محیط زیست و مشکلات ان در جهان

زباله و ضايعات، يکي از منابع انرژي زيست توده

بيوماس Biomass

انرژي ذخيره شده خورشيدي در مواد گياهي عموما" چوب و ضايعات چوبي مي باشد. بطور کلي فن آوري هاي استفاده از بيوماس در نيروگاههاي توليد برق را مي توان به چهار دسته تقسيم کرد

نیروگاه های که فقط با سوخت بیوماس کار می کنند

نيروگاههاي دوگانه سوز که از بيوماس به عنوان سوخت فرعي همراه با زغال سنگ استفاده مي کنند

نيروگاههاي گازي که بيوماس را به سوخت گازي با ارزش حرارتي پايين يا متوسط تبديل مي کنند و معمولا" آن را براي احتراق در توربين هاي گازي مورد استفاده قرار مي دهند

چرخه کنوني انرژي ، از نظر بوم شناختي ، مسائل و مشکلات پيچيده‌اي را پديد مي‌آورد. از همين رو جايگزيني آن با چرخه‌هاي غير آلاينده ، امري حياتي و اجتناب ناپذير است. مسائل زيست محيطي و نگرانيهاي ناشي از مهاجرت روستائيان و رشد بي رويه شهرنشيني ، بر لزوم تغيير نظام کنوني انرژي افزوده است. بديهي است که نظام انرژي جايگزين بايد مبتني بر منابع انرژي تجديد پذير باشد. استفاده از زيست توده به عنوان يک منبع انرژي ، نه تنها از نظر زيست محيطي ، بلکه به دلايل اقتصادي ، اجتماعي و هم چنين سهولت کاربرد ، جذاب است

تقريبا نيمي از مردم جهان براي تأمين انرژي مورد نياز خود ، از چوب استفاده مي‌کنند. چوب ، ضايعات گياهي (مانند ضايعات نيشکر ، ذرت ، چغندر قند) و ديگر منابع زيست توده ، از منابع تجديد پذير کربن به شمار مي‌آيند. استفاده از انرژي زيست توده به شکل سنتي يعني سوزاندن چوب درختان و فضولات حيواني- باعث نابودي جنگلها و آلودگي و تخريب محيط زيست مي‌شود. اما با تلفيق روشهاي شيميايي و زيست شناختي مي‌توان قند ، سلولز و ديگر مواد موجود در ضايعات کشاورزي را به سوختهاي مايع تبديل کرد

يکي از راههاي تامين منابع انرژي زيست توده ، کاشت درختان يا درختچه‌هاي مناسب (با دوره رشد کوتاه و سريع) در زمينهاي نامرغوب و نيمه باير است. گر چه سوزاندن اين منابع ، گاز دي اکسيد کربن را در جو منتشر مي‌کند، اما چون دوره کاشت و رشد و نمو آنها دائمي است، به همان اندازه دي اکسيد کربن از جو زمين جذب مي‌کنند و با استفاده از انرژي خورشيدي ، از طريق فتوسنتز ، اکسيژن توليد مي‌کنند. بدين ترتيب ، يک "چرخه کربن خنثي" در طبيعت پديد مي‌آيد

 تاريخچه بهره برداري از انرژي زيست توده در جهان

به جرات مي توان گفت بهره برداري از اين منابع انرژي بويژه چوب به دوران کشف آتش بازمي گردد. استفاده از منابع زيست توده بويژه چوب ، از زمان بسيار قديم آغاز شد و تا زمان کشف و بهره برداري وسيع از منابع فسيلي ، نقش غالب را در تامين انرژي جهان عهده دار بوده اند

انرژي زيست توده چه جايگاهي در تامين انرژي جهان دارد؟

زيست توده پرکاربردترين منبع انرژي هاي نو(تجديدپذير) در جهان است که به تنهايي حدود 80 درصد از کل سهم تجديدپذيرها را در سبد انرژي جهاني تامين مي کند. از اين منبع انرژي ، هم به صورت سنتي براي گرمايش و پخت و پز استفاده مي شود و هم به صورت مدرن براي توليد برق ، حرارت ، سوخت خودروهاي سبک و سنگين و به 3 شکل مايع ، جامد و گاز بهره برداري مي شود.

منابع زيست توده

منابع زيست توده ، بطور کلي عبارتند از

جنگلها و ضايعات جنگلي

محصولاات و ضايعات کشاورزي

ضايعات و فاضلابهاي صنعتي

ضايعات جامد ، فاضلابهاي شهري و فضولات دامي.

جنگلهاي و ضايعات جنگلي

چوب ، خرده‌هاي چوب و خاک اره ، از منابع جنگلي زيست توده به شمار مي‌روند. اين منبع انرژي از قرنها پيش براي مصارف خانگي و صنعتي مورد استفاده قرار مي‌گرفته است. حدود صد و پنجاه سال پيش ، 75 درصد از انرژي مورد نياز بشر از زيست توده (عمدتا از جنگلها و ضايعات جنگلي) تأمين مي‌شد. در حال حاضر ، سالانه در جهان بيش از 1.2 گيگاتن چوب به مصرف توليد انرژي مي‌رسد. بسياري از صنايع کشورهاي در حال توسعه ، مانند صنايع پخت نان ، فرآوري محصولاتي مانند شکر ، چاي ، قهوه ، نارگيل ، کاکائو و کارخانه‌هاي آجرپزي و آهک پزي ، از اين ضايعات به عنوان سوخت استفاده مي‌کنند

به اعتقاد کارشناسان فائو (سازمان خواربار و کشاورزي ملل متحد) ، ترويج وتوسعه کشاورزي و جنگلداري ، مهمترين راه پيشگيري از فقر غذايي و تأمين انرژي مورد نياز مردم جهان است. درختستانهاي انرژي ، اخيرا در برخي از کشورهاي اسکانديناوي و خاور دور توسعه يافته‌اند. وسعت جنگلهاي انرژي در کشور برزيل ، بالغ بر 2 ميليون هکتار است که عمدتا به کشت اوئکاليپتوس اختصاص يافته‌اند. توليدات حاصل از اين جنگلها 50 - 30 تن در سال است

مساحت جنگلهاي ايران در سال 1374، افزون بر 21.3 ميليون هکتار بوده است. ميزان زيست توده جنگلهاي کشور ، حدود 556.2 تن در هکتار برآورد شده است که 446 تن در هکتار آن متعلق به جنگلهاي شمال است. مساحت مراتع کشور در همان سال ، حدود 90 مليون هکتار و زيست توده آن ، حدود 12 ميليون تن تخمين زده شده است. احياء و توسعه جنگلها ، علاوه بر تولد انرژي ، بسياري از مشکلات زيست محيطي مانند آلودگي هوا ، فرسايش و رانش خاک ، ناپايداري شيبها ، زايش مواد معدني خاک و نابودي بوم سازگان (اکوسيستمهاي) طبيعي را کم مي‌کند

محصولات و ضايعات کشاورزي

اين دسته از منابع زيست توده ، شامل گياهان مختلفي مانند ذرت ، برنج ، سيب زميني ترشي (سورگم) ، نيشکر ، انواع ميوه ، گياهان روغني و ضايعات آنها مانند سبوس برنج ، کاه و غره است. هر سال که در سراسر جهان مقدار زيادي محصولات کشاورزي توليد مي‌شود ضايعات فراواني نيز ايجاد مي‌گردد که اکثرا بطور کامل ، مورد استفاده قرار نمي‌گيرد. بطور نسبي ، 25 درصد وزن هر محصول کشاورزي تفاله است، 25 درصد وزن برنج ، متعلق به سبوس آن است. حدود 45 درصد از بادام زميني نيز پوته است. مطالعات انجام شده نشان مي‌دهد که به لحاظ نظري مي‌توان نيازهاي سوخت خانگي مناطق روستايي را از طريق ضايعات تأمين کرد

الکل و بيو ديزل ، دو فرآورده انرژي زاي مهمي هستند که از محصولات و ضايعات کشاورزي بدست مي‌آيند. مخلوط 22 درصدي اتانول با بنزين (موسوم به گازوئيل) ، بدون تغيير ساختمان موتورهاي احتراق داخلي ، در بيش از ده ميليون خودرو ، مورد استفاده قرار رفته است. طرح "پروالکل" در برزيل ، موفقترين برنامه توليد "زيست انرژي" جهان است. طي اين برنامه ، سالانه 12 گيگاليتر اتانول (عمدتا از ضايعات نيشکر) توليد مي‌شود که 62 درصد مصرف سوخت خودروهاي اين کشور را تأمين مي‌کند. کشورهاي زيمبابوه ، مالاوي و آمريکا نيز مدتي است که برنامه سوخت الکلي (با استفاده از ذرت - نيشکر) را آغاز کرده‌اند. از جمله محصولات کشاورزي مهم که براي توليد الکل بسيار مناسب است، مي‌توان به سورگم (سيب زميني ترشي) اشاره کرد. آزمايشهاي انجام شده ، نشان مي‌دهند که از تن غده سيب زميني ترشي ، 85 ليتر اتانول توليد مي‌شود. درصورتي که از هر هکتار 40 تن محصول برداشت شود، بيش از 3000 ليتر الکل از هر هکتار بدست مي‌آيد

گازي سازهاي زيست توده چيست؟

گازي سازهاي زيست توده، راکتورها مي باشند که قابليت توليد گازهاي سوختي در غياب اکسيژن را دارند. ارزش حرارتي اين گازها کمتر از ارزش حرارتي گازهاي سوختي طبيعي مي باشد. اين گازها بيوگاز ناميده مي شوند

ضايعات فاضلابهاي صنعتي

در پساب برخي از کارخانه‌ها مانند صنايع نساجي ، الکل سازي ، چوب و کاغذ و پساب و ضايعات صنايع غذايي مانند پنير سازي و تويلد آب ميوه ، مقدار زيادي زيست توده وجود دارد که مي‌توان از آنها براي توليد انرژي و غذاي دام استفاده کرد. حدود 20 درصد از وزن ميوه را تفاله تشکيل مي‌دهد (بسته به نوع ميوه ، اين مقدار بين 9 درصد تا 25 درصد متغير است). طبق آمار وزارت کشاورزي در سال زراعي 72-71 ، حدود 1220000 تن تفاله تنها از ميوه‌هاي انگور ، سيب درختي و مرکبات در کشور ما حاصل شده است. يک کارخانه آب ميوه با ظرفيت 190 متر مکعب در روز ، بطور متوسط 100 تن تفاله توليد مي‌کند. اگر کارخانه در تمام روزهاي سال کار کند، تفاله توليدي به 36500 تن در سال مي‌رسد

چنانچه از اين تفاله‌ها براي توليد الکل استفاده شود (با تبديل 5 درصد وزن)، از همين يک کارخانه سالانه 1825 تن (2.3 ميليون متر مکعب) الکل بدست مي‌آيد که صرفه اقتصادي چشمگيري را به همراه دارد. يکي ديگر از صنايع غذايي که فاضلاب آن آلودگي شديد در محيط زيست ايجاد مي‌کند، صنايع پنير سازي است. آب پنير مايعي است که پس از حذف چربي و کازئين شير ، طي فرآيند پنير سازي بدست مي‌آيد. توليد سالانه در کشور ما بيش از 80 هزار تن است که 20 هزار تن آن در واحدهاي صنعتي توليد مي‌شود. با توجه به اينکه بطور ميانگين از تهيه هر کيلوگرم پنير ، 8 کيلوگرم آب پنير استحصال مي‌شود، در هر سال 160 هزار تن آب پنير در کارخانه‌هاي پنير سازي ايران توليد و در محيط رها مي‌شود

از آب پنير ، هم به منظور غذاي دام و هم براي توليد الکل مي‌توان استفاده کرد. در صنايع غذاي دام ، با پرورش موجودات زنده ذره بيني که مي‌توانند پروتئين زيادي را در خود جمع کنند و رشد بسيار خوبي بر روي آب پنير دارند، زيست توده بسيار غني و مغذي تهيه مي‌کنند، که پس از خشک کردن و آسياب کردن ماده حاصل ، آن را به مصرف غذاي دام مي‌رسانند. در بسياري از کشورهاي جهان ، از آب پنير به منظور توليد الکل استفاده مي‌شود. در کشور ما فعاليتهايي در اين زمينه انجام شده است. به عنان مثال ، مي‌توان به توليد اتانول از آب پنير ، در کاخانه شير پاستوريزه اصفهان اشاره کرد

ضايعات جامد ، فاضلابهاي شهري و فضولات دامي

ضايعات جامد شهري را مي‌توان به دو دسته تقسيم کرد

زباله‌هاي معمولي: مانند زباله منازل ، ادرات ، فروشگاهها و رستورانها (پسماند مواد غذايي ، کاغذ ، کارتن و ...) ، زباله‌هاي حجيم خانگي (وسايل چوبي مانند کمد ، ميز و ...) زباله باغها و گلخانه‌ها (شاخه و برگ و...)

زباله‌هاي ويژه: مانند زباله‌هاي صنعتي ، نخاله‌هاي ساختماني ، لاستيکهاي فرسوده ، مواد تابش زاي هسته‌اي (راديواکتيو) و زباله‌هاي آلوده بيمارستاني

بهترين روش براي حذف ضايعات جامد دسته اول و استفاده بهينه از آنها ، تهيه کمپوت (تجزيه مواد آلي رطوبت و گرما ، در شرايط شرايط هوازي) است. کود حاصل از اين روش ، بسيار غني است و از آن مي‌توان در گلخانه‌ها ، باغها و مزارع استفاده کرد. با توجه به حجم بسيار زياد زباله در شهرهاي مختلف (به عنوان مثال روزي 500 تن زباله در شهر اصفهان) ، روش تهيه کمپوت بسيار مقرون به صرفه است. در حال حاضر ، سازمان بازيافت و تبديل مواد شهرداريهاي تهران و اصفهان به انجام اين مهم مي‌پردازد. در کشورهاي مختلف با استفاده از روشهاي گازي کردن و پيروليز ، ضايعات جامد را به گاز تبديل مي‌کنند. گاز حاصل ، در مولدها و توربينهاي بخار به برق تبديل مي‌شود

از مهترين ضايعات جامد که معمولا به هدر مي‌روند، مي‌توان به پسماندهاي آشپزخانه‌اي اشاره کرد. مکانهاي بزرگي مانند کارخانه‌ها ، هتلها ، مسافرخانه ، رستورانها ، ادارات ، بيمارستانها و ... داراي آشپزخانه‌هاي بزرگي هستند. ضايعات اين آشپزخانه زياد است و بيشتر شامل باقيمانده غذاهاي پخته شده و پوست ميوه‌ها و سبزيها مي‌باشد. اين اماکن براي حمل و دور ريختن زباله ، مبالغ زيادي هزينه مي‌کنند. بدتر از همه اينکه زباله‌ها غالبا در فضاي باز رها مي‌شوند و محيط زيست را آلوده مي‌کنند. سوزاندن آنها نيز با ورود مشتقات گوگرد ، هيدروکربنهاي کلري و مواد سنگين به جو زمين مي‌شود و آلودگي هوا را به همراه دارد

در اين آشپزخانه‌ها از سوختهايي مانند گاز طبيعي ، نفت سفيد ، چوب ، زغال يا برق براي پخت و پز استفاده مي‌کنند، در حالي که پسماندهاي آشپزخانه‌اي منبع مناسبي براي توليد زيست گاز هستند و تعبيه يک گوارنده کوچک در کنار آشپزخانه ، انرژي مورد نياز را تأمين مي‌کند. زيست گاز حاصل نه تنها جايگزين سوختهاي سنگواره‌اي مورد استفاده در آشپزخانه مي‌شود، بلکه حتي براي تأمين روشنايي نيز مي‌توان از آن استفاده کرد. کود حاصل از تخمير بي هوازي را نيز مي‌توان براي تغذيه خاک باغچه مکان مورد نظر بکار برد. بازده توليد گاز ، 100 ليتر به ازاي هر کيلوگرم ضايعات آشپزخانه‌اي است. استفاده از گوارنده‌هاي توليد زيست گلاز از پسماندهاي آشپزخانه‌اي ، در کشور هند بسيار رايج است

فاضلابهاي شهري و روستايي از عمده ترين آلاينده‌هاي محيط زيست هستند. اين فاضلابها انرژي نهفته قابل ملاحظه‌اي دارند و بهترين روش آزاد سازي اين انرژي ، تخمير بي هوازي فاضلاب و توليد گاز متان است که مي‌توان از آن براي گرمايش يا به حرکت در آوردن موتور مولد و توليد الکتريسيته استفاده کرد. فضولات دامي نيز انرژي نهفته قابل ملاحظه‌اي دارند و مي‌توانند در توليد زيست گاز مورد استفاده قرار گيرند. در کشور ما ، 72 ميليون رأس دام وجود دارد که مي‌توان از فضولات آنها ، روزانه حدود 4 ميليون متر مکعب گاز متان - معادل 25500 بشکه نفت خام- بدست آورد

در زمينه توليد زيست گاز ، برنامه‌هاي عظيمي در چين و هند به انجام رسيده است. در کشور چين ، بيش از 7 ميليون متر مکعب زيست گاز توليد مي‌کنند. زيست گاز حاصل از اين گوارنده‌ها ، نيازهاي انرژي 50 ميليون روستايي را تأمين مي‌کند. در کشور ما ، توسط برخي از مؤسسات پژوهشي و دانشگاهي ، بررسيهايي در زمينه توليد زيست گاز انجام گرفته و منجر به ساخت 60 دستگاه آزمايشي زيست گاز شده است. سازمان انرژيهاي نو وزارت نيرو ، مهمترين اهداف توليد زيست گاز را در کشورمان ، به شرح زير خلاصه کرده است

توليد انرژي

پيشگيري از آلودگيهاي زيست محيطي ناشي از فضولات شهري و روستايي

توليد کود غني و بهداشتي از هزاران تن لجن ، فاضلاب و فضولات کشتارگاهها

نتيجه

زيست توده چهارمين منبع انرژي جهان است و حدود 14 درصد از نيازهاي انرژي جهان را تأمين مي‌کتند. سوخت حاصل از فن آوريهاي تبديل زيست توده يا به حالت گاز (زيست گاز) و يا مايع (متانول ، اتانول و بيوديزل) است که براي توليد الکتريسيته و گرما مورد استفاده قرار مي‌گيرد. تخمين زده شده است که اگر تنها 10 درصد از زمينهاي کشاورزي جنگلها و درختستانها به تأمين و تهيه زيست توده اختصاص يابد، توليد سالانه انرژي حاصل از زيست توده ، معادل چهار پنجم مصرف کنوني انرژي در جهان خواهد بود. در جوامع در حال توسعه که حدود سه چهارم جمعيت جهان را شامل مي‌شوند، 35 درصد از انرژي مصرفي ، از طريق زيست توده تأمين مي‌شود

استفاده از منابع زيست توده ، يکي از مناسب‌ترين و اقتصادي‌ترين راه حلهاي تأمين نيازهاي اساسي انرژي مردم فقير در مناطق دور افتاده است. در ايران با توجه به حجم چهار منبع عمده زيست توده (که در اين مقاله به آنها اشاره شد) و فوايد زيست محيطي اين نوع انرژي و تجديد پذير بودن آن ، توسعه کاربرد آن ، منطقي و مقرون به صرفه است

منابع :

سایت ویکی پدیا

سایت دانشنامه رشد

سایت سانا

سایت افتاب

سایت همشهری انلاین

خبرگزاری فارس