الغاز الحيوي جهاز التنقية

الميثان هو أحد غازات الدفيئة التي تتحمل بعض المسؤولية عن التلوث الجوي ومضاعفات تغير المناخ. وفي الوقت نفسه، هو غاز متجدد يعمل كمصدر بديل وفير للطاقة المولدة، بالإضافة إلى كونه وسيلة بيئية لدفع المركبات. والأفضل من ذلك كله، أنه أكثر وفرة ومتاحًا بشكل فوري من الغاز الطبيعي المستخرج من الرواسب الجيولوجية. ومع ذلك – تمامًا مثل الغاز الطبيعي، أو البترول، أو الفحم – يحتوي الغاز الحيوي في شكله الخام على مركبات كيميائية تعيق الاقتصاد والكفاءة، نعم، والسلامة. وجهاز تنقية الغاز الحيوي هو الحل لهذه المواد غير المرغوب فيها.

مما يتكون الغاز الحيوي؟

جوهر الغاز الحيوي هو الميثان، أو CH₄، وهو غاز دفيئة عديم اللون والرائحة. وبالتالي، عندما يكون بكميات وفيرة في الغلاف الجوي، يحبس CH₄ الحرارة من التبدد ويزيد من الاحترار العالمي ومشاكل تغير المناخ. ورغم أنه أقل وفرة وأقل بقاءً من ثاني أكسيد الكربون (CO₂)، إلا أن الميثان يعد أكثر خطورة في احتجاز الحرارة من أي غازات دفيئة أخرى. ومع ذلك، فإن CH₄ يمتلك قوة هائلة من حيث الطاقة. يساهم الغاز الحيوي النقي الآن في شبكات الطاقة الإقليمية وأنظمة النقل العام. وهذا يثبت أنه عند احتجازه، يكون ميثان الغاز الحيوي أصلاً بيئياً بدلاً من كونه عبئاً.

كيف يحدث هذا؟ لننظر إلى هذه الحقيقة: تشير بعض التقديرات إلى أن 15% من انبعاثات غازات الدفيئة ذات الأصل البشري تأتي من نفايات الماشية. وما هذا إلا نتاج عملية الهضم، أي تكسير المواد لتكوين مركبات كيميائية مختلفة. وهذا هو الحال مع الهضم اللاهوائي. هذه العملية تنتج الميثان من جميع أنواع النفايات: السماد العضوي، ومياه الصرف الصحي، والروث، ومدافن النفايات، وأغصان الأشجار الميتة، وجثث الحيوانات، إلخ. في عصر أصبحت فيه إدارة النفايات عامل ضغط بيئي متزايد، فإن الهضم اللاهوائي – الذي يحدث بشكل طبيعي أو بقصد بشري – يعالج بيئة الأرض والغلاف الجوي.

عندما يتم هندسته بواسطة البشر، يأخذ الهاضم اللاهوائي أيًا من المواد الأولية – التي تسمى أيضًا الركيزة – المذكورة أعلاه ويحصرها في خزان خالٍ من الأكسجين. وبمجرد عزلها وتسخينها في درجات حرارة مختلفة، تمر المواد العضوية بعدة مراحل من التحلل بواسطة البكتيريا. في نهاية هذه العملية، تنتج الركيزة CH₄ و CO₂ وكمية قليلة من المركبات الأخرى بكميات ضئيلة. وهذا هو الغاز الحيوي، الذي يتم تحويله إلى وعاء آخر للاحتجاز والتخزين. ويتبقى من المواد الأولية ما يسمى بالمهضوم، ويحتفظ به للاستخدام لاحقًا كسماد أو فراش للماشية، على سبيل المثال. في غضون ذلك، يعتمد مستقبل الغاز الحيوي المحتجز على معالجته. فكما هو عليه بعد الهضم، لا يكون الغاز الحيوي جاهزًا للاستخدام الأمثل بعد.

كيف يعمل جهاز تنقية الغاز الحيوي

الغاز الحيوي الخام هو الميثان بالإضافة إلى – ثاني أكسيد الكربون (CO₂)، كبريتيد الهيدروجين (H₂S)، السيلوكسانات، الميركبتانات، وثاني أكسيد الكبريت، من بين مواد أخرى. وبدرجات متفاوتة، تجعل هذه المواد الكيميائية الغاز الحيوي أقل فعالية كمصدر للطاقة وقد تتلف قدرة النقل والتخزين. بعضها سام لصحة الإنسان. وغني عن القول إن منتجي الغاز الحيوي يحتاجون إلى تطهير هذه المواد لجعل غازهم آمنًا وفعالًا للمستهلكين. تعتمد إجراءات التنقية بشكل كبير على الاستخدام النهائي للغاز الحيوي. ولأغراض التبسيط، نعتبر العلاج الأكثر شمولاً، وهو العلاج الكامل.

يستخدم عدد من الآليات المختلفة لإزالة المركبات المدمرة من الغاز الحيوي الخام. ومن بين أكثرها فعالية، يمكن لمحلول هيدروكسيد الكالسيوم، أو الجير المطفأ، إزالة كل من CO₂ و H₂S تحت ظروف الضغط العالي، ودرجة الحرارة المنخفضة، ومستويات الأس الهيدروجيني العالية. وباستخدام الامتزاز، يعد الكربون المنشط مزيلًا قويًا لـ CO₂ بينما يحول H₂S إلى كبريت نقي. كما يقوم كبريتيد الحديد بسحب H₂S من الخليط.

بخار الماء هو وجود ضار آخر في الغاز الحيوي الخام. فبتخفيض القيمة الحرارية للغاز الحيوي، يقلل H₂O بالتالي من مخرجات الطاقة من المحركات التي تعمل بالغاز الحيوي. لذلك، على الرغم من أنه ليس سامًا مثل H₂S، فإن بخار الماء يمثل عقبة أمام الأداء الفعال. يقوم نظام تنقية الغاز الحيوي الصلب عادةً بضغط البخار، وتبريده، ويسمح له بالترسب خارج الغاز الحيوي. وتشمل الطرق الأخرى للتخلص من بخار H₂O من التدفق الامتزاز باستخدام هلام السيليكا؛ والجلايكول والأملاح الماصة للرطوبة في درجات حرارة عالية؛ والمناخل التي يمكنها التقاط جزيئات الماء. وقد أثبتت جميعها أنها عناصر فعالة في عملية التنقية.

إن تحديد ما إذا كانت طريقة واحدة أو جميع طرق التنقية ضرورية يعتمد على المادة الأولية الأصلية؛ وعملية الهضم اللاهوائي؛ والغرض من الغاز الحيوي. يشير نوع الهضم اللاهوائي، في هذا السياق، إلى مستوى الحرارة المطبقة في خزان الهضم.

الهضم المحب للبرودة

حوالي 68 درجة فهرنهايت

الهضم المحب للحرارة المتوسطة

بين 95 و 105 درجات فهرنهايت

الهضم المحب للحرارة العالية

بين 125 و 140 درجة فهرنهايت

بالطبع، ستعتمد الاختلافات في الحرارة أيضًا على الركيزة والغرض. لذا، فإن كل عنصر من عناصر نظام تنقية الغاز الحيوي، بمعنى ما، متناغم مع الآخر.

ملخص

إن سهولة الحصول على الغاز الحيوي مقارنة بالغاز الطبيعي الجيولوجي تكمل الفوائد البيئية الشاملة لهذا الغاز الطبيعي المتجدد. ومع ذلك، فإن ميثان الغاز الحيوي هو محصول ينتج عنه العديد من الأعشاب الضارة المجازية. هذه مركبات كيميائية تعيق الأداء النهائي للغاز ما لم تتم إزالتها. لحسن الحظ، هناك طرق متعددة لسحب هذه المواد المانعة من الميثان القابل للاستخدام. بعضها يتضمن تطبيقًا سائلًا؛ والبعض الآخر يستخدم الامتزاز للمواد الصلبة. وبمجرد اكتمال هذه المعالجة، يصبح الغاز الحيوي مصدرًا عمليًا للغاية وصديقًا للبيئة للطاقة الوفيرة.