گرچه ممکن است کمی دور از ذهن باشد اما همین زباله های معمولی که روزانه حجم وسیعی از آن در سطح شهرها جمع آوری می شود می تواند منبع عظیمی برای تولید انرژی باشد.
انباشته شدن حجم انبوهی از زباله در سطح دنیا به یک معضل زیست محیطی تبدیل شده است. در بسیاری از کشورها سرانه تولید زباله سالانه ۴ تا ۵ درصد افزایش پیدا می کند و به این ترتیب اگر در این زمینه هیچ اقدامی نشود در آینده ای نه چندان دور سیاره ما به یک زباله دانی بزرگ تبدیل خواهد شد. دفن زباله به روش غیراستاندارد می تواند پیامدهای زیست محیطی متعددی به همراه داشته باشد که از جمله این پیامدها می توان به نفوذ شیرابه های زباله به منابع آب زیرزمینی و همچنین انتشار گاز LFG اشاره کرد. ۶۰ درصد این گاز را متان تشکیل می دهد. این گاز که از جمله گازهای گلخانه ای و آلاینده محیط زیست است می تواند به عنوان منبع عظیم انرژی مورد استفاده قرار گرفته و به این چرخه بازگردد. البته استفاده بهینه از این امکان به زیرساخت هایی نیاز دارد که یکی از این زیرساخت ها مشعل پلاسمایی است که محققان پژوهشگاه صنعت نفت به این فناوری دست یافته اند. از این رو به پیشنهاد ستاد انرژی های نو، پژوهشگاه تصمیم گرفت در اجرای طرح تبدیل زباله به انرژی با این ستاد همکاری داشته باشد که پس از عبور از مراحل مختلف برای دستیابی به این امکان، سرانجام طرح گازی کردن زباله با استفاده از فناوری مشعل پلاسمایی برای نخستین بار در این پژوهشگاه اجرایی شد. با دکتر حمیدرضا بزرگ زاده، مسئول طرح پلاسما در پژوهشگاه صنعت نفت درباره این طرح گفت وگو کرده ایم.
منظور از پلاسما چیست؟
به گاز یونیزه شده اصطلاحا پلاسما گفته می شود. در حقیقت پلاسما گازی است که اتم های آن الکترون های خود را از دست داده اند. در این حالت در ماده ویژگی های منحصربه فردی دیده می شود و ماده در مقایسه با دیگر حالت هایی که می تواند داشته باشد، رفتار متفاوتی از خود بروز می دهد. بنابراین پلاسما به عنوان حالت چهارم ماده نامگذاری شده است. استفاده از پلاسما در صنایع مختلف قدمتی دیرینه در حدود ۶۰ سال دارد.
و این بعد چهارم ماده در اجرای این طرح چه نقشی را ایفا کرده است؟
یکی از ویژگی های پلاسما قابلیت تولید دماهای بسیار بالاست. مشعل های پلاسمایی یکی از منابع تولید پلاسمای گرم هستند که می توانند پلاسمایی با دمای ۲۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰ درجه سانتی گراد تولید کنند. این مشعل ها، بدون هیچ نیازی به اکسیژن یا سوخت فسیلی و اصطلاحا بدون انجام واکنش سوختی، انرژی الکتریکی را مستقیم به حرارت شعله با دمای بالا تبدیل می کنند. چنین ویژگی هایی موجب شده است از مشعل های پلاسمایی برای گازی کردن زباله با اکسیداسیون ناقص برای تولید گاز سنتز استفاده شود.
قضیه یک قدری پیچیده شد، منظورتان از گاز سنتز چیست؟
گاز سنتز گازی ارزشمند است که ارزش حرارتی بالایی دارد و قابل تبدیل به انواع فرآورده های نفتی است. از این گاز به عنوان خوراک بسیاری از پتروشیمی ها نیز استفاده می شود.
وجه تمایز روش گازی کردن زباله در مقایسه با دیگر روش های تولید انرژی از زباله چیست؟
گازی کردن زباله به روش پلاسمایی جدیدترین و پیشرفته ترین فناوری تولید انرژی از زباله است که بیشترین درصد تولید انرژی از زباله و کمترین آلودگی زیست محیطی را به همراه دارد. همچنین این سیستم، به دلیل دمای فوق العاده بالا، بهترین گزینه برای انهدام و بی خطر کردن زباله های خطرناک و سمی مانند زباله های بیمارستانی، شیمیایی و صنعتی است که مرکز کنترل آلودگی اتحادیه اروپا و آمریکا این موضوع را تائید کرده است. مزیت دیگر این سیستم بر دیگر سیستم های تولید انرژی از زباله، عاری بودن آن از آلاینده های گوگردی و نیتروژنی و همچنین دی اکسین هاست که در قالب این سیستم ها تولید می شود؛ اما در سیستم پلاسمایی به دلیل دمای بسیار بالا ردپایی از این آلاینده ها یافت نمی شود و بنابراین می تواند به عنوان روشی با کمترین میزان آلایندگی زیست محیطی مورد توجه قرار گیرد.
یعنی در نهایت این سیستم هیچ پسماندی ندارد که به آلودگی محیط زیست منجر شود؟
این سیستم می تواند تا ۹۸ درصد زباله های ورودی را به گاز سنتز تبدیل کند و درصد باقیمانده که در حقیقت شامل مواد فلزی و شیشه هایی است که قابل تبخیر شدن نیست، به شکل مذاب از رآکتور گازی خارج می شود. این مواد از نظر زیست محیطی کاملا بی خطر هستند و به دلیل سختی بسیار بالا می توان از آنها در صنایع ساختمان و جاده سازی استفاده کرد. به لحاظ زیست محیطی نیز چون خاکستر این فناوری در حد صفر است، باقیمانده آن مذابی شامل شمش فلزات و سنگ های زینتی از ترکیبات سیلیس دار است که در صنایع ساختمان سازی به عنوان سنگ نما و در جاده سازی کاربرد دارد. یکی دیگر از مزیت های سیستم ابداعی پژوهشگاه این است که می توان زباله ها را به شکل مخلوط برای گازی سازی وارد رآکتور کرد. امروزه امحای زباله های بیمارستانی، به دلیل آلودگی های عفونی و بهداشتی، معضلی بزرگ است که با به کارگیری فناوری پلاسما آن نیز برطرف خواهد شد
آیا می توان از این روش برای تولید سوخت استفاده کرد؟
خروجی این فرآیند، گاز سنتز است که بعد از پاک سازی برای فرآیندهایی مانند جی.تی.ال برای تولید بنزین و گازوئیل و به عنوان خوراک در پتروشیمی ها استفاده می شود. همچنین بعد از جداسازی گاز سنتز می توان از هیدروژن آن برای پیل سوختی بهره برد. یکی دیگر از مصارف این فرآیند در تولید انرژی و سوخت است که مستقیم می توان برای تولید بخار آب به وسیله بویلر و به حرکت درآوردن توربین و تولید برق از آن استفاده کرد.
بدیهی است سوخت های فسیلی مانند گاز و نفت روزی به پایان خواهد رسید، اما زباله محدودیتی ندارد و منبعی پایان ناپذیر برای تولید انرژی است که سودی قابل ملاحظه در بر دارد.
آیا از نظر بهره برداری برای سیستم ابداعی محدودیتی وجود دارد یا این که می توان از حجم انبوهی از زباله که در کشور تولید می شود به عنوان یک منبع نامتناهی برای تولید انرژی استفاده کرد؟
سیستم ابداعی پژوهشگاه به گونه ای طراحی شده که می توان آن را برای ظرفیت های مختلف طراحی و از آن بهره برداری کرد؛ یعنی واحدهای صنعتی این فرآیند را می توان در اندازه های گوناگون از کوچک تا قابل حمل و با ظرفیت بالا راه اندازی کرد و برای بالا بردن ظرفیت پردازش زباله نیز افزایش ابعاد رآکتور لازم نیست و می توان چند رآکتور را به شکل موازی راه اندازی کرد.
چشم انداز فناوری پلاسما در صنعتی شدن را چگونه می بینید؟
به نظر می رسد در این مرحله حساس، برای ادامه موفقیت طرح باید حمایت های لازم از طرف سازمان های ذی ربط صورت بگیرد، زیرا دانش فنی موجود با تلاش بی وقفه محققان پژوهشگاه صنعت نفت وشرکت سازنده مشعل پلاسمایی در مدت کمتر از یک سال به دست آمده و می توان این نتایج را در حداقل زمان به دانش فنی طراحی یک سیستم صنعتی تبدیل کرد و این دانش فنی به عنوان یادگاری ارزشمند به نام پژوهشگاه صنعت نفت در صنعت کشور به ثبت خواهد رسید. نخستین گام در صنعتی کردن این فرآیند ساخت یک واحد آزمایشی کوچک در پژوهشگاه صنعت نفت است تا از زباله های پژوهشگاه برای تولید بخار آب و تامین آب گرم این مرکز استفاده شود که این کار علاوه بر تامین نیازهای پژوهشگاه، موجب اثبات این فناوری خواهد شد.
انباشته شدن حجم انبوهی از زباله در سطح دنیا به یک معضل زیست محیطی تبدیل شده است. در بسیاری از کشورها سرانه تولید زباله سالانه ۴ تا ۵ درصد افزایش پیدا می کند و به این ترتیب اگر در این زمینه هیچ اقدامی نشود در آینده ای نه چندان دور سیاره ما به یک زباله دانی بزرگ تبدیل خواهد شد. دفن زباله به روش غیراستاندارد می تواند پیامدهای زیست محیطی متعددی به همراه داشته باشد که از جمله این پیامدها می توان به نفوذ شیرابه های زباله به منابع آب زیرزمینی و همچنین انتشار گاز LFG اشاره کرد. ۶۰ درصد این گاز را متان تشکیل می دهد. این گاز که از جمله گازهای گلخانه ای و آلاینده محیط زیست است می تواند به عنوان منبع عظیم انرژی مورد استفاده قرار گرفته و به این چرخه بازگردد. البته استفاده بهینه از این امکان به زیرساخت هایی نیاز دارد که یکی از این زیرساخت ها مشعل پلاسمایی است که محققان پژوهشگاه صنعت نفت به این فناوری دست یافته اند. از این رو به پیشنهاد ستاد انرژی های نو، پژوهشگاه تصمیم گرفت در اجرای طرح تبدیل زباله به انرژی با این ستاد همکاری داشته باشد که پس از عبور از مراحل مختلف برای دستیابی به این امکان، سرانجام طرح گازی کردن زباله با استفاده از فناوری مشعل پلاسمایی برای نخستین بار در این پژوهشگاه اجرایی شد. با دکتر حمیدرضا بزرگ زاده، مسئول طرح پلاسما در پژوهشگاه صنعت نفت درباره این طرح گفت وگو کرده ایم.
منظور از پلاسما چیست؟
به گاز یونیزه شده اصطلاحا پلاسما گفته می شود. در حقیقت پلاسما گازی است که اتم های آن الکترون های خود را از دست داده اند. در این حالت در ماده ویژگی های منحصربه فردی دیده می شود و ماده در مقایسه با دیگر حالت هایی که می تواند داشته باشد، رفتار متفاوتی از خود بروز می دهد. بنابراین پلاسما به عنوان حالت چهارم ماده نامگذاری شده است. استفاده از پلاسما در صنایع مختلف قدمتی دیرینه در حدود ۶۰ سال دارد.
و این بعد چهارم ماده در اجرای این طرح چه نقشی را ایفا کرده است؟
یکی از ویژگی های پلاسما قابلیت تولید دماهای بسیار بالاست. مشعل های پلاسمایی یکی از منابع تولید پلاسمای گرم هستند که می توانند پلاسمایی با دمای ۲۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰ درجه سانتی گراد تولید کنند. این مشعل ها، بدون هیچ نیازی به اکسیژن یا سوخت فسیلی و اصطلاحا بدون انجام واکنش سوختی، انرژی الکتریکی را مستقیم به حرارت شعله با دمای بالا تبدیل می کنند. چنین ویژگی هایی موجب شده است از مشعل های پلاسمایی برای گازی کردن زباله با اکسیداسیون ناقص برای تولید گاز سنتز استفاده شود.
قضیه یک قدری پیچیده شد، منظورتان از گاز سنتز چیست؟
گاز سنتز گازی ارزشمند است که ارزش حرارتی بالایی دارد و قابل تبدیل به انواع فرآورده های نفتی است. از این گاز به عنوان خوراک بسیاری از پتروشیمی ها نیز استفاده می شود.
وجه تمایز روش گازی کردن زباله در مقایسه با دیگر روش های تولید انرژی از زباله چیست؟
گازی کردن زباله به روش پلاسمایی جدیدترین و پیشرفته ترین فناوری تولید انرژی از زباله است که بیشترین درصد تولید انرژی از زباله و کمترین آلودگی زیست محیطی را به همراه دارد. همچنین این سیستم، به دلیل دمای فوق العاده بالا، بهترین گزینه برای انهدام و بی خطر کردن زباله های خطرناک و سمی مانند زباله های بیمارستانی، شیمیایی و صنعتی است که مرکز کنترل آلودگی اتحادیه اروپا و آمریکا این موضوع را تائید کرده است. مزیت دیگر این سیستم بر دیگر سیستم های تولید انرژی از زباله، عاری بودن آن از آلاینده های گوگردی و نیتروژنی و همچنین دی اکسین هاست که در قالب این سیستم ها تولید می شود؛ اما در سیستم پلاسمایی به دلیل دمای بسیار بالا ردپایی از این آلاینده ها یافت نمی شود و بنابراین می تواند به عنوان روشی با کمترین میزان آلایندگی زیست محیطی مورد توجه قرار گیرد.
یعنی در نهایت این سیستم هیچ پسماندی ندارد که به آلودگی محیط زیست منجر شود؟
این سیستم می تواند تا ۹۸ درصد زباله های ورودی را به گاز سنتز تبدیل کند و درصد باقیمانده که در حقیقت شامل مواد فلزی و شیشه هایی است که قابل تبخیر شدن نیست، به شکل مذاب از رآکتور گازی خارج می شود. این مواد از نظر زیست محیطی کاملا بی خطر هستند و به دلیل سختی بسیار بالا می توان از آنها در صنایع ساختمان و جاده سازی استفاده کرد. به لحاظ زیست محیطی نیز چون خاکستر این فناوری در حد صفر است، باقیمانده آن مذابی شامل شمش فلزات و سنگ های زینتی از ترکیبات سیلیس دار است که در صنایع ساختمان سازی به عنوان سنگ نما و در جاده سازی کاربرد دارد. یکی دیگر از مزیت های سیستم ابداعی پژوهشگاه این است که می توان زباله ها را به شکل مخلوط برای گازی سازی وارد رآکتور کرد. امروزه امحای زباله های بیمارستانی، به دلیل آلودگی های عفونی و بهداشتی، معضلی بزرگ است که با به کارگیری فناوری پلاسما آن نیز برطرف خواهد شد
آیا می توان از این روش برای تولید سوخت استفاده کرد؟
خروجی این فرآیند، گاز سنتز است که بعد از پاک سازی برای فرآیندهایی مانند جی.تی.ال برای تولید بنزین و گازوئیل و به عنوان خوراک در پتروشیمی ها استفاده می شود. همچنین بعد از جداسازی گاز سنتز می توان از هیدروژن آن برای پیل سوختی بهره برد. یکی دیگر از مصارف این فرآیند در تولید انرژی و سوخت است که مستقیم می توان برای تولید بخار آب به وسیله بویلر و به حرکت درآوردن توربین و تولید برق از آن استفاده کرد.
بدیهی است سوخت های فسیلی مانند گاز و نفت روزی به پایان خواهد رسید، اما زباله محدودیتی ندارد و منبعی پایان ناپذیر برای تولید انرژی است که سودی قابل ملاحظه در بر دارد.
آیا از نظر بهره برداری برای سیستم ابداعی محدودیتی وجود دارد یا این که می توان از حجم انبوهی از زباله که در کشور تولید می شود به عنوان یک منبع نامتناهی برای تولید انرژی استفاده کرد؟
سیستم ابداعی پژوهشگاه به گونه ای طراحی شده که می توان آن را برای ظرفیت های مختلف طراحی و از آن بهره برداری کرد؛ یعنی واحدهای صنعتی این فرآیند را می توان در اندازه های گوناگون از کوچک تا قابل حمل و با ظرفیت بالا راه اندازی کرد و برای بالا بردن ظرفیت پردازش زباله نیز افزایش ابعاد رآکتور لازم نیست و می توان چند رآکتور را به شکل موازی راه اندازی کرد.
چشم انداز فناوری پلاسما در صنعتی شدن را چگونه می بینید؟
به نظر می رسد در این مرحله حساس، برای ادامه موفقیت طرح باید حمایت های لازم از طرف سازمان های ذی ربط صورت بگیرد، زیرا دانش فنی موجود با تلاش بی وقفه محققان پژوهشگاه صنعت نفت وشرکت سازنده مشعل پلاسمایی در مدت کمتر از یک سال به دست آمده و می توان این نتایج را در حداقل زمان به دانش فنی طراحی یک سیستم صنعتی تبدیل کرد و این دانش فنی به عنوان یادگاری ارزشمند به نام پژوهشگاه صنعت نفت در صنعت کشور به ثبت خواهد رسید. نخستین گام در صنعتی کردن این فرآیند ساخت یک واحد آزمایشی کوچک در پژوهشگاه صنعت نفت است تا از زباله های پژوهشگاه برای تولید بخار آب و تامین آب گرم این مرکز استفاده شود که این کار علاوه بر تامین نیازهای پژوهشگاه، موجب اثبات این فناوری خواهد شد.
