تولید سوخت پاکیزه از زباله

امروزه با افزایش جمعیت و گسترش دائمی شهرها، نیاز انسان به مواد مصرفی روز به روز بیشتر می شود و زیاد شدن مواد مصرفی موجب افزایش زباله می شود که انسان ها به نحو فزاینده یی آنها را به محیط زیست تحمیل می کنند. باید توجه داشت که این زباله ها از عوامل آلودگی به شمار می روند و نه تنها زندگی حیوانات و گیاهان را به خطر می اندازند بلکه به آلودگی خاک، آب های زیرزمینی و در بعضی موارد مرگ و میر آبزیان منجر می شوند. باید توجه داشت که در ایران فقط طی سال های ۱۳۳۵ تا ۱۳۶۵ جمعیت شهرها از حدود ۶ میلیون به ۲۶ میلیون افزایش یافته و این در حالی است که جمعیت روستاها از ۱۳ به ۲۲ میلیون رسید و این ارقام گویای رشد نامتناسب شهرها است که تولید زباله بیشتر را در پی خواهد داشت.
طبق اظهارات مسوولان فقط در تهران روزانه هفت هزار تن زباله تولید می شود که باید به نحوی دفع شوند. یکی از روش های ممکن برای دفع، دفن بهداشتی این مواد است که برای این کار باید محل مناسبی یافت و پس از دفن به شیوه های مهندسی روی این مواد را پوشاند. در این روش یافتن زمین مناسب با ویژگی ها و ابعاد مورد نظر همواره یکی از چالش های پیش رو است. در مورد تهران بیان شده که مرکز دفن کنونی فقط به مدت محدودی قابلیت پذیرش این حجم زباله را دارا است. به علاوه قابل ذکر است که سهم دیگر روش های دفع بسیار کم است. (در این باره می توانید به مقاله «نگاهی به مدیریت زباله در سنگاپور» چاپ شده در روزنامه اعتماد مورخ ۲۰/۳/۸۶ رجوع کنید.)
به تازگی در جهان درباره طرح های تبدیل و استفاده از گاز حاصل از مراکز دفن زباله (LFG) موج جدیدی ایجاد شده است. در امریکا این موج بیشتر ناشی از بندهای مربوط به نیروگاه های کوچک است که در قانون به Purpa معروف است. گاز متان که حدود ۵۵درصد از LFG را تشکیل می دهد، یکی از گازهای گلخانه یی است که از لحاظ پتانسیل ایجاد پدیده گلخانه یی، هم ارزش CO۲ است. در ضمن علاوه بر آنکه این ماده قابل انفجار است، در صورت عدم کنترل صحیح، می تواند باعث آلودگی آب های زیرزمینی نیز شود. در عمل از هر تن زباله شهری خام بین ۵ تا ۲۰ مترمکعب گاز در هر سال قابل بازیافت خواهد بود و افزایش این مقدار با طراحی و مدیریت درست محل دفن امکان پذیر است. به علاوه باید توجه داشت که غلظت متان در اتمسفر سالانه ۶/۰درصد افزایش می یابد، در حالی که غلظت دیگر گاز گلخانه یی، یعنی دی اکسید کربن در اتمسفر سالانه فقط ۴/۰درصد افزایش می یابد.
گروهی از افراد عادی فکر می کنند چون این گاز از زباله به دست آمده است گازی خطرناک و آلوده و سوختن آن نیز نامطمئن است، ولی باید گفت موضوع دقیقاً برعکس است. در واقع باید متذکر شد که از لحاظ مواد حاصل از احتراق (CO، HC، VOC و NOX) گاز حاصل از مراکز دفن دارای آلودگی کمی است و چون دمای شعله آن پایین است، میزان NOX آن حدود ۶۰ درصد کمتر از احتراق گاز طبیعی خواهد بود. سازمان حفاظت محیط زیست امریکا (EPA) در ماه مارس ۱۹۹۶ قوانین جدیدی را برای مراکز دفن زباله های شهری به تصویب رساند و بر این اساس تعداد مراکز دفنی که باید گاز LFG خود را جمع آوری و کنترل کنند، افزایش یافت. این قانون ۴۵ مرکز دفن در حال ساخت را نیز شامل شد. البته قوانین مربوط به کیفیت هوا نیز محدودیت هایی برای گازهای خروجی از مراکز دفن کنترل نشده، وضع کرده است که باید مورد توجه قرار گیرند که این بر اهمیت موضوع می افزاید. به علاوه کنگره امریکا نیز قوانینی را در دست بررسی دارد که بر اساس آن مصرف کنندگان عمده برق باید درصد مشخصی از مصرف خود را از انرژی های تجدیدپذیر تامین کنند. به علاوه چون گازهای حاصل از مراکز دفن زباله (LFG) به عنوان سوخت تجدیدپذیر به حساب می آیند، صاحبان این مراکز می توانند از معافیت های مالیاتی زیادی استفاده کنند که این امر باعث ایجاد انگیزه بیشتر برای استفاده از این انرژی می شود.
مطالب فوق بدان معنی است که مهار گاز LFG از دیدگاه زیست محیطی یک اجبار است و از سوی دیگر این گاز به خاطر داشتن مقدار قابل توجهی متان می تواند به عنوان یک سوخت مورد استفاده قرار گیرد. طبق آمار موجود در جهان بیش از ۳۰۰ محل دفن وجود دارد که از گاز تولیدشده در آنها برای تولید انرژی و برق یا حتی فروش به خریداران دیگر استفاده می شود که افزایش قیمت حامل های انرژی باعث افزایش تعداد این مرکزها می شود. از لحاظ علمی این گاز از انجام مجموعه یی از واکنش های زیست شیمیایی روی مواد آلی تجزیه پذیر موجود در زباله طی شرایط بی هوازی تولید می شود. البته زباله شهری از اجزای مختلفی تشکیل شده که پاره یی از آنها مواد آلی به شمار نمی روند (فلزات، شیشه، نخاله) و پاره یی دیگر نیز با وجود آنکه از دسته مواد آلی هستند ولی امکان تجزیه به روش زیست شیمیایی را ندارند (پلاستیک و لاستیک). هر قدر اجزای فسادپذیر (باقیمانده های غذایی و باغبانی) در زباله بیشتر باشد، پتانسیل تولید این گاز بیشتر است. قابل ذکر است که درصد این مواد در زباله های ایران بیش از کشورهای صنعتی است.
● فناوری های جدیدتر
طی سالیان اخیر تکنولوژی بیوگاز در اروپا نیز بسیار مورد توجه قرار گرفته است. بزرگ ترین مرکز بیوگاز اروپا به نام مرکز Rautenweg در وین پایتخت اتریش قرار دارد که در آن از گاز حاصل از دفن زباله برای تولید ۸ مگاوات الکتریسیته استفاده می شود. گروهی از کشورها پا را از این مرحله نیز فراتر گذاشته و به دنبال آن هستند که از گاز حاصل از دفن زباله در تکنولوژی پیل سوختی خود استفاده کنند تا بدین وسیله ارزش افزوده محصول تولیدی را بالاتر ببرند. راه اندازی واحدهای تولید همزمان حرارت و برق (CHP) به سرعت در میان کشورهای عضو اتحادیه اروپا (EU) در حال گسترش است. بخش های دولتی و خصوصی امتیاز این فناوری را به عنوان یک منبع انرژی مقرون به صرفه با قابلیت های متعدد تشخیص داده اند. بالا بودن بازده کلی این فناوری در مقایسه با تولید برق و حرارت به صورت مجزا (مانند واحدهای متداول کنونی که در هنگام تولید الکتریسیته، حرارت تولیدی را تلف می کند)، نشان می دهد تولید همزمان حرارت و برق باعث کاهش چشمگیری در میزان انتشار دی اکسیدکربن و افزایش راندمان سوخت می شود. یکی از مشکلات رایج در واحدهای تولید دومنظوره (به غیر از پیل سوختی)، یافتن مصرف کننده هایی است که به میزان زیادی حرارت نیاز داشته باشند. یکی از امتیازهای فناوری پیل سوختی، تولید برق بیشتر و حرارت کمتر است و اساساً نیروگاه های پیل سوختی یک مولد برق با بازده بالا و تولید حرارت کم است و از این رو باید به این نیروگاه ها از منظر دیگری نگاه کرد. در این باره قابل ذکر است که یکی از برنامه های اجرایی کشور سوئد نصب یک مولد پیل سوختی دومنظوره حرارت و برق (CHP) در مرکز اطلاعات محیط زیست در شهر استکهلم است. یکی از سوخت های در نظر گرفته شده برای این سیستم، هیدروژن حاصل از بیوگاز متصاعد شده از زباله های شهری است. این تبدیل در یک مبدل سوخت انجام می شود و هیدروژن را با خلوص و کیفیت بالا تولید می کند. بد نیست یادآور شویم چندی قبل در خبرها آمده بود که کشور سوئد علاوه بر مصارف ثابت خود، برای مصارف متحرک نیز از بیوگاز بهره گرفته و قطارهای خود را با این سوخت به حرکت درآورده است. (علاقه مندان به آشنایی با دیدگاه مسوولان این کشور در مورد «راه حل سبز» می توانند به سخنرانی نخست وزیر این کشور با عنوان «رهایی از وابستگی به نفت با کمک بیوتکنولوژی» چاپ شده در روزنامه اعتماد مورخ ۱۹/۱/۸۶ مراجعه کنند.)
● سیستم جمع آوری گاز
محل مصرف گاز (LFG) از انعطاف پذیری بالایی برخوردار است و از کوره یک آبگرمکن ساده تا یک مبدل پیل سوختی را شامل می شود. جمع آوری این گاز در مرکز دفن زباله نیز کار نسبتاً ساده یی است و برای این کار باید مجموعه یی از چاه های عمودی در سراسر محل دفن زباله حفر کرد. این چاه ها از طریق یک شبکه لوله یی به یکدیگر وصل شده و گاز را جمع آوری می کند. برای آسان سازی کارها می توان از لوله های PVC استفاده کرد. البته برای افزایش کارایی سیستم، می توان لایه هایی از سنگ خرد شده، بتونیت و ماسه را نیز در سر راه قرار داد. در ضمن تمامی این چاه ها به یک جمع کننده مرکزی متصل است که این جمع کننده را می توان به یک کمپرسور یا یک دمنده متصل کرد. به صورت تقریبی بیان شده است که برای هر ۴/۰ هکتار از مساحت محل دفن به یک چاه جمع آوری گاز نیاز است. در نهایت نیز می توان گاز را وارد مشعل کرد یا به هر مصرف دیگری رساند یا حتی آن را پالایش کرد و کیفیت آن را افزایش داد.
● تجربه های موفق
یکی از طرح های موفق در این زمینه در شهر ادمونتون کانادا قرار دارد که طی چند سال با موفقیت راهبری شده است. مالک و بهره بردار این پروژه، شرکت برق ادمونتون است که با استفاده از متان حاصل از مرکز دفن Clover Bar توانسته یک نیروگاه بزرگ راه بیندازد.
▪ تولید برق؛ تاریخچه این پروژه از این قرار است که شرکت برق ادمونتون در سال ۱۹۹۰ به این نتیجه رسید که با حذف چند آلاینده کوچک می توان از گاز LFG برای نیروگاه برق استفاده کرد. این گاز پس از تصفیه، متراکم شده و پس از حذف آلاینده ها و حذف رطوبت به مشخصات مورد نظر رسید. در ماه ژوئن ۱۹۹۱ شرکت.Environmental Inc قراردادی را برای تامین گاز LFG با شورای شهر و شرکت برق به امضا رساند. ۹ ماه بعد یعنی آوریل ۱۹۹۲ پروژه آماده بهره برداری شد. شورای شهر نیز از فروش این گاز به شرکت برق، حق ۵ درصدی برای خود قائل شد که این به معنی سی هزار دلار درآمد برای شهر بود. برای بهینه سازی کمیت و کیفیت گاز جمع آوری شده، هرازچند گاهی باید مجموعه یی از عملیات صحرایی نیز صورت می گرفت. از ۱۹۹۲ راه اندازی این طرح باعث شد که گاز CO۲ کمتری (حدود ۶۶۲هزار تن کمتر) انتشار یابد. تنها در سال ۱۹۹۶ این پروژه باعث کاهش انتشار ۱۸۲ هزار تن گاز گلخانه یی شد و بین سال های ۱۹۹۲ تا ۱۹۹۶ حدود ۲۰۸ گیگاوات ساعت برق تولید شد. گاز LFG تحویل شده به اداره برق با قیمت پایین تری نسبت به گاز طبیعی به این اداره فروخته شد تا برای آنان نیز صرفه اقتصادی داشته باشد و برای مرکز دفن نیز چندین معافیت مالیاتی لحاظ شده است. نکته دیگر آنکه طبق بررسی های انجام شده در این مرکز دفن برخلاف بعضی از مراکز دیگر، میزان ترکیب های آلی غیرمتانی بسیار کم بوده است که این مزیت بسیار خوبی به شمار می رود.
▪ تزریق در خط لوله گاز؛ با توجه به افزایش سرسام آور قیمت جهانی نفت، یکی از طرح هایی که با استقبال زیادی روبه رو شده است، خالص سازی و تبدیل گاز حاصل از مراکز دفن زباله به گاز موجود در خطوط لوله است. طی سال های ۱۹۹۳ تا ۱۹۹۹ قیمت گاز طبیعی در امریکا بین ۲ تا ۳ دلار به ازای هر میلیون BTU بود، ولی در سال ۲۰۰۶ این عدد به ۶ تا ۸ دلار رسید و هر روز نیز افزایش می یابد. در این سال در امریکای شمالی ۲۹۰ پروژه تولید برق از گاز LFG و ۸۰ پروژه استفاده مستقیم از این گاز به همراه ۹ پروژه تبدیل گاز LFG به گاز طبیعی موجود در خطوط لوله در دست اجرا بوده است که از این تعداد نیز ۸ پروژه مربوط به امریکا و یک پروژه در ایالت کبک کانادا بوده است. در حال حاضر در امریکا تعداد واحدهای در حال بهره برداری برای تزریق گاز LFG به خطوط لوله بالغ بر ۲۰ واحد است.طبق آمار سازمان حفاظت محیط زیست امریکا، هنوز بیش از ۶۰۰ مرکز دفن زباله دیگر در این کشور وجود دارد که از پتانسیل تولید ۲۸۰ میلیارد فوت مکعب گاز برخوردارند.
تبدیل LFG به گازی با کیفیت مورد نیاز برای خطوط لوله نیازمند پنج مرحله است. در ابتدا باید تغییراتی در سیستم جمع آوری گاز در مرکز دفن زباله صورت پذیرد تا ورود هوا به سیستم جمع آوری محدود شود، چون وجود نیتروژن باعث اشکال در فرآیند خالص سازی این گاز خواهد شد. در مراحل بعدی باید رطوبت، سولفید هیدروژن، ترکیب های آلی غیرمتان و دی اکسیدکربن حذف شوند و در نهایت نیز باید فشار این گاز به فشار خطوط لوله گاز رسانده شود.
تفاوت فرآیندهای تجاری موجود در بازار بیشتر در مرحله حذف دی اکسید کربن نمایان می شود. البته امروزه برای این جداسازی می توان از غشاها نیز استفاده کرد. از ۲۰ کارخانه موجود در امریکا، بالغ بر ۸ واحد از سیستم غشایی برای این جداسازی استفاده می کنند.البته در آلمان نیز قرار است تا سال ۲۰۰۹ بزرگ ترین کارخانه جهان در زمینه تصفیه و تزریق بیوگاز در خطوط گازرسانی راه اندازی شود. این واحد قادر خواهد بود ۱۵ میلیون مترمکعب متان را به درون خطوط گاز وارد کند. هرچند در حال حاضر نیز بزرگ ترین واحد موجود در آلمان می تواند شش میلیون مترمکعب متان را به درون خطوط گاز تزریق کند، انتظار می رود تا سال ۲۰۲۰ این کشورحدود ۲۰ درصد از نیاز خود به گاز طبیعی را از طریق انواع بیوگاز تامین کند. آلمان با این کار در نظر دارد از وابستگی خود به گاز طبیعی کشور روسیه بکاهد. آنها برای این خودکفایی از بیوگاز حاصل از مواد کشاورزی نیز استفاده خواهند کرد.
کاربرد در خودرو؛ درخصوص ایده های جدیدتر برای بهره برداری از گاز LFG نیز می توان به پروژه های کاربری LFG (تصفیه شده) در خودروها به صورت بیوگاز فشرده (CBG) یا گاز متان مایع (LMG) اشاره کرد که باعث کاهش ۵۰ درصدی انتشار NOX و کاهش ۸۰ درصدی انتشار ذرات معلق و کاهش ۹۰ درصدی انتشار مونوکسید کربن از اگزوز خودروها خواهد شد.
● وضعیت کشور ما
طبق اطلاعات به دست آمده، پتانسیل استان های مختلف کشور برای تولید گاز LFG در تحقیقی با عنوان «برآورد قابلیت تولید گاز از محل های دفن شهری برای استان های ایران» بررسی شده است. این نتایج بیانگر آن است که براساس آنالیز زباله شهرهای مختلف، امکان استحصال حجم قابل توجهی از بیوگاز (تولیدی از زباله های شهری) در کشور وجود دارد. این تحقیق تاکید دارد که با استفاده از چندین روش می توان حجم گاز تولیدی از مراکز دفن را حتی افزایش داد. با وجود پتانسیل یابی فوق، تاکنون در هیچ یک از مراکز دفن زباله کشور از گاز حاصل از زباله ها استفاده صنعتی نشده است و تنها در سه شهر شیراز، مشهد و اصفهان به جمع آوری قسمتی از این گاز اقدام شده و ادامه کارها برای استفاده بیشتر از این گاز بسیار کند پیش می رود هرچند برخی اوقات در مورد آمادگی نهادها برای خریداری برق تولیدی از گاز مراکز دفن زباله خبرهایی نیز شنیده می شود. البته شاید این وضعیت ناشی از آن باشد که دست اندرکاران به دلیل ارزان بودن سوخت در ایران هنوز به اهمیت این گاز پی نبرده اند تا برای بهره برداری از آن شتاب کنند.
● پیشنهاد
با توجه به مطالب فوق و پروژه های انجام شده در دیگر کشورها، پیشنهاد می شود گازهای تولیدی از زباله در مرکز دفن شهر تهران با روش های مناسب جمع آوری شده و با همکاری شهرداری تهران و وزارت نیرو، نیروگاهی در آنجا برپا شود و برای آشنایی عموم از سودمندی چنین طرح هایی، برق تولیدی آن را برای روشنایی اتوبان تهران-کرج یا اتوبان تهران-قم به کار گرفت و با اعلان در تابلوهای موجود در این اتوبان ها باعث تنویر افکار عمومی شد. باید توجه داشت که امروزه بزرگراه های اصلی ورودی به شهرهای بزرگ از استاندارد بزرگراهی خارج شده اند و باید با تمهیدات ویژه یی امکان تردد ایمن تعداد بیشتری از خودروها را در همین جاده ها فراهم آورد.
در ضمن اگر چنین پیشنهادی اجرایی شود، علاوه بر آشنایی افکار عمومی با مزیت های چنین طرح هایی، امکان الگوبرداری برای استان ها و شهرهای دیگر نیز وجود دارد، چون در هر یک از استان ها و شهرها بالاخره ناحیه یی برای دفن زباله های شهری وجود دارد.در ادامه شاید بتوان از این گاز برای گاز رسانی به روستاها و مناطق صنعتی فاقد لوله کشی گاز واقع در نزدیکی مراکز دفن نیز بهره جست که این موضوع در فصل های سرد سال از اهمیت بیشتری برخوردار می شود. در راستای تامین منابع مالی نیز می توان علاوه بر منابع داخلی از منابع بین المللی نیز استفاده کرد، چون این گونه پروژه ها را می توان در قالب کاهش گازهای گلخانه یی تعریف کرد که ممکن است سازمان های زیادی از قبیل سازمان ملل، بانک جهانی و سازمان Global Enviroment Facility)GEF) و بانک توسعه آسیایی تمایل به سرمایه گذاری و مشارکت در این گونه طرح ها را داشته باشند.
برای برگشت سرمایه گذاری نیز می توان قسمتی از عوارض بزرگراهی را به این مهم اختصاص داد و قسمت دیگری نیز به صورت تشویق های سازمان حفاظت محیط زیست به مراکز دفن زباله پرداخت شود.

عبدالله مصطفایی

منبع : روزنامه اعتماد