الطحالب و الذرة وقصب السكر مصادر للوقود المتجدد
الأعشاب البرية... أحلام خضراء لإنتاج الطاقة!
ترجمة عن ناشيونال جيوغرافيك
تعرف الطاقة أو الوقود الحيوي باستخدامها للمواد العضوية للنباتات كوقود بواسطة تقنيات مثل جمع الغاز التي يتم فيها تحويل المواد الصلبة إلى غاز وأيضا الاحتراق والهضم للفضلات الرطبة. فإذا تم استخدام الكتلة الحيوية بشكل مناسب فإنها سوف تشكل مصدرا للطاقة المتجددة.
لعل استخراج الطاقة من الذرة وغيرها من المحاصيل الزراعية يعد من مصلحة الكوكب لو أن عملية الاستخراج تلك لا تؤدي إلى دفع ضريبة بيئية على قدر واسع من الأهمية.
فعندما قاد «داريو فرانشيتي» سيارته الأنيقة «إندي» ذات الـ 670 حصانا التي امتزج فيها اللون الأسود بالبرتقالي إلى الفوز في مسابقة «إنديانا بوليس» 500 السنوية ترك الرجل الاسكتلندي بصمة لا تمحى في تاريخ الرياضة فهو أول سائق يفوز بسباق السيارات الأميركي مستخدما وقود مستخرج من الذرة فيه نسبة عالية من الأوكتان وخال من الايثانول، وهو الوقود الذي يحظى بدعم، بدأ بمزارعي الوسط الغربي ليصل إلى سياسيين من المستوى الرفيع، فهناك سياسيون يأملون أن يحل محل الغازولين، وهو الوقود المفضل لدى الولايات المتحدة الأميركية.
ولم يكن لجوء «إندي» إلى التصنيع غير الشرعي سوى مؤشرا على الإقبال الكبير الذي يحظى به الوقود الحيوي والغازولين المصنع من المواد المزروعة منزليا أو بدائل الوقود المستخرجة من المحاصيل الزراعية منها الذرة وحبوب الصويا وقصب السكر. ويرى المؤيدون أن هذا النوع من أنواع الطاقة المتجددة يساهم في عملية التقليل من انبعاثات بالونات ثاني أكسيد الكربون. فعلى عكس غاز ثاني أكسيد الكربون الذي ينبعث في الهواء من جراء احتراق الوقود الأحفوري الذي يؤثر على حرارة الأرض بمرور الدقائق، يأتي غاز ثاني أكسيد الكربون المتواجد في الوقود الحيوي من الجو، وهو الغاز الذي التقطته النباتات خلال موسم النمو. ونظريا فإن احتراق خزان ايثانول من شأنه أن يحول حتى سيارة «إندي» إلي سيارة محايدة من ناحية الكربون.
أما كلمة الفعل فهي «ممكنة» إذ يبلي الوقود الحيوي بطريقة استخراجه الحالية في الولايات المتحدة الأميركية بلاء حسنا مع بعض المزارعين ومع عمالقة الزراعة «أرشر دانيالز ميدلاند» Archer Daniels Midland و«كار جيل» Cargill على سبيل المثال، ولكن ليس مع البيئة فالذرة تحتاج إلى جرعات كبيرة من المبيدات وسماد النيتروجين وبالتالي تسبب تعرية وتآكل التربة أكثر من أي محصول آخر أما إنتاج ايثانول الذرة فيستهلك نفس مقدار الوقود الأحفوري الذي يستبدله، كذلك الديزل الحيوي المستخرج من حبوب الصويا ليس أفضل. ويتخوف علماء البيئة من أن ارتفاع أسعار هذه المحاصيل الزراعية سيدفع بالمزارعين إلى حراثة ما يقارب 35 آكر (ما يعادل 14 مليون هيكتار) من الأراضي الزراعية الهامشية التي وضعت جانبا لحمايتها من التلوث وحماية الحياة البرية فيها الأمر الذي يؤدي إلى انبعاث نسب أكثر من غاز الكربون في الأراضي البور.
ارتفاع الأسعار
وأدت هذه الطفرة إلى رفع أسعار الذرة إلى مستويات لم تصلها منذ سنين وحثت بالتالي المزارعين إلى زراعة أكبر محصول منذ الحرب العالمية الثانية، وتقدر نسبة الذرة التي ستحول إلى ايثانول بمعدل خمس المحاصيل أي ضعف ما كانت عليه الحال منذ 5 سنوات، وهذا ما يتوق إليه الأميركيون البيئيون مع العلم أنه حتى لو تمكنا من استخدام كل المحاصيل الزراعية من الذرة وحبوب الصويا في استخراج الوقود الحيوي نغطي %12 من معدل الغازولين وحوالي %6 من الديزل، في الوقت الذي نستنفذ فيه كذلك مؤونة الأبقار والدواجن من الذرة والصويا المطعمة بالدهون ومن دون أن ننسى موضوع رقائق الذرة.
تجربة البرازيل
وبالرغم من ذلك كله، يبقى تصور موجات محاصيل الطاقة الزراعية أخاذ لدرجة لا يمكن تجاهلها، خاصة مع النموذج الذي تقدمه البرازيل. فبعد 30 عاما من إطلاقها برنامج استبدال الغازولين بالايثانول المستخرج من قصب السكر، أعلنت البرازيل أنه بفضل الايثانول وزيادة إنتاج النفط المحلي تمكنت من وقف استيراد النفط. وتتلخص رؤية المستثمرين بتعويم شركات إنتاج الطاقة المتجددة بأكثر من 70 مليار دولار أميركي، يقودهما المديران التنفيذيان لشركة فيرجين أتلانتيك Virgin Atlantic وشركة صان مايكروسيستم Sun Microsystems fame «ريتشارد برانسون» Richard Branson و»فينود كولسا» Vinod Khosla. وقد لجأت الحكومة الأميركية إلى رفع ميزانية الايثانول الضخمة، كما اقترح الرئيس بوش مبلغ 200 مليون دولار للأبحاث بهدف استبدال %15 من الغازولين بالايثانول وغيره بحلول 2017.
وقال الباحث الكبير في مجلس الدفاع عن الموارد الطبيعية «ناثانييل غرين» Nathanael Greene «يمكننا صناعة الايثانول بطريقة مغفلة جدا، وهناك طرق متعددة تضمن لنا مستقبلا زاهرا بالحياة البرية وغاز كربون التربة والاستفادات الواسعة، أما المفتاح بحسب غرين وآخرين، هو إيجاد طريقة لاستخراج الايثانول من مواد زراعية غير غذائية مثال: حبال الذرة أو الأعشاب البرية أو الأشجار السريعة النمو. ويعتبر غرين كذلك أن هذه المقاربة إذا ما دمجت مع المزيد من المحركات والمجتمعات الفعالة قد تقضي على طلب الغازولين مع حلول عام 2050.
وقود الإيثانول
منذ قرن مضى، عملت سيارة «هنري فورد» Henry Ford’s لأول مرة على الكحول في حين عمد «رودولف ديزل» Rudolf Diesel إلى دعم المحرك الذي يحمل اسمه بزيت الفستق، إلا أنهما سرعان ما اكتشفا أن «النفط» عند تكريره يتمتع بالحيوية في البرميل أكثر من نفط النبات، كما أن عملية تصريفه ليست باهظة. من هنا تخلى النفط عن فكرة وقود النبات باستثناء فترة الحصار النفطي الذي فرضته منظمة الأوبك عام 1973، والتي لجأت فيه الولايات المتحدة الأميركية وغيرها من الدول إلى الايثانول فمزجته مع الغازولين لزيادة الإمداد.
وانتظر الوقود المستخرج من الكحول حتى عام 2000 ليعود بقوة على أنه مزيج من الغازولين بنسبة تلوث قليلة. وقد تمتع منتجو الايثانول لسنين عديدة بدعم مالي مكثف وبرسوم حماية على الواردات، أما أكبر منتج للايثانول في أميركا «أرشير دانييلز ميدلاند» Archer Daniels Midland فأيد عملية خلط الايثانول مع وقود المحرك إلا أن الايثانول دخل في حلقة منافسة مع الإثير والميثل وهي مادة النفط الصناعي المضاف(MTBE).
وأخذت مادة MTBE المسرطنة بالصعود إلى الساحة فحثت العديد من الولايات على مقاطعة المواد الكيميائية وسرعان ما خلقت سوق الايثانول يقدر بملياري برميل. ومع تحول موضوع سلامة النفط إلى نقطة ساخنة من جديد أعطى الكونغرس صناعة الايثانول دفعا آخر من خلال توسيع ضريبة الدين والرسوم في حال تم التوصل إلى استخراج 7.5 مليار جالون (28 مليون لتر) من وقود الأمة من الايثانول والديزل بحلول عام 2012. (وقد تصل الصورة إلى 60 مليار غالون أي 227 مليار ليتر بحلول 2030، وهكذا انطلقت طفرة الوقود الحيوي.
وأشار المتحمسون للإيثانول أن صناعة النفط ما تزال تحصد الكثير من الدعم المالي منذ عقود ونتكلم عن مليارات الدولارات سنويا من الإعفاءات الضريبية وعشرات مليارات الدولارات سنويا للدفاع عن ميادين النفط في الشرق الأوسط حتى قبل الحرب على العراق، هذا من دون ذكر مصاريف تلوث الصحة والبيئة من السيارات والشاحنات وصناعة النفط بحد ذاتها، وفيما يتدفق الدعم المالي إلى أكبر الشركات ثراء في العالم يضخ الدعم المالي للايثانول النهضة في بلد صغير يقوم فقط على الأراضي الزراعية (كواهو) و(نيبراسكا) Wahoo, Nebraska على سبيل المثال.
وبحلول الصيف المقبل، ومع الزيادة المتسارعة لمصانع الايثانول التي وصل عددها إلى 16 في نيبراسكا والتي تستهلك ثلث محصول الولاية، تضاعف سعر الذرة، فوصل إلى أعلى سعر له وهي 4 دولار للبوشل (مكيال للحبوب)، وراح المزارعون يتطلعون لتحقيق أفضل مكسب في التاريخ. ويقول «روجر هارديرز» Roger Harders إنها السنة الأولى التي يزرع فيها الذرة فحسب من دون الفاصوليا، وهو يمتلك كذلك المواشي التي أكد أنها هذه السنة سترعى المزيد من العشب بدلا من أن تأكل شعير بـ 4 دولار أميركي، ويعتزم المرء في هذه الحالة التخلي عن سوق المواشي والتركيز على بيع الذرة».
أما الشريك بملكية «لوكال كايس غاري راسموسين» فدخل في عملية تجارية، إذ باع آلات حصد الذرة بمبالغ عالية تقدر بـ 200 ألف دولار للواحدة بما يعادل ضعف سعرها المعتاد وذلك منذ شهر ديسمبر وحتى فبراير.
عدم الاكتفاء بالإيثانول
ومن الجدير بالذكر أن شاشات الكمبيوتر التي تظهر آخر أسعار الذرة يتم عرضها بشكل دائم في أسواق البيع. ويعقب «راموسين» قائلا: «في أي لحظة ترى اندفاعا في أسواق السلع يتراءى لك مستقبل زاهر، وسيتحول الايثانول إلى السائق الحقيقي. وبرغم الازدهار، من الصعب الاكتفاء بالايثانول في الولايات المتحدة الأميركية، فهي ما زالت قائمة على الجازولين المضاف، فحوالي 1200 محطة وقود انصرفت إلى بيع الايثانول بشكل E85) 85 % ايثانول و%15 غاز) الذي يمكن حرقه في بعض المحركات المحددة. من ناحية أخرى فإن غالون الإيثانول يقطع مسافة أميال تقل بـ %30 من المسافة التي يقطعها الغازولين، وبسعر للغالون ينافس سعر الغازولين أي 2.8 مقابل 3.2. وبما أن الولايات المتحدة لا تمتلك شبكة أنابيب رئيسة للايثانول فيتم نقله بالشاحنات أو بالسكك الحديدية أو المراكب، الأمر الذي يؤدي إلى رفع الأسعار في أماكن أخرى ولكن لن تتوقف مصانع الايثانول بل تزداد انتشارا مع الوقت.
الايثانول لتقليل تأثير الاحتباس الحراري
«كريستين ويتزكي» Christine Wietzkiوهي مزارعة سابقة من غربي نيبراسكا، وهي المدير التقني لأحد أحدث وأجدد مصانع الايثانول في البلد، نتكلم عن مصنع الوقود الحيوي E 3 في منطقة «ميد» في نيبراسكا التي تعد 564 نسمة. وقد أمضت معظم أوقات مهنتها في تحويل الغذاء إلى طاقة، وهي تؤمن أنها صفقة جيدة، وتقول «إذا تمكنا من عدم تصدير الذرة نستطيع استخدامه لوقف استيراد النفط وهذا أمر هائل».
وإن أغلب ما يحصل في الخزانات والأنابيب أمر تقليدي ويحصل في النهاية في أية مصفاة كبيرة، فقد عمد الناس منذ دهور لتحويل الحبوب إلى كحول. تطحن الذرة وتمزج بالماء وتحمى، فالأنزيمات الإضافية تعمل على تحويل النشاء إلى سكر، وفي خزان التخمير تحول الخميرة السكر إلى كحول بشكل تدريجي ليصار بعد ذلك إلى فصله عن الماء عن طريق التقطير، ومخلفات هذه العملية التي تعرف بالحبوب المقطرة تستخدم علفا للأبقار وبعضها يتم التخلص منه في مياه الصرف التي تسجل نسبة عالية من النيتروجين فيتم استخدامها في الري كسماد.
وتؤدي هذه العملية كذلك إلى انبعاث غاز ثاني أكسيد الكربون وهنا يبدأ الايثانول بالتحول من الاخضرار إلى الاسمرار، فمعظم مصانع الايثانول تحرق الغاز الطبيعي أو الفحم الحجري لخلق البخار الذي يقود عملية التقطير، فيضيف انبعاثات الوقود الأحفوري إلى غاز ثاني أكسيد الكربون المنبعث من الخميرة. وتتطلب زراعة الذرة سماد النيتروجين المصنوع من الغاز الطبيعي، والاستخدام المكثف للآلات الزراعية التي تعمل على الديزل. وتقترح دراسة أجريت حول توازن الطاقة في ايثانول الذرة أي بمعنى آخر حجم الطاقة الأحفورية المطلوبة لصناعة الايثانول مقابل الطاقة التي ينتجها أن الايثانول لعبة خاسرة فهو يتطلب انبعاثات كربونية ناتجة عن الوقود الأحفوري أكثر مما يستبدله. من ناحية أخرى، يعتبر البعض أنه يتمتع بشيء من الحسنات. ولكن بعد الفحص والتدقيق ليس ايثانول الذرة الدواء الشافي لظاهرة الاحتباس الحراري أو مفعول الدفيئة.
ويعتبر «دايفيد بيمنتل» David Pimentel من جامعة كورنيل، أحد نقاد الايثانول اللاذعين، «أن الوقود الحيوي خسارة كاملة ويحيدنا عن المسار الصحيح الذي علينا اتباعه وهو: الحماية. إذ يعد بمثابة تهديد وليس خدمة ويرى العديد من الناس هذا الأمر كعمل تافه ضئيل القيمة»، إلا أن «ويتزكي» وزملاءها يرون أن بمقدورهم تحقيق الأفضل، فيأملون تحسين توازن الطاقة والاستفادة من الايثانول على مستوى الاحتباس الحراري جراء خلق نظام الحلقة المقفلة، وهنا تدخل الأبقار. وقد خططوا إلى تحمية سخاناتهم بالميثان الناتج عن عمالقة الهضم الحيوي وسعتها 4 ملايين جالون من سماد المواشي، وهكذا يستخدم الغاز الحيوي في تصنيع الوقود الحيوي. وتضيف أن الفعالية المتزايدة ليست جيدة للبيئة فحسب بل للأعمال أيضا على الأخص إذا تابع سعر الذرة في الارتفاع أو انخفض سعر النفط إلى 45& للبرميل، من أدنى الأسعار التي يرى مصنعو الايثانول أنها تمكنه من منافسة الغازولين في الولايات المتحدة.
استخدام الايثانول في البرازيل
ومن السهل أن نفقد الإيمان بالوقود الحيوي إذا توقفت معرفتنا على ايثانول الذرة فحسب، وتظهر للعيان صورة أكثر تشجيعا على بعد 5500 ميل جنوب شرق «ميد»، حيث يعلق ملايين السائقين من ساو باولو في البرازيل لساعات طويلة في ازدحام سير خانق، فتدور محركات سياراتهم بسرور وتحرق الكحول المتأتي من حزام السكر المنتشر في البرازيل. وقد مرت البلد بتجربة استخدام الايثانول في المحركات منذ العام 1920، ولكن مع حلول عام 1970 راحت تستورد 75% من نفطها. وعندما شل حصار الأوبك النفطي اقتصاد البلاد، قرر «إرنيستو جيزيل» أن يوقف عادة البلاد النفطية تلك. فعمد الجنرال بشكل كثيف إلى دعم وتمويل مصانع الايثانول الجديدة، وإدارة شركة النفط المملوكة من الدولة بيتروبراس لإنشاء خزانات ومضخات ايثانول على امتداد البلاد، كما عرض على مصنعي السيارات محفزات ضريبية ليدفعهم إلى تصنيع سيارات تعمل على الايثانول. وفي منتصف الثمانينيات أصبحت غالبية السيارات المباعة في البرازيل تعمل على الكحول.
وعانق السائقون البرازيليون محبو الفورمولا (1) هذه السيارات خاصة لأن الايثانول الصافي يشتمل على معدل أوكتان يساوي 113، وهو يحترق بسرعة تحت الضغط العالي أكثر من الغازولين، فيمكن المحركات العاملة على الكحول من إطلاق المزيد من الطاقة. وأفضل ما في ذلك أن الحكومة دعمت هذه السيارات لجعلها رخيصة السعر. ومع نهاية التسعينيات دفعت أسعار النفط المتندية بالحكومة إلى سحب دعمها، وتركت أسعار السكر الباهضة والمطاحن والمصانع من دون أي حافز لإنتاج الوقود. فلحق البؤس بالكثير من سائقي السيارات التي تعمل على الكحول مثال «روجير غيلهيرم» Roger Guilherme الذي يعمل حاليا كمهندس مشرف في فولكس- فاغن البرازيل.
محركات توتال فلكس
ومن مكتبه داخل مصنع فولكس فاغن الضخم في ( ساو بيرناردو دو كامبو)، كشف غيلهيرم أنه كان ينتظر وأمثاله في طوابير طويلة لمدة ساعتين أو أكثر لملء خزانات سياراتهم بالوقود، ففقد المستهلك الثقة ببرنامج الكحول. وبعد مرور عقود، عندما أخذت أسعار النفط بالارتفاع أعرب البرازليون عن رغبتهم بالعودة إلى الكحول مجددا، ولكن استنادا إلى تجربتهم السابقة لم يرغبوا بأن يتعلقوا بها. من هنا طرح مدير غيلهيرم عليه تحديا يتمثل بإيجاد طريقة غير باهضة تمكن السيارة من حرق نوعين من الوقود معا. وراح فريق عمل غيلهيرم يعمل مع مهندسين من «ماغنيلي ماريللي» التي تمد فولكس فاغن بنظام الوقود لتدوين برنامج آلي جديد لوحدة المراقبة الإلكترونية للمحرك فيكون باستطاعتها أن تعدل معدل هواء الوقود وترسل الشرارة قبل أن يحصل أي امتزاج بين الغازولين والكحول. وقد قدمت فولكس فاغن عام 2003 أول محرك «توتال فليكس» في البرازيل، معدلة عليه كرة صغيرة من سيارة معدلة تدعى «غول»، أي الهدف. ولاقت رواجا كبيرا و منذ ذلك الحين يتبع مصنعو السيارات جميعا هذه التقنية.
واليوم، 85% من السيارات التي تباع في البرازيل هي فليكس: صغيرة ورياضية. ويمكن الشخص الحصول على فان فولكس فاغن «ترانسبورتر» بهيئة فليكس. وبمعدل ليتر كحول واحد ذات تكلفة أقل من تكلفة الجازولين عند الضخ، لم تحرق غالبية السيارات الغاز منذ سنين. ويعتبر قصب السكر وراء ازدهار الايثانول في البرازيل وليس تكنولوجيا المحركات. وقد شكلت الأعشاب الجميلة والسريعة النمو مصدر تصدير للبلاد منذ عام 1500. وعلى عكس الذرة التي يجب أن يتم تحويل النشاء فيها إلى سكر باستخدام انزيمات باهضة الثمن قبل أن تصبح جاهزة للتخمير، تحتوي قضبان قصبة السكر كاملة على %20 من السكر، وتبدأ بالتخمير ما إن يتم تقطيعها. وينتج قصب السكر ما مقداره 600 إلى 800 غالون من الإثانول المستخرج من أكر واحد وهي نسبة تتخطى الذرة بأضعاف.
قصب السكر مصدر للوقود
ويقع مصنع «ساو مارتينو» أحد أكبر مطاحن السكر ومصانع تقطير الايثانول في العالم، في قلب صحراء الزمرد، فأحد الاشتراكيين البرازيليين كان أول من أدخل زراعة قصب السكر إلى وسط ولاية ساو باولو. وامتدت نبتة قصب السكر على مساحات واسعة وعلى مد النظر، وراح المصنع الضخم كل سنة يحول 7 ملايين طن من قصب السكر إلى 300 مليون لتر من الايثانول للسيارات البرازيلية و500 ألف طن من السكر، ترسل فقط إلى المملكة العربية السعودية. ولمواكبة نمو الطلب في البلاد وخارجها على حد سواء، تبني الشركة وحدة تستوعب ثلاثة ملايين طن حصريا للايثانول وذلك في ميدان قصب السكر الذي يتوسع سريعا في ولاية غوياس.
ويحصل الزارعون في صحراء الزمرد 7 محاصيل من أراضيهم قبل إعادة زرعها، وتقوم المقطرات بتدوير مياه الصرف إلى سماد. وعلى غرار غالبية المصانع البرازيلية لا يستهلك مصنع ساو مارتينو الوقود الأحفوري أو الكهرباء من الشبكة، إذ لتحصيل الحرارة والطاقة يعمد إلى حرق مخلفات قصب السكر، التي تقوم تقليديا بزيادة الطاقة بشكل ضئيل. هذا وتعمل شاحنات نقل قصب السكر وآلياتها الزراعية على حرق مزيج من الديزل والايثانول، في حين تعد المذراة الطائرة المفضلة للمحاصيل، وهي أول طائرة تصنع بمحرك يدور فقط على الكحول الصافي. ويقول مدير المصنع أجينور كونها بافان «نحن مهوسون بالفعالية».
ويعتبر «إساياس ماسيدو»، أحد الباحثين الرائدين البرازيليين في مجال قصب السكر إنه في حين يقارب معدل طاقة ايثانول الذرة معدل التوازن، نحصل على 8 وحدات من الايثانول مقابل وحدة واحدة من الوقود الأحفوري. ويقدر الخبراء أن إنتاج ايثانول قصب السكر وحرقه يولد نسبة انبعاث لغاز ثاني أكسيد الكربون أقل مما يولده الغازولين بما يتراوح بين 55 و%90، كما يتوقع «ماسيدو» فعالية أكبر، إذ من الممكن القيام بالأمور نفسها باستخدام ثلثي أو نصف مخلفات القصب، وإدارة آلات التراكتور بشكل أفضل في الميادين، وهي مقاربة بمستوى 12 أو 13».
تقرير الأمم المتحدة
لخص تقرير أجرته الأمم المتحدة مؤخرا أنه على الرغم من اتساع قدرات الاستفادة من الوقود الحيوي، فإن ازدهاره قد يقلص الأمن الغذائي ويؤدي إلى ارتفاع أسعار الغذاء في عالم يموت فيه نحو 25 ألف شخص من الجوع كل يوم، ومعظمهم تحت سن الخامسة.
كما أنه من المتوقع أن يتضاعف الطلب على الوقود والغذاء مع حلول منتصف القرن، ويتخوف معظم العلماء من تغير المناخ في العقود القادمة سيقوّض الانتاجية الزراعية.
الوقود الحيوي
أما الوسيلة الوحيدة التي تسمح بجني الأرباح من الوقود الحيوي ومن دون استنفاذ المؤن الغذائية فهي بإخراج الغذاء من الصورة. ورغم أن لب القصب وعصارته يشكلان مصادر الايثانول من الممكن إنتاجه من الأحبال والأوراق والنشارة وهي مخلفات نباتية يتم إهمالها عادة أو حرقها. وتقوم هذه المواد بالأغلب على السيلولوز وهو عبارة عن سلاسل قوية من جزئيات السكر التي تبني جدران خلايا النبتة. وقد يولد كسر تلك السلاسل وتخميرها إلى قرن خصب بالوقود الحيوي وذلك بعيدا عن منافسة المحاصيل الغذائية. وتصور نظريات الوقود الحيوي إنبعاث أعشاب برية معمرة تعزل الكربون في التربة وتؤمن موطنا للحياة البرية وتحد من تعرية التربة كما توفر محصولا من الوقود المنزلي.
وقود السيليلوز
أما المبدأ الكامن وراء ايثانول السيلولوز فبسيط يتمثل بجعله رخيصا على عكس الغاز. فحتى اليوم لا يزال عدد المصانع الرائدة في تصنيع الايثانول من السيلولوز في الولايات المتحدة قليلا جدا، أما أقدم مصنع فهو «مختبر الطاقة المتجددة الوطني» (NREL) الواقع في «غولدن» في كولورادو، وبإمكانه تحويل طن من قضبان القصب المشرطة والأعشاب البرية والخشب إلى 70 غالون (265 ليترا) من الايثانول في حوالي أسبوع. ويحتوي السيلولوز على اللجنين وهي مادة عضوية تقع من ضمن الالياف الغذائية التي تربط جزيئيات السيلولوز بعضها ببعض فتعطي النبتة قوة البنية لتنتصب وتتحمل الشمس، وبفضلها كذلك من الصعب كسر النبتة، الأمر الذي تنبهت له صناعة الأوراق ايضا. ويقول الباحث الكبير في مشروع الإثانول أندي أدن: «الطريف في المسألة أنه يمكن للمرء أن يحصل على كل ما يطلبه من اللجنين إلا المال».
وبهدف فك جزيئات السيلولوز عن الخشبين يتم معالجة العلف الغذائي بالحرارة والأحماض بعد ذلك يمزج مع أنزيمات ذات تقنية عالية لتحويل السيلولوز إلى سكر. وبعد ذلك يتم تحويل المادة اللزجة ذات اللون البني الغامق الناتجة عن ذلك إلى خزانات التخمير حيث تنشط البكتيريا أو الخميرة لتحويل السكر إلى كحول. وتقوم هذه العملية بتحويل %45 فقط من الطاقة الموجودة في الحجم الحيوي إلى كحول في حين تقوم عملية تكرير النفط باستخراج %85 من الطاقة الموجودة في النفط الخام. ويجب تحسين فعالية ايثانول السيلولوز لينافس الغازولين.
استغلال السيلولوز من الذرة بدل الحبال من شأنه أن يضاعف إنتاج ايثانول الذرة، كما أن الأعشاب البرية قد تولد من الايثانول في الأكر الواحد ما يوازي إنتاج قصب السكر. وقد قدرت دراسة أجراها قطاع الزراعة والطاقة الأميركي عام 2005 أنه من خلال دفع إنتاجية المزارع وزراعة 50 مليون أكر (20 مليون هكتار) من الأرض البور بالأعشاب المعمرة والأشجار السريعة النمو، قد تتمكن الولايات المتحدة الأميركية من إنتاج 1.3 من العلف الغذائي للايثانول. وحسب «مختبر الطاقة المتجددة الوطني» أن هذه المسألة قد تحل محل نصف كمية الوقود المستخدمة في النقل والتي يتم حرقها سنويا.، هذا وقام مدير المختبر السابق «مايك باشيكو» باستخراج رسم بياني من تلك الدراسة، «إذ يشكل الخط الأخضر ما نعتقد أننا قادرين على إنتاجه من المزارع والأشجار والأعشاب» أي ما يعادل 3.5 مليار برميل من النفط. وتتبع باشيكو آثار خط آخر على هذا الرسم البياني، يقع على ارتفاع مضاعف عن الأول، وهو يمثل حلم الوقود الحيوي الأخير أي التمكن من إنتاج الوقود الأخضر الذي يكفي الولايات المتحدة الأميركية ويجعلها مستقلة. وباستطاعتنا تحقيق ذلك في حال لجأنا إلى رفع فعالية المركبات بشكل كبير عبر تحريك ايثانول السيلولوز بعنف.
تحويل الطحالب لوقود حيوي
وصدر عن كل العلماء الذين درسوا هذه المسألة أنه ما من محصول زراعي سحري لاستخراج الوقود باستطاعته حل محنة الطاقة التي نمر بها من دون إلحاق الضرر بالبيئة، وتعتبر الغالبية أن الطحالب هي الأقرب من بين النبات لأنها تنمو في مياه الصرف وفي مياه البحر، ولتنمو تعتمد على
ضوء الشمس وغاز ثاني أكسيد الكربون وأمور أخرى ضئيلة جدا. وكان لمختبر NREL برنامج يقوم على الطحالب ويمتد على 17 سنة إلا أنه أقفل منتصف التسعينيات لنقص التمويل، ويعمل المختبر هذه السنة على إعادة إحيائه. وتحاول الشركات الحديثة النشأة تحويل الطحالب إلى وقود حيوي. وتتربع «غرين فيول» تكنولوجي في كامبريدج، ماساشوسيتس، على عرش الحزمة، وقد طورت الشركة التي أسسها الكيميائي «إسحاق بيرزين» عملية تستخدم الطحالب في أكياس بلاستيكية لتقليل ثاني أكسيد الكربون من انبعاثات موجات الدخان الناتجة عن مصانع الطاقة. ولا تقوم الطحالب بتقليص غازات المصانع التي تؤدي إلى الاحتباس الحراري فحسب، وإنما تقضي على ملوثات أخرى.
وتفرز بعض الطحالب نشاء يمكن تحويله إلى ايثانول في حين يرشح زيت عن البعض الآخر قد يتحول إلى ديزل حيوي أو وقود نفاث. أما أفضل ما في الأمر أن الطحالب وفي الشروط المناسبة يتضاعف حجمها خلال ساعات. وفي حين ينتج كل أكر من الذرة حوالي 300 جالون (1135 لترا) من الايثانول سنويا، وكل أكر من حبوب الصويا حوالي 60 جالون (227 لترا) من الديزل الحيوي، يولد كل أكر من الطحالب نظريا أكثر من 5000 جالون (19 ألف لتر) من الوقود الحيوي سنويا.
ويضيف بيرزين «أن الذرة أو حبوب الصويا تغل مرة في السنة، في حين الطحالب تغل كل يوم، ولقد برهنا أنه بامكاننا زراعة الطحالب من بوسطن إلى أريزونا». وتشارك الشركة التي يعمل بيرزين لحسابها خدمات أريزونا العامة في فحص انتاج الطحالب في مصنع الطاقة «ريدهوك» لاحتراق الغاز الطبيعي الذي يقع غرب فونيكس. ويعقب بيرزين أن مزارع الطحالب الموجودة حول المصنع الذي يحتل مساحة 200 آكر (809 هيكارات) على حدود صحراء سونوران من شأنها أن تضاعف انتاج الولايات المتحدة من الديزل الحيوي.
وليست مزرعة الطاقة، كما تسميها غرين فيول، تلك المزرعة التي تجذب الأنظار، فهي مجرد مجموعة حاويات شحن ومكاتب مقطورة متواجدة بجانب هيكل خيمة بلاستيكية يتعدى طولها طول ملعب كرة القدم أما عرضها فيقدر بنحو 50 قدما (15 مترا). وتتدلى خارج الخيم البلاستيكية صفوف من أنابيب بلاستيكية عريضة مليئة بسائل أخضر فاتح يخرج فقاعات كأنها بزاقات عملاقة متدلية من الشرك. فبعد أن أجرى عددا من الاتصالات بمديره، سمح لي رئيس العمليات الميدانية للوعي الأمني في «غرين فيول ماركوس غاي» أن أتفقد «مزرعة البذور» هذه، التي تزرع الطحالب للخيم البلاستيكية. واكتشفت أن الشركة تحفظ أسرارها بإحكام.
ويقول «غاي» أنه لأسباب بناءة، عشرات الأشخاص على سطح الكرة الأرضية فحسب يعرفون كيف يزرعون الطحالب في أنظمة عالية الكثافة. وبدأ خبراء الطحالب الذي بقوا لفترة طويلة في قعر سلسلة الغذاء البيولوجي يتحولون إلى نجوم مشهورين. وقد بدأت جامعتان من أكبر جامعات أريزونا بتطبيق برامج الطحالب مؤخرا، والتحدي الكبير الذي يواجهها في ما يتعلق بايثانول السيلولوز هو بتقليص كلفة فيول الطحالب. ويضيف غاي» أنه ولينجح هذا المشروع في نهاية المطاف يجب أن يكون أرخص من ديزل النفط، فلو تعدينا سعر جالون الديزل بفلس واحد نكون قد أخفقنا» (وقد أدى ارتفاع التكاليف والمشاكل التقنية بغرين فيول لإقفال مفاعل ريدهوك الحيوي مؤقتا).
مستقبل الوقود الأخضر
وتساهم كمية الإمدادات الكثيفة والفعالية والسعر وهو الأهم في رسم مستقبل الايثانول والديزل، ولكن حتى الآن للوقود الأخضر رومانسية لا يمكن نكرانها. وفي كاراج مكتبه الواقع في وسط مدينة فونيكس، يتمشى أحد كبار المهندسين في APS الشركة الرائدة في قيادة مبادرة الوقود «راي هوبس» وسط أسطول صغير من السيارات الكهربائية المهجنة ويمر كذلك بحافلات تعمل على الطاقة الهيدروجينية، فيتسلق فان من ماركة فورد يعمل على الديزل ويدير المحرك، والملاحظ أنه على عكس محركات الديزل عادم هذه الحافلة يكاد يكون غير مرئي، وبالكاد تشعر برائحة الديزل والفضل يعود إلى الوقود الحيوي المستخرج من الطحالب والمصنع في مصنع ريدهوك الرائد، وقد نجح مصنع النفط البارع كذلك بتخفيض صوت القعقعة المزعج الذي يصدر عن الديزل. ويتابع هوبس «أفكر بهذه الأمور على أنني جالس في مركب وسط النهر، والسؤال هل أود أن اجذف عكس التيار أم معه؟ فالطحالب تسير مع التيار، إذ لدينا في الطبيعة عمليات سنت لنا، فباستطاعتنا أن نأخذ هذه العمليات ونعمل على تسريعها وتفعيلها فنقوي هذه الطاقة، ومن غير المعقول أن ننتظر أجيالا للقيام بذلك علينا أن نتحرك الآن».
وكشف هوبس أنه تلقى عشرات الاتصالات من شركات الطاقة المهتمة في بناء مصانع للطحالب تابعة لها لتنظيف الجو من الانبعاثات وتحقيق تفويض الوقود المتجدد. وقد وصل إغواء نباتات الوقود إلى رمال الشرق الأوسط الغنية بالنفط، فقد أطلقت الإمارات العربية المتحدة مبادرة الطاقة المتجددة التي تقدر بـ 250 مليون دولار وتتضمن الوقود الحيوي، ولعلها إشارة تدل على أن النفط لن يدوم أبدا.
قصب السكر
حتى قصب السكر لا يخلو من المشاكل، ففي حين يتم حصاد محاصيل القصب في ساو مارتينو كلها آليا، تقطع غالبية الأقصاب البرازيلية يدويا ورغم أنه عمل مربح يبقى وسخا وحارا ويسبب أوجاعا حادة في الظهر. ويقول رؤوساء اتحاد مقطعي القصب أن عددا كبيرا منهم يقضي من التعب كل سنة. وبهدف قتل الأفاعي وتسهيل عملية قطع القصب يدويا، يتم حرق الأرض قبل الحصاد فيمتلئ الجو بالسخام من جراء انبعاث الميثان وأكسيد النيترون، مركبان غازيان يؤديان إلى الاحتباس الحراري.
وقد تساهم عملية توسيع مساحة زراعة القصب في البرازيل التي من المتوقع أن تتضاعف في العقد المقبل في إزالة الاحراج والغابات، إذ بتغيير مواقع المزارع الموجودة أصلا في مناطق زراعية، قد يضيف السكر ضغوطا من شأنها إرسال أصحاب المواشي إلى الأراضي الحدودية كالأمازون والسفانا الغنية بالتنوع الإحيائي والمعروفة بالسيرادو. ويقول النائب العام في الوزارة العامة في ساو باولو مارسيلو بيدروسو غولارت إنه في حال اعتبر الكحول اليوم وقودا «نظيفا»، فعملية تصنيعه وسخة جدا، على الأخص الجزء المتعلق بحرق القصب واستغلال العاملين في هذا المجال».
ومن المعلوم أن كل أنواع الوقود الحيوي تستهلك محاصيل لعلها تؤمن الغذاء لأرض تتضور جوعا. ويضيف «غولارت» أنه لا بد من استخدام الزراعة لوضع حد للجوع المتفشي في صفوف البشر، وإنه لمن العار أن يعاني بعض الأشخاص من الجوع، فملايين الناس في البرازيل جياعا وهذه الثقافة الأحادية لا تساعد على حل المشكلة.
المصدر : مجلة بيئتنا - الهيئة العامة للبيئة - العدد 96
