آشنایی با انرژی بیوگاز
تعریف بیوگاز
انرژی بیوگاز (گاززیستی) در واقع انرژی حاصل از تخمیر فضولات حیوانی و باقیمانده‌های گیاهی و به طور كلی در یک کلام ضایعات آلی است كه در اثر این فرآیند گازهای متان (حداكثر ۷۰ درصد) و دی‌اكسید كربن آزاد می‌شوند. در این فرایند می توان از گاز متان آزادشده در مناطق روستایی برای تامین برق یا سوخت مصرفی استفاده كرد.
بیوگاز یا همان گاززیستی همان گازی است که هنگام انجام امور مختلف چاه از قبیل تخلیه چاه، لایروبی چاه و یا کف تراشی چاه از درون چاه خارج می شود. همان گازی که باعث ایجاد حوادث تخلیه چاه می شود. گازی که باعث خفگی کارگران تخلیه چاه شده و مرگ آنها را می رساند. اگرچه بیوگاز بسیار خطرناک است و باعث بروز حوادث چاه و حوادث تخلیه چاه می‌شود، اما در عین حال بسیار مفید و کاربردی است.
این پدیده در حدود ۲۰۰ سال پیش با مشاهده اشتعال گازهای متصاعدشده از باتلاق‌ها و لجنزارها 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 و امروزی پس از جنگ جهانی دوم مطرح شد و كشورهای چین، فیلیپین، هندوستان، هلند، آمریكا و آلمان از جمله كشورهایی هستند كه در بهره‌گیری از بیوگاز و امكان توسعه و گسترش، آن را مورد بررسی و تحقیق قرار داده‌اند. در سال‌های اخیر هدف فناوری بیوگاز از بازیابی انرژی به حفاظت محیط زیست تغییر یافته است. این پیشرفت در كشورهای توسعه‌یافته‌ای نظیر هلند و دانمارك 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 مرحوم شیخ بهایی اصفهان) بر میگردد. در كشورمان ایران نیز تحقیقات گستردهای در زمینه كاربرد بیوگاز در حال انجام است؛ لذا استفاده از بیوگاز و گاز زیستی چشم انداز بسیار روشنی را در آینده برای بخش انرژی كشور ترسیم مینماید.
اگر با بیوگاز، این گاز طبیعی و بسیار با ارزش با دقت رفتار شود، دیگر شاهد حوادث تخلیه چاه نخواهیم بود. هنگام ورود به چاه باید مراقب این گاز بود. این گاز بسیار مفید و کاربردی است همچنین برای انسان بسیار خطرناک است.
در حال حاضر بیوگاز بعنوان یكی از منابع عمده تأمین انرژی و سوخت در دنیا مطرح است و این گاز را هم بطور مستقیم در تأمین انرژی روشنایی و حرارتی و هم بعنوان یك گزینه مناسب برای استفاده در مولدهای احتراق داخلی، پیلهای سوختی، میكرو توربینها و... جهت تولید برق مورد استفاده قرار می‌دهند.
بیوگاز در طبیعت وجود دارد و بسیار برای مصارف انسان کاربرد دارد. اگر این گاز در محیط بسته مانند محیط چاه انباشته شود، برای انسان خطرناک است. غلظت زیاد این گاز در چاه امکان بروز حوادث تخلیه چاه و خفگی کارگران تخلیه چاه را افزایش میدهد.
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 تحت کنترل و در دستگاهی موسوم به دستگاه تخمیركننده یا هاضمه (Digester) انجام داد. در حال حاضر روش عمومی و 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 (پتاس، فسفر و...) است، به دست نمی‌آید و مقدار زیادی از نیتروژن و دیگر مواد مغذی آن از بین می‌رود. برای استفاده بهینه از انرژی بیوگاز، تجهیزات و تاسیسات خاصی لازم است.
به طور كلی سیستم‌های تولید بیوگاز دارای ۳ قسمت اصلی هستند كه یا روی زمین یا زیرزمین بنا می‌شوند:
به طور كلی مواد آلی را در حوضچه ورودی به نسبت تقریبا مساوی با آب مخلوط می‌كنند تا رقیق شود، سپس این مواد را توسط لوله‌ای به مخزن تخمیر انتقال می‌دهند. در این مخزن با انجام فعل و انفعالات شیمیایی بی‌هوازی و یک سری اعمال 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 و مناسب 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 نصب مخزن نباید نزدیك درخت باشد تا نفوذ ریشه‌های درخت باعث ترك برداشتن یا شكستن دیوارههای آن شود.
انرژی بیوگاز (گاززیستی) در حقیقت انرژی تولید شده از تخمیر فضولات حیوانی و باقیمانده‌های گیاهی و به طور كلی ضایعات آلی است كه در اثر این فرآیند دی‌اكسید كربن و گازهای متان (حداكثر ۷۰ درصد) آزاد می‌شوند.
مهم‌ترین موضوعی كه در تولید بیوگاز مطرح است، تغییرات درجه حرارت در طول شبانه‌روز است زیرا باكتری‌های بی‌هوازی نسبت به تغییرات درجه حرارت بسیار حساس هستند. بنابراین میزان تغییر درجه حرارت نباید از ۵ درجه سانتی‌گراد بیشتر باشد. مساله مهم دیگر تغییر ph است. در ابتدای راه‌اندازی سیستم ph حالت بازی دارد و بتدریج حالت بازی خود را از دست داده و حالت اسیدی پیدا می‌كند. تركیب مواد اولیه (نوع مواد و گیاهانی كه در تغذیه حیوانات مورد استفاده قرار می‌گیرد) نیز دارای اهمیت است. هرچه 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 تجدید شونده و محلی
- بهبود وضعیت ایمنی خانگی و صنعتی، همچنین سودآور بودن آن
- بهبود وضعیت كیفیت هوا و كاهش بوهای نامطبوع
- كاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای که دشمن لایه ازون هستند
- 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 مطمئن و سالم در كشاورزی
کاربردهای انرژی بیوگاز
گاز حاصل از فرآیند تولید بیوگاز بی‌رنگ و بو و در حین سوختن بدون دود است. از انرژی بیوگاز در موارد گوناگونی استفاده می‌شود.
۱- ایجاد حرارت
یك مترمكعب بیوگاز حدود 6500 ـ5200 كیلوكالری انرژی آزاد می‌كند و یك مترمكعب بیوگاز برای پخت ۳ وعده غذایی یك خانواده ۶ نفره كافی و مناسب است.
۲- سوخت مكمل برای موتورهای احتراق داخلی
یوگاز می‌تواند به عنوان جایگزین مناسبی بجای 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 منبع انرژی در موتورها استفاده كرد.
۳- تولید نیروی برق
از انرژی بیوگاز مانند اغلب انرژی‌ها می‌توان در تولید الكتریسیته استفاده كرد.
۴- 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، حشره‌كش‌ها، خنك‌كننده‌ها، دی‌كلرومتان (ماده اولیه برای تولید مواد پاك‌كننده چربی‌ها)، مواد با قابلیت نفوذ بالا، فیلم‌های عكاسی و.... استفاده كرد.
۵- 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 كودها برخلاف كوده حیوانی تازه، فاقد بو بوده و آلودگی محیط زیست 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.
۶- كمك به بهداشت محیط زیست
یكی از نكات مثبت مهم 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.
۷- كمك به حفظ پوشش گیاهی
با تولید بیوگاز (زیستگاز) 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 مانند 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.
زیستگاز کاملا سازگار با محیط زیست است و هیچ ضرری برای آن ندارد. اما اگر این گاز در محیط بسته و با غلظت بالا قرار گیرد، باعث بروز حوادث چاه و حوادث تخلیه چاه می شود. چه کارگران تخلیه چاه بسیاری که به دلیل عدم توجه به این گاز و رعایت نکردن نکات ایمنی تخلیه چاه، وارد چاه شده و توسط این گاز طبیعی خفه شدهاند. همه افراد (کارگران تخلیه چاه و دیگر افراد فعال در زمینه چاه و تخلیه چاه) که با چاه و امور چاه سروکار دارند باید با این گاز آشنا باشند.
منبع: سایت تبیان