موضوعات القطاع
يتواصل البحث والتطوير في مصادر الطاقة البديلة بلا هوادة، وغالبًا ما تكون النتائج واعدة. ومع تعاون شركات الطاقة والحكومات لتقليل حرق الوقود الأحفوري كوسيلة للتخفيف من الآثار الضارة لتغير المناخ، تشمل مهمتها ليس فقط جدوى المصادر البديلة، بل وأيضًا تحسين هذه البدائل لتكون فعالة وذات كفاءة من حيث التكلفة ومناسبة لكل من النقل والتخزين. وبما أن الغاز الحيوي — الذي طالما كان مصدرًا لوقود التدفئة والطهي — يتخذ دورًا أكبر كوسيط للطاقة الخضراء، يجري تنقيح التقنيات والأساليب لمعالجته لتطبيق أوسع وأسهل.
معرفة كيفية تشكل الغاز الحيوي أمر أساسي لفهم سبب كون ترقية الغاز الحيوي عملية وضرورية. لقد مر معظم الناس بتجربة ما مع الغاز الحيوي، ولو من خلال حاسة الشم فقط. عندما تتحلل المواد العضوية، تتفكك مكوناتها إما بوجود الأكسجين أو بدونه، على سبيل المثال في مكب النفايات، أو تحت كومة كبيرة من قصاصات العشب أو روث البقر. في الحالة الأخيرة، تقوم بكتيريا معينة بتفكيك المواد إلى مجموعة من المركبات الكيميائية على عدة مراحل من التحلل. ومن بين المركبات النهائية السائدة التي تبقى هي الميثان (CH₄) وثاني أكسيد الكربون (CO₂). تتحد هذه المركبات مع مركبات أخرى لتكوين الغاز الحيوي. بالإضافة إلى CO₂ و CH₄، تبقى غازات بكميات أقل. على الرغم من تواضع نسبتها، فإن هذه المركبات النزرة تحمل تأثيرًا ضارًا من حيث جعل الغاز الحيوي غير صالح للاستخدام وحتى خطرًا. قد تفسد المركبات العضوية المتطايرة مثل التربينات والسيليكسانات الغاز الحيوي، وكذلك بخار الماء ومركبات الكبريت. كبريتيد الهيدروجين، على وجه الخصوص، ليس فقط خطيرًا على صحة الإنسان ولكنه يضر أيضًا بخطوط الأنابيب وأوعية التخزين. بالإضافة إلى هذه المشاكل، يقلل ثاني أكسيد الكربون نفسه بشكل كبير من كفاءة وقود الغاز الحيوي. الهدف المثالي، إذن، هو إنتاج الميثان في أنقى صورة ممكنة.
الغرض من ترقية الغاز الحيوي هو إنشاء غاز طبيعي متجدد (RNG)، أي مناسب للنقل عبر خطوط الأنابيب ومناسب للاستخدام في كل مكان يُستخدم فيه الغاز الطبيعي التقليدي. الفرق الأساسي هو أن RNG — أو البيوميثان — يتجدد بسهولة مقارنة بالغاز الطبيعي المستخرج من الرواسب الجيولوجية. يمكن تسييل البيوميثان أو ضغطه لتزويد المركبات بالوقود. علاوة على ذلك، يتوافق مع متطلبات معيار الوقود المتجدد الفيدرالي التي حددتها وكالة حماية البيئة (EPA). باختصار، يقلل استخدام RNG انبعاثات غازات الاحتباس الحراري بشكل كبير.
يمكن أن يشبع بخار الماء الغاز الحيوي المجمع من الهضم اللاهوائي، ويمثل ما يصل إلى 12% من وزن الغاز، على الرغم من أنه أقل من 1% من المحتوى. قد يتكثف هذا البخار أثناء مروره عبر خطوط الأنابيب مما يؤدي إلى تآكلها. ولذلك، من المهم إزالة H₂O قبل النقل. سيتكثف البخار فقط إلى H₂O سائل عند نقطة الندى. ويمكن تحقيق ذلك بعدة وسائل. على سبيل المثال، يمكن تبريد الغاز إلى درجة الحرارة التي تتوافق مع نقطة الندى. وغالبًا ما يتم ذلك عن طريق دفن خط الغاز تحت التربة وتركيب مصيدة للمياه المكثفة. وثمة سيناريو آخر يتضمن استخدام هلام السيليكا في نظام ترقية الغاز الحيوي لاحتجاز البخار والسماح للغاز الحيوي بالمرور إلى المزيد من التنقية.
يمكن لكمية قليلة من كبريتيد الهيدروجين (H₂S) أن تسبب الكثير من المتاعب. فبالإضافة إلى تهديده لصحة الجهاز التنفسي للإنسان والحيوانات والنباتات، يُعرف هذا المركب — الذي يسمى أحيانًا غاز المجاري — بأنه يسبب تآكلاً مدمرًا لخزانات التخزين وخطوط الأنابيب. وعلى الرغم من أن وجوده بالكاد يظهر في معظم الغاز الحيوي، إلا أن هناك ما يكفي منه لفرض عواقب وخيمة إذا لم يتم التخلص منه. إحدى طرق التخفيف من وجوده في الغاز الحيوي هي إضافة مركبات الحديد إلى جهاز الهضم اللاهوائي قبل إضافة الركيزة، أي المادة العضوية. ثم تُترك مركبات الكبريت مع ناتج الهضم بعد استخلاص الغاز الحيوي. ولكن غالبًا، لا يكون الإجراء الاستباقي كافيًا بحد ذاته. يمكن للكربون المنشط أن يتفاعل مع H₂S لأكسدته وربط الجزيئات بسطح الكربون الصلب. إجراء إزالة آخر هو تمرير الغاز عبر محلول هيدروكسيد الصوديوم أو عبر مواد صلبة معالجة بأكسيد الحديد.
بصرف النظر عن الميثان، فإن ثاني أكسيد الكربون هو المركب الأكثر وفرة في الغاز الحيوي. لسوء الحظ، يُفقد CO₂ الغاز الحيوي قيمته الطاقوية وكفاءته كوقود. إحدى الطرق الأكثر شيوعًا لتقليل محتوى CO₂ هي عن طريق حقن الغاز الحيوي المضغوط الممتص في خزان أسطواني كبير مملوء بالماء لمدة تتراوح بين 20 و 40 يومًا. ثم تتحلل الملوثات ويتم ضخ الغاز النقي. تشمل التقنيات الأخرى الأغشية التي تحتجز الميثان ولكن تسمح لثاني أكسيد الكربون بالمرور، بالإضافة إلى الامتزاز بواسطة وسائط تفاعلية كيميائيًا.
تحدث مع متخصص
أسئلة حول ترقية الغاز الحيوي لمنشأتكم؟
