Decarbonization Transformation Model of Multi-Energy Demand for Textile Manufacturing Processes

في العالم الصناعي، نادراً ما تكون الطاقة تياراً واحداً؛ بل هي شبكة معقدة من الكهرباء والحرارة والبخار التي يجب توفيرها بدقة في الوقت والمكان اللذين تحتاجهما الآلة. لعقود من الزمن، غالباً ما تعاملت المصانع مع هذه الاحتياجات بشكل منفصل، حيث تحرق الوقود لتوليد الحرارة في مكان ما وتستمد الطاقة من الشبكة في مكان آخر، وهي طريقة تهدر كمية هائلة من الطاقة الكامنة. يقدم مفهوم التوليد المشترك مساراً مختلفاً: نظام واحد ينتج الكهرباء والحرارة القابلة للاستخدام في آن واحد، مستخلصاً الدفء الذي كان سيتبدد لولا ذلك في الهواء ومحولاً إياه إلى مورد مفيد. لا يقتصر هذا النهج على توفير المال فحسب؛ بل هو استراتيجية حاسمة لتقليل البصمة الكربونية الضخمة للتصنيع العالمي. وبينما تسعى الأمم جاهدة لتحقيق الأهداف المناخية، لم يعد السؤال المطروح على مديري المصانع هو كيفية إنتاج السلع فحسب، بل كيفية إنتاجها دون حرق مستقبل الكوكب.

لقد وضع فريق من الباحثين هدفاً لاختبار مدى نجاح هذه النظرية في البيئة الواقعية الفوضوية لمصنع نسيج. ركزوا على مؤسسة محددة تعتمد فيها عملية الإنتاج بشكل كبير على الحرارة لمهام مثل الصباغة والغسيل وتجهيز الأقمق. كان المصنع المعني نموذجاً مصغراً لمشكلة صناعية شائعة: فقد كان يشغل ثلاثة أنظمة منفصلة لتلبية احتياجاته من الطاقة. أحدها محطة تعمل بالفحم، والآخر غلاية تعمل بالغاز الطبيعي، والثالث وحدة توليد مشترك تنتج كلاً من الكهرباء والبخار. وجد الباحثون أنه بينما كان المصنع يحاول أن يكون فعالاً، كانت أنظمته تعمل ضد بعضها البعض. فالمحطة التي تعمل بالفحم، والتي كانت أكبر مصدر للبخار، كانت تعمل بكفاءة عالية نسبياً تقترب من 75 بالمائة، لكن وحدة التوليد المشترك، التي كان ينبغي أن تكون نجم العرض، كانت تعاني. كان أداؤها الفعلي أقل بكثير مما وعدت به الشركة المصنعة، حيث عملت بمتوسط كفاءة يزيد قليلاً عن 61 بالمائة. لم تكن الحرارة التي تنتجها تُستخدم بفعالية؛ فقد ضاع الكثير منها بسبب محاولة المصنع استخدام بخار عالي الضغط لمهام تتطلب فقط دفئاً منخفض الحرارة، وهو عدم تطابق أدى إلى تدمير طاقة قيمة.

تعمق الباحثون في بيانات التشغيل لمدة ثلاث سنوات لفهم أين تذهب الطاقة بالضبط. واكتشفوا أن المصنع يحرق كميات هائلة من الفحم والغاز الطبيعي، حيث يشكل هذان الوقودان الأحفوريان الغالبية العظمى من استهلاك الطاقة لديه. كانت وحدة التوليد المشترك تنتج كهرباء تغطي حوالي 60 بالمائة من احتياجات المصنع، وهي بداية جيدة، لكن قدرتها على توفير الحرارة كانت ضعيفة الاستخدام بشكل كبير. في الواقع، كان النظام يلتقط حوالي 19 بالمائة فقط من الحرارة التي كان قادراً على إنتاجها، تاركاً الباقي يتشتت. هذا عدم الكفاءة يعني أن المصنع كان لا يزال يعتمد بشدة على غلايات الفحم والغاز لسد الفجوة. أدرك الفريق أن المشكلة لم تكن في التكنولوجيا نفسها، بل في كيفية إدارتها. كان المصنع يشغل أنظمته بمعزل عن بعضها البعض، ففشل في تنسيق الحرارة الناتجة عن وحدة التوليد المشترك مع الاحتياجات الفعلية لخطوط الإنتاج.

ولإصلاح ذلك، اقترح الباحثون عملية إصلاح شاملة لكيفية إدارة المصنع للطاقة، والانتقال من نهج متفرق إلى نموذج موحد وشامل. اقترحوا أن يتوقف المصنع عن معاملة مصادر الحرارة ككيانات منفصلة، وبدلاً من ذلك، إنشاء نظام مركزي يوجه الطاقة إلى حيث تشتد الحاجة إليها. ومن خلال تحسين استخدام الحرارة المهدرة من وحدة التوليد المشترك، أظهرت الدراسة أن المصنع يمكنه خفض استهلاكه للغاز الطبيعي بأكثر من 76 بالمائة. والأهم من ذلك، وجدوا أنه من خلال مطابقة عرض الحرارة مع الطلب بشكل أفضل، يمكن للمصنع تقليل اعتماده على الفحم بنسبة تزيد عن 36 بالمائة. كان المفتاح هو التوقف عن استخدام البخار عالي الضغط للمهام منخفضة الحرارة، واستخدام مولدات نمطية منخفضة الضغط لتلك المهام المحددة، مع تخصيص البخار عالي الضغط فقط للعمليات التي تحتاج إليه حقاً.

لم تتوقف الدراسة عند الإصلاحات الفورية؛ بل وضعت خارطة طريق طويلة المدى ليصبح المصنع نموذجاً للاستدامة. طور الباحثون خطة استراتيجية تنقل المصنع بعيداً عن الوقود الأحفوري تماماً بحلول عام 2035. تتضمن الخطوة الأولى تعظيم كفاءة نظام التوليد المشترك الحالي والقضاء على استخدام الفحم في أقرب وقت ممكن. وتركز المرحلة التالية على تقليل استخدام الغاز الطبيعي وزيادة حصة الكهرباء في عملية التسخين، مع إمكانية استخدام المضخات الحرارية ومولدات البخار الكهربائية. وأخيراً، تشمل الرؤية دمج مصادر الطاقة المتجددة والتحول إلى الوقود الحيوي لأي عمليات متبقية يصعب كهربة تشغيلها. وحسب الباحثون أنه إذا اتبع المصنع هذا المسار، فإنه يستطيع تقليل كثافة الكربون لديه بنسبة 90 بالمائة أو أكثر بحلول عام 2035.

تقدم النتائج رسالة واضحة للقطاع الصناعي: الكفاءة لا تتعلق فقط بشراء آلات أفضل، بل بإدارة الطاقة التي تنتجها بذكاء وتنسيق. لم يكن مصنع النسيج في الدراسة معطلاً، بل كان ببساطة غير منسق. ومن خلال مواءمة إنتاج الطاقة مع احتياجاته الفعلية، يمكنه تحقيق تخفيضات هائلة في استخدام الوقود والتلوث دون التضحية بالإنتاج. تؤكد الدراسة أنه مع استراتيجية الإدارة الصحيحة، يمكن تحويل البنية التحتية الصناعية القائمة إلى أداة قوية لإزالة الكربون. إن الطريق إلى الأمام ليس لغزاً، بل هو سلسلة من الخطوات المنطقية: قياس الهدر، ومطابقة العرض مع الطلب، واستبدال الوقود القديم تدريجياً ببدائل أنظف. بالنسبة لمدير مصنع يتطلع لتأمين مستقبل مستدام، فإن الحل يكمن في رؤية نظام الطاقة بأكل ككيان واحد متصل، وليس كمجموعة من الأجزاء المنفصلة.