چکيده : مواد آلي , فضولات حيواني , انساني و گياهي قابل بازيافتند و تحت شرايط ويژه اي مي توان از آنها گاز متان تهيه کرد. نتيجه واکنش هاي تجزيه که روشهايي را جهت تبديل مواد زائد انساني و حيواني ابداع نموده, به بيوتکنولوژي بيو گاز شهرت يافته است . در اين مقاله پس ازبيان اهميت و تشريح سيستم بيو گاز به بررسي و مقايسه دو مدل مهم هندي و چيني جهت توليد گاز متان از فضولات پرداخته و در پايان لزوم استفاده  از سيستم بيوگاز با توجه به موارد کاربردي آن مورد توجه قرار مي گيرد.

کلمات کليدي : سيستم بيوگاز[1] , گاز متان , بازيافت فضولات

مقدمه :

 کمبود انرژي , وفور مواد فساد پذير اعم از مايع يا جامد از يک سو و سادگي عمل با توجه به هزينه هاي کم و کاربرد متنوع دستگاههاي بيو گاز از سوي ديگر سبب شده است که اين سيستم در بسياري از کشور ها به صورت يک تکنولوژي ساده مورد بهره برداري قرار گيرد.

گفته مي شود اولين استفاده از بيو گاز در جهان توسط شيخ بهايي (1031-953  هجري قمري) و آن هم به عنوان سوخت حمامي در اصفهان بکار گرفته شده است. در اين حمام که به حمام شيخ معروف است از يک مخزن بزرگ جهت جمع آوري فضولات حمام , اماکن مجاور و ... استفاده شده تا حاصل تخميراين فضولات به صورت گاز حياتي متان به عنوان منبع سوخت حمام , مصرف گردد.

بيو گاز چيست؟

به طور کلي مجموعه گاز هاي توليد شده از تجزيه و تخمير فضولات حيواني , انساني و گياهي را که در نتيجه فقدان اکسيژن و فعاليت باکتريهاي غير هوازي در يک محفظه اي به نام تانک تخمير[2] يا هاضم[3] به وجود مي آيد, اصطلا حا بيو گاز نامند. اين گاز عموما از متان و دي اکسيد کربن تشکيل شده و ترکيب درصد دقيق آن بستگي به نوع مواد اوليه اي دارد که براي توليد گاز بکار مي رود. جدول 1 تر کيب درصد تقريبي بيو گاز را نشان مي دهد.

                                            جدول1 - تر کيب درصد تقريبي بيو گاز

فرآيند بيو گاز شامل دو مرحله اصلي , يعني ابتدا تشکيل اسيد هاي آلي و سپس گاز متان مي باشد. در مرحله اول پروتئين , هيدرات کربن و چربي به صورت اسيد هاي چرب فرار(مانند اسيد فورميک,اسيد استيک و اسيد پرو پيونيک) , اسيد هاي آمينه و الکلها در آمده ودر دومين مرحله, متان , دي اکسيد کربن , سولفيد هيدروژن و آمونياک تشکيل مي شود.

بيو گاز قدري سبک تر از هواست , دماي احتراق آن  700   و دماي شعله آن    870   است و با سرعت   40  در هوا منتشر مي گردد.

فرآيند تشکيل بيو گاز به صورت زير است:

         ترکيبات آلي ساده      ترکيبات آلي پيچيده

          عمدتا اسيد هاي فرار       ترکيبات آلي ساده  

        .... +  دي اکسيد کربن + متان        اسيد هاي فرار

 اهميت استفاده از بيو گاز :

اهميت و توسعه بيو گاز در جهان طي سالهاي اخير بسيار مورد توجه قرار گرفته است, به طوري که تعداد اين دستگاه ها در برخي از کشور ها مانند چين ,هندوستان و امريکا هم اينک به ارقام چند مليوني رسيده است.

اهميت استفاده از اين تکنولوژي عمدتا به دلايل زير است:

1 . توليد انرژي

2 . کاهش آلودگي

3 . بهبود کيفيت کود

4 . نابودي بذر علفهاي هرز

سيستم بيوگاز :

يک دستگاه بيو گاز عموما و به طور کلي از دو حوضچه ورودي وخروجي , يک تانک تخمير و يک محفظه گاز تشکيل شده است که با توجه به شرايط خاص اقليمي و امکانات فني و مالي به شکل هاي مختلف ساخته شده و مورد بهره برداري قرار مي گيرد.

براي اينکه فرآيند تشکيل بيو گاز در تانک تخمير به خوبي صورت گيرد بايد  حدود 7.2-6.8  و درجه حرارت حدود  37 باشد و مواد اوليه تقريبا هم حجم خود با آب مخلوط شده باشند , بهترين نسبت براي کربن به نيتروژن در مواد اوليه حدود 25 الي 30 بوده(چون ميکرو ارگانيسم هاي موجود کربن را حدودا 30 برابر نيتروژن مصرف مي کنند) ضمن اينکه استفاده از هم زن در تانک تخمير بازده توليد گاز متان را افزايش مي دهد.     

مدل هندي سيستم بيو گاز :

همان طور که در شکل 1 نشان داده شده , حوضچه ورودي در سمت چپ تصوير و حوضچه خروجي در سمت راست آن قرار دارد , حوضچه ورودي و خروجي در يک امتداد قرار داشته و براي اينکه تمام مواد ورودي به تانک تخمير از آن خارج گردد, حوضچه ورودي در نقطه اي بلند تر نسبت به حو ضچه خرو جي احداث مي شود.در حوضچه ورودي , مدخل لوله ورودي توسط دري مسدود مي شود, مواد اوليه با هم حجم خود آب مخلوط شده و سپس با برداشتن در مذکور , از طريق لوله ورودي به داخل تانک وارد مي گردد. مواد وارد شده به تانک تخمير کم کم در اتاقک اول بالا رفته و از روي ديوار موجود به قسمت دوم مي ريزد.

بدين ترتيب ديواره موجود امکان اختلاط را فراهم مي نمايد. مواد ورودي در طول زمان اقامت مشخص تجزيه مي گردد. گازهاي حاصله در بالاي تانک در زير سرپوش فلزي جمع آوري و متراکم شده , از لوله خروجي بالا رفته و به صورت کودي بهداشتي در حوضچه خروجي جمع آوري مي گردد. در سقف محفظه جمع آوري گاز , شير برداشت نصب شده و تا محل مصرف لوله کشي مي شود.

شکل 1 – مدل هندي سيستم بيو گاز

مدل چيني سيستم بيو گاز :

سيستم بيو گاز چيني به صورت مخزن گنبدي شکلي بوده که قسمت هاي مختلف آن در زير زمين ساخته مي شود , لذا جا گير نبوده و در ضمن چون قطعات متحرک ندارد , تعمير و نگهداري آن آسان تر مي باشد. اما بايد توجه داشت چون رسوبات کف تانک تخمير در سيستم هاي بيو گاز بايد پس از مدتي جمع آوري گردند, در مدل هاي چيني اين کار با زحمت زيادي انجام مي شود. شروع استفاده از بيو گاز , در کشور چين , از اوايل دهه 1930  بوده است و در حال حاضر در چين مصرف بيو گاز از مناطق روستايي به مناطق شهري کشيده شده  و استفاده هاي مختلفي غير از مصارف خانگي از آن به عمل مي آيد.

شکل 2 يک سيستم توليد بيو گاز به روش چيني را نشان مي دهد.علاوه بر مدل هندي و چيني , مدل هاي ديگري نيز ارائه شده است که براي اطلاعات بيشتر مي توان به منابع مراجعه کرد.

شکل 2– مدل چيني سيستم بيو گاز

مقايسه و بررسي نقاط مثبت و منفي دو مدل هندي و چيني:

هر کدام از مدل هاي هندي و چيني داراي نقاط ضعف و قوتي هستند که به نظر مي رسد با مقايسه محاسن و معايب اين دو روش , مي توان الگوي مشخصي را مد نظر قرار داد تا با توجه به مناسبات محلي و کاربرد صحيح , به نتيجه قطعي دست يافت, ضمن اينکه بايد توجه کرد راه براي ابتکار و ارائه ايده هاي نو و جديد بسته نشده و نمي توان گفت توليد بيو گاز بايد صرفا به يکي از دو روش مذکور صورت گيرد.جدول 2 به مقايسه ويژگيها و نقاط ضعف و قوت دو مدل هندي و چيني پرداخته است.

                       جدول2 - مقايسه ويژگيها و نقاط ضعف و قوت دو مدل هندي و چيني

نتيجه گيری :

همانطور که اشاره شد, مهمترين کاربرد بيو گاز, استفاده به عنوان سوخت جهت توليد انرژي است, به طوري که اين سوخت علاوه بر کاربري در منازل شهري و روستايي , مي تواند جهت راه اندازي کوره هاي آجر و سفال خشک کني,تامين آب گرم و حتي تامين انرژي لازم جهت حرکت وسايل نقليه بکار رود.تهيه يخ خشک از بيو گاز  , استفاده از کود بيو گازي در استخر هاي پرورش ماهي و ... از ديگر موارد کاربرد اين گاز مهم است.در تمام کشور ها (حتي با وجود منابع فراوان و ارزان انرژي فسيلي)انتقال انرژي به نقاط دور و محروم, به دليل سختي حمل و نقل و بالا بودن هزينه انتقال مقرون به صرفه نبوده و بررسي امکان استفاده از سيستم بيو گاز جهت توليد انرژي پاک و ارزان ضروري به نظر مي رسد.