الكتلة الحيوية.. وصفة ناجحة لتحقيق الحياد الكربوني

تنوّع موارد طاقة الكتلة الحيوية المتجدّدة ووفرتها وانتشارها وسهولة تخزينها ونقلها، يجعلها مصدرًا مثيرًا للاهتمام، ووصفة سحرية لتحقيق أهداف الحياد الكربوني، إذا أُنتجت وطوِّرت بطرق مستدامة، بيئيًا واجتماعيًا واقتصاديًا.

هذا ما توصّلت إليه دراسة حديثة أجراها معهد كيرني لتحوّل الطاقة، مشيرةً إلى قدرة طاقة الكتلة الحيوية على إزالة الكربون من التطبيقات والاستخدامات النهائية والقطاعات التي يصعب معالجة انبعاثاتها الضارّة بحلول من مصادر الطاقة النظيفة الأخرى.

ما هي الكتلة الحيوية؟

تشير الكتلة الحيوية في صناعة الطاقة، إلى الموادّ الحيوية التي كانت حيّة حتّى وقت قريب، ويمكن استخدامها وقودًا أو في الإنتاج الصناعي.

أغلب الكتلة الحيوية هي موادّ نباتية تُستخدم وقودًا حيويًا، إلّا أن المصطلح يشير أيضًا إلى موادّ نباتية أو حيوانية تُستخدم في إنتاج الألياف، أو الكيماويات، أو الحرارة.

موارد الكتلة الحيوية متنوّعة ووفيرة ومنتشرة وسهلة التخزين والنقل

قد تتضمّن الكتلة الحيوية أيضا نفايات تتحلّل طبيعيًا، يمكن حرقها وقودًا، وتُستثنى من ذلك الموادّ العضوية التي حوّلتها العمليات الأرضية إلى فحم أو نفط.

يشمل الوقود الحيوي، الإيثانول، والديزل الحيوي، والغاز الحيوي، والبيوتانول الحيوي، وجميعها أنواع وقود تُستخدم مباشرةً في محرّكات النفط.

الاحترار العالمي

بالرغم من أن الكتلة الحيوية وقود متجدّد، إلّا أنها لا تزال تسهم بشكل كبير في الاحترار العالمي، الذي يحدث عند اختلال التوازن الطبيعي للكربون، لاسيّما في حالات إزالة الغابات، أو توسّع المدن في المناطق الخضراء.

يرجع ذلك إلى أن الكتلة الحيوية جزء من دورة الكربون، حيث يتحوّل الكربون في الغلاف الجوّي إلى مادّة حيوية بالبناء الضوئي، ويُطلق ثانية في الهواء عند تحلّل النبات أو احتراقه.

الكتلة الحيوية قادرة على معالجة 50% من انبعاثات الكربون إذا أُنتجت بطرق مستدامة وصديقة للبيئة

يحدث هذا عادةً على مدى زمني قصير، ويمكن أن يُستبدل زرع نبات جديد بالمادّة النباتية المستخدمة وقودًا، ومن ثمّ فإن توازنًا معقولًا لكربون الهواء، أو ما يُعرف بمحايدة الكربون قد ينشأ من استخدام الكتلة الحيوية وقودًا.

ويعني مفهوم “الحياد الكربوني”، أن يكون صافي الانبعاثات صفرًا، أو أن أيّ انبعاثات ناجمة عن حرق الوقود الأحفوري تقابلها إجراءات معاكسة، مثل زراعة الأشجار التي تمتصّ ثاني أكسيد الكربون.

مورد وفير ومتجدّد

في هذا السياق، ترى الدراسة أن الكتلة الحيوية بصفتها موردًا وفيرًا ومتجدّدًا، فضلًا عن سهولة تحويلها وتخزينها ونقلها بأشكال متعدّدة -عبر الكهرباء والحالة الغازية والسائلة، أو في شكل وقود حيوي صلب-، يمكن أن تتحوّل إلى طاقة محايدة للكربون، مع فوائد لكلّ من نظام الطاقة، وتطبيقات الاستخدام النهائي.

تقدّم الدراسة لمحة عامّة عن التقنيات المتعلّقة بالكتلة الحيوية، والتطبيقات الناشئة، ونماذج الأعمال الجديدة، التي تغطّي سلسلة القيمة بأكملها، وتحلّل الفوائد البيئية والاقتصادية لهذا القطاع.

وتركّز دراسة معهد كيرني على محاور عديدة، أبرزها:

• تساعد الكتلة الحيوية في تقليل انبعاثات الغازات الدفيئة في قطاعات متعدّدة، حيث يمكنها معالجة نصف انبعاثات الغازات المسبّبة للاحتباس الحراري.
• يساعد نشر أنواع الوقود الحيوي في إزالة الكربون من القطاعات التي يصعب التعامل معها ومعالجتها، مثل الطيران والشحن.
• تعدّ الكتلة الحيوية من الناحية التاريخية المساهم الأوّل في مزيج الطاقة المتجدّدة، إلّا أن حصّتها تتناقص الآن مقارنةً بالرياح والطاقة الشمسية.
• يواجه تطوير الطاقة الحيوية ثلاثة تحدّيات رئيسة، هي: قيود الاستدامة، وتعقيد سلسلة القيمة، ونضج التكنولوجيا (هي تقنية استُخدِمَت لفترة كافية، حيث جرت إزالة أو تقليل معظم الأخطاء الأوّلية والمشكلات الكامنة فيها، من خلال مزيد من التطوير) .
• يتركّز الطلب الحالي على الطاقة الحيوية المتقدّمة في قطاعات الطاقة والصناعة، حيث يمثّل كلّ منهما 34% من الطلب، يليه قطاع المباني بنسبة 18%، وقطاع النقل بنسبة 14%.

دورة الكربون الطبيعية

وفي إطار تلك المحاور، تشير الدراسة إلى أن استخدام الطاقة الحيوية محايد كربونيًا، لا سيّما مع اقترانه بتقنية احتجاز وتخزين الكربون، إذا لم تكن هناك انبعاثات من مصادر غير متجدّدة في سلسلة القيمة الصناعية الخاصّة بها.

 

ويعتمد حياد الكربون للطاقة الحيوية، على دورة الكربون الطبيعية للكتلة الحيوية.

وبوصفها طاقة متجدّدة، تلعب الطاقة الحيوية دورًا في إزالة الكربون من مزيج الطاقة والأنشطة البشرية، حيث تغطّي الكتلة الحيوية مجموعة كبيرة من الموادّ الحيوية ذات التركيب والخصائص الكيميائية المتنوّعة.

مورد متعدّد الاستخدامات

من ثمّ تصبح الكتلة الحيوية موردًا متعدّد الاستخدامات للغاية، مناسبًا للعديد من التطبيقات التي يمكن تخزينها في أشكال متعدّدة (غازية أو سائلة أو محوّلة لجزيئات أخرى).

وفي هذا الإطار، ترى الدراسة أن الكتلة الحيوية خيار قابل للتطبيق لإزالة الكربون من تطبيقات وقطاعات الاستخدام النهائي، التي يصعب التعامل معها، مثل المعالجة الصناعية والنقل الثقيل.

3 تحدّيات رئيسة تواجه تطوير طاقة الكتلة الحيوية

الحقيقة أن معظم انبعاثات الغازات الدفيئة البشرية تأتي من إنتاج ونقل الطاقة -بما في ذلك إنتاج الكهرباء والحرارة- والصناعة والمباني والنقل.

توفّر الكتلة الحيوية مسارات متعدّدة للحدّ من انبعاثات غازات الدفيئة في هذه القطاعات، ويمكن أن تعالج نحو نصف انبعاثات غازات الدفيئة إذا أديرت بشكل مستدام.

قيود الاستدامة

بناءً على ذلك، يجب أن تأخذ الطاقة الحيوية في الاعتبار قيود الاستدامة التي تنطبق على إنتاج الموادّ الأوّلية وجمعها وإيجاد التوازن بين التأثيرات البيئية والاقتصادية والاجتماعية لتكون مستدامة.

تعتمد قيود الاستدامة على الموادّ الأوّلية (الخام)، وتؤثّر بشكل مباشر في إمكانات وقدرات الكتلة الحيوية لإنتاج الطاقة الحيوية.

بالنظر إلى الإمكانات المستدامة للكتلة الحيوية، يمكن للطاقة الحيوية أن توفّر بشكل مستدام ما يتراوح بين 15 و 30% من الطلب العالمي على الطاقة، بحلول عام 2060، وفقًا لتقديرات الدراسة.

ويتّسم تحويل المادّة الأوّلية إلى وقود حيوي بسلسلة قيمة معقّدة مع مجموعة واسعة من الخيارات.

مسارات تحويل الكتلة الحيوية إلى طاقة

الواقع أن مسارات تحويل الكتلة الحيوية إلى طاقة عديدة، أولًا: يمكن استخدام مجموعة واسعة من الموادّ الأوّلية: المخلّفات الزراعية، ومخلفات الغابات، وفضلات الحيوانات، والنفايات الصلبة، ومحاصيل الطاقة، والطحالب.

ثانيًا: يجري التعامل مع الموادّ الأوّلية ومعالجتها مسبقًا وتحويلها إلى وقود حيوي، من خلال عمليات ميكانيكية أو كيميائية أو حرارية أو بيولوجية.

خفض تكلفة الوقود الحيوي ضرورة ملحّة لكي يستطيع منافسة الوقود الأحفوري

يأتي تعدّد الطرق الممكنة مع زيادة تعقيد سلسلة القيمة، ولكن أيضًا مع تنوّع قوي في الوقود الحيوي المنتج.

يمكن إنتاج الطاقة الحيوية من احتراق الوقود الحيوي الصلب (الفحم، وحبيبات الخشب)، والسائل من (الهيدروكربونات السائلة، والكحول)، أو الغازي مثل وقود الغاز الحيوي، والميثان الحيوي ، وغاز التخليق أو الاصطناع ( هو الاسم الذي يُطلق على خليط الغازات التي تحوي كمّيات مختلفة من أوّل أكسيد الكربون والهيدروجين)، وكذلك غاز الهيدروجين لإنتاج الطاقة والحركة والحرارة.

معالجة الكتلة الحيوية

في هذا السياق، تشمل معالجة الكتلة الحيوية طرقًا متعدّدة لكلّ مادّة خام، فتحويلها إلى طاقة حيوية، يتطلّب معالجة المادّة الأوّلية لتقليل حجمها ورطوبتها وزيادة كثافة طاقتها.

تجري معالجتها مسبقًا لتفتيت اللبنات الأساسية للكتلة الحيوية إلى مركّبات أبسط ذات أهمّية (مثل الكربوهيدرات، ومحتوى الدهون)، ثمّ تحويلها إلى الوقود الحيوي المستهدف.

يسمح التحليل المائي باستخراج الكربوهيدرات -محتوى السكر- من بُنية الكتلة الحيوية الخشبية -المادّة الجافّة النباتية-، وهي المادّة الخام الأكثر وفرة على وجه الأرض لإنتاج الوقود الحيوي، وبشكل رئيس الإيثانول الحيوي. وتتكوّن من بوليمرات الكربوهيدرات، والبوليمر العطري. ومن خلال هذه العملية يمكن تحويل الموادّ الأوّلية إلى كحول، من خلال التخمير.

التحليل الحراري

هناك طريقة أخرى للمعالجة تتمثّل في التحليل الحراري، أو المعالجة المائية الحرارية.

تفصل هذه الطريقة الكربون في 3 مراحل: مرحلة صلبة تنتج الفحم الحيوي، ومرحلة غازية تنتج الغاز التخليقي الذي يمكن استخدامه مباشرة، أو تطويره في صورة غاز حيوي، من خلال التخمير أو التكرير.

أمّا المرحلة الثالثة، فهي السائلة، حيث إنتاج النفط أو الزيت الحيوي، وهو وقود صناعي قيد الدراسة بمثابة بديل للنفط التقليدي.

ويمكن تكرير هذا النوع من الوقود إلى هيدروكربونات سائلة -ديزل متجدّد، ووقود حيوي، ووقود طائرات حيوي-.

الغاز الحيوي

على صعيد متّصل، تشير الدراسة إلى إنتاج الغاز الحيوي من أيّ نوع من الموادّ الأوّلية، عبر تقنية تسمى الهضم اللاهوائي.

والهضم اللاهوائي، هو عملية تحلّل حيوي بطريقة طبيعية للموادّ العضوية في غياب الأكسجين. وهي الطريقة المتّبعة في إنتاج الغاز الحيوي من الموادّ العضوية القابلة للتحلّل الحيوي، باستخدام الكائنات الحيّة الدقيقة في غياب الأكسجين، وتُستخدم هذه التقنية إمّا للتخلّص من النفايات العضوية، أو لإنتاج الغاز الحيوي.

وتنتقل الدراسة إلى عقبة كبيرة في تحويل الكتلة الحيوية إلى طاقة، حيث يُظهر نضج منتجات الطاقة الحيوية تفاوتات كبيرة، فلا تزال هناك بعض أنواع الوقود الحيوي الواعدة في مراحلها الأولى أو مرحلة الانتشار، وتتطلّب تطوّرًا تكنولوجيًا وتغييرات داعمة في بيئة السياسات الحكومية والجهات المنظّمة لمثل هذه الصناعة.

تكلفة الوقود الحيوي

تطالب الدراسة ببذل جهود لخفض تكلفة الوقود الحيوي، حتّى يرقى إلى مستوى المنافسة مع الوقود الأحفوري، لاسيّما مع الانخفاض المفاجئ في أسعار النفط، بسبب جائحة فيروس كورونا المستجدّ.

قطاعات الطاقة والصناعة تمثّل 34% من الطلب على الطاقة الحيوية والمباني 18% والنقل 14%

ومع ذلك، تتوقّع الدراسة أن يظلّ تحويل الكتلة الحيوية إلى وقود حيوي أكثر تكلفة من الوقود الأحفوري، مشيرةً إلى أن أيّ تقدّم في هذا الشأن يتوقّف على إرادة الدول وقواعدها التنظيمية التي تقدّم الدعم المالي لهذه الصناعة.

ولكي تكون قادرة على منافسة الوقود الأحفوري، يجب أن تعمل أنواع الوقود الحيوي المتقدّمة السائلة والصلبة على تحسين اقتصاداتها، من خلال تطوير عمليات الإنتاج، والتجميع، ونقل الموادّ الأوّلية، وتحقيق عوائد أفضل وكفاءة أفضل (مثل استخدام الدورة المركّبة أو المحفّزات).

المنتجات الثانوية

ينبغي زيادة حجم النباتات لتلبية احتياجاتها، وتعزيز المنتجات الثانوية، وفوق كلّ ذلك، الحصول على دعم كبير من خلال اللوائح والحوافز المختلفة.

وبالنسبة للاستخدام التقليدي للطاقة الحيوية -مواقد الطهي والحرارة-، يتعيّن السعي بجدّية لتحسين الكفاءة، والحدّ من المشكلات الصحّية الناجمة عنه -غازات المداخن الداخلية وملوّثات الهواء-.

بشكل عامّ، تعدّ الطاقة والنقل أكبر قطاعين يسهمان في توقّعات نموّ الطاقة الحيوية، حتّى عام 2040.

5 محرّكات للسوق

سيدعم قطاع الطاقة نموّ الطاقة الحيوية، عبر زيادة إجمالي الطلب بنحو 50%، لكن أعلى معدّلات النموّ ستكون في قطاع النقل (زيادة بنحو 22% سنويًا في مجال الطيران، و12% في الشحن).

وفي سياق متّصل، ترصد الدراسة 5 محرّكات رئيسة لأوضاع السوق، تحكم نطاق النجاح المحرَز في تطوير الطاقة الحيوية.

1. تحدّد إمدادات الموادّ الأوّلية إمكانات الطاقة الحيوية (تأثير الحجم)، وتشكّل سلسلة القيمة لتحويل الكتلة الحيوية إلى الطاقة الحيوية (تأثير المزيج)، وهو محرّك رئيس لجودة الوقود الحيوي/ القدرة التنافسية من حيث التكلفة (تأثير السعر).
2. يحدّد نضج البُنية التحتية الجدوى والمخاطر المرتبطة بمشروعات الطاقة الحيوية.
3. يعدّ الإطار التنظيمي وقبول هذا النوع من تحوّل الطاقة محرّكًا لإمدادات سوق الكتلة الحيوية، والطلب على الطاقة الحيوية (تأثير الحجم والسعر).
4. تقود التقنيات والاقتصاديات القدرة التنافسية لتكلفة الطاقة الحيوية (تأثير السعر).
5. تحفّز القدرة على الاستبدال وضع السوق بالنسبة للوقود الحيوي، وهو ما يعتمد على تغلغل الطاقات المتجدّدة البديلة -على سبيل المثال، الشاحنات والطيران والشحن هي القطاعات التي يُتوقّع أن يكون فيها استيعاب الحلول المتجدّدة البديلة هو الأكثر محدودية-.

ملعب الطاقة الحيوية

يجب أن تركّز الكتلة الحيوية على القطاعات التي تتمتّع فيها بميزة تنافسية للحلول البديلة لتحقيق الحياد الكربوني.

يتنافس الوقود الحيوي مع الخيارات الأخرى لخفض الكربون عبر القطاعات، للوصول إلى الحياد الكربوني.

في مجال الطاقة، يتنافس الوقود الحيوي على التخزين مع مصادر أخرى منخفضة الكربون (مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية).

الطاقة الحيوية قادرة على تلبية 30% من الطلب العالمي على الطاقة بحلول 2060

وبالنسبة للنقل البرّي والسكك الحديدية، ينصبّ التركيز بشكل أساس على الهيدروجين والكهرباء، ويعدّ الوقود الحيوي أحد البدائل الوحيدة لخفض الكربون بقطاعي الطيران والشحن.

للوقود الحيوي إمكانات كموادّ أوّلية منخفضة الكربون في سلاسل القيمة للبتروكيماويات، ويمكن أن يكون الوقود الحيوي والهيدروجين مزيجًا مثيرًا للاهتمام في بعض القطاعات.

في النهاية، ترى الدارسة أن الكتلة الحيوية أحد الأصول الرئيسة لإنتاج الطاقة المتجدّدة القابلة للتجريب، والتي توفّر أيضًا إمكان إزالة الكربون من التطبيقات والاستخدامات النهائية والقطاعات التي كان من الصعب تقليديًا معالجتها مع حلول الطاقة النظيفة الأخرى. ومن الممكن الاعتماد عليها في استبدال الوقود الأحفوري تدريجيًا بالتطبيقات الصناعية وقطاعات النقل.

اقرأ أيضًا..

• قادرة على توليد ثلث الطاقة سنويًا.. هل تستفيد تركيا من الكتلة الحيويّة؟

• الصين والحياد الكربوني.. مشوار الألف ميل يبدأ بخطوة

• الاقتصاد الدائري للكربون ومتطلّبات نظام الطاقة الأوروبي للحياد المناخي

• حكومة النرويج تدعم وصول صناعة الشحن إلى الحياد الكربوني

• أكسفورد لدراسات الطاقة: الأمونيا.. رقم صعب في معادلة الحياد الكربوني