پالایشگاه آینده؛ آینده‌ پژوهی تحولی پایدار در صنعت پتروشیمی

صنعت پتروشیمی در آستانه تحولی بزرگ قرار دارد که مسیر آن با استفاده از آینده ‌پژوهی و آینده ‌نگاری استراتژیک ترسیم می‌شود. با افزایش فشارهای جهانی برای کاهش انتشار دی‌اکسید کربن و دستیابی به صفر خالص تا سال 2050، پالایشگاه‌های سنتی که به سوخت‌های فسیلی وابسته‌اند باید به پالایشگاه‌های آینده تبدیل شوند. این پالایشگاه‌ها با استفاده از منابع پایدار، ضایعات کشاورزی و زباله‌های شهری و بهره‌گیری از انرژی‌های تجدیدپذیر، نه تنها نیازهای حمل‌ونقل و مواد شیمیایی را تأمین می‌کنند، بلکه به کاهش اثرات زیست‌محیطی نیز کمک می‌کنند. آینده ‌پژوهی به‌عنوان علم و هنر پیش‌بینی روندها و طراحی سناریوهای آینده، نقش محوری در هدایت این تحول ایفا می‌کند. در این نوشتار، با استناد به دیدگاه‌های ایلکو وگت (Eelco T. C. Vogt) و برت وکهویزن (Bert M. Weckhuysen) در مقاله «پالایشگاه آینده (The refinery of the future)»، به بررسی این مفهوم، چالش‌های آن و نقش کلیدی آینده ‌نگاری راهبردی در شکل‌دهی به صنعت پتروشیمی پایدار می‌پردازیم.

مفهوم پالایشگاه آینده و ضرورت تحول

پالایشگاه‌های امروزی، که عمدتاً نفت خام را به سوخت‌های حمل‌ونقل مانند بنزین، گازوئیل و سوخت جت و مواد شیمیایی مانند اتیلن، پروپیلن و بنزن تبدیل می‌کنند، مسئول حدود 25 درصد از انتشار دی‌اکسید کربن جهانی هستند. این حجم عظیم از انتشارات، صنعت پتروشیمی را در مرکز توجه توافق‌نامه‌های بین‌المللی مانند توافق پاریس و پروتکل کیوتو (Kyoto Protocol) قرار داده است. مفهوم پالایشگاه آینده که برای پاسخگویی به نیازهای سال 2050 طراحی شده، از منابع فسیلی فاصله می‌گیرد و به موادی مانند دی‌اکسید کربن، زیست‌توده و پلاستیک‌های بازیافتی وابسته خواهد بود. این تغییر نه تنها به معنای جایگزینی مواد اولیه است، بلکه نیازمند بازطراحی فرآیندهای تولید، برقی‌سازی عملیات و استفاده گسترده از انرژی‌های تجدیدپذیر مانند انرژی‌های خورشیدی و بادی است.

آینده ‌پژوهی در این زمینه به‌عنوان ابزاری برای پیش‌بینی تغییرات تقاضا و فناوری عمل می‌کند. با توجه به پیش‌بینی‌ها، تا سال 2050 میلادی تقاضا برای سوخت‌های هیدروکربنی به دلیل برقی‌سازی حمل‌ونقل، به‌ویژه در خودروهای سبک، به حدود یک‌سوم سطح کنونی کاهش می‌یابد. با این حال، نیاز به سوخت برای هوانوردی، حمل‌ونقل دریایی و سنگین همچنان باقی خواهد ماند. از سوی دیگر، رشد جمعیت جهانی (مطالعه بیشتر: آینده پژوهی کلان‌شهرهای آینده) و افزایش تقاضا برای پلیمرها و مواد شیمیایی در کشورهای در حال توسعه، پالایشگاه‌های آینده را وادار می‌کند تا تولید این محصولات را افزایش دهند. آینده ‌نگاری استراتژیک با تحلیل روندهای جمعیتی، فناوری و بازار، به طراحی پالایشگاه‌هایی کمک می‌کند که با این نیازهای متغیر هم‌راستا باشند و در عین حال پایداری زیست‌محیطی را حفظ کنند. شکل شماره‌ی 1 این موضوع را نشان می‌دهد.

نقش آینده ‌نگاری در هدایت تحول پتروشیمی

آینده‌نگاران، با استفاده از ابزارهایی مانند سناریونگاری، تحلیل روند و شناسایی علائم ضعیف تغییر، به صنعت پتروشیمی امکان می‌دهند تا آینده‌های پیچیده و نامطمئن را پیش‌بینی کرده و برای آن آماده شود. سناریونگاری، به‌عنوان یکی از روش‌های کلیدی آینده ‌نگاری استراتژیک، آینده‌های مختلفی را ترسیم می‌کند (مطالعه بیشتر: مخروط آینده پژوهی). برای مثال، یک سناریو ممکن است جهانی را نشان دهد که در آن فناوری‌های جذب دی‌اکسید کربن و تولید هیدروژن سبز به دلیل پیشرفت‌های سریع در انرژی‌های خورشیدی و بادی به‌طور گسترده تجاری‌سازی شده‌اند. در مقابل، سناریوی دیگر ممکن است محدودیت‌های منابع معدنی برای ساخت تجهیزات تجدیدپذیر را برجسته کند که توسعه این فناوری‌ها را کند می‌کند. این سناریوها به تصمیم‌گیران کمک می‌کنند تا استراتژی‌های انعطاف‌پذیری طراحی کنند که در برابر ناپایداری‌های آینده مقاوم باشند.

یکی از کاربردهای عملی آینده ‌پژوهی ، پیش‌بینی نیازهای انرژی تجدیدپذیر برای پالایشگاه آینده است. طبق محاسبات وگت و وکهویزن، یک پالایشگاه متوسط با ظرفیت تولید 40,500 بشکه در روز سوخت هیدروکربنی، به 18 هزار تن دی‌اکسید کربن و 2.4 هزار تن هیدروژن در روز نیاز دارد. تولید این هیدروژن از طریق الکترولیز به 5.5 گیگاوات برق و جذب دی‌اکسید کربن به 0.3 تا 1.5 گیگاوات برق اضافی نیاز دارد. این حجم از انرژی که از ترکیب پنل‌های خورشیدی با مساحت 104 کیلومتر مربع و توربین‌های بادی با مساحت 722 کیلومتر مربع تأمین می‌شود، نیازمند سرمایه‌گذاری‌های کلان بین 8 تا 16 میلیارد یورو است. آینده ‌نگاری استراتژیک با تحلیل ظرفیت‌های تولید انرژی تجدیدپذیر، شناسایی مناطق مناسب برای زیرساخت‌های انرژی و پیش‌بینی پیشرفت‌های فناوری، به بهینه‌سازی این فرآیندها کمک می‌کند و از هدررفت منابع جلوگیری می‌کند.

چالش‌های پیش روی پالایشگاه آینده

تحقق پالایشگاه آینده با چالش‌های متعددی همراه است که آینده ‌پژوهی و آینده ‌نگاری استراتژیک می‌توانند در حل آن‌ها نقش مهمی ایفا کنند. یکی از بزرگ‌ترین چالش‌ها، جایگزینی مواد اولیه فسیلی با منابعی مانند دی‌اکسید کربن و ضایعات است. استفاده از دی‌اکسید کربن به‌عنوان منبع کربن برای تولید سوخت‌های هیدروکربنی نیازمند فناوری‌های پیشرفته‌ای مانند تبدیل الکتروشیمیایی دی‌اکسید کربن است که هنوز در مراحل اولیه توسعه قرار دارند.

 ضایعات کشاورزی و زباله‌های شهری نیز اگرچه منابعی پایدار هستند، اما به فرآیندهای پیچیده‌ای برای تبدیل به مواد شیمیایی با کیفیت بالا نیاز دارند. در اینجا آینده ‌نگاری استراتژیک با شناسایی فناوری‌های نوظهور و پیش‌بینی زمان تجاری‌سازی آن‌ها، به شرکت‌های پتروشیمی کمک می‌کند تا سرمایه‌گذاری‌های خود را به‌درستی هدایت کنند.

چالش دیگر، نیاز به مقادیر عظیم انرژی تجدیدپذیر است. همانطور که مرور شد، پالایشگاه آینده برای تولید هیدروژن سبز و جذب دی‌اکسید کربن به برق تولیدشده از منابع خورشیدی و بادی وابسته خواهد بود. این موضوع نه تنها نیازمند زمین‌های وسیع برای نصب پنل‌های خورشیدی و توربین‌های بادی است، بلکه به سرمایه‌گذاری‌های کلان و برنامه‌ریزی دقیق نیاز دارد. آینده ‌نگاری استراتژیک اینجا نیز به کار می‌آید و با تحلیل روندهای تولید انرژی و شناسایی مناطق مناسب برای این زیرساخت‌ها، به بهینه‌سازی فرآیندها و کاهش هزینه‌ها کمک می‌کند.

محدودیت‌های دسترسی به منابع معدنی حیاتی، مانند فلزات کمیاب برای کاتالیست‌ها و باتری‌ها، چالش دیگری است که پالایشگاه‌های آینده با آن مواجه هستند. این محدودیت‌ها می‌توانند توسعه فناوری‌های پایدار را کند کنند. آینده ‌نگاری راهبردی با تحلیل زنجیره‌های تأمین جهانی و پیش‌بینی کمبودهای احتمالی، به توسعه استراتژی‌های بازیافت مواد و یافتن جایگزین‌های مناسب کمک می‌کند. علاوه بر این، پیچیدگی فرآیندهای پالایش که در پالایشگاه‌های کنونی به شدت یکپارچه و بهینه‌سازی شده‌اند، جایگزینی آن‌ها با فرآیندهای پایدار را دشوار می‌کند. آینده ‌پژوهی و آینده ‌نگاری با مدل‌سازی فرآیندهای جدید و پیش‌بینی اثرات آن‌ها، به طراحی سیستم‌های یکپارچه‌ای کمک می‌کند که کارایی بالایی داشته باشند.

راهکارهای آینده‌نگرانه برای پالایشگاه آینده

برای غلبه بر این چالش‌ها، صنعت پتروشیمی باید رویکردهای نوآورانه‌ای را با کمک آینده ‌پژوهی و آینده ‌نگاری اتخاذ کند. برقی‌سازی فرآیندهای پالایش یکی از این راهکارهاست. با جایگزینی فرآیندهای حرارتی مبتنی بر سوخت‌های فسیلی با فرآیندهای الکتریکی مبتنی بر انرژی تجدیدپذیر، انتشار دی‌اکسید کربن به شدت کاهش می‌یابد. برای مثال، استفاده از راکتورهای الکتریکی برای تولید هیدروژن یا تبدیل دی‌اکسید کربن می‌تواند کارایی فرآیندها را افزایش دهد و وابستگی به منابع فسیلی را از بین ببرد.

تمرکز بر اقتصاد چرخشی نیز راهکار دیگری است که پالایشگاه‌های آینده را پایدارتر می‌کند. با بازیافت پلاستیک‌ها و استفاده از زیست‌توده، این پالایشگاه‌ها می‌توانند چرخه کربن را بسته نگه دارند و انتشار دی‌اکسید کربن را به حداقل برسانند. 

آینده ‌نگاری استراتژیک با شناسایی فناوری‌های بازیافت پیشرفته و مدل‌های کسب‌وکار چرخشی، به توسعه این رویکرد کمک می‌کند. همکاری بین‌المللی بین دولت‌ها، دانشگاه‌ها و شرکت‌های خصوصی نیز برای توسعه فناوری‌های مورد نیاز، مانند جذب دی‌اکسید کربن، تولید هیدروژن سبز و کاتالیست‌های جدید، ضروری است. پالایشگاه آینده، به‌عنوان نمادی از نوآوری، پایداری و آینده‌نگری، نقطه عطفی در صنعت پتروشیمی خواهد بود. این پالایشگاه‌ها با استفاده از دی‌اکسید کربن، ضایعات کشاورزی و زباله‌های شهری و انرژی‌های تجدیدپذیر، نه تنها نیازهای حمل‌ونقل و مواد شیمیایی را تأمین می‌کنند، بلکه به تحقق اهداف توافقات زیست‌محیطی و کاهش انتشار دی‌اکسید کربن کمک می‌کنند. 

آینده ‌پژوهی و آینده ‌نگاری استراتژیک، با ارائه ابزارهایی برای پیش‌بینی روندها، طراحی سناریوها و شناسایی چالش‌ها، به صنعت پتروشیمی امکان می‌دهند تا این تحول را با موفقیت هدایت کند. پالایشگاه آینده نه تنها یک ضرورت، بلکه فرصتی برای بازآفرینی صنعت پتروشیمی به شکلی پایدار و آینده‌محور است.