Life Cycle Assessment of Coconut Residue Valorization via Pyrolysis

تنتج البشرية كل يوم كميات هائلة من النفايات، من قشور الفاكهة إلى غلاف المكسرات، ينتهي المطاف بجزء كبير منها مدفوناً في حفر كبيرة تُعرف باسم المكبات. وبينما يعد دفن القمامة ممارسة شائعة، إلا أنه يخلق مشكلة بطيئة الحركة: فمع تحلل المواد العضوية تحت الأرض في غياب الأكسجين، تطلق غاز الميثان، وهو غاز يحبس الحرة في الغلاف الجوي بفعالية أكبر بكما من ثاني أكسيد الكربون. وفي الوقت نفسه، لا تزال البشرية تعتمد بشكل كبير على الوقود الأحفوري مثل النفط والفحم لتشغيل حياتنا، وهي عادة تدفع بتغير المناخ وتستنزف الموارد المحدودة. ويبحث العلماء بشكل متزايد عن طرق لتحويل هذه النفايات إلى شيء مفيد، وهو مفهوم يُسمى الاقتصاد الدائري، حيث يتم الإبقاء على المواد قيد الاستخدام بدلاً من التخلص منها. وتتضمن إحدى الطرق الواعدة تسخين النفايات النباتية في حاوية مغلقة بدون أكسجين، وهي عملية تفكك المادة إلى وقود وكربون صلب. ولفهم ما إذا كان هذا النهج أفضل حقاً لكوكب الأرض من مجرد دفن النفايات، يجب على الباحثين النظر في دورة حياة المنتج بأكملها، من لحظة نمو النبات إلى التخلص النهائي من بقاياه، مع وزن كل قطرة ماء، وكل جرام من الأسمدة، وكل ميل من النقل مقابل الفوائد المكتسبة.

في دراسة ركزت على نخلة جوز الهند، بحث باحثون في البرازيل في الأثر البيئي لتحويل قشور جوز الهند إلى مواد مفيدة من خلال عملية التسخين هذه، المعروفة باسم "التحلل الحراري"، مقارنة بالطريقة القياسية لإرسالها إلى مكب صحي. بدأ الفريق، الذي يعمل في جامعة فلومينينسي الاتحادية، بجمع قشور جوز الهند الأخضر، والتي تشكل جزءاً كبيراً من وزن الثمرة وغالباً ما يتم التخلص منها بعد استهلاك مائها. قاموا بسحق القشور وتركها تجف طبيعياً تحت أشعة الشمس قبل تسخين عينات صغيرة في فرن مختبري عند درجات حرارة تتراوح بين 400 و600 درجة مئوية. وقد أدت هذه العملية إلى تفكيك القشور إلى ثلاثة منتجات متميزة: مادة صلبة تشبه الفحم تسمى "الفحم الحيوي"، ووقود سائل يُعرف بـ "الزيت الحيوي"، وغاز يمكن استخدامه للطاقة. ثم استخدم الباحثون طريقة محاسبة دقيقة تسمى "تقييم دورة الحياة" لتتبع كل تكلفة وفوائد بيئية لهذه العملية. وقارنوا ذلك مباشرة بسيناريو حيث يتم دفن نفس الكمية من نفايات جوز الهند ببساطة في مكب للنفايات، حيث ستتحلل وتطلق غازاً، يُلتقط جزء منه لصنع الوقود، بينما يتسرب جزء كبير منه إلى الهواء.

وجدت الدراسة أن تسخين نفايات جوز الهند كان أفضل بكثير للبيئة من دفنها. فمقابل كل 100 جرام من قشر جوز الهند الذي تمت معالجته، تجنبت عملية التحلل الحراري انبعاث 0.081 كيلوغرام من مكافئ ثاني أكسيد الكربون، وهو مقياس قياسي لغازات الاحتباس الحراري، ووفرت 2.02 ميجا جول من الطاقة غير المتجددة. وكان هذا النتيجة الإيجابية ناتجة بشكل كبير عن قدرة الفحم الصلب الناتج على استبدال الكربون المنشط التجاري، وهو مادة تُصنع عادة من الوقود الأحفوري، بينما يمكن للغاز والزيت استبدال الديزل والغاز الطبيعي. ومن خلال إنشاء هذه البدائل، نجحت العملية فعلياً في محو الضرر البيئي الذي كان سيحدث نتيجة صنع تلك المنتجات التقليدية. وفي المقابل، أدى سيناريو المكب، حتى مع الجهود المبذبة لالتقاط الغاز لتوليد الطاقة، إلى أعباء بيئية أعلى في جميع المجالات. فقد أطلق المكب غاز الميثان، وهو غاز قوي في حبس الحرارة، وتطلب استخدام آلات ثقيلة ووقود ديزل للتشغيل، وكل ذلك دون توليد نفس المستوى من المواد البديلة المفيدة.

ومن المثير للاهتمام أن أكبر التكاليف البيئية لم تأتِ من عملية التسخين نفسها أو عمليات المكب، بل من مرحلة الزراعة قبل إنتاج النفايات. اكتشف الباحثون أن استخدام الأسمدة والمبيدات الحشرية لزراعة جوز الهند، إلى جانب معالجة الدعامات الخشبية المستخدمة لدعم الأشجار، قد شكل الجزء الأكبر من التأثيرات السلبية، مثل السمية للمياه والتربة. وهذا يشير إلى أنه بينما يعد التحلل الحراري وسيلة متفوقة للتعامل مع النفايات، فإن البصمة البيئية الإجمالية يمكن تقليلها بشكل أكبر إذا تم تحسين الأساليب الزراعية. كما اختبرت الدراسة طرقاً مختلفة لتجفيف قشور جوز الهند قبل التسخين؛ ووجدوا أن استخدام فرن كهربائي لتجفيف القشور يتطلب الكثير من الكهرباء لدرجة تجعل العملية برمتها أكثر تلوثاً، في حين أن ترك القشور تجف في الشمس حافظ على الفوائد البيئية مرتفعة. وهذا يسلط الض الضوء على أن الخطوات البسيطة ذات الاستهلاك المنخفض للطاقة غالباً ما تكون هي الخيارات الأكثر استدامة.

استكشف الباحثون أيضاً ما إذا كان التقاط المزيد من الغاز من المكب يمكن أن يجعل ذلك الخيار منافساً. لقد قاموا بمحاكاة سيناريو يتم فيه جمع كل الغاز الناتج عن النفايات المتحللة وتحويله إلى وقود، بدلاً من جمع نصفه فقط. وحتى مع هذا الجهد الأقصى، لم يستطع المكب مضاهاة الأداء البيئي للتحلل الحراري. فالأجهزة الإضافية المطلوبة لالتقاط ومعالجة كل ذلك الغاز أدخلت متطلبات طاقة وانبعاثات جديدة ألغت الفوائد الناتجة عن منع تسرب الغاز. وتخلص الدراسة إلى أنه بالنسبة لقشور جوز الهند، فإن تحويلها إلى وقود ومواد من خلال التسخين هو مسار أكثر استدامة من دفنها. فهي توفر وسيلة لتقليل غازات الاحتباس الحراري، وتوفير الموارد الأحفورية، ودعم نظام تصبح فيه النفايات مورداً، بشرط أن تُدار الممارسات الزراعية التي تسبق توليد النفايات بعناية أيضاً.