التجفيف بالبخار فائق التسخين قد يحدث ثورة في الصناعات كثيفة الاستهلاك للطاقة

طور باحثون أوروبيون نظامًا مبتكرًا للتجفيف الصناعي يعتمد على البخار فائق التسخين بدلًا من الهواء الساخن، في خطوة قد تسهم في خفض استهلاك الطاقة بنسبة تصل إلى 80% وتقليل الانبعاثات الكربونية في عدد من الصناعات كثيفة الاستهلاك للطاقة.

ويستهدف الابتكار الصناعات التي تعتمد بصورة كبيرة على عمليات التجفيف، مثل الورق، والأسمنت، والكيماويات، والصناعات الغذائية، والأعلاف، ومواد البناء، حيث يُعد التجفيف من أكثر المراحل استهلاكًا للطاقة.

استبدال الهواء الساخن بالبخار

طور التقنية باحثون من Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology (Fraunhofer IGB) ضمن مشروع LowCarbDry، بالتعاون مع شركتي Evonik Operations GmbH وPergande Group.

ويعتمد النظام الجديد على استخدام بخار جاف فائق التسخين داخل دائرة مغلقة بدلًا من الهواء الساخن المستخدم تقليديًا، مع تشغيل العملية بالكامل بالكهرباء عبر مضخة حرارية، بما يسمح بالاستغناء تدريجيًا عن الغاز الطبيعي والوقود الأحفوري.

لماذا يستهلك النظام طاقة أقل؟

أوضح الباحث Antoine Dalibard أن التجفيف التقليدي يعتمد على تسخين الهواء لتبخير الرطوبة، وهي عملية تتسبب في فقدان كميات كبيرة من الطاقة مع الهواء الساخن الخارج من المجففات.

أما في النظام الجديد، فيدور البخار داخل حلقة مغلقة، ما يقلل فاقد الحرارة بصورة كبيرة ويرفع كفاءة استخدام الطاقة.

كما يُكثف البخار الناتج عن عملية التجفيف، منتجًا حرارة بدرجة تتراوح بين 90 و100 درجة مئوية، يمكن إعادة استخدامها في عمليات صناعية أخرى أو ضخها في شبكات التدفئة المحلية.

مضخة حرارية تعيد تدوير الطاقة

يعتمد النظام أيضًا على مضخة حرارية ترفع درجة حرارة البخار منخفض الحرارة الناتج عن التجفيف، ليُعاد استخدامه مرة أخرى داخل العملية الصناعية.

ويستخدم المشروع كذلك تقنية إعادة ضغط البخار ميكانيكيًا، حيث تُرفع ضغوط البخار الناتج بواسطة ضواغط خاصة، ثم يُكثف ويُعاد توظيفه لتوفير الحرارة اللازمة لعملية التجفيف، ما يزيد كفاءة استرداد الطاقة ويخفض استهلاك الكهرباء.

تشغيل ذكي مع الطاقة المتجددة

أضاف الباحثون نظام تحكم ذكي يعتمد على نماذج تنبؤية تسمح بتشغيل عمليات التجفيف في الفترات التي تنخفض فيها أسعار الكهرباء نتيجة ارتفاع إنتاج الطاقة المتجددة.

ويساعد هذا الأسلوب على زيادة الاعتماد على الكهرباء النظيفة، وخفض تكاليف التشغيل، مع تعزيز مرونة تشغيل المصانع.

وأكد الفريق أن الجمع بين البخار فائق التسخين، والمضخات الحرارية، والإدارة الذكية للطاقة يمكن أن يخفض استهلاك الطاقة بنسبة تصل إلى 80% مقارنة بأنظمة التجفيف التقليدية.

تطبيقات واسعة

أثبتت الاختبارات إمكانية استخدام التقنية في أنواع مختلفة من المجففات، مثل المجففات بالحزام، والأسطوانة، والرش.

كما نجح الباحثون في تجفيف مجموعة واسعة من المواد، شملت:

•  المواد الخام المعدنية.
•  مواد البناء.
•  المخلفات العضوية.
•  المنتجات الغذائية.
•  الأعلاف الحيوانية.
•  الجير.
•  القش.
•  الكسكس.
•  يرقات الحشرات المستخدمة في إنتاج البروتين.

وأظهرت النتائج الحفاظ على جودة المنتجات مع تحقيق كفاءة مرتفعة في استهلاك الطاقة.

نحو إزالة الكربون من الصناعة

يرى الباحثون أن هذا الابتكار يمثل خطوة مهمة نحو إزالة الكربون من العمليات الصناعية، خاصة في القطاعات التي تعتمد بصورة كبيرة على الحرارة.

كما أشاروا إلى أن المشروع دخل بالفعل مرحلة التشغيل التجريبي، بعد تشغيل أول نظام تجريبي للتجفيف بالرش باستخدام البخار فائق التسخين، تمهيدًا لتطوير حلول تجارية يمكن تطبيقها على نطاق صناعي واسع.