كيف يتم انتاج الغاز من المخلفات العضوية
تتكون المواد الأولية التي يتم استخدامها في إنتاج الغاز من عدة عناصر، ومن بينها:
الطعام المهدر
يتم إهدار ما يصل إلى 30 في المائة من الأطعمة في العالم بشكل سنوي، وفي عام 2010 فقط قامت أمريكا بإنتاج ما يصل إلى 66 مليون طن من الأطعمة المهدرة من قطاع الأطعمة المنزلية والتجارية، ومن أجل معالجة هذه الأطعمة لابد أولاً من مراجعة التسلسل الهرمي لتقليل نسبة الإهدار أولاً واستخدام جزء منه لإطعام الفقراء وحل مشكلة الجوع.
ويتم استخدام جزء آخر منها في صناعة الأعلاف الحيوانية وإنتاج أنواع الطاقة ذات الأولوية الأقل، وفي نهاية المطاف يتم إرسال الطعام إلى النفايات هو الملاذ الأخير ولسوء الحظ يتم تشكيل مخلفات الأطعمة بنسبة 21% من منطقة مدافن النفايات، وتتم إعادة التدوير لحوالي 5% من النفايات المرتبطة بالأطعمة ليتم تحويلها إلى أسمدة للتربة.
عند إرسال النفايات إلى مدافن النفايات وتحللها، يتم إنتاج غاز الميثان، وعلى الرغم من الجهود المبذولة لتقليل كمية الطعام المهدر، فإنه لا يمكن تجنب إنتاج مائة طن من نفايات الأطعمة المهدرة يوميًا.
يمكن إعادة استخدام مخلفات الأطعمة المهدرة في توليد الطاقة لعدد من المنازل يتراوح بين 800 إلى 1400 منزل تقريبًا سنويًا، بالإضافة إلى إمكانية استخدام مخلفات الزيوت والدهون التي يتم جمعها في إنتاج الغاز الحيوي.
غاز المكب
تعد النفايات بأنواعها المختلفة مصدرا هاما لغاز المكب أو غاز الميثان، ويتم إنتاجه من تفاعل الكائنات الدقيقة، حيث تحتوي النفايات على بكتيريا لاهوائية تتواجد في الجهاز الهضمي وتقوم بتحلل المواد العضوية لتوليد الغاز الحيوي أو غاز المكب، وبدلا من إطلاق هذا الغاز في الجو، يتم جمعه واستخدامه كمصدر للطاقة.
تُنتج حالياً حتى 17 مليار كيلووات في الساعة من الطاقة الكهربائية في الوقت الحالي، ويتم استخدام حوالي 98 مليار قدم مكعب من الغاز الطبيعي في مختلف خطوط الأنابيب أو يتم توزيعها على المستخدمين سنويًا،
نفايات المواشي
يتم إنتاج الميثان من روث الحيوانات، حيث تنتج البقرة الحليب الواحدة التي تزن ألف رطل حوالي 80 رطل من السماد يوميا. يتم تخزين روث البقر في الخزانات المخصصة له قبل أن يتم إرساله إلى الحقول. عندما يتحلل الروث، يتم إنتاج غاز الميثان، ويمكن استخدامه في زيادة المواد المغذية في المجاري المائية.
في عام 2015، قامت إدارة تصريف نفايات الماشية بالمساهمة بنحو 10% من إنتاج غاز الميثان الذي ينبعث من النفايات في الولايات المتحدة، ومع ذلك، فإن عملية إعادة تدوير هذه النفايات تتم فقط بنسبة 3%.
عندما يتم استخدام روث أو نفايات المواشي لإنتاج الغاز الحيوي، من الممكن أن يساعد ذلك على تقليل الغازات المسببة للاحتباس الحراري مع التقليل من انبعاث الروائح الكريهة، وتقليل مسببات الأمراض بنسبة تصل إلى 99%، وتوضح وكالة حماية البيئة وجود إمكانية ليتم إنشاء حوالي 8241 نظام للغاز الحيوي المنتج من نفايات المواشي.
إنتاج الغاز من مياه الصرف الصحي
العديد من محطات معالجة مياه الصرف الصحي تحتوي على مواد صلبة، وتعتمد على المعدات اللاهوائية في التحلية. يتم تفضيل المواد الصلبة في عملية المعالجة. وعلى الرغم من ذلك، توجد العديد من هذه المحطات التي لا تمتلك المعدات اللازمة لاستخدام الغاز الحيوي المنتج، والذي يمكن استخدامه في أشياء مفيدة واستغلاله بدلا من التخلص منه.
في الوقت الحالي ، يتم استخدام معظم مرافق الهضم اللاهوائي لمعالجة أكثر من خمسة ملايين جالون من المخلفات العضوية يوميا وتحويلها إلى طاقة. بفضل مرافق استعادة الطاقة ، يمكن للولايات المتحدة تقليل انبعاث ثاني أكسيد الكربون بمقدار يصل إلى حوالي 2.3 مليون طن متري سنويا. وهذا يعادل الانبعاثات التي تخرج من حوالي 430 سيارة سنويا.
نفايات المحاصيل
تشمل نفايات المحاصيل القش والنباتات والسيقان وغيرها من الأشياء الأخرى، ويتم ترك بعضها في الحقول للحفاظ على تربتها العضوية ورطوبتها ومنع التعرية، ومع ذلك، زيادة زيارة نفايات المحاصيل تزيد من نسبة النفايات، ويتطلب ذلك إعادة تدوير هذه النفايات لإنتاج الغاز، وقد قدرت وزارة الطاقة الأمريكية وجود ما يصل إلى 104 مليون طن من نفايات المحاصيل، وعادة ما يتم خلط نفايات المحاصيل مع نفايات عضوية أخرى تحتوي على نسبة عالية من اللجنين الذي يصعب تفكيكه.
استخدامات الغاز الحيوي
يمكن حرق الغاز الحيوي في مختلف الأماكن باستخدام نسبة معالجة أو حتى بدون معالجة، وذلك لمساعدة في تدفئة المباني أو تحويل الغاز الحيوي إلى طاقة كهربائية باستخدام خلية الوقود أو محرك الاحتراق أو التوربينات.
غالبًا ما يتم إعادة تدوير المخلفات للاستفادة منها ككفراش للمواشي أو كسماد في المزارع، ويتم تحويلها أحيانًا إلى سائل يتم رشه على المحاصيل لتسميد التربة.
المواقد المنزلية
من الممكن أن يتم استخدام الغاز الحيوي بنفس طرق استخدام الغاز الطبيعي في المواقد المنزلية أو المصابيح أو استخدامه كوقود للسيارات، وهو يحتوي على نسبة تصل إلى 90 في المائة من الميثان، ويساعد الغاز الحيوي على تقليل الضغط على الوقود الخشبي في المنزل، لأن هذا الضغط يسبب إزالة جزء كبير من أشجار الغابات.
توليد مجموعات الكهرباء المحمولة
يمكن استخدام الغاز الحيوي لتشغيل جميع المجموعات المولدة للكهرباء المحمولة، وهي عبارة عن محركات تحترق داخليًا وموصلة بدينامو أو مولد، وتوليد الطاقة الكهربائية هو واحد من أهم استخدامات الغاز الحيوي.
ملء اسطوانات الغاز
يستخدم الغاز الحيوي أيضًا في ملء جميع اسطوانات الغاز بنفس طريقة استخدام الغاز الطبيعي، وفي الدول الاسكندنافية يتم امتلاك عدد كبير من المركبات والحافلات المجهزة لاستخدام الغاز الطبيعي والغاز الحيوي، ويتم توصيل هذه الغازات بالأنابيب بشكل مباشر لمحطات الوقود القريبة بدون استخدام خطوط أنابيب الغاز الطبيعي.
تحويل الغاز الحيوي إلى كهرباء
بالإضافة إلى إنتاج الكهرباء من النفايات، يمكن أيضا تحويل الغاز الحيوي إلى كهرباء؛ وهناك مثال آخر على استخدام الغاز الحيوي في الحياة اليومية ويتم ذلك من خلال تحويل الغاز مباشرة إلى كهرباء في خلية الوقود، حيث يتم حرق الغاز الحيوي لتسخين الخلية الكهربائية وإنشاء تيار كهربائي، وتتطلب هذه العملية استخدام غاز نظيف بشكل كبير وخلايا الوقود التي تكلف الكثير.
تتوفر العديد من الإمكانيات التكنولوجية الحديثة للمستقبل، وتشمل ذلك العديد من الغلايات المركزية التي تستخدم في تدفئة المنازل وتتضمن خلايا وقود تنتج الكهرباء وتوفر الماء الساخن لتدفئة المنزل.