موضوعات القطاع
وفقًا لوكالة معلومات الطاقة الأمريكية (EIA)، من المتوقع أن ينمو استهلاك الطاقة بشكل أبطأ في العقود الثلاثة القادمة مقارنة بالسنوات الماضية. تُرجِع الوكالة هذا التباطؤ المتوقع إلى زيادة الكفاءة. في غضون ذلك، يتم توليد كهرباء من مصادر متجددة أكثر من أي وقت مضى. هذه أخبار جيدة للمهتمين بالاستقلال في مجال الطاقة والآثار البيئية لاحتراق الوقود الأحفوري. على الرغم من أن الألواح الشمسية وتوربينات الرياح تحظى بمعظم الاهتمام الإعلامي عند الحديث عن استخدام الطاقة، فإن الأبطال المجهولين للطاقة المتجددة هما الكتلة الحيوية والغاز الحيوي. فهما لا يُستخدمان فقط لتوليد الكهرباء، بل يحسّنان أيضًا عملية إدارة النفايات التي قد تكون محبطة أحيانًا.
إذا فككنا الكلمة، فالكتلة الحيوية هي مواد مشتقة من كائنات حية — أو كانت حية في السابق. وهي تحتوي على طاقة كيميائية متراكمة من الشمس. يشمل هذا أشكالًا متنوعة من المواد: الحطب، رقائق الخشب، الأخشاب المنشورة ونشارة الخشب؛ المحاصيل الزراعية، النباتات البرية، الطحالب وقصاصات العشب؛ النفايات الصلبة الموجودة في القمامة مثل الورق، الأقمشة، والمنتجات الغذائية الثانوية المهملة؛ بالإضافة إلى روث الماشية ومياه الصرف الصحي. أي شيء يعود أصله إلى النباتات أو الحيوانات الحية يمكن اعتباره كتلة حيوية. في الواقع، هذه ليست طاقة متجددة جديدة على الإطلاق. فقبل الثورة الصناعية، كانت المصدر الأساسي للوقود للتدفئة والطبخ. ومع ذلك، فإن التحويل الفعال للكتلة الحيوية إلى غاز حيوي اليوم يتيح إنتاجًا كبيرًا من الكهرباء.
في ظل الظروف المناسبة، تعمل الكتلة الحيوية كمصنع للغاز الحيوي. بالطبع، بقايا الطعام في سلة مهملات مطبخك لا تولّد غازًا حيويًا صالحًا للاستخدام. لكن إذا حرمت هذه البقايا من الأكسجين، كما هو الحال في مكب النفايات، فإنك تهيئ الظروف للنشاط الكيميائي الحيوي الذي يطلق غاز الكتلة الحيوية. هذا هو السبب في أن فنيي خزانات الصرف الصحي وعمال المجاري يجب أن يرتدوا أجهزة واقية لأداء بعض المهام — فالغاز الخام المنبعث يمكن أن يكون خطيرًا على صحتهم. ماذا يحدث في تحويل الكتلة الحيوية إلى غاز حيوي؟ تحدث سلسلة من التفاعلات؛ وتُسمى هذه السلسلة بالهضم اللاهوائي.
يبدأ الهضم اللاهوائي بالكتلة الحيوية نفسها. بعض أشكالها أكثر "قابلية للهضم"، أي أسهل في استخراج الغاز الحيوي منها، من غيرها. هذا يشبه الهضم البشري، حيث تستغرق الأطعمة الغنية بالألياف — مثل الخضروات النيئة — وقتًا أطول لكي تدخل العناصر الغذائية إلى الخلايا. مهما كانت تحديات المعالجة، غالبًا ما يُشار إلى الكتلة الحيوية باسم المادة الأولية. تتمثل الخطوة الأولى في وضع المادة الأولية في بيئة خالية من الأكسجين. ففقط في غياب الأكسجين يمكن أن يحدث التحلل الأساسي. تُعالج بعض المواد الأولية مسبقًا لجعلها أكثر قابلية للهضم. وكما هو الحال في قاع كومة السماد أو أعماق مكب النفايات، تبدأ البكتيريا في جهاز الهضم الهندسي بتحليل المواد العضوية، وتحويل المكونات إلى مركبات وعناصر مختلفة. أخيرًا، يتحقق إنتاج الغاز الحيوي من النفايات عندما يتم إطلاق الميثان (CH4) وثاني أكسيد الكربون (CO2) في هذه التفاعلات.
في أغلب الأحيان، تُستخدم الطاقة من الكتلة الحيوية والغاز الحيوي لتوليد الكهرباء. يمكن لهذه الطاقة تشغيل منشأة معينة، مثل مزرعة، أو يمكن أن يكون لها تطبيقات إقليمية أوسع، أي للاستخدام من قبل مرفق عام. في معظم الحالات، يغذي الغاز الحيوي محرك احتراق يقوم بدوره بتوليد طاقة ميكانيكية تشغل مولدات كهربائية. أحيانًا، ينتقل الغاز الحيوي مباشرة من عملية الهضم إلى السخانات والغلايات التي كانت تتطلب غاز البروبان بخلاف ذلك. بدلاً من ذلك، يتم تنقيته بشكل أكبر لاستخدامه في النقل من قبل مرفق غاز محلي. أما المادة المتبقية بعد الهضم فهي سماد مغذٍ ويمكن أن تخدم استخدامات زراعية وصناعية أخرى.
كما ذكرنا، يمكن أن يحدث الهضم اللاهوائي في الطبيعة. ومع ذلك، وجدت البشرية طرقًا لتسخير الغاز الحيوي الذي تنتجه. تختلف أجهزة الهضم وفقًا لحجم المادة الأولية والغرض من إنتاج الميثان من الكتلة الحيوية. يتم إحكام إغلاق أجهزة الهضم اللاهوائية من نوع البحيرة المغطاة بغطاء مرن وتضخ الغاز الحيوي مباشرة في جهاز الاحتراق. تنتشر أجهزة الهضم ذات التدفق المكبسي في مزارع الألبان، وتُبنى تحت سطح الأرض. أما أجهزة الهضم ذات الخلط الكامل فهي غالبًا خزانات فوق سطح الأرض تُستخدم مع مياه الصرف الصحي وكأجهزة هضم لمياه المجاري.
تحدث مع متخصص
هل لديك أسئلة حول أنظمة تحويل الكتلة الحيوية إلى غاز حيوي لمنشأتك؟
