Get best of the week

الهيدروجين هو رأس كل شيء: كيف يتم توليد الطاقة من الحطام البلاستيكي لفندق ياباني



يتم تحويل القمامة البلاستيكية من كابوس أي مواطن واعٍ بيئيًا يحترم نفسه إلى أحد الموارد اللازمة للانتقال إلى اقتصاد الهيدروجين. في الآونة الأخيرة ، تم افتتاح فندق في المدينة الصناعية اليابانية كاواساكي ، وتأتي طاقته من الزجاجات المعاد تدويرها والحقائب وحتى فرشاة الأسنان التي يستخدمها الضيوف. نقول كيف جاءت "تشيليابينسك اليابانية" لهذه الممارسة وما الدور الذي لعبته توشيبا في هذا.

تم اختراع أنواع مختلفة من البلاستيك في القرن التاسع عشر. في عام 1862 ، حاول ألكسندر باركس البريطاني إنشاء بديل رخيص للعاج - المادة الرئيسية لكرات البلياردو. بعد خلط النيتروسليلوز والكافور والكحول ، قام بتسخين المادة الناتجة ، ثم تبريده. لذلك ظهر باركسين - أول بلاستيك شبه اصطناعي. في السنوات اللاحقة ، تم اختراع أنواع أخرى من البلاستيك ، ولكن عصر نجاحها التجاري بدأ بعد ذلك بكثير - في منتصف القرن العشرين.

في عام 1967 ، تم عرض فيلم "Graduate" على الشاشات في الولايات المتحدة. في أحد المشاهد ، يدعو رجل الأعمال ماكجواير إلى محادثة سرية بين خريج الكلية بن (يلعبه الشاب داستن هوفمان) ويقول: "أريد أن أخبرك بكلمة واحدة. واحد فقط. بلاستيك. البلاستيك لديه مستقبل عظيم. فكر في الأمر". دخل الحوار في وقت لاحق أعلى 100 اقتباسات السينما وفقا لمعهد السينما الأمريكية. المصدر: wsinful / YouTube في

الواقع ، جاء عصر البلاستيك في النصف الثاني من القرن العشرين - في نفس وقت النمو السريع للاستهلاك الشامل. وفقًا لمجلة الإيكونوميست ، تم إنتاج 6.3 مليار طن من البلاستيك على الكوكب منذ الخمسينيات ، تم إعادة تدوير 9 ٪ فقط منها و 12 ٪ معاد تدويرها. أين الباقي؟

والباقي إما مدفون في الأرض ، أو ينجرف في المحيطات. ولا يوجد أي تحسن حتى الآن: في عام 2010 ، تم إنتاج 300-400 مليون طن من البلاستيك سنويًا. ذكر خبراء برنامج الأمم المتحدة للبيئة (يونيب) في عام 2014: "للأسف ، فشل اقتصاد السوق في مراعاة العوامل البيئية الخارجية ، بما في ذلك التأثير الاجتماعي والبيئي والاقتصادي للبلاستيك البحري. يتميز "الاقتصاد البلاستيكي" الحالي بأنه نموذج خطي للإنتاج والاستهلاك ، حيث يتم إنتاج كمية غير متوقعة من النفايات ، مما يؤدي إلى عدم كفاءتها الكاملة. "


المصادر الرئيسية وطرق التلوث البلاستيكي للمحيطات. يشار إلى أن 40٪ من نفايات البلاستيك يتم تغليفها. المصدر: "الحطام البلاستيكي واللدائن الدقيقة في المحيطات. الإنذار العالمي والبحث والدعوة إلى العمل ودليل تغيير السياسة ". برنامج الأمم المتحدة للبيئة ، 2016 ، نيروبي / برنامج الأمم المتحدة للبيئة (2016).

تم العثور على أكبر تراكمات من البلاستيك في المياه الساحلية ، خاصة في المناطق ذات الكثافة السكانية العالية ، وكذلك في مناطق الصيد المكثف والسياحة الساحلية المتقدمة. واحدة منهم هي اليابان ، وفي هذا البلد استمرت الحرب ضد النفايات البلاستيكية لفترة طويلة وليس بدون نتيجة. وفقا للأمم المتحدة ، في بلد الشمس المشرقة ، يبلغ معدل الاستخدام الكلي للبلاستيك 82 ٪. لكن اليابانيين لم يحققوا ذلك على الفور.

تشيليابينسك اليابانية: كيف تحولت كاواساكي إلى مدينة بيئية


بعد الحرب العالمية الثانية ، تشكلت مناطق صناعية كبيرة في اليابان ، والتي ضمنت النمو الاقتصادي السريع. كان الوجه الآخر للعملة هو المشاكل البيئية المتزايدة التي لم تضر بالطبيعة فحسب ، بل أودت أيضًا بحياة. على سبيل المثال ، في 1950-1960. تم تسجيل حالات تفشي مرض ميناماتا (الشلل المميت) الناجم عن تصريف المصانع غير العضوية في الأنهار من قبل المصانع بشكل متكرر.

كان مركز تنمية الصناعة اليابانية (والمشكلات البيئية ذات الصلة) المنطقة الصناعية الساحلية في كاواساكي - حوالي 50 شركة في مساحة 100 هكتار. في 1970-1980. ولدت هنا حركة بيئية قوية ، مما أجبر السلطات المحلية على العمل. في عام 1970 ، وقعت المدينة اتفاقيات لمنع تلوث الهواء مع 39 مصنعًا. في عام 1972 ، تم إنشاء مركز لرصد الانبعاثات الضارة. في عام 1978 ، تم إدخال التحكم الآلي في إخراج أكسيد النيتروجين في 32 من أكبر المصانع.

وفي الوقت نفسه ، تم تطوير نظام لإدارة النفايات ، يتضمن معالجة معظم القمامة.


استغرق إنشاء وتصحيح نظام إدارة النفايات في مدينة كاواساكي أكثر من 50 عامًا. المصدر: معهد كاواساكي للبحوث البيئية

في عام 1997 ، اختارت الحكومة اليابانية مدينة كاواساكي لتكون "ساحة تدريب" لتنفيذ مشروع "المدن البيئية". قدم برنامج الدولة إعانات قدرها 600 مليون دولار لـ 24 مدينة بيئية ، بالإضافة إلى الاستثمار المباشر في 60 مشروعًا في هذه المدن مقابل 1.6 مليار دولار

، علاوة على ذلك ، تلقت كاواساكي على الفور "تخصصًا" في إعادة استخدام النفايات. بحلول عام 2004 ، تم بناء حديقة صناعية (مجمع كاواساكي للانبعاثات الصناعية) هنا ، مع تضمين 15 مؤسسة في معالجة النفايات. تندمج مؤسسات المنطقة الصناعية المحلية تدريجياً في شبكة واحدة من استهلاك وتوزيع المواد القابلة لإعادة التدوير. وسيكون جزءها شبكة توزيع الهيدروجين الحضرية. كيف تعمل؟

النار والماء والأنابيب: كيف يتحول البلاستيك إلى طاقة


في عام 2015 ، طورت كاواساكي استراتيجية كاواساكي للهيدروجين نحو تحقيق مجتمع الهيدروجين. كجزء من ذلك ، من المخطط تنظيم سلاسل إمداد الهيدروجين (بما في ذلك من الخارج) في كاواساكي ، حيث سيتم معالجة هذا الغاز إلى طاقة باستخدام أنظمة Toshiba.

في عام 2017 ، بدأت محطة توشيبا ذاتية الطاقة H2One بالفعل في توفير الكهرباء والحرارة لمحطة السكة الحديد Musashi-Mizonokuchi في كاواساكي ، والتي تحدثنا عنها سابقًا في حبري . تقوم المحطة بتوليد الهيدروجين من الماء عن طريق التحليل الكهربائي ، وتوفر البطارية الشمسية المدمجة الطاقة لهذه العملية. ثم يتم تحويل الهيدروجين إلى طاقة للمحطة.

ولكن يمكن الحصول على الهيدروجين ليس فقط من الماء ، ولكن أيضًا من البلاستيك المعاد تدويره. في عام 2018 ، قامت Toshiba بتجهيز فندق KAWASAKI KING SKYFRONT Tokyu REI بتثبيت H2Rex. على عكس H2One ، فإنه لا ينتج الهيدروجين ، ولكنه يستقبله من مصدر خارجي ، ثم يحول الغاز إلى كهرباء وحرارة للفندق.

كيف يتحول البلاستيك إلى هيدروجين؟ يحدث هذا في مصنع شريكنا في استراتيجية الهيدروجين - Showa Denko KK. تأتي النفايات البلاستيكية هنا من نظام جمع القمامة في المدينة ، بما في ذلك من المنطقة الساحلية في كاواساكي ، من خلال عملية مزايدة مفتوحة. هنا ، يتحلل البلاستيك المستخدم عن طريق التغويز الحراري. في هذه الحالة ، يتم تحويل الجزء العضوي من النفايات إلى هيدروجين ، ويتم إطلاق أول أكسيد الكربون أيضًا. يتم استخدام أول أكسيد الكربون من هذه العملية لإنتاج منتجات تعتمد على الكربون ، مثل الثلج الجاف. يستخدم الهيدروجين لإنتاج الأمونيا ، ويذهب إلى محطات غاز الهيدروجين ، ويستخدم أيضًا لتوليد الكهرباء في الفندق.


من 195 طنًا من النفايات البلاستيكية ، يمكن إنتاج 175 طنًا من الأمونيا. المصدر: شوا دينكو

من مصنع شوا دينكو ، يتدفق الهيدروجين إلى خط أنابيب يؤدي إلى فندق يقع على بعد 5 كم من المصنع. يوفر خط الأنابيب إمدادات غاز مستقرة ولا ينبعث منها ثاني أكسيد الكربون أثناء النقل ، على سبيل المثال ، السيارات ذات محركات الاحتراق الداخلي. باستخدام شبكة من خطوط الأنابيب هذه ، من الممكن تقليل إجمالي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنحو 80٪ في السلسلة بأكملها مقارنة بالطريقة الحالية.

يتدفق الغاز من خط الأنابيب إلى H2Rex ، وهو مولد الهيدروجين من Toshiba. تقوم خلايا الوقود بتوليد الكهرباء من خلال التفاعلات الكهروكيميائية بين الهيدروجين والأكسجين المنتج من الغلاف الجوي. والنتيجة هي الكهرباء والحرارة.


H2Rex غير ضار بالطبيعة. المنتج الثانوي الوحيد للإنتاج هو الماء ، والذي يستخدم في تشغيل المولد. بالمناسبة ، يتم تسليم نفايات البلاستيك (فرش الأسنان ، التغليف ، أدوات المائدة) مباشرة إلى مصنع Showa Denko. المصدر: Toshiba Energy

في نفس الوقت ، تصل نسبة استخدام الهيدروجين إلى 96٪. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام الحرارة المتولدة من خلايا الوقود لتسخين الماء أو الحرارة.

H2Rex ، على عكس محطات الطاقة التقليدية (على سبيل المثال ، مولدات التوربينات التي تحول الحرارة إلى بخار ، والتي تدفع التوربينات) ، لا تحول الطاقة الحرارية إلى طاقة حركية ، ولكنها تولدها باستخدام تفاعل كهروكيميائي للهيدروجين والأكسجين الجوي. المصدر: Toshiba Energy

بالإضافة إلى ذلك ، يلغي هيكل خلية الوقود من Toshiba الحاجة إلى جهاز ترطيب خارجي - يتم استخدام الماء الناتج عن المولد لهذا الغرض.

ميزة أخرى هي درجة حرارة البدء المنخفضة (60-70 درجة) لخلايا وقود البوليمر الصلبة المستخدمة في H2Rex. ونتيجة لذلك ، لا تحتاج إلى تسخينها كثيرًا لتوليد الطاقة ، مما يعني أنه يمكن بدء التثبيت وإيقافه بسرعة خلال النهار. أيضًا ، من السهل ضبط هذه العناصر وفقًا لحمل معين ، مما يجعلها ملائمة للاستخدام في الصناعات ذات استهلاك الطاقة غير المستقر (على سبيل المثال ، في قطاع الخدمات ، حيث توجد أحمال الذروة أثناء النهار و "الهدوء" في الليل).

ما مقدار الطاقة التي يعطيها H2Rex؟ لمدة عام واحد ، يمكن لتركيب واحد توفير الكهرباء لـ 100 أسرة (700.8 ألف كيلووات ساعة) أو تسخين المياه لـ 12.1 ألف حوض استحمام (24.2 مليون لتر من الماء الدافئ).

في كل مكان: أين سيتم إنتاج واستخدام طاقة الهيدروجين؟


بحلول عام 2050 ، سيتم توليد 20٪ من الكهرباء في اليابان من الهيدروجين. أيضا ، ستحتاج أرض الشمس المشرقة إلى حوالي 80 ناقلة - سينقلون الهيدروجين في شكل سائل. بدأت الشركات اليابانية بالفعل في بناء شبكة عالمية لإنتاج وتزويد الهيدروجين كمصدر للطاقة. في عام 2019 ، أنشأت شركة يابانية محطة هيدروجين في هاستينغز (فيكتوريا ، أستراليا). بالإضافة إلى تلبية احتياجات الوقود المحلية ، سيتم تحويل الهيدروجين إلى سائل ، وسكب في صهاريج وإرساله إلى بلدان مختلفة ، بما في ذلك اليابان.

أتساءل ماذا سيحدث لأسعار النفط عام 2050؟

More articles:


All Articles