تسلسل الكفاءة وتحسين حرق النفايات في الصين لموازنة التخلص وتزويد الطاقة

تحويل القمامة إلى طاقة

غالباً ما تُنظر النفايات المنزلية كمشكلة يجب التخلص منها، لكنها تحتوي أيضاً على قدر مفاجئ من الطاقة. في بلدان تنمو بسرعة مثل الصين، تكافح المدن الكبرى كلاً من تراكم أكوام النفايات الصلبة البلدية والتحدي المتمثل في توفير ما يكفي من الكهرباء والحرارة للسكان. تستعرض هذه الدراسة كيف يمكن لحرق النفايات في محطات متخصصة تحويل القمامة بأمان إلى مصدر طاقة مستمر، ومدى أداء المحطات الحالية، وما الترقيات التي قد تجعلها أنظف وأكثر فائدة في المستقبل.

كيف تساعد محارق النفايات المدن

تقوم محطات التحويل من نفايات إلى طاقة الحديثة بحرق القمامة اليومية في أفران مُتحكَّم فيها وتستخدم الحرارة لإنتاج البخار الذي يدير التوربينات لتوليد الكهرباء وفي بعض الحالات لتوفير التدفئة الحضرية. في الصين، أصبحت هذه المقاربة بسرعة الوسيلة الرئيسية للتعامل مع النفايات البلدية، حيث تعالج الآن أكثر من أربعة أخماس النفايات المنزلية. بحلول عام 2023، وفّرت ما يقرب من ألف محطة والتي تضم أكثر من ألفي محرق كهرباء تكفي لتغطية ما يصل إلى 7% من استهلاك الكهرباء السكني الوطني. وبما أن المدن الكبيرة والكثيفة تنتج نفايات أكثر وتحتاج طاقة أكثر، غالباً ما تقع هذه المحطات عند تقاطع مشكلتين ملحتين: أين توضع القمامة وكيف تُبقي الأضواء مضاءة.

لماذا الكفاءة مهمة

الحرق ببساطة ليس كافياً؛ ما يهم هو مقدار الطاقة المفيدة التي يمكن استعادتها من كل طن من النفايات. تُظهر النتائج أن المحطات الصينية، في المتوسط، تولد كهرباء أقل لكل طن نفايات مقارنة بمرافق مماثلة في أوروبا أو الولايات المتحدة. وتفسر عدة عوامل هذه الفجوة. تكوين النفايات حاسم: النفايات الأكثر رطوبة والمليئة ببقايا الطعام تحترق بشكل سيئ، بينما النفايات الأكثر جفافاً والمحتوية على ورق وبلاستيك تولّد حرارة أكبر. كما أن حجم وتصميم الأفران مهمان، حيث تؤدي الوحدات الكبيرة جداً ودرجات حرارة البخار الأعلى أداءً أفضل. ويلعب الخبرة التشغيلية دوراً كبيراً أيضاً؛ فالمحطات التي يديرها فرق أكثر خبرة، مع احتراق مستقر وقلة التوقفات، تحقق عوائد طاقة أعلى وعوادم أنظف بشكل ملحوظ.

تصنيف المحطات على سلم الكفاءة

لفهم هذه التأثيرات المتعددة، بنى الباحثون قاعدة بيانات وطنية لكل خط حرق في الصين وأنشأوا مؤشر كفاءة يضع الكهرباء والحرارة على قدم المساواة. ثم عدّلوا هذا المؤشر ليأخذ في الحسبان ظروفاً لا يمكن للمشغلين التحكم بها، مثل المناخ المحلي والارتفاع وما إذا كان هناك طلب محلي على حرارة النفايات. باستخدام هذا الدرجة المصححة، جمعت المحطات في ثلاث طبقات: منشآت التخلص الأساسية، ومحطات استرداد الطاقة، ومحطات الطاقة الخضراء عالية الأداء. يخدم نحو أربعة من كل عشرة مرافق حالياً أغلبها كوحدات للتخلص مع مكاسب طاقة متواضعة، بينما يَصنَّف أفضل خُمس فقط كمحطات طاقة خضراء. يجعل هذا السلم من الأسهل على واضعي السياسات وضع أهداف، ومكافأة المتقدمين، وتحديد الأماكن التي ستعود فيها الترقيات بأكبر فائدة.

القدرة المستقبلية والترقيات الذكية

نظراً للمستقبل حتى عام 2035، جمع الفريق توقعات السكان والاقتصاد مع نماذج لكميات النفايات وتركيبها المستقبلي تحت خمسة مسارات تطوير عالمية. تحت مسار استمرار الحال، قد تزود محارق النفايات في الصين نحو 8% من الكهرباء المنزلية، حتى مع تحول النفايات إلى غنية بالطاقة بسبب زيادة استخدام التغليف والمنتجات الاستهلاكية ذات الاستخدام الواحد. ومع ذلك، إذا جرت تحسينات فعلية للمحطات—من خلال تشغيل أفضل، وضوابط أذكى، واستخدام أكمل لبخار فائض للتدفئة—فقد تولد محارق النفايات ما يصل إلى 259 تيراواط-ساعة سنوياً، وهو ما يكفي لتغطية ما يصل إلى 13% من الكهرباء السكنية. من بين التدابير الممكنة، تبرز أنظمة التحكم المعتمدة على الذكاء الاصطناعي واسترداد الحرارة منخفضة الدرجة كخيارات فعالة من حيث التكلفة بشكل خاص.

تنظيف الانبعاثات مع زيادة الطاقة

يؤدي حرق النفايات حتماً إلى إطلاق غازات دفيئة وملوثات أخرى، لكن تُظهر الدراسة أن المحطات الأكثر كفاءة يمكنها فعلياً تقليل تأثيرات المناخ وجودة الهواء عن طريق استبدال توليد الطاقة الأحفوري الأكثر تلويثاً وعن طريق تشغيل أفرانها بشكل أنظف. في عام 2023، كانت محطات التحويل من نفايات إلى طاقة في الصين تصدر بالفعل جسيمات وغازات حمضية أقل بكثير من الحدود الوطنية المسموح بها، وكان الاحتراق الأفضل عادة ما يتزامن مع مستويات ملوثات أقل. إذا نُفّذت ترقيات الكفاءة المتوقعة لعام 2035، يقدّر الباحثون أن صافي انبعاثات غازات الدفيئة من هذا القطاع قد ينخفض بما يصل إلى 60% مقارنة بسيناريو عدم التحسين، رغم حرق كمية أكبر من النفايات. وسيؤدي ذلك أيضاً إلى خفض انبعاثات الملوثات الرئيسية من مداخن المصانع مثل أكاسيد النيتروجين وأول أكسيد الكربون.

ماذا يعني هذا لمستقبل الطاقة والنفايات

بالنسبة لغير المتخصصين، الرسالة الأساسية أن القمامة يمكن أن تكون أكثر من مجرد عبء؛ يمكن أن تصبح مساهمًا ذا معنى ومصدرًا ثابتًا للأنظمة الطاقية النظيفة إذا عُولجت بحكمة. تجادل الدراسة بأنه مع التصميمات الصحيحة، والتحكمات الذكية، والاستخدام الأفضل للحرارة، يمكن لحرق النفايات أن يساعد دولاً مثل الصين على التعامل مع تزايد حجم النفايات، وتقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري، وخفض تلوث الهواء. وبينما لا يمكنه أن يحل محل إعادة التدوير أو التسميد أو الوقاية من النفايات، فإن جعل المحطات الحالية والمستقبلية أكثر كفاءة قد يساعد على سد فجوات الطاقة في العديد من الاقتصادات الناشئة ودعم أهداف أوسع للمناخ والاستدامة.

الاستشهاد: Cui, J., Cui, Y., Li, J. et al. Efficiency hierarchy and optimization of waste incineration in China to balance disposal and energy supply. Nat Commun 17, 3069 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69897-w

الكلمات المفتاحية: التحويل من نفايات إلى طاقة, النفايات الصلبة البلدية, كفاءة الطاقة, الحرق في الصين, انبعاثات الاحتباس الحراري