علاقه‌مندي شركت‌هاي گاز به استحصال گاز از فضولات
ترجمه: عبدالله مصطفایی.عضو هیئت‌علمی پژوهشگاه نیرو
در سطح جهان منابع زیست‌توده به عنوان یكی از منابع انرژی تجدیدپذیر مطرح هستند كه در سال‌های گذشته بسیار مورد توجه كشورهای مختلف قرار گرفته‌اند. در بعضی از كشورها این كاربرد به صورت بسیار قدیمی و سنتی در جریان است و در بعضی دیگر این كاربردها مدرنیزه شده كه این طیف وسیع گویای پتانسیل بالای این دسته از منابع انرژی است. تولید سوخت‌های مایع از منابع زیست‌توده نشان‌دهنده توانایی این دسته از انرژی‌ها برای حل مشكلات كشورهای پیشرفته و درحال‌توسعه است كه در مورد آن می‌توان به تولید اتانول در برزیل برای استفاده در سوخت خودرو اشاره كرد. یكی از دلایل توجه كشورها به زیست‌توده آن است كه بخش كشاورزی را به اقتصاد سوخت گره بزنند تا پشتوانه مالی مناسبی در اختیار فعالیت‌های كشاورزی قرار گیرد. این موضوع در كشوری مانند آمریكا به حدی رسیده است كه كشاورزان هنگام انتخاب نمایندگان مجالس بیشتر به دنبال افرادی هستند كه پیگیری بیشتری درخصوص افزایش سهم سوخت‌های حاصل از مواد زیست‌توده در سبد سوخت خودروها داشته باشند تا منافع بیشتری نصیب آنها شود. منابع عمده زیست‌توده به پنج دسته تقسیم می‌شوند كه می‌توان در این خصوص فضولات دامی، فاضلاب‌های شهری، فاضلاب‌های صنعتی، زائدات كشاورزی و جنگل‌ها و نهایتا زائدات جامد و زباله‌های شهری را برشمرد. به دو روش عمده می‌توان انرژی زباله‌های شهری را استحصال كرد كه یكی احتراق مستقیم و دیگری تولید بیوگاز از زباله است. این دو روش برای فضولات دامی نیز قابل استفاده است. از فاضلاب‌های شهری و نیز فاضلاب بعضی از صنایع مانند صنایع غذایی می‌توان به بیوگاز رسید. برای زائدات كشاورزی و جنگل‌ها فرایندهای مختلفی ذكر می‌شود كه محصول آنها می‌تواند گاز سنتز، بیوگاز و الكل باشد. علاقه‌مندان می‌توانند به مقاله «آشنایی با راهكارهای نوین رهایی از وابستگی به سوخت‌های فسیلی» در روزنامه «شرق» مورخ دوم اسفند 1390 مراجعه كنند.
شرکت‌های فعال در صنعت گاز طبیعی آمریکا در حال توسعه و گسترش برنامه‌ای هستند که در آن متان حاصل از فضولات مزارع پرورش گاو (شیری و گوشتی) و خوک و نیز تصفیه‌خانه‌های فاضلاب را جایگزین گاز طبیعی استحصال‌شده از چاه‌های گاز كنند. این موضوع علاوه بر آنکه می‌تواند باعث کاهش یکی از گازهای گلخانه‌ای شود، منبع درآمدی برای تعداد رو به تزاید شرکت‌ها، شهرها و دامدارانی می‌شود که دل به شکوفایی و رشد این فرایند بسته‌اند. آژانس بین‌المللی انرژی (IEA) در ژانویه 2020 گزارشی با عنوان «ردیابی متان» منتشر کرده که در آن قدرت بالقوه گرمایش (GWP) گاز متان که گازی نامرئی بوده و تشخیص آن نیز سخت است، در دوره ۲۰ساله ابتدایی عمر این گاز حدودا ۸۷ برابر قدرت گاز دی‌اکسیدکربن است. این گزارش حاكی است كه میزان كنونی متان چرخشی در اتمسفر حدودا دوونیم برابر متان اتمسفر در دوران پیش‌صنعتی است. گزارش IEA متذکر شده است که گاز طبیعی حدودا ۹۸ درصد متان دارد و احتمالا به عنوان یکی از منابع اصلی تأمین‌كننده انرژی جهان باقی خواهد ماند. بر این اساس کاهش انتشار متان (موجود در گاز طبیعی) به عنوان «یک عنصر اصلی» برای کاهش جدی‌تر گرمایش جهانی مطرح است. این گزارش در ادامه یک‌سری اعداد بدشگون را مطرح می‌كند به این ترتیب که انتشار متان حاصل از فعالیت بشر حدود ۶۰ درصد از گاز چرخشی در اتمسفر را تشکیل می‌دهد و قسمت اصلی این عدد متأثر از بخش کشاورزی است که با مقداری کمتر توسط بخش انرژی دنبال می‌شود. در بخش انرژی نیز عملیات تولید گاز طبیعی و نشت از خطوط لوله، دارای بیشترین سهم هستند. پس سؤال این است که منبع اصلی متان بازیافتی کدام است که این شرکت‌های گاز به سرمایه‌گذاری روی آن علاقه‌مند شده‌اند؟ باید پاسخ گفت: متان حاصل از فضولات انسانی و حیوانی. فضولات حیوانی «رندی جردن» مالک یك مزرعه دامداری در ایالت ماساچوست است و اخیرا به خبرنگار تلویزیون بوستون گفته است: «امروزه فضولات، طلا هستند». فضولات مدنظر او از ۸۰۰ گاو هلشتاین تولید شده‌اند که با زائدات غذایی جمع‌آوری‌شده توسط شرکت Vanguard Renewables از سوپرمارکت‌ها و دیگر مراکز این ایالت، وارد یک مخزن بسیار بزرگ با سقف لاستیکی می‌شود. به این مخزن، هاضم بی‌هوازی گفته می‌شود که در مزرعه آقای «جردن» مستقر شده است. این زائدات پس از مخلوط‌شدن حدودا یک ماه حرارت می‌بینند. آقای «هانسلمن» مدیرعامل و رئیس هیئت‌مدیره شرکت Vanguard Renewables است. او می‌گوید: «عملکرد این هاضم مانند عملکرد شکم گاوهاست». تجربه او در راه‌اندازی مجموعه‌ای از مزارع تولیدکننده متان در ناحیه نیوانگلند است. قابل ذکر است که آنزیم‌ها و متان حاصل‌شده از فضولات به تجزیه زائدات غذایی کمک می‌کنند و این به معنی تولید متان بیشتر است. نتیجه، گاز متانی است که پس از تصفیه و تغلیظ و رساندن آن به استانداردهای لازم برای گاز موجود در خطوط لوله گاز، قادر است برق و حرارت لازم برای هزارو ۶۰۰ خانه را تأمین كند. برآورد این شرکت می‌گوید كه فایده به‌کارگیری این هاضم‌ها برای آقای «جردن» آن است که درآمد حاصل از پرورش هر گاو را بین ۱۵ تا ۲۵ درصد افزایش می‌دهد. فضولات انسانی «مایکل باکاس» معاون اجرائی شرکت Ameresco است. این شرکت در زمینه انرژی‌های تجدیدپذیر و بهینه‌سازی در منطقه فرامینگهام ایالت ماساچوست فعالیت می‌کند. یکی از تخصص‌های این شرکت، ساخت واحدهایی برای جمع‌آوری و تصفیه متان موجود در تصفیه‌خانه‌های فاضلاب است که اصطلاحا از فضولات انسانی حاصل شده است. باید توجه داشت که سالیان سال است تصفیه‌خانه فاضلاب شهر فونیکس این متان را جمع‌آوری کرده و در سر یک برج می‌سوزاند. هرچند این کار متان را از بین می‌برد، ولی باعث می‌شد که حجم زیادی كربن دی‌اكسید وارد هوا شود. سال گذشته شرکت Ameresco تأسیسات جدیدی برای تصفیه این متان و فشرده‌سازی و انتقال آن به خطوط گاز طبیعی راه‌اندازی كرد. این سیستم قادر است سالانه بالغ بر ۶۰ هزار فوت‌مکعب گاز وارد خط لوله گاز كند که این کار به معنی درآمد یك‌ودودهم میلیون دلاری است که بین مشارکت‌کنندگان در این پروژه تقسیم می‌شود. در حال حاضر این تأسیسات بزرگ‌ترین بازیافت‌کننده متان از تصفیه‌خانه‌های فاضلاب در آمریکاست. «گالیگو» شهردار شهر فونیکس است و دراین‌باره معتقد است که این پروژه به اقتصاد این شهر کمک کرده است. به‌علاوه این پروژه باعث شده این شهر با سرعت بیشتری به سوی اهداف خود در راستای کاهش گازهای گلخانه‌ای حرکت کند. این‌گونه پروژه‌ها منفعت دوگانه دارند؛ یعنی از یک سو از فضولات پول می‌سازند و از سوی دیگر باعث کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای می‌شوند که در مورد شهر فونیکس معادل انتشار گاز خروجی از تعداد 70هزارو 452 خودرو است. آقای «باکاس» می‌گوید: «تعداد کشورها، شهرها، ایالت‌ها، شرکت‌ها و دانشگاه‌هایی که برای خود هدف کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای را تعیین می‌کنند، رو به فزونی است و در این راستا کاهش انتشار متان کاری است که سریعا می‌توان به آن دست یافت و یك کار بسیار شیک و لوکس محسوب می‌شود». نشتی‌ها چقدر هستند؟ جالب آنکه میزان نشت متان نیز به عنوان یک منبع جدید و بزرگ مورد توجه قرار گرفته است. اما گروهی از کارشناسان مثل آقای «باکاس» نگران‌اند که ایالت‌های غربی آمریکا مثل کالیفرنیا و اورگان که نسبت به مسائل زیست‌محیطی هوشیارتر عمل می‌کنند، بیشترین بهره را از این منبع جدید ببرند. آقای «باکاس» در این زمینه گفته است: «احتمالا به ایالت نیوانگلند چیزی نخواهد رسید». البته به نظر می‌رسد که نظر او درخصوص گرایش ایالت‌ها درست است، ولی در مورد خریداران خیر. قهرمان فعلی تولید ثروت از بازیافت فضولات شرکت Dominion Energy از شهر ریچموند در ایالت ویرجینیاست که برق یا گاز طبیعی را در ۱۸ ایالت و هفت‌ونیم میلیون مشترک به فروش می‌رساند. این شرکت در فوریه سال ۲۰۲۰ اعلام كرد هدفش این است تا سال ۲۰۵۰ به «صفر خالص» در زمینه انتشار گازهای گلخانه‌ای دست یابد. Dominion از لحاظ بزرگی به عنوان چهارمین تأمین‌کننده گاز طبیعی آمریکا فعالیت می‌کند و از ۱۰ سال پیش شروع به کاستن از عملیات حفاری گاز طبیعی كرده است و نیاز خود را از دیگر تأمین‌کنندگان گاز فراهم می‌كند. به‌علاوه تمرکز خود را معطوف به تعمیر خطوط لوله قدیمی و تعویض تجهیزاتی مثل شیرها و اتصالات كرده و عملیات تعمیر و نگهداری خود را به نحوی تغییر داده است تا متان نشت نکند یا این نشت شدیدا کاهش یابد. «آرون رابی»، مدیر روابط عمومی این شرکت است. او اظهار كرده که این فقط قسمتی از مسیر طراحی‌شده است. او می‌افزاید: «نتیجه همه این تعمیرات، کاهش ۲۵درصدی انتشارات متان بوده است». طبق گفته او، شرکت قصد دارد تا سال ۲۰۳۰ حدود ۶۵ درصد از میزان انتشار (نسبت به سال ۲۰۱۰ ) را کاهش دهد. آقای «رابی» اظهار می‌كند که هرچند مقادیر نشت‌یافته اندک می‌نماید، ولی زمانی که طول خطوط لوله را حدود صد هزار مایل (۱۸۰ هزار کیلومتر) در نظر بگیرید، مقادیر انتشار کل سیستم بسیار زیاد می‌شود. کاهش نشتی‌ها فقط شروع مسئله است. قدم بعدی آن است که یک محصول جدید نیز به این خطوط لوله تعمیرشده، تزریق شود و این موضوعی است که مورد مباحثه صنعت گاز آمریکا قرار گرفته است. بعضی از شرکت‌ها نام «بیومتان» را به این گاز داده‌اند چون از منابع زیستی مثل فضولات به دست می‌آید، ولی صنعت گاز آمریکا نام زیباتری بر آن نهاده است: «گاز طبیعی تجدیدپذیر یا RNG». هدف بعدی شرکت دامینیون استفاده از فضولات بوده است. اولین قدم این شرکت در نوامبر ۲۰۱۸ برداشته شد. آنها شرکت Align را طی سرمایه‌گذاری مشترک با Smithfield Foods كه بزرگ‌ترین تولیدکننده گوشت خوک جهان است، راه‌اندازی كردند تا بتوان از فضولات خوک گاز RNG تولید كرد. در این سرمایه‌گذاری مشترک هر شرکت ۲۵۰ میلیون دلار هزینه كرده است. در ماه آگوست این دو شرکت پروژه تبدیل فضولات به گاز را در کارولینای شمالی راه‌اندازی كردند. دو ماه بعد آنها توافق كردند که پروژه‌های مشابهی را در سرتاسر آمریکا به پیش ببرند و هدف آنها تولید RNG کافی برای تأمین انرژی ۷۰ هزار خانه و شرکت تجاری بود. آنها برای رسیدن به این هدف هر یک سرمایه‌گذاری خود را به ۵۰۰ میلیون دلار افزایش دادند. در ماه دسامبر شرکت دامینیون بیش از پیش در پروژه‌های فضولات عمیق شد و توافقی با شرکت Vanguard به امضا رساند تا بتواند با مؤسسه مزارع دامداری آمریکا همکاری استراتژیک داشته باشد. هدف این بلندپروازی همانا ترویج هاضم‌های بی‌هوازی برای حذف فضولات گاوی در بین خوشه‌ای از مزارع دامداری در سراسر آمریکاست. در بیانیه مطبوعاتی این توافق آمده است: «نتیجه این توافق معادل ازبین‌بردن انتشار صد هزار خودرو یا کاشتن هفت‌ونیم میلیون درخت جدید در هر سال است». «دیوید دار» معاون ارشد شرکت Dairy Farmers است و در بیانیه مطبوعاتی در این خصوص متذکر شده که این خوشه مزارع دامداری، فضولات ۲۰ تا ۳۰ هزار گاو را جمع‌آوری کرده و مورد استفاده قرار می‌دهد و می‌افزاید که این یک بازی برد-برد برای دامداری‌ها و محیط زیست است. نباید از یاد برد كه سال‌ها قبل سازمان فائو، صنعت دامداری و دامپروری را یكی از حادترین معضلات زیست‌محیطی معرفی كرده بود. البته در دورانی که مسئولان دولت «ترامپ» دست از حمایت از پروژه‌های تغییر اقلیم کشیده‌اند، باید منتظر بود و در آینده نتیجه این‌گونه پروژه‌ها را دید. با این وجود در گزارش انجمن گاز آمریکا آمده: «در سال ۲۰۱۰ تعداد این‌گونه پروژه‌ها انگشت‌‌شمار بود، ولی در حال حاضر ۸۵ پروژه در این زمینه فعال است». بوی چه می‌آید؟ تحقیقات این انجمن گویای آن است که وجود دو روش برای تبدیل فضولات و دیگر زائدات به RNG و نیز وجود فرایندی برای تبدیل هیدروژن حاصل از انرژی‌های تجدیدپذیر به متان، باعث خواهد شد که «ما آن‌قدر گاز با انتشار کم یا حتی انتشار صفر در اختیار داشته باشیم که بتوانیم در اوایل دهه ۲۰۴۰ اکثر مصرف گاز طبیعی برای مصارف خانگی را پوشش دهیم». آقای «هانسلمن» که یکی از مدیران شرکت Vanguard به شمار می‌رود، خاطرنشان می‌كند که حرکت به سوی استفاده از فضولات به دوران جنگ سرد بازمی‌گردد. او به عنوان یك تاجر علاقه‌مند به محیط زیست، یاد گرفت که دولت آلمان ۲۵ سال پیش به فکر تولید وسیع RNG از فضولات افتاد و آن زمانی بود که دریافت تکیه صددرصدی به گاز طبیعی روسیه، استقلال انرژی این کشور را مورد تهدید قرار داده است. در سال 2017 حدود 9000 واحد بیوگاز در آلمان مشغول فعالیت بوده كه برای این واحدها حدود 4000 مگاوات نیروگاه برق نیز نصب شده است. به‌علاوه در این سال حدود 208 واحد تولید بیومتان در این كشور فعال بوده و حدود 10 تراوات ساعت انرژی را به خطوط لوله گاز این كشور تزریق كرده‌اند. او از واحدهای تبدیل فضولات به گاز در اروپا بازدید کرده است و متذکر می‌شود که دولت آلمان این کار موفق را با سوبسیدهای فدرال به پیش برده است. او می‌دانست این شیوه در آمریکا جواب نمی‌دهد پس به دامداران اجاره پرداخت كرد تا هاضم‌های بی‌هوازی او را در مزارع خود و در مقابل تحویل فضولات مستقر كنند. البته این دامداران منافع دیگری نیز به دست می‌آورند و آن یک ته‌مانده مایع است که به عنوان کود کاربرد داشته و بویی نیز ندارد. بدون بو بودن این کود نیز نکته مهمی است چون در گذشته این دامداران با پخش‌كردن این فضولات در زمین‌های كشاورزی خود از شر آنها راحت می‌شدند و این فضولات به رشد محصولات کشاورزی کمک می‌کردند، ولی این بو در مناطق روستایی و حاشیه شهرها بسیار آزاردهنده بود. آقای «هانسلمن» معتقد است که شراکت با شرکت دامینیون بر هاضم‌هایی متمرکز خواهد بود که قادرند فضولات را از دامداران جمع‌آوری کرده و تجزیه كنند. کمپانی آقای «هانسلمن» بر یک موضوع دیگر نیز متمرکز شده و آن شرکت‌هایی است که «سبزبودن» برای آنها مهم است. در صدر این لیست، کالج میدلبوری در ورمونت قرار دارد که حدود شش مایل از هاضم‌های شرکت Vanguard فاصله دارد و این شرکت یک خط لوله جهت انتقال گاز به این کالج ساخته است. باید توجه داشت که کالج میدلبوری با استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر مرسوم مثل انرژی خورشید و باد، فقط می‌توانست انتشار گازهای گلخانه‌ای خودش را جبران کند، ولی با احداث این خط لوله جدید، این کالج به زودی طلبکار نیز خواهد شد و اصطلاحا «کربن‌منفی» می‌شود و می‌تواند تأثیرات اقلیمی دیگر انتشاردهندگان را نیز جبران كند. آقای «هانسلمن» در این خصوص می‌گوید: «رهبرانی با تحصیلات بالاتر وجود دارند که می‌خواهند تا حد امکان سبز باشند». ScientificAmerican, Mar. 2020