انرژی‌های نو: بیوگاز

گردآوری و ترجمه: محمدباقر لک، وبسایت تخصصی مکانیزاسیون کشاورزی، آرشیو 1388

مقدمه

متان  یک سوخت حاصل از گاز زیست توده (Biomass) است که بخاطر اثرات گلخانه ای معروف است. این گاز ترکیبی طبیعی در جو است که از آتش‌سوزی‌های جنگلی، فعل و انفعالات باتلاق¬‌ها و دیگر زمین های مرطوب منتشر می‌شود.

متان همچنین از محل‌های دفن زباله و شالیزارها خارج می‌شود. این گاز البته از دستگاه گوارش نشخوارکنندگانی که ما بعنوان غذا از آن استفاده می کنیم؛ مانند گوسفند، گوساله، گاو و بوفالو تولید می‌شود.

مولکول¬‌های متان 10 سال در محیط باقی می مانند. بنابراین، تلاش‌ها جهت کنترل انتشار متان منفعتی کوتاه مدت دارد.

تخمیر متان یکی از روش‌های مؤثر تبدیل زیست توده است و البته برای مدیریت پس‌آب‌ها مؤثر است.

تولید بیوگاز

مواد زیست توده آبدار را می‌توان با استفاده از میکروب¬‌های بی‌¬هوازی به انرژی قابل استفاده تبدیل کرد. در ایالات متحده، فضولات دامی بطور معمول توسط نیروی ثقل به داخل هاضم افتاده یا بطور متناوب پمپ می‌¬شوند. این هاضم یک گودال بلند و عایق در زمین می‌باشد. باکتری‌ها جامدات فرار داخل فضولات دامی را تجزیه و به گاز متان (65%) و دی اکسید کربن (35%)  تبدیل می‌کنند.

از بیوگاز می‌توان برای گرم کردن هاضم، گرم کردن ساختمان و تأسیسات یا تولید برق استفاده کرد. البته، مقدار بیوگاز تولید شده به دمای سامانه، حضور میکروب‌¬ها، مقدار جامدات فرار مواد اولیه و زمان نگهداری وابسته است.

یک هاضم جریان پلاگ با زمان متوسط نگهداری فضولات دامی حدود 16 روز تحت شرایط زمستانی (17.4 درجه سانتیگراد)، 452000 کیلوکالری در هر روز تولید می‌¬کند و روزانه 262000 کیلوکالری را برای گرم کردن هاضم به 35 درجه سانتیگراد مصرف می‌کند.

با استفاده از همان هاضم، تحت شرایط تابستانی (25 درجه سانتیگراد) و کاهش زمان نگهداری به 10.4 روز، بیوگاز بدست آمده روزانه 524000 کیلوکالری بوده و 157000 کیلوکالری آن برای گرم کردن هاضم استفاده شده است. نسبت‌های انرژی داده شده هر خروجی برای شرایط تابستانی و زمستانی برای هاضم به ترتیب 1 به 3.3 و 1 به 1.7 بود. در سال 2000 نیز انرژی خروجی هاضم بیوگاز مشابه همین مقدار بوده است.

در کشورهای در حال توسعه مانند هند، هاضم¬‌های بیوگاز عموماً فضولات 15 تا 30 دام را از یک خانواده یا روستای کوچک فرآوری می‌کنند.

انرژی بیوگاز حافظ محیط زیست بوده و عناصر غذایی داخل فضولات را حفظ می‌¬کند.

سرمایه لازم برای یک واحد بیوگاز در هند در سال 1993 از 500 تا 900 دلار بوده است. قیمت هر کیلوات ساعت بیوگاز در هند در سال 1997، 6 سنت بوده است. هزینه کل تولید حدود 10 میلیون کیلوکالری بیوگاز 321$ تخمین زده می‌¬شود. اگر فرض شود که هزینه نیروی کارگری در سال 2001، 7$ در هر ساعت بوده باشد، بیوگاز ارزشی معادل 356$ دارد. فضولات دامی فرآوری شده برای بیوگاز بوی کمتری داشته و خاصیت ارزش کودی آن حفظ می¬شود.

اصول تخمیر متان

مواد آلی ماننده پیکر حیوانات و گیاهان، فضولات دامی و انسان، ضایعات صنایع غذایی و زباله‌ها بوسیله میکروب ‌های غیرهوازی از مواد آلی پیچیده به مواد آلی ساده تجزیه می‌شوند.

این فرآیند مشتمل بر دو فرآیند است: یک فرآیند هیدرولیز (فاز IA) و یک فرآیند تخمیر اسیدی (فاز IB). اسیدهای کم‌چرب مانند اسیداستیک، اسید پروپیونیک، الکل، هیدروژن و دی‌اکسید کربن طی فرآیند فاز IB توسط باکتری‌های اسیدزا از مواد آلی ساده تجزیه می‌شوند. میانجی‌هایی مانند اسیدهای کم چرب، هیدروژن و دی‌اکسیدکربن توسط میکروب های الزامی مانند متانوژن به گاز هضم شده (بیوگاز) تبدیل می¬‌شوند که ترکیبی است از متان، دی اکسید کربن و هیدروژن. این فرآیند سوم تخمیر متان نام دارد (فاز II).