علوم الأرض

إدارة الطاقة وحماية البيئة الجزء 3

المحتويات إخفاء

حماية البيئةإدارة الطاقة وحماية البيئة الجزء 3 الغرض من هذا المشروع هو تقديم لمحة عامة عن مصادر الطاقة المتجددة والتطورات التكنولوجية الرئيسية ودراسات الحالة ، مصحوبة بأمثلة قابلة للتطبيق على استخدام المصادر.

الطاقة المتجددة هي الطاقة التي تأتي من الموارد الطبيعية: الرياح ، وضوء الشمس ، والمطر ، وموجات البحر ، والمد والجزر ، والحرارة الجوفية ، والتي تتجدد بشكل طبيعي ، تلقائيًا.

حماية البيئة
حماية البيئة

إدارة الطاقة وحماية البيئة الجزء 3

تشكل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري تهديدًا خطيرًا لتغير المناخ ، مع احتمال حدوث آثار كارثية على البشرية. يمكن أن يساهم استخدام مصادر الطاقة المتجددة (RES) جنبًا إلى جنب مع تحسين كفاءة الطاقة (EE) في تقليل استهلاك الطاقة وتقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري ، ونتيجة لذلك ، منع تغير المناخ الخطير.

يجب أن يأتي ثلث الطاقة العالمية على الأقل من مصادر متجددة مختلفة بحلول عام 2050: الرياح ، والطاقة الشمسية ، والطاقة الحرارية الأرضية ، والطاقة الكهرومائية ، والمد والجزر ، والأمواج ، والكتلة الحيوية ، إلخ.

النفط والغاز الطبيعي ، وهما من المصادر التقليدية للطاقة ، لهما تطورات متقلبة في السوق الدولية. الجانب الثاني المهم هو الطبيعة المحدودة بشكل متزايد لموارد النفط. يبدو أن مصدر الطاقة هذا سوف ينفد في حوالي 50 عامًا من استهلاك احتياطيات النفط في الاستغلال أو التنقيب.

1. الطاقة “الخضراء” في متناول كل من الفاعلين الاقتصاديين والأفراد.

في الواقع ، يمكن للمشغل الاقتصادي استخدام مثل هذا النظام للاستهلاك الخاص وتجارة الطاقة في سوق الطاقة المحلي. يتم استهلاك التكلفة العالية لنشر هذه الأنظمة بشكل عام في حوالي 5-10 سنوات ، اعتمادًا على الطاقة الإنتاجية المركبة.

يتم استيفاء شرط “الاستدامة” عندما يكون للمشاريع القائمة على الطاقة المتجددة ثاني أكسيد الكربون سلبيًا أو على الأقل ثاني أكسيد الكربون المحايد على مدار دورة الحياة.

تعد انبعاثات غازات الاحتباس الحراري (GHG) أحد المعايير البيئية المدرجة في تحليل الاستدامة ، ولكنها ليست كافية. يجب أن يشمل مفهوم الاستدامة أيضًا في التقييم جوانب أخرى مختلفة ، مثل البيئة والثقافية والصحية ، ولكن يجب أيضًا دمج الجوانب الاقتصادية.

2. يعد توليد الطاقة المتجددة بطريقة مستدامة تحديًا يتطلب الامتثال للوائح الوطنية والدولية.

يمكن تحقيق استقلالية الطاقة:

  • على نطاق واسع (للمجتمعات)
  • صغيرة الحجم (للمنازل الفردية أو منازل العطلات أو الكبائن بدون توصيل كهربائي)

اليوم ، اكتسبت الطاقة المتجددة طليعة وتطورًا كبيرًا أيضًا بفضل الحكومات والمنظمات الدولية التي بدأت أخيرًا في فهم ضرورتها الحتمية للإنسانية ، لتجنب الأزمات والحروب ، للحفاظ على حياة حديثة (لا يمكننا العودة إلى الكهوف).

 

المواد والأساليب

 

3. إمكانات الطاقة الحرارية الجوفية.

تُعرَّف الطاقة الحرارية الأرضية بأنها الحرارة الطبيعية القادمة من داخل الأرض ، والتي يتم التقاطها للكهرباء أو لتدفئة الفضاء أو البخار الصناعي. إنه موجود في أي مكان تحت قشرة الأرض ، على الرغم من أن أعلى درجة حرارة وبالتالي أكثر الموارد المرغوبة ، يتركز في المناطق ذات البراكين النشطة أو النشطة جيولوجيًا.

مورد الطاقة الحرارية الأرضية نظيف ومتجدد ، لأن الحرارة المنبعثة من باطن الأرض لا تنضب. يتوفر مصدر الطاقة الحرارية الأرضية على مدار 24 هكتارًا ، 365 يومًا في السنة. بالمقارنة ، تعتمد مصادر طاقة الرياح والطاقة الشمسية على عدد من العوامل ، بما في ذلك التقلبات اليومية والموسمية والتغيرات

المناخية. لهذا السبب ، فإن الطاقة المنتجة من مصادر الطاقة الحرارية الأرضية هي ، بمجرد التقاطها ، أكثر أمانًا من العديد من أشكال الكهرباء الأخرى. تقدر الحرارة التي تنبعث باستمرار من داخل الأرض بما يعادل 42 مليون ميغاواط (Stacey and Loper ، 1988). ميغاواط واحد يمكنه توفير احتياجات الطاقة لألف منزل.

تنشأ الطاقة الحرارية الجوفية من المياه الحرارية ، والتي بدورها تستخرج حرارتها من الصهارة البركانية من أعماق قشرة الأرض. وبالتالي ، فإن الطاقة الحرارية للأرض كبيرة جدًا ولا تنضب عمليًا ، لكنها مشتتة جدًا ونادرًا ما تتركز وغالبًا ما تكون عميقة جدًا بحيث لا يمكن استغلالها صناعيًا. حتى الآن ، اقتصر استخدام هذه

4. الطاقة على المناطق التي تسمح فيها الظروف الجيولوجية.

لوسط النقل (الماء السائل أو الغازي) بـ “نقل” الحرارة من النقاط الساخنة من العمق إلى السطح ، مما يؤدي إلى ظهور موارد الطاقة الحرارية الأرضية.

إن التأثير البيئي لاستخدام الطاقة الحرارية الأرضية ضئيل إلى حد ما ويمكن التحكم فيه. في الواقع ، تنتج الطاقة الحرارية الأرضية الحد الأدنى من انبعاثات الغلاف الجوي. انبعاثات أكسيد النيتروجين وكبريتيد

الهيدروجين وثاني أكسيد الكبريت والأمونيا والميثان والغبار وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون صغيرة للغاية خاصة عند مقارنتها بالانبعاثات من الوقود الأحفوري.

ومع ذلك ، يحتوي كل من الماء والبخار المكثف من محطات الطاقة الحرارية الأرضية على عناصر كيميائية مختلفة ، بما في ذلك الزرنيخ والزئبق والرصاص والزنك والبورون والكبريت ، والتي تعتمد سميتها بوضوح على تركيزها. 

ومع ذلك ، تظل معظم هذه العناصر في المحلول ، في الماء الذي يعاد حقنه في نفس الخزان الذي تم منه استخلاص الماء المخمر أو البخار. المعلمة الأكثر أهمية في استخدام هذا النوع من الطاقة هي درجة حرارة المائع الجيوحراري ، والتي تحدد نوع تطبيق الطاقة الحرارية الأرضية. يمكن استخدامه للتدفئة أو لتوليد الكهرباء.

بالانتقال من سطح الأرض إلى العمق ، يلاحظ أن درجة الحرارة تزداد تدريجياً مع العمق ، بمعدل 3 درجات مئوية لكل 100 متر (30 درجة مئوية / كم). يطلق عليه التدرج الجيوحراري. على سبيل المثال ، إذا كانت درجة الحرارة بعد الأمتار القليلة الأولى تحت مستوى سطح الأرض ، والتي تتوافق في المتوسط ​​مع

5. متوسط ​​درجة حرارة الهواء الخارجية السنوية.

هي 15 درجة مئوية ، فيمكن الافتراض بشكل معقول أن درجة الحرارة الأولى ستكون 65-75 درجة مئوية عند 2000 م العمق ، 90-105 درجة مئوية عند 3000 متر وهكذا على مدى بضعة آلاف من الأمتار القادمة.

المناطق ذات الأهمية لتطبيقات الطاقة الحرارية الأرضية هي تلك التي يكون فيها التدرج الحراري الأرضي أعلى من المعتاد. في بعض المناطق ، إما بسبب النشاط البركاني لعصر جيولوجي حديث ، أو بسبب تشققات الماء الساخن في الأعماق ، يكون التدرج الجيولوجي أعلى بكثير من المتوسط ​​، لذلك يتم تسجيل درجات حرارة تتراوح بين 250 و 350 درجة مئوية في الأعماق 2000-4000 م.

يتكون نظام الطاقة الحرارية الأرضية من عدة عناصر رئيسية: مصدر حرارة ، وخزان ، وسائل ناقل يوفر نقل الحرارة ، ومنطقة إعادة شحن ، وصخرة لإغلاق الخزان الجوفي. قد يكون مصدر الحرارة عبارة عن تسرب

صهاري مرتفع جدًا (> 600 درجة مئوية) وصل إلى أعماق منخفضة نسبيًا (5-10 كم) أو ، في بعض أنظمة درجات الحرارة المنخفضة ، درجة حرارة الأرض العادية ، والتي ، كما أوضحنا سابقًا ، تزداد مع ارتفاع درجة حرارة الأرض. عمق.

الخزان عبارة عن حجم صخور منفذة يستخرج منها السائل الحامل (الماء أو البخار) الحرارة. يتم تغطية الخزان عمومًا إما بطبقات غير منفذة أو صخور ذات نفاذية منخفضة بسبب ظاهرة الختم الذاتي التي تتكون من ترسب المعادن في مسام الصخور. 

يتم توصيل الخزان بمنطقة إعادة شحن سطحية يمكن من خلالها للمياه النيزكية أن تحل محل السوائل التي تخرج من الخزان عبر الينابيع أو عن طريق الاستخراج إلى الآبار. السائل الجيوحراري هو الماء ، في معظم الحالات نيزكي أو سائل أو غازي ، حسب درجة الحرارة والضغط. غالبًا ما يحمل الماء مع المواد الكيميائية والغازات مثل CO2 و H2S وما إلى ذلك.

6. تخضع الآلية الكامنة وراء أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية.

عمومًا للحمل الحراري المائع. يحدث الحمل الحراري بسبب التسخين والتمدد الحراري للسوائل في مجال الجاذبية. يميل اللهب المسخن منخفض الكثافة إلى الارتفاع واستبداله بسائل أكثر برودة وعالي الكثافة قادم من حافة النظام. يميل الحمل الحراري ، بطبيعته إلى زيادة درجة الحرارة في الجزء العلوي من النظام بينما تنخفض درجة الحرارة السفلية.

في كثير من الأحيان ، يتم التمييز بين أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية التي يهيمن عليها الماء والأنظمة التي يهيمن عليها البخار. في الأنظمة التي يسيطر عليها الماء ، الماء السائل هو طور السائل المستمر الذي

يتحكم في الضغط. قد تكون الأبخرة موجودة ، بشكل عام على شكل فقاعات منفصلة. هذه الأنظمة الحرارية الأرضية ، التي قد تختلف درجة حرارتها من 225 درجة مئوية ، هي الأكثر انتشارًا في العالم.

اعتمادًا على ظروف درجة الحرارة والضغط ، يمكنهم إنتاج الماء الساخن ، أو خليط الماء بالبخار ، أو البخار الرطب ، أو في بعض الحالات ، البخار الجاف. في الأنظمة التي يهيمن عليها البخار ، يتعايش السائل والبخار

في الخزان مع البخار المستمر الذي يتحكم في الضغط. أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية من هذا النوع وأشهرها Larderello في إيطاليا و The Geysers في كاليفورنيا ، نادرة جدًا وهي أنظمة ذات درجات حرارة عالية.

يعد توليد الكهرباء أهم استخدام لموارد الطاقة الحرارية الأرضية عالية الضغط (> 150 درجة مئوية). موارد درجات الحرارة المتوسطة والمنخفضة مناسبة لمختلف التطبيقات. يوضح مخطط Lindal الكلاسيكي (1973)

7. الاستخدامات الممكنة للسوائل الحرارية الأرضية.

في درجات حرارة مختلفة. نادرًا ما تستخدم السوائل عند درجات حرارة أقل من 20 درجة مئوية في ظل ظروف خاصة جدًا ، أو في تطبيقات المضخات الحرارية (DiPippo ، 2004).

في حالة درجات الحرارة التي تقل عن 90 درجة مئوية ، يمكن استخدام المياه الجوفية مباشرة بدلاً من تحويلها إلى كهرباء.

أكثر أشكال الاستخدام شيوعًا هي تدفئة الأماكن والتطبيقات الزراعية وتربية الأحياء المائية وبعض الاستخدامات الصناعية.

عندما تكون درجة حرارة الماء أقل من 40 درجة مئوية ، يتم استخدام المضخات الحرارية لتسخين أو تبريد الأماكن. في حالة عدم توفر المياه الجوفية ، يمكن دمج المضخات الحرارية مع المبادلات الحرارية مع الأرض.

المضخة الحرارية هي آلة حرارية تسمح باستخراج الحرارة من الطابق السفلي والخزان الجوفي على أعماق منخفضة (عشرات أو مئات الأمتار) في درجات حرارة منخفضة ونقلها عند درجات حرارة أعلى إلى

الوسط المراد تسخينه. ترتبط ميزة المضخات الحرارية بحقيقة أنه لكل وحدة من الكهرباء المستهلكة ، يتم الحصول على ما يقرب من ثلاث وحدات من الحرارة في شكل حرارة ، مع مساهمة المياه الحرارية الجوفية.

في حالة التبريد ، يتم استخراج الحرارة من الفضاء وتبددها في الأرض ؛ في حالة التسخين ، يتم استخراج الحرارة من الأرض وضخها في الفضاء.

8. المضخة الحرارية.

تخضع لنفس القيود المفروضة على المبدأ الثاني للديناميكا الحرارية (أي تحويل للطاقة يعني تبديد جزء معالج حراريًا لا يمكن استخدامه بعد الآن) مثل أي حرارة أخرى ويمكن حساب أقصى قدر من الكفاءة من دورة كارنو . تتميز المضخات الحرارية عادةً بمعامل أداء يمثل نسبة طاقة التسخين إلى الطاقة الكهربائية التي تمتصها الشبكة.

تُستخدم الطاقة الحرارية الجوفية عالية المحتوى الحراري بشكل أكثر شيوعًا لتوليد الكهرباء. يجب أن ينتج نظام الطاقة الحرارية الأرضية النموذجي المستخدم لإنتاج الكهرباء حوالي 10 كجم من البخار لإنتاج وحدة (كيلو وات ساعة) من الكهرباء. يتطلب إنتاج كميات كبيرة من الكهرباء في حدود مئات الميجاوات إنتاج كميات كبيرة من السوائل. 

وبالتالي ، فإن أحد جوانب أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية هو أنه يجب أن يحتوي على كميات كبيرة من السوائل ذات درجة الحرارة العالية أو خزان يمكن إعادة شحنه بالسوائل التي يتم تسخينها عند ملامستها للصخور.

9. الأنواع الأساسية الثلاثة لمنشآت توليد الطاقة.

هي المحطات المركزية “الجافة” و “الفلاش” ، حيث يكون ضغط الماء الساخن (عادة أكثر) منخفضًا. يعتمد إنتاج الكهرباء في كل نوع من التركيبات على درجات حرارة وضغط الخزان وكل نوع ينتج تأثيرات بيئية مختلفة.

 

10. أكثر أنواع محطات توليد الطاقة.

 هو “الفلاش” بنظام التبريد المائي حيث ينتج الربيع مزيجًا من الماء والبخار. ينفصل البخار في وعاء سطحي ويؤدي إلى التوربين ويقوم التوربين بتدريب مولد.

في التركيب الجاف ، يأتي البخار مباشرة من خزان الطاقة الحرارية الأرضية إلى التوربين الذي يحرك المولد ولا يلزم الفصل لأن المصدر ينتج البخار فقط.

جعلت التطورات الحديثة في تقنيات الطاقة الحرارية الأرضية من الممكن إنتاج الكهرباء في ظروف مفيدة اقتصاديًا وموارد حرارة الأرض المنخفضة من 100-150 درجة مئوية. تُعرف هذه المحطات ، المعروفة باسم محطات الطاقة الحرارية الأرضية “الثنائية” ، بالانبعاثات الناتجة عن الطاقة الحرارية الأرضية إلى الصفر تقريبًا.

في العملية الثنائية ، تقوم المياه الجوفية بتسخين سائل آخر ، مثل الأيزوبيوتان (غالبًا n-pentane) والذي يغلي عند درجة حرارة أقل من الماء وله ضغط بخار مرتفع عند درجات حرارة منخفضة مقارنة بالبخار. يتم

الاحتفاظ بالسائلين منفصلين تمامًا عن طريق استخدام مبادل حراري للتأثير على نقل الطاقة الحرارية من المياه الجوفية إلى مائع العمل. يمر السائل الثاني ويتبخر ويتحول إلى أبخرة غازية وتدفع قوة الأبخرة المتوسعة التوربينات التي تدرب المولدات.

 

11. محطة الطاقة الحرارية الأرضية تستخدم تبريد الهواء.

فإن السوائل الجوفية لا تتلامس أبدًا مع الغلاف الجوي قبل أن يتم ضخها مرة أخرى في خزان الطاقة الحرارية الأرضية تحت الأرض. تم تطوير هذه التكنولوجيا في الثمانينيات ، وهي موجودة بالفعل في محطات الطاقة الحرارية الأرضية في العالم. تزيد القدرة على استخدام موارد درجات الحرارة المنخفضة من عدد خزانات الطاقة الحرارية الأرضية التي يمكن استخدامها لإنتاج الطاقة.

تنتج محطات الطاقة الحرارية الأرضية الثنائية ، جنبًا إلى جنب مع أنظمة الفلاش ، انبعاثات معدومة تقريبًا. في حالة الاستخدام المباشر للطاقة الحرارية من المياه الساخنة الجوفية ، يكون التأثير على البيئة ضئيلًا ويمكن تقليله بسهولة من خلال اعتماد أنظمة الدورة المغلقة ، مع الاستخراج النهائي وإعادة الحقن للسائل في نفس الخزان الحراري الأرضي.

لا يزال الجانب الاقتصادي لاستخدام الماء الساخن يحد من انتشار أوسع في قطاع الطاقة. في الواقع تستمد المنافع الاقتصادية من استخدامها المطول على مدى سنوات عديدة بتكاليف تشغيل منخفضة على الرغم من أن الاستثمار الأولي قد يكون كبيرًا.

12. تحديد الخزان الجيوحراري.

يعد نشاطًا معقدًا يتكون من مراحل مختلفة ، بدءًا من استكشاف سطح منطقة معينة. يتكون هذا من التقييم الأولي للأحداث الحرارية الأرضية الحالية (ينابيع المياه الساخنة ، والنفاثات البخارية ، والسخانات وما إلى ذلك) ، متبوعًا بآبار الاستكشاف الجيولوجية والجيوكيميائية والجيوفيزيائية

وحفر الحفر (بعمق عدة مئات من الأمتار) قياس درجة الحرارة (التدرج الحراري الأرضي) وتقييمها. تدفق حرارة الأرض. سيشير تفسير البيانات التي تم جمعها إلى الموقع الذي سيتم فيه استكشاف المياه

العميقة عن طريق حفر الآبار (حتى على أعماق تزيد عن 4000 متر) والتي ستؤكد وجود سوائل الطاقة الحرارية الأرضية. في حالة النتائج الإيجابية ،

تقع أكبر محطة لتوليد الطاقة الحرارية الأرضية في العالم في ولاية كاليفورنيا – “السخانات” ، بطاقة 750 ميغاواط.

تلعب الدراسات الجيولوجية والهيدروجيولوجية دورًا مهمًا في جميع مراحل أبحاث الطاقة الحرارية الأرضية. أنها توفر المعلومات الأساسية لتفسير البيانات التي تم الحصول عليها مع طرق الاستكشاف الأخرى ، وفي النهاية لتحقيق نموذج واقعي لنظام الطاقة الحرارية الأرضية وتقييم إمكانات المورد.

يجب إجراء مزيد من التحليل للمناطق الحرارية الأرضية باستخدام التقنيات الجيوفيزيائية (قياس الجاذبية ، والاختبارات المغناطيسية والكهربائية ، والتحليل الكيميائي للماء الساخن ، وما إلى ذلك) لتحديد مواقع الخزانات المحددة ، مصدر السائل الحراري الأرضي. يهدف التحليل الجيوفيزيائي إلى التحديد غير المباشر للمعايير الفيزيائية لعمق التكوينات الجيولوجية من السطح أو على أعماق قريبة من السطح.

13. تشمل هذه المعلمات الفيزيائية.

  • درجة الحرارة (قياس درجة الحرارة)
  • الموصلية الكهربائية (الطرق الكهربائية والكهرومغناطيسية)
  • سرعة انتشار الموجات المرنة (الدراسات الزلزالية)
  • الكثافة (تحليل الجاذبية)
  • القابلية المغناطيسية (الطرق المغناطيسية)

يتم استكشاف حرارة الأرض من خلال سلسلة من عدة خطوات:

  • دراسة الظروف الحرارية عن طريق جمع معلومات التدفق الحراري والخريطة
  • دراسة الخرائط المائية الجيولوجية لتقويم توزيع موارد المياه الجوفية
  • حفر الآبار لاستخراج السوائل

فقط بعد أن أظهر التنقيب السطحي أن هناك إمكانات عملية ، يمكن للمرء المضي قدمًا في حفر الآبار.

الطاقة الحرارية
الطاقة الحرارية

14. الكتلة الحيوية.

الكتلة الحيوية هي “الجزء القابل للتحلل البيولوجي من المنتجات والنفايات والمخلفات ذات الأصل البيولوجي في الزراعة (بما في ذلك المواد النباتية والحيوانية) والغابات والصناعات ذات الصلة ، بما في ذلك مصايد الأسماك وتربية الأحياء المائية والجزء القابل للتحلل البيولوجي من النفايات الصناعية والبلدية”.

تهدف فوائد الوقود الحيوي مقارنة بالوقود التقليدي إلى زيادة أمن الطاقة وتقليل التأثير البيئي وتوفير العملة والقضايا الاجتماعية والاقتصادية المتعلقة بالقطاع الريفي. يجسد مفهوم التنمية المستدامة فكرة الترابط والتوازن بين الاهتمامات الاقتصادية والاجتماعية والبيئية.

يجب تحقيق سلسلة إنتاج الطاقة الحيوية في منطقة معينة مع الأخذ في الاعتبار تقنيات وأنواع الكتلة الحيوية اللازمة لتحقيق أفضل النتائج. لذلك ، يجب معرفة تصنيف وخصائص موارد الكتلة الحيوية المختلفة.

يأتي جزء كبير من الكتلة الحيوية المتاحة للطاقة الحيوية من المواد النباتية والمنتجات الحيوانية. فيما يلي بعض السمات المهمة لأنواع مختلفة من الكتلة الحيوية. يمكن إجراء تمييز أول مع الأخذ في الاعتبار أصل

الكتلة الحيوية من قطاعات مختلفة ، مثل الزراعة والغابات والقطاعات الصناعية والحضرية. يمكن إجراء تصنيف آخر بطبيعته: محاصيل الطاقة ، والمخلفات الزراعية أو الغابات والنفايات.

يتم تمثيل الكتلة الحيوية في الغالب بمحاصيل الطاقة من قطاعي الزراعة والغابات.

15. تمثل النباتات العشبية (monocots).

الجزء الأكبر من الزراعة الحديثة على نطاق واسع. تشمل المحاصيل العشبية متعددة السنوات الحبوب مثل الحبوب والشعير والشوفان والجاودار والحبوب الصغيرة الأخرى: بنجر السكر وقصب السكر ومحاصيل العلف والبرسيم. تعتبر بذور هذه الحبوب والسيقان والدرنات من النباتات الأخرى مصدرًا جيدًا للنشا الذي يمكن استخدامه في العمليات التكنولوجية لإنتاج الطاقة والوقود الحيوي.

تم استخدام التكاثر الانتقائي (خاصة بالنسبة للمحاصيل غير الغذائية) لتعديل نسبة البذور / النبات للعديد من أنواع الكتلة الحيوية ذات الإنتاج المرتفع للبذور.

يمكن استخدام هذا النوع من الكتلة الحيوية كمادة خام لإنتاج الطاقة الحيوية عندما تكون مجدية اقتصاديًا. تعد أنواع القصب والقصب السريع أمثلة على المحاصيل العشبية التي يمكن أن تستفيد بشكل جيد من العناصر الغذائية المتاحة لزيادة إنتاجية الكتلة الحيوية ؛ ولكن في الوقت نفسه ، لا تزال الميزات

الزراعية الأخرى تمثل نقاط ضعف ، مثل عقم الأزهار ، والتكاليف الباهظة لإنشاء المزرعة ، وميكنة الحصاد المنخفضة نسبيًا ، والرطوبة العالية للمنتج المحصود ، ومحتوى الرماد العالي.

16. تشمل المحاصيل الزيتية المحاصيل السنوية من البذور الزيتية والمحاصيل الزيتية المعمرة.

 أكثر محصول البذور الزيتية تمثيلا في المناطق الأوروبية هو عباد الشمس وفول الصويا. يُستخرج الزيت النباتي عادةً عن طريق الضغط الميكانيكي و / أو الاستخلاص بالمذيبات ويستخدم في صناعة الأغذية والصابون ومستحضرات

التجميل. تحتوي الزيوت الموجودة في هذه المحاصيل أيضًا على مكونات أخرى للبذور (بروتينات أو نشا). يمكن أيضًا حرق الجزء lignocellulosic من المحاصيل الزيتية ، والذي يستخدم تقليديًا كغطاء أو علف لإنتاج الطاقة أو الحرارة ، بينما يمكن استخدام الزيوت النباتية لتطبيقات الطاقة الحيوية عالية القيمة ، لا سيما كبديل لوقود الديزل.

يشار إلى الزيوت النباتية المشتقة من هذه المزارع والمعدلة في استرات ميثيل عادة باسم “وقود الديزل الحيوي” وهي المرشحة الرئيسية لتصبح وقودًا بديلًا. لكن استخدام زيوت الطعام لأغراض الطاقة يمكن أن

يسبب مشاكل كبيرة ، مثل الجوع في البلدان النامية. يؤدي الاستخدام المزدوج لزيت النخيل إلى زيادة المنافسة بين سوق زيت الطعام والوقود الحيوي ، مما يؤدي إلى ارتفاع أسعار الزيوت النباتية في البلدان النامية.

يعد استخدام الزيوت النباتية غير الصالحة للأكل عند مقارنتها بزيوت الطعام أمرًا مهمًا للغاية في البلدان النامية بسبب الطلب الكبير على زيوت الطعام ، والتي تعد مكلفة للغاية لاستخدامها كوقود اليوم. تم إجراء أبحاث مكثفة على إنتاج وقود الديزل الحيوي من مختلف الزيوت غير الصالحة للأكل في السنوات الأخيرة.

يعتبر تحليل الكتلة الحيوية للمخلفات والنفايات أكثر تعقيدًا بسبب تنوع المواد وقطاعات المنشأ (من الزراعة إلى المناطق الحضرية).

17. النفايات.

هي تلك المتولدة في عملية الإنتاج والنفايات الصناعية والنفايات البلدية الصلبة. محتوى الطاقة النموذجي من 10.5 إلى 11.5 ميجا جول / كجم. تختلف ممارسات إدارة النفايات من بلد إلى آخر ، ومن المناطق الحضرية إلى المناطق الريفية ، ومن الصناعية إلى السكنية.

يختلف وضع إدارة النفايات في البلدان النامية عن حالة الدولة الصناعية. قد يكون نقل التكنولوجيا من بلد إلى آخر غير مناسب تمامًا ، على الرغم من أن التكنولوجيا قابلة للتطبيق ويمكن الوصول إليها من الناحية الفنية.

من المهم جدًا فهم العوامل المحلية مثل:

  • الخصائص والتغيرات الموسمية للنفايات
  • القضايا الاجتماعية المتعلقة بالعادات المتعلقة بالنفايات الصلبة وموقف المؤسسات السياسية
  • الوعي بمحدودية الموارد الأخرى ، يتمثل دور الإدارة المستدامة للنفايات في تقليل كمية النفايات التي يتم إطلاقها في البيئة عن طريق تقليل كمية النفايات المنتجة

لا يمكن التخلص من الكميات الكبيرة من النفايات. ومع ذلك ، يمكن تقليل التأثير على البيئة من خلال الاستخدام المستدام للنفايات. يُعرف هذا باسم “التسلسل الهرمي لإدارة النفايات”. يشير التسلسل

الهرمي لإدارة النفايات إلى التخفيض وإعادة الاستخدام وإعادة التدوير وتصنيف استراتيجيات إدارة النفايات وفقًا لمدى استصوابها لتقليل النفايات. الغرض من التسلسل الهرمي لإدارة النفايات هو الحصول على أقصى قدر من الفوائد العملية للمنتج وتوليد الحد الأدنى من النفايات.

تشمل الكتلة الحيوية من المخلفات والنفايات النفايات النباتية والحيوانية. هذه هي المخلفات الزراعية مثل القش والخضروات وقشور الفاكهة والمخلفات ونفايات الغابات ، مثل طبقة الأوراق وبقايا نشارة الخشب

ومخلفات الطعام ومكون تعدين النفايات الصلبة العضوية. يمكن توليد الطاقة من هذه النفايات ، حيث يوجد على مستوى العالم عدة مليارات من الأطنان من الكتلة الحيوية الموجودة فيها.

18. هناك العديد من الخيارات المتاحة لتحويل النفايات والنفايات إلى طاقة.

 هذه التقنيات هي: التخلص من النفايات ، الترميد ، الانحلال الحراري ، التغويز ، الهضم اللاهوائي وغيرها. تعد كثافة الطاقة والخصائص الفيزيائية للكتلة الحيوية من العوامل الحاسمة للمواد الخام ويجب فهمها من أجل اختيار تقنية المعالجة.

يجب أن يعتمد اختيار التكنولوجيا على نوع النفايات وجودتها وظروفها المحلية ، لكن تصنيف أنواع النفايات المختلفة ليس بالأمر السهل. يتم تصنيف النفايات في دول الاتحاد الأوروبي وفقًا لكتالوج النفايات الأوروبي.

في السنوات الأخيرة ، أصبح إنتاج الطاقة والوقود الحيوي من النفايات والمخلفات مهمًا للغاية نظرًا للتأثير الاقتصادي والبيئي الإيجابي. يمكن أن يؤدي استخدام النفايات الحضرية لأغراض الطاقة إلى تجنب زيادة سطح مدافن النفايات الحضرية ، مما يؤدي إلى تقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري وزيادة الاستقلال عن الوقود الأحفوري.

تشمل المخلفات الزراعية الرئيسية المخلفات النباتية والقش والقشور وحجارة الزيتون وقشور الجوز. وبشكل أكثر تحديدًا ، يمكن تقسيم المخلفات إلى فئتين عامتين: – نفايات الحقل: المادة المتبقية في الحقل أو في البساتين بعد الحصاد ، مثل الكوتشي والسيقان والأوراق وبذور البذور. – مخلفات المعالجة: المواد المتبقية بعد معالجة الحصاد والقشور والبذور والجذور.

19. يعتبر الكثير من الأخشاب من قطاع الغابات مصدرًا رئيسيًا في بعض البلدان ويستخدم كوقود.

رئيسي لإنتاج الطاقة على نطاق صغير في المناطق الريفية ، حيث يكون تسخين الغاز أمرًا غير معتاد. وبالتالي ، يعتبر الخشب منافسًا للوقود الأحفوري ويستخدم في كل من المنزل للطبخ وتسخين المياه وكذلك في العمليات الصناعية والتجارية (لتسخين المياه أو معالجة الطاقة الحرارية).

يعتبر البديل لاستخدام النفايات من قطاع الغابات أو الأنشطة الصناعية ذات الصلة ، مثل مصانع الأخشاب مصدرًا جذابًا للكتلة الحيوية ومثالًا ناجحًا لتوليد طاقة النفايات. مخلفات الغابات هي أخشاب من قطع الأشجار ، ومخلفات قطع الأشجار ، والأشجار ، والشجيرات ، ولحاء الأشجار ، وما إلى ذلك. وعادة ما تعتبر

بقايا الغابات وقودًا أفضل من المخلفات الزراعية ، لكن كثافتها ونظام التجميع (خاصة عندما تكون الأرض مرتفعة) يؤديان إلى ارتفاع تكلفة النقل ؛ صافي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الناتجة عن كل وحدة من

وحدات الطاقة التي توفرها مخلفات الغابات أقل من تلك التي تنتجها النفايات الزراعية الأخرى بسبب الأسمدة والمبيدات الحشرية المستخدمة في الزراعة.

يحدد محتوى الطاقة للمواد النباتية المختلفة قيمتها الحرارية. تعتمد القيمة الحرارية على النسبة المئوية للكربون والهيدروجين ، وهما المساهمان الرئيسيان في قيمة طاقة الكتلة الحيوية.

من أجل الحصول على أقصى قدر من ، يجب تجفيف المواد النباتية ، حيث تختلف كمية الطاقة الموجودة في النباتات تبعًا لمحتوى الرطوبة. في حالة الحطب ، تنخفض القيمة الحرارية بشكل خطي مع زيادة محتوى الرطوبة.

20. إمكانات الكتلة الحيوية.

هي المبلغ الإجمالي للمصدر الموجود في منطقة معينة ؛ من الشائع الإشارة إلى إمكانات الكتلة الحيوية بعدة طرق: نظريًا وتقنيًا وبيئيًا واقتصاديًا. من الناحية العملية ، فإن الكتلة الحيوية المتاحة فعليًا لاستخدامات مستمدة من تطبيق قيود معينة (قيود فنية وبيئية وقيود أخرى على منافسة استخدام الأراضي) على الإمكانات النظرية.

احتراق الغلاية هو أكثر تقنيات استخدام طاقة الكتلة الحيوية انتشارًا. تتنوع أنواع غلايات احتراق الكتلة الحيوية للخشب بشكل كبير ويمكن تصنيفها إلى ثلاث مجموعات:

  • غلايات مع شواء
  • غلايات مع تدفئة تحت الأرض

تغويز التحيز هو عملية تحويل غاز كاملة باستخدام وسائط تغويز الهواء أو الأكسجين أو البخار. يتم تحقيق تغويز الكتلة الحيوية بطريقتين رئيسيتين:

  • التغويز الحراري باستخدام الهواء أو الأكسجين أو البخار أو خليطهما عند درجات حرارة حوالي 7000 درجة مئوية
  • التغويز الكيميائي الحيوي باستخدام الكائنات الحية الدقيقة في درجة الحرارة المحيطة وتحت الظروف اللاهوائية

لتغويز الخشب ، تم تطوير وتطبيق ثلاثة أنواع رئيسية من مفاعلات التغويز:

  • الغازات ذات القاعدة الثابتة
  • غازات الطبقة المميعة
  • تصاعد الغاز الحالي

قناة المعرفة قوة

زر الذهاب إلى الأعلى
error: ممنوع النسخ