ارزیابی عملکرد استفاده از فرصت‌های فناوری زیست توده در احیای مستقیم آهن
محمد عباداللهی۱، سید هاشم صمدی۲، علیرضا قهرمانی۳
۱ فارغ التحصیل دکتری دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، مهندسی مکانیک (سیستم‌های انرژی)، معاونت بازرگانی و بازاریابی شرکت بین المللی مهندسی ایران (IRITEC)
۲ فارغ التحصیل دکتری دانشگاه تربیت مدرس، مهندسی مکانیک بیوسیستم، معاونت بازرگانی و بازاریابی شرکت بین المللی مهندسی ایران (IRITEC)
۳ فارغ التحصیل کارشناسی ارشد دانشگاه صنعتی شریف، مهندسی مکانیک، معاونت بازرگانی و بازاریابی شرکت بین المللی مهندسی ایران (IRITEC)
چکیده
صنعت فولاد با مصرف بالای انرژی فسیلی و ایجاد آلایندگی ۸ درصدی یکی از صنایع مخرب محیط‌زیست به شمار می‌رود. لزوم استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر برای افزایش کارایی و قابلیت اطمینان این صنعت جز اولویت‌های جهانی بوده و یکی از راه‌های نیل به این هدف بهره‌گیری از تکنولوژی فولاد سبز است. سیستم‌های مدیریت پسماند شهری مانند زباله‌سوزها نه تنها باعث مدیریت زباله شهری شده بلکه با تولید انرژی می‌تواند بخشی از نیاز صنایع فولادی به خصوص واحد احیای آهن اسفنجی را مرتفع نماید. در این طرح که بر روی پایلوت فولاد خراسان انجام شده، با در نظر گرفتن مقدار سرمایهگذاری ۶۰ میلیون دلاری، مقدار ۸,۰۵۲,۶۳۲ مترمکعب گاز مصرفی صرفه‌جویی شده که با حذف روش مرسوم تامین انرژی از سوخت‌های فسیلی، بازگشت سرمایه عادی ۳ سال و با احتساب عدم النفع ۸ سال براورد شده است.
کلمات کلیدی: فولاد سبز، زیست توده، احیای مستقیم، زباله جامد شهری، زبالهسوز.
مقدمه
افزایش روزافزون زبالههای جامد شهری (MSW[۲]) در کشورهای درحال‌توسعه منجر به افزایش نگرانی‌های عمومی در مورد تأثیرات بهداشتی و زیست‌محیطی ناشی از آن شده است. بر اساس گزارش بانک جهانی، تولید جهانی سالانه MSW 01/2 میلیارد تن در سال ۲۰۱۸ بوده که نسبت به سال ۲۰۱۲، که ۳/۱میلیارد تن در سال بوده، افزایش یافته است. پیشبینی میشود که میزان تولید سالانه MSW تا سال ۲۰۳۰ به ۵۹/۲ میلیارد تن و تا سال ۲۰۵۰ به ۴۰/۳ میلیارد تن افزایش یابد [۱,۲]. تصمیم‌گیرندگان محلی در تلاش برای نوسازی سامانه‌های مدیریت زباله، اغلب با این سؤال مواجه میشوند که چگونه در گسترش فناوریهای استحصال انرژی از پسماند (WtE[۳]) سرمایهگذاری کنند. فن‌آوری‌های WtE به‌عنوان گزینه‌ای برای حل مشکلات دفع زباله و چندین چالش دیگر ازجمله کمبود تولید برق، فضای محدود برای دفن زباله و انتشار گازهای گلخانه‌ای ناشی از دفع نامناسب زباله به‌طور هم‌زمان جذاب میباشند [۳]. با توجه به حجم بالای پسماند شهری ایران استفاده از منابع انرژی زیستی برای تامین بخشی از انرژی کارخانه فولاد پیشنهاد میشود.
شکل ۱- شماتیکی از یک نیروگاه زباله سوز
روش تحقیق
این طرح شامل یک نمونه از سامانه مدیریت زباله با مقدار ورودی ۴۵۰ تن در روز میباشد. باید در نظرگرفته شود که زبالههای ایران تقریبا دارای ۷۲ درصد بخش آلی (فساد پذیر) میباشد. طرح پیش رو امکان‌سنجی احداث پلنت مدیریت زباله به‌منظور بازیافت مواد مناسب و تولید انرژی (برق و حرارت) از یک واحد WtE را بررسی میکند. ماده اولیه طرح، زباله جامد شهری است که پس از بازیافت و پیشپردازش خشک و تر و جداسازی زباله ریجکتی، به‌عنوان RDF[۴] وارد واحد زبالهسوز به‌منظور تولید برق و حرارت میشود. همچنین پسماند زباله پس از واحد کمپوست به RDF اضافه‌شده و وارد واحد سوزاندن زباله میشود. در این واحد زباله به‌عنوان خوراک سوخت استفاده شده و از حرارت گرمایی آن به‌عنوان انرژی موردنیاز بویلرهای نیروگاههای برق استفاده میشود. انرژی الکتریسیته و حرارتی به‌دست‌آمده از واحد سوزاندن زباله، در یک واحد احیا مستقیم صنایع فولاد استفاده میشود. فرض ما داشتن یک خط تفکیک به ظرفیت ton/h 25 به همراه دو خط احتراق هر یک به ظرفیت ton/h 5 به همراه ژنراتور MW 5 میباشد. پس ازآنکه محتویات باارزش قابل بازیافت زباله در خط تفکیک تا حدودی جدا شد، باقیمانده مواد قابل‌احتراق به همراه مواد زیرسرندی در کوره زبالهسوز سوزانده میشود و بخار موردنیاز برای توربین بخار را فراهم میکند. شکل ۲ شماتیک مراحل فوق میباشد.
جدول۱. ورودی و خروجی یک نیروگاه زبالهسوز.
| مواد | ||||
| مواد ورودی | زباله جامد شهری | |||
| مقدار | ۱۳۵،۰۰۰ | ton/year | ||
| مواد بازیافتی | ||||
| مواد فلزی | ۳،۳۰۰ | ton/year | ۹۲۴،۰۰۰ | دلار ($) |
| کاغذ | ۶،۰۴۸ | ton/year | ۱،۴۱۱،۲۰۰ | دلار ($) |
| مقوا | ۴،۴۲۸ | ton/year | ۷۶۷،۵۲۰ | دلار ($) |
| پارچه | ۵/۸،۴۳۷ | ton/year | ۱،۶۸۷،۴۰۰ | دلار ($) |
| پلاستیک سخت | ۲،۷۰۰ | ton/year | ۸،۶۴۰،۰۰ | دلار ($) |
| PET | ۱،۷۰۱ | ton/year | ۶۸۰،۴۰۰ | دلار ($) |
| پلاستیک نرم | ۵،۱۳۰ | ton/year | ۵۱۳،۰۰۰ | دلار ($) |
| مجموع درآمد مواد بازیافتی | ۳۱،۷۴۴ | ton/year | ۶،۸۴۷،۵۲۰ | دلار ($) |
| مواد ریجکتی | ||||
| RDF+کمپوست | ۳۲،۴۰۰ | ton/year | ||
| خاکستر احتراق | ۸،۱۰۰ | ton/year | ||
| خاکستر غبار | ۲،۰۹۲ | ton/year | ||
| مصرف برق داخلی سیستم | ||||
| سیستم جدایش | ۴،۰۰۰ | MWe/year | ||
| سیستم احتراق | ۵،۴۰۰ | MWe/year | ||
| مقدار تولید برق و حرارت | ||||
| تولید برق ناویژه | ۶۴،۰۰۰ | MWe/year | ||
| تولید برق ویژه | ۵۴،۶۰۰ | MWe/year | ||
| تولید حرارت | ۱۰۰،۰۰۰ | MWt/year | ||
* مقدار gate fee را از معادل درآمد بازیافت به ازای تن زباله ورودی در نظر گرفته میشود. که این مقدار برابر است با: ۷۲/۵۰
*قیمت زبالهسوز : ۶۱،۰۰۰،۰۰۰ دلار
- جدول۲. بررسی پارامتر کاهش گاز CO۲ برای فناوری زبالهسوز و فولاد سبز.
| پارامتر | مقدار | ضریب تبدیل CO۲ | مقدار کاهش CO۲ |
| گاز صرفه جویی‌شده (مترمکعب) | ۸,۰۵۲,۶۳۲ | ۱ m۳ natural gas = 1,9 kg CO۲ | ۱۷,۹۴۸,۱۶۰ |
| مواد فلزی (تن) | ۳،۳۰۰ | ton = 2300 kg CO۲ | ۷,۵۹۰,۰۰۰ |
| کاغذ (تن) | ۶،۰۴۸ | ton = 795 kg CO۲ | ۴,۸۰۸,۱۶۰ |
| مقوا (تن) | ۴،۴۲۸ | ton = 795 kg CO۲ | ۳,۵۲۰,۲۶۰ |
| پارچه (تن) | ۵/۸،۴۳۷ | ton = 529 kg CO۲ | ۴,۴۶۳,۱۷۳ |
| پلاستیک سخت (تن) | ۲،۷۰۰ | ton = 2300 kg CO۲ | ۶,۲۱۰,۰۰۰ |
| PET (تن) | ۱،۷۰۱ | ton = 2300 kg CO۲ | ۳,۹۱۲,۳۰۰ |
| پلاستیک نرم (تن) | ۵،۱۳۰ | ton = 2300 kg CO۲ | ۱۱,۷۹۹,۰۰۰ |
| مجموع (تن) | ۵۷,۶۰۳ | ||
جدول۳. نتایج مالی و اقتصادی طرح زبالهسوز در مجتمع فولاد خراسان.
| نتایج مالی و اقتصادی طرح | مقدار (میلیون دلار) |
| سرمایهگذاری ثابت مورد نیاز طرح | ۶۰ |
| درآمد سالانه از مواد باریافتی | ۷ |
| درآمد سالانه از فروش برق | ۶ |
| درآمد سالانه از انرژی حرارتی | ۵/۰ |
| هزینه های بهره برداری | ۵ |
| ارزش افزوده ناخالص | ۵/۸ |
| دوره بازگشت سرمایه عادی | ۸ سال |
| دوره بازگشت سرمایه با احتساب عدم النفع | ۳ سال |
مراجع
[۱] S. Kaza, L.C. Yao, P. Bhada-Tata, F. Van Woerden, What a Waste 2.0: A Global Snapshot of Solid Waste Management to 2050, What a Waste 2.0 A Glob. Snapshot Solid Waste Manag. to 2050. (2018). doi:10.1596/978-1-4648-1329-0.
[۲] F. Mayer, R. Bhandari, S. Gäth, Critical review on life cycle assessment of conventional and innovative waste-to-energy technologies, Sci. Total Environ. 672 (2019) 708–۷۲۱. doi:10.1016/j.scitotenv.2019.03.449.
[۳] D.C. Wilson, L. Rodic, P. Modak, R. Soos, A. Carpintero, K. Velis, M. Iyer, O. Simonett, Global waste management outlook, United Nations Environment Programme (UNEP), 2015. doi:https://doi.org/10.18356/765baec0-en.
[۲]Municipal Solid Waste
[۳] Waste-to-Energy
[۴] Refuse Derived Fuel
