مقاله تولید بیوگاز از فضولات دامی ، راهکاری برای جلوگیری از آلودگی محیط زیست

بخشی از مقاله

چکیده

رشد فزاینده مصرف انرژی در جهان، اتمام پذیری منابع فسیلی و معضلات زیستمحیطی ازجمله عواملی هستند که انجام تحقیقات گسترده در جهت دستیابی به انرژیهای تجدید پذیر و اجرای پروژههایی نظیر تولید بیوگاز را در سراسر جهان ترغیب کردهاند. منابع انرژی به دو دسته تجدید پذیر و تجدید ناپذیر تقسیم میشوند. انرژی زیستتوده یکی از انواع انرژی تجدید پذیر است و فضولات حیوانی یکی از منابع اصلی آن میباشند.

گازی که از فضولات حیوانی به دست میآید شامل ترکیبات آلی فراری میباشد و با جمع آوری این گاز، مقدار قابلتوجهی انرژی به دست میآوریم. مشکلات دامداریها در ارتباط با کنترل فضولات دامها برای کاهش بو و فرآوردههای آن و همچنین کمبود منابع انرژی، باعث استفاده از این مواد جامد در جهت تولید انرژی و کود گردیده است. بیوگاز یکی از منابع است که انرژی آن با انرژی حاصل از % 6 مترمکعب گاز طبیعی، %85 لیتر بوتان، %69 لیتر بنزین و %62 لیتر گازوئیل برابری میکند. پایین بودن قیمت سوختهای فسیلی، افزایش تقاضای انرژی، آلودگیهای زیستمحیطی، نیاز به کود غنی و غیره موجب گردیده است تا بیوانرژی ازلحاظ اقتصادی بسیار موردتوجه قرار گیرد.

مقدمه

انرژی را میتوان جوهره حیات و مایه رشد آن دانست، سادهترین تعریف از آن، توانایی انجام کار است. در فرهنگهای فارسی برای لغت Energy معادل فارسی کارمایه را معرفی مینمایند . - 1 - در جوامع بشری، توسعه نیاز به منابع بیشتر انرژی دارد که یکی از راههای تأمین منابع کافی انرژی استفاده از منابع و روشهای جدید تولید انرژی است. منابع انرژی جهان به دو بخش اصلی و جایگزین تقسیم میشوند. منابع اصلی مثل سوختهای فسیلی که بهمرور کاهش و امکان تولید مجدد آن بهزودی امکانپذیر نیست.

تمام انرژی های دیگر را انرژی جایگزین مینامند که به دو گروه تقسیم میشوند : انرژیهای تجدید پذیر و انرژیهای تجدید ناپذیر. انرژیهای جایگزین تجدید ناپذیرعمدتاً عبارتاند از سوختهای هستهای و انرژی گرمایی زمین. منابع تجدید پذیر شامل انرژی خورشیدی، آبی، بادی، زیستتوده و بیوگاز است . - 2 - با توجه به نیاز روزافزون جهان به انرژی، محدود بودن منابع و رو به اتمام بودن منابع فسیلی دنیا - نفت، گاز و غیره - نیاز به تحقیقات، کشف و بهرهبرداری از منابع تجدیدپذیر و سازگار با طبیعت هر روز بیشتر احساس میشود. می دانیم که برای تولید نفت احتیاج به چندین هزار سال زمان هست. اما آیا این مقدار زمان برای تولید گاز نیز احتیاج است؟ . - 3 - بیوگاز یعنی تولید گاز متان از منابع طبیعی یکراه حل این مشکل هست که تولید گاز را در هر زمان و مکان دلخواه فراهم ساخته است . - 4 -

در شرایط کنونی هم کشورهای توسعهیافته و هم جهان درحالتوسعه و هم جامعههای عقبمانده یک مسئله مشترک دارند و آن جایگزین کردن منابع تجدید پذیر بهجای منابع تجدید ناپذیر هست که از منابع مهم تجدید پذیر بهویژه در موضوع سوختهای حرارتی میتوان ازفنّاوری بیوگاز نام برد که در حال حاضر هم در کشورهای توسعهیافته صنعتی و هم در کشورهای درحالتوسعه بهعنوان یکی از منابع عمده تأمین سوخت مطرح است و مورداستفاده قرار میگیرد . - 5 - توسعه دامپروری و مرغداری باعث افزایش آلودگی حاصل از فضولات میشود در صورت عدم توجه و مدیریت صحیح در فرآوری آنها میتواند مشکلات زیستمحیطی ایجاد نماید. این مواد زائد بخش بزرگی از منابع انرژی بهصورت بیوگاز را تأمین مینمایند. لذا استفاده از آنها بهعنوان منبع جدید انرژی و هم بهعنوان کاهش آلودگی محیطزیست بهسرعت در دنیا در حال افزایش است . - 2 -

1-1 تعریف بیوگاز

گاز حاصل از تخمیر بیهوازی مواد آلی تولیدی توسط فضولات حیوان، گیاه و انسان توسط باکتریها رااصطلاحاً بیوگاز مینامند. بیوگازعمدتاً شامل متان، دیاکسید کربن و ازت است. این گاز یکی از منابع تجدیدپذیر انرژی است که توسط هاضمهای بیهوازی و تبدیل زیستی مواد آلی به متان تولید میشود، فرآیندی که در راستای حفظ محیطزیست نیز هست و در آن مواد زائد آلی تجزیه می شوند. فرآیند تولید بیوگاز مزایای مهمی دارد که برخی از آنها عبارتاند از : حفظ سوختهای فسیلی و چوب برای مصارف صنعتی غیر سوختی، حفظ محیطزیست و کاهش آلودگی جو، افزایش سطح بهداشت روستایی و شهری، تولید کود غنی و باکیفیت جهت مصارف کشاورزی، تولید سوخت گازی متان که میتواند برای پختوپز، گرمایش و تولید برق استفاده شود . - 1 -

2-1 خصوصیات بیوگاز

بیوگاز، گازی است بیرنگ و اشتعالپذیر که شامل 60 تا70 درصد متان، 30تا40 درصد دیاکسید کربن،کمتر از یک درصد سولفید هیدروژن و مقادیر جزئی هیدروژن، آمونیاک و اکسید نیتروژن است. از احتراق کامل هر مترمکعب بیوگاز در حدود 22 تا26 مگا ژول انرژی گرمایی تولید میشود. ازنظر جرمی احتراق هر کیلوگرم بیوگاز در حدود 33,5 مگا ژول انرژی تولید مینماید. درحالیکه احتراق هر کیلوگرم متان 52 مگا ژول، نفت کوره 43,5 مگا ژول و بنزین 47,1 مگا ژول انرژی گرمایی تولید میکنند.

متان که ترکیب اصلی بیوگاز را تشکیل میدهد گازی است اختناقآور و علاوه بر این زمانی که با نسبت حجمی 5 تا 15 درصد با هوا مخلوط شود، قابلانفجار و اشتعال خواهد بود. بنابراین لازم است بهطور دائم هنگام تولید، بهکارگیری، ذخیرهسازی و احتراق بیوگاز نکات ایمنی را رعایت کرد. دیاکسید کربن ارزش حرارتی واحد حجم بیوگاز تولیدی را کاهش میدهد و سولفید هیدروژن نیز باعث ایجاد خوردگی و آلودگی هوا هنگام احتراق بیوگاز میشود . - 6 -

3-1 تاریخچه استفاده از بیوگاز

دستیابی به متان از بقایای آلی بهصورت تجزیه بیهوازی اولین بار توسط فیزیکدان ایتالیایی آلساندرو ولتا در سال 1766 میلادی انجام گرفت . - 7 - شروع تحقیقات درزمینهٔ تجزیه بیهوازی و کاربرد آن در کشاورزی مربوط به شخصی به نام دیوی است. وی در سال 1808 از طریق تخمیر کود گاوی و با استفاده از تقطیر در خلآ 0/3 لیتر متان تولید نمود . - 8 - در آلمان تا سال 2006 بیش از 4000 واحد بیوگاز فعال بوده که چندین هزار مگاوات برق از آن استحصالشده است.

چین در مواجه با کمبود انرژی و جمعیت بالایی که داشته در سال 1970 بالغبر6000 واحد بیوگاز کوچک خانگی برپا کرده و تنها در مدت 10 سال تعداد آنها را به 7/2 میلیون رسانده است. در ایران بهغیراز احتمالاتی که درباره استفاده از سوخت متان در حمام شیخ بهایی اصفهان نسبت داده میشود، سابقه دیگری وجود ندارد. در تلاشهای انجامگرفته اولین هاضم بیوگاز در ایران در سال 1354 در روستاهای لرستان با ظرفیت 5 مترمکعب ساختهشده که مواد اولیه آن از فضولات دامی روستا تأمین میشده است. پسازآن پروژههای تحقیقاتی و اجرایی زیادی توسط پژوهشکدهها و مراکز تحقیقاتی و دانشگاهی کشور درزمینهٔ بیوگاز صورت گرفته است . - 8 -

4-1 کاربرد و مزایای بیوگاز

فنّاوری بیوگاز برای استفاده بهعنوان یک وسیله مؤثر و قابلاعتماد تولید گاز از ضایعات ارگانیکی مختلف هست. کاربرد بسیار متداول و معمولی آن عبارت است از هضم فضولات حیوانات، ضایعات کشاورزی و فاضلابهای خانگی و از طرفی کودهای تهیهشده از لجن حاصل از این فرآیند ازنظر زراعی بسیار مفید بوده و قادر است عملکرد محصولات کشاورزی را در شرایط مساعد تا 30 درصد افزایش دهد. توسعه صحیح دستگاههای بیوگاز و رواج آن میتواند فواید زیادی داشته باشد. بهطورکلی از سه جنبه اصلی تولید انرژی، سالمسازی محیطزیست و تهیه کود غنی حائز اهمیت است . - 3 -

1-2 منابع مورد استفاده درتولید بیوگاز

دامنه وسیعی از مواد شامل مواد زیر میتوانند در شرایط بیهوازی تخمیر شده و بیوگاز تولید نمایند: بقایای گیاهی و شاخ و برگ درختان، فضولات انسانی و دامی و فاضلابهای شهری، پسماندهای حاصل از فرآوری مواد غذایی، برخی پسماندهای صنعتی . - 8 -

2-2 فضولات دامی منبع تولید بیوگاز

مواد آلی، فضولات حیوانی، انسانی و گیاهی قابلتجزیه بوده و قسمتی از آنها میتوانند تحت شرایط ویژهای - باکتری، درجه حرارت، نوع مواد آلی، pH و عدم وجود اکسیژن در محیط فعل و انفعالات - تخمیر شده و به بیوگاز که بهطور اهم ترکیبی از گاز متان و گازکربنیک است، تبدیل شوند. نتیجه این واکنشها روشهایی را برای تبدیل مواد زائد انسانی و حیوانی به انرژی ابداع نموده که به فنّاوری بیوگاز مشهور است . - 5 - مشکلات دامداریها در ارتباط با کنترل فضولات دامها برای کاهش بو و فرآوردههای آن و همچنین کمبود منابع انرژی، باعث استفاده از این مواد جامد در جهت تولید انرژی و کود گردیده است. بیوگاز یکی از منابع است که انرژی آن با انرژی حاصل از% 6 مترمکعب گاز طبیعی، %85 لیتر بوتان، %69 لیتر بنزین و %62 لیتر گازوئیل برابری میکند.

- 9 - سه روش برای بازیافت زائدات دامی و مرغی وجود دارد. روش اول تصفیه هوازی که نیاز به مقداری انرژی دارد ولی درمجموع باعث ذخیره انرژی بهصورت غیرمستقیم میشود. روش دوم تصفیه بیهوازی که مقداری انرژی بهصورت بیوگاز تولید میشود. روش سوم سوزاندن آنها در کوره هست . - 2 - طبق بررسیهای بهعملآمده پتانسیل تولید انرژی بهصورت بیوگاز از فضولات دامی کشور، معادل 25500 بشکه نفت خام را در سال در حال حاضر میتواند صرفهجویی کند.

موارد مثبت در انجام برنامههای بیوگاز و تولید انرژی از فضولات عبارت است از: تجزیه لجنهای فاضلاب، فضولات دامداریها و مرغداریها و زائدات کشتارگاهها، استفاده از گاز متان در اماکن دفن زباله، محدودیت منابع نفت و گاز در جهان، نیاز بیشتر به انرژی و توسعه برنامههای بیوتکنولوژی، توجه خاص به تصفیه فضولات روستایی، نیاز به انرژی در مناطق صعبالعبور، تصفیه کودهای حیوانی ازنظر پاتوژن ها و بذر علفهای هرز، تصفیه زبالههای شهری و تهیه کود کمپوست از طریق سیستم غیر هوازی، بهسازی محیط در مناطق شهری و روستایی . - 3 - بسیاری از کشاورزان در آمریکای شمالی و اروپا تولید بیوگاز از کودهای حیوانی، خوکی و طیور کردهاند باوجود مطالعات گستردهای که در سایر کشورهای پیشرفته برای افزایش تولید بیوگاز، کاهش زمان نگهداری و کاهش هزینه ساختاری صورت گرفته است اما اطلاعات موجود در مورد کشورهای درحالتوسعه محدود است امروزه مقالات زیادی در مورد تولید بیوگاز از ضایعات کشاورزی و صنعتی و کود حیوانی و طیور ارائهشده است.