البيوجاز

البيوجاز

مقدمة:.

تمثل المخلفات الزراعية عبئا ثقيلاعلى كاهل البيئة ،والتخلص منها معضلة تواجه الدول النامية والمتقدمة على السواء ،أما الاستفادة من تلك المخلفات فهو حلما سعت عدة دول بطرق مختلفة لتحقيقه ،فكان إنتاج البيوجاز هو الاستغلال الأمثل لتلك المخلفات.
وكان لبلدان كثيره تجربتها مع إنتاج البيوجاز،ومنضم لتلك الدول مصر،حيث أقامت وزارة الزراعة المصرية بالتعاون مع وزارة البيئة عدة مشروعات للاستفادة من تلك المخلفات واستخدامها في إنتاج غاز “البيوجاز” كطاقة بديلة أكثر أمنا من الغازالطبيعي.
ويعرف البيوجاز بأنه المخلوط الغازي الناتج عن تخميرالمركبات العضوية “روث الحيوانات،مخلفات الحقل” عند خلطها بالماء بمعزل عن الهواء الجوي وبفعل أنواع متخصصة من البكتريا ؛ فينتج غازات الميثان بنسبة 50 إلى 70%  وهو الجزء القاب لللاشتعال في المخلوط ، كما ينتج غاز ثاني أكسيد الكربون بنسبة 20 إلى 25%، بالإضافة إلى عدد من الغازات الأخرى بنسب قليلة مثل: الهيدروجين والنيتروجين وآثارمن كبريتيد الأيدروجين ، وهوالذي يعطي الرائحة المميزة للغاز. والبيوجازغازغيرسام عديم اللون وله رائحة كبريتيد الأيدروجين اخف من الهواء و ليس هناك مخاطر امنية عند استخدامه . وتتراوح القيمة الحرارية للبيوجاز بين 3170 – 6625كيلوكالورى /م3 تبعا لمحتواه من غاز الميثان و الذى تختلف نسبته بالمخلوط الغازى تبعا لنوع المواد المتخمرة وكفاء ةتشغيل وحدة البيوجاز.
تتعدد فوائد عملية إنتاج البيوجاز بداية من توفير طاقة بديلة للغاز الطبيعي ، وسماد عضوي لتسميد الأرض ووصولا لإنتاج علف يصلح لتغذية الحيوانات.
فبعد إنتاج الغاز سابق الذكر يتخلف سماد عضوي جيد ، غني في محتواه من المادة العضوية والعناصر السمادية الكبرى والصغرى وبالكميات الملائمة للنباتات، فضلا عن احتوائه على الهرمونات النباتية والفيتامينات ومنظمات النمو ، إلى جانب خلوه من الميكروبات المرضية واليرقات وبذور الحشائش ، حيث تهلك تماما أثناء تخمر المخلفات العضوية ، مما يجعل منه سمادا نظيفا لايلوث البيئة ، وليست له أي مخاطرعند استخدامه في تسميد جميع المحاصيل.
وإضافةً إلى كل ماسبق يتم استخدام مخلفات عملية إنتاج البيوجاز كمصدر لعلف الحيوان والطيور المنزلية ، لاحتوائه على نسبة عالية من المواد البروتينية و لايحتوى على مركبات ضارة بالكائنات الحية.

البيوجاز
المخلفات العضوية المنتجة للبيوجاز:.

مخلفات حيوانية : روث الماشية ؛ سماد دواجن ؛ سبلة الخيول ؛ روث الاغنام والماعز والجمال ؛مخلفات الطيور المنزلية وغيرها.
مخلفات نباتية : الاحطاب مثل (الذره ،القطن) قش الارز،عروش الخضر،مخلفات الصوب، الثمار التالفة وغيرها
مخلفات ادمية : الصرف الصحى،خزانات التحليل،حماه المجارى وغيرها
مخلفات منزلية : القمامة ، مخلفات المطابخ ، بقاي االاطعمة ، بقايا تجهيز الخضر و الفاكهة وغيرها
مخلفات صناعية : مخلفات الالبان ، والاغذية ،والمشروبات، وتجهيز الخضر و الفاكهة ،مخلفات المجازر بأنوعها.
الحشائش : حشائش برية ، مائية ،وردالنيل وغيرها

البيوجاز كمصدر للطاقة.

ويستخدم الغاز استخداما مباشرا فى اعمال الطهى والاضاءة والتسخين والتبريد وتشغيل الالات الاحتراق الدخلى مثل ماكينات الرى والطواحين والالات الزراعية كما يمكن انتاج الطاقة الكهربية بمولدات تعمل بالبيوجاز

سماد البيوجاز.

يطلق على المخلوط المتبقى من عملية تخمرالمخلفات العضوية والخارج من المخمر اسم سماد البيوجاز ويتميزهذا المحلول بأن رائحته مقبولة ولاتجذب اليه الحشرات والذباب والبعوض ويخلو من الميكروبات والطفيليات المرضية مما يجعل تداولها اكثر امنا من الناحية الصحية عن التعامل مع المخلفات العضوية الاصلية قبل عملية التخمر ، كذلك تشير تحاليل سماد البيوجاز الى احتوائه على بعض الفيتامينات ولاسيما فيتامين ب12 حيث ان نمو البكتريا بالمخمر يتطلب تواجد هذا الفيتامين ، كما يحتوى السماد على منظمات النمو والهرمونات النباتية الطبيعية .
ويتكون سماد البيوجاز الناتج بعد انتاج الغاز من الطبقتين الاولىه ىسائلة وتحتوى على المركبات والاملاح الذائبة ،اما الطبقة الثانية فهى صلبة وتتكون من مركبات غيرذائبة بعضها مركبات عضوية والبعض الاخراملاح غيرعضوية
وقداوضحت التجارب الحقلية زيادة فى انتاجية المحاصيل المسمدة بسماد البيوجازعن تلك المسمدة بالاسمدة البلدية و الكيماوية حيث بلغت الزيادة فى محصول الذرة الشامية 35.7%، والقمح 12.5% للحبوب، التبن 20%، وزيادة محصول الآرز بنسبه 5.9%، والفول البلدى بنسبه 6.6%،القطن 27.5% والخضر ما بين 14.1-20.5%. وكان للاثر المتبقى لسماد البيوجاز بعد جنى المحصول الاول دورا فى زيادة انتاجية المحصول التالى فى الدورة الزراعية حيث بلغت الزيادة فى محصول القمح الغير مسمد بعد الارز الذى تم تسميده بسماد البيوجاز 11.4% وكانت الزيادة للفول البلدى بعد القطن 22.7%
ونجاح تكنولوجيا البيوجاز يتطلب ضبط مكونات النظام لتتكامل مع بعضها محققة الهدف من إنشاء وحدة البيوجاز وهو إنتاج كمية ملائمة من الغاز وإنتاج سماد عضوي جيد ونظيف خال من الملوثات وبأقل تكلفة ممكنة مع تحقيق حماية البيئة من التلوث
وقد أجريت دراسة معملية لإنتاج الغاز الحيوي بالتخمر اللاهوائي من مخلفات أغذية مطعم المدينة الجامعية بجامعة قناةالسويس بالإسماعيلية. حيث تم تجهيز المخلفات بالفرم الي قطر 5 مم بعدفصل الورق والعظم والمواد الأخري الغيرعضوية منها. تم تخفيف المخلفات الناتجة بالماء الي نسبة مادة جافة كلية 8% TSثم خلطت مخلفات الأغذية وروث الماشية بنسبة خلط 75:25 ، 50:50 و 25:75% مادة جافة من مخلفات أغذية : روث ماشية علي التوالي و بنسبة مادة جافة كلية  8%  TSفي الخليط بالوحدة التجريبية للغاز الحيوي بقسم الهندسة الزراعية – كليةالزراعة – جامعة قناة السويس. وقداستخدمت ستة مخمرات (ثلاثة مخمرات أفقية وأخري رأسية) مصنعة من الحديد المجلفن بسمك 1.5مم ومتساوية القطر 250 مم والارتفاع 450 مم بحجم كلي 22 لتر و حجم تخمر 17 لتر.
تم تغذية كل نسبة خلط في مخمر افقي وآخر رأسي نظام تغذية مرة واحدة تحت ظروف تشغيل تقليدية من درجة حرارة الغرفة وبدون تقليب. وتم تقدير النسبة المئوية للمادة الجافة العضوية VSمعملياً في المادة المتخمرة لخليط المخلفات لحساب نسبة تحلل المادة العضوية خلال وقت الاستبقاء 155 يوم كما تم تقدير نسبة الكربونC :النيتروجينN: وقياس رقم الأس الهيدروجيني pHودرجة الحرارة في المعاملات تحت الدراسة.
تم قياس كمية الغاز الحيوي باللتر ونسبة محتواه من غاز الميثان كل خمسة ايام علي أمتداد التجربة للمعاملات المختلفة وتمحساب كمية الغازالحيوي والميثان باللتر المتحصل عليها من كل واحد كيلو جرام مادة عضوية جافة.

وقد توصلت الدراسة إلى النتائج التالية:

•لتجهيزمخلفات الأغذية (بقايا الأطعمة) قبل الأستخدام في التخمر اللاهوائي لأنتاج الغاز الحيوي يجب فصل و أزالة الورق والعظم والمواد الأخري ثم تقطيع وطحن هذه المخلفات الي طول أقل من 5 مم ثم تخفيف محتواها من المادة العضوية الجافة الي نسبة 8% تقريبا ًبأضافة الماء اليها.
•أعلي كمية غاز حيوي وميثان منتجة كانت 0.34 و 0.21 لتر/ جرام مادة عضوية جافة علي التوالي تم الحصول عليها من المعاملة 25%  مادة عضوية جافة من مخلفات الأغذية في الخليط في المخمرالأفقي. بينما كانت أقل كمية 0.097 و 0.068 لتر/ جرام مادة عضوية جافة علي التوالي لنفس الخليط ولكن في المخمر الرأسي.
•كمية البيوجازالمنتجة تتأثر بنوع المخمر ونسبة المواد الجافة العضوية في الخليط فكانت تقل من 0.342 الي 0.065 لتر/ جرام مادة عضوية جافة مع زيادة نسبة المواد الجافة العضوية في الخليط من 25 الي 75% في المخمرالأفقي. بينما كانت تزداد من 0.097 الي 0.247 لتر/ جرام مادة عضوية جافة مع زيادة نسبة المواد الجافة العضوية في الخليط من 25 الي 75% في المخمرالرأسي.
•التوازن بين مكونات الغاز الحيوي من غاز ثاني أوكسيد الكربون والميثان يعتمد علي بكتريا إنتاج الأحماض العضوية والميثان التي تتأثر بنسبة التحلل ودرجة الأس الهيدروجيني في المحلول. فعندما تزداد نسبة التحلل وتقل درجة الأس الهيدروجيني يزداد إنتاج ثاني أوكسيد الكربون ويقل إنتاج الميثان. أيضاً عندما تزداد نسبة التحلل وتزداد درجة الأس الهيدروجيني يقل أنتاج ثاني أوكسيد الكربون ويزداد أنتاج الميثان.
•التغير في درجة حرارة الغرفة ادي الي تأثير سلبي في نشاط بكتريا انتاج الميثان فكانت أقل وأعلي درجة حرارة تخمر داخل المخمرات 20.5 و 33.3 م°علي التوالي وبمدي تغير 12 م°بينما كان متوسط درجة حرارة التخمر 29 م°
•نسبة الميثان وثاني أوكسيد الكربون تتأثر بنسبة الكربون: النيتروجين فيزداد متوسط نسبة الميثان من 41.4 الي70.5% في المعاملات وفي نفس الوقت يقل متوسط نسبة ثاني أوكسيد الكربون من 57.5 الي 27.4% مع زيادة نسبة الكربون : النيتروجين من 23:1 الي 27:1 علي التوالي.
•لأنتاج أعلي كمية غاز حيوي وميثان من مخلفات الأغذية فإن ذلك يعتمد علي نوع المخمر (افقي – رأسي) ونظام التشغيل مثل درجة الحرارة التي يجب أن تكون ثابتة وتقليب المكونات اثناء التخمرونسب مكونات نوعية مخلفات الأغذية. كذلك نسب خلط مخلفات الأغذية مع مخلفات المواشي كمادة موازنة للتخمر.
يتضح مما سبق أنه لنجاح التخمر اللاهوائي لمخلفات الأغذية لإنتاج الغازالحيوي تحت الظروف التقليدية في المخمرات (افقية – رأسية) يحتاج الي تجهيز المخلفات من تقطيع وطحن ثم تخفيف بالماء ثم الخلط مع مخلفات المواشي بنسب ثابتة. كذلك عزل وتدفئة المخمر في درجة حرارة ثابتة في مدي الميزوفلك ثم التقليب لتوزيع درجة الحرارة وتجانس درجة الأس الهيدروجيني في مخلوط التخمر. فضلا ًعن العوامل الأخري مثل نسبة التحلل ونسبة الكربونC :النيتروجين N: ورقم الأس الهيدروجينيpH في المادة المتخمرة..

ويمكن للمترالمكعب من البيوجاز أن يغطي إحدى الاحتياجات الآتية :

  • تشغيل موقد متوسط الشعلة لمدة 2-3 ساعات .
  • تشغيل كلوب برتينة قوة 100 شمعة لمدة 8-10 ساعات .
  • تشغيل آلة احتراق داخلي قدرتها 1حصان لمدة 2 ساعة .
  • تشغيل جرار زراعي وزنه 3 طن لمسافة 2.8كم .
  • تشغيل ثلاجة 10 قدم لمدة 1-2 ساعة .
  • تشغيل دفاية مزرعة دواجن طول 60سم لمدة ساعتين .
  • توليد طاقة كهربائية  1.3 – 1.5 ك . و . س .
  • تشغيل فرن متوسط الحجم لمدة 2 ساعة .
  • تشغيل مكواة ملابس متوسطة الحجم لمدة 3 ساعات