بیو گاز چیست؟(سبحان شفيعي04)

نام و نام خانوادگي: سبحان شفيعي

كلاس:04

مدرسه شهيد نصيري

بیو گاز چیست؟

بیوگاز بر اثر واکنش‌های تجزیه‌ای بی‌هوازی میکروارگانیسم های زنده در محیطی تولید می‌شود که مواد آلی در آن وجود دارد.علت نام گذاری این گاز به بیوگاز این است که بر اثر تجزیه بی‌هوازی مواد آلی و بیولوژیک به وسیله میکروارگانیسم‌های زنده تولید می‌شود. بیوگاز مخلوطی از سه ترکیب با نام‌های متان، دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن است.ترکیب عمده و قابل اشتعال بیوگاز، متان است.

بیوگاز که در این نوشتار مورد بحث قرار خواهد گرفت مخلوطی از سه ترکیب عمده به نام‌های متان، دی‌اُکسیدکربن و سولفید‌ِهیدروژن است که حاصل تجزیه بی هوازی و تخمیر زیست توده بوسیله‌ی باکتری‌های متانوژن است. جژء قابل اشتعال بیوگاز، متان است که سهم بیشتر این گاز یعنی ۶۰ تا۷۰ درصد آن را شامل می شود. متان، گازی است بی‌رنگ و بی‌بو که اگر یک فوت مکعب آن بسوزد، ۲۵۲ کیلوکالری( ۱۰۵۲٫۳کیلوژول) انرژی حرارتی تولید می کند که در قیاس با سایر مواد سوختی، رقم قابل توجهی است. دو ترکیب دیگر به ویژه سولفید هیدروژن که سهم آن ناچیز است، جزء ترکیب‌های سمی هستند. از مزیت های مهم متان به دیگر سوخت ها این است که، هنگام سوختن، گاز سمی و خطرناک منواکسید کربن تولید نمی کند؛ بنابراین از آن می توان به عنوان سوخت ایمن و سالم در محیط خانه استفاده کرد. همان طور که گفته شد، ۶۰ تا۷۰ درصد بیوگاز را گاز متان تشکیل می دهد، این درصد بالای متان، بیوگاز را به عنوان منبع عالی و ممتاز انرژی‌های تجدیدپذیر برای جانشینی گاز طبیعی و دیگر سوخت‌های فسیلی قرار داده است.

باکتری‌های متانوژن که واکنش های تجزیه‌ای و بی هوازی را به منظور تولید بیوگاز انجام می‌دهند قادر به شکستن و تجزیه مواد آلی پیچیده و ساده هستند که سرانجام به تولید بیوگاز منجر می شود. این باکتری‌‌ها ازدو دسته باکتری‌های مزوفیل و گرما دوست هستند و به ترتیب در دمای ۳۷ تا ۴۵ درجه سانتیگراد و ۵۰ تا ۵۲ درجه سانتیگراد می توانند زندگی کنند. در مورد باکتری گرما دوست این حرارت می تواند تا ۷۰ درجه سانتی گراد افزایش یابد. در این دما، باکتری‌ها بیشترین فعالیت آنزیمی را برای تجزیه موادآلی و تولید بیوگاز دارند. از شرایط مطلوب دیگر برای تولید بیوگاز، قلیایی بودن (PH=7-8) محیط واکنش است.

باکتری‌ها فرایند تجزیه را طی ۴ مرحله به شرح زیر انجام می‌دهند:

مرحله اول: هیدرولیز مواد آلی پیچیده و نامحلول و تبدیل این مواد به ترکیبات محلول.
مرحله دوم: ترکیبات آلی محلول حاصل از مرحله اول به وسیله باکتری‌های اسیدساز شکسته شده و در نتیجه اسیدهای آلی تولید می‌شود.
مرحله سوم: معمولاً هیدروکربن‌های پنج و شش کربنی در آب حل شده و توسط باکتری‌های اسیدساز مورد مصرف واقع شده و به ترکیباتی از قبیل هیدروژن،‌فورمات، استات، پروپیونات و گاز کربنیک تبدیل می‌شوند.
مرحله چهارم: تمام ترکیبات آلی و اسیدهای تولید شده در مرحله اسیدسازی توسط باکتری‌های متان ساز به بیوگاز تبدیل می‌شوند.

منابع زیست-توده

با نگاهى به وضعیت استفاده از انرژی‌هاى تجدیدپذیر، در مى‌یابیم که در میان این منابع، انرژى زیست-توده Biomass حدود ۷/۷۹%  کل کاربرد جهانی را به خود اختصاص داده است. بر مبناى آخرین آمار ارائه شده در سال ۲۰۰۹ میلادی، برترین کشورهاى تولیدکننده انرژى از منابع زیست توده عبارتند از: آمریکا، برزیل، فیلیپین، آلمان، سوئد و فنلاند.
منابع زیست-توده‌ی قابل استحصالِ بیوگاز به پنج گروه عمده تقسیم می‌شود که عبارتند از :

-  ضایعات و پسماندهای کشاورزی و صنایع وابسته
- پسماندهای جامد شهری
- پساب شهری
- فضولات دامی
- ضایعات و زائدات جامد و مایع فسادپذیر صنعتی (لجن صنعتی)

همگی منابع زیست توده نام برده شده طى فرآیندهاى مختلف بیوشیمیایى و ترموشیمیایى، قابلیت تولید انرژى به سه شکل برق، گرما و سوخت زیستى را دارند و در بخش‌هاى مختلف مصارف خانگى، صنعتى و حمل و نقل به‌کار گرفته مى‌شوند. برای نمونه با فشرده کردن متان موجود در بیوگاز از آن می‌توان به‌طور مستقیم به‌عنوان گاز شهری و سوخت خانگی برای پخت و پز و گرما استفاده کرد یا به عنوان سوخت CNG در وسایل نقلیه گازسوز مورد استفاده قرار داد. همچنین می‌توان از آن برق تولید کرد. در صورت استفاده از بیوگاز در صنعت حمل و نقل، میزان آلاینده دی‌اُکسیدکربن که سبب افزایش گازهای گلخانه‌ای جهان می‌شود تا حدود ۶۵ تا ۸۵ درصد کاهش می یابد.

همان‌طور که در ابتدا گفته شد تولید بیوگاز از فاضلاب سابقه‌ای طولانی دارد. بیشترین مخازن استحصال بیوگاز از فاضلاب انسانی و پسماندهای دامی به ترتیب در چین، هند و در کشورهای آفریقایی احداث شده است.
در ایران متاسفانه به جز یک مورد مولد تولید بیوگاز در تصفیه‌خانه‌ی اصفهان و دو نمونه مولد بیوگاز روستایی از فضولات دامی، بهره‌برداری دیگری از این نوع پسماند نشده است.
اما در چند دهه‌ی اخیر در دنیا توجه به پسماندهای شهری و مدیریت آن به شکل چشم‌گیری افزایش یافته و پیشرفت‌های زیادی نیز برای تولید بیوگاز از پسماندهای شهری صورت گرفته است. در ایران نیز تلاش‌هایی در این زمینه صورت گرفته است. واحد نیروگاه بیوگاز مشهد و نیروگاه شیراز که هر دو در سال‌های اخیر راه‌اندازی و به بهره‌برداری رسیده‌اند نمونه‌هایی از گسترش و توسعه فناوری‌های انرژی‌های نو و روی‌کرد به این نوع از انرژی‌های پاک در ایران است.

بیوگاز لندفیل

بیوگاز لندفیل از تجزیه بی‌هوازی زباله‌های شهریِ تَر تولید می‌شود. پسماندها در لندفیل دفن می‌شوند و در غیاب اکسیژن و توسط فعالیت باکتری‌های بی‌هوازی به‌تدریج تجزیه و گازهای ناشی از آن به‌تدریج از زیست-توده آزاد می‌شود.

در صورتی که لندفیل به‌درستی طراحی نشده باشد، این گازها به آرامی در فضای لندفیل آزاد و وارد جو می‌شود.

گازهای تشکیل  دهنده بیوگاز در لندفیل

مادهدرصد %متان،CH470 -50دی اکسیدکربن،CO250-25نیتروژن،N210-0هیدروژن،H21-0سولفید هیدروژن،H2S3-0اکسیژن،O22-0

بیوگاز توسط لوله‌هایی که در لندفیل به‌دقت جاسازی شده است جمع‌آوری و برای تولید برق به واحدهای نیروگاه انتقال می‌یابد. در نیروگاه گازهای تشکیل دهنده بیوگاز توسط فرایندهای جداسازی از یک‌دیگر جدا شده و متان خالص شده توسط مولدهای مختلفی به نیروی الکتریکی تبدیل می‌شود.
برداشت بیوگاز از دفن‌گاه‌های زباله از مباحث پر اهمیت مدیریت پسماند است. زیرا متان از عمده ترین گازهای گلخانه‌ای است که در پدیده‌ی گرم شدن کره زمین تاثیرگذار است و اثر آن در گرمایش زمین بسیار بیشتر از اثر دی‌اُکسیدکربن است. همچنین موارد متعددی از انفجار و آتش‌سوزی این گاز در دفن‌گاه‌های زباله که به‌حال خود رها شده‌اند گزارش شده است. به‌علاوه با در نظر گرفتن مقدار انرژی حاصل از منابع فوق که به‌طور میانگین در ایران سالانه حدود ۳۵/۱۶۱۴۶ متر مکعب بیوگاز (۹۱۷۵ میلیون متر مکعب متان) با ارزش حرارتی ۱۷ ۱۰×۳۶۷/۳ ژول انرژی است، صرف نظر کردن از آن عاقلانه نیست.

هر ساله جامعه‌ی ایرانی حدود ۱۵ میلیون تن زباله‌ی شهری و ۶/۴ میلیارد متر مکعب فاضلاب شهری و صنعتی تولید می‌کنند. فناوری بیوگاز پتانسیل مهمی برای تولید انرژی در کشور است. استفاده از بیوگاز طی سال‌های گذشته به‌طور مداوم رشد داشته است، اما بخش عظیمی از این پتانسیل بی‌استفاده مانده است. بیوگاز محصول زباله‌هاست و استحصال آن نیاز به فناوری پیچیده‌ای ندارد.

به نقل از سازمان انرژی‌های نو ایران SUNA