زیست گاز چیست ؟

زیست گاز یا بیوگاز(Biogas) نوعی از سوخت زیستی است که به طور طبیعی از تجزیه زباله های آلی تولید می شود. هنگامی که مواد آلی، مانند ضایعات غذا و ضایعات حیوانات، در یک محیط بی هوازی (بدون اکسیژن) قرار می‌گیرد، به ترکیبی از گازها، عمدتاً شامل متان و دی اکسید کربن، تجزیه می شوند.

این تجزیه که در بالا ذکر شد، در یک محیط بی‌هوازی اتفاق می‌افتد، بنابراین فرآیندی که منجر به تولید زیست گاز می‌شود به عنوان تجزیه بی‌هوازی نیز شناخته می‌شود(شکل طبیعی تبدیل زباله به انرژی که از فرآیند تخمیر برای تجزیه مواد آلی استفاده می‌کند). کود حیوانی، ضایعات غذا، فاضلاب و زباله نمونه هایی از مواد آلی هستند که می توانند زیست گاز را از طریق تجزیه بی هوازی تولید کنند. به دلیل محتوای متان بالا (معمولاً 50-75٪)، زیست گاز قابل اشتعال است و بنابراین شعله آبی تیره تولید می کند و می تواند به عنوان منبع انرژی استفاده شود.

زیست گاز چیست و چگونه کار می کند؟

زیست گاز ترکیبی از متان، دی اکسید کربن و مقادیر کمی از گازهای دیگر است. این ترکیب را می توان با موفقیت به عنوان یک منبع انرژی تجدید پذیر استفاده کرد. زیست گاز محصول جانبی هضم بی هوازی از زیست توده (مواد آلی) است.

از آنجایی که تولید زیست گاز ناشی از یک فرآیند طبیعی است که در یک محیط بسته اتفاق می افتد، کنترل ترکیب آن می تواند چالش برانگیز باشد. به همین دلیل است که نسبت متان به دی اکسید کربن می تواند متفاوت باشد. رایج ترین نسبت 60٪ CH4 (متان) و 40٪ CO2 (دی اکسید کربن) است، اما می توانید انتظار داشته باشید که زیست گاز حاوی متان به نسبت 45 تا 75٪ و دی اکسید کربن از 55 تا 25٪ باشد.

مزایا و معایب زیست گاز چیست ؟

تولید و استفاده از زیست گاز مانند سایر منابع انرژی دارای مزایا و معایبی است. شما باید این جنبه های عملی را هنگام تجزیه و تحلیل اینکه آیا در یک نیروگاه زیست گاز سرمایه گذاری کنید، به دقت در نظر بگیرید.

مزایای زیست گاز

1. این یک منبع انرژی تجدید پذیر و پاک است که متکی بر فرآیند کربن خنثی است، به این معنی که هنگام استفاده از زیست گاز، هیچ مقدار جدیدی از کربن در جو منتشر نمی شود.

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

3. آلودگی خاک و آب ناشی از کود حیوانی و مدفوع انسان را کاهش می دهد و محیط سالم و ایمن را برای بسیاری از جوامع در سراسر جهان حفظ می کند.

4. مقدار CH4 (متان) منتشر شده به اتمسفر را کاهش می دهد و با تغییرات آب و هوایی با تأثیر فوری احتمالی بر محیط مقابله می کند.

معایب زیست گاز

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

2. در آب و هوای گرم بهتر عمل می کند، به این معنی که زیست گاز به طور یکسان در سراسر جهان قابل دسترسی نیست.

تجزیه زیست گاز

به جای اجازه انتشار گاز متان به اتمسفر، هاضم‌های زیست گاز سیستم‌هایی هستند که زباله‌ها را به زیست گاز تجزیه می‌کنند و سپس آن زیست گاز را به گونه‌ای هدایت می‌کنند که انرژی بتواند به طور مولد استفاده شود. انواع مختلفی از سیستم‌ها و نیروگاه‌های زیست گاز وجود دارد که برای استفاده مؤثر از زیست گاز طراحی شده‌اند. در حالی که هر مدل بسته به ورودی، خروجی، اندازه و نوع متفاوت است، فرآیند بیولوژیکی که زباله های آلی را به زیست گاز تبدیل می کند یکنواخت است.

هاضم‌های زیست گاز سیستم‌هایی هستند که ضایعات را به زیست گاز پردازش می‌کنند و سپس آن زیست گاز را به‌گونه‌ای هدایت می‌کنند که انرژی می‌تواند به طور مولد استفاده شود.

انواع مختلفی از سیستم‌ها و نیروگاه‌های زیست گاز وجود دارد که برای استفاده مؤثر از زیست گاز طراحی شده‌اند. در حالی که هر مدل بسته به ورودی، خروجی، اندازه و نوع متفاوت است، فرآیند بیولوژیکی که زباله های آلی را به زیست گاز تبدیل می کند یکنواخت است. تجزیه گران زیست گاز مواد آلی را دریافت می کنند که در یک محفظه هضم تجزیه می شود. محفظه تجزیه به طور کامل در آب غوطه ور است و آن را به یک محیط بی هوازی (بدون اکسیژن) تبدیل می کند. محیط بی هوازی به میکروارگانیسم ها اجازه می دهد تا مواد آلی را تجزیه کرده و به زیست گاز تبدیل کنند.

4 مرحله تخمیر و تولید زیست گاز

مواد آلی با کمک جوامع باکتریایی برای تولید زیست گاز تخمیر می شوند. چهار مرحله تخمیر مواد آلی را از ترکیب اولیه به حالت زیست گاز منتقل می کند.

1. مرحله اول فرآیند هضم، مرحله هیدرولیز است. در مرحله هیدرولیز، پلیمرهای آلی نامحلول (مانند کربوهیدرات ها) تجزیه می شوند و آنها را برای مرحله بعدی باکتری ها به نام باکتری اسید زا قابل دسترسی می کند.

2. باکتری اسید زا قندها و اسیدهای آمینه را به دی اکسید کربن، هیدروژن، آمونیاک و اسیدهای آلی تبدیل می کند.

3. در مرحله سوم، باکتری های استوژن، اسیدهای آلی را به اسید استیک، هیدروژن، آمونیاک و دی اکسید کربن تبدیل می کنند. این فرآیند مرحله نهایی را با کمک متانوژن ها ممکن می سازد.

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

تاریخچه زیست گاز یا بیوگاز

این فرآیند بی‌هوازی تجزیه (یا تخمیر) مواد آلی که در اطراف ما در طبیعت اتفاق می‌افتد و برای مدت طولانی در حال وقوع است. باکتری هایی که مواد آلی را به بیوگاز تجزیه می کنند برخی از قدیمی ترین موجودات چند سلولی روی این سیاره هستند. البته استفاده انسان از بیوگاز به آن دور باز نمی گردد. شواهد حکایتی، اولین استفاده از بیوگاز را به آشوری ها و ایرانیان در قرن های 10 و 16 نشان می دهد. اخیراً، قرن بیستم تجدید حیات سیستم‌های بیوگاز صنعتی و کوچک را به همراه داشته است.

در قرن 18 برای شیمیدان فلاندری یان باپتیس ون هلمونت مشخص شد که تجزیه مواد آلی، گاز قابل احتراق تولید می کند. 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 می گردد. در سال 1898، انگلستان از هضم بی هوازی برای تبدیل فاضلاب به بیوگاز و سپس برای روشن کردن لامپ های خیابان استفاده کرد. در قرن بعد، هضم بی هوازی در درجه اول به عنوان وسیله ای برای تصفیه فاضلاب شهری مورد استفاده قرار گرفت. هنگامی که قیمت سوخت های فسیلی در دهه 1970 افزایش یافت، کارخانه های هضم بی هوازی صنعتی محبوبیت و کارایی خود را افزایش دادند.

هم هند و هم چین شروع به توسعه دستگاه تجزیه بیوگاز در مقیاس کوچک برای کشاورزان در حدود دهه 1960 کردند. هدف کاهش فقر انرژی در مناطق روستایی و قابل دسترس تر کردن سوخت های آشپزی پاک تر در مناطق دور افتاده بود. نزدیک به یک سوم جمعیت جهان هنوز از هیزم و سایر زیست‌توده‌ها برای انرژی استفاده می‌کنند که باعث مشکلات مخرب بهداشتی و زیست‌محیطی می‌شود.

در هند، مدل محبوب، هاضم درام شناور است، و مدل ترجیحی زیست گاز چین، هاضم گنبدی ثابت است.

از آن زمان، واحدهای بیوگاز در اندازه خانواده به عنوان وسیله ای برای کاهش زباله های خانگی و ارائه انرژی پاک و تجدیدپذیر برای خانواده ها در سراسر جهان مورد توجه و محبوبیت بیشتری قرار گرفته اند. 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. از آنجایی که محل های دفن زباله به طور غیرقانونی بارگیری می شوند و انتشار متان مشکلات نگران کننده تری ایجاد می کند، مزایای سیستم های بیوگاز مرتبط تر و مهم تر می شوند.

راه های تولید بیوگاز چیست ؟

بیوگاز را می توان با انواع مختلفی از مواد آلی تولید کرد و بنابراین مدل های مختلفی برای تجزیه زیست گاز وجود دارد. برخی از سیستم های صنعتی برای تصفیه طراحی شده اند: فاضلاب شهری، فاضلاب صنعتی، زباله های جامد شهری و پسماندهای کشاورزی.

سیستم‌های مقیاس کوچک معمولاً برای هضم فضولات حیوانات استفاده می‌شوند. و سیستم های جدیدتر به اندازه خانواده برای هضم ضایعات غذا طراحی شده اند. بیوگاز حاصل را می توان در گاز، برق، گرما و سوخت های حمل و نقل استفاده کرد.

به عنوان مثال، در سوئد، صدها خودرو و اتوبوس با بیوگاز تصفیه شده کار می کنند. بیوگاز در سوئد عمدتاً از تصفیه خانه های فاضلاب و محل های دفن زباله تولید می شود.

نمونه دیگری از کاربردهای متنوع بیوگاز کارخانه First Milk است. یکی از بزرگترین تولیدکنندگان پنیر در بریتانیا در حال ساخت یک کارخانه هضم بی هوازی برای پردازش بقایای لبنیات و تبدیل آنها به بیومتان برای شبکه گاز است. گیاهان تجزیه بی هوازی جدید مانند اینها با داستان های جذاب هر روز ظاهر می شوند.

سیستم های بیوگاز در مقیاس کوچک

هاضم های زیست گاز در مقیاس کوچک( در سطح خانواده)، بیشتر در هند و چین یافت می شوند. با این حال، تقاضا برای چنین واحدهایی به لطف فناوری های پیشرفته و راحت تر، به سرعت در حال رشد است. از آنجایی که دنیای مدرن زباله های بیشتری تولید می کند، افراد مشتاق یافتن راه های زیست محیطی برای تصفیه زباله های خود هستند.

سیستم‌های سنتی که معمولاً در هند و چین یافت می‌شوند بر ضایعات حیوانات تمرکز دارند. به دلیل کمبود انرژی در مناطق روستایی همراه با مازاد کود حیوانی، هاضم های بیوگاز بسیار محبوب، کاربردی و حتی زندگی را تغییر می دهند. در بسیاری از کشورهای در حال توسعه، برای تامین تجزیه کننده های بیوگاز، توسط دولت و وزارتخانه‌های محلی یارانه پرداخت می‌شوند و از مزایای مختلف بیوگاز حمایت می‌کنند. بسیاری از خانواده ها علاوه بر داشتن انرژی پاک و تجدیدپذیر که گاز آشپزخانه را تامین می کند، از محصول جانبی کود که هاضم کننده های بیوگاز ارائه می کنند، استفاده گسترده ای می کنند.

در کشورهای آفریقایی، برخی از مصرف کنندگان زیست گاز حتی با فروش محصول جانبی دوغاب زیستی تولید شده توسط سیستم های بیوگاز به سود می رسند. این بیو دوغاب با کود مایعی که روزانه تولید می شود متفاوت است. دوغاب زیستی به تجزیه شده ترین مرحله ماده آلی پس از تجزیه در هاضم اطلاق می شود. دوغاب زیستی در انتهای سیستم بیوگاز فرو می‌رود و با کمک واحدهای مدرن مانند HomeBiogas، 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 می کند و می تواند بهره وری باغات سبزیجات را افزایش دهد.

بیوگاز یک فناوری است که از توانایی طبیعت برای پس دادن تقلید می کند. واحدهای بیوگاز در اندازه صنعتی و خانوادگی به طور باورنکردنی در حال تبدیل شدن به محبوبیت و مرتبط بودن در دنیای امروز هستند.

منبع : homebiogas