الكهرباء من النفايات الزراعية.. كيف يساعد الغاز الحيوي المجتمعات الفقيرة المفتقدة للطاقة

لا يحصل أكثر من 600 مليون شخص (أكثر من 50% من السكان) في أفريقيا على الكهرباء، ملاوي أحد أدنى معدلات الوصول إلى الكهرباء في العالم – حيث لا يتمكن سوى 14.1% من إجمالي السكان من الوصول إلى الشبكة الرئيسية، أما في المناطق الريفية، فإن معدل الوصول إلى الكهرباء أقل من ذلك، حيث يقدر بنحو 5.6% في عام 2021 .

قد توفر أنظمة الطاقة المتجددة اللامركزية على مستوى الأسرة والمجتمع مثل محطات الغاز الحيوي حلاً.

يدرس إيهيز إيهيمن وتوماس روبن، الباحثون في مركز ابتكار البحوث البيئية والاستدامة (CERIS)، جامعة الأطلسي التكنولوجية، كفاءة استخدام الطاقة وفقر الطاقة في المجتمعات المهمشة، لقد قاموا بتفكيك ما وجدوه في أبحاثهم حول الدور المحتمل لمحطات الغاز الحيوي الصغيرة في تلبية احتياجات الطاقة الريفية.

لماذا تعتبر محطات الغاز الحيوي فكرة جيدة؟

من السهل إنشاء محطات الغاز الحيوي ويمكن أن تكون غير مكلفة نسبيًا، وتستخدم مواد متاحة بسهولة مثل السماد والمخلفات النباتية، ويمكن بناؤها باستخدام الأسمنت والطوب، ويمكن استخدامها لتلبية احتياجات الكهرباء للأسر والمجتمعات الصغيرة، وخاصة في المناطق الريفية حيث قد لا يكون الاتصال بشبكة الكهرباء الوطنية مجديا اقتصاديا .

تستغل محطات الغاز الحيوي حقيقة أن المجتمعات الريفية في بلدان مثل ملاوي لديها موارد وفيرة من الكتلة الحيوية مثل المخلفات الزراعية والنفايات الحيوانية والنفايات البلدية العضوية (العشب والخضروات التي تم التخلص منها)، وبالتالي يمكن أن يوفر إنتاج الغاز الحيوي حلاً للطاقة اللامركزية – حيث يتم إنتاج الطاقة بالقرب من مكان استخدامها.

بالمقارنة مع مصادر الطاقة الأخرى (خاصة الكهرباء)، يمكن أن تكون أنظمة إنتاج الغاز الحيوي منخفضة التكلفة نسبيًا في الإعداد والتشغيل، وهذا يجعلها مناسبة للمجتمعات ذات الموارد المالية المحدودة.

هناك أيضًا فوائد بيئية وصحية – فهي تمنع النفايات العضوية من التعفن في مقالب النفايات وإطلاق غاز الميثان الضار عن طريق تحويل هذه النفايات بدلاً من ذلك إلى مصدر مفيد للطاقة.

تقلل من اعتماد الناس على وقود الكتلة الحيوية التقليدية مثل الحطب أو الفحم النباتي لأغراض الطهي – يمكن أن تؤدي أنواع الوقود هذه إلى إزالة الغابات وتلوث الهواء الداخلي.

وهذه قضية مهمة حاليًا في ملاوي. بين عامي 2002 و2023، فقدت ملاوي 21% من غاباتها الأولية الرطبة بسبب إزالة الغابات، ويعاني الناس من عدد متزايد من حالات السعال المزمن نتيجة الطهي على نار الحطب.

ما هو مصنع الغاز الحيوي؟

مصنع الغاز الحيوي هو منشأة تقوم بتحويل النفايات العضوية، مثل السماد الحيواني والمخلفات الزراعية ومخلفات الطعام وحتى حمأة الصرف الصحي إلى غاز، ويتم ذلك من خلال عملية تسمى الهضم اللاهوائي، يتم تفكيك المواد العضوية بواسطة الكائنات الحية الدقيقة في بيئة خالية من الأكسجين، مثل داخل الأسطوانة المغلقة.

وينتج عن ذلك الغاز الحيوي، الذي يتكون أساسًا من الميثان وثاني أكسيد الكربون. ويمكن استخدامه كمصدر للطاقة المتجددة لتوليد الكهرباء والتدفئة والطهي.

يبلغ عمر محطة الغاز الحيوي 20 عامًا ويمكن بناؤها بعدة تصميمات، يتضمن التصميم المشترك المصنع المكون من:

• قاعدة ذات شكل مستطيل

وفي الأعلى قبة مصنوعة من الطوب والخرسانة وطبقة من البلاستيك، يمكن أن يكون ذلك فوق الأرض أو تحتها للحفاظ على درجة حرارة موحدة في الهاضم وللحد من تقلبات درجة الحرارة

• يقع الجزء المركزي من المفاعل تحت الأرض

• يوجد خزانان مساعدان لتخزين المادة الخام والهضم (ما تبقى)

• يمكن إضافة بلاطة خرسانية رفيعة لتجنب التسرب في الأرض.

إنشاء محطة صغيرة للغاز الحيوي

تعد الدراسة، هي الأولى التي تبحث فيما إذا كان من الممكن إنتاج الكهرباء للمزارعين الريفيين في ملاوي باستخدام الغاز الحيوي، كانت محطات الغاز الحيوي الصغيرة الحجم الوحيدة التي كانت موجودة في ملاوي قبل دراستهم موجودة في مستشفى زومبا المركزي وسجن ميكويو، ولكنها كانت تستخدم لتلبية احتياجات الطهي فقط.

وقال إيهيز إيهيمن، الباحث الأول في الدراسة إن بحثهم توصل إلى أن إنشاء محطة صغيرة للغاز الحيوي على نطاق مجتمعي تبلغ سعتها 15 مترًا مكعبًا في ملاوي تكلف إجمالي 1540 دولارًا أمريكيًا، يمكن لمحطة الغاز الحيوي بهذا الحجم أن توفر ما يكفي من الطاقة لعائلة مكونة من خمسة أفراد للقيام بكل طبخاتهم لمدة شهر.

وكانت أكبر التكاليف – 1089 دولارًا أمريكيًا – هي الأسمنت والعمالة – عمال البناء المهرة الذين لديهم فهم مانع للتسرب والعزل والذين يمكنهم ضمان استخدام مواد عالية الجودة، كان تصميم مفاعل مبسط ذو قبة مستطيلة، مصنوع بشكل أساسي من الطوب والخرسانة، مع طبقة بلاستيكية لتقليل تسرب الغاز.

يمكن أن تختلف التكلفة اعتمادًا على حجم محطة الغاز الحيوي، وتكاليف نقل المواد، واللوائح المحلية، وتكاليف العمالة وكمية روث البقر والذرة أو بقايا العشب المتوفرة لتغذيتها، حيث كان يتم استخدام الروث الذي يتم جمعه من ست بقرات يومياً لمدة عام، وكان هذا 10.8 كجم من السماد المنتج يوميًا، وتشير التقديرات إلى أن كمية الميثان المنتجة تتحسن بشكل كبير عندما يتم خلط روث البقر مع قطع الحشائش ونباتات الذرة بعد الحصاد – الأوراق والقشور التي تُترك ملقاة في الأراضي الزراعية بعد الحصاد.

وأوضح الباحث إيهيمن، أن المادة الهضمية المتبقية بعد الهضم اللاهوائي غنية جدًا بالمواد المغذية مثل النيتروجين والبوتاسيوم والفوسفور ويمكن أن تنتشر مباشرة في الأراضي الزراعية كسماد.

ما هي التحديات؟

يمثل الحصول على التمويل لبناء محطات الغاز الحيوي مشكلة كبيرة، خاصة بالنسبة لصغار المزارعين أو المبادرات المجتمعية، تعد مالاوي واحدة من أفقر البلدان في العالم، ومن المتوقع أن يرتفع عدد الأشخاص الذين يعيشون على أقل من 2.15 دولار أمريكي في اليوم إلى 72% من السكان هذا العام.

بالنسبة للمزارعين أصحاب الحيازات الصغيرة في الريف الذين يكسبون في المتوسط 380 دولارًا أمريكيًا سنويًا ، فمن المرجح أن تكون التكلفة الأولية لبناء وتشغيل محطة للغاز الحيوي غير قابلة للتحمل.

كما يوجد حاليًا نقص في القدرات المحلية والخبرة الفنية اللازمة لإنشاء وصيانة إنتاج الغاز الحيوي، خاصة في بعض المناطق الريفية، وستكون البرامج التدريبية ضرورية.

وقال إيهيمن ، إن دراستهم أظهرت أيضًا أن بناء منشآت أكبر للغاز الحيوي سيكون أكثر تكلفة وفعالية من الناحية التشغيلية، لأنها ستوفر المزيد من الطاقة لعدد أكبر من الأشخاص بتكلفة أقل للشخص الواحد، لكن نقل كميات هائلة من المواد الخام للكتلة الحيوية بالشاحنات ليس موجودًا.

ولذلك فإن الدعم المالي من الحكومات والمنظمات غير الربحية وغير الحكومية ووكالات التنمية الدولية يمكن أن يكون ضروريا للتغلب على هذه التحديات.