الغاز الحيوي

biogas

مع نضوب الموارد الطبيعية نتيجةً لتزايد متطلبات الإنسان، بات من الضروري البحث بشكل جدي عن مصادر جديدة للطاقة أكثر صداقة للبيئة واستغلالها في إنتاج الطاقة والسماد، من أهم هذه المصادر هو الغاز الحيوي، لذلك يجب الإلمام بتعريف، وأهمية، واستخدمات البيوغاز.

---

ما هو الغاز الحيوي؟

إن موضوع الغاز الحيوي هو موضوع قديم جديد حيث اكتشف الميثان (وعرف بالهواء القابل للاشتعال) منذ أكثر من 200 عام وعثر عليه حيثما كان هناك تحلل وتخمر الهوائي، فقد أثبت العالم ف.زأوميليانسكي تشكل الميتان في طمي المستنقعات والبحيرات والأنهار والبحار تتسبب بها بكتيريا اللاهوائية عبر عملية حيوية، و منذ عام 1973 اكتشف في الصين، ثم في الهند ومنها انتشر وبشكل متسارع بالعالم ليصبح على شكل شركات ضخمة ومتخصصة لتأمين طاقة ذات دور في حماية البيئة وتأمين فرص عمل وغيرها.

تعريف الغاز الحيوي

يمكن تعريف الغاز الحيوي بأنه الغاز الناتج عن تحلل المادة العضوية بطريقة التخمير اللاهوائي ضمن طرائق مخصصة، ويتشكل غاز الميثان (CH4) أغلبه وهو بلا لون وبلا رائحة وغير مضر يقوم بتطاير بالهواء لأعلى لكون أوزانه أخف من الهواء (نصف كثافة الهواء).

---

مزايا الغاز الحيوي

1. الحصول على طاقه ثمينة (كهرباء – حرارة) ورخيصة نسبيًا تستخدم في أعمال الطهي والإنارة والألة الزراعية و غيرها.
2. تخفيف الحمل على الجو المحيط المثقل بغاز الميتان والأمونيا.
3. حماية البيئة بالتخفيف من ظاهرة الاحتباس الحراري وحدوث التغيرات المناخية عن طريق حرق غاز الميتان CH4 وتحويله الى غاز الكربون CO2.
4. تحقيق قيمه ربحية إضافية للفالح من خلال استثمار الغاز وسماد الغاز الحيوي الناتجين وتأمين حاجته المنزلية.
5. بعد تصفية الغازات الناتجة ووصولا لجودة غازات الميتان الطبيعية يمكن استخدامها كوقود للسيارة ووسائل النقل المختلفة.
6. توفير فرص عمل إضافية في مناطق المنشآت الكبيرة لإنتاج الغاز الحيوي.
7. إمكانية تحويل الميثان إلى غاز الميتانول.
8. كذلك تشير تحاليل سماد البيوغاز إلي احتوائه على فيتامين B12 حيث إن نمو البكتيريا بالمخمر يتطلب تواجد هذا الفيتامين.
9. كما تحتوي الأسمدة على منظم النمو والهرمون النباتي الطبيعي.

اقرأ أيضًا: أهمية الكيمياء العضوية 

---

مزايا سماد الغاز الحيوي

ينتج عن وحدة الغاز الحيوي سماد قوي له عدة مزايا وهي:

1. التخلص من المخلفات الحيوانية والنباتية والصناعية والمنزلية العضوية وصعبة التحلل.
2. الحد من روائح تلك المخلفات الناتجة عن انطلاق غاز الميثان نتيجة تحللها خارج الوحدة.
3. الحصول على سماد عضوي نظيف عالي الجودة استخدامه آمن لكونه خالي من الحشرات والأمراض والبذور الغريبة بسبب التخمر اللاهوائي الكامل.
4. التخفيف من استخدام الأسمدة والمبيدات الكيميائية ومياه الري.
5. الحصول على منتج سليم ونظيف وبيئة سليمة صحيا لسكان المنطقة.
6. تعديل خصوبة التربة السورية التي تتراوح حول 1% سبب المناخ السائد بالمنطقة، لاحتوائه على فيتامين ب ومنظمات النمو والهرمونات النباتية الطبيعية اللازمة لنمو النبات وتحقيق زيادة في الإنتاج بين 10-28% وتزداد النشاطات الإنزيمية في التربة مثل: (انزيمات اليورياز، والفوسفتاز، والغلوكوكيناز Glucokinase) عند إضافة سماد البيوغاز للتربة.
7. ذو أهميه في تحسين خواص التربة الفيزيائية والكيميائية (تحببها، نفاذيتها، سعتها الحقلية).
8. الحد من تلوث المياه الجوفية وحفظ رطوبة التربة.
9. سهولة امتصاصه من قبل النبات، وسرعة في استجابة النمو والإثمار كون العناصر الغذائية اللازمة منحلة بعملية التخمير في السماد الحيوي السائل.
10. التوفير في مياه الري بحدود 50-25 بالمئة المواد الأولية.

اقرأ أيضًا: قائمة بأهم أنواع الكيمياء

أهمية الغاز الحيوي في سوريا

في سوريا كغيرها أصبح من الضرورة إنتاج الغازات الحيوية التي تخلص أهالي الريف من جهد استبعاد النفايات، والتأمينات، والوقود، والكهرباء، والأسمدة النظيفة الخالية من الرائحة الكريهة، والحشرات الضارة، والجراثيم المميتة للنباتات، وبذور العشب الغريب، والتمتع ببيئات نظيفة تغنيها عن الاحتطاب من الغابة الذي يؤدي لتغير مناخي والذي يؤدي بدوره إلى التصحر. بذلك ساهمت الغازات الحيوية في التطور البيئي الريفي وتحقيق دخل إضافي للفلاحين. يبدأ إنتاج الغازات الحيوية في سوريا أو أي بلد من مستوى مختلف يبدأ من محطات صغيرة لإنشاء الطاقات من أجل تلبية الحاجات المحلية، والانتهاء بالمنشأة الضخمة العمالقة للطاقات المركزية لإمدادات الغاز والكهرباء للشبكات الوطنية.

استخدامات البيوجاز في سوريا

• تشغيل موقد متوسط الشعلة لمدة 2-3 ساعة.
• تشغيل دفاية مزرعة دواجن طول 60 سم لساعتين.
• توليد طاقه كهربائية 1.3-1.5 ك. و.س.
• تشغيل مكواة ملابس لثالث ساعات.
• تشغيل فرن متوسط لساعتين.
• أيضا تشغيل كلوب قوة 100 واط لمدة 8-10 ساعة.
• تشغيل آلة احتراق داخلي (محرك) قدرتها حصان واحد لمدة 2 ساعة.
• أيضا تشغيل جرار زراعي وزنه 3 طن لمسافة 2.8 كم.
• تشغيل ثلاجة 10 قدم لمدة 2-1 ساعة.

اقرأ أيضًا: الأكسجين في الحياة

---

إنتاج البيوغاز والسماد العضوي

يتكون البيوغاز والسماد العضوي من مادة عضوية واحدة أو عدة مواد مختلطة مثل:

1. مخلفات أو روث الحيونات (خيول، طيور.. إلخ).
2. المخلفات نباتية مثل (بقايا الحصاد، قش الأرز، بقايا الذرة، والقطن، نواتج تقليم الأشجار، والثمار التالفة، وبقايا محاصيل الخضراوات والأعشاب).
3. مخلفات الإنسان مثل (المواد الصلبة في مياه الصرف الصحي، والمخلفات المنزلية).
4. المخلفات الصناعية مثل (مخلفات صناعة المواد الغذائية، ومخلفات المشروبات وتجهيز الخضر والفواكه، ومخلفات المسالخ).

---

طرق إضافة السماد إلى النباتات

تتم إضافة سماد الغاز الحيوي إلى النباتات بعدة طرق أهمها:

1. الرش على أوراق النباتات على شكل رذاذ.
2. تحويل سماد الغاز الحيوي إلى كمبوست يستخدم عند الحاجة.
3. إضافة سماد البيوغاز إلى مياه الري مباشرة.

اقرأ أيضًا: تحليل غازات الدم

---

إنتاج الغاز الحيوي

نماذج لوحدات إنتاج الغاز الحيوي

1.  النوذج الهندي: ذو خزان غاز متحرك وأكثر أمان من الصيني كونه يخزن الغاز تحت ضغط ثابت يسبب تحرك القبة.
2. النموذج الصيني: ذو القبة الثابتة وهو أقل تكلفة، لكنه أكثر خطرًا من الهندي حيث يسبب تزايد ارتفاع الضغط بتخزين كمية أكبر من الغاز، لذلك هو بحاجة لحذر أكثر.
3. المختلط: ويتألف من مزاوجة بين الشكلين السابقين.
4. النفقي: وهو كالمختلط، وله استخدامات خاصة.

مكونات وحدة إنتاج الغاز الحيوي

تتكون وحدة البيوغاز من أربعة أجزاء رئيسية:

حوض التغذية (حوض الدخول)

وهو الجزء الذي توضع فيه مخلفات الحيوان والمواد الأولية، وتخلط فيه المواد مع الماء وهو غالبًا يكون بقطر متر وارتفاع 0.6 م، ينقل بعدها المخلوط عن طريق أنبوب بأسفل الحوض ذو قطر كبير (حوالي 6 إنش) إلى المخمر، ويجب أن يكون أعلى من حوضي التخمير وتجميع السماد الناتج، ويكون مزود بخلاط معدني يدوي لمزج المادة العضوية مع الماء اللازم.

المخمر أو الهاضم

وهو الجزء الذي تجمع فيه المواد العضوية القادمة من حوض التغذية وتترك فيه حتى تتخمر بواسطة البكتيريا اللاهوائية ولمدة معينة بين 25 و60 يوم حسب طبيعة المادة العضوية المستخدمة. يجب أن تكون محكمة الإغلاق ومزود بأنبوب لخروج السائل المتخمر إلى حوض التجميع على ارتفاع 10-20 سم عن أرضية المخمر، بالإضافة إلى فتحة في الأعلى بقطر واحد إنش مزود بأنبوب لخروج الغاز الحيوي إلى خزان تجميع الغاز الحيوي بواسطة أنابيب بلاستيكية. يجب عزل المخمر في الأماكن الباردة لتمكين البكتريا اللاهوائية من النمو وقيامها بعملية التخمير واستمراريتها.

خزان الغاز

وهو خزان معدني غالبا يكون متحرك للحفاظ على ضغط الغاز الحيوي، يجمع فيه الغاز ومنه يتم توزيعه على أجهزة الوقود والإنارة وغيرها بواسطة أنابيب خاصة مزودة بأساور وأجهزة قياس ضغط الغاز وتدفقه ومصائد بخار الماء.

حوض تجميع السماد العضوي (حوض الخروج)

وهو الحوض الإسمنتي الذي تنتقل اليه المواد السائلة بعد تخمرها وانطلاقة الغازات منها، وهو ما يسمى بالسماد العضوي الحيوي.

مراحل إنشاء وحدة الغاز الحيوي

1. الحفر: بعد تحديد موقع الوحدة يتم الحفر بالأبعاد المناسبة ووفق المخطط المعتمد.
2. صب القاعدة: بعد إنهاء أعمال الحفر وتسوية الأرض ووضع شبكة من حديد التسليح حسبما يبينه الشكل ومطابقة أرضية القاعدة للمخططات، يجري صب القاعدة بالإسمنت بشكل مستوي بسماكة 15 سم وتثبيت دليل خزان الغاز
3. بناء الجزء الكروي: استخدم البلوك القرميدي الجيد والحاد الأطراف لبناء الجزء الكروي لكي يتحمل الضغوط المطبقة عليه. كما يستخدم الإسمنت بمعدل حجم وحدة إسمنت لكل ثلاثة أحجام رمل، وذلك وفق التفاصيل التالية:
   • تحديد مركز الجزء الكروي.
   • تثبيت خيط من نقطة مركز الكرة بطول نصف قطر المخمر بحيث يحدد الطرف الآخر من الخيط شكل الكرة عند تحريكه في الاتجاهات المختلفة.
   • تحديد مكان الصف الأول باستخدام الخيط.
   • تنظيف مكان الجدار من الأتربة والرمال ثم يغسل بالماء ثم بمحلول الماء والإسمنت لتقوية الرابطة بين القرميد والقاعدة ويتم البدء ببناء الصف الأول.
   • الضغط على حجر القرميد بالدق الخفيف لتلامس الأطراف، كما يجب تقليل الفراغات بالدق الخفيف على أحجار القرميد من الأعلى.
4. بناء حجرة التغذية: يتم بناء غرفة التغذية بقطر متر وارتفاع 62 سم من أحجار القرميد العادي، بحيث تكون أعلى من حوضي التخمير وتجميع السماد المتخمر، و تزود بخالط يدوي من مقاطع الحديد الصناعي لخلط مخلفات التغذية مع الماء كما زودت الغرفة ببوابة خاصة.
5. تركيب خزان الغاز: يتم تركيب خزان الغاز بعد اختبار الوحدة بالماء.
6. تمديد شبكة الغاز: تم تمديد شبكة الغاز إلى أماكن الاستخدام ووضع مصافي المياه في الأماكن المناسبة، يمكن تغذية هذه الوحدة بكمية من الفضلات حتى 13 متر مكعب من المحلول نسبة المادة الجافة فيها 10% على شكل دفعة واحدة أو على شكل دفعات إسبوعية أو يومية.

مراحل عملية إنتاج البيوغاز

الهضم اللاهوائي يستهلك الكربون والهيدروجين والأوكسجين من المخلفات العضوية الطازجة وتبقى العناصر الغذائية المهمة للنبات مثل: الفوسفور، وتمر عملية إنتاج الغاز الحيوي بثلاث مراحل بيولوجية:

مرحلة التحلل

تقوم البكتيريا الهوائية بتحويل المركبات المعقدة الدهنية، والبروتينية، والكربوهيدراتية، بواسطة النشاط الإنزيمي إلى مركبات بسيطة التركيب (حموض أمينية) مما يؤدي لأكسدتها باستهلاك الأوكسجين.

الحامضية

تقوم البكتيريا اللاهوائية بإنتاج أحماض عضويه قصيرة السلسلة من المواد المتحللة بالمرحلة الأولى (حمض الخل، حمض الزبدة حمض البر، والبيون) وتحويل المواد الكربوهيدرات لإنتاج الكحوليات وبعض الغازات أهمها الهيدروجين.

تكوين الميثان

وهنا يبدأ نشاط بكتريا الميثان ضمن ظروف اللاهوائية بتحويل حمض الخل إلى غاز الميتان وغاز ثاني أكسيد الكربون وماء، ويتحد الهيدروجين مع غاز الكربون لينتج غاز الميثان والماء.

عوامل الأمان بوحدات إنتاج الغاز الحيوي

• البعد عن التدخين أو إشعال لهب فوق الأجزاء المكشوفة من وحدة البيوغاز.
• عدم الطرق بأشياء صلبة فوق الخزان أو علي الوصلة المعدنية.
• عدم الكشف عن تسريب الغازات باستخدام النار.
• التأكد من إغلاق المفاتيح الغاز عند عدم استخدام الغاز.

---

مما سبق تبين لنا تعريف وأهمية الغاز الحيوي في الوطن العربي لاسيما في سوريا، كذلك تم عمل توضيح مفصل لوحدات إنتاج الغاز الحيوي، وذلك لكونه طاقة بديلة وصديقة للبيئة، ورخيصة وضرورية لظروف الحياة العصرية.