الأحد, 1 يونيو 2025

Energy & Environment

الطاقة الحيوية مصدر متجدد للطاقة من النباتات والحيوانات

ديسمبر 10, 2024

تُعد الطاقة الحيوية مصدرًا متجددًا ومرنًا للطاقة، وقد تم استخدامها منذ آلاف السنين، بدءًا من الطهي على النار المكشوفة وصولًا إلى تشغيل الصناعات الحديثة. تأتي الطاقة الحيوية من المواد العضوية مثل النباتات والحيوانات، وتُعدّ مصدرًا أساسيًا للطاقة المتجددة في العديد من أنحاء العالم. سواء كان استخدامها في التدفئة أو توليد الكهرباء أو كوقود للنقل، تواصل الطاقة الحيوية دورها الحيوي في استهلاك الطاقة عالميًا. ورغم أن حصتها قد تراجعت في السنوات الأخيرة، إلا أن الطاقة الحيوية لا تزال تمثل مصدرًا مهمًا للطاقة، لا سيما في الدول النامية، حيث تلعب دورًا حيويًا في الطهي والتدفئة.

ما هي الطاقة الحيوية؟

الطاقة الحيوية هي أي مادة عضوية يمكن تحويلها إلى طاقة، ويشمل ذلك المواد المشتقة من النباتات والحيوانات. وعلى عكس الوقود الأحفوري، فإن الطاقة الحيوية تعتبر مصدرًا متجددًا، حيث يمكن تجديدها بشكل طبيعي عبر العمليات البيولوجية. تتنوع مصادر الطاقة الحيوية وتتميز بتوافرها الواسع، بدءًا من المحاصيل الزراعية وحتى النفايات، وصولًا إلى النفايات البلدية.

بعض المصادر الشائعة للطاقة الحيوية تشمل:

  • الخشب ونفايات معالجة الخشب: مثل الحطب، والرقائق الخشبية، وبرادة الخشب، والنفايات من مصانع الأثاث والمطاحن.
  • المحاصيل الزراعية ونفاياتها: مثل الذرة، وفول الصويا، وقصب السكر، ونجيل السويتغراس، بالإضافة إلى بقايا محاصيل الطعام والطحالب، وتستخدم لإنتاج الوقود الحيوي.
  • المواد البيولوجية في النفايات الصلبة البلدية: مثل المنتجات الورقية، والمنتجات القطنية والصوفية، والنفايات الغذائية، ونفايات الحدائق، والنفايات الخشبية.
  • روث الحيوانات ومياه الصرف الصحي: تُستخدم هذه المواد لإنتاج الغاز الحيوي (الغاز الطبيعي المتجدد).

الطاقة الحيوية اليوم: مساهم رئيسي

تاريخيًا، كانت الطاقة الحيوية المصدر الأكبر للطاقة في الولايات المتحدة حتى منتصف القرن التاسع عشر، حيث كانت تُستخدم بشكل رئيسي في التدفئة والطهي. وبحلول عام 2023، كانت الطاقة الحيوية تمثل حوالي 5% من إجمالي استهلاك الطاقة الأولية في الولايات المتحدة. ورغم انخفاض حصتها في مزيج الطاقة الحالي، لا تزال الطاقة الحيوية تلعب دورًا حيويًا في العديد من التطبيقات، خاصة في المناطق الريفية والدول النامية حيث تظل مصدرًا أساسيًا للطهي والتدفئة وتوليد الكهرباء.

وفي البلدان المتقدمة، تُستخدم الطاقة الحيوية في توليد الكهرباء، وتدفئة المنازل، بل وحتى كوقود للنقل. في دول مثل الهند والبرازيل وبعض دول أفريقيا، تُعدّ الطاقة الحيوية—غالبًا في شكل خشب أو نفايات زراعية—مصدرًا أساسيًا للطاقة، لا سيما في المناطق الريفية التي تفتقر إلى شبكات الكهرباء.

كيفية تحويل الطاقة الحيوية إلى طاقة

تتمثل مرونة الطاقة الحيوية ليس فقط في تنوع مصادرها، ولكن أيضًا في تعدد العمليات المتاحة لتحويلها إلى طاقة قابلة للاستخدام. يمكن تحويل الطاقة الحيوية إلى طاقة عبر عدة طرق:

  1. الاحتراق المباشر: الطريقة الأكثر شيوعًا، حيث يتم حرق المواد الحيوية مباشرة لإنتاج الحرارة. يمكن استخدام هذه الحرارة للتدفئة المنزلية والصناعية، بالإضافة إلى توليد الكهرباء عبر التوربينات البخارية.
  2. التحويل الكيميائي الحراري: هذه العملية تستخدم الحرارة لتحليل المواد الحيوية إلى عدة أنواع من الوقود:
    • التكليس (التحلل الحراري): يتم تسخين المواد الحيوية إلى درجات حرارة تتراوح بين 400-500 درجة مئوية في غياب الأوكسجين، مما ينتج زيتًا حيويًا، وميثان، وهيدروجين، وفحم.
    • الغازification (التغويز): يتم تسخين المواد العضوية إلى درجات حرارة تتراوح بين 800-900 درجة مئوية في وعاء مع إدخال كميات محكومة من الأوكسجين أو البخار، مما ينتج غازًا غنيًا بكربيد الهيدروجين وأول أكسيد الكربون، يسمى الغاز الاصطناعي أو syngas. يمكن استخدام هذا الغاز لتوليد الكهرباء أو كوقود لمحركات التوربينات أو الخلايا الوقودية.
  3. التحويل الكيميائي: في هذه الطريقة، يتم تحويل المواد الحيوية إلى وقود سائل عبر تفاعلات كيميائية:
    • التحويل إلى الديزل الحيوي: من خلال عملية تُسمى الترانسستريفيكايشن، يتم تحويل الزيوت النباتية والدهون الحيوانية والشحوم إلى استرات الأحماض الدهنية (FAME) لإنتاج الديزل الحيوي.
  4. التحويل البيولوجي: تتضمن هذه الطريقة عمليات بيولوجية لتحويل المواد الحيوية إلى وقود سائل وغازي:
    • التخمير: يتم تخمير المواد الحيوية، مثل المحاصيل الغنية بالسكر مثل الذرة، لإنتاج الإيثانول، وهو وقود حيوي يُستخدم في المركبات.
    • الهضم اللاهوائي: في غياب الأوكسجين، تقوم البكتيريا بتحليل المواد العضوية مثل روث الحيوانات، والنفايات الغذائية، ومياه الصرف الصحي لإنتاج الغاز الحيوي أو الغاز الطبيعي المتجدد. يُستخدم الغاز الحيوي كبديل مباشر للغاز الطبيعي المستخرج من الوقود الأحفوري.

الفوائد البيئية للطاقة الحيوية

تعتبر الطاقة الحيوية بديلًا أكثر نظافة مقارنة بالوقود الأحفوري، وخاصة لأنها تُعدّ مصدرًا محايدًا للكربون. عند حرق أو تحويل المواد الحيوية إلى وقود، يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون (CO2) في الهواء. ومع ذلك، فإن هذا ثاني أكسيد الكربون هو جزء من دورة الكربون الطبيعية، حيث تمتص النباتات CO2 أثناء نموها، وعند حرقها أو معالجتها، يتم إطلاق نفس الكمية التي امتصتها. وهذا يعني أن الطاقة الحيوية يمكن أن تساهم في تقليل الزيادة الصافية في الغازات الدفيئة مقارنة بحرق الوقود الأحفوري، الذي يطلق الكربون المخزون منذ ملايين السنين.

علاوة على ذلك، تقدم الطاقة الحيوية العديد من الفوائد مقارنة بمصادر الطاقة التقليدية:

  • التجدد: تعتبر الطاقة الحيوية متجددة طالما أن معدلات الاستهلاك لا تتجاوز معدلات الإنتاج.
  • تقليل النفايات: توفر الطاقة الحيوية وسيلة للاستفادة من النفايات الزراعية، والغابات، والصناعية، مما يقلل الحاجة إلى مدافن النفايات ويقلل من التلوث البيئي.
  • أمن الطاقة: يمكن الحصول على الطاقة الحيوية محليًا، مما يعزز أمن الطاقة بتقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري المستورد.

دور الطاقة الحيوية في مزيج الطاقة المستقبلي

مع تحول العالم نحو حلول الطاقة النظيفة، ستظل الطاقة الحيوية تلعب دورًا أساسيًا، لا سيما في البلدان التي تسعى لتقليل اعتمادها على الوقود الأحفوري. إن تعددية تطبيقات الطاقة الحيوية—من توفير الحرارة للمنازل إلى تشغيل المركبات—تجعلها جزءًا لا غنى عنه في مشهد الطاقة المتجددة. علاوة على ذلك، مع تحسن التقنيات، سيستمر تحسين كفاءة عمليات تحويل الطاقة الحيوية، مما يجعلها أكثر تنافسية من حيث التكلفة.

إن إمكانات الطاقة الحيوية هائلة، خاصة إذا أخذنا في الاعتبار كميات النفايات الكبيرة التي تنتجها الصناعات مثل الزراعة، والغابات، وإدارة النفايات البلدية. إن القدرة على تحويل هذه النفايات إلى طاقة مفيدة هي مفتاح لتقليل النفايات والانبعاثات.

ومع ذلك، لا تزال هناك تحديات. من الضروري اتباع ممارسات مستدامة لإنتاج الطاقة الحيوية لضمان عدم التسبب في إزالة الغابات أو تدهور الأراضي أو تهديد الأمن الغذائي. إن ضمان أن تكون الطاقة الحيوية مستمدة من مصادر مستدامة—سواء كانت نفايات أو محاصيل مزروعة بشكل مستدام—هو أمر أساسي للحفاظ على فوائدها البيئية.

تعد الطاقة الحيوية أكثر من مجرد مصدر للطاقة—إنها جزء أساسي من تحول الطاقة. سواء كانت تستخدم في تدفئة المنازل، أو توليد الكهرباء، أو وقود المركبات، فإن الطاقة الحيوية توفر حلاً متجدداً للطاقة يمكنه تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري. مع استمرار الابتكار وتحسين التقنيات المتعلقة بتحويل الطاقة الحيوية، سيتزايد دورها في تحقيق مستقبل طاقة منخفض الكربون ومستدام.

في السنوات القادمة، سيؤدي الاستثمار في البنية التحتية للطاقة الحيوية والبحوث إلى فتح إمكانيات جديدة لهذا المصدر المتعدد الاستخدامات للطاقة. من خلال الاستفادة من قوة النباتات والحيوانات، يمكن للطاقة الحيوية أن تساهم في بناء نظام طاقة أكثر أمانًا واستدامة يلبي احتياجات اليوم ويحمي كوكبنا للأجيال القادمة.