المضخات الحرارية تحقق نتائج مذهلة في خفض انبعاثات عمليات إنتاج الغاز الحيوي

عكفت مجموعة من العلماء في جامعة غلاسكو -إحدى أكبر جامعات إسكتلندا- على تطوير فكرة واعدة تعتمد على استعمال المضخات الحرارية لخفض انبعاثات الكربون من عمليات إنتاج الغاز الحيوي.

فعلى مدى العقود الماضية، أثبتت عملية الهضم اللاهوائي أنها وسيلة فاعلة لتقليل حجم النفايات العضوية، إلى جانب إنتاج الغاز الحيوي.

وأظهر الفريق أن استخدام المضخات الحرارية لتعزيز عملية الهضم اللاهوائي يمكن أن يخفض انبعاثات الكربون في أثناء إنتاج الغاز الحيوي بأكثر من الثلث، وفق ما رصدته منصة الطاقة المتخصصة، نقلًا عن موقع بيوإنرجي إنسايت (Bioenergy Insight).

وقد تُسهم هذه النتائج في دعم الجهود الحالية لإزالة الكربون من شبكات الكهرباء الوطنية، وتمكين المجتمعات النائية من إنتاج كهرباء منخفضة الكربون.

أهمية المضخات الحرارية

تعتمد عملية الهضم اللاهوائي على تغذية الكائنات الحية الدقيقة بالمواد القابلة للتحلل في غياب الأكسجين، مثل نفايات الطعام وحمأة مياه الصرف الصحي (مخلفات الصرف الصحي الصلبة) لإنتاج الغاز الحيوي، وهو عبارة عن مزيج من الميثان وثاني أكسيد الكربون، الذي يمكن من خلال حرقه توليد كهرباء منخفضة الكربون.

وتُستعمل أجهزة تُعرف باسم "المفاعلات الحيوية" للحفاظ على درجة الحرارة المثالية في أثناء عملية الهضم اللاهوائي لزيادة توليد كمية الغاز الحيوي.

وبدأ الباحثون التحقق من البصمة الكربونية للمفاعلات الحيوية عند تسخينها بوساطة مضخات حرارية هوائية المصدر على مدار مدة تشغيلها، ومقارنتها بأنظمة التدفئة التقليدية التي تستخدم الغلايات العاملة بالغاز الطبيعي.

وأوضح الباحثون، في ورقة بحثية نشرتها مجلة "بيوريسورس تكنولوجي"، أنهم طوّروا العديد من نماذج التعلم الآلي للتنبؤ بإنتاج الغاز الحيوي.

فقد ابتكروا نموذجًا حاسوبيًا للديناميكا الحرارية في المضخات الحرارية، وربطوا النموذج بمنظومة الهضم اللاهوائي القائمة على التعلم الآلي، إذ تتطلب هذه النماذج إعداد قاعدة بيانات مسبقة، بناءً على تدريبهم.

بعد التدريب، يخضع النموذج الجديد للاختبار من خلال تزويده ببيانات حقيقية غير مسبوقة، للتأكد من أنه يصدر نتائج دقيقة.

وبعد التحقق من النموذج، بدأ الباحثون في استكشاف كيفية مقارنة البصمة الكربونية لنظام قائم على المضخات الحرارية بالطرق الأخرى العاملة بالغاز الطبيعي على مدار عمرها المتوقع، بتطبيق نهج يُسمّى "تقييم دورة الحياة".

ووجدوا أن نظام المضخات الحرارية تنتج عنه كميات أقل من الكربون، مقارنة بالأنظمة المعتمدة على الغاز الطبيعي عند استخدامه لمعالجة نفايات الطعام ومخلفات الصرف الصحي الصلبة.

وحققت المضخات الحرارية انخفاضًا في الكربون بنسبة 28.1% في أثناء عملية الهضم اللاهوائي عند 55 درجة مئوية، و36.1% عند 37.5 درجة مئوية.

دور المضخات الحرارية في خفض الانبعاثات

قال الباحث في كلية جيمس واط للهندسة بجامعة غلاسكو، مؤلف الورقة البحثية سيمينغ يو، إن البشر ينتجون نفايات قابلة للتحلل البيولوجي، وجميعها يطلق غازات عند التحلل، وبعضها يمكن أن يشكل خطرًا على البيئة.

ويرى أنه من خلال تسخير هذا الغاز بصفته مصدرًا لإنتاج الطاقة بدلًا من تركه يتحلل بصورة طبيعية، يمكن تسريع الاقتصاد الدائري الخالي من الانبعاثات للحد من تأثير تغير المناخ.

وأشار إلى أن هذا النموذج المطور يمثّل أول تقييم تقني وبيئي يبرز مدى فائدة المضخات الحرارية هوائية المصدر في إزالة الكربون من عملية إنتاج الغاز الحيوي.

وتوضح النتائج أن المضخات الحرارية لها دور مهم في تعزيز عملية الهضم اللاهوائي منخفضة الكربون.

وأضاف أن النتائج يمكن أن تساعد في التخطيط المستقبلي لمرافق معالجة النفايات على مستوى البلديات، للإسهام في تقليل بصمتها الكربونية، إلى جانب تطوير المفاعلات الحيوية في المستقبل التي يمكن استعمالها في المجتمعات النائية، لمساعدتها لتحويل نفاياتها إلى غاز حيوي.

وقال: "هذا النوع من إعادة التدوير اللامركزي للنفايات سيحقق الكثير لمساعدة الناس على توفير مصدر محلي لتوليد الكهرباء، كما يُعد البحث جزءًا من جهد أكبر لإزالة الكربون من المياه ومعالجة مياه الصرف الصحي في المجتمعات الريفية".

موضوعات متعلقة..

• المضخات الحرارية تضمن تدفئة المنازل بأقل تكلفة.. وتعمل بالطاقة الشمسية
• الطلب العالمي على المضخات الحرارية قد يتجاوز 1.5 مليار وحدة بحلول 2050
• أوروبا تعزّز تركيب المضخات الحرارية لخفض الانبعاثات ودعم أمن الطاقة (تقرير)

اقرأ أيضًا..

• خط أنابيب غالسي.. مشروع الجزائر لتصدير الهيدروجين إلى أوروبا
• 4 دول عربية تحتاج إلى الطاقة النووية بسرعة.. أبرزها الجزائر والمغرب (تقرير)
• إيرادات صادرات النفط السعودي ترتفع 16.6% في أكتوبر