بیوگاز راهی نو در جایگزینی سوخت های هیزمی و فسیلی

مقدمه:

با ادامه میزان مصرف كنونی انرژی، دخائر ذغال سنگ نفت و گاز زمین تا چندین دهه دیگر پایان خواهد یافت. به همین دلیل تحقیقات گسترده‌ای در جهان برای دستیابی به منابع جدید انرژی كه بتواند جانشین سوختهای نفتی شود، در حال انجام است. در این راستا بحث جایگزینی انرژی های پاک و نو به جای سوخت های فسیلی در آینده با تمام شدن منابع سوخت های فسیلی الزامی است ودر بعضی از کشورهای دنیا از این انرژی سالهاست که استفاده می شود و اما کشور ما به دلیل غنی بودن از نعمت سوخت های فسیلی نفت و گاز و... و ارزان و در دسترس بودن این انرژی ، برنامه جایگزینی سوخت های فسیلی بصورت همه جانبه مطرح نبوده و پیگیری جدی نشده است . با فراهم کردن سازو کا ر و آموزش و نحوه استفاده از این انرژی ضمن تامین سوخت برای پخت و پز و روشنایی و حتی بهداشت و حمام و..... تا حدود زیادی وابستگی جامعه عشایری به سوخت های فسیلی ( با توجه به هزینه خرید و حمل و نقل ) و سوخت های هیزمی کاهش می یابد

لازم به ذکر است که در كشورهایی مثل جمهوری اسلامی ایران كه مخازن نفت و گاز فراوانی موجود است،‌ استفاده از بیوگاز می تواند از به هدر رفتن بخش وسیعی از این تركیبات با ارزش در قالب سوخت جلوگیری كند. به طور كلی هر ۱۰۰ كیلوگرم فضولات گاوی تازه می‌تواند روزانه ۴/۹-۷/۳ متر مكعب گاز تولید كند.. علاوه بر این موارد، با استفاده از بیوگاز در مناطق جنگلی، از قطع درختان و سوزاندن آنها و در نتیجه نابودی جنگلها و سایش خاك جلوگیری می شود.

انرژی حاصل از سوختن ده متر مكعب بیوگاز برابر با انرژی حاصل از سوختن ۶ متر مكعب گاز طبیعی،۶۰ لیتر گازوئیل، ۸ لیتر بنزین،۳۲ كیلوگرم ذغال چوب و ۸۵ كیلوگرم چوب است با توجه به اینكه بیوگاز در محل استفاده تولید می شود و با شیلنگهای پلاستیكی می توان منتقل شده و به وسیله وسایل دست ساز كنترل شود. هزینه های لوله كشی بین شهری، لوله كشی شهری و خانگی، نصب كنتور (درمورد گاز شهری) و یا به طور مشابه هزینه های حمل و نقل جاده ای و انتقال به درون منزل درمورد گاز مایع و نفت و گازوئیل حذف می شود.

روش تحقیق

برای تولید بیوگاز در مناطق روستایی و مجتمع های کشاورزی و دامپروری می توان اقدام به ساخت دستگاه بیوگاز کرد که ساخت آن بسیار آسان است در این تحقیق ابتدا یک بشکه 200لیتری تهیه گردید.سپس در درپوش کوچک شیرآلات گاز تعبیه گردید. پس از آماده کردن پهن(کود تازه گاو) و آب در یک بشکه دیگر این مواد با هم مخلوط و آنقدر بهم زده شد تا محلولی یکدست امولسین کود و آب بدست آید (نسبت مواد جامد به مواد محلول مخلوط باید 10درصد مواد جامد کود باشد و بقیه 90درصد آب) . سپس مواد مذکور در بشکه ریخته و درب بشکه محکم بسته شد . بشکه به مدت 3هفته در فضای آزاد در معرض نور آفتاب قرار داده شد. که پس از 3هفته در اثر فعالیت میکرو ارگانیسم ها در شرایط بی هوازی گاز متان تولید گردید که با فراهم کردن شعله اجاق گاز معمولی و روشنایی گاز اقدام به اخذ گاز و تولید حرارت و نور گردید. بطور کلی یك واحد بیوگاز خانگی و از بخش های زیر تشکیل شده است:

۱- محفظه یا تانک تخمیر: که در این تحقیق از یک بشکه 200لیتری استفاده شده است فضولات حیوانی به درون این محفظه ریخته می شود و بعد از مدتی بیوگاز تولید می‌شود. حجم این محفظه در مقیاس خانگی بین ۶ تا ۱۲ متر مكعب است. تانک تخمیر، بخش اصلی دستگاه بیوگاز است مواد زاید آلی پس از ورود به تانک به مدت2 تا 3هفته در آن نگهداری می شوند. در طول این مدت، مواد زاید آلی درشرایط بی هوازی و براثر فعالیت باکتری ها تجزیه می شوند. نتیجه این تجزیه، تولید بیوگاز و مقداری بیوماس است که با تخلیه مرتب بیوماس و و اضافه کردن مواد زاید جدید در تمام روزهای سال می تواند ادامه داشته باشد .
۲- محفظه ذخیره گاز: گاز تولیدشده در این محفظه در قسمت فوقانی بشکه جمع آوری می شود. لوله انتقال گاز از محفظه،‌ که در قسمت درب کوچکتر قسمت فوقانی بشکه نصب می شود. گازهای تولیدی در تانک تخمیر در بخش زیر این سرپوش جمع می شود که از طریق لوله کشی می توان آن را به نقطه مصرف انتقال داد. نکته مهم در باره این محفظه این است که از افزایش فشار گاز در این محفظه جلوگیری شود؛ بنابراین با نصب فشار سنج در این محفظه می توان فشار گاز را کنترل کرد.
۳- محفظه خروجی: از این محفظه علاوه بر كنترل فشار گاز درون واحد، برای تخلیه واحد پس از تخمیر كامل فضولات، استفاده می‌شود.
۴-‌لوله‌های‌ورودی‌وخروجی: جنس این لوله ها باید به گونه ای باشد كه در برابر خوردگی مقاومت كند. . جنس لوله ها در این تحقیق از شیلنگ نایلونی یا پلاستیکی انتخاب گردید.

تعریف بیوگاز

بیوگاز عبارت است از گازهایی كه در اثر تخمیر فضولات جانوری (کود دام) و انسان و یا زباله دور از اكسیژن و در اثر فعالیت باكتریهای بی هوازی تولید می گردد كه حدود % 60 از آن را متان (CH4) كه یك گاز قابل اشتعال است ، تشكیل می دهد. بقیه آن شامل حدود % 30 دی اكسید كربن (CO2) ودرصد كمی از گازهای ازت اكسیژن ، هیروژن وسولفید هیدروژن(H2S) و رطوبت است

منابع عمده تولیدات بیوگاز

Ø فضولات دامی

Ø فاضلا ب های شهری و صنعتی

Ø زباله و زائدات

Ø باتلاق ها

Ø مرداب ها

یافته ها

واکنشهاي شيميايي و بيولوژيکي بيوگاز ‏
مرحله اول:‏
در طي اين مرحله مواد آلي پيچيده با وزن ملکولي زياد مانند پروتئين، سلولز و کربوهيدراتها به ملکولهاي ساده ‏تري همچون اسيدهاي آمينه، منوساکاريد و اسيدهاي چرب تبديا مي شوند.‏
مرحله دوم:‏
در طي اين مرحله ترکيبات مونومري با وزن ملکولي کم به ترکيبات واسطه مانند پروپيانات، بوتيرات، فورمات ‏و متانول تبديل مي شوند.‏
مرحله سوم:‏
باکتريهاي استوژنيک تمام ترکيبات فوق را به اسيد استيک، هيدروژن و دي اکسيد کربن تبديل مي کنند.‏
مرحله چهارم:‏
تمام ترکيبات مرحله قبل به متان تبديل مي شوند.‏
کليه مراحل فوق توسط باکتريهاي بي هوازي اختياري به انجام مي رسد به غير از مرحله چهارم که توسط ‏باکتريهاي بي هوازي مطلق انجام مي گيرد.‏
نسبت کربن به ازت در مواد ورودي به راکتور مهم مي باشد که اين نسبت بايستي در حدود 30 – 40 به يک ‏در نظر گرفته شود.‏

انرژی بیوگاز

فرایند تولید بیو گاز:

شکل1: فرایند تولید بیوگاز

شکل2 شکل3

شکل 2و3: فرایند تولید روشنایی و حرارت از بیوگاز

شکل :4 شمای فرضی بشکه و مواد مخلوط کود و آب

گاز حاصل از فرآیند تولید بیوگاز بی‌رنگ، بی‌بو و در حین سوختن بدون دود است. از انرژی بیوگاز در موارد گوناگونی استفاده می‌شود.
1- ایجاد حرارت: یک مترمکعب بیوگاز حدود 6500 ـ5200 کیلوکالری انرژی آزاد می‌کند و یک مترمکعب بیوگاز برای پخت 3 وعده غذایی یک خانواده 6 نفره کافی است.
2- سوخت مکمل برای موتورهای احتراق داخلی: بیوگاز می‌تواند به عنوان جایگزین مواد سوختی مانند بنزین و گازوئیل در موتورها به کار برود. در عملیاتی مانند کشیدن آب از چاه‌ها، در دستگاه‌های شالیکوبی، آسیاب‌ها و... می‌توان از این منابع انرژی در موتورها استفاده کرد.
3- تولید نیروی برق: از انرژی بیوگاز مانند اغلب انرژی‌ها می‌توان در تولید الکتریسیته استفاده کرد.

4- مواد اولیه صنایع شیمیایی: بیوگاز دارای حدود 65 درصد متان و 35 درصد دی‌اکسیدکربن است که این گازها می‌تواند به عنوان مواد اولیه در تولیدفرآورده‌های شیمیایی به کار 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.

5-تولید کود اکسی: پس از انجام عمل تخمیر و تولید بیوگاز، فضولات باقیمانده به عنوان کود غنی و مناسب برای کشاورزی به کار 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.

6-کمک به بهداشت محیط‌زیست: یکی از نکات 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.
7-کمک به حفظ پوشش گیاهی: با تولید بیوگاز سوخت مورد نیاز انسان تامین 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

مقایسه ارزش حرارتی بیوگاز با سایر گازها

جدول شماره 1: مقايسه خواص گازها با بيوگاز

نوع گاز	هواي مورد نياز m3	سرعت فشار در هوا cm/s	وزن مخصوص نسبت به هوا	ارزش حرارتي	تركيبات
درصد	عناصر
متان	5/9	43	55%	94/9	100	CH4
پروپان	8/23	57	56/1	94/25	100	C4Hg
بوتان	9/3	45	07/2	02/34	100	CH4H10
گاز طبيعي	7	60	38%	52/7	35 و 65	CH4H2
گاز شهري	7/3	82	41%	07/4	24 و 26 و 50	CH4O2N2
بيوگاز	7/5	40	94%	96/5	40 و 6	CH4CO2

بر اساس جدول شماره 1 ارزش حرارتی بوگاز نسبت به گاز شهری بترتیب بیوگاز 96/5و گاز شهری 07/4 کیلو کالری می باشد.

بحث و نتیجه گیری

هزینه های لوله كشی بین شهری، لوله كشی شهری و خانگی، نصب كنتور (درمورد گاز شهری) و یا به طور مشابه هزینه های حمل و نقل جاده ای و انتقال به درون منزل درمورد گاز مایع و نفت و گازوئیل حذف می شود به كمك بیوگاز با سرمایه اندكی می‌توان سالانه چندین میلیارد متر مكعب گاز، از فضولات حیوانی تولید كرد. با استفاده از بیوگاز، در هزینه لوله كشی گاز برای روستاها صرفه‌جویی می شود. پس مانده عمل تبخیر كود بسیار مناسب و عاری از آلودگی به میكروبهای بیماریزا بوده و قابل استفاده در كشاورزی است. به مخازن تولید بیوگاز، می‌توان زباله های روستا را نیز افزود و بدین روش علاوه بر افزایش تولید گاز، كود حاصله دارای ((هوموس)) بیشتری بوده و برای خاك كشاورزی بسیار مفید است ضمناَ مشكل آلودگی زباله‌های جامد نیز از این طریق برطرف می شود. در مناطق صعبالعبور بویژه مناطق عشایری که امکان دسترسی به گاز و نفت مشکل و هزینه حمل و نقل زیاد می باشد می توان به راحتی از کود و فضولات دام خود عشایر بیو گاز جهت روشنایی و پخت و پز خانوار عشایری تهیه کرد.

فهرست منابع:

1– برات قبادیان "طراحی بیوگاز گنبدی ثابت" مجموعه مقالات اولین سمینار بیوگاز – 1357 -صص 127

2– ستاری ساربانقلی، داوود کبیری "مشکلات، موانع و محاسن توسعه بیوگاز در روستا"

قاسمعلی عمرانی"روند توسعه بیوگاز در ایران و جهان "مجموعه مقالات اولین سمینار بیوگاز در ایران"-صص 15

3- غلامرضا علیزاده "بیوگاز و ضرورت توسعۀ آن در ایران از دیدگاه اقتصادی"84- مجموعه مقالات اولین… ، آبان1357-ص93

4- علی زاده بخش بیوگاز مرکز تحقیقات و کاربرد انرژی های نو"مجموعه مقالات اولین سمینار بیوگاز در ایران"سازمان انرژی اتمی ایران

5- فاطمه تابنده "انرژی حاصل از زیست توده و جایگاه آن در ایران" 252 ، وزارت نیرو، امور - مجموعه مقالات سمینار توسعه و کاربرد انرژی های نو، صص 265

انرژی ، دفتر انرژی های نو،1376

6- جلال الدین شایگان ،حسین مهدیزاده و فریده قوی پنجه "تبدیل مواد آلی فاضلاب به گاز متان با استفاده از روش تصفیۀ بی هوازی"32- مجموعه مقالات اولین سمینار بیوگاز 1375 - صص 46

7- سید جواد شیخ الاسلامی ، علیرضاکشتکار " فرایند تولید بیوگاز". دومین کنفرانس سراسری روستا و انرژی ، خرداد 1377

8- خلیل شیخ قاسمی ، تجارب به دست آمده در حین ساخت در ایران تکنولوژی ساخت دستگاه" Deenband hu "

28- مجموعه مقالات اولین سمینار بیوگاز - آبان 1375 -صص 137

9 - مصاحبه با مه ندس شیخ الاسلامی (مسئول بخش بیوگاز سازمان انرژی اتمی ) و بازدید از واحد

بیوگاز ماهدشت کرج، خرداد 1379

10 - مهرداد عدل "برآورد قابلیت های تولید انرژی از زائدات زیستی"

. پایان نامۀ کارشناسی ارشد. دانشکدۀ محیط زیست، دانشگاه تهران 1378

11 - محمدعلی عبدلی "بیوگاز" سازمان انرژی اتمی ایران، بهمن1364

12 - لودویک ساسه " تأسیسات واحدهای بیوگاز" ترجمه دکتر قاسم نجف زاده، دانشگاه صنعتی امیرکبیر- 1374

سومین همایش ملی انرژی ایران599

13 - مصاحبه با دکتر فرور و کاترین رضوی(عضو کانون مطالعات توسعه پایدار)-خرداد1379)

14- Vim Van Nes, Mathew Mendij

“Biogas in Rural Houshold Energy Supply: The Nepal Biogas Support

Program”

Renewable Energy World, March-April 2000, pp100-113.

15- Metcalf & Eddy Inc. Revised by G. Tchobanoglous and F.L Berton

“Wastewater Engineering: Treatment,Disposal,Reuse”

McGraw Hill, 1991

16-Reynolds/Richards.

Unit Operation and Processes in Environmental Engineering" , PWS

Publishing Company, 1996.

17-Internet: http://www.greenhouse.gov.au/ago/copyright.html

بیوگاز راهی نو در جایگزینی سوخت های هیزمی و فسیلی

مطالب مشابه :

مدل های اتمی 2

مطالعات احداث بزرگراه های شهر کرج انجام شد

آشنایی با سازمان انرژی اتمی ایران

تاسیسات هسته ای ایران

تاسیسات هسته ای ایران

آژانس بین المللی انرژی اتمی و ایران

بیوگاز راهی نو در جایگزینی سوخت های هیزمی و فسیلی

1- مشک حرم حضرت ابوالفضل (س) ساخته شد

خبر جدید : سمینار آموزشی

هیأت پنج نفره آژانس بین‌المللی انرژی اتمی در تهران