موضوعات القطاع
تُعد صناعة إدارة النفايات واحدة من الصناعات الأكثر نموًا على نحو ثابت خلال العقود القليلة الماضية. فمن حيث القوى العاملة والأرباح والأسواق، لا تظهر الشركات العاملة في هذا المجال أي علامات على التراجع. ومن المؤكد أن الصناعة تتوسع بسبب تزايد النفايات. ويبدو التعامل معها تحديًا لا ينتهي أبدًا. ومع ذلك، هناك علامات واعدة تتعلق بإمكانات النفايات كمورد. يمكن التقاط الغاز الحيوي من النفايات وتحويله إلى طاقة كهربائية. التأثير الصافي مزدوج: نفايات أقل للمدافن، ومزيد من الطاقة للنمو الاقتصادي، وتحسين نوعية الحياة، وحتى الأمن القومي. لقد مكنت التكنولوجيا هذا التطور.
نعم، يمكن أن يضيع الوقت والمال والإمكانات. ومع ذلك، تُعرف النفايات التي تكلف الكثير لإدارتها بالنفايات الصلبة. وفقًا لوكالة حماية البيئة الأمريكية (U.S. Environmental Protection Agency)، تُعرّف النفايات الصلبة على أفضل وجه بموجب قانون الحفاظ على الموارد واستعادتها لعام 1976 (RCRA). بموجب هذا القانون، تُعرف النفايات الصلبة بأنها "أي قمامة أو نفايات، حمأة من محطة معالجة مياه الصرف الصحي، محطة معالجة إمدادات المياه، أو منشأة مكافحة تلوث الهواء، وغيرها من المواد المهملة، الناتجة عن العمليات الصناعية والتجارية والتعدينية والزراعية، ومن أنشطة المجتمع. تقريبًا كل ما نقوم به يترك وراءه نوعًا من النفايات." وتوضح وكالة حماية البيئة أن النفايات الصلبة قد تحتوي أيضًا على عناصر سائلة وغازية.
أنتجت البلديات الأمريكية 88.1 مليون طن من النفايات الصلبة في عام 1960. وبحلول عام 2017، وصل هذا الإنتاج إلى 267.8 مليون طن. ويمكن أن يُعزى الفضل في ذلك إلى التوسع السكاني وتطوير صناعات جديدة — من بين أسباب أخرى. وفي الوقت نفسه، قد تكون تدابير الحفظ السليمة هي السبب في أن هذا الرقم ليس أعلى. في هذه المرحلة، انخفض عدد مدافن النفايات في البلاد من 6,326 في عام 1990 إلى 1,269 في عام 2017. العامل الأساسي هنا هو إعادة التدوير: 6.4 بالمائة من النفايات الصلبة تم استعادتها لإعادة التدوير في عام 1960؛ وبحلول عام 2017، تم استعادة 35.2 بالمائة. من الواضح أن التقدم واضح على مر العقود. ومع ذلك، لا تزال إدارة النفايات تمثل تحديًا رئيسيًا.
كما ذكر أعلاه، النفايات الصلبة ليست صلبة تمامًا: السوائل والغازات تختلط بالمواد الصلبة. وهذا ينطبق بشكل خاص على مدافن النفايات. البكتيريا اللاهوائية، أي البكتيريا التي تعيش بدون وجود الأكسجين، تصدر الغاز الحيوي. يحتوي غاز المكب هذا، كما يطلق عليه، على تركيز عالٍ من الميثان. عند جمعه بشكل صحيح، يمكن لإنتاج الغاز الحيوي هذا من النفايات أن يولد الكهرباء للمنازل والمركبات والآلات. باستخدام نظام استعادة غاز الميثان، استخلصت المدن الأمريكية 270 مليار قدم مكعب من غاز المكب في عام 2018 من 352 مكبًا مختلفًا. عند حرقه، أنتج هذا الغاز الحيوي من النفايات 11 مليار كيلووات-ساعة من الكهرباء، وهو ما يمثل 0.3 بالمائة من الكهرباء على المستوى الوطني. هذه الطاقة الحيوية الناتجة من تحويل القمامة إلى غاز تقلل أيضًا من الكثافة الإجمالية للمكب. الكثير من القمامة والمخلفات ذات طبيعة عضوية: قشور الموز والبطاطا؛ قشور البيض وسيقان الجزر؛ دهون اللحوم وتقليمها، على سبيل المثال لا الحصر من منتجات النفايات الشائعة. الطاقة الشمسية الكامنة في هذه المواد هي التي تنتج الغاز الحيوي الذي يتكون بشكل أساسي من الميثان (CH4) وثاني أكسيد الكربون (CO2). يمكن أن يتم إنتاج الغاز الحيوي من النفايات العضوية في المكب، الذي يعمل كهاضم لاهوائي للنفايات العضوية، حيث يمنع الأكسجين ويسمح للبكتيريا بأداء عملها. نظرًا لأن الميثان ملوث قابل للاشتعال، تتطلب تقنيات دقيقة لجمعه. ومع ذلك، يمكن أن يحدث توليد الغاز الحيوي من نفايات الطعام في أماكن أصغر. يمكن أن تخدم أجهزة الهضم اللاهوائية ذات الحجم المتواضع الأسر أيضًا. يمكن لهذا النوع من محطات الغاز الحيوي للسماد ونفايات الطعام أن يقلل بشكل كبير من فواتير الكهرباء.
تعد النفايات الناتجة عن العمليات الزراعية مثالاً ساطعاً للمادة العضوية. من السيلاج المتعفن إلى سماد الماشية، لا تنتج المزارع نقصاً في الركيزة (المواد الخام) لإنتاج الغاز الحيوي من النفايات الزراعية. يمكن لأجهزة الهضم اللاهوائية في المزرعة استقبال سماد الأبقار أو الخنازير أو الدواجن وإنتاج ما يكفي من الميثان – وبالتالي الكهرباء – لتشغيل المزرعة ووجود فائض لبيعه إلى مرفق عام. لا يتم تحقيق وفورات كبيرة في الطاقة فحسب، بل يتم أيضاً خفض انبعاثات الغازات الدفيئة وتقليل الروائح. لا يقتصر الهضم اللاهوائي على توفير مصادر للطاقة فحسب، بل إن الرماد المتبقي بعد جمع الغاز الحيوي من النفايات الزراعية يعمل كسماد فعال للمحاصيل. على سبيل المثال، تظهر مخلفات الأبقار الحلوب محتوى نيتروجين أعلى من السماد غير المعالج. المحاصيل الغنية بالطاقة الشمسية، مثل الذرة، تنتج سيلاجاً يعد أيضاً ركيزة فعالة للغاز الحيوي من النفايات النباتية.
أصبحت منشآت معالجة المياه تدخل الآن في مجال إنتاج الكهرباء. تُحوّل المواد العضوية الموجودة في حمأة الصرف الصحي لاهوائيًا إلى هيدروجين، كحول، CO₂، وأحماض دهنية. في المرحلة الثانية، يُستخرج الغاز الحيوي من مياه الصرف الصحي، الذي يتكون بشكل أساسي من CH₄ وCO₂. يولد الغاز الحيوي من مياه الصرف الصحي في إحدى هذه المنشآت في النمسا 1.4 جيجاواط-ساعة من الكهرباء سنويًا. وفي الوقت نفسه، في محافظة سايتاما باليابان، تقوم عملية هضم أخرى بتشغيل 5000 منزل بالإضافة إلى السيارات، وكل ذلك نتيجة لإنتاج الغاز الحيوي من حمأة الصرف الصحي.
تحقق أنظمة الهضم المنزلية نجاحًا في إنتاج الغاز الحيوي من قصاصات العشب وغيرها من النباتات الميتة. بالإضافة إلى ذلك، يبدو الغاز الحيوي من الطحالب واعدًا، على الرغم من أن البحث لا يزال مستمرًا. وتشمل المجالات الأخرى للدراسة المستمرة الغاز الحيوي من الأعشاب البحرية. على الرغم من أن كمية الميثان الناتجة من فضلات الإنسان تُعتبر متواضعة مقارنة بسماد الماشية، إلا أن هناك محطة للغاز الحيوي من فضلات الإنسان في الهند – لا شك أنها ليست الوحيدة – تعمل على تعقيم أنظمة المياه لديها بشكل أفضل من خلال استخدام أجهزة الهضم.
يلعب هاضم النفايات العضوية دورًا حاسمًا في إنتاج الطاقة المستدامة، من خلال تمكين إنتاج الغاز الحيوي من النفايات العضوية. تستطيع هذه التكنولوجيا المبتكرة تحليل أنواع مختلفة من النفايات العضوية، حتى النفايات النباتية، وتحويلها إلى مصدر قيّم للغاز الحيوي. يُعد الغاز الحيوي من النفايات النباتية مسارًا واعدًا نحو اقتصاد أكثر استدامة ودائرية، حيث يحول منتجًا نفاياتيًا إلى مورد مفيد. علاوة على ذلك، لا يقتصر الهاضم على النفايات النباتية؛ بل يدعم أيضًا توليد الغاز الحيوي من النفايات القابلة للتحلل بشكل عام.
يتيح استخدام هاضم النفايات الزراعية تحويل الكتلة الحيوية الزراعية بشكل فعال إلى مصدر قيّم للطاقة المتجددة. فهو يمكّن من إنتاج الغاز الحيوي من النفايات الزراعية، مما يوفر حلاً بيئيًا وعمليًا لمشكلة إدارة النفايات التي غالبًا ما تُصادف في العمليات الزراعية. يوفر الغاز الحيوي الناتج من النفايات الزراعية بديلاً مستدامًا للوقود الأحفوري التقليدي، مما يعزز بصمة كربونية أقل.
أصبح تحويل الكتلة الحيوية النباتية والفاكهية إلى مصدر قيّم للطاقة ممكنًا الآن باستخدام هاضم النفايات النباتية. يساعد هذا النظام الفعال في إنتاج الغاز الحيوي من نفايات الفاكهة والخضروات، محولًا ما كان سيُتخلص منه إلى مصدر طاقة مستدام. يوفر الغاز الحيوي الناتج من النفايات النباتية طريقة قيّمة لإعادة استخدام المواد العضوية، مما يدل على الإمكانات الموجودة في كل جانب من جوانب دورة استهلاكنا للمساهمة في الاستدامة وبيئة أنظف.
إن استغلال الكتلة الحيوية لنفايات الطعام في محطة الغاز الحيوي من نفايات الطعام يوفر حلاً مستدامًا للتحدي المستمر لإدارة نفايات الطعام. فهو يسمح بالتوليد الفعال للغاز الحيوي من نفايات الطعام، محولاً الطعام المهمل إلى مصدر طاقة قابل للاستخدام. تتضمن العملية استخدام هاضم نفايات الطعام، الذي يفكك المواد العضوية في نفايات الطعام وينتج الغاز الحيوي. لا تُعد عملية تحويل نفايات الطعام إلى غاز حيوي هذه خطوة مهمة نحو تقليل نفايات المدافن فحسب، بل تساهم أيضًا في توليد الطاقة المتجددة.
في سياق محطة الغاز الحيوي للصرف الصحي، يتم استغلال إمكانات الكتلة الحيوية للصرف الصحي كمورد للطاقة بشكل كامل. تستخدم المحطة هاضم صرف صحي لتفكيك المواد العضوية الموجودة في مياه الصرف الصحي، مما يسهل إنتاج الغاز الحيوي من حمأة الصرف الصحي والمياه. يقدم الغاز الحيوي الناتج من الصرف الصحي شكلاً مستدامًا ومتجددًا للطاقة، يحول النفايات إلى ثروة. بالإضافة إلى ذلك، يتجاوز استخدام هاضم الحمأة في معالجة مياه الصرف الصحي توليد الطاقة، حيث يساهم بشكل كبير في الصرف الصحي ونظافة موارد المياه.
يتم الاعتراف بشكل متزايد بإمكانات الكتلة الحيوية للطحالب كمصدر للطاقة المتجددة. يتيح استخدام هاضم الطحالب إنتاج الغاز الحيوي من الطحالب، محولاً هذا المورد الوفير والمتجدد إلى شكل نظيف ومستدام للطاقة. لا تقلل هذه التكنولوجيا الاعتماد على الوقود الأحفوري فحسب، بل تساعد أيضًا في إدارة وتقليل الكتلة الحيوية للطحالب، التي غالبًا ما تنمو بشكل مفرط في بعض المسطحات المائية.
يمكن أن تكون الكتلة الحيوية للعشب، بما في ذلك قصاصات العشب، مصدرًا مهمًا للغاز الحيوي عند استغلالها بشكل صحيح. باستخدام هاضم العشب، يمكن تحويل هذه المنتجات المهملة من تنسيق الحدائق والعناية بالعشب إلى مصدر قيّم للطاقة المتجددة. تسهل هذه التكنولوجيا إنتاج الغاز الحيوي من العشب، محولة موردًا متاحًا بكثرة ويُتخلص منه بشكل متكرر إلى حل طاقة قابل للتطبيق.
لقد أظهر استغلال الكتلة الحيوية للأعشاب البحرية لتوليد الغاز الحيوي إمكانات واعدة في قطاع الطاقة المتجددة. من خلال استخدام هاضم الأعشاب البحرية، من الممكن استخلاص الغاز الحيوي من المواد العضوية الموجودة في الأعشاب البحرية، وتحويلها إلى مصدر طاقة نظيف ومستدام.
يُعد تنظيف غاز مكبات النفايات جانبًا حيويًا في إدارة مكبات النفايات ويساهم بشكل كبير في تقليل التلوث البيئي. تتضمن هذه العملية استخدام هاضم مكب النفايات، وهي تقنية مصممة لاستخراج وتنقية الغازات المنبعثة من النفايات المتحللة. يفكك هاضم الكتلة الحيوية للمكبات المواد العضوية الموجودة في مكب النفايات، مما يقلل من انبعاث الغازات الضارة، ويحولها إلى غاز حيوي.
يتم الاعتراف بشكل متزايد بإمكانات الكتلة الحيوية للنفايات البشرية كمورد للطاقة. تستخدم محطة الغاز الحيوي للنفايات البشرية هاضم النفايات البشرية لتفكيك المواد العضوية الموجودة في النفايات البشرية، وتحويلها إلى مصدر نظيف ومتجدد للطاقة. يمثل تحويل النفايات البشرية إلى غاز حيوي خطوة أساسية نحو تحقيق اقتصاد أكثر استدامة ودائرية، حيث يتم تحويل موارد النفايات بفعالية إلى طاقة.
تحدث مع متخصص
هل لديك أسئلة حول الغاز الحيوي من مجاري النفايات في منشأتك؟
