الغاز الحيوي..الطاقة المجانية والمتجددة

أ - مقدمـــــة 
الغاز الحيوي  هو الغاز الذي ينتج من تحلل المواد العضوية بعيدآ عن الهواء,
وينتج عن عملية التحلل غاز الميثان بشكل رئيسي اضافة الى غاز ثاني أوكسيد الكربون وغازات أخرى,
وتبين الصورة المرفق جانبآ البكتريا المسببة لعملية التحلل.


‌ب - مكونات الغاز الحيوي
يتكون الغاز الحيوي من تحلل المواد العضوية في بيئة لاهوائية وينتج عن هذه العملية الغازات التالية:
1 - غاز الميثان: و نسبته تتراوح بين 50 الى 60 بالماية.
2 - غاز ثاني أوكسيد الكربون: ونسبته تتراوح بين 45 الى 35 بالماية.
3 - غازات مختلفة: وتشمل أول أوكسيد الكربون, الهيدروجين, كبريتيد الهيدروجين...الخ.

ويعتبر غاز الميثان الناتج الأهم لأنه غاز قابل للإحتراق.

‌ج - مواصفات غاز الميثان

يمتاز غاز الميثان بأنه غاز قابل للاشتعال, ويعطي لهب ازرق بدون دخان, ولكن اذا امتزج بالهواء يصبح هذا المزيج قابلآ للانفجار وبالمناسبة فإن كل الحوادث التي تحدث في مناجم الفحم سببها غاز الميثان وهذا هو حال الغاز المنزلي أيضآ, ومن ناحية اخرى فان لغاز الميثان تأثير سئ على ظاهرة الاحتباس الحراري حيث ان تأثيره يعادل 24 ضعف تاثير غاز ثاني أوكسيد الكربون, ومن ناحية السمية فغاز الميثان غير سام.

‌د - المواد الأولية المطلوبة لانتاج الغاز الحيوي

كما سبق وذكرنا ينتج الغاز الحيوي من تحلل المواد العضوية في بيئة لاهوائية وتشمل المواد العضوية سواءآ كانت مواد طازجة أو عبارة عن نفايات وتشمل ما يلي:

1 - الفواكه والخضروات.
2 - فضلات الطعام.
3 - روث الدواجن والمواشى.
4 - أوراق الشجر والمواد الناتجة عن عملية التعشيب.
5 - الورق غير المطبوع.
6 - ورق التواليت المستعمل أو المحارم الصحية, ورق الكرتون (بنسب قليلة).
7 - بالنسبة للسوائل يمكن إستخدام مياه المراحيض.

ويجب عدم خلط الفضلات الناتجة عن المواد المذكورة أدناه مع فضلات المواد المذكورة في القائمة السابقة:
1 - الزيوت والشحوم.
2 - اللحم والعظام.
3 - منتجات الألبان.
4 - الأسماك ومنتجاتها.
5 - أخشاب الأشجار والتبن.

إن السبب في عدم استخدام المواد الأربعة الأولى يعود الى أن تحللها ينتج غاز كبريتيد الهيدروجين والذي يعرف بغاز البيض الفاسد وهو غاز ذو رائحة نفاذة, يضاف الى ذلك تأثيره على عملية تحلل المواد العضوية حيث زيادة كمية الغاز قد تؤدي الى توقف عملية التحل. أما بالنسبة للأخشاب فهي غير قابلة للهضم من قبل البكتيريا المسببة للتحلل.

‌هـ - مصادر المواد الأولية المطلوبة لانتاج الغاز الحيوي
* المصدر الأول : من النفايات المنزلية
إن المواد الأولية المطلوبة لانتاج الغاز الحيوي متوفرة في النفايات المنزلية حيث تشكل النفايات العضوية ما نسبته 50٪ على الأقل من وزن النفايات المنزلية, ومن المعروف أن معظم المدن تنتج كميات كبيرة جدآ من النفايات المنزلية غالبآ ما تردم في مطامر أو مدافن النفايات دون الاستفادة منها.

* المصدر الثاني : المباقر والمداجن
ينتج عن عمل المداجن و المباقر كميات كبيرة من الروث الذي يمكن الاستفادة منه في توليد جزء من الطاقة اللازمة لهذه المداجن أو المباقر.

* المصدر الثالث : مصانع الأغذية ومصانع توضيب الخضار والفواكه وأسواق الخضار والفواكه.

* المصدر الرابع : الأراضى الزراعية التي يمتلكها الفلاحون

يتوفر لدى الفلاحين كميات لا باس بها من فضلات المزروعات والتي تتمثل في الفواكه أو الخضروات التالفة أو المصابة أو المشوهة وبكميات كبيرة, وهذه الكميات كافية لأن توفر له الطاقة اللازمة لاستخدامات الفلاح المنزلية.

ويمكن للفلاح إستخدام نفايات المواد التالية لإنتاج الغاز الحيوي :
الخضروات والفواكه.
أوراق الشجر.
الروث الناتج عن تربية الماشية أو المداجن.

* المصدر الخامس : المزارع الخاصة, المجمعات السياحية والمطاعم خارج المدن.


‌و- إستخدامات الغاز الحيوي :
يستخدم الغاز الحيوي بشكل رئيسي في المجالات التالية
1 - الطبخ: يقدر استهلاك الفرد من الغاز الطبيعي ب 0.5 متر مكعب / يوميآ.
2 - الانارة : يمكن أن يستخدم أجهزة الاضاءة بالكيروسين المعروفة باللوكس للإضاء.

3 - توليد الكهرباء بواسطة المولدات صغيرة الحجم : يمكن تشغيل المحركات المخصصة لتوليد الكهرباء والمستخدمة على المستوى الفردي والتي تستخدم البنزين بعد استبدال الحاقن (الكربوراتور بآخر مخصص للوقود الغازي). ولكن نظرآ لأن عملية التوليد تستهلك كميات من الغاز الحيوي لذلك يفضل استخدام منظمتين واحدة تعمل بالغاز الحيوي والأخري بالوقود التقليدي (ديزل أو بنزين).

ويبلغ إنتاج الصين من الغاز الحيوي 2 مليار متر مكعب ويستخدم الغاز الحيوي 25 مليون شخص للطبخ والانارة لمدة من 8 الى 10 أشهر خلال النسة (التوقف ناتج عن برودة الطقس),  كما يوجد 800 محطة لتوليد الطاقة من الغاز الحيوي تنتج 7800 كيلووات تزود 17000 مستخدم.

أما الإتحاد الأوروبي فقد أنتج طاقة من الغاز الحيوي تعادل 4.7 مليون طن مكافئ من النفط في عام 2005, تم إنتاج ثلثي هذه الكمية من مدافن النفايات, بينما تم إنتاج الكمية المتبقية من مياه المجاري والمخلفات الزراعية.
وفي ألمانيا فقد تم تركيب 1250 محطة لتوليد الطاقة في عام 2000, وبالرغم من هذه المحطات قد صممت لاستغلال روث الحيوانات إلا أن نصف كمية النفايات المستخدمة كانت من الأعشاب الطبيعية ومتبقيات الذرة وغيرها من النفايات العضوية, ويقدر أن الغاز الحيوي سوف يغطي 3٪ من الطاقة التي تحتاجها ألمانيا أو 11٪ من حاجتها من الغاز.
وفي الولايات المتحدة فإن مساهمة الغاز الحيوي تشكل 0.16 ٪ من إجمالي الطاقة المنتجة في الولايات المتحدة. ويأتي 75٪ من الغاز الحيوي من استغلال 500 مدفن نفايات.
أما الدنمارك فقد قررت زيادة مساهمة الغاز الحيوي وذلك من خلال إنشاء أكبر معمل لإنتاج الغاز الحيوي حيث يقوم بمعالجة 120 مليون طن/سنويآ.
أما في الدول العربية فهناك التجربة الأردنية حيث تمكنت شركة الغاز الحيوي  المملوكة لامانة عمان الكبرى وشركة توليد الكهرباء المركزية من توليد  طاقة كهربائية قدرت ب 62.2 جيجا واط (حوالي 62.6 مليون كيلو واط) من  النفايات خلال الفترة من 2000 – 2009.

كذلك استطاعت الشركة وخلال الفترة ذاتها من الحد من انبعاث ما  مجموعه 38.106 مليون متر مكعب من الغاز الحيوي وهو ما يعتبر مساهمة  كبرى في حل مشكلة الانحباس الحراري على مستوى الأردن.


وتمكنت الشركة من معالجة حوالي 19 الف طن من النفايات الصلبة و نحو 44  الف متر مكعب من النفايات السائلة، في حين تصل الطاقة الانتاجية لمصنع  الغاز الى 60 طنا لكل يوم، من النفايات العضوية التي مصدرها الطعام  واسواق الخضار والنفايات السائلة من مصانع الاعلاف والالبان والخميرة.

‌ز - المواد المتبقية من عملية التحلل : 
بعد إنتهاء تحلل المخلفات العضوية تخرج المواد الصلبة التي انتهى تخللها من مخرج الفائض على شكل مياه سوداء, وسواد المياه ناتج عن بقايا تحلل المخلفات العضوية بالهاضم, وإذا قمنا بتجفيف هذا السائل سوف يتبقى لدينا سماد عضوي أسود اللون ذو قيمة عالية, ويمتاز هذا السماد بتوازنه الطبيعي كما أنه قادر على تثبيت النيتروجين في التربة, ويمكن تخصيب التربة فيه إما مباشرة من خلال رش السائل الخارج من مخرج الفائض أو بعد تجفيفه ورشه البودرة الجافة المتبقية. وقد بينت الدراسات أن إنتاجية المحاصيل تزداد بنسبة من 30 الى 50 بالماية.

هناك فائدة أخرى للسائل الأسود الذي يفيض من الهاضم ألا وهو إستخدامه كخميرة عن تعبأة الهاضم لأول مرة, حيث أن إضافة هذا السائل وما يحويه من بكتيريا يسرع في بدء عملية الهضم.


‌ح - حساب كمية الغاز الناتج عن تحلل النفايات العضوية وكمية الطاقة المنتجة

أولآ : كمية الغاز الناتجة عن عملية التحلل العضوي للنفايات المنزلية :
إن 1 طن من الفضلات العضوية يعطي تقريبآ من 100 الى 400 متر مكعب من غاز الميثان ويعتمد ذلك على:
1 - كفاءة الهاضم المستخدم.
2 - درجة الحرارة المرافقة لعملية التحلل, إن درجة الحرارة المثلى تتراوح من 32 الى 37 درجة, وبالتالي اذا هبطت درجة الحرارة عن 15 فان عملية التحلل سوف تتوقف.
3 - توافر الرطوبة المناسبة فالبيئة الصحراوية لا تساعد على عملية التحلل ولذلك يجب ترطيب النفايات حتى نسمح لعملية التحلل بالاستمرار.
4 - كما تأثر نعومة هذه الفضلات على سرعة التحلل, فمثلآ النفايات المطحونة تعطى غاز بسرعة أكبر من النفايات الغير مطحونة.

ثانيآ : حساب كمية الغاز الناتج من روث المواشى والدواجن :
‌أ . إن 1 طن من النفايات العضوية المنزلية يمكن أن يعطي من 100 الى 400 متر مكعب من غاز الميثان وذلك بحسب ظروف ونوعية النفايات المستخدمة.
‌ب . إن حساب كمية الغاز الناتج عن استخدام روث المواشى والدواجن أصعب من حساب كمية الغاز بالنسبة للمواد العضوية, ومن أجل تسهيل الحساب يمكن استخدام الآلة الحاسبة الموجودة على الموقع التالي:

http://www.anaerobic-digestion.com/html/biogas_calculator.php


ثالثآ : الطاقة الناتجة عن الميثان الحيوي :
تقاس الطاقة الناتجة عن الميثان الحيوي بالكيلوكالوري/متر مكعب من الغاز, ويعطي غاز الميثان الصافي طاقة تعادل 9000 كيلوكالوري/متر مكعب في درجة حرارة 15 وضغط جوي واحد, أما الغاز الحيوي فيعطي طاقة تتراوح بين 4000 الى 7000 كيلوكالوري/مترمكعب وللمقارنة فان 1.33 الى 1.87 متر مكعب من الغاز الحيوي يعادل ليتر من الغازولين, كما أن 1.5 الى 2.1 مترمكعب من الغاز الحيوي يعادل ليتر من الديزل.

وللتسهيل نقدم المعطيات التالية :
* ان 1 متر مكعب من الغاز الحيوي يمكن أن يولد طاقة كهربائية ومن خلال مولد طاقة كهربائية صغير ومتنقل تساوي 1.8 كيلوات/ساعة, وهذا يعني تشغيل 18 لمبة استطاعة كل واحد منها 100 وات لمدة ساعة.
* اذا اردنا استخدام هذه الطاقة في استخراج المياه فيمكننا باستخدام الغاز الحيوي رفع 48 متر مكعب من الماء وذلك باستخدام مضخة غاطسة بقوة 1.5 حصان واستطاعة 1.1 كيلووات وذلك عند تشغيلها مدة 4 ساعات يوميآ .

‌ط - نماذج من أجهزة إنتاج الغاز الحيوي مصنعة بطرق يدوية
هناك العديد من التصماميم الخاصة بأجهزة إنتاج الغاز الحيوي وبكافة الأحجام, ولكن وبشكل عام يمكن تصنيعها يدويآ وهى غير معقدة وغير مكلفة.

اولآ : النماذج الصغيرة والبسيطة

أ‌ - باستخدام برميل واحد
الجهاز المبين أدناه يمكن تصنيعه بسهولة  وذلك من خلال استخدام البرميل المعدني المستخدم في تخزين الزيوت المعدنية ويبلغ حجم هذا البرميل 159 ليتر, ويمكن أن نضيف للتصميم المبين أدناه فتحة سفلية تكون قرب القاعدة مزودة بسدة معدنية مع مطاط مانع لتسرب السوائل وذلك لإستخدامه في تفريغ البرميل بعد إنتهاء عملية التحلل.

ب‌ - نموذج أكبر باستخدام عدة براميل.

ثانيآ : النماذج الذي تبنى من البلوك الأسمنتي أو الطوب


1 - النموذج الفليبني : 
وهو نموذج سهل البناء والتشغيل ويتلافي الصعوبات المتعلقة بتنفيذ قبة أو حجرة التخزين العائمة في النماذج الأخرى التي سوف نعرضها لاحقآ, ويتسع هذا النموذج الى 8 متر مكعب من النفايات.

جدول الكميات

إن تنفيذ الجهاز بالأبعاد المبينة أعلاه يتطلب توفير مايلي :

المادة	الكمية
بلوك قياس 4 أنش	300 قطعة
رمل	2 متر مكعب
بحص	0.5 متر مكعب
اسمنت	20 كيس
مادة لتليسس (طينة) للحوض	حسب الحاجة
براغي مع أسافين	20
غشاء مطاطي أو مرن	5 متر مربع
خشب قياس 2"×4"×8"	4 قطع
صمام بلاستيكي مع بربيش 1 أنش

2 - النموذج المقبب : 
ويمتاز هذا النموذج بأنه لا يحتاج الى حديد تسليح في بناءه إنما يبنى من الطوب والمونة الأسمنتية, ويمكن تنفيذه بأحجام من 2 الى 8 مترمكعب, وفيما يلي جدول يبين الحجم المناسب لأعداد الأبقار التي سيخدمها هذا الجهاز.

جدول حساب كمية المواد الأولية (الروث) اللازمة لتشغيل جهاز إنتاج الغاز الحيوي :

قياس الجهاز (M3)	كمية الروث الإجمالية التي يمكن أن يستوعبها (كغ)	معدل التزويد اليومي للروث وبمعدل من 6 الى 7.5 كغ/ متر مكعب من حجم الجهاز	عدد الأبقار التي يمكن أن يخدمها هذا الجهاز محسوبة على أساس أن كل بقرة تنتج 12كغ من الروث	كمية المياه المطلوب توفيرها يوميآ في الجهاز	معدل إنتاج الغاز محسوبة على اساس 40 ليتر من الغاز لكل 1 كغ من روث الأبقار
960	24-30	2-3	24-30	2025	4
1440	36-45	3-4	36-45	2900	6
1920	48-60	4-5	48-60	3930	8
2400	60-75	5-6	60-75	4490	10

جدول كميات مواد البناء الرئيسية اللازمة لبناء جهاز الغاز الحيوي :

قياس الجهاز (M3)	عدد أكياس الأسمنت المطلوبة (كيس سعة 50كغ)	طوب أحمر (عدد)	كمية البحص المطلوبة محسوبة على أساس سعة كيس الأسمنت (كيس)	كمية البحص المطلوبة محسوبة على أساس سعة كيس الأسمنت (كيس)
4	11-12	1200	30	60
6	13-14	1400	35	70
8	15-16	1700	40	80
10	19-21	2000	50	90

طبعآ يجب عمل لياسة (طينة) داخلية وخاريجة, اضافة الى تزويده بالأنابيب و الصمامات المطلوبة.

‌ي - نماذج من أجهزة إنتاج الغاز الحيوي الجاهزة للإستخدام
هناك عدد واسع من النماذج والأشكال والأحجام وتعتبر الهند والصين من أشهر الدول المصنعة لهذه الأجهزة ومن حيث الحجم هناك أجهزة حجمها بحدود 0.5 متر مكعب وصولآ الى مصنع متكامل للغاز الحيوي وسوف نستعرض بعض الصور من مصادر متعددة.

1 -تبين الصور المبينة أدناه نموذجين لهواضم مصنوعة من البلاستيك.

2 - تبين الصور المبينة أدناه هواضم عبارة عن وسائد قابلة للإنتفاخ .

    

3 - نموذج هاضم مطمور مع خزان للغاز عبارة عن برميل عائم وآخر خزانه عبارة عن بالون قابل للإنتفاخ .

4 - مخطط نموذجي لأحد الهواضم في مصنع لإنتاج الطاقة من الغاز الحيوي .

الفوائد المحققة من انتاج الطاقة من الغاز الحيوي
بناءآ على ما سبق يمكننا تلخيص مميزات الغاز الحيوي على النحو التالي :
1 - استغلال مصدر مجاني ومتجدد للطاقة ويمكن تحويله الى اي شكل من اشكال الطاقة كالكهرباء أو كطاقة حرارية.
2 - على مستوى المدن يمكن التخلص من أكثر من نصف كمية النفايات المنزلية التي تنتجها المدن بطريقة صديقة للبيئة ومفيدة.
3 - وايضآ على مستوى المدن هناك توفير كبيرة في ادارة وتشغيل مطامر أو مدافن النفايات من خلال ابعاد أكثر من نصف كمية النفايات الواردة اليها وهذا يؤدي الى اطالة عمر المدفن وخفض كلف تشغيله.
4 - نكون قد ساهمنا في التخفيف من ظاهرة الاحتباس الحراري من خلال تحويل غاز الميثان الى غاز ثاني أوكسيد الكربون من خلال الاحتراق.
5 - على مستوى منشآت انتاج اللحوم والدواجن وعلى مستوى المصانع الغذائية سوف نحصل على توفير كبير ناتج عن استعادة جزء من الطاقة المطلوبة لادارة هذه المنشآت من خلال انتاج الطاقة الكهربائية من الغاز الحيوي.
6 - على مستوى الأفراد و بخاصة الفلاحين فان الغاز الحيوي يساهم في تعزيز دخل الفلاح بشكل كبير من خلال توفير طاقة مجانية.
7 - بعد انتهاء عملية التحلل العضوي تتحول المواد المتبقية الى سماد عضوي طبيعي عالى الجودة.
8 - تأسيس مجال عمل جديد وكبير في نفس الوقت يمكن أن يستوعب أعداد كبيرة من القوى البشرية في مجال انتاج الطاقة من الغاز الحيوي.

دور المواطن وبخاصة في المدن
طبعآ للمواطن دور رئيسي في كل مشروع, فلا يكفي ان ننتقد وان نقترح ونحن جالسون في مكاننا انما على المواطن اخذ المبادرة, وفي هذا السياق وحتى نشجع الحكومة على تبنى هذا المشروع على المواطنين على الأقل فرز نفاياتهم الى مجموعتين:
المجموعة الأولى: وتحوى كافة المواد العضوية من فضلات أطعمة أو مواد غذائية فاسدة...الخ.

المجموعة الثانية : وتحوى كل النفايات عدا ما ذكر اعلاه ويمكن ان تشمل الفضلات التالية الزجاج, الورق, المعادن, البلاستيك..الخ.

وبالرغم من أن الظروف قد لا تكون ملائمة الآن بالنسبة للحكومة لبدء المشروع ولكن مبادرتنا سوف تشجع حتما اصحاب القرار على استثمار هذه النفايات بالشكل الأمثل, ان هذا الفرز لا يفيد المجتمع فقط من حيث الحصول على الغاز الحيوي انما سوف يساعد على تسهيل فرز باقي انواع النفايات وذلك لاعادة تدويرها لأن النفايات العضوية تؤثر بشدة على جودة باقي أنواع المخلفات
والسؤال الذي أطرحه أيها المواطنون هل أنتم مستعدون مستعدون لفرز نفاياتكم أم لا؟