از سال 2008، تعداد افرادی که در شهرها زندگی می کنند، از کسانی که در مناطق روستایی زندگی می کنند پیشی گرفته و از این رو برآورد شده است که در شهرها تا سال 2050، 6 میلیارد نفر در مقایسه با 3.5 میلیارد نفر در حال حاضر زندگی خواهند کرد؛ که به طبع باعث رشد مداوم زباله های آلی می شود. زباله های تولید شده توسط انسان ها و صنایع باید مرتب و پردازش شوند. دفن زباله ها از حدود پنج هزار سال پیش مرسوم بوده است که به علت ارزان بودن نسبت به دیگر روش های موجود مانند سوزاندن زباله و یا تبدیل آن به کود و غیره ترجیح داده می شود و همچنان ادامه دارد. دفن زباله ها یک منبع مهمی از انتشار CH4 انسان شناسی است. مطالعه زباله های مواد غذایی جهانی که در سال 2011 توسط Food and Food منتشر شده است، سازمان کشاورزی سازمان ملل متحد دریافت که تقریبا یک سوم ازتمام مواد غذایی تولید شده برای مصرف انسان ( مجموع 1.3 میلیارد تن ) هر سال به هدر میرود.
همچنین افزایش مصرف سوخت های فسیلی در سال های اخیر، مخاطرات زیست محیطی فراوانی را به دنبال داشته؛ به طوری که از سال 1992، با اعلامیه ریوو و توافق نامه کیوتو 1997، اکثر ایالت ها برای کنترل کاهش گازهای گلخانه ای و کنترل آلودگی جهانی در قرن بیست و یکم برنامه های عملی را تصویب کردند. جایگزینی منابع انرژی پاک و تجدید پذیر به عنوان یک راه حل در جهان مورد توجه پژوهشگران قرار گرفت. در بین فناوری های انرژی تجدید پذیر، زیست توده به عنوان بزرگترین منبع رو به رشد در جهان مطرح است. طی فرآیند هضم بی هوازی مواد آلی (زیست توده) که شامل : زباله های شهری، مواد گیاهی، فاضلاب، زباله های سبز و یا زباله های مواد غذایی وغیره می باشد توسط باکتری ها در درجه حرارت مطلوب ( 26-36 ◦C ) بیوگاز تولید می شود ( این یک راه حل خلاق برای آلودگی محیط زیست و کمبود انرژی است ). بیوگاز گاهی وقت‌ها انرژی کاملا سبز نامیده میشود زیرا منبع ارزشمند انرژی در نواحی روستایی است. فرآیند تولید بیوگاز یک فرآیند زیستی است که در چهار مرحله جداگانه هیدرولیز، اسیدوژنز، استئوژنز، و متانوژنز رخ می دهد، که گروه های مختلفی از میکروارگانیسم ها درغیاب اکسیژن فعالیت میکنند، مرحله آخر فرایند، متانوژنز، جایی است که بیوگاز تولید می شود که چرخه تولید و مصرف آن مستمر است و هیچ دی اکسید کربن خالصی تولید نمی کند. ترکیب بیوگاز معمولاً شامل 55 تا 65 درصد متان 30 تا 40 درصد 2 CO و مقادیر ناچیزی از دیگر گازها شامل SH2،N2O و غیره می باشد. در طول تخمیر زباله های آلی، معمولا محصول اصلی اسید استیک است. تولید بیش از حد اسیدهای چربی فرار ( VFA ) ممکن است اثر مهاری بر تخمیر زباله های آلی داشته باشند. نیتروژن و فسفر موجود در زباله های جامد و فاضلاب داخلی برای رفع نیازهای رشد سلولی در تولید بیوگاز کافی است. عناصر دیگر مانند سدیم، پتاسیم، کلسیم، منیزیم و آهن با غلظت کم موجود می باشند، با این حال ممکن است در غلظت های بالاتر اثرات مهاری داشته باشند.
ارزش حرارتی بیوگاز ( با 55 درصد متان ) حدود 20 مگا ژول برآورد شده است. متان، مولفه اصلی بیوگاز، منبع با ارزش انرژی تجدید پذیر است اما همچنین یک گاز گلخانه ای مضر اگر به گاز اتمسفر منتقل شود. متان برای تولید گرمایشی و الکتریسیته ( برق ) و یا به عنوان سوخت زیستی می تواند فشرده شود، همانطور که گاز طبیعی به CNG فشرده می شود و برای وسایل نقلیه موتوری برای کاهش استفاده از سوخت های فسیلی استفاده می شود. برای مثال، در انگلستان، برآورد شده است که بیوگاز می تواند تقریبا 17 درصد سوخت خودرو را جایگزین کند. بیوگاز پس از تصفیه و خالص سازی می تواند همچنین در یک موتور گاز برای تبدیل انرژی در گاز به برق و گرما استفاده شود و هضم ماده معدنی باقی مانده که به بیوگاز تبدیل نشده است می تواند به عنوان کود کشاورزی استفاده شود.
سیستم های بیوگاز را می توان در اندازه های متنوع ساخت؛ یعنی می توان سیستم بیوگاز را برای یک خانه ساخت و یا اینکه سیستم بیوگاز را برای یک کارخانه بزرگ طراحی کرد ( این سیستم هم می تواند خانگی باشد و هم یک سیستم مرکزی شهری باشد ). معمولاً در کشورهای در حال توسعه ازجمله : چین، نپال، هند و پاکستان، بیوگاز به عنوان یک تکنولوژی خانگی برای پخت و پز شخصی و اهداف روشنایی برای مناطق روستایی کاربرد دارد. براساس مطالعه ای در کشور چین، تکنولوژی بیوگاز نه تنها به عنوان یک منبع انرژی تجدید پذیر؛ بلکه راه حلی برای دفع مواد زائد خانگی نیز محسوب می شود و یکی از مهمترین جنبه های پیشرفت در این کشور به شمار میرود. از سویی دیگر، در مراکز دفن زباله می تواند باعث مشکلات ژنتیکی محیط زیست شود که یکی از بزرگترین مشکلات، آلودگی آب های زیرزمینی در اثر نفوذ شیرابه می باشد ( باعث آلودگی آب های سطحی )، انفجار نطفه ها، آسیب های گیاهی و انتشار گازهای گلخانه ای می شود. با توجه به استفاده وسیع از لندفیل شهری، کنترل و تصفیه نکردن شیرابه می تواند موجب آلودگی آب، هوا و خاک نواحی پایین دست گردد؛ بنابراین یکی از مهمترین مشکلات زیست محیطی محسوب میشود. شیرابه زباله را می توان نوعی فاضلاب قوی دانست که هم اکنون آلودگی ناشی از آن در سراسر جهان به عنوان یکی از مهمترین معضلات زیست محیطی مطرح می باشد. بار آلی بالا، ترکیب متغیر و نوسانات دبی شیرابه در فصول مختلف سال، تصفیه آن را مشکل نموده است. هـضم بـی هـوازی دارای تولیـد خالص انرژی Kwh 1000 – 500 در هر تن مواد زائد است در حالی که کمپوست کردن هوازی Kwh 750 – 500 بـرای تـصفیه هرتن مواد زائد انرژی مصرف میکند. با این حال تولید بیوگاز نیز مانند همه ی روش ها دارای مزایا و معایبی می باشد که عبارتند از:
مزایا:
- بیوگاز یک منبع تجدید پذیر و همچنین منبع انرژی تمیز است. گاز تولید شده از طریق زیست توده غیر آلاینده است؛ در واقع انتشار گازهای گلخانه ای را کاهش می دهد ( به عنوان مثال اثر گلخانه ای را کاهش می دهد ). در این فرآیند احتراق اتفاق نمی افتد، به این معنی که انتشار گازهای گلخانه ای به اتمسفر صفر است؛ بنابراین، استفاده از گاز زباله به عنوان یک نوع از تولید انرژی در واقع یک راه عالی برای مبارزه با گرم شدن کره زمین است.
- بر خلاف دیگر انواع انرژی های تجدید پذیر، این فرایند طبیعی است و نیاز به انرژی برای فرآیند تولید ندارد. علاوه بر این، مواد خام مورد استفاده در تولید بیوگاز قابل تجدید هستند، زیرا درختان و محصولات کشاورزی همچنان رشد خواهند کرد. کود نیتروژن، مواد خوراکی و بقایای محصولات، مواد اولیه هستند که همیشه در دسترس هستند، که این امر باعث می شود که گزینه بسیار پایدار باشد.
- تولید بیوگاز باعث کاهش آلودگی خاک و آب می شود.
- تولید بیوگاز مکمل کامل و یا جایگزین کودهای شیمیایی است. علاوه بر این، این هضم فرسایش را کاهش می دهد.
- این تکنولوژی ساده و کم هزینه است که باعث رشد اقتصاد مدرن می شود و…
معایب:
- امروزه نگرانی ناگوار بیوگاز این است که سیستم های مورد استفاده در تولید بیوگاز کارآمد نیستند. هنوز هیچ تکنولوژی جدیدی وجود ندارد که فرآیند را ساده کرده و هزینه آن را کم کند. این به این معنی است که تولید بزرگ در مقیاس بزرگ برای عرضه یک جمعیت بزرگ هنوز امکان پذیر نیست. اگر چه گیاهان زیست محیطی در حال حاضر قادر به برآوردن نیازهای انرژی هستند، بسیاری از دولت ها مایل نیستند در این بخش سرمایه گذاری کنند.
- پس از پالایش و فشرده سازی، بیوگاز هنوز حاوی ناخالصی ها است. اگر سوخت زیستی تولید شده برای استفاده از قدرت خودرو مورد استفاده قرار گیرد، می تواند قطعات فلزی موتور را خراب کند. این خوردگی منجر به افزایش هزینه های نگه داری می شود. مخلوط گازی بسیار مناسب است برای کوره های آشپزخانه، دیگ های آب و لامپ ها.
- مانند دیگر منابع انرژی تجدید پذیر ( به عنوان مثال خورشید، باد ) نسل بیوگاز نیز تحت تاثیر آب و هوا است. دما مطلوب مورد نیاز باکتری ها برای هضم زباله حدود 37 درجه سانتی گراد است. در هوای سرد، هیدروژن نیاز به انرژی گرمایی برای حفظ یک منبع بیوگاز ثابت دارد.
- خطر آتش سوزی ( خروجی سیستم بیوگاز، گاز طبیعی است و این بدین معنی است که باید ملاحضات لازم را برای استفاده از این سیستم ها پیش بینی کرد ) و…
متأسفانه در ایران به دلیل در دسترس و ارزان بودن سوخت های فسیلی، پتانسیل بالای تولید بیوگاز از زیست توده با وجود شرایط مناسب چندان مورد توجه قرار نگرفته است. این در حالی است که 70 درصد حجم زباله های تولیدی در ایران را مواد آلی و قابل تجزیه زیستی تشکیل می دهند. مدیریت نامناسب محل های دفن زباله می تواند سبب تجمع حجم بالای شیرابه زباله شود که همزمان و پس از دفن زباله در این محل به وجود می آید. شیرابه زباله حاوی ترکیبات آلی و معدنی با غلظت بسیار زیاد و آلاینده های سمی فراوان می باشد. جلوگیری از نفوذ این شیرابه به بستر محل دفن و ارائه روشی جهت جمع آوری، نگه داری و از بین بردن آن، همواره به عنوان یک مشکل فنی مطرح بوده که هنوز در ایران روش قطعی و عملی برای حل آن ارائه نشده است. این امر می تواند سبب مخاطرات اساسی زیست محیطی ازجمله : آلودگی سفره های آب زیرزمینی، مخاطرات زیستی و غیره شود.
تولید برق از بیوگاز
برای اطلاعات بیشتر می توانید از این منابع نیز استفاده کنید :
Study of the energy potential of the biogas produced by an urban waste landfill in Southern Spain-
Solid-state anaerobic digestion for methane production from organic waste-
Investigation of BiogasProduction Process by the Mixture of Landfil Leachateand Animal Waste-
Comparative results in biogas production using municipal biodegradable waste for green gas emissions reduction-
SUSTAINABLE DEVELOPMENT OF ROMANIAN CITIES THRU BIOGAS PRODUCTION FROM MUNICIPAL WASTES AND APPLICATION IN CO-COMBUSTION PROCESSES
- تکنولوژی های استفاده از انرژی بیوگاز تولیدی حوزه های دفن زباله شهری از فریبرز کریمی، مجتبی هراتیان
- استفاده از انرژی بیوگاز زباله های شهری به عنوان سوخت جایگزین از عبدالرضا کرباسی و اکبر باغوند
- تولید بیوگاز از زباله آشپزخانه و کود گوسفند در مقیاس آزمایشگاهی از کبری صالحی، سید معصوم خضرایی، فاطمه السادت حسینی، فرنوش خسروانی پور مصطفی زاده
مشاهده ادامه این مطلب فقط برای اعضای سایت فراگیر علمی تخصصی محیط زیست فراهم می باشد. خواهشمنداست جهت مشاهده کامل این نوشته، ثبت نام کنید و به حساب کابری خود وارد شوید. ثبت نام در اینجا کاملاً رایگان است.
مشاهده ادامه این مطلب فقط برای اعضای سایت فراگیر علمی تخصصی محیط زیست فراهم می باشد. خواهشمنداست جهت مشاهده کامل این نوشته، ثبت نام کنید و به حساب کابری خود وارد شوید. ثبت نام در اینجا کاملاً رایگان است.
