مشروب أسود

في الكيمياء الصناعية ، يُعد السائل الأسود منتجًا ثانويًا من عملية كرافت عند هضم لب الخشب وتحويله إلى لب الورق ، حيث يتم إزالة اللجنين والهيميسليلوز والمستخلصات الأخرى من الخشب لتحرير ألياف السليلوز . ^{[ 1 ]}

المادة المكافئة في عملية الكبريتيت تسمى عادة السائل البني، ولكن يتم استخدام مصطلحات السائل الأحمر والسائل السميك وسائل الكبريتيت أيضًا.

يتم إنتاج ما يقرب من سبعة أطنان من السائل الأسود في عملية تصنيع طن واحد من اللب. ^{[ 2 ]}

السائل الأسود عبارة عن معلق مائي من بقايا اللجنين والهيميسليلوز والمواد الكيميائية غير العضوية المستخدمة في العملية. يتكون السائل الأسود من 15% مواد صلبة وزناً، ثلثاها مواد كيميائية عضوية والباقي مواد غير عضوية. ^{[ 3 ]} عادةً ما تكون المواد العضوية في السائل الأسود على النحو التالي: 40-45% صابون ، ^{[ 4 ]} 35-45% لجنين، و10-15% مواد عضوية أخرى.

تتكون المادة العضوية في السائل الأسود من مكونات تحلل الخشب القابلة للذوبان في الماء/القلويات. [ 1 ^{] يتحلل اللجنين} إلى أجزاء أصغر، ويحتوي على نسبة كبريت تتراوح بين 1-2% ونسبة صوديوم تبلغ حوالي 6% من المواد الصلبة الجافة. وتُستخلص من هذه المواد صابون زيت الصنوبر وزيت التربنتين الخام .

تُستخدم مكونات اللجنين المتبقية حاليًا في التحويل المائي أو الحراري أو الحرق فقط. يتميز السائل الأسود الطازج بقاعديته العالية وقدرته العالية على الاختزال (تفاعله مع الهواء). تتأثر بعض خصائصه التفصيلية بنوع الأشجار المصدرية، مثل الأخشاب اللينة مقابل الأخشاب الصلبة. ^{[ 5 ]} ونظرًا لهذه الخصائص، يُشكل إطلاق السائل الأسود تهديدًا بيئيًا. ^{[ 6 ]}

كانت مصانع لب الورق الكرافت المبكرة تُصرّف السائل الأسود إلى المجاري المائية. يُعدّ السائل الأسود سامًا للغاية للحياة المائية، ويُسبّب لونًا داكنًا جدًا يشبه الكراميل في الماء. شكّل اختراع غلاية الاسترجاع على يد جي إتش توملينسون في أوائل ثلاثينيات القرن العشرين علامة فارقة في تطوير عملية الكرافت. ^{[ 7 ]}

بحلول تسعينيات القرن الماضي، كانت معظم مصانع لب الورق تستهلك تقريبًا كامل مخلفات السائل الأسود ^{[ 8 ]} ، وتُعالج المتبقي منها في محطات المعالجة البيولوجية، مما قلل من الأثر البيئي لمياه الصرف الصحي إلى ما دون مستوى الأهمية العلمية، باستثناء ربما بعض الجداول الصغيرة جدًا. وحتى في القرن الحادي والعشرين، بقيت بعض مصانع لب الورق الصغيرة (التي تنتج بضعة أطنان من اللب يوميًا على الأكثر) والتي كانت تُصرّف كامل السائل الأسود. إلا أن هذه المصانع تتلاشى بسرعة. ففي عام 2007، كانت بعض مصانع لب الورق، وخاصة في أمريكا الشمالية، لا تزال تسترجع أقل من 98% من السائل الأسود، مما قد يُسبب بعض التلوث البيئي، حتى بعد المعالجة البيولوجية. ويتجه التوجه العام نحو تحديث هذه المصانع القديمة أو إغلاقها.

في أغسطس 2011، وقع حادث نفوق جماعي للأسماك والرخويات في نهر بيرل عندما قام مصنع ورق مجاور في لويزيانا بتصريف سائل أسود عن طريق الخطأ بسبب مشكلة في نظام معالجة مياه الصرف الصحي. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

يحتوي السائل الأسود على أكثر من نصف محتوى الطاقة في الخشب المُغذّى إلى مُخمّر مصنع لب الورق الكرافت. ^{[ 11 ]} يُركّز عادةً إلى 65-80% باستخدام مُبخّرات متعددة التأثير ، ثم يُحرق في غلاية استرجاع لإنتاج الطاقة واستعادة المواد الكيميائية المستخدمة في الطهي. تزداد اللزوجة مع زيادة التركيز. عند حوالي 50-55% من المواد الصلبة، يتم الوصول إلى حد ذوبان الأملاح. ^{[ 12 ]} يُعد زيت الصنوبر منتجًا ثانويًا هامًا يُفصل عن السائل الأسود بالكشط قبل دخوله إلى المُبخّرات أو بعد المرحلة الأولى من التبخير.

يُستخدم كمادة خام للوقود الحيوي

التغويز

طُوّرت طرق جديدة لتحويل النفايات إلى طاقة، بهدف استعادة الطاقة الموجودة في السائل الأسود واستخدامها. يتميز استخدام تغويز السائل الأسود بإمكانية تحقيق كفاءة طاقة إجمالية أعلى من غلاية الاستعادة التقليدية، مع توليد غاز اصطناعي غني بالطاقة من السائل. يمكن حرق هذا الغاز الاصطناعي في دورة مركبة لتوربينات الغاز لإنتاج الكهرباء (يُشار إليها عادةً باسم BLGCC، وهي اختصار لدورة تغويز السائل الأسود المركبة؛ على غرار IGCC )، أو تحويله من خلال عمليات تحفيزية إلى مواد كيميائية أو وقود مثل الميثانول ، أو ثنائي ميثيل الإيثر (DME)، أو ديزل فيشر-تروبش (يُشار إليه عادةً باسم BLGMF، وهو اختصار لتغويز السائل الأسود لوقود المحركات). تعمل تقنية التغويز هذه حاليًا في محطة تجريبية بقدرة 3 ميغاواط في منشأة الاختبار التابعة لشركة Chemrec ^{[ 13 ]} في بيتييا ، السويد . ستُضاف خطوة تصنيع ثنائي ميثيل الإيثر في عام 2011.في مشروع "BioDME"، المدعوم من قبل البرنامج الإطاري السابع للمفوضية الأوروبية (FP7) ووكالة الطاقة السويدية . ^{[ 14 ]}

وقد ثبت أن طريقة تغويز السائل الأسود، المستخدمة في إنتاج الوقود الحيوي، تتمتع بكفاءة تحويل عالية للغاية وإمكانية خفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري . ^{[ 15 ]}

التسييل الحراري المائي

يُعد التسييل الحراري المائي مناسبًا لتحويل السائل الأسود إلى وقود حيوي متطور نظرًا لقدرة هذه العملية على التعامل مع كميات كبيرة من الرطوبة. ^{[ 16 ]}

استخلاص اللجنين

عندما تكون سعة غلاية الاستخلاص محدودة، ويشكل ذلك عائقاً في مصنع اللب ، يمكن استخلاص اللجنين من السائل الأسود، ثم تصديره أو استخدامه كوقود في فرن الجير بالمصنع . وهذا غالباً ما يحل محل الوقود الأحفوري بالوقود الحيوي.

تم توسيع نطاق الإعفاء الضريبي الذي أقره الكونغرس الأمريكي عام 2005 كجزء من قانون الطرق السريعة لعام 2005، والذي كان يهدف إلى تشجيع ودعم استخدام الوقود السائل البديل المشتق من الهيدروكربونات في قطاع النقل، ليشمل في عام 2007 استخدامات الوقود السائل البديل المشتق من الكتلة الحيوية في قطاعات أخرى غير النقل. ونتيجةً لهذا التغيير، أصبح منتجو لب الورق الكرافت مؤهلين للحصول على هذا الإعفاء الضريبي، بالإضافة إلى مصانع معالجة الأسماك، ومصانع معالجة مخلفات الحيوانات، ومصانع تعبئة اللحوم، وذلك بفضل إنتاجهم واستخدامهم للسائل الأسود لتوليد الطاقة. وبالنسبة لشركة كبيرة واحدة ( إنترناشونال بيبر )، قد تصل قيمة هذه الفوائد إلى 3.7 مليار دولار أمريكي. ^{[ 8 ] [ 17 ]} وفي مايو 2009، أعلنت شركة وييرهاوزر أنها تسعى أيضاً للحصول على هذا الإعفاء الضريبي. ^{[ 18 ]} انتقد بعض محللي صناعة الورق ^{[ 19 ]} أهلية صناعة الورق للحصول على الإعفاء الضريبي لمزيج الوقود البديل، بحجة أنه يزيد من استخدام الوقود الأحفوري. إلا أن الصناعة ردت بأن إضافة الوقود الأحفوري شرطٌ من شروط القانون، وأنه بغض النظر عن ذلك، فإن هذا لا يؤدي إلى زيادة صافية في استخدام الوقود الأحفوري، إذ أن الشركات ببساطة تستبدل الوقود الأحفوري الموجود الذي تخلطه بالفعل مع السائل الأسود - الغاز الطبيعي - بأحد أنواع الوقود الثلاثة المحددة في القانون: البنزين أو الكيروسين أو الديزل. وقد انتهى العمل بالإعفاء الضريبي للوقود الحيوي للسائل الأسود في 1 يناير 2010.