أخبار

هيرمان باينتنر، مؤسس شركة ROPA، هو في الوقت ذاته مزارع يُشغّل منشأة غاز حيوي من المواد الأولية المتجددة (NawaRo) في مقر الشركة في Sittelsdorf، وذلك باستخدام ركائز بنجر السكر وسائل الخنازير. بدأت خطط إنشاء المنشأة عام 2009، وتهدف إلى تلبية جزء من احتياجات الطاقة الحرارية والكهربائية لإنتاج شركة ROPA، فضلاً عن اكتساب معرفة علمية قيّمة حول خصائص بنجر السكر بوصفه ركيزةً للتخمير.

انطلق تشغيل المنشأة بوصفها مشروعاً تجريبياً في أواخر عام 2010 بوحدة توليد حرارة وطاقة مشترك (BHKW) بقدرة 190 كيلوواط، ثم جرى توسيعها عام 2012 لتبلغ قدرة كهربائية 550 كيلوواط. تعمل منشأة الغاز الحيوي حصراً بالركائز القابلة للضخ، وقد جرى التخلي كلياً عن إدخال المواد الصلبة تحقيقاً لأعلى مستوى من الأتمتة. وعلى مدار السنوات الماضية، جرى الاستثمار بصورة متواصلة في تحسينات متنوعة بناءً على الخبرات المتراكمة؛ إذ استُبدلت أجهزة التخمير ذات الطبقة الثابتة الأصلية عام 2017 بخزان تخمير بالتحريك مزوّد بمحرك تقليب مركزي من التصميم الخاص مع نظام لتصريف التربة.

بناءً على الخبرات المتراكمة، استقرّ العمل في منشأة الغاز الحيوي الكائنة في مقر ROPA الرئيسي على إجراء التشغيل التالي لعمليات التخمير السائل والتخزين وسحب عجينة بنجر السكر.

الحصاد والشحن كما هو معتمد لمصانع السكر
تُحصد الجذور كاملةً مع رؤوسها لكن دون الأوراق – ويُعدّ أسلوب Micro-Topping الأنسب لذلك. تُزال عنق الأوراق بقطع رأسي خفيف للحدّ من إدخال التربة غير الضرورية وتقليل خسائر التنفس أثناء التخزين في الكوم. ويُستحسن ترك البنجر في الكوم أسبوعاً على الأقل ليجفّ الطين ويُمكن بعدها إزالة أكبر قدر ممكن من التربة باستخدام رافعة البنجر (Rübenmaus). ويتم نقل المحصول إلى منشأة الغاز الحيوي بواسطة مجموعات جرارات أو شاحنات.

التفريم لإنتاج عجينة بنجر ناعمة ومتجانسة
في منشأة الغاز الحيوي، تُطحن جذور بنجر السكر بمفرمة من التصميم الخاص إلى عجينة ناعمة ومتجانسة، ثم تُنقل عبر ناقل شريطي إلى صومعة التخزين. ولاعتبارات التكلفة والكفاءة التشغيلية، جرى التخلي عن عملية الغسيل المكثفة عن قصد. تتوزع العجينة اللزجة ذاتياً في الصومعة وتتميّع تدريجياً مع استمرار عملية التخمير. وقاعدة الفرم هي: كلما كان الطحن أدقّ، كانت عملية التحويل أسرع وأفضل.

تعبئة متعددة بسبب محدودية الطاقة التخزينية
نظراً لمحدودية سعة الخزان الدائري البالغة 6000 طن، يبدأ تخمير أولى دفعات البنجر في سبتمبر. وتُخزَّن الدفعة الأخيرة لضيق المساحة في الكوم حتى فبراير/مارس. ومن خلال التعبئة المتعددة، يُستهلك ما يصل إلى 12000 طن من البنجر سنوياً لتوليد الكهرباء، وذلك تبعاً للمحصول.

خزان التخزين – بناء مقاوم للأحماض
يتسم بنجر السكر المخمَّر سائلاً بحموضة شديدة وخصائص تآكلية عالية. عند اكتمال عملية التخمير، يستقر الرقم الهيدروجيني بين 3.2 و3.5. والخرسانة غير المحمية عرضة لهجوم العجينة الحمضية للبنجر، لذا يُشترط استخدام صومعة تخزين مقاومة للأحماض. تمّ صبّ خزان التخزين ذي القطر 30 متراً والارتفاع 8 أمتار من الخرسانة الصبّية الموضعية، وبُطّنت جدرانه الداخلية بغشاء بولي يوريثان حمايةً من الأحماض. شُيّد قاع الخزان بميل 15 درجة نحو المركز، وهو ميل كافٍ للتفريغ دون أن يكون كافياً للتفريغ الكامل التام، إذ يستلزم ذلك ميلاً أكبر.

التخمير والتحويل وفصل الطبقات
في المرحلة الأولى من التخمير، يُلاحَظ فصل واضح للطبقات. يُستهلك الأكسجين المحبوس في عملية التنفس وينتج عنه ثاني أكسيد الكربون الذي يتصاعد جزئياً على شكل فقاعات "فوّارة" على السطح.
مباشرةً بعد التخمير، يُلاحَظ تمدد حجمي معين، لذا لا يجب بأي حال ملء خزان التخزين دفعةً واحدة حتى الحافة! وبعد أيام قليلة من التمدد الحجمي، يترسّب الركيزة من جديد ويمكن إضافة المزيد. في طور التحويل، كثيراً ما يُمكن سحب السائل فقط من قاع الخزان، إذ تطفو قطع البنجر على السطح – على غرار فتات الخبز في الماء المعدني. ومع تقدم عملية التخمير، تترسب عجينة البنجر تدريجياً وتصبح أقل لزوجةً وأكثر تجانساً.

في المنشأة التجريبية، يبدو تأثير فصل الطبقات بوضوح أكبر، إذ تُسحب عجينة البنجر لتغذية المنشأة حتى أثناء عملية التخمير. علاوةً على ذلك، يُعاد ملء الخزان في فصل الشتاء عدة مرات ببنجر شديد البرودة، مما يجعل عملية التحويل أثناء التخمير تستغرق وقتاً طويلاً جداً.
ملاحظة: عند تطبيق ذلك على منشآت أخرى، يكون من الأجدى ترك عجينة البنجر بعد التخمير تُكمل دورة تخمير لعدة أسابيع. وخلال أشهر الشتاء حتى فبراير، يمكن تغذية البنجر الطازج بصورة اعتيادية عبر نظام إدخال المواد الصلبة. غير أنه مع ارتفاع درجات الحرارة في الربيع، تزداد خسائر التنفس في كوم البنجر بشكل يجعل تغذية بنجر السكر الطازج غير مجدية اقتصادياً. وللتغذية على مدار العام من فبراير حتى سبتمبر، تُعدّ سيلاج العجينة من أفضل أساليب التخزين وأقلها خسائر.

سحب عجينة البنجر من الطبقة العلوية
استجابةً لتأثير فصل الطبقات وعمليتَي التعبئة والسحب المتواصلتين من صومعة تخزين واحدة، جرى تعديل نظام السحب في ROPA بحيث يُمكن الضخ من ارتفاعات مختلفة، لا سيما من المناطق القريبة من السطح. أصبحت مضخة السحب مثبّتة على رافعة وتسحب من عمق نحو متر واحد تحت السطح، مما يُتيح استخراج المواد الغنية بالبنية الهيكلية والطافية على السطح بشكل تفضيلي. ونظراً لكون الطبقة السطحية لزجةً وسميكة القوام في بعض الأوقات، تُضخّ كمية من الهضيم/السائل من المخمّر مباشرةً بعد مضخة السحب عبر خط ضخ إضافي لتحسين قابلية الضخ.

بفضل المخمّر ذي الحجم 2000 متر مكعب، أصبح بالإمكان تشغيل منشأة الغاز الحيوي البالغة 550 كيلوواط بمرونة عالية وبتحسين الاستخدام الحراري، إذ يتمتع هذا المخمّر بقدرة استيعاب كبيرة ويتحمّل كميات كبيرة من بنجر السكر المخمّر طازجاً أو الزيادات الحادة في الجرعات اليومية على المدى القصير.

ولعلّ أبرز ما يميّز هذه المنشأة هو محرك التقليب المركزي ذو الخروج الرملي الذي صمّمه هيرمان باينتنر بنفسه. تتيح بنيته المتينة تحقيق خلط شامل تام بعد دورات قليلة فحسب. يُحرَّك حلقة دوران كروية ضخمة بقطر 2300 ملم عبر وحدة هيدروليكية وأربعة محركات زيت، ثم تنتقل القوة من حلقة الدوران إلى أذرع التقليب الممتدة للمركز على مسافة 15.6 متراً.

لتحقيق خلط أكثر فعالية، ثُبّتت محور صلب مزوّد بريش خلط بين ذراعَي التقليب. وللتعامل مع تصريف التربة، ثُبّت ذراع ثالث قرب القاع، تعمل لوائح كشط مثبتة عليه بشكل مائل على دفع التربة والرواسب نحو الخارج. ويجمع سكين الكشط الخارجي الرواسب ويوجّهها نحو تجويف في قاعدة الخزان، ثم تُطرد التربة والأجسام الغريبة والرواسب المتراكمة خارج المخمّر عبر مسمار أرخميدس مشغَّل هيدروليكياً. يعمل الذراع السفلي لتصريف التربة بنظام التشغيل الحر: في اتجاه عقارب الساعة يدور مع نظام تصريف التربة، وعكس اتجاه عقارب الساعة يدور ذراعا التقليب وحدهما. وعبر نظام التحكم في المنشأة، يمكن ضبط مدة دورات التقليب والتنظيف وعددها. وبهذا يتفادى محرك التقليب المركزي ذو الخروج الرملي بصورة قاطعة كلاً من الحاجة إلى عمليات تنظيف مكثفة للخزان وتقلص الحجم الصافي الناجم عن الترسبات.