الغاز الحيوي – مصدر للطاقة المتجددة

يتناقش الناس في مختلف أنحاء العالم حول وجود تغير المناخ وآثاره، حتى عندما يكون تأثيره واضحا بالفعل.

إن استخدام الطاقة المتجددة هو الحل الأكثر منطقية لمعالجة تغير المناخ.

الهضم اللاهوائي و إنتاج الغاز الحيوي كلاهما يوفر لنا منصة لمعالجة القضايا البيئية المتعددة، مثل إدارة النفايات الصلبة، وانبعاثات الكربون، وأزمة الطاقة، ويساهم أيضًا في تقليل التأثير السلبي لتغير المناخ.

الهضم اللاهوائي ظاهرة معروفة لنا منذ العصور القديمة، ويعد تخمير البيرة أحد الأمثلة على ذلك.

ورغم أن هذه العملية تحدث بشكل طبيعي في البيئة، إلا أن إمكاناتها الكاملة لم يتم استغلالها بعد.

كان الفيزيائي الإيطالي أليساندرو فولتا أول من اكتشف غاز الميثان الناتج عن الأراضي الرطبة.

وقد أدى هذا الاكتشاف إلى بداية إنتاج الغاز الحيوي وتوليد الطاقة في جميع أنحاء العالم.

في الوقت الحالي، أصبحت ألمانيا الدولة الرائدة في استغلال فوائد توليد الغاز الحيوي والكتلة الحيوية لتحويل الطاقة.

ومع ذلك، تم بناء أول محطة ناجحة لتوليد الغاز الحيوي في الهند في مستعمرة للمصابين بالجذام في بومباي (مومباي حاليًا)، الهند، في عام 1859.

ولكن السيناريو في الهند ليس مشرقاً كما هو الحال في ألمانيا، حيث يتم هنا تشغيل نسخة أكثر لامركزية من محطات إنتاج الغاز الحيوي.

يوجد في الهند ما يقرب من 5 ملايين محطة محلية لإنتاج الغاز الحيوي والتي تلبي الاحتياجات المنزلية من غاز الطهي وسخانات المياه.

لقد وصلت تكنولوجيا توليد الغاز الحيوي الآن إلى مستوى جديد، وتحتاج الهند إلى اعتماد هذه الممارسات الجديدة للقفز نحو الطاقة المستدامة.

الخطوات الرئيسية المتبعة في إنتاج الغاز الحيوي هي:

توليد الركيزة

يحدد اختيار الركيزة كمية الغاز الحيوي الناتج.

إذا كانت الركيزة المستخدمة تحتوي على نسبة عالية من الدهون، فيمكن في المتوسط ​​تحويل 80% من الكتلة الحيوية إلى غاز حيوي؛ وبالمثل، فإن المحتوى العالي من البروتين سيؤدي إلى توليد ما يصل إلى 70% من الغاز، في حين أن الركيزة الغنية بالكربوهيدرات ستعطي 60% من إنتاج الغاز.

يمكن الاستفادة من أي نوع من النفايات العضوية لإنتاج الغاز الحيوي، مثل النفايات الزراعية، وروث الحيوانات، والمحاصيل الطاقية، ومياه الصرف الصحي المنزلية، وكذلك النفايات الصناعية ذات المحتوى العالي من المواد العضوية.

قبل تغذية الركيزة في الهضم اللاهوائي، يعد معالجة الركيزة شرطًا أساسيًا لتسهيل الهضم اللاهوائي الفعال.

تتضمن خطوات المعالجة الشائعة التكسير الميكانيكي والمعالجة الكيميائية بالأحماض والقلويات.

الهضم الميكروبي في الهضم اللاهوائي

يمكن أن يحدث الهضم اللاهوائي في البحيرات اللاهوائية ومكبات النفايات والأنظمة المغلقة للهضم اللاهوائي.

إن العيب في الأنظمة المفتوحة مثل البحيرات اللاهوائية ومكبات النفايات هو أن كمية كبيرة من الغاز الحيوي المتولد تضيع في البيئة.

إن قلب عملية الهضم اللاهوائي الفعالة هو الهضم اللاهوائي، والذي يوفر سيطرة أفضل على العملية وإنتاج الغاز الحيوي.

الأنواع المختلفة من الهضم اللاهوائي المستخدمة على نطاق واسع في التطبيقات المتنوعة هي:

• مفاعلات حيوية بخزانات مُحرَّكة - نفايات زراعية وروث حيواني
• مفاعلات بطانية الحمأة اللاهوائية ذات التدفق الصاعد وبطانية الحمأة الحبيبية الممتدة - النفايات السائلة التي تحتوي على مادة جافة أقل من 2%
• مفاعلات التدفق القابسي - النفايات الحيوانية والزراعية ومحتوى المادة الجافة بنسبة 30-60٪
• نظام المرآب - النفايات الصلبة المنزلية التي تحتوي على مادة جافة تزيد عن 70٪

يتم توفير الآلات اللازمة لإتمام عملية الهضم اللاهوائي بواسطة مجموعة من الكائنات الحية الدقيقة.

نظرًا لأن العمليات النهائية لتكوين الأسيتون وتكوين الميثان حساسة لدرجة الحموضة الحمضية، فمن الأهمية بمكان الحفاظ على درجة الحموضة طوال العملية باستخدام أنظمة التخزين المؤقت المناسبة.

المعلمات التشغيلية الأخرى التي تؤثر على الأداء السلس للهضم اللاهوائي هي معدل التحميل العضوي ودرجة الحرارة وأملاح المعادن النزرة.

توليد الغاز الحيوي والميثان الحيوي

المنتجات النهائية للهضم اللاهوائي هي الغاز الحيوي والنفايات المهضومة.

التركيب العام للغاز الحيوي هو كما يلي:

مركب	المعادلة	بالنسبة المئوية
الميثان	CH 4	50-75
ثاني أوكسيد الكربون	CO 2	25-50
نتروجين	N 2	0-10
هيدروجين	H 2	0-1

تتميز المادة المهضومة الناتجة بقيمة غذائية عالية ويمكن استخدامها كسماد عضوي للأنشطة الزراعية.

يحتوي الغاز الحيوي في شكله الخام على آثار من كبريتيد الهيدروجين، والذي يمكن أن يكون مسبباً للتآكل في أنابيب الإمداد ومولدات الحرارة والطاقة المشتركة (CHP).

لذلك، يتم تنقية الغاز الحيوي إلى غاز الميثان باستخدام بعض الترقيات في جهاز الهضم الحالي.

يحتوي الميثان الحيوي على 97% من الميثان ويتميز بكفاءة وقود أعلى مقارنة بالغاز الحيوي.

يمكن تغذية محرك CHP بالغاز الحيوي، والذي يمكنه توليد الكهرباء وكذلك الماء الساخن للأغراض المنزلية.

يعمل محرك CHP على مبدأ توليد الحرارة والطاقة معًا.

يمكن استخدام الطاقة الناتجة عن احتراق غاز الميثان الحيوي لتشغيل توربينات المولد لإنتاج الكهرباء، كما يوفر لنا نظام تبادل الحرارة مصدرًا للمياه الساخنة للتطبيقات المنزلية والصناعية.

رغم أن الطاقة المتجددة موضوع معروف للجميع، إلا أن أهميتها لم تكتسب بعد من قبل الجماهير.

تعد الطاقة الشمسية وطاقة الرياح في طليعة إنتاج الطاقة المتجددة، ولكن توليد الغاز الحيوي بدأ يلحق بالركب.

الميزة الرئيسية لإنتاج الغاز الحيوي هو استخدامه كطاقة مخزنة، والتي يمكن أن تعوض الوقت الذي لا تتوفر فيه الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح.

إن إمكانات توليد الكهرباء من الغاز الحيوي يمكن أن تكفي لتلبية احتياجات المناطق الريفية في الهند، والتي كانت مرتبطة بشكل سيء بشبكات الكهرباء.

وبفضل السياسات الحكومية الجديدة والوعي الواسع النطاق، هناك تأكيد على أن سيناريو توليد الغاز الحيوي في الهند سيشهد دفعة كبيرة في السنوات القادمة.

اقرأ أيضا:

• إنتاج الغاز الحيوي المستدام من محطات معالجة مياه الصرف الصحي
• المعالجة اللاهوائية لمياه الصرف الصحي لإنتاج الغاز الحيوي