به گزارش سرویس ترجمه خبرگزاری ایمنا، بازیافت انرژی در شهرها را میتوان مجموعهای از راهبردهای بر پایه فناوری و فضا دانست که هدف آنها بازیابی انرژی از جریانهایی است که در حالت معمول دور ریخته میشوند و تزریق آن به سامانههای گرمایش، سرمایش، تولید برق یا حملونقل شهری است. یکی از مهمترین مسیرها تبدیل زباله به انرژی است که در آن زبالههای جامد شهری و بعضی پسماندهای صنعتی از طریق سوزاندن کنترلشده، گازیسازی، هضم بیهوازی یا روشهای دیگر به برق، حرارت و سوخت تبدیل میشوند و با شبکههای گرمایش منطقهای تلفیق میشوند.
مسیر دیگر، بازیافت حرارت اتلافی از فرایندهای صنعتی، نیروگاهها، مراکز داده و سامانههای فاضلاب است که میتواند برای گرمایش فضا، آب گرم مصرفی و تأمین حرارت فرایندی در کاربریهای مختلف استفاده شود، همچنین هضم بیهوازی پسماندهای آلی شهری، همچون ضایعات غذایی، لجن فاضلاب و بقایای کشاورزی در حومه، بیوگاز تولید میکند که میتواند در تولید برق، گرمایش یا سوخت وسایل نقلیه کاربرد داشته باشد.
بخش دیگری از مسیر بازیافت انرژی به بازیافت گازهای متان حاصل از محلهای دفن زباله مربوط است که با جمعآوری و سوزاندن کنترلشده آنها در موتور یا توربین، هم از انتشار مستقیم متان در جو جلوگیری میکند و هم انرژی قابل استفاده تولید میکند. پیشرفتهای فناورانه در زمینه ارتقای بازده تبدیل همچون گازیسازی و پیرولیز، بهبود سیستمهای تصفیه هوا و کنترل آلودگی و همچنین استفاده از سامانههای دیجیتال برای کنترل و بهینهسازی شبکههای انرژی به توسعه این مسیرها در مقیاس شهری کمک میکند.
مزایا و چالشهای شهری بازیافت انرژی
پیادهسازی مناسب سامانههای بازیافت انرژی میتواند مزایای متعددی برای شهرها بههمراه داشته باشد که از جمله مهمترین آنها کاهش دفن زباله و مسائل مرتبط با آن همچون انتشار متان، آلودگی آبهای زیرزمینی و اشغال اراضی ارزشمند است. این سامانهها میتوانند بخشی از تأمین انرژی حرارتی و الکتریکی را بهصورت محلی و تا حدی قابل کنترل در اختیار شهر قرار دهند و به این ترتیب امنیت انرژی و تابآوری شهری در برابر شوکهای خارجی را افزایش دهند، بهویژه در شهرهای سردسیر که بار گرمایش زمستانی بالاست.
علاوه بر این، زمانی که انرژی حاصل از زباله یا حرارت بازیافتی جایگزین سوختهای فسیلی میشود، انتشار خالص دیاکسیدکربن در سیستم انرژی کاهش مییابد و اگر این فرایندها با فناوریهایی همچون جذب و ذخیرهسازی کربن ترکیب شوند، حتی امکان کاهش بیشتر انتشار نیز وجود دارد. با این حال، چالشهای جدی نیز مطرح است که مهمترین آنها نگرانیهای عمومی درباره آلودگی هوا و پیامدهای بهداشتی تأسیسات تبدیل زباله به انرژی است و نیازمند اعمال استانداردهای سختگیرانه زیستمحیطی، پایش شفاف و طراحی و استقرار سنجیده در بافت شهری است.
از سوی دیگر، اتکای بیش از حد به سوزاندن زباله میتواند به قفلشدگی ساختاری در یک اقتصاد پرزباله منجر شود، بهطوری که انگیزه و امکان کاهش تولید زباله و افزایش بازیافت مواد تضعیف شود؛ به همین دلیل در رویکردهای پیشرو تأکید میشود که پیشگیری از تولید زباله و بازیافت مواد در سلسلهمراتب مدیریت پسماند در اولویت قرار دارد و بازیافت انرژی باید برای جریانهای غیرقابل بازیافت باقی بماند. هزینههای اولیه بالای این زیرساختها و نیاز به هماهنگی بلندمدت میان نهادهای مسئول انرژی، مدیریت پسماند و برنامهریزی شهری نیز از دیگر چالشهایی است که باید در طراحی سیاستها و پروژهها مورد توجه قرار گیرد.
استکهلم؛ مراکز داده گرمای خود را به شریانهای شهر هدیه میکنند
شهر استکهلم با پروژه «گرمایش منطقهای باز» گرمای هدررفته مراکز داده را مستقیم به شبکه گرمایش شهری تزریق میکند. این رویکرد نهتنها مصرف سوخت فسیلی را کاهش میدهد، بلکه با کاهش دمای آب برگشتی شبکه، راندمان کلی سیستم را افزایش میدهد.
پروژه گرمایش منطقهای باز استکهلم توسط شرکت Stockholm Exergi راهاندازی شده و یکی از موفقترین مدلهای بازچرخانی گرمای هدررفته از مراکز داده در مقیاس شهری است. شرکت Stockholm Exergi یکی از بزرگترین شرکتهای انرژی سوئد است که مالکیت آن بهصورت مشترک میان شهرداری استکهلم و شرکت Fortum قرار دارد. این شرکت مسئولیت اصلی شبکه گرمایش منطقهای استکهلم را بر عهده دارد و بیش از ۸۰۰ هزار واحد مسکونی و تجاری را از طریق شبکهای با طول بیش از سه هزار کیلومتر پوشش میدهد.
این پروژه از سال ۲۰۱۶ بهصورت آزمایشی آغاز شد و در سال ۲۰۱۸ بهطور رسمی گسترش پیدا کرد. ایده اصلی پروژه این است که مراکز داده و سایر منابع حرارتی کمدما بتوانند گرمای مازاد خود را مستقیم به شبکه گرمایش منطقهای بفروشند. گرمای خروجی سرورها که بهطور معمول بین ۲۵ تا ۴۰ درجه سانتیگراد است، از طریق مبدلهای حرارتی و پمپهای حرارتی صنعتی با ضریب عملکرد حدود ۳.۸ تا ۴.۲ به دمای ۷۵ تا ۸۵ درجه سانتیگراد میرسد و سپس به شبکه اصلی تزریق میشود. این سیستم از زیرساخت شبکه موجود استکهلم استفاده میکند که بیش از سه هزار کیلومتر لوله دارد و حدود ۸۰۰ هزار واحد مسکونی و تجاری را پوشش میدهد. تا سال ۲۰۲۶ بیش از ۱۵ مرکز داده بزرگ به این شبکه متصل شدهاند و سالانه حدود ۵۰۰ تا ۶۰۰ گیگاواتساعت گرما از این طریق بازیابی و به شبکه تزریق میشود.
پروژه از نظر فنی از مدل «Open» بهره میبرد که به معنای امکان اتصال آسان و استانداردشده برای تولیدکنندگان حرارت جدید است. تولیدکنندگان گرما از طریق قراردادهای بلندمدت، حرارت خود را به قیمت رقابتی به Stockholm Exergi میفروشند و این شرکت نیز آن را در شبکه توزیع میکند. این رویکرد نهتنها هزینه سرمایهگذاری برای گسترش شبکه را کاهش داده، بلکه راندمان کلی سیستم را با کاهش دمای آب برگشتی افزایش داده است.
در برنامههای آینده استکهلم قصد دارد دمای شبکه را به زیر ۷۰ درجه سانتیگراد برساند تا امکان اتصال منابع حرارتی با دمای پایینتر همچون مراکز داده نسل جدید و حتی گرمای فاضلاب را گسترش دهد، همچنین پروژههایی برای ادغام سرمایش منطقهای با استفاده از گرمای هدررفته مراکز داده در حال مطالعه است. هدف بلندمدت این است که تا سال ۲۰۳۵، حداقل ۲۵ درصد از انرژی حرارتی شبکه بهطور مستقیم از گرمای هدررفته مراکز داده و صنایع تأمین شود.
مادرید: الگویی از تبدیل پسماند به طلای سبز در حومه شهر
شهر مادرید در اسپانیا با راهاندازی مجتمع بیومتانسازی در پارک فناوری والدمینگوم در حومه جنوبشرقی خود، یکی از موفقترین نمونههای اروپایی در هضم بیهوازی پسماندهای آلی شهری است. این تأسیسات ذیل پروژه اروپایی اسکالیبر (SCALIBUR) و با هدف توسعه فناوریهای نوین مدیریت پسماندهای زیستی طراحی و اجرا شد و اکنون بهعنوان الگویی برای سایر شهرها در مدیریت یکپارچه ضایعات غذایی، لجن فاضلاب و سایر پسماندهای آلی مطرح است.
مجتمع والدمینگوم از دو نیروگاه بیومتانسازی به نامهای لاس دهساس و لا پالوما تشکیل شده است که هر دو بر پایه فرایند هضم بیهوازی عمل میکنند. در این فرایند، پسماندهای آلی در غیاب اکسیژن توسط میکروارگانیسمها تجزیه و به دو محصول اصلی بیوگاز و دیژست (کود آلی) تبدیل میشوند. نیروگاه لاس دهساس سالانه حدود ۲۱۸ هزار تن مواد آلی را پردازش میکند که ۱۶۱ هزار تن آن مستقیم به تولید بیومتان اختصاص دارد. نیروگاه لا پالوما نیز با ظرفیت متوسط ۱۵۱ هزار تن در سال بیش از ۱۰۸ هزار تن بیومتان تولید میکند.
بیوگاز خام تولیدشده در این دو نیروگاه که بهصورت عمده از متان و دیاکسید کربن تشکیل شده است، به واحد تصفیه و غنیسازی منتقل میشود. در این واحد با استفاده از فرایندهای شستشوی گاز و حذف ناخالصیها همچون دیاکسید کربن، اکسیژن، رطوبت و ترکیبات گوگردی، بیوگاز به بیومتانی با کیفیت بالاتر از میانگین گاز طبیعی شبکه اسپانیا تبدیل میشود. غلظت متان در بیومتان نهایی بیش از ۹۶ درصد، دیاکسید کربن کمتر از یک درصد و اکسیژن کمتر از ۰.۴درصد است. این بیومتان با ظرفیت تزریق ۶۵۰۰ مترمکعب در ساعت، مستقیم به شبکه سراسری گاز طبیعی تزریق میشود، چرا که یکی از خطوط لوله اصلی گاز از مجاورت سایت عبور میکند.
خوراک ورودی به این تأسیسات از دو مسیر اصلی تأمین میشود: نخست، پسماندهای غذایی که بهصورت جداگانه در سطلهای قهوهای رنگ در سطح شهر جمعآوری میشوند و دوم، بخش آلی بازیافتشده از پسماندهای عمومی که در مراکز پردازش پسماند والدمینگوم جداسازی میشوند. این پسماندها پس از دریافت در سالنهای بسته، پیشتصفیه مکانیکی شامل سرند کردن، جداسازی مواد سنگین و سبک و حذف فلزات با آهنربا را طی میکنند و سپس به هاضمهای بزرگ بیهوازی وارد میشوند. هر نیروگاه دارای چندین هاضم بزرگ با حجم هزاران مترمکعب است که فرایند تخمیر بیهوازی در دمای کنترلشده و زمان ماند مشخص در آنها انجام میشود.
پس از هضم بیهوازی، مواد جامد باقیمانده یا دیژست که غنی از مواد آلی و مواد مغذی است به واحد کمپوستسازی منتقل و تحت فرایند هوادهی کنترلشده به کمپوست با کیفیت تبدیل میشود که میتواند بهعنوان اصلاحکننده خاک در کشاورزی و فضای سبز استفاده شود. پسابهای تولیدی از جمله شیرابهها و آبهای بارانی آلوده نیز در یک تصفیهخانه ویژه شامل فرایندهای بیولوژیکی، اولترافیلتراسیون و اسمز معکوس تصفیه میشوند تا کیفیت لازم برای استفاده مجدد در فرایندهای صنعتی یا تخلیه ایمن به محیط را کسب کنند.
انرژی تولیدی در این مجتمع چندمنظوره است و کاربردهای متنوعی دارد. بخش عمده بیومتان تولیدی به شبکه گاز شهری تزریق میشود و میتواند برای گرمایش ساختمانها، مصارف خانگی، دیگهای بخار صنعتی و نیز بهعنوان سوخت وسایل نقلیه گازسوز همچون اتوبوسها، کامیونها و خودروهای سبک مورد استفاده قرار گیرد. پیش از توسعه ظرفیت، سالانه حدود ۱۰۰ گیگاواتساعت انرژی حرارتی تولید میشد که با تکمیل خطوط جدید تصفیه بیوگاز در سال ۲۰۲۲، این مقدار به حدود ۱۸۰ گیگاواتساعت در سال افزایش پیدا کرد. این افزایش ۸۰ درصدی ظرفیت معادل مصرف سالانه گاز طبیعی حدود ۳۵ هزار و ۳۱۵ خانوار اسپانیایی یا سوخترسانی به حدود ۵۵۰ اتوبوس شهری مادرید است.
علاوه بر تزریق به شبکه گاز، بخشی از بیوگاز تولیدی نیز در موتورهای تولید همزمان برق و حرارت در سایت استفاده میشود تا برق مورد نیاز تأسیسات و حتی شبکههای محلی همچون دوچرخههای برقی را تأمین کند. این رویکرد چندمنظوره بازده انرژی کل سیستم را به حداکثر رسانده است و پایداری عملیات را تضمین میکند. از منظر زیستمحیطی، این تأسیسات سالانه منجر به کاهش بیش از ۴۳ هزار و ۵۰۰ تن معادل دیاکسید کربن میشود، چرا که هم از دفن پسماندهای آلی و تولید متان در محل دفن جلوگیری میکند و هم سوخت فسیلی را با یک سوخت تجدیدپذیر جایگزین میکند.
این پروژه نهتنها از نظر فنی و ظرفیت پردازش یکی از بزرگترین تأسیسات اروپایی در این حوزه است، بلکه بهدلیل کیفیت بالای بیومتان تولیدی، یکپارچگی فرایندها و تنوع کاربردهای انرژی، بهعنوان مرجعی برای سایر دولتها و شهرهایی شناخته میشود که بهدنبال توسعه پروژههای مشابه هستند. سایت والدمینگوم همچنین شامل بخشهای تحقیق و توسعه، آزمایشگاههای آنالیز و فضاهای آموزشی است که در آن پروژههای نوآورانه در زمینه مدیریت پسماند و انرژیهای تجدیدپذیر آزمایش و ارزیابی میشوند.
نظر شما