تبدیل انرژی از فاضلاب
زهره پورنصیری ،سمیراشیرزاد
در حال حاضر مسئله کمبود انرژی از مسائل روز می باشد و بسیاری از کشورهای در حال توسعه، سوخت مورد نیاز خود را از کشورهای دیگر تامین می نمایند. امروزه استفاده از انرژی های دیگر همچون انرژیهای پاک مانند بازیافت انرژی از مواد زائد بعنوان سوخت جایگزین بدلیل ارزان و قابل دسترس بودن و تبدیل سریعتر به انرژی مورد نیاز مورد توجه قرار گرفته است.
اقتصاد انرژی یک زمینه علمی گسترده است که موضوعات مرتبط با عرضه و استفاده از انرژی در جوامع را در بر میگیرد. به دلیل تنوع مسایل و روشهای اعمال شده و مشترک با شماری از زمینههای دانشگاهی، اقتصاد انرژی یک زمینه کامل و مستقل نیست بلکه زیرزمینهای کاربردی از علم اقتصاد است. اقتصاد انرژی همچنین شدیداً به مهندسی، زمین شناسی، علوم سیاسی، بوم شناسی و... انرژی نزدیک میشود. تمرکز اخیر اقتصاد انرژی بر مسایل زیر بوده است: تغییرات اقلیمی و سیاست اقلیمی؛تحلیل ریسک و امنیت عرضه؛ توسعه پایدار؛ بازارهای انرژی و بازارهای برق - آزادسازی یا مقررات زدایی؛ پاسخ به نیاز انرژی و رشد اقتصادی؛ اقتصاد زیرساختهای انرژِی؛ سیاست زیست محیطی؛ سیاست انرژی؛ مشتقات انرژی؛ پیش بینی تقاضای انرژی؛ عرضه و تقاضا در بازار انرژی ....
در فرآیند تصفیه فاضلاب به ازای هر فرد تقریبا معادل 50 گرم در روز لجن تولید می شود که می تواند به عنوان منبع انرژی مورد استفاده قرار گیرد. هزینه زیاد دفن لجن معمولا 50 در صد هزینه تصفیه را در بر می گیرد. از طرف دیگر مشکلات ناشی از دفن لجن خسارات جبران ناپذیری را بر محیط زیست و انسان وارد می آورد. لذا مدیریت صحیح دفع لجن حاصل از تصفیه فاضلاب به یکی از چالش های قرن حاضر تبدیل شده است. در سالهای اخیر، استفاده از این لجن جهت تولید انرژی های تجدید پذیر وگرما مورد توجه صنایع مختلف قرار گرفته است. انتخاب روش مناسب جهت بازیابی انرژی از لجن به فن آوری ، امکانات فنی و اقتصادی، نوع و میزان لجن در هر منطقه وابسته است . مدیریت لجن فاضلاب بمنظور تولید انرژی شامل فرآیند های تولید مستقیم انرژی الکتریکی در پیل های میکروبی ، هضم بی هوازی جهت تولید بیو گاز ، سوزاندن لجن به منظور بازیابی انرژی ، تولید سوخت زیستی ، سوزاندن همزمان لجن در نیروگاههای ذغال سنگی، پیرولیز برای تولید هیدرو کربن های سوختی، بکارگیری لجن جهت تهیه مصالح ساختمانی ، اکسیداسیون فوق بحرانی و واکنش حرارتی در محیط آبی به منظور تولید انرژی گرمایی می باشد.
اگر فاضلاب را شخم بزنید، برق تولید میکند!
تصفیه فاضلاب فرایندی به شدت انرژی بر است. اما شاید در آینده نزدیک، تصفیه فاضلاب بتواند انرژی مورد نیاز خود را به تنهایی تامین کرده و حتی راهی برای تولید پلاستیکهای سازگار با محیطزیست تصفیه فاضلاب فرایندی به شدت انرژیبر است. تنها در ایالات متحده آمریکا، تصفیه فاضلاب انرژی معادل برق تولیدی 4 نیروگاه بزرگ این کشور را در سال مصرف میکند. اما شاید وضعیت همیشه به همین منوال باقی نماند و در آینده نزدیک، تصفیه فاضلاب بتواند انرژی مورد نیاز خود را به تنهایی تامین نماید.گروهی به سرپرستی هونگ لیو از دانشگاه ایالتی اورگان طرحهایی را برای سلولهای سوختی میکروبی در سر دارند که انرژی فاضلاب را احیاء، و از محصول جانبی این سلول نیز میتواند برای تولید پلاستیکهای ارزان و زیست تجزیهپذیر (Biodegradable) استفاده شود.
فاضلاب محتوی حجم عظیمی از انرژی است که در میان مولکولهای آلی به دام افتاده است، اما دسترسی به این انرژی دشوار است. سلول سوختی اورگان بر پایه میکروبهایی کار میکند که به طور طبیعی مواد آلی را هضم میکنند تا آب تولید کنند. در یک سلول سوختی فاقد اکسیژن، الکترونهای لازم برای ترکیب با پروتون و اکسیژن و تولید آب، با برقراری اختلاف پتانسیل بین کاتد و آند از درون میکروبها بیرون کشیده میشود و یک جریان الکتریکی ایجاد میکند.
علاوه بر چلاندن مخلوط میکروبها بر روی الکترودها، طرح سلول سوختی اورگان در نظر دارد تا الکترودهای به مراتب بیشتری را نسبت به نمونههای قبلی درون سلول سوختی قرار دهد.
در گذشته نیز محققان از محصولات جانبی تصفیه فاضلاب برای تولید سوخت و گاهی اوقات حتی تولید پلاستیک استفاده میکردند، اما تمام این تلاشها بر روی استفاده از «لجن» متمرکز بودند. از آنجاییکه لجن از اجزای بسیار گوناگونی ساخته شده است، پلاستیک تولیدی آن از پایداری کمتری برخوردار بود. یکی دیگر از محصولات جانبی اصلی که از تصفیه فاضلاب تولید میشود. متانوتروفها -ارگانیزمهای سادهای که از متان تغذیه میکنند- در تبدیل متان به پلیمر، بسیار بهتر از باکتریها در تبدیل شکر به پلاستیک عمل میکنند. متانی که از تصفیهخانه فاضلاب استحصال شده است، به همراه جریانی از اکسیژن و چند ماده غذایی دیگر به درون یک خمره از متانوتروفها پمپ میشود. محصول نهایی یک پودر پلیمری است که میتوان آن را از توده باکتری جدا کرد و آن را به شکل قرصهایی در آورد که برای تولید تجاری محصولات پلاستیکی استفاده میشود. مورس امیدوار است که پلاستیک فاضلابی آنها را بتوان برای تمام کاربردها، از مواد بستهبندی تا محصولات زیبایی استفاده کرد.
تعدادی از دیگر فناوریهای جدید و در حال ظهور است که قادر به تولید انرژی از زباله و سایر سوخت بدون احتراق مستقیم وجود دارد. بسیاری از این فناوری این پتانسیل را دارند که تولید برق بیشتراز همان مقدار سوخت توسط احتراق مستقیم ممکن نخواهد بود. این است که عمدتاً به جدایی از اجزای خورنده (خاکستر) از سوخت تبدیل علت، در نتیجه، درجه حرارت احتراق بالاتر در دیگهای بخار و توربینهای گاز و موتورهای احتراق داخلی و هم چنین سلولهای سوختنی را ایجاد مینماید.