إسطنبول: تحويل النفايات الصلبة البلدية إلى طاقة (التحويل بالتحويل الحراري/التغويز) دراسة جدوى + تصميم تجريبي

الهدف والخلفية

إنتاج غاز تخليقي (syngas) من النفايات الصلبة البلدية (MSW) في إسطنبول من خلال التغويز الحراري وتحويله إلى كهرباء باستخدام مزيج عالي الكفاءة من محرك/توربين غازي: الجدوى التقنية والاقتصادية + تصميم طيار 1–3 طن/ساعة.
خبرة مايا في الدكتوراه (التغويز، تحسين الغاز التخليقي) تحدد المنهجية الأساسية.

الأهداف (كمية):

• النفايات المعالجة سنوياً: 100,000 طن (المرحلة الأولى)
• القدرة الكهربائية الصافية: 25 ميغاواط؛ الإنتاج السنوي: ≈180 غيغاواط ساعي
• خفض انبعاثات CO₂e: ≈95 ألف طن/سنة (مقارنة بسيناريو الحرق)
• هدف تكلفة الكهرباء (LCOE): ≤ 2.1 ليرة/ك.و.س

النطاق والافتراضات

• التغذية: قيمة حرارية دنيا 8–11 ميغا جول/كغ؛ رطوبة 15–35٪؛ التركيب: مواد عضوية 45٪، ورق/كرتون 18٪، بلاستيك 12٪، منسوجات 6٪، خاملة 19٪.
• مفاعل التغويز: سرير مميّع دائري (CFB)، مزيج هواء + أوكسجين مُغنى، مادة سرير رمل/أوليفين.
• تنقية الغاز: سيكلون + غسّالة + إزالة القطران (مِحفز تكسير) + تبريد/ترشيح.
• الطاقة: 2 × 12.5 ميغاواط محركات غازية (كفاءة عالية، مع خيار التوليد المشترك CHP).
• الشبكة: ربط على 154 ك.ف؛ خيار الدمج مع استرجاع الحرارة.

المنهجية (خطوة بخطوة)

1. جمع البيانات – أخذ عينات موسمية من 3 محطات تحويل في إسطنبول؛ تحليل أولي ونهائي؛ الرطوبة، الرماد، المواد الطيارة، C/H/O/N/S.
2. التوسيع وتوازن الكتلة-الطاقة – باستخدام Aspen Plus مع مقاربة RGibbs؛ تركيب الغاز التخليقي (H₂, CO, CH₄, CO₂, قطران) تبعاً لرطوبة النفايات.
3. تحسين الرطوبة – تجفيف + حرارة العملية لتحديد المجال الأمثل 15–25٪.
   • الشكل-1: نسبة الرطوبة مقابل إنتاج الكهرباء الصافي
     
4. تصميم تنقية الغاز – أهداف: القطران < 50 ملغ/م³ قياسي، الغبار < 5 ملغ/م³؛ هبوط الضغط، استهلاك الماء/المواد الكيميائية.
5. مقارنة الانبعاثات – الحرق (أساسي) مقابل التغويز (مع الترشيح).
   • الشكل-2: مخطط مقارنة الانبعاثات (الأساس=100)
     
6. تكلفة الكهرباء الصافية (LCOE) – CAPEX (المفاعل، التنقية، الطاقة)، OPEX (تشغيل، صيانة، موظفين)، التخلص من الرماد/الخبث؛ الإيرادات (كهرباء، حرارة، رسوم استقبال نفايات، خيار أرصدة كربون).
7. الامتثال القانوني – (وفق التشريعات التركية) حدود انبعاثات الحرق/التغويز، معايير الوقود المشتق من النفايات RDF، التراخيص البيئية/خطة تقييم الأثر البيئي.
8. التصميم التجريبي – طيار 1–3 طن/ساعة CFB: تحضير وقود، مفاعل، وحدة تنقية غاز، محرك 500 ك.و، جمع بيانات (GC, FTIR) وسلامة (HAZOP).

نتائج الحجم التجريبي

• حمل المفاعل: 3.2 طن/ساعة (جاف) عند 850–900 °م
• القيمة الحرارية لغاز التخليقي: 4.8–6.2 ميغا جول/م³ → كفاءة المحرك ~38%
• إنتاج الكهرباء النوعي: 450–520 ك.و.س/طن نفايات (عند 20٪ رطوبة)
• ماء لغسل القطران: 1.2–1.6 م³/طن غاز؛ مطلوب دمج معالجة المياه

المخرجات

• تقرير جدوى (120+ صفحة)، ملفات Aspen، PFD/PI&D، تصميم أساسي للطيار، دراسة أثر بيئي أولية، نموذج اقتصادي (xls)، مصفوفة مخاطر/HAZOP.

الجدول الزمني (12 شهراً)

1–3: تحليل النفايات ونموذج Aspen
4–6: محاكاة التنقية ودمج المحرك
7–9: تصميم الطيار + مواصفات التوريد
10–12: خطة تركيب الموقع + الجدوى النهائية

المخاطر والإجراءات التخفيفية

• القطران/الترسيب: محفز تكسير + بخار دوري
• تذبذب الرطوبة: تجفيف مسبق وصومعة موازنة التدفق
• إجراءات التراخيص: استشارة مبكرة مع الجهات + خطة مراقبة

التمويل (ملخص، بدون ضريبة القيمة المضافة)

• CAPEX: ~950 مليون ليرة
• OPEX: 180 مليون ليرة/سنة
• الإيرادات: بيع الكهرباء (خارج الدعم)، بيع الحرارة (CHP)، رسوم استقبال النفايات
• فترة الاسترداد: 6.5–8 سنوات (حسب السيناريو)

النتيجة: التغويز، على نطاق إسطنبول، لديه القدرة على خفض CO₂e ~32٪ وNOx ~45٪ مقارنة بالحرق التقليدي؛ مؤشرات قوية في استرجاع الطاقة والاستدامة.