الهندسةهندسة المياه والبيئة

الغاز الحيوي(biogas)

اقرأ في هذا المقال
  • ما هو الغاز الحيوي؟
  • تاريخ الغاز الحيوي
  • إيكولوجيا الغاز الحيوي
  • استخدامات الغاز الحيوي

ما هو الغاز الحيوي؟

يمكن تعريف الغاز الحيوي بأنه: مزيج من غاز الميثان وثاني أكسيد الكربون الناتج عن التحلل البكتيري للنفايات العضوية ويستخدم كوقود.

ويمكن تعريف الغاز الحيوي أيضاً بأنه: نوع من الوقود الحيوي يتم إنتاجه بشكل طبيعي من تحلل النفايات العضوية عندما تتفكك المواد العضوية، مثل فضلات الطعام ونفايات الحيوانات في بيئة لاهوائية (بيئة غائبة عن الأكسجين) فإنها تطلق مزيجًا من الغازات بشكل رئيسي الميثان وثاني أكسيد الكربون لأن هذا التحلل يحدث في بيئة لاهوائية، فإن عملية إنتاج الغاز الحيوي تعرف أيضًا باسم الهضم اللاهوائي.


ويُعرف الهضم اللاهوائي بأنه شكل طبيعي من تحويل النفايات إلى طاقة، حيث يستخدم عملية التخمير لتفكيك المواد العضوية، كما أن روث الحيوانات وبقايا الطعام والمياه العادمة والصرف الصحي كلها أمثلة على المواد العضوية التي يمكن أن تنتج الغاز الحيوي عن طريق الهضم اللاهوائي؛ وذلك نظرًا لارتفاع محتوى الميثان في الغاز الحيوي (عادة 50-75٪)، فإن الغاز الحيوي قابل للاشتعال وبالتالي ينتج لهبًا أزرق داكنًا ويمكن استخدامه كمصدر للطاقة.

على عكس السماح بانبعاث غاز الميثان إلى الغلاف الجوي فإن أجهزة هضم الغاز الحيوي هي الأنظمة التي تعالج النفايات إلى غاز حيوي ثم توجه تلك الغازات الحيوية بحيث يمكن استخدام الطاقة بشكل منتج، هناك عدة أنواع من أنظمة ومصانع الغاز الحيوي تم تصميمها لاستخدام الغاز الحيوي بكفاءة.

بينما يختلف كل نموذج اعتمادًا على المدخلات والمخرجات والحجم والنوع فإن العملية البيولوجية التي تحول النفايات العضوية إلى غاز حيوي موحدة، يتلقى هضم الغاز الحيوي المواد العضوية التي تتحلل في غرفة الهضم، حيث تكون غرفة الهضم مغمورة بالكامل في الماء مما يجعلها بيئة لاهوائية(خالية من الأكسجين)، كما تسمح البيئة اللاهوائية للكائنات الحية الدقيقة بتكسير المواد العضوية وتحويلها إلى غازات حيوية.

يُعد التخلص من النفايات العضوية مشكلة ينتج عنها روائح كريهة ويسبب العديد من الأمراض، ولذلك فإن تحويل هذه النفايات إلى غاز عضوي من خلال التخمير اللاهوائي (التحريك اللاهوائي) هو الحل المثالي؛ بهدف التخلص منها بطريقة آمنة.

يستهلك العالم حاليًا حوالي ((13 * 10)^12 واط) أي ما يساوي 13 تيراواط من الطاقة سنويًا وحوالي 80٪ منه من حرق الوقود الأحفوري، حيث أن الاعتماد المفرط على الوقود الأحفوري يشكل العديد من المخاطر مثل: تراجع الاحتياطيات،حيث أنها تؤدي إلى تغير المناخ بسبب زيادة النسبة من غاز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، الذي زادت كميته في بشكل كبير في الماضي.

كما أن الزيادة في تركيز الميثان وأكسيد النيتروجين الناتجة عن تحلل مخلفات الحيوانات والمخلفات النباتية والبلدية والصناعية والنفايات الصلبة والخطرة وزيادة تركيزها يشكل ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون الناتج عن عملية حرق النفط ويشكل سببًا أساسيًا للارتفاع في درجة الحرارة العالمية وتفاقم مشكلة الاحتباس الحراري.

يتم العثور على هضم الغاز الحيوي على نطاق المركز التجاري أو هضم الغاز الحيوي بحجم الأسرة في معظم الأحيان في الهند والصين، ومع ذلك فإن الطلب على هذه الوحدات ينمو بسرعة في جميع أنحاء العالم بفضل التقنيات الأكثر تقدمًا وملاءمةً.

تاريخ الغاز الحيوي:

تحدث عملية التحلل اللاهوائي (أو التخمير) للمواد العضوية من حولنا في الطبيعة وقد حدثت منذ فترة طويلة جدًا، في الواقع تعد البكتيريا التي تقوم بتفكيك المواد العضوية إلى غاز حيوي من أقدم الكائنات الحية المتعددة الخلايا على كوكب الأرض.

الاستخدام البشري للغاز الحيوي بالطبع لا يعود إلى الوراء ومع ذلك فإن بعض الأدلة القصصية تتتبع الاستخدامات الأولى للغاز الحيوي إلى الآشوريين في القرن العاشر والفرس في القرن السادس عشر في الآونة الأخيرة، أحدث القرن العشرين نهضة في كل من أنظمة الغاز الحيوي الصناعية والصغيرة.

في القرن الثامن عشر أصبح من الواضح للكيميائي الفلكي جان بابتيز فان هيلمونت أن المواد العضوية المتحللة أنتجت غازًا قابلاً للاحتراق، بعد فترة وجيزة أوضح جون دالتون وهمفري ديفي أن هذا الغاز القابل للاشتعال كان غاز الميثان حيث يعود أول مصنع هضم لاهوائي رئيسي إلى عام 1859 في بومباي.

بعد فترة وجيزة في عام 1898 استخدمت المملكة المتحدة الهضم اللاهوائي لتحويل مياه الصرف الصحي إلى غاز حيوي والذي تم استخدامه بعد ذلك لإضاءة مصابيح الشوارع، في القرن التالي تم استخدام الهضم اللاهوائي في المقام الأول كوسيلة لمعالجة مياه الصرف الصحي للبلدية عندما ارتفع سعر الوقود الأحفوري في مصانع الهضم اللاهوائي الصناعية في 1970 زادت شعبيته وكفاءته.

بدأت كل من الهند والصين في تطوير هضم الغاز الحيوي على نطاق صغير للمزارعين حوالي الستينيات، كان الهدف هو الحد من نقص الطاقة في المناطق الريفية وجعل وقود الطهي الأنظف أكثر سهولة في المناطق النائية، ما يقرب من ثلث سكان العالم لا يزال يستخدم الخشب والكتلة الحيوية الأخرى للطاقة، مما تسبب في مشاكل صحية وبيئية مدمرة في الهند حيث يُعرف النموذج الشائع باسم هضم الأسطوانة العائمة ويطلق على نموذج الغاز الحيوي المفضل في الصين اسم قبة الحفر الثابتة.

منذ ذلك الحين تكتسب وحدات الغاز الحيوي ذات الحجم العائلي المزيد من الاهتمام والشعبية كوسيلة للحد من النفايات المنزلية وكوسيلة لتوفير طاقة متجددة نظيفة للعائلات، في جميع أنحاء العالم وفي الخمسة عشر عامًا الماضية تبنت الدول في جميع أنحاء العالم برامج الغاز الحيوي لجعل أنظمة الغاز الحيوي المنزلية ونباتات الهضم اللاهوائي الأكبر يمكن الوصول إليها بشكلٍ فعال ومريح، مع زيادة تحميل مدافن النفايات بشكل غير قانوني وبما أن إطلاق الميثان يطرح مشكلات أكثر إثارة للقلق فإن فوائد استخدام أنظمة الغاز الحيوي لتحويل النفايات إلى طاقة تزداد أهمية وأهمية بشكل متزايد.

إيكولوجيا الغاز الحيوي:

يُعرف الغاز الحيوي: بأنه مصدر طاقة صديق للبيئة لأنه يخفف من مشكلتين بيئيتين رئيسيتين في وقت واحد:

  1. وباء النفايات العالمي الذي يطلق مستويات خطيرة من غاز الميثان كل يوم.

  2. الاعتماد على طاقة الوقود الأحفوري لتلبية الطلب العالمي على الطاقة.

استخدامات الغاز الحيوي:

يمكن إنتاج الغاز الحيوي بأنواع مختلفة من المواد العضوية وبالتالي هناك عدة أنواع من النماذج لهضم الغاز الحيوي، تم تصميم بعض الأنظمة الصناعية لمعالجة: مياه الصرف الصحي البلدية ومياه الصرف الصناعي والنفايات البلدية الصلبة والنفايات الزراعية.

تستخدم النظم الصغيرة عادة؛ لهضم فضلات الحيوانات، كما تم تصميم أنظمة حديثة بحجم الأسرة لهضم فضلات الطعام، يمكن استخدام الغاز الحيوي الناتج بعدة طرق بما في ذلك: الغاز والكهرباء والحرارة ووقود النقل.

على سبيل المثال تعمل في السويد مئات السيارات والحافلات على الغاز الحيوي المكرر، حيث يتم إنتاج الغاز الحيوي في السويد بشكل أساسي من محطات معالجة مياه الصرف الصحي ومدافن النفايات.

المصدر
كتاب الانسان وتلوث البيئة للدكتور محمد صابر/2005كتاب البيئة وحمايتها للمولف نسيم يازجيكتاب علم وتقانة البيئة للمؤلف فرانك ر.سبيلمانكتاب النظام البيئي والتلوث د. محمد العودات
الوسوم
اظهر المزيد

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق