بیوگاز

ازدیاد روزافزون مواد زائد آلی حاصل از فعالیت های مختلف در کشور، یکی از عوامل اصلی آلودگی محیط زیست می باشد. امروزه با توجه به پایین بودن بازده بهره گیری روش های سنتی، هزینه بالای دفن مواد زائد و آلودگی های زیست محیطی، استفاده از روش های مدرن نظیر هضم بی هوازی برای تولید بیوگاز متداول شده است. بیوگاز جمع آوری شده از فرآیند هضم بی هوازی، بعنوان یک منبع انرژی تجدیدپذیر مشابه با گاز طبیعی ولی با مقدار متان و ارزش حرارتی کمتر قابل استفاده می باشد. اما امروزه با کمک فن آوری های تصفیه و آماده سازی مناسب، دسترسی به بیوگاز با خصوصیات کاملا مشابه با گاز طبیعی امکان پذیر شده است [1]. در حال حاضر بیوگاز بعنوان یکی از منابع عمده تامین انرژی الکتریکی و حرارتی و ضمنا یک گزینه مناسب برای استفاده در موتور چهار ضربه ای، موتور دیزل، موتور استرلینگ، توربین گاز، میکرو توربین گازی و پیلهای سوختی جهت تولید برق می باشد [2]. استفاده از بیوگاز به علل متفاوتی که به مزایای اقتصادی، اجتماعی و زیست محیطی آن بر می گردد، در نیروگاههای تولید همزمان برق و حرارت برای تولید انرژی مورد توجه جهان واقع شده است [4و3]. تولید بیوگاز از فن آوری هضم بی هوازی و کاربرد آن در نیروگاههای CHP در ایران می تواند ضمن تامین قسمتی از انرژی مورد نیاز کشور، حرکت در راستای توسعه پایدار را نیز محقق سازد. در این مقاله به ضرورت توسعه نیروگاههای تولید همزمان برق و حرارت بیوگازسوز در کشور، با توجه به بررسی هایی که از جنبه های اقتصادی، زیست محیطی و اجتماعی صورت گرفته است، پرداخته می شود. همچنین برای اثبات اهمیت ضرورت احداث اینگونه نیروگاهها از دیدگاه اقتصادی محاسبات لازم برای یک نیروگاه بیوگاز تولید همزمان برق و حرارت بصورت مطالعه موردی انجام گردیده است.

مسئله ای که امروزه در کشورهای جهان سوم و بخصوص مناطق پرجمعیت شهری و صنعتی این کشورها بصورت یک معضل مطرح می شود بحث دفن زباله های غیر قابل بازیافت (پسماندها ) از محیط زیست می باشد . این پسماندها به دلیل تجزیه ناپذیر بودن و یا تجزیه طولانی مدت باعث بوجود آمدن مشکلاتی از قبیل آلودگی هوا ( با تولید شیرابه )، ایجاد مناظر نامناسب شهری و ... شده اند . در این مقاله سعی شده است به روش های دفن علمی پسماندها که به طور عملی در دو دهه اخیر ...

هدف: هدف از انجام پژوهش حاضر آن است که بررسی نماید احداث واحدهای مشترک و انفرادی بیوگاز در روستاهای کشور تا چه میزان می تواند نیازهای مردم روستا یا خانوارهای روستایی به سوخت را پاسخ دهد و جایگزینی برای مصارف گاز طبیعی آنان باشد. روش: تحقیق حاضر با روشی توصیفی- تحلیلی، نیازهای سوختی مردم روستایی کشور و امکان تأمین آن به-وسیلة بیوگاز حاصل از فضولات دامی را بررسی می کند. یافته ها: نتیجة اولیه و کلی بررسی تناسب جمعیت دام و جمعیت انسانی روستاهای کشور از بعد تأمین سوخت آن است که (اگر توزیع جمعیت دام و انسان در روستاهای کشور یکسان باشد) سرانة فضولات دامی قابل جمع آوری هر انسان روستایی آن قدر است که می تواند مصارف گاز طبیعی او را در سال به طور کامل پاسخ دهد. همچنین، نتایج بررسی امکان پذیری تأمین سوخت روستاهای کشور ازطریق واحدهای مشترک و انفرادی بیوگاز تقریباً نشان دهندة پتانسیل زیاد تولید بیوگاز و امکان زیاد استفاده از آن در تأمین سوخت روستاهای کشور است. محدودیت ها/ راهبردها: یکی از مشکلات، آگاهی های کم و آموزش های ناکافی در این باره است. همچنین، نبود روحیة مشارکت مردم روستایی در احداث و ادارة واحدهای بیوگاز روستایی و فقدان برنامة جامع ملی برای گسترش این فناوری تاحدی از پیشبرد کار جلوگیری خواهد کرد که لازم است این مشکلات حل شود. راهکارهای عملی: لازم است آگاهی ها و آموزش های لازم به مردم روستایی کشور داده شود تا با مزایای مختلف استفاده از این فناوری آشنا شوند. علاوه برآن، حمایت های دولتی ازجمله اعطای وام به روستاییان برای احداث واحدهای بیوگاز قطعاً می تواند در گسترش این فناوری مؤثر باشد. اصالت و ارزش: تأمین سوخت روستاهای کشور ازطریق بیوگاز حاصل از فضولات دامی دارای مزایای بسیاری ازجمله صرفه جویی در مصرف سوخت های فسیلی، کاهش هزینه های لوله کشی گاز به مناطق روستایی، تولید کود غنی شدة قابل استفاده در کشاورزی، افزایش سلامت انسان و محیط زیست و ... است.

بنا به اهمیت استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر در این تحقیق به بررسی فرآیند نیروگاه بیوگازسوز قابل اجرا در تصفیه خانه های فاضلاب شهری کرمان با توجه به هزینه های ثابت و سالانه تولید انرژی به ازای هر کیلو وات برق تولیدی در صنایع کوچک(Biogas - DG Industry) در منطقه خاورمیانه پرداخته شده است. برای این منظور سناریوی عدم بازیابی انرژی و سناریوی بازیافت انرژی از فاضلاب شهر کرمان که خود شامل دو سناریوی فروش برق تولیدی به شبکه و سناریوی مصرف برق تولیدی در تصفیه خانه فاضلاب است، معرفی شده و برای هر یک از این سناریوها سه سناریو جمعیتی تعریف شده است. داده های مربوطه از ترازنامه انرژی و سایت آژانس بین المللی انرژی گرفته شده است و سپس با معیارهای اقصاد مهندسی از قبیل هزینه چرخه عمر سالانه، فاکتور ارزش فعلی خالص، نرخ بازدهی داخلی و به ارزیابی اقتصادی بازیافت انرژی از فاضلاب شهر کرمان پرداخته شده است. نتایج حاکی از آن است که به لحاظ شاخص ارزش فعلی خالص، اقتصادی ترین سناریو برای تولید همزمان برق و حرارت از منابع تجدیدپذیر(بیوماس) از تصفیه خانه فاضلاب شهر کرمان در سال 1391، سناریوی بازیافت انرژی - فروش برق تولیدی به شبکه است.

مدیریت مصرف انرژی با توجه به کمبود منابع و افزایش قیمت حامل های انرژی های تجدیدناپذیر و نیز پیامدهای زیست محیطی ناشی از مصرف بی رویه آن از جایگاه ویژه ای برخوردار است. از این رو هدف از این مطالعه بررسی جریان انرژی مصرفی و انتشار آلاینده ها در قالب گازهای گلخانه ای در واحد صنعتی تولید شیر در دانشگاه فردوسی مشهد بود. مجموع انرژی های ورودی و کارایی انرژی به ازای تولید یک لیتر شیر به ترتیب 7.73 مگاژول و 0.92 بود. دو نهاده خوراک دام و سوخت های فسیلی به ترتیب با سهم 64 و 23 درصد به عنوان پر مصرف ترین نهاده های انرژی شناخته شدند. از طرفی دو نهاده سوخت دیزل و الکتریسیته به ترتیب با سهم 65 و 34 درصد بیش ترین انتشار گازهای گلخانه ای را به خود اختصاص دادند. نتایج نشان داد که حدود 35 درصد از انرژی الکتریسیته مورد نیاز را می توان با بکارگیری سامانه بیوگاز (انرژی پاک) تامین کرد. همچنین مجموع انتشار گازهای گلخانه ای به ازای هر رأس دام و تولید یک لیتر شیر به ترتیب 1295.1 و 0.14 کیلوگرم کربن دی اکسید معادل محاسبه شد.

بیوگاز امروزه منبع با ارزشی برای تولید همزمان گرما و توان است. در این مقاله یک نوع میکروتوربین جدید با هوای مرطوب با توان تولیدی 500 کیلو وات ارایه شده است. این نیروگاه روی کارخانه تصفیه فاضلاب بنا شده است. در این مقاله روی سیستم مناسب تولید بیوگاز و دستگاه بازیافت گرما نیز بحث شده است. نتایج به دست آمده از این مقاله نشان می دهد بازده الکتریکی سیستم معرفی شده برابر 6/46 درصد و بازده تولید همزمان گرما و توان آن برابر 2/81 درصد می باشد. تاثیر ترکیب این نیروگاه با تصفیه خانه فاضلاب این است که منبع بیوگاز و آب لازم در کنار نیروگاه به سادگی وجود دارد.

با توجه به نیاز توسعه کشورها میزان به کارگیری انرژی های تجدیدپذیر نیز در کشورهای جهان رو به افزایش بوده، بطوریکه یکی از شاخص های توسعه یافتگی مصرف انرژی محسوب می شود، با توجه به پایان پذیری انرژی های فسیلی و آلودگی های زیست محیطی و پایین آمدن ظرفیت تولید این نوع سوخت ها در جهان و حتی در ایران جستجوی منابع جایگزین به لحاظ اقتصادی مهم می باشد. انرژی های تجدید پذیر انواع گوناگونی دارند که از محدوده انرژی خورشیدی گرفته تا انرژی زمین گرمایی را شامل می شوند. یکی از مناسبترین منابع انرژی تجدید شونده انرژی بیوماس است. این انرژی علاوه بر خاصیت تجدیدپذیر بودن، سازگار با محیط زیست است. منابع انرژهای بیوماس می توانند به انرژی الکتریسیته یا به صورت حاملهای از انرژی مانند سوخت های گازی یا مایع با توجه به نیاز بخش های مختلف جامعه تبدیل شوند. منابع انرژی بیوماس به طور کلی به موادی از گیاهان و موجودات زنده بدست می آید اطلاق می شود. منابع انرژی بیوماس برخلاف سوختهای فسیلی رایج که به صورت لایه های متمرکز در جهان یافت می شود بیشتر به صورت پراکنده هستند و در نتیجه جمع آوری منابع انرژی بیوماس در حجم های بالا قابل ملاحظه است. از سوی دیگر حفاظت از محیط زیست و کاهش اثرات زیانبار فعالیت های اقتصادی بر شرایط محیطی زندگی انسان ها در چارچوب مفهوم توسعه پایدار، تغییر در نوع نگرش به تخصیص منابع و دستیابی به حداکثر کارآیی اقتصادی را طلب می نماید. مطالعه حاضر ضمن بررسی مکانیسم های ایجاد بیوگاز، نشان می دهد که با بکار بردن مستقیم این گاز میتوان طیف وسیعی از صنایع و سیستم های موجود را راه اندازی کرد و موجب صرفه جویی منابع با ارزش سوختهای فسیلی نظیر نفت و گاز و غیره شد. لذا با توسعه نیروگاههای بیوگازی، ضمن اثرات قابل توجه اقتصادی و اجتماعی، معضلات محیط زیست شهری کمتر خواهد شد و دست یابی به اهداف توسعه پایدار شهری آسان تر خواهد گردید.

جهت تامین انرژی های تجدید پذیر و همچنین کاهش گازهای گلخانه ای می توان از هضم بی هوازی برای تبدیل پسماندهای آلی به انرژی استفاده نمود. طی فرایند هضم بی هوازی، بیوگاز تولید شده و از آن می توان برای گرمایش و تولید برق استفاده کرد. بیوگاز تولید شده به غیر از متان گازهای دیگری هم به همراه دارد که مخرب ترین آنها گاز سولفید هیدروژن بوده که در صورت عدم حذف آن باعث خورندگی و صدمه به تاسیسات میگردد. در این تحقیق جهت تولید انرژی به شکل بیوگاز قابل اشتعال، از ترکیب های مختلف پسماند آشپزخانه و کود مرغی جهت بهینه سازی و افزایش میزان بیوگاز با توجه به ترکیبات مواد آلی موجود استفاده گردید که نتایج نشان داد بهترین ترکیب کود مرغی و پسماند آشپزخانه با نسبت برابر بوده و در ادامه با جذب گاز سولفید هیدروژن با مواد جاذب (سنگ آهن) کاهش تولید ناخالصی ها در گاز مورد بررسی قرار گرفت که نشان از حذف این گاز در بازه زمانی متفاوت نسبت به گاز تولیدی می باشد. در این تحقیق سه مدل گومپرتز اصلاح شده، لجستیک اصلاح شده و مدل بدون فاز تأخیر مورد بررسی قرار گرفته شدند تا مشخص شود کدام مدل بهترین تولید بیوگاز را پیش بینی می کند. دو مدل اول یعنی گومپرتز و لجستیک اصلاح شده با دقت خوبی برروی اطلاعات منطبق شدند اما مدل No-lag بدلیل درنظر نگرفتن فاز تأخیر در تولید بیوگاز مقداری خطا را نشان میدهد. با توجه به نتایج هاضم های مختلف، نتایج نشان میدهد که پتانسیل تولید بیوگاز برای نسبت ( KW+CM ) با مقدار 11000 میلی لیتر از سایر موارد به دلیل ترکیب مناسب پسماندها بیشتر می باشد.

در حال حاضر در کشور سهم تولید انرژی از زیست توده بسیار ناچیز و در حد 56/10 مگاوات می باشد. یکی از نیروگاههایی که در فرایند تولید انرژِی زیست توده نقش دارد. نیروگاه سازمان پسماند شهرداری مشهد است که به منظور بهینه کردن تولید این نیروگاه، تکنیک جاروب کشی بیوگاز تولیدی با آب به صورت ثقلی پلکانی در آن اجرا شد نتایج مبین این مسئله است؛ که خالص سازی بیوگاز از سولفید هیدروژن بسته به شرایط بین 31 تا 97 درصد بوده است و متوسط درصد میزان حذف سولفید هیدروژن برابر60 درصد بوده است. در این تکنیک با استفاده از آب بدون سیرکولاسیون در سیستم باز هر مترمکعب آب قادر به تصفیه حدود 630 مترمکعب بیوگاز بوده است. از طرف دیگر بررسی ها نشان داد؛ اگر زباله ها قبل از دفن تفکیک شوند و بیوگاز تولیدی از آن خالص سازی شود. ارزش ریالی انرژِی تولیدشده به میزان 7/27 درصد افزایش خواهد یافت هزینه این تکنیک با اتکا به تجهیزات داخل کشور در مقایسه با نمونه مشابه خارجی در حدود 89 درصد کمتر خواهد شد.

افزایش تقاضای انرژی و محدودیت ذخایر فسیلی، برنامه ریزان را به سوی بهره مندی از منابع تجدیدپذیر سوق داده است. این مهم به ویژه در تامین تقاضا برای سکونتگاه های حاشیه شهر فاقد شبکه انتقال نیرو و گازرسانی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این مطالعه، باتکیه بر ظرفیت های زیستی استان کرمانشاه، ضمن بررسی امکان تولید بیوگاز از فضولات دامی در حاشیه شهر کرمانشاه جهت پوشش تقاضای انرژی، ارزیابی اقتصادی به روش تحلیل هزینه- فایده انجام گرفته است. نتایج حاصل از امکانسجی تولید بیوگاز در منطقه مطالعاتی نشان داد هضم بی هوازی سالانه جمعا 83/2 هزارتن فضولات دامی، ظرفیتی معادل تولید سالانه m3 05/113744 بیوگاز را فراهم می سازد که می تواند ضمن تامین تقاضای گاز، مازاد آن برای تولید سالانه معادل MWh 67/46 برق مورد استفاده قرار گیرد. همچنین نتایج حاصل ارزیابی اقتصادی احداث سامانه هاضم بی هوازی نشان داد، هزینه های ثایت و متغیر در سال پایه به ترتیب معادل 97/10262 و 53/1337 میلیون ریال و منافع سالانه حاصل از فروش بیوگاز، کود کمپوست و منافع ناشی از فروش برق تضمینی در سال پایه، به ترتیب برابر 29/84، 02/2974 و 05/343 میلیون ریال، معادل جمعا 36/3401 میلیون ریال خواهد بود. بنابراین در صورت احداث هاضم بی هوازی به همراه تولید برق از بیوگاز مازاد تولیدی، ارزش حال خالص مثبت و معادل 32/4481 میلیون ریال خواهد بود. همچنین نسبت فایده به هزینه معادل 27/1 و نرخ بازدهی داخلی معادل %37 می باشد که نشان دهنده توجیه پذیری و سودآوری طرح است.

استفاده از روش ها و فناوری های جدید از جمله تولید بیوگاز برای تأمین انرژی مورد نیاز روستاها نه تنها از نظر اقتصادی بلکه از نظرهای اجتماعی و زیست محیطی نیز حائز اهمیت است. با توجه به تنوع منابع زیست توده موجود در روستاهای کشور از جمله فضولات دامی، پسماند آلی خانگی و لجن تخمیری امکان تولید بیوگاز در این مناطق وجود دارد. زیست توده کود حیوانی، از مقدار ارزشمندی از گاز متان قابل احتراق تشکیل شده است که می تواند با هضم در یک گوارنده مخزن ثابت، در اجاق گاز ساده برای پخت و پز و یا تأمین برق استفاده شود. مقاله حاضر، راهنمایی کاربردی برای تأمین انرژی مورد نیاز برای نواحی روستایی با کمک بیوگاز است که اثر زیادی در کاهش مصرف سوخت های فسیلی خواهد داشت، ضمن اینکه هزینه انرژی خانوارهای روستایی را کاهش می دهد. در این مقاله با توجه به آنکه در ساخت و احداث واحدهای بیوگاز توجه به تعداد و نوع حیوانات و مقدار پسماندهای آلی قابل تجزیه، محل احداث واحد و درجه حرارت محیط بسیار اهمیت دارد، منطقه طینوج قم به عنوان مورد مطالعاتی انتخاب شده است که در آن واحدهای صنعتی و سنتی دام و طیور به صورت متمرکز فعالیت می نمایند و از نظر جمع آوری فضولات مشکلاتی دارند. به علاوه مدیریت کاربرد این فضولات به منظور تولید انرژی برای ایجاد حرارت و روشنایی از اهمیت بسزایی برخوردار است. در این قبیل روستاها با تعداد مناسبی از دام می توان گوارنده هایی با ظرفیت های کوچک در مقیاس خانگی و محلی احداث نمود. از دیگر موارد با اهمیت توجه به درجه حرارت محیط برای عملیات رآکتور است، زیرا فرایند هضم بی هوازی در درجه حرارت های بالاتر یعنی ۳۰ تا ۵۰ درجه سانتیگراد بهتر عمل می کند و نیاز به هزینه بیشتر برای عملیات عایق کاری بسیار زیاد و صرف انرژی بیشتر برای گرمایش رآکتور نیست. مطالعات پتانسیل سنجی منابع زیست توده نشان می دهند که در اکثر روستاهای کشور می توان در دو مقیاس خانگی و نیمه صنعتی دستگاه های بیوگاز را توسعه داد و از آن ها بهره گرفت.

امروزه دست یابی به منابع انرزی پاک و مطمئن یکی از اهداف اصلی توسعه پایدار است.بیوگاز با داشتن ویژگی هایی از قبیل  تولید انرژی پاک؛بهبود محیط بهداشتی روستا و تولید کود حیوانی که منبع اصلی مواد مغذی و عاری از تخم علف های هرز و عوامل بیماری زا است؛ می تواند به عنوان یک راهبرد در امر جاگزینی انرژی فسیلی در نواحی روستایی باشد.  تحقیق با هدف ارزیابی توان تولید بیوگاز در نواحی روستایی استان کرمانشاه انجام گرفته است.مطالعات از طریق روش میدانی؛انرژی مورد نیاز مصرفی از طریق گاز که برای مصارف پخت و پز و آب مصرفی در طول سال استفاده می کنند. استفاده از میزان مصرف انرژی گاز براساس استاندارد ها و مقرارت ملی کشور مورد محاسبه قرار گرفته است.یافته ها از جوانب مختلف بیانگر آن است: از نظر اقتصادی 65 درصد صرفه جویی؛ از نظر اجتماعی با توجه به نوع سازه کم دوام مساکن روستایی وبا توجه به موقعیت تکتونیکی استان کرمانشاه از نظر زلزله؛ بیوگاز بهترین جایگزین برای لوله کشی گاز در نواحی روستایی است. از نظر محیط زیست؛ فضای روستا را تمیز و سطح بهداشت روستا را بالا می برد. از نظر فنی آموزش و بگار گیری بیوگاز در نواحی روستایی ساده است.نتایج نشان می دهد؛ بکار گیری بیوگاز در نواحی روستایی به دلیل عدم آگاهی مردم محلی از آن؛مستلزم بومی سازی و ایجاد بسترهای فرهنگی و اقتصادی از طریق همکاری ارگان های دولتی( جهاد برای آموزش و بانک ها برای تخصیص وام) و همیاری نهادهای مدنی است.