تولید انرژی از زباله و فضولات

تولید انرژی از زباله و فضولات

در سال‌های اخیر به علت مشکل‌های ناشی از وابستگی گسترده به نفت و محدودیت منابع تجاری انرژی، استفاده از بیوگاز بیش از گذشته مورد توجه قرار گرفته است.

به گزارش سینا پرس، مجموعه گازهای تولید شده از تجزیه و تخمیر فضولات حیوانی، انسانی و گیاهی که در نتیجه فقدان اکسیژن و فعالیت باکتری‌های غیرهوازی در یک محفظه‌ای به نام تانک تخمیر یا هاضم به وجود می‌آید را اصطلاحاً بیوگاز می‌نامند.

بیوگاز را گاز مرداب نیز می‌گویند. این گاز به صورت طبیعی در باتلاق‌ها و مرداب‌ها یا مکان‌های دفع زباله‌های شهری مشاهده می‌شود. این گاز شامل متان(۵۴تا۷۰درصد)، دی‌اکسیدکربن(۲۷تا۴۵درصد)، نیتروژن(۳تا نیم درصد)، هیدروژن (یک درصد)، اکسیدکربن (یک دهم درصد)، اکسیژن (یک دهم درصد) و هیدرات گوگرد (خیلی کم اما محسوس) است. درصد بالای متان، بیوگاز را به منزله منبع عالی و ممتاز انرژی‌های تجدیدپذیر برای جانشینی گاز طبیعی و دیگر سوخت‌های فسیلی قرارداده است. از مزیت‌های مهم متان در برابر دیگر سوخت‌ها این است که هنگام سوختن، گاز سمی و خطرناک منواکسیدکربن تولید نمی‌کند؛ بنابراین می‌توان از آن به منزله سوخت ایمن و سالم در محیط خانه استفاده کرد. این مخلوط گازی باارزش حرارتی ۲۵-۱۵مگاژول به ازای هر متر مکعب بوده(۴۰تا ۷۰ درصد ارزش حرارتی گاز طبیعی) و در صورت تبدیل به برق با استفاده از موتورهای بیوگاز سوز موجود می‌توان۵٫۱   تا۲٫۲ کیووات ساعت برق از هر متر مکعب آن به دست آورد (از هر مترمکعب گاز طبیعی ۳ کیلووات ساعت برق حاصل می‌شود). این گاز بوی قابل تشخیص مانند تخم‌مرغ گندیده دارد و از هوا سبک‌تر است. این پدیده حدود ۲۰۰ سال پیش با مشاهده این‌که گازهای متصاعدشده از باتلاق‌‌ها و لجنزار‌ها قابل اشتعال هستند، کشف شد. شاید بتوان گفت در ایران نخستین بار شیخ‌بهایی در گرم‌کردن حمام در اصفهان از این انرژی استفاده کرد. استفاده از انرژی بیوگاز به صورت متداول امروزی پس از جنگ جهانی دوم مطرح شد و کشورهای چین، هندوستان، فیلیپین، هلند، آلمان و آمریکا از جمله کشورهایی هستند که در بهره‌گیری از بیوگاز و امکان توسعه و گسترش، آن را مورد تحقیق و بررسی قرار داده‌اند. در سال‌های اخیر هدف فناوری بیوگاز از بازیابی انرژی به حفاظت محیط‌‌زیست تغییر یافته است. این پیشرفت در کشورهای توسعه‌یافت‌های نظیر دانمارک و هلند که محصولات کشاورزی فراوانی دارند، به خوبی قابل مشاهده است.

مجموعه گازهای تولید شده از تجزیه و تخمیر فضولات حیوانی، انسانی و گیاهی که در نتیجه فقدان اکسیژن و فعالیت باکتری‌های غیرهوازی در یک محفظه‌ای به نام تانک تخمیر یا هاضم به وجود می‌آید را اصطلاحاً بیوگاز می‌نامند.

اهمیت و کاربردهای بیوگاز

گاز حاصل از فرایند تولید بیوگاز بی‌رنگ، بی‌بو و در حین سوختن بدون دود است. از انرژی بیوگاز در موارد گوناگونی استفاده می‌شود.

ایجاد حرارت: یک مترمکعب بیوگاز حدود ۶۵۰۰ -۵۲۰۰ کیلوکالری انرژی آزاد می‌کند و یک مترمکعب بیوگاز برای پخت ۳ وعده غذایی یک خانواده ۶ نفره کافی است.

سوخت مکمل برای موتورهای احتراق داخلی: بیوگاز می‌تواند به عنوان جایگزین مواد سوختی مانند بنزین و گازوئیل در موتور‌ها به‌کار برود. در عملیاتی مانند کشیدن آب از چاه‌ها، در دستگاه‌های شالی‌کوبی، آسیاب‌‌ها و… می‌توان از این منابع انرژی در موتور‌ها استفاده کرد.

تولید نیروی برق: از انرژی بیوگاز مانند اغلب انرژی‌‌ها می‌توان در تولید الکتریسیته استفاده کرد.

مواد اولیه صنایع شیمیایی: بیوگاز دارای حدود ۶۵ درصد متان و ۳۵ درصد دی‌اکسیدکربن است که این گاز‌ها می‌تواند به عنوان مواد اولیه در تولید فرآورده‌های شیمیایی به‌کار رود. به عنوان مثال از این گاز‌ها برای ساختن سیلیکات‌های اکسی، حلال‌های مختلف، خنک‌کننده‌ها، حشره‌کش‌ها، دی‌کلرومتان (ماده اولیه برای تولید مواد پاک‌کننده چربی‌ها)‌، مواد با قابلیت نفوذ بالا، فیلم‌های عکاسی و…. استفاده کرد.

تولید کود اکسی: پس از انجام عمل تخمیر و تولید بیوگاز، فضولات باقیمانده به عنوان کود غنی و مناسب برای کشاورزی به‌کار می‌روند. این کود برخلاف کودهای حیوانی تازه، فاقد بو بوده و آلودگی محیط‌‌زیست را به دنبال ندارد، حجم کم‌تری اشغال می‌کند، بذر علف‌های هرز و انگل‌های جانوری آن از بین می‌رود و هیچ جاذبه‌ای برای رشد پشه و مگس و سایر آفات ندارد.

کمک به بهداشت محیط‌زیست: یکی از نکته‌های مثبت دیگر استفاده از این انرژی، به وجود آمدن محیط بهداشتی و سالم، آلوده نشدن آب‌های مصرفی و جلوگیری از شیوع بیماری‌های انگلی در مکان‌های مورد استفاده است.

کمک به حفظ پوشش گیاهی: با تولید بیوگاز سوخت مورد نیاز انسان تأمین شده و دیگر نیازی به قطع درختان و پوشش گیاهی نیست. از عواملی که باعث می‌شوند استفاده از انرژی بیوگاز زیان‌آور باشد، می‌توان به مواردی همچون کار با سیستم بیوگاز توسط افراد غیرمتخصص و بی‌تجربه و اسیدی‌شدن خاک‌های منطقه اشاره کرد که البته با برنامه‌ریزی در زمان معین و صرف هزینه‌های لازم قابل جبران هستند.

وضعیت بیوگاز در ایران و جهان

امروزه از بیوگاز در گرم کردن دیگ‌های بخار کارخانه‌ها، موتور ژنراتور‌ها برای تولید برق، گرم کردن خانه‌ها و پخت و پز استفاده می‌شود. استفاده از فناوری تولید بیوگاز در ایران، تاکنون کاربرد عمومی نیافته است و در مرحله آزمایشگاهی است درحالی که در کشورهای اروپای غربی، جنوب شرقی آسیا و به ویژه چین و هندوستان این فناوری بسیار قابل توجه است و کشورهای مذکور با بهره‌گیری از این فناوری نیاز خود را به سوخت برطرف کرده‌اند. امروزه می‌توان واحدهای بیوگاز را به عنوان یک منبع انرژی مناسب برای مناطق محروم و دورافتاده کشور استفاده کرد. از نظر اقتصادی، یک واحد بیوگاز که در آن مدت زمان انجام فعل و انفعال‌های شیمیایی کوتاه باشد، تنها برای کشاورزانی که چهارپایان زیاد و نیروی کار ارزان در دسترس دارند، مقرون به صرفه است. برای کشاورزانی که حیوان‌های کم‌تری دارند، واحدهایی با مدت زمان زیاد برای فعل و انفعال‌های شیمیایی(گندیدگی) توصیه می‌شود؛ اکثراً بسیاری از میکروب‌های مولد بیماری و تخم آفات نباتی مضر که در مدفوع حیوانات جمع می‌شوند، بر اثر ماندن زیاد در درجه حرارت بالا (حدود ۳۰ درجه در واحدهای بیوگاز) از بین می‌روند. از مواد پس مانده که گاز خودشان را از دست داده اند(در واحد بیوگاز) می‌توان به عنوان کود برای تقویت گیاهان در مزارع استفاده کرد.

پیش‌بینی وضعیت انرژی زیست توده تا سال۲۰۴۰

 

براساس سناریوهای سیاست‌های پیشرفته بین‌المللی و سیاست‌های جاری که توسط انجمن انرژی‌های نو جامعه اروپا(EREC) انتشار یافته است. در خوشبینانه‌‌ترین حالت نصف انرژی جهانی در سال ۲۰۴۰ از انرژی‌های نو قابل تأمین است و این نسبت در بدبینانه‌‌ترین حالت کم‌تر از ۲۷ درصد نخواهد بود. از قرائن چنین بر می‌آید که منابع انرژی‌های تجدید پذیر نقش قابل توجهی در آینده تأمین انرژی جهان بازی خواهند کرد. در درازمدت، انرژی‌های تجدیدپذیر نقش غالب را در سیستم تأمین انرژی خواهند داشت. دلیل این امر ساده و حتمی است؛ دیگر هیچ گزینه‌ای برای بشر مطرح نیست. نوع بشر نمی‌تواند بی‌حد و اندازه منابع پایان‌ناپذیر و محدود را مصرف کند. در این بین منبع انرژی تجدیدپذیر زیست توده به دلیل استفاده‌های مختلف گرمایی، برقی و سوختی مهم‌ترین منبع تأمین انرژی آینده خواهد بود. پیش‌بینی شده است در سال ۲۰۳۰ حدود۶٫۲ میلیارد نفر از مردم جهان از زیست توده سنتی برای پخت و پز گرمایش استفاده کنند. همچنین پیش‌بینی شده است ۶۰ درصد خانوارهای کشورهای در حال توسعه نیز از این منبع انرژی استفاده کنند.