تولید بیوگاز از ضایعات کشاورزی گامی در جهت جايگزيني سوخت هاي فسيلي با انرژي هاي تجديد پذير

 

تولید بیوگاز از ضایعات کشاورزی گامی در جهت جايگزيني سوخت هاي فسيلي با انرژي هاي تجديد پذير

حميد آقاگل زاده ^1وعادل رنجي²(*)عارف شعبانپور ماه سايه³و هانیه کریمی روزبهانی⁴و  مهدي فرجپور خاناپشتاني⁵

 

1-کارشناس ارشد رشته مکانیک ماشینهای کشاورزی-مركز ترويج و توسعه تكنولوژي هراز     

  E. mail address: [e-mail]

2-كارشناس رشته مکانیزاسیون کشاورزی-مرکز آموزش کشاورزی تنکابن(سلمانشهر)

E. mail address: [e-mail]      

3-دانشجوي كارشناسي رشته زراعت و اصلاح نباتات-دانشگاه گیلان

4-کارشناس رشته ژنتیک-دانشگاه آزاد اسلامی تنکابن

5-ديپلم رشته ساختمان-دبیرستان شهید خسرو کیایی کلاچای

چكيده:

مشکل انرژي امروزه يکي از مشکلات اساسي تمامي کشورهاي جهان بخصوص کشورهاي در حال توسعه مي ‏باشد. سوخت رساني به روستاهاي دور افتاده حتي در کشوري مانند ايران که منابع غني انرژي را در اختيار دارد ‏بسيار مشکل و هزينه بر مي باشد. استفاده از انرژي هاي تجديد پذير و محلي يکي از راه حلهايي مي باشد که ‏امروزه پيشنهاد مي گردد. بيوگاز يکي از اين انرژي هاي تجديد پذير مي باشد كه بعنوان يكي از منابع عمده تأمين انرژي در دنيا مطرح است و اين گاز را هم بطور مستقيم در تأمين انرژي حرارتي و روشنايي و هم بعنوان يك گزينه مناسب براي استفاده در مولدهاي احتراق داخلي، ميكروتوربينها، پيلهاي سوختي و... جهت توليد برق مورد استفاده قرار مي‌دهند. در كشورمان ايران نيز تحقيقات گسترده‎اي در زمينه كاربرد بيوگاز در حال انجام است؛ لذا استفاده از بيوگاز چشم انداز بسيار روشني را در آينده براي بخش انرژي كشور ترسيم مي‎نمايد.استفاده از بيوگاز علاوه بر سالم سازي محيط زيست و تهيه كود غني و توليد گاز سوختي، از نقطه نظر اقتصادي داراي اهميت بسيار زيادي است.با ساخت و توسعه نيروگاههاي بيوگاز علاوه بر تأمين بخشي از انرژي مورد نياز كشور، مي‌توان گامي موثر در زمينه بحران عظيم ناشي از زباله‌هاي شهري و كاهش انتشار آلايندههاي زيست محيطي برداشت كه داراي اثرات اقتصادي و اجتماعي چشمگيري خواهد بود.

واژه‎هاي كليدي: بيوگاز ـ ضایعات کشاورزی ـ انرژي هاي تجديد پذير ـ سوختهاي فسيلي

مقدمه

رشدوتوسعه جوامع انسانی همواره موازی باتولیدومصرف انرژی بوده است.طبیعی است که باتوجه به افزایش سالانه مصرف انرژی ازیک سو وکاهش مستمرمنابع انرژیهای فسیلی ازسوی دیگر،مهمترین دغدغه بشر چگونگی تأمین انرژی درسالهای آتی می باشد.منابع انرژی فسیلی هرگزجوابگوی بشربرای ادامه بقا،تکامل وتوسعه نخواهدبود.یکی ازدلایل این امر،محدودیت ومرغوبیت انرژیهای فسیلی است. نبایدفراموش کردکه سوختهای فسیلی ازنوع انرژی شیمیایی متمرکزهستندوبه یقین،کاربردهایی بهتروبه صرفه ترازاحتراق دارند. دومین مسأله،بروزمشکلات زیست محیطی ودرپی آن تغییرات نامطلوب اقلیمی وپدیده گرم شدن زمین است. حفظ سلامت اتمسفر، خاک ومنابع آبی ازمهمترین پیش شرطهای توسعه اقتصادی پایداراست ودرنبودآنها،حیات نوع بشرزیرسؤال خواهدبود.رویارویی بااین حقایق،درمجموع استفاده ازمنابع جدیدانرژی رابه جای منابع فسیلی امری الزامی ساخته است. سیستمهای جدیدانرژی درآینده بایدمتکی به تغییرات ساختاری وبنیادی باشندکه درآن منابع انرژی بدون کربن مورداستفاده قراربگیرند.اگرچه درایران پژوهشهای زیادی در خصوص استفاده از فناوریهای مربوط به انرژیهای تجدیدپذیرانجام گرفته است،امابه دلایل مختلفی ازجمله نبودسیاستهای حمایتی درسطح جهانی،منطقه ای ومحلی،حجم پایین سرمایه گذاری وبیگانگی فرهنگی مردم بااین مقوله،روند نفوذو توسعه انرژیهای نوبسیارکندومحدوداست.

مواد و روش ها

بيو گاز يکي از انرژي هاي تجديد پذير مي باشد كه بعنوان يكي از منابع عمده تأمين انرژي در دنيا مطرح است.اين گاز را هم بطور مستقيم در تأمين انرژي حرارتي و روشنايي و هم بعنوان يك گزينه مناسب جهت توليد برق در ژنراتورهاي گازي ،مولدهاي احتراق داخلي، ميكروتوربينها، پيلهاي سوختي و...بكار برد.این گاز سوخت تميزي است كه ايجاد آلودگي زيست محيطي نمي‎كند.اين مخلوط گازي كه از تخمير مواد زايد آلي در شرايط بيهوازي حاصل مي‎شود داراي ميزان70-60 درصد متان، 40-30 درصد دي ‎اكسيد كربن و مقادير ناچيزي از گازهاي ديگر مانند هيدروژن، نيتروژن، اكسيژن، منواكسيد كربن و سولفيد هيدروژن است .بيوگاز منبع با ارزشي از انرژي است كه اغلب به هدر مي‎رود. اگر متان با ايمني كامل جمع آوري شود و بدرستي ذخيره گردد، مي‎تواند منبع مهمي از انرژي باشد.استفاده از مواد فسادپذير اعم از مايع و جامد از يكسو و سادگي عمل با توجه به هزينه هاي كم و كاربرد متنوع دستگاه هاي بيوگاز از سوي ديگر سبب شده تا ساختمان آنها در بسياري از كشورها از جمله هند، نپال، ژاپن و چين و بسياري از كشورهاي اروپايي به صورت يك تكنولوژي ساده و سنتي مورد بهره برداري قرار گيرد. اهميت اين تكنولوژي را مي توان در توليد انرژي ،كاهش آلودگي، بهبود كيفيت كود ونابودي بذر علف هاي هرز عنوان نمود.

فرآیند توليد بيوگاز

بيوگاز در اثر تخمير و تجزيه بيهوازي مواد آلي بوسيله باكتريهاي بيهوازي بويژه متان‎زا كه در يك محفظه تخمير می باشند بوجود مي‎آيد. در فرآيند هضم بي‌هوازي تركيبات آلي، مولكول‌هاي درشت زنجير شكسته شده و به مولكول‌هاي ساده‌تر تبديل مي‌شوند. اين گاز شامل دو جزء عمده متان و دي‌اسيدكربن به همراه مقادير جزيي ناخالصي نظير H2S ، بخار آب و N2 و... است.  اين مخلوط گازي داراي ارزش حرارتي kcal5290 به ازاي هر مترمكعب بوده و در صورت تبديل به الكتريسيته با استفاده از موتورهاي موجود مي‌توان 2-5/1 كيلووات‌ الكتريسيته از هر مترمكعب آن به دست آورد.
مكانيسم توليد بيوگاز در فرايند هضم بي‌هوازي نسبتاً پيچيده و تحت تأثير عوامل شيميايي و بيوشيميايي متنوعي است، اين مكانيسم به طور كلي به سه مرحله تقسيم مي‌شود.
مرحله اول: هيدروليز مواد آلي پيچيده و نامحلول و تبديل اين مواد به تركيبات محلول
مرحله دوم: تركيبات آبي محلول حاصل از مرحله اول به وسيله باكتريهاي اسيدساز شكسته شده و در نتيجه اسيدهاي آلي توليد مي‌شود. معمولاً‌ هيدروكربن‌هاي پنج و شش كربني در آب حل شده و توسط باكتريهاي اسيدساز مورد مصرف واقع شده و به تركيباتي از قبيل هيدروژن، فورمات، استات، پروپيونات و گازكربنيك تبديل مي‌شوند.
مرحله سوم: تمام تركيبات آلي و اسيدهاي توليد شده در مرحله اسيدسازي توسط باكتريهاي متان ساز به بيوگاز تبديل مي‌شوند.
عمل هضم بيهوازي در محدوده دمايي نسبتاً‌ وسيع 60-10 سانتي‌گراد صورت مي‌گيرد . مناسبترين درجه حرارت براي توليد بيوگاز از نظر فني و اقتصادي حدود 37 درجه سانتيگراد است.

مزاياي توليد بيوگاز
1-بیوگاز فاقد آلودگي زيست محيطي بوده و بدون دود و بو مي‎سوزد.

2-كميت و كيفيت نيتروژن موجود در كود حاصل از تأسيسات بيوگاز به مراتب بهتر و غني‌تر از كودي است كه از شيوه‎هاي متداول از مواد گياهي بدست مي‎آيد.
3-از نظر اقتصادي پساب حاصل از مخازن هاضم مي‎تواند جايگزين مناسبي براي كودهاي شيميايي باشد؛ بعلاوه نيتروژن موجود در كود حاصل از فرايند بيوگاز عاري از بوهاي زننده است؛ در ضمن موجب بهبود خاك و افزايش محصولات كشاورزي نيز مي‎گردد.
4-اين گاز احتياجات سوختي و روشنايي خانوارها را تأمين مي‎نمايد؛ در ضمن علاوه بر حفاظت از محيط زيست، موجب صرفه جويي در وقت افراد خانواده جهت تأمين مواد سوختني نيز مي‎شود.
5-جايگزين بسيار مناسبي براي سوختهاي انرژي‎زا محسوب مي‎شود و همواره در دسترس بوده و نيز اقليم تأثير چنداني در كاربري آن ندارد.
6-يكي از مزاياي استفاده از بيوگاز، پايين بودن ميزان آلودگي حاصل از سوختن آن در مقايسه با ساير سوختهاي فسيلي مي‎باشد.
7-تأسيسات بيوگاز موجب حفظ مراتع و جنگلها و صرفه‌جويي در استفاده از سوختهايي همانند چوب، زغال سنگ يا نفت مي‎شود و معمولاً فضولات حيواني و گياهي كه خطرات جدي را براي سلامتي بشر به همراه دارد، به كودهاي آلي تبديل مي‎كنند.
8-بيوگاز يك منبع سوختي جديدي جهت مكانيزه كردن كشاورزي و صنايع روستايي محسوب مي‎شود.
ضایعات وپسماندهای کشاورزی برای تولید بیوگاز

افزایش مواد زائد در جهان اعم از مایع یا جامد و تولید بیوگاز از این مواد ، با توجه به سهولت فناوری و ساخت دستگاه تولید بیوگاز در شرایط غیرهوازی سبب شده است که تولید مصرف آن در بسیاری کشورها به دو صورت (صنعتی وسنتی) مورد توجه قرار گیرد.
در ارتباط با پدیده ی گلخانه ای که مسئله روز جهانی است ، گفته می شود در جهان سالانه حدود 74 میلیون تن گاز متان از فضولات دامپروری وضایعات وپسماندهای کشاورزی و40 میلیون تن از این گاز تنها از زباله های شهری خود به خود تولید می شود و در جو زمین پراکنده می گردد و محیط زیست را آلوده می سازد. جمع آوری این مواد زائد و تولید گاز متان با استفاده ازدستگاه های بیوگاز به خوبی امکان پذیراست.با توجه به این که در کشورهای در حال توسعه رشد جمعیت بیش از افزایش منابع غذایی می باشد کشاورزان این کشورها می بایست برای واژگون ساختن این روند بحرانی از روش های کشاورزی کارآمدتری بهره گیرند.پژوهش دهندگان در کشورهای صنعتی، بزرگترین مصرف کننده غلات و کنجاله سویا هستند. طبق تحقیقات انجام شده 50 درصد از محصول غله جهان به مصرف خوراک دام می رسد که این مقدار محصول برای تغذیه 10 میلیارد نفر از مردم جهان ، رقمی که انتظار می رود جمعیت جهان در این مقدار تثبیت شود ، کفایت می کند .در کشورهای در حال توسعه عده ای از مردم طرفدار یک نظام یک پارچه بر پایه باز چرخش هستند که در این نظام کشاورزان برای تغذیه دام های خود به کشت گیاهان و باز چرخش پسماند های تولید شده می پردازند .این گردش دارای سودهای اقتصادی و بوم شناختی فراوانی می باشد. از فضولات حیوانی و ضایعات کشاورزی بیوگاز تولید می شود که برای خوراک پزی ،گرما و روشنایی استفاده می شود و پسماند آن نیزبه کمپوست و کود حیوانی تبدیل می گردد.
ضرورت توسعه انرژي هاي تجديدپذير
دسترسی كشورهای درحال توسعه به انواع منابع جدید انرژی، برای توسعه اقتصادی آنها اهمیت اساسی دارد و پژوهش های جدید نشان داده كه بین سطح توسعه یك كشور و میزان مصرف انرژی آن، رابطه مستقیمی برقرار است. با توجه به ذخایر محدود انرژی فسیلی و افزایش سطح مصرف انرژی در جهان فعلی، دیگر نمی توان به منابع موجود انرژی متكی بود. دركشورما نیز، با توجه به نیاز روز افزون به منابع انرژی و كم شدن منابع انرژی فسیلی، ضرورت سالم نگه داشتن محیط زیست، كاهش آلودگی هوا، محدودیت های برق رسانی و تأمین سوخت برای نقاط و روستاهای دورافتاده و... استفاده از انرژی های تجديد پذير می تواند جایگاه ویژه ای داشته باشد. امروزه، بحران های سیاسی، اقتصادی و مسائلی نظیر محدودیت دوام ذخایر فسیلی، نگرانی های زیست محیطی، ازدحام جمعیت، رشد اقتصادی و ضریب مصرف، همگی مباحث جهان مشمولی هستند كه با گستردگی تمام، فكر اندیشمندان را در یافتن راهكاهای مناسب در حل مناسب معضلات انرژی در جهان، به خصوص بحران های زیست محیطی، به خود مشغول داشته است. بدیهی است امروزه، پشتوانه اقتصادی و سیاسی كشورها، بستگی به میزان بهره وری آنها از منابع فسیلی دارد و تهی گشتن منابع فسیلی، نه تنها تهدیدی است برای اقتصاد كشورهای صادركننده، بلكه نگرانی عمده ای را برای نظام اقتصادی ملل وارد كننده به وجود آورده است. بیشترممالك جهان به اهمیت و نقش منابع مختلف انرژی، به ویژه انرژی های تجدیدپذیر(نو) در تأمین نیازهای حال وآینده پی برده وبه طور گسترده، در توسعه بهره برداری از این منابع، تحقیقات وسیع و سرمایه گذاری های اصولی می كنند. با توجه به این گونه گرایش های اساسی و فزاینده در زمینه استفاده از انرژی های تجدیدپذیر و فناوری های مربوط در كشورهای صنعتی و درحال توسعه وایران نیز لازم است راهبردها و برنامه های زیربنایی و اصولی تدوین شود.            
نتيجه گيري و ارائه راهكار

باتوجه به افزایش سالانه مصرف انرژی وکاهش منابع انرژیهای فسیلی می توان گفت منابع انرژی فسیلی هرگزجوابگوی بشربرای ادامه بقا،تکامل وتوسعه نخواهندبود.از طرفی افزایش مواد زائد ، فضولات دامپروری وضایعات وپسماندهای کشاورزی در جهان که عوامل بسیار مهمی درتشکیل پدیده ی گلخانه ای می باشند و محیط زیست را نیز آلوده می سازندنیز به عنوان عوامل تحدید کننده ای در مسیر زندگی بشر می باشند.بدین منظور می بایست با یک برنامه ریزی دقیق و کارآمد با کنترل و مدیریت صحیح و جايگزيني سوخت هاي فسيلي با انرژي هاي تجديد پذير بالاخص تکنولوژی بیوگاز که اهميت اين تكنولوژي را مي توان در توليد انرژي ،كاهش آلودگي، بهبود كيفيت كود ونابودي بذر علف هاي هرز عنوان نمود ،علاوه بر استفاده بهینه و مناسب از آن حفظ سلامت اتمسفرو جلوگیری از تخریب محیط زیست را در دستور کار قرار داد. در اين راستا پیشنهادات و راهكارهاي زير توصيه مي‌گردد:

* حفظ سلامت اتمسفر، خاک ومنابع آبی استفاده ازمنابع جدیدانرژی رابه جای منابع فسیلی امری الزامی می سازد.

*تأسيسات بيوگاز موجب صرفه‌جويي در استفاده از سوختهايي فسیلی مي‎شوند و معمولاً فضولات حيواني و گياهي كه خطرات جدي را براي سلامتي بشر به همراه دارد، به كودهاي آلي تبديل مي‎كنند.

* سیستمهای جدیدانرژی درآینده بایدمتکی به تغییرات ساختاری وبنیادی باشندکه درآن منابع انرژی بدون کربن مورداستفاده قراربگیرند.

*تكنولوژي بيوگاز از نقطه نظر اقتصادي قابل قبول می باشد و بر اساس يك روند طبيعي، اين گاز بدون صرف هيچ هزينه‎اي توليد مي‎گردد؛ اما كنترل، بهينه‎سازي و بهره برداري از اين گاز متضمن صرف هزينه مي‌باشد.

*كميت و كيفيت نيتروژن موجود در كود حاصل از تأسيسات بيوگاز به مراتب بهتر و غني‌تر از كودي است كه از شيوه‎هاي متداول از مواد گياهي بدست مي‎آيد.
*از نظر اقتصادي پساب حاصل از مخازن هاضم مي‎تواند جايگزين مناسبي براي كودهاي شيميايي باشد

*توليد انرژي الكتريكي حاصل از سوخت بيوگاز بسيار اقتصادي‌تر از سوزاندن مستقيم اين گاز است.
 *با احداث نيروگاههاي بيوگاز ضمن جمع آوري و كنترل پسماندهای کشاورزی وآلايندههاي زيست محيطي و كمك به حفظ بهداشت و سلامت عمومي جامعه مي‎توان بخشي از انرژي الكتريكي و حرارتي مورد نياز را تأمين نمود.

منابع:

1-اميري ن‍ژاد؛علي اشرف،جايگزيني انرژي بيوگاز جاي سوختهاي فسيلي در ايران،مجموعه سومين همايش بهينه سازي مصرف سوخت در ساختمان

2-رسولي كوهي،مجتبي،صفائي،بتول،طالقاني،گيتي،شعباني كيا،اكبر،بررسي فني اقتصادي فناوري بيوگاز در ايران،دومين همايش بهينه سازي مصرف سوخت در ساختمان

3-روانبخش ، مکرم،بررسی جایگاه ایران در توسعه پایدار زیست محیطی، چالشها و راهکارها

4-ساسه،لودويك(1374)تاسيسات واحدهاي بيوگاز،ترجمه نجف پور،قاسم،دانشگاه صنعتي اميركبير

5-شكيبي،خشايار . شعباني‌كيا، اكبر. نظري ،علي. شناخت بيوگاز و راكتورهاي بيوگازي سرعت بالا براي احداث نيروگاه با سوخت زباله‌هاي شهري و پسماندهاي آلي فسادپذير

6-عشقي ملايري، بهروز. (1384). "مجموعه مقالات دومين کنفرانس روش هاي پيشگيري از اتلاف منابع ملي" ،فرهنگستان علوم جمهوري اسلامي ايران

7-گودرزي، كوروش . كشتار جعفري، امير . خاكپور،حامد كنترل آلودگي هوا در اثر وجود زباله ها با استفاده از نيروگاه بيو گاز  

8- محمدي‌ اردهالي، مرتضي. (1382). "مفاهيم بهينه‌سازي مصرف انرژي"، مجله اقتصاد انرژي، شماره آبان
9-مقدم، محمدرضا. (1383). "اصلاح سبد انرژي ايران تا سال 1400" ، انتشارات نگاه شرقي سبز

10-نشريه علمي ،فني مهندسي ره شهر،بيوگاز ثروتي در پسماندها،شماره 116

 

 

 

 

 

 

 

Producing Biogas from Agricultural derbies is one step to replacing fossil fuels with recoverable Energies

 

1. H. Aghagolzade (Instructor of Haraz Agricultural extension and Development Center)

2.A. Ranji (Mechanization Expert)

3.A.shabanpour(Student in plant Agricultural reform )

4.H.Karimi Rouzbahani(Geneticist)

5.M.Farajpour(construction diploma)

 

Nowadays Energy supplying is the most important Problem in the world,Spacially in Developing Countries. Supplying Energy in Rural area and villages in Iran and other Countries which are rich from energy resources aspect is more expensive . so that for these countries, using local energy resources and recoverable energy recommended.

Biogas is one of recoverable energy that today’s counted as a energy resource, all of the world. This energy can be used for heating and lightning directly, also can be used for internal combustion engines, Micro turbines, turbo pumps and so on.

Recently a wide research was take placed and currently are taking place in the field of Biogas producing and developing. It seems that in the next we can gain more success in relative fields. From economic and environmental aspect, using biogas for producing fertilizers and fuel is very important.

 

 

 

     

Keywords: Biogas- Agricultural derbies -recoverable Energies-fossil fuels