معظم مصانع الحبيبات صغيرة، بمتوسط ​​طاقة سنوية يبلغ حوالي 9000 طن. بعد مشاكل نقص الحبيبات في عام 2013، حيث لم يُنتج سوى حوالي 29000 طن، شهد القطاع نموًا هائلًا، حيث وصل إلى 88000 طن في عام 2016، ومن المتوقع أن يصل إلى 290000 طن على الأقل بحلول عام 2021.

تحصل تشيلي على 23% من طاقتها الأولية من الكتلة الحيوية. ويشمل ذلك الحطب، وهو وقود يُستخدم على نطاق واسع في التدفئة المنزلية، ولكنه مرتبط أيضًا بتلوث الهواء المحلي. في السنوات الأخيرة، تشهد التقنيات الجديدة وأنواع وقود الكتلة الحيوية الأنظف والأكثر كفاءة، مثل الكريات، تقدمًا ملحوظًا. تُقدم الدكتورة لورا أزوكار، الباحثة في جامعة لا فرونتيرا، رؤيةً ثاقبة حول سياق وحالة الأسواق والتقنيات المتعلقة بإنتاج الكريات في تشيلي.

وفقاً للدكتور أزوكار، يُعدّ استخدام الحطب كمصدر رئيسي للطاقة سمةً مميزةً لتشيلي. ويرتبط ذلك بتقاليدها وثقافتها، بالإضافة إلى وفرة الكتلة الحيوية الغابوية، وارتفاع تكلفة الوقود الأحفوري، وفصول الشتاء الباردة والممطرة في المنطقة الوسطى والجنوبية.

بلد الغابات

ولوضع هذا البيان في سياقه، تجدر الإشارة إلى أن تشيلي لديها حالياً 17.5 مليون هكتار من الغابات: 82% غابات طبيعية، و17% مزارع (أشجار الصنوبر والأوكالبتوس بشكل رئيسي) و1% إنتاج مختلط.

وهذا يعني أنه على الرغم من النمو السريع الذي شهدته البلاد، حيث يبلغ دخل الفرد الحالي 21 ألف دولار أميركي سنوياً ومتوسط ​​العمر المتوقع 80 عاماً، فإنها تظل متخلفة في مجال أنظمة التدفئة المنزلية.

في الواقع، من إجمالي الطاقة المستهلكة للتدفئة، يأتي 81% من الحطب، مما يعني أن حوالي 1.7 مليون أسرة في تشيلي تستخدم هذا الوقود حالياً، ليصل إجمالي الاستهلاك السنوي إلى أكثر من 11.7 مليون متر مكعب من الحطب.

بدائل أكثر كفاءة

يرتبط الاستهلاك المرتفع للحطب أيضًا بتلوث الهواء في تشيلي. حيث يتعرض 56 في المائة من السكان، أي ما يقرب من 10 ملايين شخص، لتركيزات سنوية تبلغ 20 ملغ لكل متر مكعب من المواد الجسيمية (PM) أقل من 2.5 مساءً (PM2.5).

يُعزى ما يقرب من نصف هذه الجسيمات الدقيقة (PM2.5) إلى احتراق الحطب، ويعود ذلك إلى عدة عوامل، منها سوء تجفيف الخشب، وانخفاض كفاءة المواقد، وسوء عزل المنازل. إضافةً إلى ذلك، ورغم افتراض أن احتراق الحطب محايد لثاني أكسيد الكربون، فإن انخفاض كفاءة المواقد يعني انبعاثات ثاني أكسيد الكربون التي تُعادل تلك التي تُصدرها مواقد الكيروسين والغاز المسال.

وفي السنوات الأخيرة، أدى ارتفاع مستويات التعليم في تشيلي إلى ظهور مجتمع أكثر تمكيناً بدأ يظهر مطالب تتعلق بالحفاظ على التراث الطبيعي والعناية بالبيئة.

إلى جانب ما سبق، مكّن التطور الهائل في البحث العلمي وتوليد رأس مال بشري متطور البلاد من مواجهة هذه التحديات من خلال البحث عن تقنيات ووقود جديدين يُلبّي الحاجة الحالية للتدفئة المنزلية. ومن بين هذه البدائل إنتاج حبيبات الخشب.

إطفاء الموقد

بدأ الاهتمام باستخدام حبيبات الخشب في تشيلي حوالي عام ٢٠٠٩، وهو العام الذي بدأ فيه استيراد مواقد وغلايات الحبيبات من أوروبا. إلا أن ارتفاع تكلفة الاستيراد شكل تحديًا، وكان الإقبال عليها بطيئًا.

ولتشجيع استخدامها، أطلقت وزارة البيئة برنامج استبدال المواقد والغلايات في عام 2012 للقطاعين السكني والصناعي، وبفضل هذا البرنامج، تم تركيب أكثر من 4000 وحدة في عام 2012، وهو رقم تضاعف ثلاث مرات منذ ذلك الحين مع دمج بعض مصنعي الأجهزة المحليين.

نصف هذه المواقد والغلايات موجودة في القطاع السكني، و28% في المؤسسات العامة، وحوالي 22% في القطاع الصناعي.

ليس فقط حبيبات الخشب

تُنتج حبيبات الخشب في تشيلي بشكل رئيسي من صنوبر رادياتا (Pinus radiata)، وهو نوع شائع في المزارع. في عام ٢٠١٧، بلغ عدد مصانع حبيبات الخشب ٣٢ مصنعًا بأحجام مختلفة، موزعة في المناطق الوسطى والجنوبية من البلاد.

معظم مصانع الحبيبات صغيرة، بمتوسط ​​طاقة سنوية يبلغ حوالي 9000 طن. وبعد مشاكل نقص الحبيبات في عام 2013، حيث لم يُنتج سوى حوالي 29000 طن، شهد القطاع نموًا هائلًا، حيث وصل إلى 88000 طن في عام 2016، ومن المتوقع أن يصل إلى 190000 طن على الأقل بحلول عام 2020، وفقًا للدكتور أزوكار.

على الرغم من وفرة الكتلة الحيوية الغابوية، فقد أثار هذا المجتمع التشيلي "المستدام" الجديد اهتمام رواد الأعمال والباحثين بالبحث عن مواد خام بديلة لإنتاج وقود الكتلة الحيوية المكثفة. وهناك العديد من مراكز البحوث الوطنية والجامعات التي طورت أبحاثًا في هذا المجال.

في جامعة لا فرونتيرا، قام مركز إدارة النفايات والطاقة الحيوية، الذي ينتمي إلى النواة العلمية BIOREN والمرتبط بقسم الهندسة الكيميائية، بتطوير طريقة فحص لتحديد مصادر الكتلة الحيوية المحلية ذات إمكانات الطاقة.

قشر البندق وقش القمح

حددت الدراسة قشر البندق ككتلة حيوية تتمتع بأفضل الخصائص للحرق. إضافةً إلى ذلك، تميّز قش القمح بتوفره العالي وتأثيره البيئي الناتج عن حرق القش والبقايا الزراعية. يُعدّ القمح محصولًا رئيسيًا في تشيلي، إذ يُزرع على مساحة تبلغ حوالي 286,000 هكتار، ويُنتج حوالي 1.8 مليون طن من القش سنويًا.

في حالة قشور البندق، ورغم إمكانية حرق هذه الكتلة الحيوية مباشرةً، ركزت الأبحاث على استخدامها في إنتاج الحبيبات. ويكمن السبب في مواجهة تحدي إنتاج وقود الكتلة الحيوية الصلبة الذي يتكيف مع الواقع المحلي، حيث أدت السياسات العامة إلى استبدال مواقد الحطب بمواقد الحبيبات، وذلك لمعالجة مشاكل تلوث الهواء المحلي.

وكانت النتائج مشجعة، حيث تشير النتائج الأولية إلى أن هذه الحبيبات تتوافق مع المعايير المحددة للحبيبات ذات الأصل الخشبي وفقًا للمعيار ISO 17225-1 (2014).

وفي حالة قش القمح، تم إجراء اختبارات التحميص من أجل تحسين بعض خصائص هذه الكتلة الحيوية مثل الحجم غير المنتظم والكثافة المنخفضة والقيمة الحرارية المنخفضة، وغيرها.

تم تحسين عملية التحميص، وهي عملية حرارية تُجرى في درجات حرارة معتدلة في بيئة خاملة، خصيصًا لهذه المخلفات الزراعية. تشير النتائج الأولية إلى زيادة ملحوظة في الطاقة المحتجزة والقيمة الحرارية عند ظروف تشغيل معتدلة تقل عن 150 درجة مئوية.

تم تصنيف ما يُسمى بالحبيبات السوداء المُنتجة على نطاق تجريبي باستخدام هذه الكتلة الحيوية المُحمّرة وفقًا للمعيار الأوروبي ISO 17225-1 (2014). وكانت النتائج مُبشرة، إذ ارتفعت الكثافة الظاهرية من 469 كجم/م³ إلى 568 كجم/م³ بفضل عملية المعالجة المسبقة بالتحمير.

وتهدف التحديات المعلقة إلى إيجاد تقنيات لتقليل محتوى العناصر الدقيقة في حبيبات قش القمح المحمص من أجل الوصول إلى منتج يمكن أن يدخل السوق الوطنية، مما يساعد على مكافحة المشاكل البيئية التي تؤثر على البلاد.