المضخات الحرارية التي تعمل بالطاقة المتجددة هي الخيار الأرخص للبخار الصناعي
توصل بحث جديد في النمسا إلى أن مضخات الحرارة التي تعمل بالطاقة الشمسية أو الرياح هي الخيار الأكثر فعالية من حيث التكلفة وصديقة للبيئة لتوليد البخار الصناعي، بعد المقارنة بين التقنيات المختلفة المستخدمة في هذا المجال.
Image Source: RTO Insider
اقترح فريق بحثي في جامعة يوهانس كبلر لينز في النمسا أن يقوم صناعو السياسات بدعم المشاريع الصناعية التي تستخدم مضخات الحرارة لتوليد البخار بسعر 3 يورو (3.2 دولار) لكل جيجا جول. وهذا نتيجة لتحليل تسعير التأثير البيئي لتقنيات البخار المختلفة، والذي وجد أن مضخات الحرارة التي تعمل بالطاقة المتجددة هي الأقل تكلفة. حيث صرح الباحثون، بأخذ 43.20 تيرا جول المنتجة على مدى عمر المحطة، يمكن دفع إعانة قدرها 129،600 يورو.
على الرغم من أن البحث ركز على طاقة الرياح كمصدر طاقة متجددة، إلا أن المؤلف المشارك لوكاس زيليرباور قال إن استخدام الطاقة الشمسية يجب أن يعطي نتائج متشابهة جدًا. وقال بشكل عام، يكون للطاقة الشمسية تأثير أكبر على إمكانية الاحتباس الحراري مقارنة بطاقة الرياح، ولكن بالطبع لا يزال أقل بكثير من حاملات الوقود الأحفوري. وأضاف، يبلغ سعر ظل الطاقة الشمسية 1.46 يورو (1.58 دولار)، لذا فهي تقريبًا مثل الرياح.
في ورقة بحثية بعنوان “تقييم دورة حياة وتكلفة البخار صناعي المنتج بواسطة مضخة حرارية عالية الحرارة”، نُشرت في مجلة الإنتاج والاستهلاك المستدام، أوضح العلماء أنهم استخدموا تقييمات دورة الحياة (LCA) لمقارنة تقنيات توليد البخار المختلفة المستخدمة في النطاق الصناعي، بما في ذلك مضخات الحرارة عالية الحرارة (HTHPs). تشمل تقنيات صناعة البخار الأخرى عمليات البخار الحيوي والعمليات باستخدام الكتلة الحيوية الصلبة وغيرها من العمليات التي تعتمد على الغاز الطبيعي و وقود الزيت الخفيف.
نظر الباحثون في سيناريوهين مختلفين، أحدهما يتم فيه إنتاج البخار بضغط 2 بار والآخر بضغط 5 بار. وبالنسبة لكلا السيناريوهين، أخذوا في الاعتبار استخدام طاقة الرياح أو الكهرباء من الشبكة.
وأوضح فريق البحث، المشكلة في أساليب تقييم دورة الحياة هي أنها تتكون عادةً من أكثر من عشر فئات من الضرر، وبالتالي نتائج مختلفة تتعامل مع مناطق مختلفة، ومن الصعب العثور على عوامل ترجيح بين هذه النتائج المختلفة تمامًا. ومع ذلك، اقترح الخبراء استخدام القيم النقدية في وقت مبكر. أحد هذه الأساليب هو سعر الظل، الذي يقوم على فكرة أساسية وهي أنه في النهاية يتعين على الحكومة، التي تمثل شعبها، إصلاح الأضرار البيئية، وبالتالي فهي مهتمة بتخفيف هذه التكاليف.
لم يكن مفاجئًا أن العلماء وجدوا أن مزيج مضخات الحرارة مع طاقة الرياح له أدنى تكلفة وهي 1.44 يورو لكل جيجا جول في سيناريو 2 بار، و 2.24 يورو في حالة 5 بار. أدى تغيير طاقة الرياح إلى مزيج الشبكة الإسبانية إلى أسعار تقييم دورة الحياة بقيمة 3.83 و 6.23 يورو على التوالي. وبالمقارنة، كان استخدام الكتلة الحيوية الصلبة لعملية البخار بسعر بيئي يبلغ 17.2 يورو لكل جيجا جول، وبلغ تكلفة وقود الزيت الخفيف 9.81 يورو.
Image Source: Johannes Kepler Universität Linz, Sustainable Production and Consumption. CC BY 4.0
عند النظر في التأثيرات البيئية للطرق المختلفة، وجد البحث أن أفضل سيناريو يقلل من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري بنسبة 98٪. ومع ذلك، أظهرت تدابير بيئية أخرى نتائج أكثر تباينًا، حيث على سبيل المثال، تراوحت النتائج المتعلقة بالتسمية بين مضخات الحرارة والمرجعيات الأخرى.
أكد الباحثون، على أن النتيجة غير المتوقعة هي أن السائل العامل وتسربه لم يكن له مساهمة كبيرة في إمكانية الاحتباس الحراري العالمي، لكنه كان المسؤول الوحيد تقريبًا عن إمكانية استنفاد طبقة الأوزون. وقد افترضوا استخدام سائل R134a العامل، لأنه الوحيد الذي تتوفر عنه معلومات في الأدبيات الأكاديمية لتقييم دورة الحياة.
مضخة الحرارة عالية الحرارة التي تمت دراستها في هذا البحث صُممت لتطبيقها في خط التخليل في مصنع للصلب في إسبانيا. تبلغ قدرتها الاسمية لتوفير الحرارة 250 كيلو وات وتتضمن خزان وميض مصمم خصيصًا لتوليد البخار، بالإضافة إلى مضخة نقل.
وأوضح الباحثون، على الرغم من أن مضخة الحرارة المولدة للبخار التي تم النظر فيها في هذه الدراسة صُممت لتطبيقها في خط الانتهاء بمصنع للصلب، إلا أن نتائج هذه الدراسة يمكن تطبيقها على العديد من القطاعات الصناعية الأخرى، حيث أن البخار هو ناقل حرارة للعديد من العمليات الصناعية. وأضافوا، يمكن استخدام هذه المضخة الحرارية في أي عملية أخرى تتطلب بخارًا منخفض الضغط يصل إلى 5 بار.
