پژوهشگران دانشگاه تکنولوژی چالمرز در سوئد سالهاست در مورد امکان تغییر تسهیلات سوخت‌های فسیلی به مصرف کننده‌های سوخت‌های زیستی مطالعه می‌کنند و اکنون پس از ده سال مطالعه روی تکنولوژی تولید گاز از زیست توده، مجموعه‌ای از دستاوردهای تکنولوژیکی جدید خود را ارائه می‌دهند.

هنریک تنمن استاد دانشگاه چالمرز می‌گوید:

این پتانسیل فوق العاده است. تنها با استفاده از نیروگاه‌های انرژی موجود در سوئد می‌توانیم سوخت‌های تجدید پذیر معادل ۱۰ درصد سوخت هواپیمایی جهان را تولید کنیم.

برای بسیاری از صنایع، چگونگی شیفت از سوخت‌های فسیلی به انرژی های تجدید پذیر مسئله‌ای پیچیده است. صنایع سنگینی مانند پالایشگاه‌های نفت و یا صنعت کاغذ و خمیر کاغذ، باید به سرعت به این سمت حرکت کنند؛ زیرا چرخه‌ی سرمایه گذاری در این مسیر بسیار طولانی است. در همین زمان باید در مورد سرمایه گذاری برنامه ریزی کرد. این مساله مهم است؛ جایگزینی دیگ‌های بخار یا دیگر تاسیسات هزینه‌های عمده‌ی مالی دارد. در حال حاضر با تلاش‌ پژوهشگران دانشگاه چالمرز سوئد مسیر رفتن به این تغیییرات اساسی هموار شده است؛ تکنولوژی که می‌تواند به تاسیسات جدید اعمال شود و همچنین در هزاران کارخانه‌ی موجود در کل جهان قابل راه اندازی و کاربرد است.

دیگ بخار احتراق در مرکز انرژی چالمرز در سال ۲۰۰۷ در جهت استفاده از سوخت های زیستی اصلاح شد. از آن زمان پژوهش‌های بسیاری به بررسی این تکنولوژی اختصاص یافت.

راه حل طرح شده گازی کردن سوخت‌های زیستی در سطح وسیع است. البته این تکنولوژی خودش جدید نیست. از قبل می دانستیم که در دماهای بالا، زیست توده تبدیل به گاز می‌شود. از این گاز می توان در تولید محصولات نهایی که هم اکنون از نفت و گاز طبیعی به دست می‌آید، استفاده شود. پژوهشگران نشان داده اند که یک محصول نهایی، بیوگاز است که می‌تواند در شبکه های گاز موجود جایگزین گاز طبیعی شود.

قبلا توسعه‌ی تکنولوژی گازی کردن با مشکل آزاد شدن قیر از زیست توده، همراه بود. اکنون پژوهشگران نشان داده‌اند که می‌توان کیفیت زیست توده را طی فرایندهای شیمیایی بهبود بخشید و به شیوه‌های جدید قیر هم می‌تواند مدیریت شود. این موضوع در ترکیب با پیشرفت در تولید مواد انتقال دهنده‌ی گرما، فرصت‌ تبدیل دیگ‌های بخار حرارتی را به گاز سوز زیست توده فراهم می‌کند.

فرآیند گازی کردن شامل چندین مرحله از جمله پیش تصفیه‌ی مواد اولیه، خود گازی کردن، پالایش گاز و مصرف گاز در یک موتور گازی یا هر دستگاه دیگری که مورد مصرف است.

مارتین سیمن استاد دانشگاه چالمرز می‌گوید:

چیزی که این تکنولوژی را برای صنایع مختلف بسیار جذاب می‌کند این است که امکان اصلاح دیگ‌های بخار کنونی وجود دارد.

پروفسور هنریک تنمن می گوید:

ما دیگ بخار تحقیقاتی خود را در سال ۲۰۰۷ به این شیوه احیا کردیم و اکنون تحقیقات زیادی پشت این طرح‌ها است. با تجربه‌هایی که با مطالعه در مقیاس صنعتی به دست آورده‌ایم اکنون می‌توانیم بگوییم این تکنولوژی برای کل جهان آماده است.

کارخانجاتی که می‌توانند به گازی سوز از این نوع تبدیل شوند، عبارتند از نیروگاه‌های برق و حرارت، کارخانه‌های کاغذ و خمیر کاغذ، کارخانه‌های چوب، پالایشگاه‌های نفت و پتروشیمی.

کلارا هلستاد مدیر بخش انرژی پایدار در آژانس انرژی سوئد می‌گوید:

راه حل‌های تکنیکی توسعه یافته توسط پژوهشگران چالمرز متناسب با حوزه‌های صنعتی مختلفی هستند.

آژانس انرژی سوئد سال‌هاست سرمایه پژوهش‌های دانشگاه چالمرز را تامین می‌کند.

این که چقدر این پتانسیل تکنولوژیکی می تواند به واقعیت تبدیل شود به شرایط اقتصادی سالهای پیش رو و نیز نحوه‌ی تاثیر روی تمایل بخش‌های مختلف صنعت و انرژی به این تغییر بستگی دارد. دسترسی به زیست توده نیز عامل مهمی است. زیست توده منبع تجدید پذیری است اما به شرط اینکه ما شرایط تولید آن را از بین نبریم. بنابراین محدودیتی در مورد کل خروجی زیست توده وجود دارد.

پتانسیل سوخت‌های غیر فسیلی از طریق گاز سوز کردن با اصلاح کارخانه‌های موجود

تاسیساتی که می‌شود آن‌ها را در جهت استفاده از سوخت‌های زیستی تغییر داد، دارای نوعی دیگ احتراق هستند کهبستر سیال (متحرک) نامیده می‌شود. این نوع دیگر بخار رایج ترین تکنولوژی در نیروگاه‌های برق و حرارت در سوئد است و نیز در بسیار از کارخانه‌های چوب و خمیر و کاغذ نیز وجود دارد. در مجموع حدود بیش از صد کارخانه در سوئد دارای دیگ‌های بستر سیال هستند.

اگر تمام این کارخانه‌ها در جهت استفاده از سوخت زیستی اصلاح شوند، قادر به تولید سالانه ۳۴۶ تراوات ساعت از بیوگاز (متان) هستند با فرض اینکه سوخت زیستی کافی در دسترس باشد. این مقدار معادل تقریبا یک درصد از کل گاز طبیعی مصرفی جهان در سال ۲۰۱۳ است. از سوی دیگر کارخانه‌ها می‌توانند ۲۷۸ تراوات ساعت سوخت هواپیمایی در سال تولید کنند که این مقدار نیز تقریبا برابر ده درصد از کل مصرف سوخت هواپیمایی جهان در سال ۲۰۱۴ است.

مصرف سوخت زیستی در سناریوهای بالا فراتر از برآوردهای تولید صنعت کشاورزی و جنگلداری سوئد است بنابراین تبدیل وسیع تاسیسات در جهت استفاده از سوخت‌های زیستی، احتمالا نیاز واردات این نوع سوخت نیز دارد.

تنوع در محصولات نهایی

این فناوری از نظر محصولات نهایی بسیار انعطاف پذیر است. با گازی کردن زیست توده سینگاز (ترکیبی از هیدروژن، کربن مونوکسید و کربن دی اکسید) تولید می‌شود که قابل تبدیل به انواعی از هیدروکربن‌ها است. علاوه بر تولید بیوگاز و سوخت هواپیمایی می‌توان محصولاتی همچون متانول، بنزین و سوخت دیزلی نیز تولید کرد.

علاوه بر نیروگاه های برق و حرارت و نیز کارخانه‌های چوب و خمیر و کاغذ، این تبدیل می‌تواند در پالایشگاه نفت و پتروشیمی هم انجام شود. در نتیجه‌ی فرایند گازی‌سازی، هیدروکربن‌های تجدید پذیر تولید می‌شوند که می‌توانند جایگزین نفت در تولید مواد شیمیایی و سوخت‌ها شوند.

از این فن آوری برای تولید سوخت الکتریکی هم می‌توان استفاده کرد. اینها سوخت‌های مصنوعی وسایل نقلیه هستند که با احتراق کربن دی اکسید از سوخت زیست توده، الکتریسیته و آب تولید می‌شوند. در سیستم تولید انرژی آینده می‌توان از این روش هم در کنار تولید برق با استفاده از سلول‌های خورشیدی و نیروی باد، استفاده کرد. در چنین شرایطی می‌توان سیستمی طراحی کرد که بین وضعیت‌های مختلف قابل تغییر باشد (در هز زمان بسته به نیاز و هزینه‌ها از یکی از این روش‌ها استفاده شود).

دسترسی مداوم به زیست توده تولید شده

در مورد اینکه چقدر زیست توده به طور مداوم می‌تواند تولید شود، اختلاف نظرهایی وجود دارد. جورن برندز استاددانشگاه چالمرز می‌گوید:

ارزیابی من این است که زیست توده می‌تواند سهم قابل توجهی در عرضه انرژی داشته باشد. اما این به آن اندازه نیست که تمام نیاز تاسیساتی که اکنون از سوخت فسیلی استفاده می‌کنند، را برآورده سازد. بدون توجه به اینکه زیست توده در نهایت چگونه مورد استفاده قرار گیرد، باید تضمین شود که آن از کشاورزی و جنگلداری پایدار به دست می‌آید. اعمال قوانین، آیین نامه‌ها و گواهی‌ها در جهت تولید پایدار، شرایط بهتری را فراهم می‌کند ولی کشورها و افراد مختلف از لحاظ معیارهای پایداری تولید از هم متفاوت عمل می‌کنند. پس لازم است این تغییر به سمت تجدید پذیری با بحث در مورد پایداری راه حل‌های مختلف مشخص شود.