تولید سوخت از پسماندها؛ فناوری جدید استرالیا برای کاهش واردات سوخت

سوخت‌رسانی به آینده: آیا زیست‌توده و زباله پلاستیکی می‌توانند گذار انرژی را جلو ببرند؟

گذار انرژی معمولاً به شکل یک انتخاب بین سوخت‌های فسیلی و فناوری‌هایی مثل باد، خورشید، باتری‌ها و هیدروژن سبز تصویر می‌شود. اما بخش دیگری از پاسخ همین حالا در جریان‌های پسماند قرار دارد: باقی‌مانده‌های زیست‌توده، پلاستیک‌های دورریز و مواد دیگری که امروز سوزانده می‌شوند، دفن می‌شوند یا به خارج صادر می‌شوند.

منطق استفاده از این سوخت‌های جایگزین روشن است. اگر پسماند به گرمای قابل استفاده، برق، سوخت صنعتی یا سوخت هوانوردی تبدیل شود، می‌تواند هم فشار روی محل‌های دفن زباله را کمتر کند و هم وابستگی به منابع رایج فسیلی را کاهش دهد. گزارش‌های AFR¹ درباره زیست‌توده و پسماند پلاستیکی نشان می‌دهد این مواد ممکن است به بخشی اضافه از سبد انرژی آینده تبدیل شوند.

زیست‌توده: منبعی جاافتاده اما کم‌استفاده

زیست‌توده شامل مواد آلی مثل باقی‌مانده‌های جنگل‌داری، پسماند کشاورزی، خاک‌اره، باگاس و دیگر محصولات جانبی گیاهی است. برخلاف کشت محصولات مخصوص انرژی، این مواد می‌توانند انرژی تولید کنند بدون اینکه زمین بیشتری صرف تولید سوخت شود.

زیست‌توده همین حالا هم در برخی کاربردهای صنعتی استفاده می‌شود؛ از جمله در تولید سیمان که سوخت‌های حاصل از پسماند و زیست‌توده می‌توانند جای زغال‌سنگ، کک نفتی یا گاز طبیعی را بگیرند. با این حال، اقتصاد پروژه و عملکرد زیست‌محیطی آن به عواملی مثل میزان رطوبت، یکنواختی مواد، فاصله حمل‌ونقل و دسترسی به تجهیزات مناسب برای فرآوری وابستگی زیادی دارد. راهنمای «Alternative Fuels in Cement Industry»² به این نکات اشاره می‌کند.

جذابیت اصلی زیست‌توده این است که انرژی شیمیایی ذخیره‌شده‌ای دارد که گیاهان آن را جذب کرده‌اند. وقتی باقی‌مانده‌هایی که در حالت عادی تجزیه می‌شوند یا دور ریخته می‌شوند به‌طور مفید استفاده شوند، می‌توانند بخشی از یک رویکرد چرخه‌ای به انرژی باشند. اما «تجدیدپذیر» بودن به‌طور خودکار به معنی «کم‌انتشار» بودن نیست. اثر نهایی به این بستگی دارد که ماده چگونه تولید، حمل و فرآوری شده و آیا استفاده از آن باعث فشار برای برداشت بیشتر می‌شود یا نه.

برای صنعت، چالش عملی معمولاً این نیست که زیست‌توده می‌سوزد یا نه؛ مسئله این است که آیا می‌شود آن را با کیفیت و مقیاس لازم، به‌طور قابل اتکا تأمین کرد. خوراک مرطوب یا ناهمگن می‌تواند انرژی خروجی را کاهش دهد و هزینه‌های جابه‌جایی و مدیریت را بالا ببرد. به همین دلیل شبکه‌های جمع‌آوری، خشک‌کردن، پلت‌سازی و کنترل کیفیت، برای موفقیت تجاری نقش کلیدی دارند.

پسماند پلاستیکی مسیر متفاوتی پیشنهاد می‌دهد

پلاستیک زیست‌توده نیست، اما به‌خاطر اینکه عمدتاً از هیدروکربن‌ها ساخته شده، انرژی قابل توجهی در خود دارد. مشکل اینجاست که بخش بزرگی از پسماند پلاستیکی آلوده، مخلوط یا از نظر بازیافت مکانیکی دشوار است. به همین دلیل تبدیل بخشی از این جریان‌ها به سوخت یا خوراک شیمیایی دوباره مورد توجه قرار گرفته است.

یکی از مسیرهای در حال رشد، پیرولیز است. به‌طور کلی، پلاستیک در محیطی با اکسیژن محدود گرم می‌شود و مولکول‌های بلند پلیمر به ترکیبات هیدروکربنی کوچک‌تر شکسته می‌شوند. روغن پیرولیز حاصل سپس می‌تواند بیشتر فرآوری شود؛ از جمله با هیدروتریتمنت، تا اجزای سوختی تولید شوند.

طبق گزارشی درباره یک پروژه صنعتی با مشارکت شرکت فناوری چینی Niutech³، این طرح برای تبدیل پسماند پلاستیکی مخلوط به روغن پیرولیز طراحی شده تا بعداً به سوخت هوانوردی پایدار تبدیل شود. گفته شده ظرفیت این سامانه بین ۱۰هزار تا ۵۰هزار تُن پسماند پلاستیکی در سال است.

این چشم‌انداز از این جهت مهم است که هوانوردی از بخش‌هایی است که برقی‌سازی آن دشوارتر به نظر می‌رسد. هواپیماها به سوخت‌های پرانرژی نیاز دارند و «سوخت هوانوردی پایدار» یا SAF قرار است در کنار بهبود بهره‌وری، تغییرات عملیاتی و فناوری‌های آینده هواپیما نقش داشته باشد.

تقاضا با مقررات هم تقویت می‌شود. چارچوب ReFuelEU Aviation⁴ در اروپا به تدریج بازار بزرگ‌تری برای SAF ایجاد می‌کند و انگیزه برای یافتن خوراک‌های فراتر از منابع معمول مثل روغن پخت‌وپز مصرف‌شده را افزایش می‌دهد.

تبدیل پسماند به سوخت لزوماً پایدار نیست

ایده تبدیل پسماند پلاستیکی به سوخت هوانوردی جذاب است، اما نیاز به بررسی دقیق دارد.

اول اینکه سوختِ مشتق از پلاستیک الزاماً معادل سوختی نیست که از مواد زیستی واقعاً تجدیدپذیر ساخته می‌شود. کربن موجود در بیشتر پلاستیک‌ها از منابع فسیلی آمده است و سوزاندن سوخت تولیدشده همان کربن را وارد جو می‌کند. مزیت‌ها بیشتر می‌تواند از منحرف‌کردن زباله از دفن، جایگزین‌کردن تولید خوراک‌های جدید فسیلی، یا استفاده از موادی باشد که برای بازیافت باارزش‌تر مناسب نیستند.

دوم، انتشارها در کل چرخه عمر مهم‌اند. نتیجه زیست‌محیطی به انرژی مصرفی در پیرولیز، راندمان فرایند تبدیل، نیازهای حمل‌ونقل و عملکرد سوخت نهایی وابسته است. گواهی‌ها و حسابداری انتشار مشخص می‌کنند آیا محصولات حاصل از پلاستیک می‌توانند در بازارها یا الزام‌های SAF واجد شرایط باشند یا نه.

سوم، بازیافت شیمیایی نباید بهانه‌ای برای کنار گذاشتن بازیافت معمول باشد. جریان‌های پلاستیکی تمیز و باارزش ممکن است بهتر باشد به تولید محصولات جدید بروند تا ماده حفظ شود، نه اینکه به سوخت تبدیل شود. تولید سوخت بیشتر برای پلاستیک‌های باقی‌مانده‌ای قابل دفاع است که بازیافت‌شان با روش‌های موجود دشوار یا غیراقتصادی است.

پژوهش‌های تازه گزینه‌ها را گسترده‌تر می‌کنند

پسماند پلاستیکی فقط در فناوری‌های «سوزاندن» مطرح نیست. پژوهشگران در استرالیا⁵ بررسی می‌کنند آیا می‌شود مولکول‌های مشتق از پلاستیک، نور خورشید و آب دریا را ترکیب کرد تا هیدروژن با نیاز انرژی کمتر تولید شود. این رویکرد تلاش می‌کند بخشی از فرایند معمول شکستن آب را با واکنش‌هایی که با پسماند پلاستیکی انجام می‌شود جایگزین کند.

اگر این ایده در مقیاس بزرگ توسعه پیدا کند، می‌تواند هم‌زمان به دو موضوع بپردازد: کاهش آلودگی پلاستیک و پایین آوردن شدت انرژیِ تولید هیدروژن. فعلاً این مسیر پژوهشی است و هنوز به یک راهکار تجاری بالغ تبدیل نشده، اما نشان می‌دهد پسماند چطور می‌تواند ورودی سیستم‌های انرژی آینده باشد.

در پژوهش‌های دیگری هم بررسی می‌شود که جریان‌های پسماند چگونه می‌توانند با فناوری‌های خورشیدی به برق، گرما یا سوخت تبدیل شوند. یک ابتکار در University of Sydney⁶ که اوایل سپتامبر اعلام شد، روی پژوهش فناوری خورشیدی متمرکز است؛ از جمله امکان تبدیل پسماندی که در غیر این صورت راهی محل دفن می‌شود به محصولات انرژیِ قابل استفاده.

چالش زیرساخت

بزرگ‌ترین مانع ممکن است خودِ شیمیِ فرایند نباشد؛ بلکه زیرساخت لازم برای جمع‌آوری، تفکیک، فرآوری و حمل خوراک است.

پسماند پراکنده است. باقی‌مانده‌های زیست‌توده ممکن است فصلی و حجیم باشند، و پسماند پلاستیکی می‌تواند ترکیبی از پلیمرها، افزودنی‌ها، باقی‌مانده غذا و آلودگی‌های دیگر باشد. بنابراین تأسیسات باید آن‌قدر نزدیک به منابع قابل اتکا باشند که خوراک ثابت بگیرند و در عین حال به مشتریان و شبکه‌های حمل‌ونقل هم وصل باشند.

تنظیم‌گری و سیاست‌گذاری هم تعیین‌کننده است. سرمایه‌گذاران نیاز دارند مطمئن باشند سوخت‌های حاصل از پسماند در طرح‌های کاهش انتشار، اهداف انرژی تجدیدپذیر و استانداردهای سوخت به رسمیت شناخته می‌شوند. همچنین قواعد روشن لازم است تا ادعاهای زیست‌محیطی، مزیت فناوری‌هایی را که هنوز به کربنِ منشأگرفته از سوخت‌های فسیلی تکیه دارند، بیش‌ازحد بزرگ نشان ندهد.

نقش در یک سیستم انرژی متنوع

زیست‌توده و پسماند پلاستیکی احتمالاً جایگزین خورشید، باد، برقی‌سازی یا بازیافت معمول نمی‌شوند. نقش واقع‌بینانه‌ترشان می‌تواند در یک سیستم متنوع باشد که هر منبع را جایی به کار می‌گیرد که بیشترین فایده را دارد.

زیست‌توده می‌تواند برای گرمای صنعتی، تولید قابل کنترل و فرایندهایی که برقی‌کردن‌شان دشوار است مهم باشد؛ به شرط اینکه تأمین آن واقعاً پایدار باشد. پلاستیکِ باقیمانده هم می‌تواند خوراک بازیافت شیمیایی باشد یا در مواردی که بازیافت عملی نیست، با مقررات دقیق به تولید سوخت اختصاص یابد. پژوهش درباره هیدروژنِ کمک‌گرفته از خورشید و دیگر فناوری‌های تبدیل پسماند هم ممکن است در آینده گزینه‌های بیشتری باز کند.

ایده محوری این نیست که هر جریان پسماند باید سوخت شود؛ بلکه این است که پسماند قبل از آنکه صرفاً یک مشکل دفع تلقی شود، به‌عنوان یک منبع بالقوه ارزیابی شود. با حسابداری دقیق چرخه عمر، کنترل‌های سخت‌گیرانه انتشار و اولویت‌های روشن برای استفاده مجدد و بازیافت، زیست‌توده و پسماند پلاستیکی می‌توانند بخشی از شکاف‌های یک سیستم انرژیِ در حال تغییر سریع را پر کنند.

پاورقی منابع و نام‌ها

¹ AFR = The Australian Financial Review

² Alternative Fuels in Cement Industry Guide = cementequipment.org

³ Niutech = Niutech (Chinese technology company) / گزارش در gadgetreview.com

⁴ ReFuelEU Aviation = چارچوب مقرراتی اتحادیه اروپا برای سوخت هوانوردی پایدار

⁵ Australia = Australia

⁶ University of Sydney = The University of Sydney