التغويز

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 15 صور
الموسوعة الحرة
جزء من سلسلة عن
الطاقة المستدامة
A car drives past 4 wind turbines in a field, with more on the horizon
الحفاظ على الطاقة
Renewable energy
Sustainable transport
  •  Category
  • icon Renewable energy portal
  • v
  • t
  • e

التغويز هو عملية تحويل المواد الكربونية القائمة على الكتلة الحيوية - أو الوقود الأحفوري - إلى غازات، بما في ذلك أكبر الكسور: النيتروجين (N 2 )، وأول أكسيد الكربون (CO)، والهيدروجين (H 2 )، وثاني أكسيد الكربون (CO 2 ). يتم تحقيق ذلك عن طريق تفاعل مادة الخام في درجات حرارة عالية (عادةً >700 درجة مئوية)، دون احتراق، من خلال التحكم في كمية الأكسجين و/أو البخار الموجود في التفاعل. يُطلق على خليط الغاز الناتج اسم الغاز الاصطناعي (من غاز التوليف) أو غاز المنتج وهو في حد ذاته وقود بسبب قابلية اشتعال H 2 وCO الذي يتكون منه الغاز إلى حد كبير. يمكن الحصول على الطاقة من الاحتراق اللاحق للغاز الناتج، ويعتبر مصدرًا للطاقة المتجددة إذا تم الحصول على المركبات الغازية من مادة خام الكتلة الحيوية. [1] [2] [3] [4]

من مزايا التغويز أن الغاز الاصطناعي يمكن أن يكون أكثر كفاءة من الاحتراق المباشر لمادة التغذية الأصلية لأنه يمكن احتراقه في درجات حرارة أعلى بحيث يكون الحد الأعلى الديناميكي الحراري للكفاءة الذي تحدده قاعدة كارنو أعلى. يمكن أيضًا استخدام الغاز الاصطناعي كمصدر للهيدروجين في خلايا الوقود، ومع ذلك فإن الغاز الاصطناعي الذي تنتجه معظم أنظمة التغويز يتطلب معالجة وإصلاحًا إضافيين لإزالة الملوثات والغازات الأخرى مثل أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون ليكون مناسبًا لاستخدام خلايا الوقود منخفضة الحرارة، ولكن خلايا وقود الأكسيد الصلب عالية الحرارة قادرة على قبول مخاليط من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون والبخار والميثان بشكل مباشر. [5]

يتم حرق الغاز الاصطناعي بشكل شائع مباشرة في محركات الغاز ، ويستخدم لإنتاج الميثانول والهيدروجين، أو تحويله عبر عملية فيشر-تروبش إلى وقود صناعي . بالنسبة لبعض المواد، يمكن أن يكون التغويز بديلاً عن مكبات النفايات والحرق، مما يؤدي إلى انخفاض انبعاثات الملوثات الجوية مثل الميثان والجسيمات . تهدف بعض عمليات التغويز إلى تنقية عناصر الرماد المسببة للتآكل مثل الكلوريد والبوتاسيوم ، مما يسمح بإنتاج غاز نظيف من مواد خام إشكالية بخلاف ذلك. يستخدم تغويز الوقود الأحفوري حاليًا على نطاق واسع على نطاق صناعي لتوليد الكهرباء. يمكن أن يولد التغويز كميات أقل من بعض الملوثات مثل SO x و NO x مقارنة بالاحتراق. [6]

تاريخ

أدلر دبلوماسي 3 مع مولد غاز (1941)

تم إنتاج الطاقة على نطاق صناعي عن طريق التغويز منذ أوائل القرن التاسع عشر. في البداية تم تحويل الفحم والجفت إلى غاز لإنتاج غاز المدينة للإضاءة والطهي، مع تركيب أول إضاءة عامة للشوارع في بال مول، لندن في 28 يناير 1807، وانتشرت بعد فترة وجيزة لتزويد معظم المدن الصناعية بالإضاءة الغازية التجارية حتى نهاية القرن التاسع عشر [7] عندما تم استبدالها بالإضاءة الكهربائية. استمر استخدام التغويز والغاز الاصطناعي في أفران الصهر وبشكل أكثر أهمية في إنتاج المواد الكيميائية الاصطناعية حيث تم استخدامه منذ عشرينيات القرن العشرين. تركت آلاف المواقع بقايا سامة. تم إصلاح بعض المواقع، بينما لا تزال مواقع أخرى ملوثة. [8]

خلال الحربين العالميتين ، وخاصة الحرب العالمية الثانية ، عادت الحاجة إلى الوقود المنتج عن طريق التغويز إلى الظهور بسبب نقص البترول. [9] تم استخدام مولدات غاز الخشب ، والتي تسمى Gasogene أو Gazogène، لتشغيل المركبات الآلية في أوروبا . بحلول عام 1945، كانت هناك شاحنات وحافلات وآلات زراعية تعمل بالتغويز. ويقدر أنه كان هناك ما يقرب من 9000000 مركبة تعمل بالغاز المنتج في جميع أنحاء العالم.

مثال آخر، كانت سيارة Xe than (حرفيًا "سيارة الفحم" باللغة الفيتنامية ) عبارة عن حافلة صغيرة تم تحويلها للعمل بالفحم بدلاً من البنزين . استعاد هذا التعديل شعبيته في فيتنام خلال فترة الدعم ، عندما كان البنزين في نقص. أصبحت سيارة Xe than أقل شيوعًا خلال فترة Đổi Mới ، عندما أصبح البنزين متاحًا على نطاق واسع مرة أخرى.

التفاعلات الكيميائية

في جهاز الغاز، تخضع المادة الكربونية للعديد من العمليات المختلفة:

التحلل الحراري للوقود الكربوني
تحويل الفحم إلى غاز
  1. تحدث عملية إزالة الماء أو التجفيف عند حوالي 100 درجة مئوية. وعادة ما يختلط البخار الناتج بتدفق الغاز وقد يشارك في تفاعلات كيميائية لاحقة، وخاصة تفاعل الماء والغاز إذا كانت درجة الحرارة مرتفعة بدرجة كافية (انظر الخطوة رقم 5).
  2. تحدث عملية التحلل الحراري (أو إزالة التطاير) عند درجة حرارة تتراوح بين 200 و300 درجة مئوية. يتم إطلاق المواد المتطايرة وإنتاج الفحم ، مما يؤدي إلى فقدان ما يصل إلى 70٪ من وزن الفحم. تعتمد العملية على خصائص المادة الكربونية وتحدد بنية وتكوين الفحم، والذي سيخضع بعد ذلك لتفاعلات التغويز.
  3. تحدث عملية الاحتراق عندما تتفاعل المنتجات المتطايرة وبعض الفحم مع الأكسجين لتكوين ثاني أكسيد الكربون بشكل أساسي وكميات صغيرة من أول أكسيد الكربون، والذي يوفر الحرارة لتفاعلات التغويز اللاحقة. إذا افترضنا أن C يمثل مركبًا عضويًا يحتوي على الكربون ، فإن التفاعل الأساسي هنا هو C + O 2 → CO 2 .
  4. تتم عملية التغويز عندما يتفاعل الفحم مع البخار وثاني أكسيد الكربون لإنتاج أول أكسيد الكربون والهيدروجين، عن طريق التفاعلات C + H 2 O → H 2 + CO و C + CO 2 → 2CO.
  5. بالإضافة إلى ذلك، يصل تفاعل تحول الطور الغازي العكسي بين الماء والغاز إلى حالة التوازن بسرعة كبيرة عند درجات الحرارة في المولد الغازي. وهذا يوازن تركيزات أول أكسيد الكربون والبخار وثاني أكسيد الكربون والهيدروجين: CO + H 2 O ⇌ CO 2 + H 2 .

في الأساس، يتم إدخال كمية محدودة من الأكسجين أو الهواء إلى المفاعل للسماح بـ "حرق" بعض المواد العضوية لإنتاج ثاني أكسيد الكربون والطاقة، مما يدفع إلى تفاعل ثانٍ يحول المزيد من المواد العضوية إلى هيدروجين وثاني أكسيد كربون إضافي. تحدث تفاعلات أخرى عندما يتفاعل أول أكسيد الكربون المتكون والماء المتبقي من المادة العضوية لتكوين الميثان وثاني أكسيد الكربون الزائد (4CO + 2H 2 O → CH 4 + 3CO 2 ). يحدث هذا التفاعل الثالث بوفرة أكبر في المفاعلات التي تزيد من زمن إقامة الغازات التفاعلية والمواد العضوية، وكذلك الحرارة والضغط. تُستخدم المحفزات في المفاعلات الأكثر تطورًا لتحسين معدلات التفاعل، وبالتالي تحريك النظام أقرب إلى توازن التفاعل لزمن إقامة ثابت.

العمليات

أنواع الغازات الرئيسية

تتوفر حاليًا عدة أنواع من المولدات الغازية للاستخدام التجاري: سرير ثابت مضاد للتيار، سرير ثابت متزامن التيار، سرير مائع ، تدفق محمول، بلازما، وجذور حرة. [1] [10] [11] [12]

مولد غاز ثابت يعمل بعكس التيار ("تيار صاعد")

سرير ثابت من الوقود الكربوني (مثل الفحم أو الكتلة الحيوية) يتدفق من خلاله "عامل التغويز" (البخار والأكسجين و/أو الهواء) في تكوين معاكس للتيار. [13] تتم إزالة الرماد إما في حالة جافة أو كخبث . تحتوي مولدات الغاز الخبثية على نسبة أقل من البخار إلى الكربون، [14] مما يحقق درجات حرارة أعلى من درجة حرارة اندماج الرماد. تعني طبيعة مولد الغاز أن الوقود يجب أن يتمتع بقوة ميكانيكية عالية ويجب أن يكون مثاليًا غير متكتل حتى يشكل سريرًا نافذًا، على الرغم من أن التطورات الأخيرة قد قللت من هذه القيود إلى حد ما. [ بحاجة لمصدر ] الإنتاجية لهذا النوع من مولدات الغاز منخفضة نسبيًا. الكفاءة الحرارية عالية حيث تكون درجات الحرارة عند مخرج الغاز منخفضة نسبيًا. ومع ذلك، فإن هذا يعني أن إنتاج القطران والميثان كبير في درجات حرارة التشغيل النموذجية، لذلك يجب تنظيف غاز المنتج على نطاق واسع قبل الاستخدام. يمكن إعادة تدوير القطران إلى المفاعل.

في تحويل الكتلة الحيوية الدقيقة غير المكثفة إلى غاز مثل قشور الأرز ، من الضروري نفخ الهواء في المفاعل بواسطة مروحة. وهذا يخلق درجة حرارة تحويل عالية جدًا، تصل إلى 1000 درجة مئوية. فوق منطقة التحويل إلى غاز، تتشكل طبقة من الفحم الناعم والساخن، ومع ضخ الغاز عبر هذه الطبقة، يتم تكسير معظم الهيدروكربونات المعقدة إلى مكونات بسيطة من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون. [15]

مولد غازي ثابت متزامن ("مسودة هابطة")

يشبه النوع المضاد للتيار، لكن غاز عامل التغويز يتدفق في تكوين تيار متزامن مع الوقود (إلى الأسفل، ومن هنا جاء اسم "مولد الغاز ذي التيار الهابط"). يلزم إضافة الحرارة إلى الجزء العلوي من السرير، إما عن طريق حرق كميات صغيرة من الوقود أو من مصادر حرارة خارجية. يترك الغاز الناتج مولد الغاز عند درجة حرارة عالية، وغالبًا ما يتم نقل معظم هذه الحرارة إلى عامل التغويز المضاف في الجزء العلوي من السرير، مما يؤدي إلى كفاءة طاقة على قدم المساواة مع النوع المضاد للتيار. نظرًا لأن جميع القطران يجب أن يمر عبر سرير ساخن من الفحم في هذا التكوين، فإن مستويات القطران أقل بكثير من النوع المضاد للتيار.

مفاعل السرير المميّع

تصور لمنشأة التغويز المميعة المقترحة في أمستردام والمصممة لتحويل المواد النفايات إلى وقود حيوي [16]

يتم تحويل الوقود إلى سائل في الأكسجين والبخار أو الهواء. تتم إزالة الرماد جافًا أو على شكل تكتلات ثقيلة تذوب في السائل. تكون درجات الحرارة منخفضة نسبيًا في أجهزة تحويل الرماد الجاف، لذا يجب أن يكون الوقود شديد التفاعل؛ والفحم منخفض الدرجة مناسب بشكل خاص. تتمتع أجهزة تحويل الرماد المتكتلة بدرجات حرارة أعلى قليلاً، وهي مناسبة للفحم عالي الرتبة. يكون معدل إنتاج الوقود أعلى من معدل إنتاج الوقود في السرير الثابت، ولكنه ليس مرتفعًا مثل جهاز تحويل الوقود ذي التدفق المحصور. يمكن أن تكون كفاءة التحويل منخفضة إلى حد ما بسبب تطاير المواد الكربونية. يمكن استخدام إعادة تدوير المواد الصلبة أو احتراقها لاحقًا لزيادة التحويل. تعد أجهزة تحويل الرماد المميعة مفيدة للغاية للوقود الذي يشكل رمادًا شديد التآكل من شأنه أن يتلف جدران أجهزة تحويل الرماد. تحتوي وقود الكتلة الحيوية عمومًا على مستويات عالية من الرماد التآكلي.

تستخدم مولدات الغاز ذات السرير المميّع مادة السرير الخاملة في حالة مميّعة تعمل على تعزيز توزيع الحرارة والكتلة الحيوية داخل مولد الغاز. في الحالة المميّعة، تكون سرعة السائل السطحي أكبر من الحد الأدنى لسرعة السيولة المطلوبة لرفع مادة السرير ضد وزن السرير. تنقسم مولدات الغاز ذات السرير المميّع إلى مولدات غاز ذات سرير مميّع فقاعيّ (BFB) ومولدات غاز ذات سرير مميّع دائري (CFB) ومولدات غاز ذات سرير مميّع مزدوج (DFB).

مولد الغاز ذو التدفق المدمج

يتم تحويل مادة صلبة مسحوقة جافة أو وقود سائل مذرّر أو خليط وقود إلى غاز باستخدام الأكسجين (وهو أقل شيوعًا: الهواء) في تدفق متزامن. تحدث تفاعلات التحويل إلى غاز في سحابة كثيفة من الجسيمات الدقيقة للغاية. معظم أنواع الفحم مناسبة لهذا النوع من الغاز بسبب درجات حرارة التشغيل العالية ولأن جزيئات الفحم منفصلة جيدًا عن بعضها البعض.

تعني درجات الحرارة والضغوط المرتفعة أيضًا أنه يمكن تحقيق إنتاجية أعلى، إلا أن الكفاءة الحرارية أقل إلى حد ما حيث يجب تبريد الغاز قبل أن يمكن تنظيفه باستخدام التكنولوجيا الحالية. تعني درجات الحرارة المرتفعة أيضًا عدم وجود القطران والميثان في غاز المنتج؛ إلا أن متطلبات الأكسجين أعلى من الأنواع الأخرى من المولدات الغازية. تزيل جميع المولدات الغازية ذات التدفق المحصور الجزء الأكبر من الرماد كخبث حيث تكون درجة حرارة التشغيل أعلى بكثير من درجة حرارة اندماج الرماد.

يتم إنتاج جزء أصغر من الرماد إما على شكل رماد متطاير جاف ناعم للغاية أو على شكل ملاط ​​رماد متطاير أسود اللون. يمكن لبعض أنواع الوقود، وخاصة أنواع معينة من الكتلة الحيوية، أن تشكل خبثًا تآكليًا للجدران الداخلية الخزفية التي تعمل على حماية الجدار الخارجي للمولد الغازي. ومع ذلك، فإن بعض مولدات الغاز ذات التدفق المحصور لا تمتلك جدارًا داخليًا خزفيًا ولكنها تحتوي على جدار داخلي مبرد بالماء أو بالبخار مغطى بخبث متصلب جزئيًا. لا تعاني هذه الأنواع من مولدات الغاز من الخبث التآكلي.

تحتوي بعض أنواع الوقود على رماد بدرجات حرارة انصهار عالية جدًا. في هذه الحالة، يتم خلط الحجر الجيري في الغالب بالوقود قبل التغويز. عادةً ما تكون إضافة القليل من الحجر الجيري كافية لخفض درجات حرارة الانصهار. يجب أن تكون جزيئات الوقود أصغر بكثير من الأنواع الأخرى من المولدات الغازية. هذا يعني أنه يجب سحق الوقود، الأمر الذي يتطلب طاقة أكبر إلى حد ما من الأنواع الأخرى من المولدات الغازية. إن أكثر ما يستهلك الطاقة فيما يتعلق بالتغويز بالتدفق المحصور ليس طحن الوقود ولكن إنتاج الأكسجين المستخدم للتغويز.

مُغوِّز البلازما

في جهاز التغويز البلازمي، يتم تغذية تيار عالي الجهد إلى الشعلة، مما يؤدي إلى إنشاء قوس حراري عالي الحرارة. يتم استرداد البقايا غير العضوية على شكل مادة تشبه الزجاج.

المواد الخام

هناك عدد كبير من أنواع المواد الخام المختلفة للاستخدام في مولد الغاز، ولكل منها خصائص مختلفة، بما في ذلك الحجم والشكل والكثافة الظاهرية ومحتوى الرطوبة ومحتوى الطاقة والتركيب الكيميائي وخصائص اندماج الرماد وتجانس كل هذه الخصائص. يتم استخدام الفحم وفحم البترول كمواد خام أساسية للعديد من مصانع الغاز الكبيرة في جميع أنحاء العالم. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تحويل مجموعة متنوعة من المواد الخام المشتقة من الكتلة الحيوية والنفايات إلى غاز، مع استخدام حبيبات الخشب والرقائق والخشب المهدور والبلاستيك والألمنيوم والنفايات الصلبة البلدية (MSW) والوقود المشتق من النفايات (RDF) والنفايات الزراعية والصناعية وحمأة الصرف الصحي وعشب السويتش وبذور الذرة المهملة وقش الذرة وبقايا المحاصيل الأخرى. [1]

طورت شركة Chemrec عملية لتحويل السائل الأسود إلى غاز . [17]

التخلص من النفايات

مفاعل HTCW، أحد عمليات تحويل النفايات إلى غاز المقترحة

تتمتع عملية تحويل النفايات إلى غاز بالعديد من المزايا مقارنة بالحرق:

  • من الممكن إجراء التنظيف الشامل اللازم لغاز المداخن على الغاز الاصطناعي بدلاً من الحجم الأكبر بكثير من غاز المداخن بعد الاحتراق.
  • يمكن توليد الطاقة الكهربائية في المحركات والتوربينات الغازية ، وهي أرخص بكثير وأكثر كفاءة من دورة البخار المستخدمة في حرق النفايات. حتى خلايا الوقود يمكن استخدامها، ولكنها تتطلب متطلبات صارمة فيما يتعلق بنقاء الغاز.
  • قد تؤدي المعالجة الكيميائية ( تحويل الغاز إلى سوائل ) للغاز الاصطناعي إلى إنتاج أنواع أخرى من الوقود الاصطناعي بدلاً من الكهرباء.
  • تقوم بعض عمليات التغويز بمعالجة الرماد المحتوي على معادن ثقيلة عند درجات حرارة عالية جدًا بحيث يتم إطلاقه في صورة زجاجية ومستقرة كيميائيًا.

إن التحدي الرئيسي الذي تواجهه تقنيات تحويل النفايات إلى غاز هو الوصول إلى كفاءة كهربائية إجمالية مقبولة (إيجابية). ويتم مواجهة الكفاءة العالية لتحويل الغاز الاصطناعي إلى طاقة كهربائية من خلال استهلاك كبير للطاقة في معالجة النفايات الأولية، واستهلاك كميات كبيرة من الأكسجين النقي (الذي يستخدم غالبًا كعامل تحويل إلى غاز)، وتنظيف الغاز. ويتمثل أحد التحديات الأخرى التي تصبح واضحة عند تنفيذ العمليات في الحياة الواقعية في الحصول على فترات خدمة طويلة في المصانع، بحيث لا يكون من الضروري إغلاق المصنع كل بضعة أشهر لتنظيف المفاعل.

وقد أطلق المدافعون عن البيئة على عملية التغويز اسم "حرق النفايات في هيئة متنكر" ويزعمون أن هذه التكنولوجيا لا تزال تشكل خطراً على جودة الهواء والصحة العامة. ووفقاً للتحالف العالمي لبدائل محارق النفايات، فإن "العديد من المقترحات المتعلقة بمرافق معالجة النفايات التي تأمل في استخدام تقنيات التغويز فشلت منذ عام 2003 في الحصول على الموافقة النهائية على التشغيل عندما لم تصمد ادعاءات أصحاب المشروع أمام التدقيق العام والحكومي للمطالبات الرئيسية". [18] وقد شهدت إحدى المرافق التي عملت من عام 2009 إلى عام 2011 في أوتاوا 29 "حادث انبعاثات" و13 "انسكاباً" خلال تلك السنوات الثلاث. كما لم تتمكن من العمل إلا بنسبة 25% تقريباً من الوقت. [19]

تم اقتراح العديد من عمليات تحويل النفايات إلى غاز، ولكن القليل منها تم بناؤه واختباره حتى الآن، ولم يتم تنفيذ سوى عدد قليل منها كمصانع لمعالجة النفايات الحقيقية، وفي معظم الأحيان بالاشتراك مع الوقود الأحفوري. [20]

لقد كان أحد المصانع (في تشيبا باليابان، يستخدم عملية Thermoselect [21] ) يعالج النفايات الصناعية بالغاز الطبيعي والأكسجين النقي منذ عام 2000، لكنه لم يوثق بعد إنتاجًا إيجابيًا للطاقة الصافية من هذه العملية.

في عام 2007، أقامت شركة زي-جين منشأة تجريبية لتحويل النفايات إلى غاز في نيو بيدفورد، ماساتشوستس . صُممت المنشأة لإثبات تحويل مجاري نفايات غير بلدية محددة إلى غاز باستخدام تحويل المعادن السائلة إلى غاز . [22] جاءت هذه المنشأة بعد معارضة عامة واسعة النطاق أدت إلى تأجيل خطط لإنشاء مصنع مماثل في أتلوبورو، ماساتشوستس . [23] يبدو أن شركة زي-جين اليوم أصبحت غير نشطة، وتم إغلاق موقع الشركة على الويب في عام 2014. [24]

وفي الولايات المتحدة أيضًا، في عام 2011، تم اختبار نظام بلازما قدمته شركة PyroGenesis Canada Inc. لتحويل النفايات الصلبة البلدية والنفايات الخطرة والنفايات الطبية الحيوية إلى غاز في قاعدة هورلبورت التابعة لقيادة العمليات الخاصة في فلوريدا. وقد تم إغلاق المصنع، الذي بلغت تكلفته 7.4 مليون دولار، [25] وبيعه في مزاد تصفية حكومي في مايو 2013. [26] [27] وكان العرض الافتتاحي 25 دولارًا. وتم إغلاق العرض الفائز.

في ديسمبر 2022، تم افتتاح مصنع سييرا للوقود الحيوي في رينو، نيفادا، لتحويل نفايات مكبات النفايات إلى نفط خام صناعي. [28]

التطبيقات الحالية

يمكن استخدام الغاز الاصطناعي لإنتاج الحرارة وتوليد الطاقة الميكانيكية والكهربائية. ومثله كمثل الوقود الغازي الآخر، يوفر الغاز الاصطناعي سيطرة أكبر على مستويات الطاقة مقارنة بالوقود الصلب، مما يؤدي إلى تشغيل أكثر كفاءة ونظافة.

يمكن أيضًا استخدام الغاز الاصطناعي في المعالجة الإضافية للوقود السائل أو المواد الكيميائية.

حرارة

توفر أجهزة الغاز خيارًا مرنًا للتطبيقات الحرارية، حيث يمكن تركيبها في الأجهزة التي تعمل بالغاز مثل الأفران والمواقد والغلايات وما إلى ذلك ، حيث قد يحل الغاز الاصطناعي محل الوقود الأحفوري. تتراوح قيم التسخين للغاز الاصطناعي عمومًا حول 4-10 ميجا جول/ م 3 .

كهرباء

في الوقت الحالي، يتم استخدام التغويز على نطاق صناعي في المقام الأول لإنتاج الكهرباء من الوقود الأحفوري مثل الفحم، حيث يتم حرق الغاز الاصطناعي في توربين غازي. كما يتم استخدام التغويز صناعيًا في إنتاج الكهرباء والأمونيا والوقود السائل (النفط) باستخدام دورات التغويز المتكاملة المشتركة ( IGCC )، مع إمكانية إنتاج الميثان والهيدروجين لخلايا الوقود. كما تعد دورات التغويز المتكاملة المشتركة طريقة أكثر كفاءة لالتقاط ثاني أكسيد الكربون مقارنة بالتقنيات التقليدية. تعمل محطات العرض لدورات التغويز المتكاملة المشتركة منذ أوائل السبعينيات، ودخلت بعض المحطات التي تم بناؤها في التسعينيات الآن الخدمة التجارية.

الحرارة والطاقة مجتمعة

في التطبيقات التجارية الصغيرة والبناء، حيث يكون مصدر الخشب مستدامًا، تم تركيب 250-1000 كيلووات كهربائية ومحطات جديدة لتحويل الكتلة الحيوية إلى غاز خالٍ من الكربون في أوروبا والتي تنتج غازًا صناعيًا خاليًا من القطران من الخشب وتحرقه في محركات ترددية متصلة بمولد مع استعادة الحرارة. غالبًا ما يُشار إلى هذا النوع من المحطات باسم وحدة توليد الطاقة الحرارية والحرارية من الكتلة الحيوية الخشبية ولكنه عبارة عن محطة بها سبع عمليات مختلفة: معالجة الكتلة الحيوية، وتوصيل الوقود، وتحويل الكتلة الحيوية إلى غاز، وتنظيف الغاز، والتخلص من النفايات، وتوليد الكهرباء واستعادة الحرارة. [29]

وقود النقل

يمكن تشغيل محركات الديزل على وضع الوقود المزدوج باستخدام غاز المنتج. يمكن تحقيق استبدال الديزل بأكثر من 80٪ عند الأحمال العالية و 70-80٪ تحت اختلافات الحمل العادية بسهولة. [30] يمكن أن تعمل محركات الاشتعال بالشرارة وخلايا وقود الأكسيد الصلب على غاز التغويز بنسبة 100٪. [31] [32] [33] يمكن استخدام الطاقة الميكانيكية من المحركات على سبيل المثال لتشغيل مضخات المياه للري أو للاقتران بمولد كهربائي لتوليد الطاقة الكهربائية.

على الرغم من وجود أجهزة التغويز الصغيرة الحجم منذ أكثر من 100 عام، إلا أن المصادر المتاحة للحصول على جهاز جاهز للاستخدام كانت قليلة. وعادة ما تكون الأجهزة الصغيرة الحجم عبارة عن مشاريع يمكن تنفيذها بنفسك . ومع ذلك، تقدم العديد من الشركات في الولايات المتحدة حاليًا أجهزة تغويز لتشغيل محركات صغيرة.

الطاقة المتجددة والوقود

محطة التغويز، جوسينج، النمسا (2001-2015)

من حيث المبدأ، يمكن أن ينشأ التغويز من أي مادة عضوية تقريبًا، بما في ذلك الكتلة الحيوية والنفايات البلاستيكية . يمكن حرق الغاز الاصطناعي الناتج. بدلاً من ذلك، إذا كان الغاز الاصطناعي نظيفًا بدرجة كافية، فيمكن استخدامه لإنتاج الطاقة في محركات الغاز أو توربينات الغاز أو حتى خلايا الوقود، أو تحويله بكفاءة إلى ثنائي ميثيل الأثير (DME) عن طريق تجفيف الميثانول أو الميثان عبر تفاعل ساباتييه أو وقود صناعي يشبه الديزل عبر عملية فيشر-تروبش . في العديد من عمليات التغويز، يتم الاحتفاظ بمعظم المكونات غير العضوية لمادة الإدخال، مثل المعادن والفلزات، في الرماد. في بعض عمليات التغويز (التغويز بالخبث) يكون هذا الرماد على شكل مادة صلبة زجاجية ذات خصائص ترشيح منخفضة ، ولكن صافي إنتاج الطاقة في التغويز بالخبث منخفض (سلبي في بعض الأحيان) والتكاليف أعلى.

وبغض النظر عن شكل الوقود النهائي، فإن عملية التغويز نفسها والمعالجة اللاحقة لا تصدر أو تحبس الغازات المسببة للانحباس الحراري مثل ثاني أكسيد الكربون بشكل مباشر. ومع ذلك، قد يكون استهلاك الطاقة في عمليات التغويز وتحويل الغاز الاصطناعي كبيراً، وقد يتسبب بشكل غير مباشر في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون ؛ وفي عملية التخصيب بالغاز والبلازما، قد يتجاوز استهلاك الكهرباء أي إنتاج للطاقة من الغاز الاصطناعي.

إن احتراق الغاز الاصطناعي أو الوقود المشتق منه ينبعث منه نفس كمية ثاني أكسيد الكربون التي كانت لتنبعث من الاحتراق المباشر للوقود الأولي. ويمكن أن تلعب عملية تحويل الكتلة الحيوية إلى غاز واحتراقها دوراً هاماً في اقتصاد الطاقة المتجددة، لأن إنتاج الكتلة الحيوية يزيل نفس كمية ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي كما ينبعث من عملية تحويل الكتلة الحيوية إلى غاز واحتراق. وفي حين أن تقنيات الوقود الحيوي الأخرى مثل الغاز الحيوي والديزل الحيوي خالية من الكربون ، فإن تحويل الكتلة الحيوية إلى غاز من حيث المبدأ قد يعمل على مجموعة متنوعة من المواد الأولية ويمكن استخدامه لإنتاج مجموعة متنوعة من الوقود الناتج.

يوجد حاليًا عدد قليل من مصانع تحويل الكتلة الحيوية إلى غاز على نطاق صناعي. منذ عام 2008 في سفينليونجا، السويد، تولد محطة تحويل الكتلة الحيوية إلى غاز ما يصل إلى 14 ميجاوات من الحرارة ، مما يزود الصناعات والمواطنين في سفينليونجا بالبخار والتدفئة المركزية على التوالي. يستخدم الغاز وقود الكتلة الحيوية مثل CCA أو الخشب المشبع بالكريوزوت وأنواع أخرى من الخشب المعاد تدويره لإنتاج الغاز الاصطناعي الذي يتم حرقه في الموقع. [34] [35]

تتضمن أمثلة المشاريع التجريبية ما يلي:

  • أنتجت عملية التغويز المزدوج للغاز بقدرة 32 ميجاوات لمشروع GoBiGas في جوتنبرج بالسويد حوالي 20 ميجاوات من الغاز الطبيعي البديل من مخلفات الغابات وغذتها إلى شبكة الغاز الطبيعي منذ ديسمبر 2014. [36] تم إغلاق المصنع بشكل دائم بسبب مشاكل فنية واقتصادية في أبريل 2018. استثمرت شركة جوتنبرج للطاقة 175 مليون يورو في المصنع وفشلت المحاولات المكثفة لبيع المصنع لمستثمرين جدد لمدة عام. [37]
  • تلك الخاصة بشبكة الطاقة المتجددة في النمسا، [38] بما في ذلك محطة تستخدم التغويز المزدوج المائع والتي زودت مدينة جوسينج بـ 2 ميجاوات من الكهرباء، تم إنتاجها باستخدام محركات الغاز الترددية من شركة GE Jenbacher [39] و4 ميجاوات من الحرارة، [40] المولدة من رقائق الخشب، منذ عام 2001. تم إيقاف تشغيل المحطة في عام 2015. [41]
  • وقد أثبت مصنع جو جرين غاز التجريبي في سويندون بالمملكة المتحدة إنتاج الميثان من المواد الخام الناتجة عن النفايات بقدرة 50 كيلو وات. وقد دفع المشروع إلى إنشاء منشأة تجارية بقيمة 25 مليون جنيه إسترليني تهدف إلى توليد 22 جيجا وات/ساعة سنويًا من الغاز الطبيعي عالي الجودة من نفايات الخشب والوقود المشتق من النفايات، ومن المقرر الانتهاء من المشروع في عام 2018. [42]
  • مصنع Chemrec التجريبي في بيتيا الذي أنتج 3 ميجاوات من الغاز الاصطناعي النظيف من تحويل السائل الأسود إلى غاز عن طريق التدفق المحصور. [17] تم إغلاق المصنع بشكل دائم بسبب المشاكل المالية في عام 2016 [43]
  • عملية تحويل الغاز إلى غاز في طبقة سائلة مضغوطة ومتداولة باستخدام طريقة وينكلر عالية الحرارة (HTW). خلال تسعينيات القرن العشرين، تم اختبار عملية تحويل الغاز إلى غاز باستخدام مجموعة متنوعة من المواد الخام المختلفة، بما في ذلك الفحم منخفض الدرجة وأشكال مختلفة من الكتلة الحيوية؛ والخشب، والوقود المشتق من النفايات (RDF)، والنفايات الصلبة البلدية (MSW). تم إغلاق آخر منشأة لتحويل الغاز إلى غاز بشكل دائم في عام 2002. ومنذ عام 2015، تستمر اختبارات العملية في وحدة تجريبية بسعة 0.1 طن/ساعة في جامعة دارمشتات، في حين تم اقتراح وحدات كاملة الحجم أعيد تصميمها في أمستردام وروتردام [44] [45]

انظر أيضا

مراجع

  1. ^ abc المركز الوطني للمحاصيل غير الغذائية . "مراجعة تقنيات تحويل الكتلة الحيوية والنفايات إلى غاز، مشروع NNFCC 09/008" (PDF) . مؤرشف من الأصل (PDF) في 2017-08-10 . تم استرجاعه في 2011-06-24 .
  2. ^ مصدر الطاقة النظيفة والمتجددة، biomass.uk.com، تم الوصول إليه في 16.05.11، محفوظ في 2011-09-10 على موقع Wayback Machine
  3. ^ تحويل الكتلة الحيوية إلى غاز حراري، مهمة الوكالة الدولية للطاقة 33، أرشيف 2011-05-09 على موقع واي باك مشين ، http://www.gastechnology.org، تاريخ الوصول 16.05.11
  4. ^ "تحويل البلازما إلى غاز: وقود متجدد نظيف من خلال تبخير النفايات". www.waste-management-world.com . 7 يناير 2009. مؤرشف من الأصل في 2015-10-29 . تم الاسترجاع في 16 مايو 2011 .
  5. ^ Giddey, S.; Badwal, SPS; Kulkarni, A.; Munnings, C. (يونيو 2012). "مراجعة شاملة لتكنولوجيا خلايا الوقود الكربونية المباشرة". التقدم في علوم الطاقة والاحتراق . 38 (3): 360-399. Bibcode :2012PECS...38..360G. doi :10.1016/j.pecs.2012.01.003.
  6. ^ كريس هيجمان ومارتن فان دير بورجت. التغويز ، الطبعة الثانية، إلسفير (2008).
  7. ^ Breault, Ronald W. (23 فبراير 2010). "عمليات التغويز القديمة والجديدة: مراجعة أساسية للتكنولوجيات الرئيسية". الطاقات . 3 (2): 216-240. doi : 10.3390/en3020216 .
  8. ^ "بعد قرن من الزمان، لا تزال شركات المرافق العامة تواجه مليارات الدولارات من الالتزامات المحتملة بسبب محطات الغاز المصنعة القديمة". Utility Dive . 11 أكتوبر 2021.
  9. ^ مشروع مولد الغاز محفوظ في 18 يونيو 2006 على موقع واي باك مشين تاريخ تكنولوجيا الغازوجين
  10. ^ Beychok, MR, Process and Environmental technology for production SNG and liquid fuels , US EPA report EPA-660/2-75-011, May 1975.
  11. ^ Beychok, MR, تحويل الفحم إلى غاز للحصول على طاقة نظيفة ، خطوط أنابيب الطاقة والأنظمة، مارس 1974
  12. ^ Beychok, MR, تحويل الفحم إلى غاز وعملية الفينوسولفان ، الاجتماع الوطني رقم 168 للجمعية الكيميائية الأمريكية، أتلانتيك سيتي، سبتمبر 1974
  13. ^ Thanapal SS, Annamalai K, Sweeten J, Gordillo G, (2011), “تحويل الكتلة الحيوية للألبان إلى غاز في سرير ثابت باستخدام خليط من الهواء المخصب”. Appl Energy, doi:10.1016/j.apenergy.2011.11.072
  14. ^ كامكا، فرانك؛ جوخمان، أندرياس (يونيو 2005). حالة تطوير تحويل الغاز إلى غاز (PDF) . المؤتمر الدولي في فرايبرغ حول تقنيات IGCC وXtL. المتحدث لوتز بيكارد. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2011-07-19 . تم الاسترجاع في 2011-03-19 .
  15. ^ خان، محمد مويد؛ أمجد، عبد الباسط (2024). "إنتاج الهيدروجين من النفايات البلدية ومزيج الليجنيت منخفض الدرجة". نتائج في الهندسة . 24 : 103495. doi : 10.1016/j.rineng.2024.103495 .
  16. ^ "الميثانول المتقدم في أمستردام".
  17. ^ ab "Under Konstruktion". www.chemrec.se . مؤرشف من الأصل في 2010-08-11 . تم استرجاعه في 2018-12-06 .
  18. ^ "تقرير GAIA" (PDF) . مؤرشف من الأصل (PDF) في 2012-05-03 . تم استرجاعه في 2013-07-10 .
  19. ^ التقرير النهائي لمشروع العرض التوضيحي لمجموعة بلاسكو للطاقة محفوظ في 2011-07-18 على موقع واي باك مشين
  20. ^ دراسات حالة حول التغويز أرشيف 2006-08-04 على موقع واي باك مشين بواسطة وكالة البيئة في إنجلترا وويلز
  21. ^ موقع Thermoselect محفوظ في 2015-05-06 على موقع Wayback Machine — مورد محطة تحويل النفايات إلى غاز
  22. ^ "تعليم الحكومة حب القمامة". GreenTech . 2009-12-14. مؤرشف من الأصل في 2011-06-17 . تم الاسترجاع في 2010-01-07 .
  23. ^ "زي-جين تسحب خططها لبناء مصنع للتحويل إلى غاز في أتلوبورو". صحيفة ذا صن كرونيكل. 24 مايو 2011.
  24. ^ "تم تعليق الموقع - تم إيقاف هذا الموقع لفترة". 22 يناير 2014. مؤرشف من الأصل في 22 يناير 2014.
  25. ^ "Pyrogenesis Perfecting Plasma - Biomassmagazine.com". biomassmagazine.com . مؤرشف من الأصل في 2014-10-23 . تم الاسترجاع في 2018-03-07 .
  26. ^ "نسخة مؤرشفة". مؤرشفة من الأصل في 2018-03-08 . تم استرجاعها في 2018-03-07 .{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)
  27. ^ "وزارة الدفاع الأمريكية تعرض معدات التغويز للبيع بالمزاد - الطاقة المتجددة من النفايات". مؤرشف من الأصل في 18 أكتوبر 2014. تم استرجاعه في 18 أكتوبر 2014 .
  28. ^ "مصنع سييرا للوقود الحيوي". Fulcrum BioEnergy . تم الاسترجاع في 2023-12-15 .
  29. ^ محطات توليد الطاقة المشتركة باستخدام الخشب (CHP/Cogeneration Plants) أرشيف 2011-07-07 على موقع Wayback Machine ، 02.09.09
  30. ^ مراجعة أجهزة التغويز، 04.02.08
  31. ^ الكهرباء من الخشب من خلال الجمع بين التغويز وخلايا الوقود ذات الأكسيد الصلب، أطروحة دكتوراه بقلم فلوريان ناجل، المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ، 2008
  32. ^ توصيف غاز إنتاج الكتلة الحيوية كوقود لمحركات الغاز الثابتة في إنتاج الحرارة والطاقة المشترك، أطروحة دكتوراه بقلم جيسبر أهرينفيلدت، الجامعة التقنية في الدنمارك، مارس 2007
  33. ^ تشغيل Ni-GDC/YSZ/LSM SOFC المدعوم بإلكتروليت عالي الحرارة على غاز منتج غازي من مرحلتين من Viking محفوظ في 17 ديسمبر 2008 على موقع Wayback Machine ، Ph. Hofmann et al . في Journal of Power Sources 173 (2007) 357–366
  34. ^ تسمح عملية التغويز بانبعاثات أقل، وغبار أقل ومرونة أقل في استخدام الوقود Archived 2011-07-14 at the Wayback Machine – أخبار في Elmia Recycling to Energy 2010, 03.03.11
  35. ^ SFC – احتراق خالٍ من السخام: تحويل الكتلة الحيوية إلى غاز على نطاق واسع، 03.03.11
  36. ^ "محطة الغاز الحيوي GoBiGas التابعة لشركة Göteborg Energi تعمل الآن بكامل طاقتها – GoBiGas". gobigas.goteborgenergi.se . مؤرشف من الأصل في 2016-03-05 . تم الاسترجاع في 2015-11-09 .
  37. ^ اليوسفي ، فؤاد (3 أبريل 2018). "الاستثمار في مليار دولار في Gobigas – لا يوجد مشروع آخر". إس في تي نيهيتر . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2018-04-26 . تم الاسترجاع 2018-04-25 .
  38. ^ "RENET – الطريق إلى استقلالية الطاقة". مؤرشف من الأصل في 20 أغسطس 2007. تم استرجاعه في 13 أغسطس 2007 .
  39. ^ Gussing Biomass Power Plant Archived 2012-03-13 at the Wayback Machine , http://www.clarke-energy.com Archived 2018-11-09 at the Wayback Machine , accessed 17.05.2011
  40. ^ "نظام التغويز FICFB". www.ficfb.at . مؤرشف من الأصل في 2018-03-30 . تم استرجاعه في 2018-12-06 .
  41. ^ "التكنولوجيا – GRE". gussingcleanenergy.com . مؤرشف من الأصل في 2018-06-13 . تم الاسترجاع 2018-06-13 .
  42. ^ "الخلفية - gogreengas". gogreengas . مؤرشف من الأصل في 2018-03-08 . تم الاسترجاع 2018-03-07 .
  43. ^ أبراهامسون ، هاكان. "Biobränsleanläggning läggs ner". ني تكنيك . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2018-03-08 . تم الاسترجاع 2018-03-07 .
  44. ^ “مراجع HTW بواسطة GIDARA Energy”.
  45. ^ "تكنولوجيا تحويل المياه إلى غاز من شركة GIDARA Energy".
تحتوي ويكيميديا ​​كومنز على الوسائط المتعلقة بالتحويل إلى غاز.
ابحث عن التغويز في ويكاموس، القاموس الحر.
  • "عملية تحويل الكتلة الحيوية إلى غاز"
  • "مجلس تكنولوجيات التغويز" محفوظ في 2016-01-20 على موقع واي باك مشين
  • "التحويل الحراري للكتلة الحيوية، وكالة الطاقة الدولية"
  • تكنولوجيا التغويز
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Gasification&oldid=1262016500"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate