تقليل نسبة قش الأرز عن طريق استغلاله لتوليد الطاقة
بلغ في الفترة 2016/2017 إنتاج العالم من محصول الأرز نحو 481.5 مليون طن وذلك حسب تقدير أقرته وزارة الزراعة في الولايات المتحدة الأمريكية؛ وكانت قارة آسيا ذو الحظ الأكبر من حيث إنتاج ذلك المحصول، بالإضافة لكونه من الأطعمة الرئيسة المتداولة بها، فزراعته لها علاقة وثيقة بالعادات والتقاليد المتينة المتوارثة لأبناء تلك القارة؛ ففي المناطق الإستوائية يتم زراعة الأرز مرتين كل عام وقد تتجاوز مرات زراعته إلى ثلاث مرات في بعض الأماكن الأخرى.
إن النسبة بين كمية القش الناتجة عن عملية استخراج الحبوب من الأرز إلي كمية الحبوب الناتجة عن العملية ذاتها لها تختلف بشكل كبير، حيث إنها تتغير بتغير موقع زراعة النبات واختلاف نوعه وبأخذ النسبة 1:1 كمتوسط (كمية حبوب الأرز الناتجة = كمية القش الناتج) سنجد أنه ما يقرب من 481.5 من قش الأرز ينتج سنوياً، جزء منه يُستَخدم كعلف للحيوانات بجانب استخدامات أخري ولكن يبقي الجزء الأكبر بدون استخدام.
يتم التخلص من قش الأرز في بعض المناطق عن طريق حرقه في الأراضي الزراعية مما يتسبب في حدوث تلوث للهواء في المناطق المجاورة، وإن افترضنا على سبيل النقاش، أنه إذا أُتيح نحو 30 % من قش الأرز وتم استخدامه في توليد الطاقة حيث إن المحتوي الحراري 14 ميجا جول/كجم؛ وإن محطات توليد الطاقة باستخدام القش تبلغ كفاءة تحويلها للطاقة (حرارية إلي حركية ثم من حركية إلي كهربية >by turbines<;) تبلغ 35 %؛ ومن ثم فإن القش وحده قادر علي توليد ما يفوق 200 جيجا وات ساعة (GWh) في العام الواحد ولكن بالطبع ليس بهذه البساطة ...
خصائص القش والرماد الناتج عند حرقه
يواجه المستخدمين لقش الأرز مشاكل في النقل والتجميع والتي تحمل العديد من المخلفات الزراعية الأخري؛ وتضيف كثافة الأرز المنخفضة صعوبات إضافية أثناء فصله وجمعه وتخزينه.
فالطرق البدائية اليدوية لجمع الأرز ينتج عنها كميات كبيرة من القش والذي يتم تجميعه يدوياً حيث يصعُب أحياناً استخدام الآلات في حقول الأرز الصغيرة وبالرغم من ذلك يمكن زيادة التوجه لاستخدام الآلات لجمع الأرز في جميع المناطق من خلال تطوير بعض الالات المستخدمة وتصغير حجمها.
ويحتوي قش الأرز علي نسبة عالية من الكلور ولديه قلوية عالية حيث يمكن أن يصل محتوي رمادها إلي نحو 20 % ويحتوي الرماد علي كميات كبيرة من السليكا والبوتاسيوم.
التكنولوجيا
التكنولوجيا المستخدمة تجارياً لتحويل قش الأرز إلي رماد هي نفس التكنولوجيا المستخدمة في أنواع أخري من النفايات الزراعية.
الاحتراق:
غالبًا ما تستخدم المراجل (الغلايات) والتوربينات البخارية لمشاريع الطاقة الحيوية، وهذه التقنية معروفة وموثوق بها.
وبالنسبة لخصائص قش الأرز، فإنها لا تُزيد من نسبة التحديات القائمة بالرغم من أن قلويته قد تُسبب تآكل سريع في المراجل، كما أن نقطة الانصهار المنخفضة لرماد القش تؤدي إلي الخبث والتلوث؛ وعند استخدامه، فإن تكنولوجيا الاحتراق لتوليد الطاقة ستُسْتَخدم غالباً في المشاريع بقدرة تتراوح من 10 إلي 20 ميجا وات أو أكثر، وذلك يُمكن استخدامه في الصين والهند حيث تُوجد كميات هائلة من القش يُفترض استغلالها اقتصادياً، ولكن ليس هناك العديد من مصنعي المعدات للمشروعات الصغري بقدرة من 1 إلي 2 ميجا وات والتي تواجه منافسة في مناطق أخري من آسيا.
التحويل لغازات:
للمشاريع الصغيرة تحويل للغازات سيكون حلاً مُناسباً، وكما هو الحال مع الغلايات، تعتبر قشور القش والبخار من الأمور التي تؤثر علي أجهزة تنقية الغازات، وبالإضافة إلي ذلك فإن عملية التحويل يجب أن تكون في درجات حرارة منخفضة للحد من تكون كتل مترسبة من الرماد بجودة منخفضة.
في شمال شرق آسيا اعتمدت مشاريع الكتلة الحيوية بشكل وثيق علي أجهزة آتية من الصين والهند والتي يمكن وصفها بأنها أساسية ولكنها تفتقر إلي ضوابط متطورة؛ حيث إن تنظيف الغاز لا يتم بشكل كافٍ قبل الاستخدام، مما يتطلب صيانة متكررة للمحرك ونتيجة لذلك شهدت هذه المشاريع تاريخاً سيئاً للغاية لدرجة أنها أصبحت غير قابلة للتطبيق تجارياً.
وفي النهاية نرى الآن تلك المعدات التي تم التخلي عنها تملأ المدن الريفية وأصبحت أشبه بالمخلفات.
التحلل الحراري:
يتجنب التحلُل الحراري البطيء المشاكل المرتبطة بعملية التحول الحراري إلى غاز؛ لأنه ينتج عنه وقود سائل. ذلك الوقود السائل لا يمكن استخدامه مباشرةً في عدة محرك احتراق داخلي مهما يكن. إضافةً إلى مستوى رطوبة القش التي يجب حفظها عند درجة حرارة منخفضة من أجل تحلل حراري جيد. الاختيارات متاحة من أجل تغيير زيوت التحلل الحراري لكن على ما يبدو أن هذه التكنولوجبا أفضل من حيث معالجة الوقود طالما استمر الاهتمام بتوليد الطاقة من الكتلة الحيوية.
الهضم اللاهوائي:
يمكن للغاز الحيوي تشغيل محرك احتراق داخلي مباشرةً، ويبدو أن ذلك يعد خيارًا قابلًا للتطبيق على المدى الصغير. تحتاج عملية الهضم اللاهوائي إلى خلط القش مع مواد أساسية أخرى، عادةً نوع من روث الحيوان؛ مما يقلص حجم المشروع.
معالجة الوقود:
في بعض المصانع الكبرى يتم تغذية الغلاية بحزم القش مباشرةً، قش الأرز يحتاج بعض المعالجة قبل استخدامه. عادةً تشمل هذه المعالجة الفرم أو الطحن لتقليل حجم الجسيمات من أجل احتراق أكثر كفاءة أو المساعدة في كسر روابط مركب "الليجنين" من أجل الهضم اللاهوائي. وتشمل المعالجة أيضًا التجفيف والتكثيف، وعمليات أخرى سنشملها لاحقًا يمكنها زيادة كفاءة قش الأرز كوقود.
الغسيل والتخزين الرطب:
لقد اتضح أن ترك القش مُعرضًا للمطر قبل جمعه يقلل من قلويته؛ فمحتوى الرطوبة يستلزم إبقائه منخفضًا من أجل احتراق كفء. يُعد التخزين الرطب للكتلة الحيوية خيارًا متاحًا لتقليل قلوية القش. المادة الناتجة بعد عملية الترشيح يتم جمعها للتخلص منها أو استخدامها في غرض آخر. على الأرجح هذه التكنولوجيا هي الأفضل بالاشتراك مع الهضم اللاهوائي.
Torrefaction:
معالجة قش الأرز بهذه الطريقة يجعل من المادة الحيوية وقودًا أفضل من حيث الحرق والتحول لغاز، وتسمح أيضًا بتخزين أكثر كفاءة، وتزيد من احتمالة خلط أنواع أخرى من الكتلة الحيوية.
أخيرًا:
بينما نأخذ في الاعتبار هذه الصعوبات التقنية -في استخدام قش الأرز لتوليد الكهرباء- إلا أنها قابلة للحل. كما في معظم النفايات الزراعية تكمن المعوقات الأكبر في الجمع، والنقل، والتخزين. التحدي أن تجعل المزارعين يأخذون من وقتهم ومجهوداتهم في جمع القش. وعلاوةً على ذلك بمجرد أن يحصل الممولون على مستهلك للقش؛ فسيزيد سعره باستمرار بغض النظر عن شروط اتفاقيات إمداد الوقود.
إن النسبة بين كمية القش الناتجة عن عملية استخراج الحبوب من الأرز إلي كمية الحبوب الناتجة عن العملية ذاتها لها تختلف بشكل كبير، حيث إنها تتغير بتغير موقع زراعة النبات واختلاف نوعه وبأخذ النسبة 1:1 كمتوسط (كمية حبوب الأرز الناتجة = كمية القش الناتج) سنجد أنه ما يقرب من 481.5 من قش الأرز ينتج سنوياً، جزء منه يُستَخدم كعلف للحيوانات بجانب استخدامات أخري ولكن يبقي الجزء الأكبر بدون استخدام.
يتم التخلص من قش الأرز في بعض المناطق عن طريق حرقه في الأراضي الزراعية مما يتسبب في حدوث تلوث للهواء في المناطق المجاورة، وإن افترضنا على سبيل النقاش، أنه إذا أُتيح نحو 30 % من قش الأرز وتم استخدامه في توليد الطاقة حيث إن المحتوي الحراري 14 ميجا جول/كجم؛ وإن محطات توليد الطاقة باستخدام القش تبلغ كفاءة تحويلها للطاقة (حرارية إلي حركية ثم من حركية إلي كهربية >by turbines<;) تبلغ 35 %؛ ومن ثم فإن القش وحده قادر علي توليد ما يفوق 200 جيجا وات ساعة (GWh) في العام الواحد ولكن بالطبع ليس بهذه البساطة ...
خصائص القش والرماد الناتج عند حرقه
يواجه المستخدمين لقش الأرز مشاكل في النقل والتجميع والتي تحمل العديد من المخلفات الزراعية الأخري؛ وتضيف كثافة الأرز المنخفضة صعوبات إضافية أثناء فصله وجمعه وتخزينه.
فالطرق البدائية اليدوية لجمع الأرز ينتج عنها كميات كبيرة من القش والذي يتم تجميعه يدوياً حيث يصعُب أحياناً استخدام الآلات في حقول الأرز الصغيرة وبالرغم من ذلك يمكن زيادة التوجه لاستخدام الآلات لجمع الأرز في جميع المناطق من خلال تطوير بعض الالات المستخدمة وتصغير حجمها.
ويحتوي قش الأرز علي نسبة عالية من الكلور ولديه قلوية عالية حيث يمكن أن يصل محتوي رمادها إلي نحو 20 % ويحتوي الرماد علي كميات كبيرة من السليكا والبوتاسيوم.
التكنولوجيا
التكنولوجيا المستخدمة تجارياً لتحويل قش الأرز إلي رماد هي نفس التكنولوجيا المستخدمة في أنواع أخري من النفايات الزراعية.
الاحتراق:
غالبًا ما تستخدم المراجل (الغلايات) والتوربينات البخارية لمشاريع الطاقة الحيوية، وهذه التقنية معروفة وموثوق بها.
وبالنسبة لخصائص قش الأرز، فإنها لا تُزيد من نسبة التحديات القائمة بالرغم من أن قلويته قد تُسبب تآكل سريع في المراجل، كما أن نقطة الانصهار المنخفضة لرماد القش تؤدي إلي الخبث والتلوث؛ وعند استخدامه، فإن تكنولوجيا الاحتراق لتوليد الطاقة ستُسْتَخدم غالباً في المشاريع بقدرة تتراوح من 10 إلي 20 ميجا وات أو أكثر، وذلك يُمكن استخدامه في الصين والهند حيث تُوجد كميات هائلة من القش يُفترض استغلالها اقتصادياً، ولكن ليس هناك العديد من مصنعي المعدات للمشروعات الصغري بقدرة من 1 إلي 2 ميجا وات والتي تواجه منافسة في مناطق أخري من آسيا.
التحويل لغازات:
للمشاريع الصغيرة تحويل للغازات سيكون حلاً مُناسباً، وكما هو الحال مع الغلايات، تعتبر قشور القش والبخار من الأمور التي تؤثر علي أجهزة تنقية الغازات، وبالإضافة إلي ذلك فإن عملية التحويل يجب أن تكون في درجات حرارة منخفضة للحد من تكون كتل مترسبة من الرماد بجودة منخفضة.
في شمال شرق آسيا اعتمدت مشاريع الكتلة الحيوية بشكل وثيق علي أجهزة آتية من الصين والهند والتي يمكن وصفها بأنها أساسية ولكنها تفتقر إلي ضوابط متطورة؛ حيث إن تنظيف الغاز لا يتم بشكل كافٍ قبل الاستخدام، مما يتطلب صيانة متكررة للمحرك ونتيجة لذلك شهدت هذه المشاريع تاريخاً سيئاً للغاية لدرجة أنها أصبحت غير قابلة للتطبيق تجارياً.
وفي النهاية نرى الآن تلك المعدات التي تم التخلي عنها تملأ المدن الريفية وأصبحت أشبه بالمخلفات.
التحلل الحراري:
يتجنب التحلُل الحراري البطيء المشاكل المرتبطة بعملية التحول الحراري إلى غاز؛ لأنه ينتج عنه وقود سائل. ذلك الوقود السائل لا يمكن استخدامه مباشرةً في عدة محرك احتراق داخلي مهما يكن. إضافةً إلى مستوى رطوبة القش التي يجب حفظها عند درجة حرارة منخفضة من أجل تحلل حراري جيد. الاختيارات متاحة من أجل تغيير زيوت التحلل الحراري لكن على ما يبدو أن هذه التكنولوجبا أفضل من حيث معالجة الوقود طالما استمر الاهتمام بتوليد الطاقة من الكتلة الحيوية.
الهضم اللاهوائي:
يمكن للغاز الحيوي تشغيل محرك احتراق داخلي مباشرةً، ويبدو أن ذلك يعد خيارًا قابلًا للتطبيق على المدى الصغير. تحتاج عملية الهضم اللاهوائي إلى خلط القش مع مواد أساسية أخرى، عادةً نوع من روث الحيوان؛ مما يقلص حجم المشروع.
معالجة الوقود:
في بعض المصانع الكبرى يتم تغذية الغلاية بحزم القش مباشرةً، قش الأرز يحتاج بعض المعالجة قبل استخدامه. عادةً تشمل هذه المعالجة الفرم أو الطحن لتقليل حجم الجسيمات من أجل احتراق أكثر كفاءة أو المساعدة في كسر روابط مركب "الليجنين" من أجل الهضم اللاهوائي. وتشمل المعالجة أيضًا التجفيف والتكثيف، وعمليات أخرى سنشملها لاحقًا يمكنها زيادة كفاءة قش الأرز كوقود.
الغسيل والتخزين الرطب:
لقد اتضح أن ترك القش مُعرضًا للمطر قبل جمعه يقلل من قلويته؛ فمحتوى الرطوبة يستلزم إبقائه منخفضًا من أجل احتراق كفء. يُعد التخزين الرطب للكتلة الحيوية خيارًا متاحًا لتقليل قلوية القش. المادة الناتجة بعد عملية الترشيح يتم جمعها للتخلص منها أو استخدامها في غرض آخر. على الأرجح هذه التكنولوجيا هي الأفضل بالاشتراك مع الهضم اللاهوائي.
Torrefaction:
معالجة قش الأرز بهذه الطريقة يجعل من المادة الحيوية وقودًا أفضل من حيث الحرق والتحول لغاز، وتسمح أيضًا بتخزين أكثر كفاءة، وتزيد من احتمالة خلط أنواع أخرى من الكتلة الحيوية.
أخيرًا:
بينما نأخذ في الاعتبار هذه الصعوبات التقنية -في استخدام قش الأرز لتوليد الكهرباء- إلا أنها قابلة للحل. كما في معظم النفايات الزراعية تكمن المعوقات الأكبر في الجمع، والنقل، والتخزين. التحدي أن تجعل المزارعين يأخذون من وقتهم ومجهوداتهم في جمع القش. وعلاوةً على ذلك بمجرد أن يحصل الممولون على مستهلك للقش؛ فسيزيد سعره باستمرار بغض النظر عن شروط اتفاقيات إمداد الوقود.
الرابط مصدر المقال
