کارخانه بیوگاز چیست و چگونه کار می کند؟

کارخانه بیوگاز چیست و چگونه کار می کند؟

ما نمی‌توانیم بدون ذکرکارخانه های بیوگاز، که صرفاً مکان‌هایی هستند که فرآیند تولید بیوگاز در آن‌ها اتفاق می‌افتد، درباره بیوگاز صحبت کنیم. در کارخانه های بیوگاز سیستمی وجود دارد که محیطی بدون اکسیژن فراهم می کند که در آن باکتری های زیست توده را به بیوگاز تبدیل می کنند. این روند می تواند در اندازه ها و اشکال مختلف وجود داشته باشد و برای ایجاد انرژی وکربن خنثی عمل کند.

کارخانه بیوگاز چیست؟

یک کارخانه بیوگاز تأسیساتی است که شرایط بدون اکسیژنی را فراهم می کند که در آن هضم بی هوازی به راحتی اتفاق بیفتد. به زبان ساده، یک سیستم مصنوعی که در آن روند می‌توان زباله‌ها را به انرژی پایدار و کودهای شیمیایی با اثرات مثبت بر محیط‌زیست تبدیل کرد.

 یک کارخانه بیوگاز دارای سه جزء اصلی است که فرآیند تولید بیوگاز را ممکن می سازد:

• فرآوری
• تخمیر
• جداسازی و نگهداری گاز

هر نوع زیست توده فرآیند تخمیر متفاوتی دارد، بنابراین طول کلی فرآیند تولید بیوگاز بسته به مواد خام مورد استفاده متفاوت است و استفاده از پیش تصفیه در کارخانه‌های بیوگاز صنعتی، معمول است.

بیوگاز

برخی از محبوب‌ترین انتخاب‌های زیست توده عبارتند از: بقایای محصولات ، فاضلاب شهری و صنعتی، مواد کشاورزی، کودهای دامی، جلبک‌های دریایی، فرآوری مواد غذایی و ضایعات کاغذ، اما فهرست مواد خام مورد استفاده بسیار طولانی‌تر است.

هاضم یک محفظه ضد آب و هوا می باشد که دارای ورودی برای زیست توده است. مواد اولیه ای که باید به انرژی تبدیل شوند را پیش فرآوری کرده داخل محفظه قرار می دهند. سپس، همزن ها زیست توده را به صورت دوره ای جابجا می کنند تا گازها آزاد گردد.

یک کارخانه بیوگاز چگونه کار می کند؟

کارخانه های بیوگاز از یک فرآیند خودکار و ساده پیروی می کنند که با تکرار فرآیند طبیعی هضم بی هوازی در یک محیط مصنوعی به تولید بیوگاز و کربن خنثی منجر می شود.

در حالی که ممکن است برخی از مراحل نیروگاه های بیوگاز با یکدیگر متفاوت باشد، اکثر تاسیسات از فرآیند یکسانی برای تولید بیوگاز استفاده می کنند.

در مخازن جمع آوری و تولید گاز(انرژی سبز ) ، باکتری های بی هوازی در فرآیندهای تصفیه بیولوژیکی فاضلاب قادر به تجزیه مواد آلی موجود در پساب ها بوده و در نهایت به عنوان خروجی فرآیند تصفیه، گاز متان و دی­اکسید کربن تولید می کنند که همان بیوگاز است. باکتری های بی­هوا زی و میکروارگانیسم های مورد استفاده در فرآیند تصفیه بیولوژیکی فاضلاب انواع مختلف دارند و برای مواد آلی مختلف کاربرد دارند. ازجمله:

• باکتری ها که در دو نوع بی هوازی و دوگانه زی وجود دارند.
• هتروتروپیک
• اتوتروپیک( از مواد معدنی موجود درفاضلاب تغذیه می­کند)
• قارچ
• پروتوزوآ(از دسته تک سلولی ها هستند و و برای تصفیه لجن فعال مورد استفاده قرار می گیرند)
• روتیفرها

گیاهان بیوگاز و هاضم‌های بی‌هوازی در اندازه‌ها و اشکال مختلفی وجود دارند، و همه آن‌ها یک هدف را دنبال می‌کنند: تولید انرژی پایدار از زباله.

مرحله۱ – پیش فرآوری و پر کردن هاضم

انواع مختلفی از مواد آلی به نام بسترها( زیر لایه ها) وارد دستگاه هاضم می شوند. برخی از بسترها می توانند کود مایع، مواد خام تجدیدپذیر (مانند ذرت یا علف) یا زباله های تولید شده توسط صنایع غذایی باشند. برخی از آنها ممکن است نیاز به نگهداری در ظروف سیمانی داشته باشند و قبل از ورود به مخزن هاضم، پیش فرآوری شوند. یک گیاه بسته به اندازه آن می تواند شامل چندین هاضم باشد.

مرحله ۲ – فرآیند تخمیر

بسترها تا دماهای مختلف در داخل مخزن هاضم گرم می شوند و یک سری میکروارگانیسم ها در غیاب نور و اکسیژن شروع به تجزیه مواد آلی می کنند. در طول فرآیند، مواد آلی برای جلوگیری از تشکیل لایه‌هایی در بالا و پایین مخزن جابه‌جا می‌شوند.

مرحله ۳ – تولید بیوگاز

در نتیجه تخمیر، بیوگاز یا متان به عنوان ماده اصلی در داخل مخزن هاضم تولید می شود. در این مرحله از فرآیند، علاوه بر گازمتان و دی‌اکسید کربن، آب و سولفید هیدروژن را نیز تولید می‌شود که یکی از دلایل اصلی ساخت مخازن فولادی است که در برابر اثرات گاز برای مدت طولانی مقاومت می‌کند.

مرحله ۴ – بیرون کشیدن باقی مانده ها

پس از تخمیر، بقایایی به نام هضم از مخزن بیرون کشیده می شود تا به عنوان کود سازگار با محیط زیست و با کیفیت بالا استفاده شود. به این ترتیب، فرآیند تولید بیوگاز به یک سیستم بدون زباله برای حذف زباله از محل های دفن زباله تبدیل می شود و در عین حال راه حلی مناسب برای محصولات بهتر ارائه می دهد.

مرحله ۵ – از بین بردن ناخالصی ها

از طریق یک فرآیند پاکسازی، آب، سولفید هیدروژن و ناخالصی ها از بیوگازحذف می شوند تا بیوگاز تولید شده و بیشتر برای تولید انرژی و گرما مورد استفاده قرار می گیرد.

کارخانه بیوگاز برای چه منظوری استفاده می شود؟

نیروگاه های بیوگاز می توانند اهداف متعددی داشته باشند و نقشی مضاعف در اکوسیستم و اقتصاد داشته باشند. از یک طرف، نیروگاه‌های بیوگاز می‌توانند انرژی و گرمایش را برای ما تامین کنند. بیوگاز ۱۰۰% قابل تجدید می باشد، زیرا احتراق آن دی اکسید کربن جدیدی تولید نمی کند. علاوه بر این، در فرآیند تولید آن از انتشار متان در اتمسفر جلوگیری می شود و تأثیر مثبتی بر محیط زیست دارد.

از بیوگاز می توان برای تولید گرما، تولید برق، یا در نیروگاه های حرارت و برق (CHP) برای تولید برق و حرارت استفاده کرد.

انرژی تولید شده توسط نیروگاه های بیوگاز می تواند  با تبدیل شدن به برق به طور مستقیم به شبکه برق وارد شود و بسته به اندازه نیروگاه بیوگاز  برای یک یا چند واحد صنعتی تامین انرژی کند. علاوه بر این، گرمای تولید شده در طول فرآیند می تواند برای گرم کردن استخرها یا ساختمان ها استفاده شود. با حذف دی اکسید کربن از بیو گاز، بیومتان حاصل می­شود که امکان جایگزینی گازهای بیوگاز و بیومتان با گاز طبیعی برای مصارف صنعتی، تجاری و خانگی وجود دارد. این سوخت را می توان به راحتی به ایستگاه های سوخت رسانی گاز منتقل کرد.

از سوی دیگر، تولید بیوگاز این تأسیسات را به بخشی از برنامه های مدیریت پسماند تبدیل می کند و از اینکه زباله ها دفن شوند جلوگیری می کند . زیست توده ای که به این روش ها ذخیره و پردازش می شوند کمترین تأثیر مخرب را بر طبیعت خواهد داشت. علاوه بر این، نیروگاه‌های بیوگاز نیز می‌توانند به حل مسئله ضایعات مواد غذایی کمک کنند – در سطح جهانی، ما سالانه ۱.۳ میلیارد تن پس ماند غذایی تولید می کنیم.

بقایای حاصل از فرآیند تولید بیوگاز کودهای باکیفیت هستند که جایگزین پایداری برای مواد شیمیایی به حساب می آیند.

مزایای کارخانه های بیوگاز

بیشتر مزایای نیروگاه های بیوگاز مربوط به محیط زیست است، زیرا آنها انرژی تجدیدپذیر را برای مصارف خانگی و صنعتی تولید می کنند. این انرژی را می توان ذخیره یا به انرژی الکتریکال تبدیل و به شبکه برق تزریق کرد تا وابستگی به انرژی سوخت فسیلی را کاهش دهد، که این خود باعث کاهش کربن می شود. به عبارت دیگر، نیروگاه های بیوگاز می توانند به مبارزه با تغییرات آب و هوایی کمک کنند. در عین حال که کاربران خانگی و صنعتی کمتر به انرژی تولید شده با سوخت های فسیلی متکی هستند، انتشار گازهای گلخانه ای کمتر می شود و با جمع آوری زباله ها و عدم سوزاندن آنها باعث کاهش انتشار متان به جو می گردد تا باعث بهبودکیفیت هوا می­شود.

فرآیند تولید بیوگاز و مدیریت ضایعات مواد غذایی و اورگانیک باعث جلوگیری از دفن زباله ها، انتشار بوی کمتر، به حداقل رساندن خطر گسترش بیماری ها، و همچنین جلوگیری از آلوده شدن آب های زیر زمینی می­گردد. که در حال حاضر در جوامع توسعه یافته در حال پیاده سازی می­باشد.

یکی دیگر از مزایای نیروگاه های بیوگاز، بی نیازی به کودهای شیمیایی است، زیرا با مواد هاضمی جایگزین می شوندکه یک سری مواد مغذی مانند فسفر در آنها وجود دارد که برای محصولات کشاورزی ضروری است.

علاوه بر اثرات مثبت بر محیط‌زیست، نیروگاه‌های بیوگاز به ایجاد یک اقتصاد دایره‌ای کمک می‌کنند، که در آن صنایع بیشتری می‌توانند با استفاده از زباله‌های خود برای به دست آوردن انرژی یا گرما، پایدار و خودکفا شوند. که به این ترتیب، مشاغل جدید در چندین بخش ایجاد می شود و تأثیر قابل توجهی بر کیفیت زندگی در جوامع متعدد در سراسر جهان دارد.

معایب کارخانه های بیوگاز

فرآیند ساده است، اما ارزان نیست. هزینه های مربوط به ساخت یک نیروگاه بیوگاز و سرمایه گذاری در چنین تاسیساتی، بسیاری از جوامع را به چالش می کشد. در جوامع شهری بزرگ برای رشد به انرژی زیادی نیاز دارند، اما مواد خام لازم برای تولید بیوگاز کافی را  نمی توانند فراهم کنند.

با توجه به هزینه بالای ساخت یک نیروگاه بیوگاز، پیشرفت در این صنعت بسیار آهسته اتفاق می افتد. نیروگاه های بیوگاز در مناطق بزرگ شهری با وجود مزایای متعدد برای محیط زیست شهری و اقتصادشهری به عنوان تنها راه حل قابل جایگزینی نمی باشد.

این صنعت در مراحل اولیه خود است، در حالی که تعداد نیروگاه های بیوگاز در سال های اخیر رشد قابل توجهی داشته است. از آنجایی که فناوری جدید برای تامین انرژی و نگهداری این تاسیسات با هزینه های کمتر در حال پیشرفت است،امید می رود که در آینده ای نزدیک شاهد افزایش تولید بیوگاز باشیم که تاثیر مثبتی بر انتشار گازهای گلخانه ای در سراسر جهان خواهد داشت.