إمكانات الدهون المستخلصة من حمأة الصرف الصحي منزوعة الماء مادة أولية لإنتاج الديزل الحيوي

تنتج محطات معالجة مياه الصرف الصحي البلدية كميات هائلة من حمأة الصرف بوصفها مخلفات، وتشكل الحمأة منزوعة الماء أكثر من 80 في المئة منها، وهي حمأة قائمة على البوليمرات تحتوي على مواد ملبّدة ومواد بوليمرية خارج الخلية تشمل الدهون، ويمكن تحويل هذه الدهون إلى ديزل حيوي يمثل طاقة بديلة تخفف الاعتماد على الوقود الأحفوري وتساعد المدن في الوقت ذاته على إدارة مخلفاتها بصورة أكثر استدامة، بما يحول عبئًا بيئيًا إلى مورد طاقة

وقد استكشفت دراسات سابقة إمكانات الدهون من أنواع متعددة من حمأة الصرف في إنتاج الديزل الحيوي، غير أن إمكانات الحمأة منزوعة الماء تحديدًا ظلت غير مستكشفة إلى حد كبير، ومن هنا تقيّم هذه الدراسة الدهون المستخلصة منها ومدى صلاحية إسترات الميثيل لأحماضها الدهنية للاستخدام وقودًا حيويًا وفق معايير الجودة المعتمدة

ويأتي الاهتمام بوقود الديزل الحيوي ضمن بحث عالمي أوسع عن بدائل متجددة لوقود النقل، وتتميز المواد الأولية المستمدة من المخلفات بميزة مزدوجة إذ لا تنافس المحاصيل الغذائية على الأرض ولا تتطلب حقولًا جديدة، وحمأة الصرف أرشح هذه المواد من حيث الوفرة والاستمرارية، إذ تتناسب كمياتها مع نمو المدن ذاته الذي يولّد الطلب على الطاقة، ما يجعل منظومة المعالجة وإنتاج الوقود حلقة متكاملة داخل البنية الحضرية

أولًا: أهداف الدراسة ومنهجيتها

هدفت الدراسة إلى تقييم الدهون المستخلصة من حمأة الصرف الصحي منزوعة الماء وإمكانات إسترات الميثيل لأحماضها الدهنية للاستخدام ديزلًا حيويًا، وأجري استخلاص الدهون وفق معالم متغيرة شملت درجات حرارة 70 و80 و90 درجة مئوية، وأزمنة استخلاص من ساعتين وأربع وست وثماني ساعات، ونسب حمأة إلى مذيب تراوحت بين 0.05 و0.175 غرام لكل مليلتر، واستخدمت مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه والتحليل الحراري الوزني لوصف الدهون المستخلصة، ثم أجريت الأسترة التبادلية لتحويلها إلى إسترات ميثيل للأحماض الدهنية خضعت ملف أحماضها وخصائصها للتقييم مقابل معايير الديزل الحيوي

ثانيًا: أبرز النتائج

1- تحققت ظروف الاستخلاص المثلى عند 70 درجة مئوية لمدة أربع ساعات ونسبة حمأة إلى مذيب قدرها 0.175 غرام لكل مليلتر، وبلغ الناتج الدهني عندها 1.71 في المئة بانحراف قدره 0.10

2- كشفت التحليلات الطيفية والحرارية أن دهون الحمأة منزوعة الماء تحتوي على الدهون الثلاثية والأحماض الدهنية والغليسرول والبروتينات

3- أنتجت الأسترة التبادلية إسترات ميثيل ذات ملف أحماض دهنية يمتد من الأحماض قصيرة السلسلة ذات ذرات الكربون الأربع إلى الطويلة ذات الاثنتين والعشرين ذرة كربون

4- أظهر تقييم الإسترات محتوى إستريًا مرتفعًا بلغ 94.7 في المئة للأحماض الدهنية متوسطة وطويلة السلسلة، متجاوزًا الحد الأدنى المعياري للديزل الحيوي البالغ 90 في المئة

5- يتوقع أن تؤدي النسبة المرتفعة من الأحماض الدهنية غير المشبعة في هذه الإسترات إلى نقطة انصهار منخفضة تخفف أثر التصلب وتحسّن أداءها وقودًا حيويًا

ثالثًا: دلالات الدراسة وتطبيقاتها

تفتح هذه النتائج مسارًا عمليًا لتحويل مخلفات محطات المعالجة إلى مورد طاقة، إذ تثبت أن الحمأة منزوعة الماء، وهي الكسر الأكبر من حمأة الصرف، تحمل دهونًا قابلة للاستخلاص والتحويل إلى إسترات تفوق معيار المحتوى الإستري الأدنى وتتمتع بخصائص انسيابية واعدة بفعل غنى أحماضها غير المشبعة، ويمد هذا المسار مدنًا كثيرة بأداة مزدوجة الغاية تخفف أعباء التخلص من الحمأة وتنتج وقودًا بديلًا في آن واحد، وتظل الحاجة قائمة لتوسيع الفحص نحو الجدوى الاقتصادية وظروف الاستخلاص على النطاق الصناعي

كما يلفت تدرج ظروف الاستخلاص المفحوصة الانتباه إلى أن الوصول إلى الناتج الأمثل لا يتطلب بالضرورة أعلى الدرجات الحرارية أو أطول الأزمنة، فقد تحقق الأفضل عند درجة حرارة معتدلة وزمن متوسط، وهو ما يبشر بكلفة طاقة أدنى عند النقل إلى النطاق الأوسع، وتبقى خصائص الاشتعال والثبات التأكسدي وتوافق الوقود الناتج مع المحركات القائمة موضوعات تحقق تالية قبل الاعتماد التجاري الواسع

وخلاصة القول إن دهون حمأة الصرف الصحي منزوعة الماء مصدر أولي صالح لإنتاج الديزل الحيوي، وقد أثبتت الدراسة قابلية استخلاصها وتحويلها إلى إسترات مستوفية للمعيار وبخصائص أداء مشجعة، ما يعزز اتجاه تحويل مخلفات المدن إلى طاقة مستدامة