ما هو الغاز الحيوي؟
يعرف الغاز الحيوي بأنه: عبارة عن نوع من أنواع الوقود الحيوي الذي ينتج بشكل طبيعي من تحلل المواد العضوية، عندما تتعرض هذه المادة العضوية لبيئة خالية من الأكسجين؛ ونتيجةً لذلك ستحرر مزيجًا من الغازات، وعلى الرغم من أن معظم ما يتم إطلاقه هو الميثان (بين 50-75٪، اعتمادًا على عدد الكربوهيدرات الموجودة في الخليط) وثاني أكسيد الكربون فإن الغازات الأخرى يتم إطلاقها أيضًا بكميات أقل.
عندما يحدث إنتاج الغاز الحيوي نتيجة عدم توافر الأكسجين فسيشار إلى هذه العملية أيضًا بالهضم اللاهوائي، ببساطة هناك عملية تخمير تعمل على تفتيت المواد العضوية وتحويل ما كان في السابق من نفايات إلى مصدر للطاقة يمكن استخدامه للتدفئة والتبريد والطهي أو لإنتاج الكهرباء بشكل منتظم بمجرد حرقها.
استعمالات الغاز الحيوي:
يستخدم الغاز الحيوي العديد من استخدامات الطاقة اعتمادًا على طبيعة مصدر الغاز الحيوي والطلب المحلي، بشكل عام يمكن استخدام الغاز الحيوي لإنتاج الحرارة عن طريق الاحتراق المباشر، كما أنه ومن الممكن أن يتم استخدامه في عمليات إنتاج الكهرباء وذلك عن طريق خلايا الوقود أو التوربينات الصغيرة أو توليد CHP أو كوقود للمركبات.
ضع في اعتبارك أن الغاز الحيوي مصنوع في الغالب من مواد النفايات العضوية التي لن يكون لها أي استخدام، حيث يمكن الحصول على المواد الأولية للهضم عادة بتكلفة منخفضة أو مجانًا، قبل كل شيء فإنّ هذا الوقود يكون مستدام يمكن صنعه طالما أن الإنسان يزرع المحاصيل ويأكل الطعام.
وفيما يلي اهم استعمالات الغاز الحيوي:
توليد الكهرباء لاستخدام الغاز الحيوي:
يتم استهلاك معظم الغاز الحيوي في نقطة تصنيعه في مصانع الهضم اللاهوائي الزراعية التجارية لتوليد الكهرباء، هذا هو أول استخداماتنا من الغاز الحيوي ويتم فقط مع التنظيف الطفيف للغاز الحيوي الخام.
ويشمل الغاز الحيوي على مدافن النفايات، حيث يمكن استخدام بعض فرك الماء قبل استخدام الغاز الحيوي في مدافن النفايات بهذه الطريقة، وبالنسبة لغاز مكب النفايات الذي تم جمعه واحتراقه في المحركات لتوليد الكهرباء قد ينتج هناك مادة كيميائية تسمى siloxane والتي تنتج رواسب صلبة داخل المحرك قبل استخدامه.
يتم حرق الغاز الحيوي بسهولة في محركات الغاز الوعرة الكبيرة من النوع الذي يتم تشغيله بشكلٍ أقل وعورة بواسطة وقود الديزل، حيث يمكن استخدام الطاقة الناتجة داخل الغاز الحيوي مباشرة للطهي عن طريق حرقها وذلك في أثناء وجود الأكسجين.
قررت حكومة الدنمارك متبوعة الآن بعدد من الحكومات الأخرى الدخول في شراكات استراتيجية لتطوير استخدامات الغاز الحيوي، على وجه الخصوص، إذ يتم استخدامه للمركبات للعمل على الكهرباء وكذلك الغاز الطبيعي والهيدروجين، كما أنهم يخططون لإنشاء 200000 نقطة شحن كهربائية بحلول عام 2020.
ترقية الغاز الحيوي الى الميثان (RNG):
ثاني استخدامات من الغاز الحيوي هي ترقية الغاز الحيوي إلى الميثان الحيوي (المعروف أيضًا باسم RNG) وذلك عند القيام بإخراج ثاني أكسيد الكربون والماء بالإضافة إلى الكميات الصغيرة من كبريتيد الهيدروجين وآثار الشوائب الأخرى، حيث يُعتبر الميثان عنصراُ في الغاز الطبيعي التقليدي، وبعبارةً أخرى فإن الغاز الطبيعي المتجدد هو الميثان الحيوي الذي تم تنظيفه لتلبية معايير جودة خط أنابيب الغاز الطبيعي.
استخدام الغاز الحيوي في قطاع النقل لتشغيل السيارات:
تمامًا مثل الغاز الطبيعي يمكن ضغط الغاز الحيوي واستخدامه لتشغيل السيارات، كما أن فصل الإنتاج والاستخدام يجعل استخدام الغاز الحيوي كوقود لمركبات الغاز الطبيعي، يمكن للغاز الحيوي المعالج في الميثان الحيوي واستخدامه كوقود، حيث يساهم ذلك بشكل كبير في حماية المناخ وتعزيز أمن الإمدادات وتقليل انبعاثات الضوضاء، كما أن الغاز الحيوي عند تنقيته فسيصبح شكل من أشكال الغاز الطبيعي، مع ميزته الكبيرة هي أنه قابل للتجديد ولا يحتاج إلى نفاد.
إن انتشار استخدام الغاز الطبيعي كوقود للنقل مرتبط بالحوافز الحكومية وكثافة البنية التحتية؛ نظرًا لأن معايير الاقتصاد في استهلاك الوقود وانبعاثات غازات الاحتباس الحراري أصبحت صارمة بشكلٍ متزايد في الأسواق العالمية (خاصة للمركبات المتوسطة والثقيلة)، يُعدّ استخدام الغاز الطبيعي أيضًا، وسيلة فعالة لخفض انبعاثات الكربون ولكن حتى يصبح أكثر فاعلية في تقليل انبعاثات الكربون هو استخدام الغاز الحيوي (الميثان الحيوي).
من الملائم تعديل المركبات لاستخدام الميثان كوقود بطريقة يمكنها الاستمرار في استخدام الوقود التقليدي، وذلك عندما تكون خارج نطاق محطة التزود بالوقود، المعدات المصممة لتحويل محركات البنزين لاستخدام الغاز الطبيعي أو البنزين متاحة بسهولة من عدد من الشركات المصنعة في إيطاليا والولايات المتحدة الأمريكية، يحتوي الغاز الطبيعي على بعض الألكانات الأعلى (إيثان، وبروبان، وبوتان، وما إلى ذلك) إلى جانب غاز الميثان، هذه تعطيه قيمة حرارية أعلى (تسخين) من الميثان النقي (البيوميتان).
تتميز دلهي العاصمة الهندية بوجود أول أسطول للنقل العام في البلاد يعمل على نوعين من الوقود النظيف:
- الغاز الحيوي (RNG).
- الغاز الطبيعي المضغوط (CNG).
وهذا يشمل حوالي 16000 حافلة في دلهي تعمل على CNG وفقًا لشركة Indraprastha Gas Ltd وهي تعهد حكومي في دلهي، كما أنه المورد الوحيد لـ CNG في العاصمة، حيث تم إنشاء هذا لتبادل الخبرات والتجارب؛ لدعم أنظمة الطاقة المستدامة في الهند مع التركيز بشكل خاص على الغاز الحيوي، السويد تمضي قدمًا كرائدة في تكنولوجيا الغاز الحيوي حيث تستخدمها للتدفئة وتوليد الطاقة وتزويد المركبات بالوقود.
حرق الغاز الحيوي في مواقد الغاز المنزلي:
يمكن استخدام الغاز الحيوي بطرق مشابهة مثل الغاز الطبيعي في مواقد الغاز أو المصابيح أو كوقود للمحركات، مقارنةً بالغاز الطبيعي الذي يحتوي على 80 إلى 90٪ ميثان.
يقلل استخدام الغاز الحيوي كوقود لمواقد الغاز من الضغط على إمدادات الوقود الخشبي ويحل محل استهلاك المنتجات البترولية، الفائدة من استخدام الغاز الحيوي هذا هو أنه يمكن أن يقلل من الطلب المتزايد باستمرار على الوقود الخشبي المنزلي، كما أن هذا الطلب يؤدي إلى إزالة الغابات على نطاق واسع، إذ ستكون إزالة الغابات هذه أقل حالما يتم اعتماد إنتاج الغاز الحيوي على نطاق واسع.
بالإضافة إلى عملية الهضم الحيوي فهناك أيضًا بعض شركات الغاز الحيوي المبتكرة التي تنتج الغاز الطبيعي السائل المصنوع من المواد الحيوية عن طريق العمليات التي لا تتطلب الهضم اللاهوائي يمكن استخدامها أيضًا في مواقد الطهي المنزلية.
تكتسب نساء القرية والمجتمع بأسره مكاسب من استخدام الغاز الحيوي بدلاً من الوقود الخشبي فبدلاً من قضاء ساعات عديدة كل يوم في المشي إلى الغابة وجمع الوقود الخشبي يمكنهم استخدام وقتهم في رعاية أطفالهم، يُفضل الحرق الطبيعي لأنه مجاني (إذا كنت تقوم بالعمل لتشغيل مصنع الغاز الحيوي كل يوم) في حين أن وقود الغاز الحيوي المتاح تجاريًا غالبًا ما يكون مكلفًا للغاية.
استخدام الغاز الحيوي كوقود لمجموعات توليد الكهرباء المحمولة:
خامس استخدامات الغاز الحيوي لدينا كوقود لتشغيل مجموعات توليد الكهرباء المحمولة وهي تستخدم معظم المنازل خارج الشبكة مجموعات جينٍ محمول وهي عبارة عن محركات احتراق داخلي (IC) مقترنة بمولد أو دينامو، حيث أن مجموعات المولدات المستخدمة للتشغيل على الغاز الحيوي هي نفسها التي تستخدم للتشغيل على غاز البروبان أو الغاز الطبيعي، إذ يتم اكتشاف استهلاك الطاقة اليومي واستخدامه كدليل لمتطلبات مجموعة Gen.
إن توليد الكهرباء هو أكبر استخدام منفرد للوقود في العالم حوالي 41٪ من تلك الطاقة جاءت من الفحم و 21٪ أخرى جاءت من الغاز الطبيعي والباقي غطته الطاقة المائية والنووية والنفطية بنسبة 16٪ و 13٪ و 5٪ على التوالي.
استخدام أرصدة كربون الغاز:
إن من استخدامات الغاز الحيوي هي وسيلة الحصول على دخل من مدفوعات آلية التنمية النظيفة في البلدان المؤهلة بموجب اتفاقية كيوتو في التسعينات، إذ يقدم الغاز الأخضر أو الغاز الحيوي العديد من فوائد التنمية المستدامة؛ نظراً لأنه مصدر نظيف للطاقة ومحايدة لغازات الدفيئة، كما تحتوي معظم كميات الغاز الحيوي على مكون غاز الميثان من 50 إلى 60٪ ومكون ثاني أكسيد الكربون من 35 إلى 50٪ وكمية صغيرة نسبيًا من كبريتيد الهيدروجين (H2S) والأمونيا، وبالمقارنة فإن مكون غاز الميثان في الغاز الطبيعي يزيد عن 80٪.
ضغط الغاز الحيوي لملء اسطونات الغاز:
كما أن من استخدامات الغاز الحيوي هو ضغط الغاز الحيوي لتعبئة اسطوانات الغاز، إذ يمكن ضغط الغاز الحيوي بنفس الطريقة التي يتم بها ضغط الغاز الطبيعي إلى CNG ويستخدم لتشغيل السيارات، حيث يتم تنظيف الغاز الحيوي وترقيته وفقًا لمعايير الغاز الطبيعي عندما يصبح غاز الميثان الحيوي ومن ثم يكون مناسبًا للضغط (لتحويله إلى سائل).
في الدول الاسكندنافية يمتلك العديد من مستخدمي وقود الغاز الطبيعي المضغوط مركبات من الجرارات إلى السيارات والحافلات، حيث تكون كلها مصممة للاستخدام القديم لاستخدام الغاز الطبيعي، فبعض المواقع الأوروبية لديها RNG من نظام مصانع الغاز الحيوي المحلية يتم توصيلها مباشرة إلى محطة وقود قريبة دون استخدام خط أنابيب الغاز الطبيعي.
التحويل المباشر للغاز الحيوي الى الكهرباء في خلية وقود:
حيث أن عملية التحويل المباشر للغاز الحيوي إلى الكهرباء في خلية وقود يساعد في حرق الغاز في خلايا الوقود لتسخين خلية كهربائية خاصة هذه الخلية الكهربائية عند تسخينها تولد تيار / كهرباء، إذ تتطلب هذه العملية غازًا نظيفًا للغاية وخلايا وقود باهظة الثمن، ولكن هناك الكثير من الإمكانات في هذه التكنولوجيا للمستقبل، حيث تتوفر غلايات التدفئة المركزية المحلية بالفعل والتي تشمل بالإضافة إلى توفير الماء الساخن لتدفئة المنزل خلية وقود تنتج الكهرباء أيضًا.
