ما المقصود بتحويل النفايات إلى طاقة؟

يُعَد حرق النفايات البلدية الصلبة لتوليد الكهرباء هو التطبيق الأكثر شيوعًا لتحويل النفايات إلى طاقة. على الصعيد العالمي، يتم استخدام حوالي 13% من النفايات البلدية كمادة وسيطة في منشأة لتحويل النفايات إلى طاقة^.1 تشمل النفايات البلدية الصلبة (MSW) النفايات الصلبة مثل نفايات الطعام، وعبوات المنتجات، والملابس، والأثاث، وقصاصات العشب من المصادر السكنية والتجارية والمؤسسية.

يمكن أن يكون تحويل النفايات إلى طاقة أحد الحلول العديدة لمشكلة النفايات المتزايدة في العالم؛ لأنه يمكن أن يقلل من حجم النفايات المرسلة إلى مدافن النفايات. ويمكنه أيضًا إنتاج انبعاثات أقل من الغازات المسببة للاحتباس الحراري مقارنةً بالطرق الأخرى لإدارة النفايات.

يُعتبر تحويل النفايات إلى طاقة (WtE) بديلاً لإنتاج الطاقة القائم على الوقود الأحفوري، لكنه ليس مصدرًا للطاقة المتجددة؛ لأنه ليس موردًا طبيعيًا أو غير محدود مثل الرياح أو الشمس. كما أن تحويل النفايات إلى طاقة لا يُعدّ مصدرًا نظيفًا للطاقة بشكل تام؛ وذلك لأن عمليات حرق النفايات ونقل المواد اللازمة لهذه العملية تؤدي إلى انبعاثات كربونية وجسيمات هوائية أخرى.

معظم المنشآت الكبيرة لتحويل النفايات إلى طاقة تولِّد الطاقة من النفايات باستخدام طريقة حرق خاضعة للرقابة. تتَّبع العملية عادةً الخطوات التالية:

1. تُنقل النفايات إلى محطة تحويل النفايات إلى طاقة، حيث تتم إزالة أي مواد قابلة لإعادة التدوير.
2. تقوم الرافعة بخلط النفايات ونقلها إلى غرفة الاحتراق.
3. يتم حرق النفايات عند درجة حرارة عالية - بين 850 درجة مئوية (1,562 درجة فهرنهايت) و1,450 درجة مئوية (2,642 درجة فهرنهايت).²
4. تحوِّل الحرارة الناتجة الماء (عادةً في الأنابيب الرأسية داخل الغرفة) إلى بخار.
5. يؤدي ضغط البخار إلى تشغيل الشفرات على المولد، وهذا الدوران ينتج عنه إنتاج الطاقة الكهربائية.

الأنواع المختلفة من النفايات لها قيم حرارية مختلفة أو محتويات طاقة مختلفة عند حرقها. تُنتج النفايات ذات القيم الحرارية العالية، مثل البلاستيك، المزيد من الحرارة وتولِّد أكبر قدر من الطاقة. والنفايات العضوية، مثل التربة، لها قيمة حرارية منخفضة.

الحرق، وهو الاحتراق المباشر للنفايات عند درجات حرارة عالية، هو أكثر تقنيات تحويل النفايات إلى طاقة شيوعًا والأكثر جدوى تجاريًا. ومع ذلك، هناك طرق أخرى لاستعادة الطاقة تستخدم النفايات، مثل:

بالإضافة إلى التسميد، فإن الهضم اللاهوائي هو عملية خاضعة للرقابة وخالية من الأكسجين تشجع على تحلل النفايات الصلبة العضوية باستخدام الكائنات الحية الدقيقة. في حين أنه يمكن أن يحدث بشكل طبيعي، يُستخدَم الهضم اللاهوائي أيضًا في البيئات السكنية أو الصناعية لإنتاج وقود يُسمَّى الغاز الحيوي. يُعتبر الغاز الحيوي، الذي يتكون أساسًا من الميثان وثاني أكسيد الكربون، مصدرًا للطاقة المتجددة.

كمعالجة حرارية كيميائية، تُعرِّض عملية التحلل الحراري النفايات العضوية لدرجات حرارة عالية دون وجود الأكسجين. تؤدي هذه العملية إلى بدء تحلل المادة وتفككها. وعادةً ما تكون المنتجات الثانوية عبارة عن فحم غني بالكربون (الفحم الحيوي) وغازات قابلة للاحتراق. يمكن بعد ذلك تكثيف بعض هذه الغازات في سائل قابل للاحتراق يُسمَّى الزيت الحيوي أو الخام الحيوي.

يؤدي تحلل المواد العضوية في مدافن النفايات إلى إنتاج منتج ثانوي طبيعي يُسمَّى غاز المكب. يتكون غاز المكب من الميثان وثاني أكسيد الكربون ونسبة صغيرة من المركَّبات غير الميثانية. وهذا الغاز يمكن جمعه ومعالجته واستخدامه كوقود للاستخدامات الصناعية والمركبات وغيرها. وتُعد عملية استرداد غاز المكب إحدى الطرق لتقليل انبعاثات الميثان من مدافن النفايات.

التغويز هو أيضًا معالجة حرارية كيميائية، يقوم بتحويل النفايات العضوية (الكتلة الحيوية) إلى غاز قابل للاشتعال باستخدام درجات حرارة عالية وكمية محددة من الأكسجين أو البخار أو كليهما. والنتيجة هي غاز طبيعي قابل للاحتراق يُسمَّى الغاز التركيبي أو غاز التصنيع المستخدم لصنع الأمونيا وكحول الميثيل (الميثانول). كما يمكن أن يحل محل البنزين كبديل للوقود الحيوي.

تُنتج محطات تحويل النفايات إلى طاقة التي تحرق النفايات الصلبة البلدية نوعين من الرماد: الرماد المتطاير ورماد القاع.

يتكون الرماد المتطاير -أو رواسب التحكم في تلوث الهواء (APC)- من الجسيمات الخطرة والدقيقة التي تتم إزالتها من غاز المداخن في محطة تحويل النفايات إلى طاقة، وهي الأبخرة الناتجة عن الحرق. عادةً ما يخضع الرماد المتطاير للمعالجة للحد من آثاره البيئية السلبية، والتي تتمثل بشكل كبير في تلوث الهواء والماء في الأنظمة البيئية القريبة. وعلى الرغم من وجود جهود لإعادة تدوير الرماد المتطاير واستخدامه، إلا أنه يتم عادةً إرساله إلى مدافن النفايات الخطرة.

رماد القاع -أو رماد قاع المحرقة (IBA)- هو كل الرماد المتبقي غير الرماد المتطاير. يتكون في الأساس من السيليكا والكالسيوم وأكسيد الحديد وأكسيد الألومنيوم. ويمكن للمغناطيسات الكبيرة إزالة بعض هذه المواد لإعادة تدويرها وإعادة استخدامها. على سبيل المثال، قد تستخدم شركات البناء رماد القاع لصنع الخرسانة أو الحشو السائب. ويتم إرسال الباقي إلى مدافن النفايات.

يكون ناتج الرماد الناتج عن محطات تحويل النفايات إلى طاقة أصغر بكثير من النفايات التي تدخل فيها. وتتراوح نسبته بين 15 إلى 25% بالوزن و5 إلى 15% من حجم النفايات قبل الاحتراق.³

تحويل النفايات إلى طاقة له فوائد عديدة عند مقارنته بالأنظمة التقليدية لإدارة النفايات:

تخضع أنظمة تحويل النفايات إلى طاقة للتدقيق من الناشطين البيئيين؛ وذلك لأنها لا تشجِّع على تقليل إنتاج النفايات أو تعزيز الاقتصاد الدائري. غالبًا ما توازن أنظمة تحويل النفايات إلى طاقة بين مبادئ الاقتصاد الدائري وممارسات الاستخدام الخطي للموارد. وفي حين أنه يمكن استخراج المعادن وإعادة تدويرها أو إعادة استخدامها، فإن إعادة تدوير المواد بشكل مباشر أفضل للبيئة وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة، خاصة بالنسبة إلى البلاستيك والورق، اللذين لا يمكن استخراجهما بعد الحرق.

ويتطلب نظام تحويل النفايات إلى طاقة أيضًا وجود أنظمة لإدارة النفايات والتخلص منها على نطاق واسع حتى يعمل بشكل تجاري. وهذه المتطلبات تجعل هذا الحل بعيدًا عن متناول ما يقرب من 2.7 مليار شخص على مستوى العالم لا تزال خدمات جمع النفايات غير متوفرة لهم.¹

تنتشر محطات تحويل النفايات إلى طاقة في المناطق ذات الكثافة السكانية العالية والأراضي المحدودة، مثل اليابان والدول الأوروبية مثل الدنمارك والسويد وألمانيا وفرنسا. وفي أوروبا الغربية، يُعَد تحويل النفايات إلى طاقة الطريقة الرائدة في إدارة النفايات البلدية الصلبة، حيث تتم معالجة حوالي 40 مليون طن. وسوف يتوسع استخدام تحويل النفايات إلى طاقة أكثر في هذه المنطقة بسبب الاتفاق الذي تم في عام 2023 بين الاتحاد الأوروبي والمملكة المتحدة لإدراج تحويل النفايات إلى طاقة في أنظمة تجارة الانبعاثات 1. لقد شهد تحويل النفايات إلى طاقة نموًا أبطأ في الولايات المتحدة، حيث جعلت الأراضي الواسعة والتكاليف المنخفضة من دفن النفايات خيارًا أكثر جاذبية.

وفي الشرق الأوسط، تحتضن دبي أكبر منشأة لتحويل النفايات إلى طاقة في العالم. وستستخدم محطة توليد الكهرباء، التي تديرها شركة ورسان ويست مانيجمنت، 1.9 مليون طن متري من النفايات كل عام، أي حوالي 45% من إجمالي النفايات في دبي. وسيسهم المشروع في توليد 200 ميجاوات من الكهرباء يوميًا، وهو ما يكفي لتشغيل 135 ألف منزل.⁵