خلفية تحويل النفايات إلى طاقة
كيف تعمل عملية تحويل النفايات إلى طاقة، والتقنيات التي تقف وراءها، ولماذا هي مهمة لتحدي النفايات والطاقة في مصر.
تحويل النفايات التي لا يمكن إعادة تدويرها إلى طاقة
تقوم محطات تحويل النفايات إلى طاقة (WtE) بمعالجة النفايات الصلبة البلدية (MSW) التي لا يمكن منعها أو إعادة تدويرها، وتحويلها إلى بخار أو كهرباء أو ماء ساخن. يتم توفير الكهرباء للشبكة للمستخدمين النهائيين، وتعمل المعالجة على تقليل حجم النفايات بنسبة تصل إلى 90%.
تنقسم محطات WtE إلى فئتين رئيسيتين: المعالجة الحرارية والمعالجة البيولوجية للنفايات العضوية. تعتمد التكنولوجيا التي يستخدمها المشروع على خصائص المواد الخام للنفايات. وتختلف المخرجات والمخلفات أيضًا حسب المواد الخام والتكنولوجيا.
يستعيد WtE الطاقة من النفايات ويمكنه تقليل الاعتماد على مدافن النفايات. وتوفر الحصة الحيوية من النفايات الطاقة المتجددة؛ وتوفر المواد البلاستيكية وغيرها من المواد المشتقة من الوقود الأحفوري الطاقة غير المتجددة. وتعتمد الفائدة البيئية على المواد الخام والطاقة المستردة وضوابط الانبعاثات.
الخلفية الفنية: الولايات المتحدة إدارة معلومات الطاقة
المعالجة الحرارية
المعالجة البيولوجية
من سلة المهملات المنزلية إلى مقبس المنزل
يتم حرق النفايات التي يتم جمعها من المنازل في فرن يتم التحكم فيه. تعمل الحرارة على تشغيل توربين بخاري، وتعود الكهرباء إلى نفس المنازل عبر الشبكة. يتم استعادة الرماد والمعادن، ويتم تنظيف غاز المداخن قبل خروجه من المكدس.
- 1النفايات التي يتم تسليمها بالشاحنات
- 2النفايات التي يتم إدخالها إلى الفرن
- 3الاحتراق على الشبكة
- 4توربين بخاري ومولد
- 5المحول واتصال الشبكة
- 6إزالة الرماد والمعادن لإعادة التدوير
- 7الغلاية واستعادة الحرارة
- 8تنظيف غازات المداخن
- 9كومة
ثلاث تقنيات للتحويل الحراري
هناك ثلاث تقنيات رئيسية لتحويل النفايات الحرارية إلى طاقة. الاحتراق هو الأكثر رسوخاً، وهو التكنولوجيا المستخدمة في أبو رواش.
الاحتراق
يتم تسخين النفايات بكمية زائدة من الأكسجين. تعمل مئات المحطات في جميع أنحاء العالم، حيث تقوم باستعادة الحرارة في غلاية بخارية لتوليد الكهرباء.
التغويز
يتم تحويل النفايات إلى غاز اصطناعي قابل للاشتعال، مع تحويل قوس البلازما إلى غاز كمتغير عالي الحرارة.
التحلل الحراري
تتحلل النفايات حرارياً بدون الأكسجين. يمكن للتحلل الحراري عالي الحرارة (HTP) تحويل الوقود المشتق من النفايات إلى طاقة. اقرأ المزيد.
حرق الكتلة في فرن شبكي
يقبل "الحرق الشامل" النفايات الصلبة البلدية الخام أو بعد إعادة التدوير دون معالجة مسبقة، مثل التقطيع أو إنتاج الوقود المشتق من النفايات (RDF). تشكل النفايات طبقة فوق الشبكة، ويتم حقن هواء الاحتراق من خلالها.
- تجفيفتجف النفايات أولاً على الشبكة.
- إزالة التطايريتم تسخين المركبات المتطايرة وإطلاقها من المادة الصلبة إلى الطور الغازي.
- الاحتراقتحترق الغازات بالهواء الزائد: الهواء تحت النار من أسفل الشبكة، والهواء الثانوي والثالثي فوق النار.
- رماديتم ترك المواد غير العضوية بشكل رئيسي وراءنا.
استعادة الطاقة
ينتقل غاز المداخن الساخن من الفرن إلى غلاية أنابيب المياه، حيث ينتج بخارًا شديد السخونة. يستخدم التوربين البخاري البخار لتوليد الكهرباء. عندما يكون هناك مستخدم موجود في نفس الموقع، يمكن للبخار أيضًا أن يذهب مباشرة إلى عملية صناعية أو تدفئة مركزية أو تحلية المياه.
تنظيف غازات المداخن
ويمر الغاز المبرد بعد ذلك عبر نظام مكافحة تلوث الهواء (APC)، الذي يزيل الغازات الحمضية وأكاسيد النيتروجين (NOx) والمعادن الثقيلة والديوكسينات والفورانات قبل أن يخرج الغاز عبر المدخنة.
الكفاءة أقل مما هي عليه في محطات الوقود الأحفوري لأن النفايات لها قيمة حرارية أقل، ودرجات حرارة البخار محدودة لتجنب التآكل الناتج عن الغازات الحمضية التي ينتجها احتراق النفايات البلدية الصلبة. يستعيد الحرق الشامل الطاقة من الجزء القابل للاحتراق من النفايات. تعتمد كمية الرماد على المجتمعات التي يتم تقديم الخدمات لها وكمية الرماد التي تقوم بإعادة تدويرها.
بقايا صلبة
الرماد من شبكة الاحتراق. اعتمادًا على التنظيم والمعالجة، يمكن إعادة استخدامه كمواد بناء بعد التجوية (الكربنة) أو الذوبان عن طريق عمليات البلازما أو الخبث.
يحتوي الرماد المتطاير الناتج عن مرشحات الغلايات والأكياس على مركبات خطرة. يتم معالجته مسبقًا وتثبيته والتخلص منه بعناية في مدافن النفايات المصممة بالكامل.
فوائد متعددة مقارنة بمكب النفايات
يقلل من نفايات مدافن النفايات
يؤدي الاحتراق إلى تقليل حجم النفايات بنحو 90%، وبالتالي تكون هناك حاجة إلى مساحة أقل بكثير في مكب النفايات.
يخلق كمية كبيرة من الطاقة
حالة توضيحية بقدرة 30 ميجاوات: حوالي 94،254 أسرة مصرية، أو حوالي 338،000 شخص بمعدل 3.59 شخصًا لكل أسرة. يعتمد العرض الفعلي على صافي التوليد واستخدام الكهرباء. ويستهدف مشروع أبو رواش الحالي 30–35 ميجاوات.
يعيد تدوير النفايات الزائدة
تتم إزالة المعادن مثل الفولاذ والألمنيوم من النفايات قبل الاحتراق وإعادة تدويرها، مما يقلل من كمية النفايات غير القابلة للاستخدام بشكل أكبر.
عملية مستدامة
إن التحكم في الانبعاثات عن طريق الاختزال الانتقائي غير التحفيزي (SNCR)، والغسل شبه الرطب والجاف، وحقن الكربون المنشط المسحوق (PAC) وفلتر الأكياس يمنع الغازات الضارة من دخول البيئة.
مزيد من مزايا تحويل النفايات إلى طاقة
- استعادة الطاقة والمواد
- تجنب انبعاثات غاز الميثان
- إزعاج أقل للرائحة
- انخفاض في الحجم بنسبة تزيد عن 90%
- حماية النظم البيئية الصحراوية والشاطئية
- بيئة أنظف تحمي الصحة وتجعل المنطقة أكثر جاذبية للسياح
- وظائف هندسية جديدة ذات مهارات عالية
- التكنولوجيا الحديثة التي تم جلبها إلى مصر
بلد متنامٍ مع تدفق متزايد للنفايات
وتصف الأرقام التاريخية المستخدمة في هذه الخلفية مصر التي بلغ عدد سكانها نحو 105 ملايين نسمة في عام 2021، وحوالي 26 مليون طن من النفايات البلدية الصلبة سنويا، ونمو سنوي متوقع بنسبة 3.4% مع تغير السكان والاستهلاك.
تتراكم النفايات غير المجمعة حول المنازل والشركات أو يتم إلقاؤها في الأنهار والقنوات، حيث تجذب الحشرات وتسبب الروائح الكريهة وتخفض نوعية الحياة.
حصة النفايات المجمعة
مدافن النفايات هي مصدر رئيسي لغاز الميثان
وفي البلدان النامية والبلدان ذات الدخل المتوسط المنخفض، تحتوي النفايات في كثير من الأحيان على أكثر من 50% من المواد القابلة للتحلل. إن ارتفاع أحجام النفايات البلدية الصلبة، وارتفاع نسبة المواد العضوية، والتخلص غير الرسمي منها، كلها عوامل تساهم بشكل كبير في انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في المناطق الحضرية.
وتطلق مكبات النفايات أيضًا أكاسيد النيتروجين والديوكسينات والهيدروكربونات والمركبات العضوية غير الميثان، ويمكن أن تؤدي مياهها المرتشحة الخطرة إلى تلويث المياه الجوفية. تتحلل النفايات العضوية، لكن النفايات غير العضوية تستمر في التراكم.
بالمقارنة مع مدافن النفايات غير الخاضعة للرقابة، يمكن للمعالجة الحرارية المُدارة جيدًا تجنب الميثان الناتج عن تحلل النفايات واستعادة الطاقة المفيدة. وتعتمد فائدتها المناخية على تركيبة النفايات، وضوابط الانبعاثات، والطاقة التي تحل محلها.
من ماذا يتكون غاز مكب النفايات
ويمكن أن تشمل نسبة الـ 1% الأخرى كبريتيد الهيدروجين (H₂S)، والمركبات العضوية غير الميثان (NMOCs)، والمواد غير العضوية، وأحيانًا المعادن. يتمتع الميثان بتأثير احترار أكبر بحوالي 28 مرة من ثاني أكسيد الكربون₂ على مدار 100 عام، لذا فهو محور التركيز الرئيسي للتحكم في انبعاثات مدافن النفايات.
النفايات في الانبعاثات العالمية
تشكل النفايات 3.2% من الانبعاثات العالمية.
إن تحقيق هذا الهدف من شأنه أن يرفع معدل معالجة النفايات العالمي بنسبة 10% ويقلل من آثار تلوث النفايات على الصحة والتنوع البيولوجي وأنظمة الغذاء وندرة الموارد.
تهدف شركة Green Tech Egypt وشركاء مجموعة Renergy إلى المساهمة في زيادة كمية النفايات المعالجة في مصر وأفريقيا. إن النفايات المحروقة في محطة توليد الطاقة لا تنتج غاز الميثان الذي قد تنتجه في مكب النفايات، ويتم استعادة المعادن لإعادة تدويرها، وتحل الكهرباء محل الطاقة من محطات الفحم والغاز الطبيعي.
ويعمل شركاء GTE ومجموعة Renergy على تطوير ثلاثة مرافق WtE مزودة بوحدة معالجة غازات المداخن الحاصلة على براءة اختراع والتي تعمل على تقليل الانبعاثات الجوية.
ما يخرج من الاحتراق
غاز المداخن هو خليط معقد يتكون أثناء الاحتراق. يمكن أن يحتوي على بخار الماء وثاني أكسيد الكربون والجسيمات والمعادن الثقيلة والغازات الحمضية. وينتج عن الأكسدة المباشرة (الحرق) أو الأكسدة غير المباشرة (التغويز والانحلال الحراري). العديد من مكوناته عبارة عن غازات دفيئة تحبس الحرارة في الغلاف الجوي.
تقوم وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) بمقارنة الغازات حسب قدرتها على الاحتباس الحراري العالمي (GWP): الطاقة التي يمتصها طن واحد من الغاز على مدى فترة زمنية، عادة 100 عام، مقارنة بطن واحد من ثاني أكسيد الكربون₂. كلما ارتفع GWP، كلما زاد الغاز من تدفئة الأرض. تتمتع بعض الغازات بقدرة منخفضة على إحداث الاحترار العالمي وعمر قصير ولكنها موجودة بتركيزات عالية، لذلك فهي لا تزال تساهم بشكل كبير.
| غاز | GWP (100 عام) | العمر الجوي (سنوات) | ما قبل الصناعة (ppmv) | 2018 (ppmv) |
|---|---|---|---|---|
| CO₂ (ثاني أكسيد الكربون) | 1 | 5 إلى 200 | 280 | 408 |
| CH₄ (الميثان) | 28 | 12 | 0.715 | 1.869 |
| N₂O (أكسيد النيتروز) | 265 | 121 | 0.27 | 0.331 |
| HFC-23 (CHF₃) | 12,400 | 222 | 0 | 0.000024* |
| مركبات الكربون الكلورية فلورية | 6500 إلى 9200 | 10000 إلى 50000+ | – | – |
| SF₆ (سداسي فلوريد الكبريت) | 23,500 | 3,200 | 0 | 0.0000073* |
المصدر: الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC). ppmv = أجزاء في المليون من حيث الحجم. * التركيز في عام 2011.
نهدف إلى إنشاء أنظف مصنع WtE في العالم
قامت شركة Green Tech Egypt بتطوير نظام متقدم حاصل على براءة اختراع لمعالجة غازات المداخن يعمل على تقليل الانبعاثات الجوية الناتجة عن العمليات الصناعية. ويواصل الأساتذة والعلماء والخبراء الميدانيون تحسين التكنولوجيا.
تم تصميم مصنعنا المخطط له لتلبية أحدث لوائح انبعاثات الهواء الأوروبية، باستخدام أجهزة غسيل ومرشحات متقدمة ونظام مبتكر لمعالجة غازات المداخن. طموحنا هو أن نجعله أنظف محطة WtE في العالم، انطلاقًا من التزامنا تجاه الكوكب والأجيال القادمة وبعضنا البعض.
| ملوث | الحدود المصرية 2011 | توجيه الاتحاد الأوروبي 2010 | أفضل التقنيات المتاحة للاتحاد الأوروبي 2019 |
|---|---|---|---|
| الجسيمات (الغبار)، ملغم/نانومتر³ | 20 | 10 | < 2–5 |
| ثاني أكسيد الكربون، ملغم/نانومتر³ | 150 | 50 | 10–50 |
| أكاسيد النيتروجين، ملغم/متر مكعب³ | 400 | 200 | 50–120 |
| SO₂، ملغم/نيوتن متر³ | 100 | 50 | 5–30 |
| حمض الهيدروكلوريك، ملغم/نيوتن متر³ | 10 | 10 | < 2–6 |
| الكادميوم، ملغم/نيوتن متر³ | 0.1 | – | – |
| الرصاص، ملغم/نيوتن متر³ | 0.1 | – | – |
| Cd + Tl، ملغم/نيوتن متر³ | – | 0.05 | 0.005–0.02 |
| Sb + As + Pb + Cr + Co + Cu + Mn + Ni، mg/Nm³ | – | 0.5 | 0.01–0.3 |
| إجمالي المعادن الثقيلة، ملغم/نيوتن متر³ | 0.5 | – | – |
| الديوكسينات والفيورانات، نانوغرام TEQ/نيوتن متر³ | 0.1 | 0.1 | 0.01–0.08 |
مرر أفقيًا لمقارنة كافة الأعمدة.
مقارنة تاريخية: الحدود المصرية (2011)، وتوجيه الاتحاد الأوروبي (2010) ونطاقات أفضل التقنيات المتاحة المختارة للاتحاد الأوروبي (2019). تعتمد القيم المطبقة على المصنع وفترة المتوسط. مرجع أفضل التقنيات المتاحة لحرق النفايات في الاتحاد الأوروبي
إنتاج الطاقة من الوقود المشتق من النفايات
تقوم مصانع فرز النفايات المصرية بتقسيم النفايات البلدية الصلبة إلى وقود مشتق من النفايات (RDF) والسماد والمواد المرفوضة. يمكن أن يؤدي التحلل الحراري عالي الحرارة (HTP) في الموقع إلى تحويل RDF إلى كهرباء.
ما ينتجه مصنع الفرز
يشمل الرفض الزجاج والصخور والغبار والمطاط والإلكترونيات والمواد العضوية.
سوق RDF محدود اليوم. استخدامه الرئيسي هو الحرارة الصناعية لإنتاج الأسمنت، حيث يفتقر الاحتراق في كثير من الأحيان إلى الترشيح الكامل لغازات المداخن، مع انبعاثات ومخاطر كبيرة على الصحة والبيئة.
يتبع الطلب على RDF وسعره تكاليف الطاقة البديلة مثل الفحم والغاز الطبيعي. في عام 2021، تم بيع RDF بمبلغ 150–300 جنيه للطن، ولا تزال حصة كبيرة من RDF المصنفة تذهب إلى مكب النفايات.
يؤدي استخدام RDF في الموقع إلى تجنب تكلفة النقل العالية لهذا الوقود منخفض الكثافة، ويمكن لـ HTP استخدام اتصال الشبكة الحالي مع إضافة محول فقط. يبلغ الرماد المتبقي أقل من 5% من حجم RDF الأصلي، مما يقلل من مساحة مكب النفايات وتكاليف التخلص والنقل. وقد يصبح الرماد أيضًا منتجًا ثانويًا لصناعة الأسمنت.
مزايا HTP
- التكنولوجيا النظيفة
- تطبيق قوي
- انخفاض حجم الرماد، أقل من 8%
- يمكن استخدام الرماد في بناء الكتل
- متطلبات الأراضي الصغيرة، أقل من 4000 متر²
- التشغيل خلال 12 شهرًا
قيود HTP
- كفاءة أقل من الحرق
- ارتفاع تكاليف التشغيل
- سعة محدودة: أقل من 150 طنًا من RDF يوميًا لكل وحدة، مع إمكانية وجود عدة وحدات لكل موقع
ناقش مشروعك القادم مع Green Tech Egypt
أخبرنا بما تعمل عليه. سنقوم بربطك بالخبرة المناسبة.
اتصل بفريقنا ↗مكتب القاهرة
الطابق الخامس، 10 طلعت حرب
قصر النيل، القاهرة، مصر
يتصل
(+202) 25789625
(+202) 25789769
info@greentech-egypt.com