شناخت بیشتر انرژی بیوگاز

انرژی بیوگاز (گاززیستی) در حقیقت انرژی حاصل از تخمیر فضولات حیوانی و باقیمانده‌های گیاهی و به طور كلی ضایعات آلی است كه در اثر این فرآیند گازهای متان (حداكثر 70 درصد) و دی‌اكسید كربن آزاد می‌شوند. از گاز متان آزادشده در این فرآیند می‌توان در مناطق روستایی برای تامین برق یا سوخت مصرفی استفاده كرد.

این پدیده حدود 200 سال پیش با مشاهده این‌كه گازهای متصاعدشده از باتلاق‌ها و لجنزارها قابل اشتعال هستند، كشف شد. شاید بتوان گفت در ایران نخستین بار شیخ‌بهایی در گرم‌كردن حمام در اصفهان از این انرژی استفاده كرد.

استفاده از انرژی بیوگاز به صورت متداول امروزی پس از جنگ جهانی دوم مطرح شد و كشورهای چین، هندوستان، فیلیپین، هلند، آلمان و آمریكا از جمله كشورهایی هستند كه در بهره‌گیری از بیوگاز و امكان توسعه و گسترش، آن را مورد تحقیق و بررسی قرار داده‌اند. در سال‌های اخیر هدف فناوری بیوگاز از بازیابی انرژی به حفاظت محیط‌زیست تغییر یافته است. این پیشرفت در كشورهای توسعه‌یافته‌ای نظیر دانمارك و هلند كه محصولات كشاورزی فراوانی دارند، بخوبی قابل مشاهده است.

قدمت استفاده از بیوگاز در ایران به سه قرن قبل(استفاده از سوخت متان در حمام شیخ بهایی اصفهان) بر می‎گردد. در كشورمان ایران نیز تحقیقات گسترده‎ای در زمینه كاربرد بیوگاز در حال انجام است؛ لذا استفاده از بیوگاز چشم انداز بسیار روشنی را در آینده برای بخش انرژی كشور ترسیم می‎نماید.

در حال حاضر بیوگاز بعنوان یكی از منابع عمده تأمین انرژی در دنیا مطرح است و این گاز را هم بطور مستقیم در تأمین انرژی حرارتی و روشنایی و هم بعنوان یك گزینه مناسب برای استفاده در مولدهای احتراق داخلی، میكرو توربینها، پیلهای سوختی و... جهت تولید برق مورد استفاده قرار می‌دهند.

فرآیند تولید بیوگاز

به طور خلاصه موضوع حیوانات در شرایط بی‌هوازی گازهایی با تركیب اصلی كه اصطلاحا بیوگاز نامیده می‌شود، تولید می‌كنند. این عمل را می‌توان در شرایط كنترل شده و در دستگاهی موسوم به دستگاه تخمیركننده یا هاضمه (Digester) انجام داد. در حال حاضر روش متداول در روستاهای كشور ما سوزاندن فضولات خشك شده است كه البته با این عمل چیزی جز مقادیری خاكستر كه فقط دارای مقداری املاح معدنی (فسفر، پتاس و...) است، به دست نمی‌آید و مقدار زیادی از نیتروژن و دیگر مواد مغذی آن از بین می‌رود. برای استفاده بهینه از انرژی بیوگاز، تاسیسات و تجهیزات خاصی لازم است.

به طور كلی سیستم‌های تولید بیوگاز دارای 3 قسمت اصلی هستند كه یا روی زمین یا زیرزمین بنا می‌شوند:

1 ـ حوضچه و كانال ورودی

2 ـ مخزن هضم‌كننده

3 ـ حوضچه و كانال خروجی

به طور كلی مواد آلی را در حوضچه ورودی به نسبت تقریبا مساوی با آب مخلوط می‌كنند تا رقیق شود، آن‌گاه این مواد را توسط لوله‌ای به مخزن تخمیر انتقال می‌دهند. در این مخزن با انجام فعل و انفعالات شیمیایی بی‌هوازی توسط مجموعه‌ای از باكتری‌ها عملیات تخمیر و تولید گاز متان انجام می‌گیرد و گاز حاصله از قسمت بالایی مخزن (انبازه گاز) جمع‌آوری شده و از آنجا به حوضچه و كانال خروجی منتقل می‌شود.

بقایای مواد آلی پس از تخمیر به عنوان كودی مرغوب در كشاورزی مورد استفاده قرار می‌گیرد. اولین مرحله ایجاد سیستم بیوگاز احداث مخزن است كه برای این عمل باید مطالعات دقیقی روی شرایط خاك و سطح آب زیرزمینی انجام شود.

خاك محل مخزن باید نفوذناپذیر بوده و سفره آب زیرزمینی آن نقطه در عمق زیاد یا دارای حجم كمی باشد، همچنین محل مخزن نباید نزدیك درخت باشد تا نفوذ ریشه‌های درخت باعث ترك برداشتن یا شكستن دیواره آن شود.

مهم‌ترین موضوعی كه در تولید بیوگاز مطرح است، تغییرات درجه حرارت طی شبانه‌روز است زیرا باكتری‌های بی‌هوازی نسبت به تغییرات درجه حرارت بسیار حساس هستند. بنابراین میزان تغییرات درجه حرارت نباید از 5 درجه سانتی‌گراد بیشتر باشد. مساله مهم دیگر تغییرات ph است. در ابتدای راه‌اندازی سیستم ph حالت بازی دارد و بتدریج حالت اسیدی پیدا می‌كند. تركیب مواد اولیه (نوع مواد و گیاهانی كه در تغذیه حیوانات مورد استفاده قرار می‌گیرد)‌ نیز دارای اهمیت زیادی است. هرقدر مواد اولیه از لحاظ مواد پروتئینی و دیگر مواد مغذی غنی‌تر باشد، شروع فعالیت در سیستم سریع‌تر و میزان گاز تولیدی بیشتر می‌شود.

استفاده از بیوگاز در زندگی روزمره می‌تواند فایده‌های زیر را به دنبال داشته باشد:

** بیوگاز به عنوان یك منبع انرژی محلی و تجدید شونده

** بهبود وضعیت ایمنی صنعتی و خانگی، همچنین سودآور بودن آن

** بهبود وضعیت كیفیت هوا و كاهش بوهای نامطبوع

** كاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای دشمن لایه ازون

** رشد اقتصادی و تضمین منبع انرژی

** جمع آوری مواد زاید و حیوانی در یك نقطه و جلوگیری از پراكندگی آنها در محیط اطراف

** استفاده از بیومس تولیدی به عنوان كود سالم و مطمئن در كشاورزی

کاربردهای انرژی بیو گاز

گاز حاصل از فرآیند تولید بیوگاز بی‌رنگ، بی‌بو و در حین سوختن بدون دود است. از انرژی بیوگاز در موارد گوناگونی استفاده می‌شود.

ایجاد حرارت: یك مترمكعب بیوگاز حدود 6500 ـ5200 كیلوكالری انرژی آزاد می‌كند و یك مترمكعب بیوگاز برای پخت 3 وعده غذایی یك خانواده 6 نفره كافی است.

سوخت مكمل برای موتورهای احتراق داخلی: بیوگاز می‌تواند به عنوان جایگزین مواد سوختی مانند بنزین و گازوئیل در موتورها به كار برود. در عملیاتی مانند كشیدن آب از چاه‌ها، در دستگاه‌های شالیكوبی، آسیاب‌ها و... می‌توان از این منابع انرژی در موتورها استفاده كرد.

تولید نیروی برق: از انرژی بیوگاز مانند اغلب انرژی‌ها می‌توان در تولید الكتریسیته استفاده كرد.

مواد اولیه صنایع شیمیایی: بیوگاز دارای حدود 65 درصد متان و 35 درصد دی‌اكسیدكربن است كه این گازها می‌تواند به عنوان مواد اولیه در تولید

فرآورده‌های شیمیایی به كار رود.

به عنوان مثال از این گازها برای ساختن سیلیكات‌های اكسی، حلال‌های مختلف، خنك‌كننده‌ها، حشره‌كش‌ها، دی‌كلرومتان (ماده اولیه برای تولید مواد پاك‌كننده چربی‌ها)‌، مواد با قابلیت نفوذ بالا، فیلم‌های عكاسی و.... استفاده كرد.

تولید كود اكسی: پس از انجام عمل تخمیر و تولید بیوگاز، فضولات باقیمانده به عنوان كود غنی و مناسب برای كشاورزی به كار می‌روند. این كود برخلاف كودهای حیوانی تازه، فاقد بو بوده و آلودگی محیط‌زیست را به دنبال ندارد، حجم كمتری اشغال می‌كند، بذر علف‌های هرز و انگل‌های جانوری آن از بین می‌رود و هیچ جاذبه‌ای برای رشد پشه و مگس و سایر آفات ندارد.

كمك به بهداشت محیط‌زیست: یكی از نكات مثبت دیگر استفاده از این انرژی به وجود آمدن محیط بهداشتی و سالم، آلوده نشدن آب‌های مصرفی و جلوگیری از شیوع بیماری‌های انگلی در مكان‌های مورد استفاده است.

كمك به حفظ پوشش گیاهی: با تولید بیوگاز سوخت مورد نیاز انسان تامین شده و دیگر نیازی به قطع درختان و پوشش گیاهی نیست. از عواملی كه باعث می‌شوند استفاده از انرژی بیوگاز زیان‌آور باشد می‌توان به مواردی همچون كار با سیستم بیوگاز توسط افراد غیرمتخصص و بی‌تجربه و اسیدی‌شدن خاك‌های منطقه اشاره كرد كه البته با برنامه‌ریزی در زمان معین و صرف هزینه‌های لازم قابل جبران هستند.

منبع: jamejamonline* acw* agrimechanical-engineering* iranpour