بیوگاز

تاریخچه بیو گاز

بنابر شواهد، اولین بار پارسیان باستان به وجود گازهای قابل اشتعال در گیاهان پوسیده پی بردند. آنچه که ما امروز به عنوان بیوگاز یا گاز ناشی از فرایندهای بیولوژیک می‌شناسیم قدمتی چندین‌هزار ساله دارد.
اما تاریخچه استفاده از بیوگاز به حدود 2000 تا 3000 سال پیش و به چین باستان باز می گردد. چنان که مارکوپولو در سفرنامه‌ی خود به وجود مخازن سرپوشیده فاضلاب اشاره کرده است

مشهورترین نمونه‌ی استفاده کاربردی از فاضلاب در ایران در حمام شیخ بهایی است که در دوره ی صفویه (قرن 11 هجری) توسط شیخ بهایی طراحی شد. گرمای آب خزینه‌ی این حمام توسط گازهای ناشی از فاضلاب مسجد جمعه و شعله‌ی یک شمع تامین می‌شده است.

اما شناخت علمی گاز متان و استحصال و کاربرد گسترده از بیوگاز به شکل امروزی به قرن 19اُم و اوایل قرن بیستم باز می‌گردد. در سال 1808م، سِر همفری دیوی به وجود گاز متان در فضولات حیوانی پی برد. وی با استفاده از دستگاه تقطیر و در شرایط خلاء در آزمایشگاه موفق به جمع‌آوری گاز متان ازمخلوط فضولات گاوی و کاه شد.

 

بیو گاز چیست؟

مخلوطی از سه ترکیب عمده به نام‌های متان، دی‌اُکسیدکربن و سولفید‌ِهیدروژن است که حاصل تجزیه بی هوازی و تخمیر زیست توده بوسیله‌ی باکتری‌های متانوژن است. جژء قابل اشتعال بیوگاز، متان است که سهم بیشتر این گاز یعنی 6۰ تا۷۰ درصد آن را شامل می شود. متان، گازی است بی‌رنگ و بی‌بو که اگر یک فوت مکعب آن بسوزد، ۲۵۲ کیلوکالری( 1052.3کیلوژول) انرژی حرارتی تولید می کند که در قیاس با سایر مواد سوختی، رقم قابل توجهی است. دو ترکیب دیگر به ویژه سولفید هیدروژن که سهم آن ناچیز است، جزء ترکیب‌های سمی هستند. از مزیت های مهم متان به دیگر سوخت ها این است که، هنگام سوختن، گاز سمی و خطرناک منواکسید کربن تولید نمی کند.

 بيوگاز به نام گاز مرداب نيز شهرت يافته با تركيبي از متان ‏‎(CH4)‎‏ و دي اكسيدكربن ‏‎(CO2)‎‏ و بوي ‏قابل تشخيص مانند تخم مرغ گنديده.

دماي احتراق بيوگاز حدود 700 درجه سانتيگراد (دماي احتراق گازوئيل 350 درجه سانتيگراد و نفت و پروپان ‏‏500 درجه سانتيگراد ) و دماي شعله حاصل از آن 870 درجه سانتيگراد است . بيوگاز مانند ساير سوخت هاي ‏گاز قابل احتراق بوده و با نسبت 1- 20 با هوا مخلوط شده و سرعت اشتغال آن بالا مي باشد . ارزش حرارتي آن ‏در حدود 6 كيلووات ساعت بر مترمكعب است (يعني برابر ارزش حرارتي نيم ليتر سوخت گازوئيل).

‏چگونگی تولید بیو گاز

 دستگاههاي بيوگاز در شكل كلي از دو حوضچه ورودي و خروجي و يك مخزن تخمير(هاضم) و يك مخزن گاز ‏تشكيل شده اند كه شرايطي از قبيل آب و هوا ، فرهنگ ، اقتصاد و تكنولوژي باعث وجود اشكال مختلف و ‏مدلهاي گوناگون گرديده است . در تمام اين دستگاهها آب و مواد اوليه در حوضچه ورودي مخلوط شده و از آنجا ‏به مخزن تخمير هدايت شده كه پس از تخمير و توليد گاز با اضافه كردن مواد اوليه به سوي مجراي خروجي و ‏حوضچه خروجي هدايت مي گردند.

 

باکتری‌های متانوژن که واکنش های تجزیه‌ای و بی هوازی را به منظور تولید بیوگاز انجام می‌دهند قادر به شکستن و تجزیه مواد آلی پیچیده و ساده هستند که سرانجام به تولید بیوگاز منجر می شود. این باکتری‌‌ها ازدو دسته باکتری‌های مزوفیل و گرما دوست هستند و به ترتیب در دمای 37 تا 45 درجه سانتیگراد و 50 تا 52 درجه سانتیگراد می توانند زندگی کنند. در مورد باکتری گرما دوست این حرارت می تواند تا 70 درجه سانتی گراد افزایش یابد. در این دما، باکتری‌ها بیشترین فعالیت آنزیمی را برای تجزیه موادآلی و تولید بیوگاز دارند. از شرایط مطلوب دیگر برای تولید بیوگاز، قلیایی بودن (PH=7-8) محیط واکنش است.

 باکتری ها فرآیند تجزیه را در چهار مرحله انجام می دهند:

حوضچه ورودی

اين حوضچه در سطح فوقاني زمين و در مقابل حوضچه خروجي در ‏طرف ديگر مخزن تخمير ساخته شده و از طريق مجراي ورودي مواد اوليه را كه با آب مخلوط شده به قسمت ‏تحتاني مخزن تخمير انتقال مي دهد و عمل اصلي اين حوضچه مخلوط آب و مواد اوليه است كه اين عمل با دست ‏انجام مي گيرد . اندازه متعادل حوضچه با حالت استوانه اي شكل داراي شعاع ‏cm‏40 و حداكثر ارتفاع ‏cm‏40 ‏است كه در ارتفاعي بالاتر از سطح زمين قرار مي گيرد

 

‏حوضچه خروجی

 اين حوضچه در طرف مقابل حوضچه ورودي به نحوي ساخته مي شود تا سطح فوقاني آن هم سطح زمين باشد تا ‏هنگام ورود مواد اوليه از حوضچه ورودي بنا به قوانين فشار مايعات و ظروف مرتبطه مواد تخمير شده از كف ‏مخزن تخمير به طرف مجراي خروجي و حوضچه خروجي هدايت گردد . مجراي خروجي ‏cm‏20 از سطح زمين ‏قرار مي گيرد و مجراي ورودي در 50 سانتيمتري عمق زمين تا مواد تخمير شده پس از ورود مواد اوليه از طريق ‏مجراي خروجي خارج گردد.

 

تانک تخمیر

اساسي ترين قسمت يك ‏دستگاه بيوگاز است . در اين محفظه پس از ورود مواد اوليه و تثبيت درجه حرارت و رطوبت (عدم نفوذ آب) و ‏عدم نفوذ هوا ، تخمير يا تجزيه غيرهوازي توسط باكتريهاي متان زا صورت مي گيرد و بدين ترتيب گاز در اين ‏مخزن توليد مي شود . ساختمان اين مخزن با توجه به شرايط آب و هوايي و امكانات فني و اقتصادي متفاوت است ‏
مثلاً در مناطق سردسير در عمــق زمين قــرار مي گيرد و ديـواره هاي آن عايق بندي مي شود و يا در مناطقي كه ‏باران زا و احتمال نفوذ آب به داخل آن مي باشد بدنه آن را براي جلوگيري از نفوذ آب ، آب بندي و قيراندود مي ‏كنند تا هم مانع نفوذ آب گردد و هم درجه حرارت آن ثابت بماند . مجراهاي ورودي و خروجي در داخل مخزن ‏بايد به طريقي طراحي و اجرا شود تا با ورود مواد جديد ، مواد تخمير شده از كف مخزن به بالاي آن منتقل شده و ‏به داخل حوضچه خروجي هدايت گردد . در بعضي مواقع در داخل مخزن يك همزن نيز تعبيه مي كنند كه اين امر ‏نقش مهمي در توليد گاز دارد . ‏

 

محفظه گاز

‏ اين محفظه كه محل تجمع گازهاي ايجاد شده ، در اثر تخمير مواد مي باشد ، اصولاً از يك استوانه ته بسته با ورقه ‏هاي فولادي به ضخامت 1 تا 3 ميليمتر ساخته مي شود . سقف آن را به صورت مخروطي مي سازند تا هم مقدار ‏بيشتري گاز در آن ذخيره شود و هم آب باران روي آن جمع آوري نگردد و پوسيدگي ايجاد نكند . در مركز رأس ‏آن يك لوله فلزي را از داخل آن جوشكاري مي كنند تا پايين رفتن و بالا رفتن آن در هنگام مصرف گاز يا توليد ‏گاز كنترل شود . به طــوري كه هرگاه گاز بيشتري توليد شد . محفظــه به طرف بالا حركت مي كند و در روي ‏سرپوش مخزن نيز شيري جهت تخليه گاز نصب مي گردد تا به وسيله باز و بسته كردن آن گاز به طرف محل ‏مصرف هدايت گردد . مخزن گاز بايد زنگ زدايي شده و پوشش رنگ از بروز زنگ زدگي در آن جلوگيري شود و ‏همواره سطوح داخلي و خارجي آن از نظر زنگ زدگي كنترل شود .

 

 

  

جدول مقايسه خواص گازهاي با بيوگاز