زیست گاز

بیوگاز                                                                                               
نیماحاجیان/کلاس06/دبیرستان ملاصدرا1/دبیرآقای سلامی  زیست توده یا بیومس (Biomass) یک منبع تجدید پذیر انرژی است که از مواد زیستی به دست می آید. مواد زیستی شامل موجودات زنده یا بقایای آن‌ها است. نمونه این مواد، چوب، زباله و الکل هستند. زیست توده معمولاً شامل بقایای گیاهی است که برای تولید الکتریسیته یا گرما به کار می رود. برای مثال بقایای درختان جنگلی، مواد هرس شده از گیاهان و خرده‌های چوب می توانند به عنوان زیست توده به کار گرفته شوند. زیست توده به مواد گیاهی یا حیوانی که برای تولید الیاف و مواد شیمیایی به کار می روند نیز اطلاق می‌گردد. زیست توده شامل زباله‌های زیستی قابل سوزاندن هم می‌شود، اما شامل مواد زیستی مانند سوخت فسیلی که طی فرایندهای زمین شناسی تغییر شکل یافته‌اند، مانند ذغال سنگ یا نفت نمی‌شود. اگرچه سوخت‌های فسیلی ریشه در زیست توده‌های موجود در زمان بسیار قدیم دارند، به دلیل اینکه کربن موجود در آن‌ها از چرخه زیستی طبیعت خارج شده است و سوزاندن آن‌ها تعادل دی اکسید کربن موجود در جو را به هم می‌زند، عنوان زیست توده به آن‌ها اطلاق نمی‌گردد.
تقریبا نیمی از مردم جهان برای تأمین انرژی مورد نیاز خود ، از چوب استفاده می‌کنند. چوب ، ضایعات گیاهی (مانند ضایعات نیشکر، ذرت ، چغندر قند) و دیگر منابع زیست توده ، از منابع تجدید پذیر کربن به شمار می‌آیند. استفاده از انرژی زیست توده به شکل سنتی یعنی سوزاندن چوب درختان و فضولات حیوانی باعث نابودی جنگل ها و آلودگی و تخریب محیط زیست می‌شود. اما با تلفیق روش‌های شیمیایی و زیست شناختی می‌توان قند ، سلولز و دیگر مواد موجود در ضایعات کشاورزی را به سوخت‌های مایع تبدیل کرد.
یکی از راه‌های تامین منابع انرژی زیست توده ، کاشت درختان یا درختچه‌های مناسب (با دوره رشد کوتاه و سریع) در زمین‌های نامرغوب و نیمه بایر است. گر چه سوزاندن این منابع ، گاز دی اکسید کربن را در جو منتشر می‌کند، اما چون دوره کاشت و رشد و نمو آنها دائمی است، به همان اندازه دی اکسیدکربن از جو زمین جذب می‌کنند و با استفاده از انرژی خورشیدی ، از طریق فتوسنتز، اکسیژن تولید می‌کنند. بدین ترتیب ، یک "چرخه کربن خنثی" در طبیعت پدید می‌آید.
منابع زیست توده
منابع زیست توده ، بطور کلی عبارتند از:
1. جنگل ها و ضایعات جنگلی
2. محصولات و ضایعات کشاورزی
3. ضایعات و فاضلاب‌های صنعتی
4. ضایعات جامد ، فاضلاب‌های شهری و فضولات دامی.

بررسی عملکرد زیست توده :

بایومس در دیگ بخار یا بویلر سوخته و بخار آب با فشار زیاد تولید می‌شود. این بخار آب وارد توربین بخار می‌شود و در آن جا از مجموعه‌ای از تیغه‌های توربین كه به شكل آئوردینامیك است حركت می‌كند و توربین را به چرخش درمی‌آورد. این توربین به یك ژنراتور الكتریكی متصل است و این ژنراتور به حركت درمی‌آید و برق تولید می‌شود. در حالیكه فناوری تولید بخار بسیار مطمئن و قابل اعتماد است راندمان آن محدود است. قدرت دیگ‌های بخار مخصوص بایومس نوعاً بین 20 تا 50 مگاوات است كه آن را با نیروگاه‌های ذغال سنگی با قدرت بین 100 تا 1500 مگاوات می‌توان مقایسه كرد. این نیروگاه‌های كم‌ظرفیت از راندمان پائین‌تری برخوردارند و به دلیل مبادلات اقتصادی نیروگاه‌های كوچك نمی‌توانند از عهده هزینه تجهیزات افزایش‌دهنده راندمان برآیند. اگرچه فنونی برای افزایش راندمان تولید بخار آب از طریق بایومس تا بیش از 40 درصد وجود دارد ولی راندمان واقعی این گونه نیروگاه ها در حدود20 درصد است. در فناوری تركیبی سوخت بایومس و ذغال سنگ بایومس جای بخشی از ذغال سنگ را در نیروگاه‌های ذغال سنگی موجود می‌گیرد. انتخاب مصرف زیست توده برای تولید برق اقتصادی‌ترین روش به شمار می‌رود. چون اغلب تجهیزات نیروگاه‌های موجود بدون تغییر عمده می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند. سیستم سوخت تركیبی ذغال سنگ و بایومس كم‌هزینه‌تر از ساخت نیروگاه بایومس است. بایومس دی‌اكسید گوگرد SO2)، اكسیدهای نیتروژن NOX و سایر آلاینده‌های هوا را كاهش می‌دهد. پس از تنظیم دیگ بخار برای حداكثر تولید برق با اضافه كردن بایومس تلفات بسیار ناچیز در راندمان ایجاد می‌شود یا اصلاً هیچگونه تلفاتی بوجود نمی‌آید. در این شرایط انرژی موجود در بایومس با راندمان بالا (حدود 33 تا 37 درصد) در نیروگاه ذغال سنگ به برق تبدیل می‌شود
عملکرد زیست گاز :
دستگاه مبدل گاز بایومس با گرم كردن بایومس در محیط زیست عمل می‌كند و در آنجا بایومس جامد تجزیه می‌شود و گاز قابل اشتعال از آن متصاعد می گردد. این طریق تولید انرژی نسبت به مستقیماً سوزاندن بایومس برتری دارد. بیوگاز حاصل از تجزیه زیست توده را می‌توان تمیز كرد و از صافی گذراند و به این وسیله تركیبات شیمیائی موجود در آن را از آن جدا كرد. این گاز را می توان در سیستم‌های تولید برق با راندمان بیشتر مصرف كرد كه به آن سیكل تركیبی گفته می‌شود. در این سیستم برای تولید برق، توربین‌های گازی و توربین‌های بخار با هم تركیب می‌شوند. راندمان این سیستم را می‌توان به 60 درصد افزایش داد. سیستم‌های تبدیل به گاز را می‌توان با سیستم‌های پیل سوختی برای كاربردهای آینده با یكدیگر تركیب كرد. پیل سوختی با استفاده از فرایند الكتروشیمیایی (و حرارت) گاز هیدروژن را به برق تبدیل می‌كند. در اینصورت بخش عمده ماده‌ای كه در هوا متصاعد می‌شود بخار آب خواهد بود. با كاهش هزینه پیل‌های سوختی و دستگاه‌های مبدل گاز در بایومس این سیستم‌ها به سرعت روبه افزایش گذاشته خواهد شد. در سیستم‌های مدون بعضی از فناوری‌های فوق‌الذكر در مقیاس كوچك‌تری كه غالباً در دهكده‌ها، مزارع و صنایع كوچك قابل اجرا است بكار برده می شود.
بررسی و تعیین قابلیت تولید برق از منابع زیست توده ایران (به روش هضم بی هوازی)
وسعت فراوان كشور و تنوع كمی و كیفی منابع زیست توده در ایران حكایت از وجود قابلیت مناسب برای تولید برق از منابع زیست توده در كشور دارد. فراوانی منابع زیست توده از یك طرف و مشكلات فراوان ناشی از رهاسازی این منابع با ارزش در طبیعت باعث توجه روزافزون سازمان‌ها و نهادهای دولتی و خصوصی به استفاده از فناوری هضم بی‌هوازی به عنوان راه حلی مناسب برای تولید انرژی (برق و حرارت) و حل مشكلات زیست محیطی پسماندهای آلی فسادپذیر شد.
نتایج تحقیقات عملی انجام شده توسط مؤلفین در راكتورهای آزمایشگاهی و نیمه صنعتی نشان می‌دهد كه استفاده از فناوری هضم بی هوازی و احداث نیروگاه‌های بیوگازی می‌تواند راه حلی مطمئن برای ایجاد سهم مناسب زیست توده در تولید و تامین برق كشور در كنار حل مشكلات زیست محیطی پسماندهای آلی مختلف ایران شامل زباله‌های شهری، پسماندهای صنایع غذایی، فضولات دامی، فاضلاب‌های شهری و صنعتی در راكتورهای بی هوازی آزمایشگاهی (5لیتری) و نیمه صنعتی (000/10لیتری) در شرایط مزوفیلیك ارائه می‌شود. نتایج و داده‌های حاصل از این كار عملی می‌تواند در طراحی نیروگاه‌های بیوگازی بزرگ و كوچك در كشور به كار رود.
فرایند بی هوازی
در فرآیند هضم بی هوازی مولكول‌های آلی درشت زنجیر تحت تاثیر میكروارگانیسم‌های بی هوازی در غیاب اكسیژن شكسته شده و به مولكول‌های ساده‌تر تبدیل می‌شوند. حاصل نهایی این فرآیند یك مخلوط گازی قابل اشتعال است كه بیوگاز نام دارد. این گاز شامل 70-60 درصد متان و 40-30 درصد دی‌اكسیدكربن به همراه ناخالصی‌های جزئی دیگر است. این گاز بی‌رنگ و بی‌بو ارزش حرارتی 5290 kcal/m3   بوده و می‌تواند به طور مستقیم برای تولید برق، برق – حرارت و روشنایی به كار رود.
همچنین در سال 2005انرژی تجدیدپذیر دومین منبع تامین‌كننده برق جهان با 9/17درصد سهم بوده است كه 1/16درصد از برق جهان با برق آبی، 1درصد با زیست توده و 8/0درصد توسط سایر منابع تجدیدپذیر تامین شده است. در سال 2005 مجموع ظرفیت نصب شده انواع نیروگاه‌های زیست توده در جهان به بیش از 44000 مگاوات و میزان برق تولیدی نیز بیش از 250 تراوات ساعت رسیده است.
وضعیت فعلی بهره برداری از زیست توده در جهان :
امروزه منابع مفید و کاربردی زیست توده تنها به چوب و برگ خشک محدود نمی شود و طیف وسیعی از مواد از جمله پسماندهای جامد و مایع شهری و پسماندهای صنعتی و غیره را نیز در بر می‌گیرد.
منابع انرژی تجدید پذیر پس از ذغال سنگ، نفت و گاز طبیعی، چهارمین منبع بزرگ انرژی در دنیا می‌باشند. این منبع حدود 14 درصد از انرژی اولیه جهان را تامین می‌نماید و در حال حاضر بیش از% 5/11 از انرژی اولیه جهان توسط منابع زیست توده تامین می گردد. و این در حالی است که در ایالات متحده آمریکا 3-4 درصد از انرژی اولیه مورد نیاز فقط از منابع زیست توده تامین می‌شود. قابلیت های زیست توده تنها در تولید حرارت نیست، بلکه در تولید سرما، سوخت‌های مورد نیاز برای حمل و نقل و تولید انرژی الکتریکی نیز استفاده دارد. در سال 2005حدود 44000 مگاوات نیروگاه تولید برق ( با انواع فناوری ها ) و 225000 مگاوات حرارتی نیروگاه مدرن تولید حرارت با منبع زیست توده احداث شده است که حدود 10000 مگاوات آن فقط در ایالات متحده بوده است (حدود 58 درصد از بازار تولید انرژی از منابع تجدید پذیر در امریکا). همچنین بیش از 50 میلیارد لیتر سوخت تجدیدپذیر از منابع زیست توده تولید و مصرف می‌گردد.
انرژی زیست توده تنها منبع انرژی تجدیدپذیر می‌باشد که انرژی را به فرم های برق، حرارت، سرما و سوخت خودرو و به اشکال جامد، مایع و گاز تحویل می نماید. به علاوه مواد زیستی جایگزین خوراک پتروشیمی و ... نیز از محصولات دیگر آن می‌باشد.