الهدف من استخدام الغاز الحيوي

ما هو الهدف من استخدام الغاز الحيوي؟

إن الهدف من استخدام الغاز الحيوي هو تسليط الضوء على أحد مصادر الطاقة البديل (الغاز الحيوي) الناتجة عن
نفايات المطبخ المنزلي المتوفرة في كل منزل والتي يتم فقدانها ومن الممكن الاستفادة منها، حيث أن طريقة التخمير اللاهوائي هي طريقة فعالة لتحويل النفايات العضوية إلى غاز، يمكن أن تُستخدم للطبخ والتدفئة أو لتوليد الكهرباء واستخدام بقايا عملية التخمير كسماد فعال لزيادة خصوبة الاراضي الزراعية والمساهمة في الحد من انبعاثات غازات الدفيئة.

كهرباء الغاز الحيوي:

الغاز الحيوي: هو مزيج من الميثان وثاني أكسيد الكربون والماء وكبريتيد الهيدروجين المنتج أثناء التحلل اللاهوائي للمواد العضوية، يمكن استعادة الغاز الحيوي واستخدامه إما مباشرة للطهي أو الإضاءة أو يمكن تحويله إلى أي نوع من الطاقة الحرارية أو الكهربائية أو الميكانيكية، يمكن أيضًا ضغطها: مثل الغاز الطبيعي واستخدامها لتشغيل السيارات، الميثان هو المكون القيّم في إطار استخدام وقود الغاز الحيوي، حيث تبلغ القيمة الحرارية للغاز الحيوي حوالي 6 كيلو واط ساعة / م 3 وهو ما يعادل حوالي نصف لتر من وقود الديزل.

وفيما يلي مميزات كهرباء الغاز الحيوي:

ومن سلبيات كهرباء الغاز الحيوي:

تكوين الغاز الحيوي:

يتكون الغاز الحيوي في الغالب من غاز الميثان (CH4، حوالي ما يقارب 65-70٪) ومن ثاني أكسيد الكربون (CO2، حوالي ما يقارب 25-30٪) وكميات مختلفة من الماء (H2O) وكبريتيد الهيدروجين (H2S) وبعض كميات ضئيلة من المركبات الأخرى، والتي يمكن أن تكون وجدت لا سيما في الغاز الحيوي تفريغ النفايات (مثل الأمونيا NH3، الهيدروجينH2، النيتروجينN2، أول أكسيد الكربون CO)، تعتمد كمية كل غاز في الخليط على عدة عوامل مثل نوع الهضم ونوع المادة العضوية، حيث يتطلب تكوين الحمأة المتنوعة تصميمات مفاعلات متنوعة/ متخصصة لتحقيق تحويل عالي.

حيث يعتبر الميثان هو المكون القيم في إطار استخدام وقود الغاز الحيوي فتبلغ القيمة الحرارية للغاز الحيوي حوالي 6 كيلو واط ساعة / م 3، والتي تقابل حوالي نصف لتر من زيت الديزل ويمكن استخدامها مباشرة كمصدر للحرارة أو لإنتاج الكهرباء، في جميع الحالات يجب تجفيف الغاز الحيوي وتنقيته قبل الاحتراق، وإلاّ فإنه يمكن أن يتلف محرك الغاز.

تقنيات توليد الكهرباء من الغاز الحيوي:

تتوفر تقنيات مختلفة لتوليد الكهرباء من الغاز الحيوي على مستوى الأسرة، من حيث المبدأ يتم تحويل الطاقة الكيميائية للغازات القابلة للاحتراق إلى طاقة ميكانيكية في نظام احتراق محكم بواسطة محرك حراري، ثم تعمل هذه الطاقة الميكانيكية على تنشيط المولد لإنتاج الطاقة الكهربائية، أكثر المحركات الحرارية شيوعًا المستخدمة لتحويل طاقة الغاز الحيوي هي التوربينات الغازية ومحركات الاحتراق، ويمكن أن تكون محركات الاحتراق إما محرك احتراق داخلي (مثل محرك ترددي) أو محرك احتراق خارجي (مثل محرك ستيرلينغ).

بالنسبة للمحركات الحرارية الصغيرة الحجم تحظى محركات الاحتراق بشعبية كبيرة، حيث أنها أكثر كفاءة وأقل تكلفة من توربينات الغاز الصغيرة ومع ذلك فقد تكون توربينات الغاز أكثر كفاءة عند التشغيل في دورة التوليد المشترك لإنتاج الحرارة والكهرباء، يصف التوليد المشترك أو الحرارة والطاقة المجمعة التوليد المتزامن لكل من الكهرباء والحرارة المفيدة، إذ لا تعمل المحركات الحرارية (أيضًا محطات الطاقة الحرارية) بشكل عام على تحويل كل طاقتها الحرارية إلى كهرباء.

في معظم الحالات يتم فقدان أكثر من النصف بقليل بسبب الحرارة الزائدة من خلال التقاط الحرارة الزائدة ، تستخدم CHP الحرارة التي سيتم هدرها في محطة طاقة تقليدية، ومن المحتمل أن تصل إلى كفاءة تصل إلى 89٪ مقارنة بـ 55٪ لأفضل المصانع التقليدية هذا يعني أنه يجب استهلاك وقود أقل لإنتاج نفس المقدار من الطاقة المفيدة، يمكن استخدام حرارة المنتج الثانوي عند درجات حرارة معتدلة (100-180 درجة مئوية) في مبردات الامتصاص للتبريد، تسمى النباتات التي تنتج الكهرباء والحرارة والبرودة في بعض الأحيان بالثلاجة أو بشكلٍ عام مصنع متعدد الأجيال.

أما بما يخص التوليد المشترك الصغير هو ما يسمى بموارد الطاقة الموزعة (DER)، حيث يتم حرق الغاز الحيوي لتشغيل المولدات (مثل التوربينات الصغيرة) وعادة ما يكون التثبيت أقل من 5 كيلووات (كيلووات كهربائية) بدلاً من حرق الوقود لمجرد تسخين الفضاء أو الماء، يتم تحويل بعض الطاقة إلى كهرباء بالإضافة إلى الحرارة، حيث يمكن استخدام هذه الكهرباء داخل المنزل أو العمل أو بيعها مرة أخرى في شبكة الطاقة الكهربائية إذا سمحت إدارة الشبكة بذلك.

وفيما يخص التوليد المزدوج المصغر فهو ينتج عادةً أكثر من 5 كيلووات وأقل من 500 كيلووات ويتم تغذية الطاقة الزائدة بشكلٍ عام في شبكة الكهرباء لكي تكون قابلة للحياة، يجب أن يكون هناك حمولة أساسية جيدة للطلب الكهربائي والحرارة.

تستخدم تركيبات Micro-Mini وCHP الحالية خمس تقنيات مختلفة: التوربينات الصغيرة ومحركات الاحتراق الداخلي ومحركات الاحتراق الخارجية (محركات ستيرلنج) والمحركات البخارية وخلايا الوقود.

إن أنظمة الغاز الحيوي هي طريقة صديقة للبيئة لإنتاج الطاقة ولها تأثير إيجابي على تغير المناخ، في الواقع فإن مساهمة جزيء الميثان (CH4) في تأثير الاحتباس الحراري أكبر 21 مرة من جزيء ثاني أكسيد الكربون لذا فإن حرق الميثان على الرغم من إنتاج ثاني أكسيد الكربون يقلل من تأثيره على البيئة.

قابلية تطبيق تقنيات توليد الكهرباء من الغاز الحيوي:

التكنولوجيا قابلة للتكيف بسهولة ويمكن تطبيقها على مستوى الأسرة أو المجتمع؛ لتقليل خسائر التوزيع، حيث يجب تثبيت المفاعلات بالقرب منCHP، كما أنه ومن الممكن أن يتم استخدام الغاز.

التوليد المشترك الصغير هو ما يسمى بموارد الطاقة الموزعة وهو مفيد لمنزل واحد أو شركة صغيرة بسبب انخفاض انتاج الطاقة، حيث يمكن استخدام هذه الكهرباء داخل المنزل أو العمل أو بيعها مرة أخرى في شبكة الطاقة الكهربائية.

توفر وحدات(DER) من التوليد المزدوج المصغر الكهرباء لأكثر من أسرة واحدة، فإذا كان من الممكن بيع الطاقة الزائدة فإن هذه التركيبات تكون أكثر قابلية للتطبيق بشكل عام من وجهة نظر اقتصادية وبالتالي تلعب CHPs المصغرة دورًا كبيرًا في مجال الحد من الكربون في المباني، حيث يمكن توفير أكثر من 14٪ من الكربون.

يتم إنتاج الغاز الحيوي على نطاق واسع ونشره في المناطق الريفية في الصين ونيبال وفيتنام وريف كوستاريكا وكولومبيا ورواندا ومناطق أخرى من العالم حيث تتفاعل إدارة النفايات والصناعة بشكل وثيق.