بایوچار؛ ارمغانی برای محیط زیست

چندی پیش با همکاری معاونت علمی، فناوری و اقتصاد دانش‌بنیان ریاست جمهوری، تفاهم‌نامه‌ای میان یک شرکت دانش‌بنیان متشکل از استادان دانشکده مهندسی عمران، آب و محیط زیست دانشگاه شهید بهشتی و شرکت کشت و صنعت کارون منعقد شد. بر اساس داده‌ها طی این تفاهم‌نامه اولین دستگاه پردازش حرارتی ساخت ایران در این شرکت مستقر می‌شود تا از پسماند محصولات گیاه نیشکر، ماده‌ای به نام زغال زیستی یا بایوچار تولید کند.
براساس دادها در نشست ویژه رونمایی از دستگاه پردازش حرارتی در 18 آبان‌ماه، حدود یک میلیون تن از 170 میلیون تن زیست توده موجود در کشور پسماندهای حاصل از فرآوری گیاه نیشکر است. ستاد آب، اقلیم و محیط زیست معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری در پی این آسیب‌شناسی تفاهم‌نامه‌ای در 16 اسفندماه 1402 با شرکت کشت و صنعت کارون، بزرگ‌ترین واحد کشت و صنعت نیشکر در خاورمیانه، منعقد کرد. طی این تفاهم‌نامه هر دو طرف با اهداف استقرار اقتصاد چرخشی در کشت و صنعت کارون، توسعه فناوری دوستدار محیط زیست در صنعت نیشکر، تولید محصولات با ارزش از پسماند و پساب نیشکر، ایجاد پالایشگاه‌های زیستی مبتنی بر پسماند و پساب نیشکر و افزایش تاب‌آوری و ارتقای بهره‌وری از طریق پیاده‌سازی سیستم‌های هوشمند در مدیریت آب، پسماند و انرژی، شروع به همکاری کردند.
به نقل از خبرگزاری ایسنا، ماهرو شایق، معاون ستاد آب، اقلیم و محیط زیست معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری در این نشست گفته بود: “در پی تفاهم‌نامه بین ستاد و شرکت کشت و صنعت کارون، محورهای اولویت‌دار برای کشت صنعتی تعیین و فراخوان به شرکت‌های دانش‌بنیان اعلام شده‌است. این محورهای اولویت‌دار و پروپوزال‌های واصله توسط کمیته فنی بررسی شد و موارد مورد توافق طرفین برای دریافت حمایت اجرایی معرفی می‌شوند. فرآیند همکاری هنوز ادامه دارد، اما یکی از پروژه‌های منتخب امروز وارد مرحله بهره‌برداری شده است؛ پروژه‌ای که منجر به تولید بایوچار از باگاس (تفاله نیشکر) می‌شود. این طرح، علاوه بر ظرفیت تبدیل پسماند به محصول ارزش‌افزوده، قادر است مشکل آتش‌سوزی و انتشار دود ناشی از سوزاندن باگاس در خوزستان را کاهش دهد. کشت و صنعت کارون به‌عنوان یکی از بزرگ‌ترین شرکت‌های نیشکری ایران، زحمت کشید و از فناوری‌های پیشنهادی حمایت کرد تا این مساله حل شود. ما معتقدیم نتایج این پروژه‌ها باید به اطلاع مردم برسد تا امیدواری نسبت به حرکت شرکت‌های دانش‌بنیان و تلاش دانشگاهیان تقویت شود. پس از تکمیل بررسی همه پروپوزال‌ها و تشکیل مرکز نوآوری در کشت و صنعت، شمار پروژه‌های موفق افزایش خواهد یافت و اثرگذاری آن‎‌ها در یکی از بزرگترین صنایع کشور ملموس‌تر خواهد شد.”
او در جای دیگر در همین نشست گفته بود: پس از نهایی‌شدن این فراخوان و تصویب طرح‌ها، مرکز نوآوری این کشت و صنعت تشکیل خواهد شد تا پشتیبانی و توسعه طرح‌های فناورانه را سرعت بخشد.
طرح شرکت دانش‌بنیان پردازش حرارتی ویرا، متشکل از استادان و دانشجویان دانشکده مهندسی عمران، آب و محیط زیست دانشگاه شهید بهشتی، همان “یکی از طرح‌های منتخب” است که وظیفه تولید زغال زیستی از پسماند نیشکر را به عهده دارد. این شرکت دانش‌بنیان با طراحی و ساخت دستگاه پردازش حرارتی(ترمال کانورژن)، پسماند حاصل فرآوری‌ها بر روی گیاه نیشکر را به ماده‌ای به نام بایوچار یا همان زغال زیستی تبدیل می‌کند.

بایوچار؛ جان دهنده‌ای برای خاک

بیژن یگانه، عضو هیات علمی این دانشکده و هیات رئیسه این شرکت دانش‌بنیان در گفتگوی اختصاصی با خبرنگار پایگاه علمی خبری دانه از اهمیت و کارایی این ماده می‌گوید. او در ابتدا به تاریخچه آن اشاره می‌کند و شرح می‌دهد: دستگاه سیستم پردازش حرارتی یک ایده است که پیش‌تر در طبیعت و کشاورزی وجود داشت. در طبیعت هم این اتفاق رخ می‌دهد؛ زیست‌توده‌های حاصل از آتش‌سوزی‌ در جنگل‌ها بعدتر تبدیل به ماده‌ای شبیه به همین بایوچار می‌شود. نمونه‌های یافت‌شده از 1500 سال پیش در آمریکای جنوبی حاکی از آن است که کشاورزان براساس تجربه گودال‌هایی در زمین حفر می‌کردند، بقایای کشاورزی را در آن می‌سوزاندند و در نهایت آن را مدفون می‌کردند. ماده سیاه رنگ و متخلخل حاصل از آن بازدهی خاک برای کشاورزی را بسیار افزایش می‌داد. شالوده سازکار این دستگاه هم چنین فرایندی است. حال با ضرورت افزایش بازدهی خاک در پی صنعتی‌سازی این فرایند و حذف مشکلاتش چنین دستگاهی طراحی شد تا در نهایت کمک‌کننده به کشاورزی پایدار باشد.

او با اشاره به وجود نمونه‌های مشابه این دستگاه که از لاستیک‎‌های خودرو ماده سوختی تولید می‌کند، ادامه داد: پیشینه سیستم‌هایی که به طور ویژه روی گیاه کار کنند در دانشگاه شهید بهشتی آغاز شد؛ هرچند که دیدم چند شرکت دانش‌بنیان ادعاهای مشابه‌ای دارند؛ من آن‌ها را نمی‌شناسم اما خوشحالم که در کشور به این موضوع توجه شده است. آغاز این فعالیت و پژوهش در دانشکده عمران دانشگاه شهید بهشتی به سال ۱۳۹۷ برمی‌گردد؛ یک تیم از اعضای هیئت علمی دانشکده و تعدادی از دانشجویان نخبه مقاطع کارشناسی ارشد و دکتری درگیر این طرح شدند. در ابتدا یک نمونه آزمایشگاهی ساخته شد؛ این نمونه آزمایشگاهی خیلی محدود و کوچک بود برای آنکه در ابتدا فقط از نظر آزمایشگاهی بتوانیم به این دستگاه برسیم؛ اما همین نمونه به ما خیلی کمک کرد.

-: در مورد فرایندها و مراحل دستگاه پردازش حرارتی بیشتر توضیح دهید.
+: به طور ساده این دستگاه ترکیبات موجود در زیست‌توده را می‌شکند و به شکل قابل بهره‌برداری عرضه می‌کند؛ چراکه بقایای تلمبارشده کشاورزی در حالت معمول قابل بهره‌برداری نیست. زیست‌توده پیش از ورود به این فرایند باید پیش‌پردازش فیزیکی و شیمایی را طی کند تا به مرحله بعد، یعنی فاز حرارتی برسد. توجه داشته‌باشید که این روند استاندارد آن است؛ اگر چیزی جز این باشد خارج از چارچوب علمی است. در مرحله حرارتی نیاز به راکتور برای کنترل دما و فشار محیط است. در راکتور فرایند پیچیده خنثی‌سازی رخ می‌دهد. در این مرحله گاز‌های جایگزین اکسیژن وارد راکتور می‌شود؛ چراکه وجود اکسیژن سبب ترکیب آن با عناصر گوگرد، نیتروژن و کربن موجود در بقایای کشاورزی می‌شود و در ادامه آلاینده‌های مونوکسید کربن، اکسیدهای گوگرد و اکسیدهای نیتروژن تولید می‌کند. این سه آلاینده معروف اثرات بسیار سوء‌ی برای محیط زیست دارد؛ به همین خاطر نباید اکسیژن در راکتور و در معرض بقایای کشاورزی باشد و باید از گازهای جایگزین استفاده کرد. حال بسته به نوع زیست‌توده گازهای مختلفی به کار می‌رود. راکتور محیط ایزوله‌ای دارد یعنی راندمان حرارتی خیلی بالایی دارد. به طور معمول دمای عملکرد آن بین 300 درجه تا 700 درجه سانتی‌گراد است. برای تامین حرارت مورد نیاز هم می‌توان از راکتور الکترونیکی و هم راکتوری که با سوخت فسیلی کار می‌کند، استفاده کرد.

-: این دستگاه تولیده شده با چه نوع راکتوری کار می‌کند؟
+: براساس سفارش‌هایی که صنعت به ما داده‌است راکتور با سوخت فسیلی کار می‌کند؛ به دلیل بحث ناترازی برق تا حالا به ما سفارش نمونه برقی ندادند.

-: بنابراین اگر نیاز شد نمونه برقی ساخته می‌شود؟
+: بله؛ نمونه‌ای که در دانشگاه ساخته شد برقی بود؛ این از توان ما خارج نیست اما بسته به نیاز صنعت است.

-: نوع برقی برای محیط زیست مناسب‌تر نیست؟
+: به نظر من انرژی برقی وقتی بهتر است که برای تولید برق از نیروگاه خورشیدی یا تجدیدپذیر استفاده شود؛ اگر برای تامین برق در جای دیگر سوخت فسیلی بسوزانیم و بعدتر در محل پردازش حرارتی استفاده کنیم، نمی‌توان گفت راکتور از نوع برقی صد در صد دوست داره محیط زیست است.
براساس توضیحات این عضو هیات علمی پس از پایان مرحله حرارتی در دستگاه پردازش حرارتی، زیست‌توده باید چندین دوره دمایی را طی کند تا در هر مرحله واکنش‌های لازم رخ بدهد. زغال زیستی یا همان بایوچار در همین مرحله تولید می‌شود و البته فرایند تولید فاز مایع آن (بایواویل) در این لحظه شروع می‌شود.

-: در حال حاضر این دستگاه فقط بایوچار تولید می‌کند؟
+: از این دستگاه می‌توان خروجی جامد، مایع و گاز دریافت کرد؛ اما این بسته به نیاز صنعت است؛ اگر به همین دستگاه مجموعه فازهایی اضافه کنیم می‌توان خروجی مایع و گاز هم از آن دریافت کرد. باید تقاضا برای آن وجود داشته باشد؛ اما در حال حاضر تقاضا برای فاز جامد آن یعنی همان زغال زیستی وجود دارد چراکه مشکلات عمده در حوزه کشاورزی گریبانگیر ما است که راهکار بسیاری از آن‌ها همین زغال زیستی یا بایوچار است.
استادیار، بیژن یگانه، توضیح می‌دهد که با توجه به وسعت خاک سنگین و شور در زمین‌های کشاورزی به ویژه در استان‌های خوزستان، فارس و قسمت‌هایی از اصفهان، وجود بایوچار می‌تواند راهشگا باشد؛ چراکه تخلخل بسیار بالای آن و برقراری فضای خالی به ویژه در ذرات خاک رسی می‌تواند نفوذپذیری آب و اکسیژن را به مراتب افزایش دهد. بارش کم و تبخیر سریع آب در اثر تابش شدید خورشید در کنار خاک سنگین با نفوذپذیری کم سبب کاهش بازدهی خاک می‌شود اما بایوچار با خاصیت اسفنج‌گونه‌اش می‌تواند توانایی نگهداشت آب را به مقدار قابل توجهی افزایش دهد. از سوی دیگر بایوچار در خاک‌ شور حاصل از وجود سدیم که سبب چسبندگی و تورم خاک شده‌است می‌تواند یون‎های مثبتی در خود نگه‌دارد و در ادامه جایگزین سدیم خاک کند تا از شوری خاک بکاهد. علاوه بر این بایوچار سبب افزایش حاصلخیزی خاک می‌شود چراکه با سطح بار منفی‌اش می‌تواند سبب ترکیب و نفوذ بهتر کود شیمیایی در خاک رسی و مانع از ایجاد روان آب پس از کود دهی ‌شود. بر اساس تاکید این استادیار همه این‌ها در گروی تولید بایوچار به شیوه استاندارد است.
این استادیار در ادامه با تاکید بر اهمیت بایوچار در بهبود فعالیت میکروبی خاک و احتمال افزایش دو تا پنج برابری جمعیت میکروبی شرح می‌دهد: حتما با کمپوست آشنا هستید؛ کود زیستی که از بقایای برگ تولید می‌شود و در کشور ما هم رواج دارد؛ حال در کشورهای دیگر تا ۲۰ درصد محتوای کمپوست را با بایوچار جایگزین می‌کنند؛ یعنی بایوچار به کمپوست اضافه می‌کنند. حتی به بعضی از کودهای شیمایی هم بایوچار اضافه می‌کنند؛ این موضوع در دنیا در حال رواج است. بایوچار به طور طبیعی فلزات سنگین، بعضی از سم‌ها و حتی ترکیبات فنولی را در خود جذب می‌کند؛ به همین خاطر هم در خاک و هم در آب می‌تواند به عنوان فیلتر عمل کند؛ در واقع کاربرد بایوچار فقط در خاک و کشاورزی نیست بلکه برای تصفیه آب هم کاربرد دارد.
بایوچار حتی در خوراک دام هم نقش دارد. او در این باره می‌گوید: مطالعاتی است که نشان می‌دهد بایوچار در خوراک دام‌هایی مثل گاو و گوسفند می‌تواند بین ۵ تا ۱۲ درصد به وزن‌گیری کمک کند و همینطور مصرف خوراک دام را بین 5 تا ۱۰ درصد کاهش بدهد. در طیور هم مطالعاتی انجام شده است که اعداد مشابه‌ای را نشان می‌دهد.

-: برگردیم به دستگاه پرداز حرارتی. این دستگاه چقدر توان تولید دارد؟
+: دستگاه پردازش حرارتی می‌تواند از 100 کیلو در روز تا ۲۰ تن در روز زغال زیستی تولید کند؛ ما محدودیتی از این بابت نداریم؛ اما تصمیم بر آن بود این دستگاه در ظرفیت اولیه‌اش بین 5 تا 10 هزار تن در سال بایوچار تولید کند و در ادامه اگر جواب‌دهی خوب بود ظرفیتش بیشتر شود.

گام دوم؛ تدوین استانداردها و شیوه تولید

این عضو هیات علمی به شیوه تولید علمی بایوچار تاکید داشت و معتقد بود خطر تولید نادرست بایوچار به مراتب جدی‌تر است؛ چراکه با تجاری‌سازی و عرضه این محصول به بازار احتمالا سودجویان موادی جز بایوچار، مثل باطله‌هایی معدنی زغال سنگ، را با این عنوان به مشتریان عرضه می‌کنند. او این شرایط احتمالی را “بسیار خطرناک” توصیف می‌کند و باور تنها را پیشگیری از آن تدوین استناداردها و شیوه تولید زغال زیستی است. براساس توضیحات این عضو هیات علمی دانشگاه شهید بهشتی این موضوع در سازمان ملی استاندارد در حال پیگیری است.

پسماندهایی که تلمبارند

براساس پیگیری‌های پایگاه علمی خبری دانه، به رغم آنکه مراسم رونمایی از دستگاه پردازش حرارتی، 18 آبان‌ماه در دانشگاه شهید بهشتی با حضور مسوولان هر دو سو و معاونت علمی، فناوری و اقتصاد دانش‌بنیان ریاست جمهوری برگزار شد و در ادامه تفاهم‌نامه همکاری این دو شرکت به امضا رسید، تاکنون دستگاه یاد شده به استان خوزستان و محل ” مرکز نوآوری و توسعه” این شرکت منتقل نشده‌است.
بر اساس پیگیری‌های پایگاه علمی خبری دانه، شرکت کشت و صنعت کارون وظیفه انتقال این دستگاه را دارد و مسوولان این شرکت هنوز زمان مشخصی برای انتقال این دستگاه تعیین نکردند اما امیدوارند طی یک تا دو ماه آینده دستگاه در محل یاد شده شروع به تولید بایوچار از پسماندهای تلمبار شده کند.