبيبات الكتلة الحيوية ذات الجودة المتغيرة إلى وقود موحد وذو كثافة طاقة عالية. تقوم خطوط إنتاج حبيبات الطاقة الحيوية الرطبة من Kingwood بإجراء هذه العملية الكاملة في سير عمل آلي مغلق بالكامل مع التخلص من الغبار المدمج—تلبية إطار العمل الثلاثي للتوحيد: إنتاج متكامل، خالي من الغبار، وآلي.

تم تحديد جودة الوقود الخارج بدقة: قيمة حرارية تبلغ 4,800 كيلو كالوري/كغم، ومحتوى رطوبة أقل من 15%، ومحتوى كبريت أقل من 0.3%، ومحتوى رماد أقل من 18%—تلبية أو تجاوز المعايير الأوروبية، ISO، الأمريكية، واليابانية للوقود الحيوي. عند هذا التخصيص، يقدم حبيبات الطاقة الحيوية وفورات في تكلفة الوقود تتجاوز بنسبة 40–50% مقارنة ببدائل الوقود الأحفوري، مع جميع الانبعاثات أقل من GB13271-2001 ، معايير الانبعاث لملوثات الهواء من الغلايات الوطنية في الصين.

للشركات الصناعية الكبيرة، يكمل مهندسو Kingwood خطوط الإنتاج إلى سعات سنوية تصل إلى 200,000 طن متري. وتتناسب نطاقات نماذج المطاحن الحبيبية من JWZL-420 عند 1–1.5 طن/ساعة، مرورًا بـ JWZL-688 عند 2–2.3 طن/ساعة، و JWZL-688D عند 3–3.5 طن/ساعة، و JWZL-928 عند 4–5 طن/ساعة، إلى مطحنة الحبيبات الأفقية ذات السعة العالية JZWH-860 والمصنفة أيضًا عند 4–5 طن/ساعة. تكمل المعدات المساعدة—جرش الأسطوانة، المطاحن المطرقة، المجففات الأسطوانية، والمبردات المضادة—الخط المتكامل.

توثق نتائج المشاريع التجارية الجدوى. يُظهر خط إنتاج حبيبات الخشب الذي يبلغ 24 طن/ساعة والذي تم تشغيله في فيتنام في 2023 و خط المنتج بقدرة 12 طن/ساعة في فيتنام في 2024 والذي حقق فترة استرداد مدتها 23 شهرًا كل منهما إمداد الطاقة الحيوية على نطاق صناعي بتكاليف تنافسية.

استخدام الطاقة الحيوية كأداة بيئية وسياسية

بعيدًا عن كفاءة توليد الطاقة، يتناول استخدام الطاقة الحيوية مشكلة من الدرجة الثانية: إدارة النفايات العضوية. يمكن إعادة توجيه المخلفات الزراعية التي كان يمكن حرقها في الهواء الطلق، والنفايات الغابية التي كانت ستتحلل وتطلق الميثان، والنفايات العضوية البلدية المتراكمة في المكبات إلى سلاسل إنتاج الطاقة.

تخلق عملية التحويل المتزامنة هذه للنفايات وتوليد الطاقة فوائد مشتركة قابلة للتوثيق: تقليل الاحتراق المكشوف (تقليل انبعاثات PM2.5 والكربون الأسود)، وتجنب الميثان الناتج عن تحلل المكبات، وتقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري في التطبيقات الحرارية الصناعية. تتماشى هذه النتائج بشكل مباشر مع أهداف تقليل الكربون، وخطط الحياد الكربوني، وأهداف تحسين جودة الهواء—ثلاث أولويات سياسية غالبًا ما تتعارض لكنها تتقارب في حالة الطاقة الحيوية.

بالنسبة لمديري الطاقة الصناعية ومطوري المشاريع الذين يقيمون استراتيجيات إزالة الكربون، يوفر استخدام الطاقة الحيوية—المطبق باستخدام معدات إنتاج حبيبات ذات كفاءة عالية ومواصفات صحيحة—تخفيضات قابلة للقياس في الكربون، وفورات تكلفة وقود قابلة للتوثيق، والامتثال التنظيمي ضمن استثمار واحد. تأسست Kingwood في عام 1999 وتعمل من منشأة بمساحة 31,200 متر مربع في ليانغ، جيانغسو، وقد صممت ونفذت أكثر من 2,000 مشروع خط إنتاج في 30 دولة، مع قدرة إجمالية لإنتاج الوقود الحيوي تصل إلى 10 ملايين طن متري عبر قاعدتها المثبتة.