بیوگاز

بیوگاز چیست؟

بیوگاز یک سوخت تجدیدپذیر است و زمانی تولید می‌شود که میکروارگانیسم‌ها مواد آلی مانند باقیمانده مواد غذایی یا فضولات حیوانات را در غیاب اکسیژن تجزیه کنند. این فرآیند یک نوع هضم بی هوازی می‌باشد. این هضم مخلوطی از گازها شامل متان و دی اکسید کربن تولید می‌کند که می‌تواند به عنوان منبع انرژی مورد استفاده قرار گیرد. می‌توان از آن برای مصارف مختلفی مانند گرمایش، پخت و پز و تولید برق استفاده کرد.

بیوگاز همچنین جایگزین پاک‌تری برای سوخت‌های فسیلی سنتی است زیرا در هنگام سوختن، گازهای گلخانه‌ای کمتری تولید می‌کند. به طور خلاصه، بیوگاز گازی است که از مواد آلی ساخته شده است که می تواند به عنوان یک منبع انرژی سازگار با محیط زیست استفاده شود.

بیوگاز از چه چیزی ساخته شده است؟

از آنجایی که بیوگاز ناشی از یک فرآیند طبیعی است که در یک محیط بسته اتفاق می‌افتد، کنترل ترکیب آن می‌تواند چالش برانگیز باشد. به همین دلیل است که نسبت متان به دی اکسید کربن می‌تواند متفاوت باشد. رایج ترین نسبت 60٪ CH₄ (متان) و 40٪ CO₂ (دی اکسید کربن) است، اما می‌توان انتظار داشت که بیوگاز حاوی متان به نسبت 45 تا 75٪ و دی اکسید کربن از 55 تا 25٪ باشد.

مزایا و معایب

تولید و استفاده از بیوگاز مانند سایر منابع انرژی دارای مزایا و معایبی است.

از محبوب ترین مزایای بیوگاز می توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. این یک منبع انرژی تجدید‌پذیر و پاک است که متکی بر فرآیند کربن خنثی است، به این معنی که هنگام استفاده از بیوگاز، هیچ مقدار جدیدی از کربن در جو منتشر نمی‌شود.

2. به کاهش ضایعات مواد غذایی از محل‌های دفن زباله کمک می کند و تأثیر مثبتی بر محیط زیست و اقتصاد دارد.

3. آلودگی خاک و آب که از کود حیوانی و مدفوع انسان نشات می‌گیرد را کاهش می‌دهد و محیط سالم و ایمن را برای بسیاری از جوامع در سراسر جهان حفظ می‌کند.

4. مقدار CH₄ (متان) منتشر شده به اتمسفر را کاهش می‌دهد و با تغییرات آب و هوایی مقابله می‌کند.

5. یکی دیگر از محصولات آن کود آلی است که استفاده از آنها یک روش مقرون به صرفه برای رشد محصولات سالم کشاورزی است.

برخی از معایب بیوگاز به عنوان منبع انرژی می‌تواند به موارد زیر اشاره کرد:

1. تولید بیوگاز به یک فرآیند بیولوژیکی بستگی دارد، بنابراین نمی توان آن را به طور کامل کنترل کرد.

2. در آب و هوای گرم بهتر عمل می‌کند، به این معنی که بیوگاز به طور یکسان در سراسر جهان قابل استفاده نمی‌باشد.

چه نوع زباله‌ای می‌تواند بیوگاز تولید کند؟

تمام زباله‌های آلی را می‌توان برای تولید بیوگاز استفاده کرد. می‌توان از مواد خام مانند زباله‌های کشاورزی، زباله‌های شهری، مواد گیاهی، کود، فاضلاب انسانی، زباله‌های باغی (سبز) یا ضایعات مواد غذایی استفاده کرد.

بیوگاز خوب است یا بد؟

بیوگاز منبع عالی انرژی پاک است، به این معنی که تأثیر کمتری بر محیط زیست نسبت به سوخت‌های فسیلی دارد. با این تفاوت که بیوگاز بر خلاف سوخت‌های فسیلی تأثیری بر اکوسیستم ندارد، کربن خنثی است. به این دلیل که بیوگاز از مواد گیاهی تولید می‌شود و تعادل بین کربن آزاد شده از بیوگاز و مقدار جذب شده از جو حفظ می‌شود.

اکولوژی بیوگاز

این منبع به عنوان یک منبع انرژی دوستدار محیط زیست شناخته می‌شود زیرا دو مشکل عمده زیست محیطی را به طور همزمان کاهش می‌دهد:

1. اپیدمی جهانی زباله هر روز سطوح خطرناکی از گاز متان را آزاد می‌کند.

2. ما برای پاسخگویی به تقاضای جهانی انرژی به انرژی سوخت فسیلی متکی هستیم.

هاضم‌های بیوگاز

هاضم‌های بی هوازی سیستم‌هایی هستند که زباله‌ها را به بیوگاز پردازش می‌کنند و سپس آن را به گونه‌ای هدایت می‌‌شود که انرژی تولید شده را می‌توان به طور مولد استفاده کرد. انواع مختلفی از سیستم‌ها و نیروگاه‌های این فرآیند وجود دارد که برای استفاده مؤثر از بیوگاز طراحی شده‌اند. در حالی که هر مدل بسته به ورودی، خروجی، اندازه و نوع متفاوت است، فرآیند بیولوژیکی که زباله‌های آلی را به بیوگاز تبدیل می‌کند یکنواخت است.

کود کاملا طبیعی

از آنجایی که مواد آلی در یک محیط مایع تجزیه می‌شوند، مواد مغذی موجود در زباله‌ها در آب حل می‌شوند و لجن غنی از مواد مغذی ایجاد می‌کنند که معمولاً به عنوان کود استفاده می‌شود. کشاورزان از این خروجی که روزانه تولید می‌شود می‌توانند به عنوان کود استفاده کنند، بنابراین می‌ توان کود تولیدی را به عنوان محصول جانبی بسیار پربازده از هضم بی هوازی نام برد.

تجزیه بیولوژیکی

مواد آلی با کمک باکتری‌ها برای تولید بیوگاز تخمیر می‌‌شوند. چهار مرحله تخمیر مواد آلی را از ترکیب اولیه به حالت بیوگاز منتقل می‌کند.

1. مرحله اول فرآیند هضم، مرحله هیدرولیز است. در مرحله هیدرولیز، پلیمرهای آلی نامحلول (مانند کربوهیدرات‌ها) تجزیه می‌شوند و آنها را برای مرحله بعدی باکتری‌ها به نام باکتری اسید زا آماده می‌کند.

2. مرحله دوم، باکتری اسید زا قندها و اسیدهای آمینه را به دی اکسید کربن، هیدروژن، آمونیاک و اسیدهای آلی تبدیل می‌کند.

3. در مرحله سوم، باکتری‌های استوژونیک، اسیدهای آلی را به اسید استیک، هیدروژن، آمونیاک و دی اکسید کربن تبدیل می‌کنند. این فرآیند مرحله نهایی را با کمک متانوژن‌ها ممکن می سازد.

4. متانوژن ها این اجزای نهایی را به متان و دی اکسید کربن تبدیل می‌کنند که می‌تواند به عنوان انرژی قابل اشتعال و سبز استفاده شود.

تاریخچه بیوگاز

این فرآیند بی‌هوازی تجزیه (یا تخمیر) مواد آلی در اطراف ما در طبیعت اتفاق می‌افتد و برای مدت طولانی در حال وقوع است. باکتری‌هایی که مواد آلی را به بیوگاز تجزیه می‌کنند برخی از قدیمی ترین موجودات چند سلولی روی این سیاره هستند. البته استفاده انسان از بیوگاز به آن دور باز نمی گردد. شواهد حکایت از آن دارد که اولین استفاده از بیوگاز به آشوری‌ها و ایرانیان در قرن‌های 10 و 16 باز می‌گردد.

در قرن 18 برای شیمیدان فلاندری یان باپتیس ون هلمونت (Flemish chemist Jan Baptise van Helmont ) مشخص شد که تجزیه مواد آلی، گاز قابل احتراق تولید می‌کند. اندکی بعد، جان دالتون و همفری دیوی توضیح دادند که این گاز قابل اشتعال متان است. اولین کارخانه مهم هضم بی هوازی به سال 1859 در بمبئی باز می‌گردد. در سال 1898، انگلستان از هضم بی هوازی برای تبدیل فاضلاب به بیوگاز و سپس برای روشن کردن لامپ‌های خیابان استفاده کرد. در قرن بعد، هضم بی هوازی در درجه اول به عنوان راهکاری برای تصفیه فاضلاب شهری مورد استفاده قرار گرفت. هنگامی که قیمت سوخت‌های فسیلی در دهه 1970 افزایش یافت، کارخانه‌های هضم بی هوازی صنعتی محبوبیت یافتند و کارایی خود را افزایش دادند.

در حدود دهه 1960 هند و چین شروع به توسعه دستگاه هاضم بیوگاز در مقیاس کوچک برای کشاورزان کردند. هدف کاهش فقر انرژی در مناطق روستایی و قابل دسترس‌تر کردن سوخت‌های آشپزی پاک‌تر در مناطق دور افتاده بود. از آن زمان به بعد، واحدهای بیوگاز در اندازه کوچک خانگی به عنوان وسیله‌ای برای کاهش زباله‌های خانگی و ارائه انرژی پاک و تجدیدپذیر برای خانواده‌ها در سراسر جهان مورد توجه و محبوبیت بیشتری قرار گرفت. در 15 سال گذشته، کشورهای سراسر جهان برنامه‌های بیوگاز را اتخاذ کرده‌اند تا هم سیستم‌های بیوگاز خانگی و هم کارخانه‌های هضم بی‌هوازی بزرگ‌تر را، در دسترس، کارآمد و راحت‌تر کنند.

بسیاری از کاربردهای بیوگاز

این منبع را می‌توان با انواع مختلفی از مواد آلی تولید کرد و بنابراین مدل های مختلفی برای هاضم‌های آن وجود دارد. برخی از سیستم های صنعتی برای تصفیه طراحی شده اند: فاضلاب شهری، فاضلاب صنعتی، زباله‌های جامد شهری و پسماندهای کشاورزی.

سیستم‌های مقیاس کوچک معمولاً برای فضولات حیوانات استفاده می‌شوند و سیستم‌های جدیدتر خانگی برای ضایعات غذا طراحی شده‌اند. بیوگاز حاصل را می‌توان در گاز، برق، گرما و سوخت‌های حمل و نقل استفاده کرد.

به عنوان مثال، در سوئد، صدها خودرو و اتوبوس با حالت تصفیه شده آن کار می‌کنند. بیوگاز در سوئد عمدتاً از تصفیه خانه‌های فاضلاب و محل‌های دفن زباله تولید می‌شود.

سیستم‌های بیوگاز در مقیاس کوچک

هاضم‌ها در مقیاس کوچک در هند و چین بسیار یافت می‌شوند. با این حال، تقاضا برای چنین واحدهایی به لطف فناوری‌های پیشرفته، به سرعت در حال رشد است. از آنجایی که دنیای مدرن، زباله‌های بیشتری تولید می‌کند، افراد، مشتاق یافتن راه‌های زیست محیطی برای تصفیه زباله‌های خود هستند.

سیستم‌های سنتی که معمولاً در هند و چین یافت می‌شوند بر فاضلاب حیوانات تمرکز دارند. به دلیل کمبود انرژی در مناطق روستایی، هاضم‌های بیوگاز بسیار محبوب، کاربردی و حتی زندگی را تغییر داده‌اند. در بسیاری از کشورهای در حال توسعه،  به تولید کننده‌های هاضم‌های بیوگاز توسط دولت و وزارتخانه‌های محلی یارانه پرداخت می‌شود و از مزایای مختلف بیوگاز حمایت می‌کنند. بسیاری از خانواده‌ها علاوه بر داشتن انرژی پاک و تجدیدپذیر که گاز آشپزخانه را تامین می‌کند، از محصول جانبی آن یعنی کود نیز استفاده گسترده‌ای می‌کنند.

در کشورهای آفریقایی، برخی از مصرف کنندگان حتی با فروش محصول جانبی دوغاب زیستی تولید شده توسط سیستم های مخصوص به سود می‌رسند. این بیو دوغاب با کود مایعی که روزانه تولید می‌شود متفاوت است. دوغاب زیستی به تجزیه شده‌ترین مرحله ماده آلی پس از تجزیه در هاضم اطلاق می شود. دوغاب زیستی در انتهای سیستم فرو می‌رود و با کمک واحدهای مدرن پس از جمع‌آوری به سرعت تخلیه می‌شود (معمولاً یک فرآیند سالانه). این دوغاب زیستی در واقع یک لجن متراکم مواد مغذی است که فواید زیادی برای خاک فراهم می‌کند و می‌تواند بهره‌وری باغ‌های سبزیجات را افزایش دهد. واحدهای بیوگاز در اندازه صنعتی و خانگی در دنیای امروز بسیار محبوب هستند. با افزایش استفاده بیوگاز می‌توان تأثیر قابل توجهی در کاهش گازهای گلخانه‌ای را شاهد باشیم.

آینده بیوگاز

از آنجایی که جهان همچنان به دنبال راه حل‌های انرژی پایدار است، نمی‌توان پتانسیل این منبع انرژی پایدار را به عنوان یک منبع انرژی تجدید پذیر، پاک و همه کاره دست کم گرفت. دولت‌ها و بخش‌های خصوصی باید در تحقیق و توسعه برای بهبود فناوری‌های تولید و استفاده آن سرمایه‌گذاری کنند. با حمایت و مشوق‌های مناسب، شرکت‌های تولیدکننده می‌توانند به طور قابل توجهی تقاضای رو به رشد جهانی انرژی را برآورده کنند و در عین حال انتشار گازهای گلخانه‌ای را کاهش دهند و آینده‌ای سبزتر و پاک‌تر را ترویج کنند.

 

در نتیجه، بیوگاز راه حلی امیدوارکننده برای برخی از مبرم ترین چالش‌های زیست محیطی و انرژی که امروز با آن روبرو هستیم ارائه می‌دهد. با پذیرش این منبع انرژی پایدار، می‌توانیم به ساختن آینده‌ای پاک‌تر و سبزتر برای نسل‌های آینده کمک کنیم.