بخشی از مقاله
چکیده
آلودگی محیطزیست در اثر احتراق سوختهای فسیلی، و پایانپذیر بودن این منابع انرژی، دو مشکل عمده در زمینه انرژی جهان هستند. یکی از شکلهای انرژیهای تجدیدپذیر که میتوان از آن به عنوان جایگزین سوختهای فسیلی استفاده نمود، زیستگاز میباشد. در این مطالعه ضمن بررسی پیشینه تحقیقات در زمینه زیستگاز، پسماند تقطیر نیشکر - ویناس - ، به عنوان یک منبع مهم جهت تولید زیستگاز معرفی شده است.
تولید زیستگاز در شرایط خاصی قابل انجام است که سعی شده است به شرایط بهینه مورد نیاز اشاره شود. این شرایط شامل روش مناسب استخراج گاز، ویژگیهای مواد اولیه و سامانههای مورد نیاز جهت تولید گاز میباشند. درصورت فراهم نمودن این شرایط میتوان از موادی مانند ویناس، زیستگاز تولید نمود و از مزایای اقتصادی، زیستمحیطی و اجتماعی آن بهرهمند شد.
مقدمه
در سالهای اخیر با توجه به مشکلات زیستمحیطی سوختهای فسیلی و همچنین نوسانات قیمت نفت، توجه جهانی به منابع انرژی تجدیدپذیر1 افزایش یافته است . - Moraes et al., 2014 - یکی از منابع انرژی تجدیدپذیرکه پتانسیل تحقیقاتی و عملیاتی بالایی دارد، زیستگاز2 است. مسیر استخراج زیستگازکه یک مسیر جذاب و مطمئن برای استفاده از زیستتوده به عنوان منبع تجدیدپذیر سوخت است، طیف گسترده ای از تحقیقات در این زمینه را به خود معطوف کرده است . - Chandra and Gupta, 1997 - در حال حاضر کاهش مصرف سوختهای فسیلی، دستاورد بزرگی است که از مصرف انرژیهای تجدیدپذیر حاصل شده است.
دراین رابطه، فرآیند هضم بیهوازی3 پسماندهای آلی، یک فناوری مهم است که ضمن کاهش آلایندگی ناشی از این مواد آلی، محصولی با ارزش حرارتی بالا - متان - 1، 35/2-42/8 - مگاژول بر متر مکعب - تولید میکند. به دلیل آنکه منابع اولیه هضم شده برای تولید این نوع گاز، گیاهانی بودهاند که در طول رشد خود، مصرف کننده دی اکسید کربن بودهاند، احتراق این گاز موجب افزایش مقدار گازهای گلخانهای نمیشود - Belhadj. - et al ., 2013
ویناس2 یکی از زبالههای حاصل از تقطیر ملاس نیشکر است که مشخصه اصلی آن، pH پایین است - Borja et al., . - 1992 به ازای تولید هر لیتر اتانول از ملاس نیشکر، 10-15 لیتر ویناس تولید میشود . - Cortez and Perez, 1997 - ویناس، پسماند مایعی است که در فرآیند تولید اتانول، پس از تقطیر ملاس نیشکر و استخراج اتانول از آن حاصل میشود. این ماده بسیار اسیدی بوده و حاوی مواد آلی بالایی است. چنین شکلی از پسماند را میتوان از طریق هضم بیهوازی، کاملا تصفیه کرد.
پاکسازی لجن حاصل از این فرآیند، بسیار معقولتر و سادهتر از پاکسازی ویناس است. چراکه ویناس از لحاظ ساختار شیمیایی بسیار پیچیده است . - Martin et al., 2001 - اولین بار در ایران در قرن 16 میلادی از هضم بیهوازی برای تولید گرما استفاده شده است. اولین بار آلساندرو ولتا3 به این نتیجه رسید که میزان پوسیدگی مواد آلی با میزان زیستگاز خروجی از این مواد در ارتباط است. در سال 1808 هامفری دیوی4 مقادیری را برای میزان گاز خارج شده از کود دامی، در یک آگهی ارائه داد . - Meynell, 1976 - نخستین نیروگاه هضم بیهوازی در سال 1895 توسط میکروب شناسان انگلیسی در بمبئی هند ساخته شد.
ماده ورودی این نیروگاه فاضلاب شهری بود . - McCabe and Echenfelder, 1957 - در جهان نیز اولین نظریهای که به تولید آزمایشگاهی زیستگاز اشاره میکند، با عنوان تولید زیستگاز از هضم بیهوازی کود دامی، در سال 1904 در هلند به ثبت رسیده است. پس از سالها تحقیق، درسال 1976 مقالهای با همین عنوان نوشته شد که در آن کود مرغی به عنوان قوی- ترین و کود گاوی به عنوان ضعیفترین کود، جهت تولید زیستگاز معرفی شدند . - Bansal et al., 1976 - نخستین کتاب در زمینه اصول دستگاه تولید زیستگاز در دانشگاه دلف5 در کشور هلند به چاپ رسید .
- Brakel, 1980 - در این کتاب شکلهای مختلفی برای هاضم6های بیهوازی پیشنهاد شد. در اواخر دهه 1980، مقالات زیادی در مورد زیستگاز نوشته و چاپ شد. پیشینه تولید زیستگاز در جهان بسیار طولانی است. اما استفاده از ویناس به عنوان منبع اولیه تولید زیستگاز موارد زیر را شامل میشود: استفاده از ویناس به عنوان یک کود در دسترس از گذشته رواج داشته است.
اولین بار در کتاب تولید انرژی از هضم بیهوازی، ویناس به عنوان یک منبع جهت تولید زیستگاز ضمن حفظ محیط زیست معرفی شد - Lettinga and . - Haandel, 1993 از لحاظ تاریخی ویناس یک محصول نامطلوب در فرآیند تولید اتانول از نیشکر به حساب میآمد و به دلیل تولید 10-15 لیتر به ازای هر لیتر الکل یکی از مشکلات تولیدکنندگان نیشکر بوده است که از سالها پیش باعث آلودگی رودخانهها در برزیل شده است. از همین رو تولید زیستگاز از هضم بیهوازی ویناس، میتواند به مرتفع شدن این مشکلات کمک کند .
- Cortez et al ., 1998 - البته قبل از این برای رفع مشکلات زیست محیطی ویناس - از قبیل تولید گازهای گلخانهای، تخریب خاک و سمی کردن آبهای زیر زمینی - ، هضم بیهوازی آزمایش شد - Balaguer et al., . - 1992 همچنین اثر فلزات کمیاب بر این هضم بررسی شد و مشخص شد فلزات به صورت ترکیبات شیمیایی مستقل، برای باکتریها مانند یک سم هستند و عملکرد تولید گاز را کاهش میدهند . - Espinosa et al., 1995 - عملکرد زیست- گاز حاصل از پسماندهای تقطیر گیاهی نیز در یک مدل راکتور بستر ثابت بررسی شد . - Yang et al., 2004 -
در این مطالعه مشخص شد که میزان تولید زیستگاز در شرایط دمایی کمتر از 30 درجه سلسیوس، طی 99 روز با مقدار تولید زیستگاز تحت شرایط مشابه و در دمای 96/7 درجه سلسیوس طی 9 روز برابر است. بعد از این در مقالهای ضمن بررسی اثرات زیستمحیطی ویناس بر آب، خاک و هوا، بهترین راه کاهش اثرات زیستمحیطی ویناس هضم بیهوازی و تولید انرژی پایدار معرفی شد . - Haandel, 2005 - اولین بار در سال 2007 اثر استفاده از یک فناوری به نام UASB1 - راکتور پوشش لجن بیهوازی جریان صعودی - جهت تخمیر ویناس در شیلی بررسی شد .
- Chamy et al., 2007 - پس از تخمیر ویناس گیاهی، از مایع تخمیر شده آن، جهت کود برای درختان اکالیپتوس استفاده شد، که در نتیجه آن، در مقایسه با زمانی که از تفاله تخمیر ویناس حاصل از هاضمهای سنتی به عنوان کود استفاده شده بود، عملکرد گیاه بهبود یافت. در سال 2008، درمورد راههای بهینهسازی وتوسعه تولید زیستگاز تحقیقاتی انجام گرفت و مشخص شد که درآمدهای جانبی تولید زیستگاز، توانایی جبران هزینههای تولید آن را داراست .
- Safferman and Faivor, 2008 - همچنین عنوان شد که با طراحی بهینه و دقیق سامانه تولید زیستگاز، میتوان یک تولید پایدار و مطمئن داشت و تجربه علمی تولید زیست- گاز، به عنوان یک هنر مطرح شد. در سال 2009 پتانسیل تولید الکتریسیته از زیستگاز در برزیل بررسی گردید و ویناس به عنوان یکی از منابع اصلی معرفی شد و مشخص شد که برق تولید شده از زیستگاز، میتواند بیش از یک درصد از برق مورد نیاز کشور برزیل را تامین کند .
