تكنولوجيا الجيل المقبل تحول النفايات النباتية إلى وقود حيوي

بدأ التمدن والنمو السكاني بطرح المزيد من المطالب على الشبكة الكهربائية المستقبلية، ففي حين أنه لم يعد هناك أي شك في أن نظام الطاقة العالمي المستدام يجب أن يكون منخفض الانبعاثات الكربونية، فإن هذا النظام يجب أيضاً أن يكون قادراً على تقديم المزيد من الطاقة لتلبية التوقعات المرجوة منه، لذلك وكجزء من المستقبل الذي سيعتمد على الطاقة المتجددة، يبدو بأن الوقود الحيوي هو الحل الأمثل لذلك، فهو رخيص الثمن ونتائج حرقه أنظف بكثير من تلك التي تنتج عن الوقود الأحفوري.

حالياً، يجري تحديد مدى وتوقيت الدور الذي سيلعبه الوقود الحيوي في المستقبل، فالطاقة الحيوية أصبحت تغطي نحو 10% من إمدادات الطاقة في العالم، وقد تخطى العلماء مسألة الوصول إلى الجيل الأول من الوقود الحيوي وبدؤوا يركزون على مسألة تطوير وقود حيوي متقدم، حيث من المفترض أن يتألف الجيل الثاني والثالث من الوقود من مواد مستدامة حقاً تمتلك القدرة على إحداث تغييرات جذرية في سوق الطاقة النظيفة.

أصبح الكيميائيون والمهندسون يعلمون كيفية تحويل جميع أنواع المواد إلى وقود قابل للاشتعال، فالبشر يعملون على تخمير الإيثانول منذ آلاف السنين، وهذه العملية تعتبر الأساس في إنتاج الجيل الأول من الوقود الحيوي، والذي يقوم على أخذ الكربون من النباتات وتحويله إلى وقود يمكن أن يشغل جميع أنواع المحركات من السيارات إلى الطائرات النفاثة.

ينجم الكربون عن السكريات التي توجد في النباتات والتي كان يجري تقطيرها منذ فترة طويلة وتحويلها إلى وقود لاستخدامها في المركبات التي يعود تاريخها إلى تاريخ إنتاج سيارات فورد مودل تي، فعلى ما يبدو أن (هنري فورد) نفسه كان يتصور مستقبل يميزه الاستخدام الواسع النطاق للإيثانول، وذلك قد يعود لوفرة نبات الذرة آنذاك وسهولة زراعته، ولكن على الرغم من الإيثانول يشكل حوالي الـ10% من الحجم الكلي لمخزون وقود محركات البنزين والوقود لأكثر من مليوني مركبة تعمل على الوقود البديل في الولايات المتحدة، إلا أنه تبين بأن آمال (فورد) في الحصول على إمدادات وقود متجددة كانت متفائلة أكثر من اللازم.

كانت الإثارة التي شعر بها (هنري فورد) مفهومة، فالفوائد المرتقبة من الوقود الحيوي كانت قد بدأت، حتى في ذلك الحين، لكن الجيل الأول من الوقود الحيوي كان يعاني من بعض الجوانب السلبية، فالايثانول يعتمد في تصنيعه على النباتات التي تكون غنية بالنشاء أو السكر، والمحاصيل التي تناسب التكلفة –مثل الذرة في الولايات المتحدة، وقصب السكر في البرازيل- كانت تستخدم بكثرة في الأطعمة الإنسانية وكأعلاف للماشية، وارتفاع الطلب عليها يمكن أن يجعل أسعارها ترتفع مما قد يؤثر على إمدادات السلع الغذائية.

بالإضافة إلى ذلك، فإن الذرة تستهلك مساحات واسعة من الأراضي الزراعية أكثر بكثير من أي محصول آخر، ففي عام 2013، تم تخصيص 40% من محاصيل الذرة في الولايات المتحدة لإنتاج الإيثانول، أي ما يغطي حوالي 60,000 ميل مربع من الأراضي الذراعية، وهذا يساوي حوالي ضعف حجم البرتغال، ومن جانب آخر، فإن حصاد الذرة يقلل من تنوع المحاصيل، ويمكن لأسمدتها أن تلوث الموارد المائية.

النقاش حول قرار زراعة الذرة لإنتاج الإيثانول لاقى الكثير من الاعتراضات، لذا اجتمعت الحكومات بشركات الطاقة، ومجموعة من الشركات التكنولوجية الناشئة على مدى العقد الماضي لمعالجة أوجه عدم الكفاءة في إنتاج الوقود الحيوي، وعقدوا العزم على حل القضايا الغذائية واستخدام الأراضي من خلال تسريع إنتاج الوقود الحيوي المتقدم.

إحدى الطرق للقيام بذلك هي من خلال إنتاج الإيثانول من الكتلة الحيوية السليلوزية بدلاً من الذرة، وهذا يعني تحويل المحاصيل غير الغذائية، النفايات الزراعية، رقائق الخشب، وحتى الطحالب، إلى سكريات نباتية بسيطة لاستخدامها في إنتاج الوقود الحيوي، لكن التحدي الأول الذي يتمثل في إيجاد طريقة لتحويل الإمدادات المحتملة اللانهائية من الكتلة الحيوية النباتية إلى مصدر للطاقة المتجددة ليس بالمهمة السهلة، أما التحدي الثاني فيكمن في القدرة على كسب المال من خلال فعل ذلك بكفاءة عالية، ولكن تحقيق ذلك سيغيّر سوق الطاقة النظيفة تماماً.

من جانبها يبدو بأن شركة (Shell) أصبحت قريبة جداً من تحقيق ذلك، فمشروع (Raízen) -وهو مشروع مشترك بين شركة (Shell) و(Cosan)- الذي يعتبر واحد من أكبر منتجي الإيثانول القائم على قصب السكر في البرازيل، يقوم عادة بحرق سيقان القصب المتبقية لإنتاج الطاقة لمصانعه، وفيما بعد يقوم بضخ الفائض في الطاقة إلى الشبكة الوطنية، وفي الواقع، فقد استطاعت الكهرباء الصادرة عن بقايا الكتلة الحيوية توفير حوالي 3% من متطلبات البرازيل للطاقة بحلول عام 2012، ومن المتوقع بأنها ستغطي حوالي 18% بحلول عام 2020.

في العام الماضي، بدأ مشروع شركة (Shell) المشترك في البلاد بإطلاق أول محطة إيثانول من الجيل الثاني، والتي من المفترض أن تقوم بتحويل نفايات الكتلة الحيوية الناتجة عن إنتاج قصب السكر إلى وقود حيوي متقدم، ومن المتوقع أن يصل ناتج المحطة إلى حوالي 38 مليون لتر من الايثانول القائم على السليولوز في السنة، ومع عمل كل من محطتي التوليد الأولى والثانية معاً، سيتم تبسيط العملية، وهذا بدوره سيساعد على زيادة الإنتاج وخفض التكاليف بالنسبة لكلا المصنعين.

هذا النوع من قابلية التوسع سيجعل الوقود الحيوي المتقدم حلاً حقيقياً وفعالاً من حيث التكلفة، وقد تم استبدال 40% من متطلبات البرازيل للبترول بالإيثانول القائم على قصب السكر، وحالياً يخطط القائمون على المشروع المشترك للاستثمار في تقنيات مشابهة في سبعة مصانع أخرى خلال السنوات القليلة القادمة.

تبعاً لـ(ماثيو تيبر) نائب رئيس الطاقات المتجددة في شركة (Shell)، فإن الشركة مقتنعة بأن الوقود الحيوي المتقدم سيكون جزءاً مهماً من خيارات توفير الوقود لوسائل النقل، والأهم من ذلك، هو أن الوقود الحيوي المتقدم سيتمكن في النهاية من تزويد جزء كبير، وربما كامل، الاحتياجات الأوروبية لوقود النقل، لذلك فما يزال لدى الشركة خططاً كبيرة لتنفيذها.

إن آثار إدخال الوقود الحيوي إلى سوق الطاقة العالمي ستكون لافتة حقاً للأنظار، فالوقود الحيوي السليلوزي لديه القدرة على خفض الانبعاثات الكربونية بنسبة 86% مقارنة مع النفط العادي، وعند أخذ المنتج من السليلوز، فإن الكتلة الحيوية ستؤدي إلى زيادة إنتاج الوقود الحيوي بنسبة 50% دون الحاجة إلى زراعة المزيد من محاصيل الذرة لإنتاج الإيثانول، وهذا يلغي مشكلة الأرض مقابل الغذاء.