پیرولیز سریع و زغال زیستی؛ پایان دوران سوختن ثروت

دستگاه پیرولیز سریع تولید شده توسط متخصصین حوزه آب در دانشگاه شهید بهشتی. ۲. نمونه زغال زیستی Biochar با کیفیت بالا برای مدیریت منابع آب کشاورزی. ۳. نمودار فرآیند اقتصاد چرخشی و تبدیل ضایعات کشاورزی به زغال زیستی در ایران.

بومی‌سازی فناوری پیرولیز سریع در ایران؛ ۵ دستاورد بزرگ برای مدیریت منابع آب و اقتصاد چرخشی

ایران با تولید سالانه بیش از ۱۷۰ میلیون تن ضایعات کشاورزی، با چالشی دوگانه در حوزه‌های محیط‌زیست و مدیریت منابع آب روبروست. رهاسازی یا سوزاندن این حجم عظیم از زیست‌توده، نه‌تنها باعث انتشار گسترده گازهای گلخانه‌ای و آلاینده‌های جوی می‌شود، بلکه فرصت‌های بی‌نظیری را در مسیر اقتصاد چرخشی از بین می‌برد. در این میان، دستیابی متخصصین حوزه آب ایرانی به فناوری پیرولیز سریع برای تبدیل ضایعات به زغال زیستی (Biochar)، نقطه‌عطفی در حکمرانی آب و فناوری آب کشور محسوب می‌شود. این گزارش به بررسی ابعاد فنی و استراتژیک راه‌اندازی اولین واحد پیرولیز سریع کشور در پردیس شهید عباسپور دانشگاه شهید بهشتی می‌پردازد؛ پروژه‌ای که می‌تواند پیوند میان امنیت غذایی و حفاظت از منابع آبی را مستحکم‌تر کند.

 

نکات کلیدی

  • بومی‌سازی اولین واحد پیرولیز سریع با ظرفیت تبدیل ضایعات کشاورزی به محصولات با ارزش افزوده بالا نظیر زغال زیستی و بایو-اویل.
  • پتانسیل مدیریت ۱۷۰ میلیون تن ضایعات کشاورزی کشور برای کاهش اثرات بحران آب و بهبود کیفیت خاک.
  • نقش کلیدی زغال زیستی (Biochar) در کاهش چشمگیر مصرف آب در بخش کشاورزی و افزایش بهره‌وری تولید.
  • کاربرد چندگانه محصولات پیرولیز در تصفیه فاضلاب‌های صنعتی، صنایع فولاد و حوزه پزشکی.
  • همکاری استراتژیک دانشگاه شهید بهشتی و معاونت علمی ریاست جمهوری در مسیر تحقق اقتصاد دانش‌بنیان.

از ضایعات کشاورزی تا ثروت ملی؛ سازوکار فنی پیرولیز سریع

فناوری پیرولیز سریع، فرآیندی است که در آن زیست‌توده‌های لیگنوسلولزی در دمای بالا و در غیاب کامل اکسیژن، تحت تجزیه حرارتی قرار می‌گیرند. این سیستم که از طریق مهندسی دقیق و بهینه‌سازی فرآیند در مقیاس پایلوت توسط متخصصین حوزه آب در دانشگاه شهید بهشتی طراحی شده است، اجازه می‌دهد تا ضایعات کشاورزی در کمترین زمان ممکن به محصولات مایع (بایو-اویل) و جامد (زغال زیستی) تبدیل شوند. این دستاورد فنی نه‌تنها یک پیروزی علمی برای مرکز بینش آب ایران و جامعه دانشگاهی است، بلکه ابزاری قدرتمند برای مدیریت پسماندهای بیولوژیک است که تا پیش از این به عنوان یک معضل محیط‌زیستی شناخته می‌شدند.

 

طبق آمارهای رسمی، سالانه حدود یک میلیون تن ضایعات زیست‌توده‌ای خاص و در مجموع ۱۷۰ میلیون تن ضایعات کشاورزی در کشور تولید می‌شود. عدم مدیریت صحیح این حجم از مواد، منجر به فرآیندهای هضم بی‌هوازی و انتشار گازهای گلخانه‌ای می‌شود که از نظر قانونی و محیط‌زیستی چالش‌های جدی ایجاد کرده است. فناوری پیرولیز سریع با تبدیل این تهدید به فرصت، ماده‌ای به نام زغال زیستی تولید می‌کند که به دلیل تخلخل بسیار بالا، ظرفیت نگهداری آب در خاک را به شدت افزایش می‌دهد. این موضوع در کشوری که با بحران آب مزمن دست‌ و پنجه نرم می‌کند، یک ضرورت حیاتی برای پایداری کشاورزی است.

 

زغال زیستی (Biochar)؛ ناجی منابع آبی در قلب اقتصاد چرخشی

یکی از مهم‌ترین کارکردهای تعریف شده برای این پروژه ملی، استفاده از زغال زیستی به عنوان اصلاح‌کننده خاک است. زغال زیستی با ساختار منحصر‌به‌فرد خود می‌تواند مانند یک اسفنج عمل کرده و رطوبت را در ریشه گیاه حفظ کند. این ویژگی به طور مستقیم بر مدیریت منابع آب اثر گذاشته و نیاز به آبیاری مکرر را کاهش می‌دهد. در واقع، ما با یک مدل موفق از اقتصاد چرخشی روبرو هستیم که در آن ضایعات یک بخش (کشاورزی)، تبدیل به ورودی ارزشمندی برای تصفیه و حفظ منابع آب همان بخش می‌شود.

 

تبدیل این ضایعات به بیوچار فعال‌شده، نه‌تنها یک استراتژی مدیریت پسماند است، بلکه می‌تواند ارزان‌ترین و بومی‌ترین جاذب برای تصفیه فاضلاب‌های صنعتی و حذف فلزات سنگین از رودخانه‌های آلوده کشور باشد.

علاوه بر کاربردهای کشاورزی، زغال زیستی تولید شده در این واحد پیرولیز، پتانسیل بالایی در تصفیه آب و فاضلاب دارد. مرکز بینش آب ایران پیش از این نیز تاکید کرده بود که برای مطالعه بیشتر می‌توانید به مقاله رابطه آب و انرژی مراجعه کنید. این رویکرد نوآورانه، هزینه‌های تصفیه را به شدت کاهش داده و به تداوم چرخه آب در صنایع کمک می‌کند.

 

نقش دانشگاه و فناوری در تغییر پارادایم حکمرانی آب

پروژه‌ای که از سال ۱۳۹۷ در پردیس فنی و مهندسی شهید عباسپور آغاز شد، ثمره همکاری نخبگان گروه مهندسی آب و محیط‌زیست با حمایت معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری است. این همکاری نشان‌دهنده تغییر مسیر از مدیریت سنتی به سمت مدیریت فناورانه در حوزه آب است. در این فرآیند، نه تنها زغال زیستی، بلکه اجزای مایع و گاز نیز استحصال می‌شوند که در صنایع فولاد، مکمل‌های خوراک دام و حتی پزشکی کاربرد دارند. این تنوع در محصولات، ارزش اقتصادی طرح را دوچندان کرده و مدل‌های مالی پروژه‌های حوزه فناوری آب را جذاب‌تر می‌کند.

 

خبر تبدیل کودهای دامی به بیوچار (Biochar) برای تصفیه آب، تنها یک پیشرفت آزمایشگاهی نیست، بلکه بازتابی از تغییر پارادایم در «حکمرانی آب» و مدیریت منابع یکپارچه است.

مرکز بینش آب ایران پیش‌تر نیز در مقاله اختصاصی تحلیل بیوچار اشاره کرده بود که این فناوری در کشوری با صنعت دامپروری و کشاورزی گسترده، نقشی دوگانه در تامین انرژی و حفظ منابع حیاتی ایفا می‌کند. بومی‌سازی این واحد پیرولیز سریع، ثابت کرد که دانش فنی متخصصین داخلی قادر است پیچیده‌ترین مسائل زیست‌محیطی را با راهکارهای اقتصادی پیوند بزند.

 

تحلیل اختصاصی تیم مرکز بینش آب ایران (Water Insight Hub)

راه‌اندازی اولین واحد پیرولیز سریع در ایران توسط متخصصین حوزه آب، فراتر از یک دستاورد فنی، یک ضرورت استراتژیک در حکمرانی آب محسوب می‌شود. ما در مرکز بینش آب ایران بر این باوریم که مدیریت منابع آب در ایران دیگر با روش‌های سازه‌ای صرف و انتقال آب به بن‌بست رسیده است. تحلیل‌های عمیق ما نشان می‌دهد که فناوری پیرولیز سریع و تولید زغال زیستی، دقیقا در نقطه تلاقی امنیت آبی، امنیت غذایی و امنیت انرژی قرار دارد. ایران کشوری است که سالانه ۱۷۰ میلیون تن ثروت پنهان را در قالب ضایعات کشاورزی می‌سوزاند، در حالی که همین ضایعات می‌توانند کلید حل بحران آب در اراضی خشک باشند.

 

نکته اساسی اینجاست که تولید زغال زیستی (Biochar) باید به عنوان یک رکن در سیاست‌گذاری‌های کلان مدیریت منابع آب گنجانده شود. تکرار این گزاره ضروری است: زغال زیستی ابزاری برای ارتقای تاب‌آوری سرزمین در برابر خشکسالی است. این فناوری به ما اجازه می‌دهد تا بهره‌وری آب در کشاورزی را که مصرف‌کننده بیش از ۹۰ درصد منابع آبی کشور است، به صورت واقعی و نه صرفا روی کاغذ، افزایش دهیم. از سوی دیگر، این پروژه یک الگوی عملیاتی برای اقتصاد چرخشی است؛ جایی که ضایعات کشاورزی به جای تبدیل شدن به عامل آلاینده خاک و آب، به عاملی برای تصفیه و تقویت آن‌ها تبدیل می‌شوند.

چالش اصلی در مسیر توسعه این فناوری، نه دانش فنی، بلکه مدل‌های مدیریتی و حمایتی برای تجاری‌سازی در مقیاس وسیع است. ما در مرکز بینش آب ایران تاکید می‌کنیم که برای عبور از بحران آب، باید از نوآوری‌های این‌چنینی حمایت سیستمی صورت گیرد. تکرار می‌کنیم: بدون پیوند میان فناوری آب و حکمرانی آب، دستاوردهایی مانند واحد پیرولیز سریع در سطح آزمایشگاه باقی خواهند ماند. متخصصین حوزه آب باید به این ابزار مجهز شوند تا بتوانند مدیریت منابع آب را از حالت انفعالی به حالت کنشگرانه تغییر دهند. زغال زیستی (Biochar) نه‌تنها یک اصلاح‌کننده خاک، بلکه یک سرمایه ملی برای حفظ تمدن در مناطق خشک ایران است.

در نهایت، مرکز بینش آب ایران معتقد است که بومی‌سازی این دستگاه توسط دانشگاه شهید بهشتی، پیامی روشن به مدیران ارشد کشور دارد: راهکار مقابله با بحران آب از مسیر فناوری‌های بومی و مدیریت هوشمند ضایعات می‌گذرد. ما باید به سمتی حرکت کنیم که هر تن ضایعات کشاورزی، به عنوان فرصتی برای ذخیره‌سازی آب در خاک نگریسته شود. این تغییر نگرش، هسته اصلی حکمرانی آب در قرن جدید خواهد بود. فناوری پیرولیز سریع اکنون یک واقعیت ملموس در ایران است و زمان آن فرا رسیده که با سرمایه‌گذاری گسترده، این واحدها را در سراسر قطب‌های کشاورزی کشور مستقر کنیم تا شاهد تحولی بنیادین در تصفیه آب و بهره‌وری منابع باشیم.

*عکس تزئینی است*

پیرولیز سریع یک فرآیند ترموشیمیایی پیشرفته است که در آن مواد آلی (مانند ضایعات کشاورزی) در غیاب اکسیژن و در زمان بسیار کوتاه (معمولا کمتر از چند ثانیه) تحت دمای بالا قرار می‌گیرند. تفاوت اصلی آن با پیرولیز کند در سرعت گرمایش و زمان ماندگاری بخارات است که باعث می‌شود مقدار بیشتری بایو-اویل (سوخت مایع) و زغال زیستی با کیفیت بالاتر تولید شود. این فناوری به متخصصین حوزه آب اجازه می‌دهد تا با دقت بالایی ویژگی‌های محصول نهایی را برای کاربردهای خاص، مانند تصفیه فاضلاب یا اصلاح خاک، بهینه‌سازی کنند. در واقع این فرآیند، حداکثر بهره‌وری را از زیست‌توده استحصال می‌کند تا در مسیر اقتصاد چرخشی گام برداریم.
زغال زیستی به دلیل فرآیند پیرولیز دارای تخلخل بسیار ریز و سطح تماس گسترده‌ای است. وقتی این ماده به خاک اضافه می‌شود، مانند یک مخزن ذخیره آب عمل می‌کند. این ماده می‌تواند چندین برابر وزن خود آب جذب کرده و آن را برای مدت طولانی‌تری در ناحیه ریشه گیاه نگه دارد. این ویژگی در مدیریت منابع آب ایران بسیار حیاتی است، زیرا مانع از هدررفت آب از طریق تبخیر یا نفوذ عمقی سریع در خاک‌های شنی می‌شود. در نتیجه، فواصل آبیاری افزایش یافته و گیاه در برابر تنش‌های خشکی مقاوم‌تر می‌شود که این خود گامی بلند در جهت مقابله با بحران آب و ارتقای فناوری آب در مزرعه است.
بله، کاملا. ایران سالانه ۱۷۰ میلیون تن ضایعات کشاورزی تولید می‌کند که هزینه‌های زیادی برای دفع یا مدیریت آن‌ها صرف می‌شود. تبدیل این ضایعات به زغال زیستی و بایو-اویل، نه تنها هزینه مدیریت پسماند را حذف می‌کند، بلکه محصولاتی با ارزش افزوده بالا ایجاد می‌کند. بایو-اویل می‌تواند به عنوان سوخت یا ماده اولیه صنایع شیمیایی فروخته شود و زغال زیستی در صنایع فولاد، تصفیه آب و کشاورزی بازار بزرگی دارد. با توجه به بومی‌سازی فناوری در مرکز بینش آب ایران و دانشگاه‌های داخلی، هزینه‌های ارزی تجهیزات نیز به شدت کاهش یافته است که این امر اقتصاد چرخشی را در کشور تقویت کرده و سودآوری طرح را تضمین می‌کند.
زغال زیستی تولید شده از پیرولیز سریع، به دلیل ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی خاص خود، یک جاذب بسیار قوی برای آلاینده‌هاست. این ماده می‌تواند فلزات سنگین، ترکیبات آلی سمی و حتی برخی باکتری‌ها را از آب و فاضلاب جدا کند. در مناطقی از ایران که با آلودگی رودخانه‌ها ناشی از پساب‌های صنعتی یا کشاورزی روبرو هستیم، استفاده از Biochar ارزان‌ترین و در دسترس‌ترین راهکار برای تصفیه است. متخصصین حوزه آب از این ماده به عنوان جایگزینی برای کربن فعال گران‌قیمت استفاده می‌کنند که این موضوع مستقیما بر بهبود کیفیت منابع آب، حکمرانی آب و سلامت محیط‌زیست اثرگذار است. چرا راه‌اندازی این واحد پیرولیز در دانشگاه شهید عباسپور یک موفقیت استراتژیک محسوب می‌شود؟ این پروژه نشان‌دهنده توانمندی نخبگان داخلی در حل مسائل پیچیده کشور است. از سال ۱۳۹۷، تیمی از متخصصین حوزه آب با مهندسی دقیق توانستند دستگاهی بسازند که پیش از این تکنولوژی آن منحصر به چند کشور معدود بود. این موفقیت استراتژیک است چون وابستگی کشور به واردات اصلاح‌کننده‌های خاک و جاذب‌های تصفیه را کاهش می‌دهد. همچنین، این واحد به عنوان یک الگو برای پیوند فناوری آب و اقتصاد دانش‌بنیان عمل می‌کند و به مرکز بینش آب ایران این قدرت را می‌دهد که راهکارهای عملیاتی و مبتنی بر شواهد علمی برای حکمرانی آب در سطح ملی ارائه دهد.

با ما چشم‌انداز آینده آب را شکل دهید

مرکز بینش آب ایران
بستری علمی و فناورانه ایجاد کرده است تا مطالب ارزشمند شما – از پژوهش‌های تخصصی، تحقیقات علمی، نگاه‌های نوآورانه و فناورانه، ترجمه اخبار و مقالات بین‌المللی تا نقدهای سیاستی و معرفی محصولات حوزه آب – با نام و اعتبار شما منتشر شود.

انتقال تجربه‌ها و دیدگاه‌های علمی شما می‌تواند منبع الهام و دانشی تازه برای سایر پژوهشگران، متخصصان و خوانندگان حوزه فناوری آب، مدیریت منابع آب و نوآوری در صنعت آب ایران باشد.

بنابراین اگر مایلید نتایج پژوهش، تحلیل تخصصی یا معرفی فناوری‌های نوین آب را با جامعه علمی آب کشور به اشتراک بگذارید، می‌توانید از طریق واحد ارتباطات علمی مرکز بینش آب ایران با ما در تماس باشید.

📧 ایمیل رسمی مرکز بینش آب ایران:
Info[at]waterinsighthub.com

مرکز بینش آب ایران
مرکز بینش آب ایران

دیدگاهشما

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *