4 خطوات عملية إنتاج الغاز الحيوي

لكي يتم إنتاج الغاز الحيوي من النفايات العضوية ، هناك حاجة إلى يجب اتباع خطوات عملية إنتاج الغاز الحيوي.

يعد الغاز الحيوي ، المعروف باسم الميثان الحيوي أو يُسمى أحيانًا غاز المستنقعات ، وغاز المجاري ، وغاز السماد ، وغاز المستنقعات في الولايات المتحدة أحد مصادر الطاقة المتجددة التي يتعين على الرجال اللجوء إليها من أجل الطاقة المستدامة بينما نهرب من طاقة الوقود الأحفوري.

تشمل أشكال الطاقة المتجددة الأخرى ؛ الطاقة الشمسية ، طاقة الرياح ، الطاقة الكهرومائية ، الطاقة النووية ، إلخ.

يذكر التاريخ أن الآشوريين والفرس استخدموا الغاز الحيوي لتسخين مياه الاستحمام في القرن العاشر^th القرن قبل الميلاد و 16^th القرن قبل الميلاد على التوالي. لكنها كانت في 17^th القرن الذي اكتشف فيه جان بابتيستا فان هيلمونت لأول مرة أن الغازات القابلة للاشتعال يمكن أن تتطور من المواد المتحللة.

أيضًا في عام 1776 ، استنتج الكونت أليساندرو فولتا أن هناك علاقة مباشرة بين كمية المواد العضوية المتحللة وكمية الغاز القابل للاشتعال الذي يتم إنتاجه. اكتشف السير همفري ديفي في عام 1808 وجود الميثان في الغازات الناتجة من روث الماشية.

استمرت التطورات في مجال الغاز الحيوي مع أول مصنع للهضم تم بناؤه عام 1859 في مستعمرة الجذام في بومباي ، الهند ، والغاز الحيوي المستعاد من منشأة معالجة مياه الصرف الصحي "المصممة بعناية" واستخدمت لتزويد مصابيح الشوارع بالوقود في إكستر ، إنجلترا في عام 1895. كان التصميم يعتمد على خزان للصرف الصحي.

يساعد الغاز الحيوي البشر على التخفيف من بعض المشكلات التي تواجههم على مستوى العالم مثل تقليل اعتمادنا على طاقة الوقود الأحفوري لإنتاج الطاقة العالمية وتقليل إطلاق غاز الميثان في الغلاف الجوي وهو غاز خطير جدًا لطبقة الأوزون مما يؤدي إلى استنفاد طبقة الأوزون.

يمكن استخدام منتج الغاز الحيوي كسماد "طبيعي بالكامل". في إنتاج الغاز الحيوي ، تتحلل المواد العضوية في بيئة سائلة مع ذوبان المغذيات من المادة العضوية في الماء وتكوين حمأة غنية بالمغذيات يمكن استخدامها كسماد للنباتات.

ما هو الغاز الحيوي؟

يشير الغاز الحيوي عمومًا إلى مزيج من الغازات المختلفة الناتجة عن تكسير المواد العضوية في غياب الأكسجين. غالبًا ما يتم إنتاج الغاز الحيوي من المواد الخام مثل النفايات الزراعية ، أو السماد ، أو النفايات البلدية ، أو مواد المصانع ، أو الصرف الصحي ، أو النفايات الخضراء ، أو نفايات الطعام.

الغاز الحيوي هو مصدر طاقة نظيف ومستدام وصديق اقتصاديًا.

الغاز الحيوي هو مصدر للطاقة المتجددة وفي العديد من الحالات يمارس بصمة كربونية صغيرة بالفعل. يمكن إنتاج الغاز الحيوي عن طريق الهضم اللاهوائي مع الكائنات اللاهوائية التي تهضم المواد داخل نظام مقيد أو تخمر المواد القابلة للتحلل.

يتكون الغاز الحيوي من الميثان وثاني أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين والرطوبة ، وأنت بالفعل تتناول مادة عضوية تشغلها عبر هضم لاهوائي باستخدام البكتيريا اللاهوائية وفي جوهرها تستخدم عملية تخمير تشبه إلى حد بعيد معدتنا ، فأنت كذلك تناول الطعام باستخدام البكتيريا.

تأكل البكتيريا الطعام في جوهرها حيث تقوم بتجشؤ غاز الميثان ، وغاز الميثان هو غاز حيوي بشكل أساسي. يتم إنشاء الغاز الحيوي من مواد قابلة للتحلل الحيوي باستخدام مجاري مخلفات الطعام والسماد الطبيعي ومياه الصرف الصحي والنفايات البلدية من النباتات ومن ثم يتم إنشاؤه بشكل طبيعي في مدافن النفايات وهذا ما يسمى بالتقاط مكب النفايات لتجميع الغازات.

الغاز الحيوي هو في الأساس غاز الميثان (CH4) وثاني أكسيد الكربون (CO2) وقد يحتوي على بعض كميات رطوبة كبريتيد الهيدروجين (H2S) والاختيارات. تحترق غازات الميثان والهيدروجين وأول أكسيد الكربون (CO) أو تتأكسد بالأكسجين.

تسمح هذه الطاقة المنبعثة باستخدام الغاز الحيوي كوقود يستخدم غالبًا لأي غرض تدفئة مثل الطهي ، كما يمكن استخدامه في محرك احتراق داخلي لتحويل الطاقة داخل الغاز إلى كهرباء وحرارة.

الغاز الحيوي هو غاز غني جدًا بالميثان وينتج من هضم النفايات (الزراعية والصرف الصحي وطمر النفايات) التي تكون على مستوى ميكروبي ويمكن استخدامها لإنتاج الطاقة. يتكون الغاز الحيوي بشكل أساسي من ثاني أكسيد الكربون و H2S ولكن لا يزال من الممكن أن يحتوي على مكونات أخرى يمكن أن تكون قادرة على إنتاج الغاز الحيوي.

عندما يكون تركيز ثاني أكسيد الكربون مرتفعًا ، يتم تقليل القيمة الحرارية للغاز الحيوي ، وعادةً ما يتم فصل ثاني أكسيد الكربون قبل استخدام الغاز الحيوي لتوليد الطاقة.

الأهم من ذلك ، أن هذا المحتوى العالي من ثاني أكسيد الكربون ، فضلاً عن النطاق الأصغر لإنتاج الغاز الحيوي ، يجعل فصل ثاني أكسيد الكربون هذا جذابًا للغاية للأغشية. على هذا النحو ، كان هذا المجال محور المساعي البحثية مؤخرًا.

غالبًا ما يتم ضغط الغاز الحيوي بطريقة مكافئة لضغط الغاز الطبيعي إلى غاز طبيعي مضغوط (CNG) واستخدامه لتشغيل السيارات داخل المملكة المتحدة. على سبيل المثال ، يُقدر أن الغاز الحيوي لديه إمكانية استبدال حوالي 17٪ من وقود السيارات ، وهو مؤهل للحصول على منح أو إعانات للطاقة المتجددة في بعض أجزاء الكوكب.

يمكن تنظيف الغاز الحيوي وترقيته إلى معايير الغاز الطبيعي عندما يصبح "الميثان الحيوي". يعتبر الغاز الحيوي مصدرًا متجددًا لأن دورة إنتاجه واستخدامه لا تنقطع.

لا يولد أي مادة عضوية صافية لثاني أكسيد الكربون ، يتم تحويلها واستخدامها ، ومع ذلك تنمو مرة أخرى في دورة متكررة باستمرار من منظور الكربون حيث يتم امتصاص ثاني أكسيد الكربون المهم من الغلاف الجوي ، وبالتالي يتم إطلاق نمو الموارد الحيوية الأولية عندما تكون المادة تحولت في النهاية إلى طاقة.

على الرغم من أن الغاز الحيوي أخف من الهواء ، فإن الغاز الحيوي المتسرب يزيح الهواء ويتم تجميعه في أعمدة أو غرف أو تجاويف.

جميع مرافق الغاز الحيوي متشابهة جدًا ولكنها أيضًا فريدة جدًا ، ولكل منها مدخلات مختلفة فيما يتعلق بالتغذية ، وجميعها لديها عملية مختلفة قليلاً وجميعها لها مخرجات مختلفة. يريد البعض توليد الكهرباء ، والبعض الآخر يريد توليد الحرارة والبخار والبعض الآخر يريد إنتاج الغاز لمجرد إعادة استخدامه أو لتعويض الغاز الطبيعي.

فيما يلي بعض الصناعات التي يمكن أن تستفيد من الغاز الحيوي ؛

• مرافق تجهيز الأغذية
• مصانع اللب والورق
• مرافق محطات معالجة مياه الصرف الصحي
• النفايات البلدية
• مقالب القمامة
• مرافق مستقلة مع اللقيم

ماذا يمكنني أن أفعل بالغاز الحيوي؟

يمكن أن يكون الغاز الحيوي مفيدًا حقًا لنا بعدة طرق. لذا إذا سُئلت "ماذا يمكنني أن أفعل بالغاز الحيوي؟" إذن إجابتي هي أن الغاز الحيوي يستخدم بسهولة في جميع التطبيقات المصممة للغاز الطبيعي مثل الاحتراق المباشر بما في ذلك امتصاص التدفئة والتبريد والطهي وتسخين الفضاء والمياه والتجفيف وتوربينات الغاز.

يمكن استخدامه حتى في تغذية محركات الاحتراق الداخلي وخلايا الوقود لإنتاج الأعمال الميكانيكية و / أو الكهرباء.

يمكنني استخدام الغاز الحيوي لإنتاج الكهرباء والتدفئة محليًا. يمكن استخدام الكهرباء في المحركات والتوربينات الدقيقة وخلايا الوقود.

من خلال إنتاج الغاز الحيوي ، يمكنني المساعدة في تقليل إنتاج غازات الدفيئة مثل الميثان حيث يحل الاحتراق الفعال محل الميثان بثاني أكسيد الكربون.

الميثان أكثر كفاءة بـ 21 مرة في حبس الحرارة في الغلاف الجوي من ثاني أكسيد الكربون ، واحتراق الغاز الحيوي الذي يطلق غاز الميثان ويستخدم لأغراض أخرى من شأنه أن يقلل من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري.

بمساعدة إنتاج الغاز الحيوي ، يمكنني المساعدة في تقليل الروائح والحشرات ومسببات الأمراض المرتبطة بمخابئ السماد في المزارع لأنه يمكن استخدام النفايات الحيوانية والنباتية لإنتاج الغاز الحيوي.

تتم معالجتها في هاضمات لاهوائية على شكل سائل أو ملاط ​​ممزوج بالماء.

تتكون أجهزة الهضم اللاهوائية عادة من حامل مصدر المواد الأولية ، وخزان الهضم ، ووحدة استعادة الغاز الحيوي ، والمبادلات الحرارية للحفاظ على درجة الحرارة اللازمة للهضم البكتيري.

من خلال الأكسدة الكيميائية التحفيزية ، يمكن استخدام الميثان الذي هو غاز حيوي في إنتاج الميثانول.

يمكن للغاز الحيوي ، إذا تم ضغطه لاستخدامه كوقود بديل للنقل في المركبات الخفيفة والثقيلة ، أن يستخدم نفس التقنية الحالية للتزود بالوقود المستخدمة بالفعل لمركبات الغاز الطبيعي المضغوط.

في العديد من البلدان ، يُنظر إلى الغاز الحيوي على أنه بديل جذاب بيئيًا للديزل والبنزين لتشغيل الحافلات ومركبات النقل المحلية الأخرى.

يكون مستوى الصوت الناتج عن محركات مسحوق الميثان عمومًا أقل من ذلك الناتج عن محركات الديزل وتعتبر انبعاثات دخان العادم أقل من الانبعاثات الصادرة عن محركات الديزل ، كما أن انبعاث أكاسيد النيتروجين منخفضة بالفعل.

كيف يمكن أن يفيد الغاز الحيوي منظمتي؟

• يمكن لمرافق الغاز الحيوي أن تساعد المنظمات التي لديها مشكلة نفايات يتطلعون إلى حلها
• يمكن أن يساعد المنظمات التي ترغب في أن تكون مستقلة عن الطاقة أو تقلل اعتمادها على مصادر الطاقة الخارجية
• يمكن أن يساعد أيضًا المنظمات التي ترغب في دمج الاستدامة في ثقافتها التنظيمية.

خطوات عملية إنتاج الغاز الحيوي

تتكون خطوات عملية إنتاج الغاز الحيوي من خطوات العملية المتضمنة في إنتاج الغاز الحيوي.

ينتج الغاز الحيوي أنواعًا مختلفة من النفايات العضوية من خلال بعض العمليات. تلعب الميكروبات التي تتغذى على الكتلة الحيوية الدور الأكبر في إنتاج الغاز الحيوي لأن الهضم الذي تقوم به هذه الميكروبات ينتج الميثان.

يستخدم هذا الميثان كغاز حيوي. يمكن أيضًا ترقيته لامتلاك خصائص الغاز الطبيعي التي تمكنه من النقل لمسافات طويلة.

ينتج عن هذا ليس فقط إنتاج الغاز الحيوي ولكن أيضًا العناصر الغذائية العضوية التي يمكن استخدامها للأغراض الزراعية.

تشمل خطوات عملية إنتاج الغاز الحيوي ما يلي:

• الذوبان أو التحلل المائي
• تكوين الحمض
• تولد الأسيتات
• تكوين الميثان

1. الذوبان أو التحلل المائي

الذوبان أو التحلل المائي هو إحدى خطوات عملية إنتاج الغاز الحيوي وهنا تتحلل الدهون والسليلوز والبروتينات في أشكال غير قابلة للذوبان إلى مركبات قابلة للذوبان.

تتحلل الدهون بواسطة الكائنات الحية المتحللة للدهون ، ويتحلل السليلوز بواسطة الكائنات الحية المتحللة للسليلوز ، وتتحلل البروتينات بواسطة الكائنات الحية المتحللة للبروتين. كل هذه تتحلل إلى مركبات قابلة للذوبان. يمكن أن تسمى هذه الكائنات المتحللة بالميكروبات.

2. تكوين الحمض

تعد عملية تكوين الأحماض إحدى خطوات عملية إنتاج الغاز الحيوي ، وهنا تقوم البكتيريا الحمضية بتحويل المركبات القابلة للذوبان إلى أحماض عضوية مثل الأسيتات والأحماض الدهنية المتطايرة. إذا شكلت العملية أحماض دهنية متطايرة ، فسيتم بعد ذلك تكوين الأسيتات ، وإذا كانت العملية تشكل خلات وجزيء الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون ، فإن العملية التالية ستكون توليد الميثان.

3. تولد الأسيتات

على الرغم من أن تكوين الميثان يمكن أن يحدث أيضًا بعد التولد الحمضي ، إلا أن تكوين الأسيتات يمكن أن يحدث أيضًا بعد التكوّن الحمضي. تعد عملية تكوين الأسيتات إحدى خطوات عملية إنتاج الغاز الحيوي التي تتكون منها الأحماض الدهنية المتطايرة عن طريق التولد الحمضي وتحويلها إلى أسيتات وجزيء هيدروجين وثاني أكسيد الكربون.

4. توليد الميثان

تعد عملية توليد الميثان إحدى خطوات عملية إنتاج الغاز الحيوي ، وهنا يتم تحويل الأحماض العضوية إلى ميثان وثاني أكسيد الكربون والماء بواسطة البكتيريا المولدة للميثان.

تين. خطوات عملية إنتاج الغاز الحيوي

يمكن تسمية مجموعة العمليات المذكورة أعلاه Fermentation.

يتم سحق المخلفات الحيوية أو الكتلة الحيوية إلى قطع أصغر وخلطها بكمية معادلة من الماء لتكوين ملاط ​​يحضره لعملية الهضم اللاهوائي.

قبل تنفيذ أي إجراء آخر في خطوات عملية إنتاج الغاز الحيوي ، يجب إجراء التعقيم. يتم ذلك عن طريق تسخين الملاط لمدة ساعة عند درجة حرارة 70^oC.

يتيح ذلك استخدام المنتج الثانوي الذي ليس غازًا حيويًا (هضمًا) كأسمدة في المزرعة. يجب أن تكون درجة حرارة الملاط حوالي 37^oلذلك يمكن للميكروبات أو الكائنات الحية الدقيقة أن تعمل بشكل جيد للغاية.

يتم إنتاج الغاز الحيوي من خلال الهضم اللاهوائي الذي يحدث في الخزان لمدة ثلاثة أسابيع تقريبًا. بعد ذلك يمكن تنقية الغاز عن طريق إزالة بعض الشوائب وثاني أكسيد الكربون ، وبعد ذلك يصبح الغاز الحيوي جاهزًا للاستخدام.

تشمل المكونات الرئيسية لنظام الغاز الحيوي ما يلي:

• نظام التسليم من المواد الأولية
• الهاضم اللاهوائي
• نظام تدفئة مساعد
• نظام التقاط الغاز وتنظيفه
• نظام توصيل الغاز الحيوي حتى استخدامه النهائي

يمكنك التحقق من مقطع فيديو يمكن أن يوفر لك ملخصًا لخطوات عملية إنتاج الغاز الحيوي.

انقر هنا.

Tأنواع الغاز الحيوي

يتم تصنيف أنواع الغاز الحيوي حسب نوع مصنع الغاز الحيوي المستخدم في إنتاجه. تشمل أنواع نباتات الغاز الحيوي ؛

• Tالغاز الحيوي للقبة الثابتة
• Tعائم حامل الغاز الحيوي.

1. Tالغاز الحيوي ذو القبة الثابتة

يتم إنتاج هذا النوع من الغاز الحيوي في مصنع غاز حيوي ذو قبة ثابتة. مصنع الغاز الحيوي ذو القبة الثابتة عبارة عن هيكل من الطوب والأسمنت يتكون من الأقسام التالية:

• Mخزان ixing: تقع فوق مستوى سطح الأرض
• Iغرفة nlet: يفتح خزان الخلط تحت الأرض في مدخل مائل
• Dإيجيستر: تفتح حجرة المدخل من الأسفل إلى الهاضم وهو عبارة عن خزان ضخم بسقف يشبه القبة. يحتوي سقف الهاضم على مخرج مع صمام لتزويد الغاز الحيوي.
• Oغرفة utlet: يفتح الهاضم من الأسفل إلى غرفة مخرج.
• Oخزان التدفق: يفتح محدب المخرج من الأعلى إلى خزان فائض صغير.

يتم إنتاج الغاز الحيوي من خلال الإجراءات التالية:

• يتم خلط الأشكال المختلفة من الكتلة الحيوية بكمية متساوية من الماء في خزان الخلط. هذا يشكل الطين.
• يتم تغذية الملاط في الهاضم من خلال غرفة المدخل.
• عندما يمتلئ الهاضم جزئيًا بالملاط ، يتم إيقاف إدخال الملاط ويترك النبات غير مستخدم لمدة شهرين تقريبًا.
• خلال هذين الشهرين ، تقوم البكتيريا اللاهوائية الموجودة في الطين بتخمير الكتلة الحيوية في وجود الماء.
• نتيجة للتخمير اللاهوائي ، يتكون الغاز الحيوي الذي يبدأ بالتجمع في قبة الهاضم.
• نظرًا لتكوين المزيد من الغاز الحيوي في جهاز الهضم ، فإن الضغط الذي يمارسه الغاز الحيوي يجبر الملاط المستهلك على الدخول إلى حجرة المخرج.
• من حجرة المخرج ، يتدفق الطين المستهلك إلى خزان الفائض.
• تتم إزالة الطين المستهلك يدويًا من خزان الفائض واستخدامه كسماد للنباتات.
• يتم فتح صمام الغاز المتصل بنظام خطوط الأنابيب عند الحاجة إلى إمداد الغاز الحيوي.
• للحصول على إمداد مستمر بالغاز الحيوي ، يمكن تغذية مصنع عامل بشكل مستمر بالملاط المحضر.

2. Tعائم حامل الغاز الحيوي.

يتم إنتاج هذا النوع من الغاز الحيوي في مصنع غاز حيوي عائم. معمل الغاز الحيوي لحامل الغاز العائم عبارة عن هيكل من الطوب والأسمنت به الأقسام التالية:

• Mخزان ixing: تقع فوق مستوى سطح الأرض
• Dخزان igester: هذا هيكل عميق تحت الأرض يشبه البئر. وهي مقسمة إلى غرفتين بواسطة جدار فاصل بينهما.
• لها نوعان من أنابيب الأسمنت الطويلة:

1. فتحة أنبوب المدخل في غرفة المدخل لإدخال الملاط.
2. فتحة أنبوب المخرج في خزان الفائض لإزالة الطين المستهلك.

• حامل الغاز: أسطوانة فولاذية مقلوبة تستقر فوق الهاضم. الاسطوانة تطفو فوق الهاضم. يحتوي حامل الغاز على مخرج في الأعلى يمكن توصيله بمواقد الغاز.
• Oخزان التدفق: موجود فوق مستوى سطح الأرض.

يتم إنتاج الغاز الحيوي من خلال الإجراءات التالية:

• يتم تحضير الملاط (خليط من كميات متساوية من الكتلة الحيوية والماء) في خزان الخلط.
• يتم تغذية الملاط المحضر في حجرة مدخل جهاز الهضم من خلال أنبوب المدخل.
• يُترك المصنع غير مستخدم لمدة شهرين تقريبًا وتوقف إدخال المزيد من الطين.
• خلال هذه الفترة ، يحدث التخمير اللاهوائي للكتلة الحيوية في وجود الماء وينتج الغاز الحيوي في الهاضم.
• كون الغاز الحيوي أخف يرتفع ويبدأ في التجميع في حامل الغاز. يبدأ حامل الغاز الآن في التحرك.
• لا يمكن أن يرتفع حامل الغاز عن مستوى معين. مع تجمع المزيد من الغاز الحيوي في حامل الغاز ، يبدأ الضغط على الملاط.
• يتم الآن دفع الملاط المستنفد إلى حجرة المخرج من أعلى حجرة المدخل.
• عندما تمتلئ حجرة المخرج بالطين المستهلك ، يتم دفع الفائض عبر أنبوب المخرج إلى خزان الفائض. يستخدم هذا لاحقًا كسماد للنباتات.
• يتم فتح صمام الغاز الخاص بمخرج الغاز للحصول على إمدادات الغاز الحيوي.
• بمجرد بدء إنتاج الغاز الحيوي ، يمكن ضمان الإمداد المستمر للغاز عن طريق الإزالة المنتظمة للملاط المستهلك وإدخال الملاط الطازج.

الأسئلة الشائعة

أين يمكنني شراء الغاز الحيوي؟

يمكنك شراء الغاز الحيوي من موزعي الغاز الحيوي والطاقة المتجددة بالقرب منك. يمكنك أيضًا بمساعدة مصدر الإنترنت لموزعي الغاز الحيوي بالقرب منك. يمكنك القيام بذلك عن طريق البحث عن "موزعي الغاز الحيوي بالقرب مني" على Google ومع تحديد موقعك ، سيتم عرض موزعي الغاز الحيوي بالقرب من موقعك.

هل ينفجر الغاز الحيوي؟

نعم ، ينفجر الغاز الحيوي ويحدث هذا لأن الغاز الحيوي يتكون من بعض الغازات التي لديها القدرة على إحداث انفجار.

يتكون الغاز الحيوي من حوالي 60٪ من الميثان ، ويكون الميثان متفجرًا عندما يختلط مع الهواء ، وبالتالي ، إذا تم خلط الغاز الحيوي مع 10٪ -30٪ من الهواء ، فقد يتسبب ذلك في حدوث انفجار. أيضًا ، يمكن أن تنفجر أيضًا كبريتيد الهيدروجين والأمونيا الموجودة أيضًا في الغاز الحيوي.

هذا هو السبب في أنه من الضروري كإجراء وقائي عدم السماح للهب أو الدخان بالقرب من هضم الغاز الحيوي.

توصيات

• كيف يعمل الغاز الحيوي على تغيير المجتمع الزراعي
  .
• أهم 10 مشاكل بيئية وحلولها
  .
• كيف يتم تخزين الطاقة الشمسية في النباتات شرح عملي؟
  .
• قائمة المشاريع التي تتطلب تقييم الأثر البيئي
  .
• تحويل النفايات إلى طاقة وأهميتها
  .
• أهم 6 مصادر طاقة صديقة للبيئة