ما هو الغاز الحيوي: كل ما تحتاج إلى معرفته

الغاز الحيوي هو مصدر طاقة متجدد ينتج من تحلل المواد العضوية في بيئة لا هوائية أو لا هوائية. إنه ما يسمى بالهضم اللاهوائي الذي يحدث عندما تقوم الكائنات الحية الدقيقة بتكسير مواد مثل فضلات الطعام والسماد الطبيعي وبقايا المحاصيل وحمأة الصرف الصحي وينتج عنه خليط غازي يتكون أساساً من الميثان (CH₄) وثاني أكسيد الكربون (CO₂)، إلى جانب كميات ضئيلة من كبريتيد الهيدروجين (H₂S) والأمونيا (NH₃) وغازات أخرى.

ويعد الميثان أكثر مكونات الغاز الحيوي قيمة، حيث أنه مصدر وقود عالي الكفاءة. وكلما زاد محتوى الميثان، زادت كثافة الطاقة في الغاز، مما يجعله بديلاً ممتازاً للوقود الأحفوري. يعمل الغاز الحيوي من نواحٍ عديدة مثل الغاز الطبيعي التقليدي، ولكن مع ميزة رئيسية تتمثل في كونه مستداماً ومحايداً للكربون.

ويحدث إنتاج الغاز الحيوي بشكل طبيعي في بيئات مثل المبادلات والأراضي الرطبة ومدافن النفايات والجهاز الهضمي للحيوانات. ومع ذلك، يسمح إنتاج الغاز الحيوي المتحكم به في المصانع بتوليد طاقة أكثر كفاءة أثناء إدارة النفايات. تقوم هذه المصانع بجمع النفايات العضوية وتغذية الكتلة الحيوية في خزانات محكمة الغلق تسمى الهاضمات اللاهوائية، حيث تتم العملية على أربع مراحل:

• يكسر التحلل المائي المركبات العضوية المعقدة إلى جزيئات أبسط مثل السكريات والأحماض الأمينية والأحماض الدهنية.

• يحول التكوُّن الحمضي الجزيئات الأبسط إلى أحماض عضوية وكحولات وهيدروجين وثاني أكسيد الكربون.

• ويحلل التكوُّن الحمضي كذلك الأحماض العضوية إلى حمض الأسيتيك وثاني أكسيد الكربون والهيدروجين.

• وينتهي التولد الميثاني بتحويل حمض الأسيتيك والهيدروجين إلى غاز الميثان وثاني أكسيد الكربون، مما ينتج عنه غاز حيوي.

وبمجرد إنتاجه، يمكن جمع الغاز الحيوي ومعالجته واستخدامه لتوليد الطاقة في مختلف التطبيقات التجارية والصناعية والخاصة.

في حين أن الميثان وثاني أكسيد الكربون هما دائمًا المكونان الأساسيان للغاز الحيوي، إلا أن نسبتهما في الصيغة النهائية يمكن أن تختلف تبعًا لمصادر الغاز الحيوي وظروف الإنتاج. وبالتالي، فإن بعض المواد الخام، مثل نفايات مدافن النفايات، تحتوي على نسبة أقل من الميثان (40-60%)، بينما تتميز مواد أخرى، مثل مخلفات الطعام أو السماد الطبيعي، بمحتوى أعلى من الميثان (55-75%) وكميات أقل من ثاني أكسيد الكربون والمواد المضافة الأخرى وفقًا لذلك.

تؤثر عدة عوامل رئيسية على التركيب النهائي للغاز الحيوي وكثافة الطاقة:

• درجة الحرارة: تزيد درجات الحرارة المرتفعة من إنتاج الميثان ولكنها تتطلب ظروفًا أكثر تحكمًا. درجة الحرارة المثلى للهضم اللاهوائي هي 35-55 درجة مئوية (95-131 درجة فهرنهايت).

• وقت الاستبقاء: كلما طالت مدة بقاء الكتلة الحيوية في الهاضم، كلما تكسرت بشكل كامل، مما يزيد من إنتاج الميثان.

• مستويات الأس الهيدروجين: يتراوح الأس الهيدروجيني المثالي لتكوين الميثان بين 6.5 و7.5. يمكن أن تؤدي الظروف الحمضية أو القلوية العالية إلى إبطاء إنتاج الغاز الحيوي.

• محتوى الرطوبة: يتطلب الهضم اللاهوائي مستوى رطوبة أعلى من 80% لتسهيل النشاط الميكروبي وإنتاج الغاز.

ومن خلال تحسين هذه العوامل، يمكن لمصانع الغاز الحيوي تعظيم إنتاج الميثان مع تقليل الملوثات إلى الحد الأدنى.

من خلال تحويل النفايات العضوية إلى طاقة قيمة، يوفر الغاز الحيوي مجموعة من الفوائد البيئية والاقتصادية والاجتماعية.

وعلى عكس الوقود الأحفوري الذي يعتبر محدودًا ويساهم في التدهور البيئي، فإن الغاز الحيوي هو مورد متجدد يمكن إنتاجه باستمرار طالما أن النفايات العضوية موجودة.

فبدلاً من ترك بقايا الطعام والمخلفات الزراعية ومياه الصرف الصحي والسماد الطبيعي تتحلل في مدافن النفايات، حيث تطلق غاز الميثان الضار في الغلاف الجوي، تقوم محطات الغاز الحيوي بالتقاط غاز الميثان واستخدامه في الطاقة، مما يقلل من النفايات ويمنع التلوث ويقلل من الروائح الكريهة.

من خلال احتجاز غاز الميثان من النفايات المتحللة واستخدامه في الطاقة، تقلل أنظمة الغاز الحيوي من الانبعاثات الضارة التي تساهم في تغير المناخ. بالإضافة إلى ذلك، ينتج عن احتراق الغاز الحيوي انبعاثات كربونية أقل بكثير مقارنة بالوقود الأحفوري. فهو يحترق بشكل نظيف وبأقل قدر من الدخان.

وبما أنه يمكن توليد الغاز الحيوي محلياً من الكتلة الحيوية المتاحة، فإنه يوفر الاستقلالية والأمن في مجال الطاقة، مما يقلل من الاعتماد على الوقود الأحفوري المستورد. وبالنسبة للمناطق الريفية، يمكن للمصانع الصغيرة الحجم أن تقلل من تكاليف الطاقة وتوفر المال على نفقات الوقود، وبالتالي دعم الاقتصادات المحلية.

لا يعد الغاز الحيوي مصدرًا نظيفًا فحسب، بل هو أيضًا مصدر طاقة متعدد الاستخدامات. إذن، كيف يعمل الغاز الحيوي؟ تشمل استخدامات الغاز الحيوي قطاعات مختلفة، مما يقلل من الأثر البيئي دون المساس بكفاءة الطاقة.

يُستخدم الغاز الحيوي على نطاق واسع لتوليد الكهرباء، مما يجعله مورداً قيماً لتزويد المنازل والمزارع والمصانع وحتى مجتمعات بأكملها بالطاقة من خلاله:

• محطات الغاز الحيوي واسعة النطاق التي تستخدم توربينات الغاز أو محركات احتراق الغاز الداخلية التي تغذي شبكات الكهرباء مباشرة.

• أجهزة هضم صغيرة الحجم توفر حلولاً للطاقة خارج الشبكة.

• أنظمة التوليد المشترك للطاقة التي تنتج الكهرباء والحرارة على حد سواء.

يساهم الوقود التقليدي مثل الحطب والفحم النباتي في إزالة الغابات وتلوث الهواء الداخلي، بينما يحترق الغاز الحيوي بلهب أزرق عديم الدخان، مما يحسن جودة الهواء ويقلل من المخاطر الصحية.

تقوم العديد من المنازل بتركيب أجهزة هضم الغاز الحيوي الصغيرة لإنتاج الغاز من فضلات المطابخ وروث الحيوانات. وتستخدم المصانع ومصانع تجهيز الأغذية الغاز الحيوي في الغلايات والمجففات والأفران، مما يقلل من الاعتماد على الوقود الأحفوري. حتى أن بعض المدن تستخدم الغاز الحيوي لتزويد العديد من المباني بالحرارة من خلال شبكات التدفئة المركزية.

يمكن ترقية الغاز الحيوي إلى غاز الميثان الحيوي، وهو شكل منقّى من الميثان له خصائص مماثلة للغاز الطبيعي، واستخدامه كوقود للنقل. وغاز الميثان الحيوي المضغوط هو وقود نظيف للحافلات والشاحنات وحتى سيارات الركاب. وفي المقابل، يُستخدم الميثان الحيوي المسال في المركبات الثقيلة والشحن كبديل متجدد للديزل.

وتستخدم الصناعات والمزارع الغاز الحيوي لتشغيل الآلات وتدفئة المرافق، فضلاً عن تقليل النفايات. بتحويل النفايات العضوية الخاصة بها إلى طاقة، تخفض الشركات التكاليف التشغيلية وتخلق دورات إنتاج صديقة للبيئة.

ومن المنتجات الثانوية القيّمة لإنتاج الغاز الحيوي نواتج الهضم. وعلى عكس الأسمدة الاصطناعية، فإن نواتج الهضم مليئة بالمغذيات الأساسية مثل النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم، مما يحسن صحة التربة ويعزز الزراعة المستدامة. ويستفيد المزارعون من انخفاض تكاليف الأسمدة مع الحفاظ على غلة المحاصيل العالية.

مع التقدم في التكنولوجيا، وزيادة الاستثمارات في الطاقة المتجددة، والوعي البيئي المتزايد، يبدو مستقبل الغاز الحيوي واعدًا، مع إمكانية قوية لإحداث ثورة في كيفية توليد الطاقة وتخزينها واستخدامها.

• ومع الدور المتزايد للهيدروجين في تكنولوجيا الطاقة النظيفة، يمكن أن يصبح الغاز الحيوي مساهمًا رئيسيًا في اقتصاد الهيدروجين، حيث يعمل كمادة وسيطة رئيسية لإنتاج الهيدروجين.

• ويُعد الغاز الحيوي مساهمًا كبيرًا في تحقيق الأهداف المناخية العالمية، لا سيما في الحد من انبعاثات الميثان وإزالة الكربون من الصناعات.

• من خلال إغلاق حلقة النفايات العضوية، يتماشى الغاز الحيوي تمامًا مع نموذج الاقتصاد الدائري، حيث يتم إعادة استخدام النفايات وإعادة تدويرها وتحويلها إلى موارد قيمة بشكل مستمر.

تنجذب العديد من الشركات في جميع أنحاء العالم نحو التحول إلى مصادر الطاقة البديلة للحد من انبعاثات الكربون مع الحفاظ على عمليات فعالة من حيث التكلفة. ومع ذلك، يتطلب هذا الأمر تكنولوجيا فعالة وعالية الأداء تضمن التكامل السلس وتحقيق أقصى قدر من إنتاج الطاقة. وهنا يأتي دور I-Maximum. سواءً كنت تفكر في الميثان الحيوي المشتق من الغاز الحيوي أو غاز البترول المسال، فإننا نقدم أحدث حلول الطاقة المبنية حول خلاطات الميثان الحيوي أو خلاطات الفنتوري، مما يضمن الاحتراق الفعال وأقصى إنتاجية للطاقة. يمكننا تصميم نظام مخصص من الصفر وهندسته وتركيبه أو توفير خيار تكامل متقدم من شأنه أن يرتقي بنظام إمداد الطاقة الحالي لديك إلى مستوى جديد. سنساعدك على الاستفادة من مستقبل أكثر اخضراراً دون التضحية بكفاءة الطاقة وربحية أعمالك.

وبفضل قدرته على توليد الطاقة النظيفة، والحد من النفايات، ومكافحة تغير المناخ، وتعزيز الاستدامة الاقتصادية، يعد الغاز الحيوي لاعبًا رئيسيًا في التحول العالمي نحو مستقبل أكثر اخضرارًا. فالاستثمار في الغاز الحيوي لا يعود بالنفع على الشركات والمجتمعات فحسب، بل يساعد أيضًا على إنشاء نظام طاقة أكثر مرونة وصديق للبيئة.