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संयुक्त राज्य पर्यावरण संरक्षण एजेंसी (EPA) के अनुसार, चार ग्रीनहाउस गैस यौगिक हैं जो अक्सर ग्लोबल वार्मिंग घटना में शामिल होते हैं — कार्बन डाइऑक्साइड (CO₂), नाइट्रस ऑक्साइड (N₂O), फ्लोरीनेटेड गैसें और मीथेन (CH₄)। मीथेन कोयले, प्राकृतिक गैस और तेल के निष्कर्षण और प्रसंस्करण के दौरान वायुमंडल में उत्सर्जित होता है। पशुधन का पेट फूलना भी मीथेन उत्सर्जन का एक और स्रोत है। इन गैसों में, मीथेन को वायुमंडलीय ग्रीनहाउस गैसों की कुल उपस्थिति में 10 प्रतिशत का योगदान करने वाला माना जाता है। कम ध्यान दिया जाने वाला तथ्य यह है कि मीथेन केवल ऊर्जा उत्पादन का एक सह-उत्पाद नहीं है, यह ऊर्जा उत्पादन का एक बढ़ता हुआ स्रोत भी है।
कार्बनिक पदार्थ ऑक्सीजन की उपस्थिति में और अनुपस्थिति में विघटित हो सकते हैं। चाहे मृत पेड़, गिरी हुई पत्तियां, जानवरों के शव, खाद्य अपशिष्ट, पक्षियों की बीट या कटी हुई घास, ये सभी पदार्थ किसी न किसी तरह से रासायनिक रूप से विघटित होंगे। जब वे ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में ऐसा करते हैं, तो बैक्टीरिया उन्हें चरणों में तोड़ना शुरू करते हैं ताकि मीथेन एक अंतिम उत्पाद बन जाए। प्रतिक्रियाओं के इस क्रम को अवायवीय पाचन कहा जाता है। प्राकृतिक दुनिया में हमेशा होने वाला, अवायवीय पाचन को मानव सरलता का उपयोग करके पूर्ण और त्वरित किया जा सकता है। सीलबंद टैंक जो सब्सट्रेट, यानी कार्बनिक पदार्थ प्राप्त करते हैं, अवायवीय पाचन को प्रभावी बना सकते हैं, इसे अपने वांछित निष्कर्ष — नवीकरणीय मीथेन उत्पादन — तक प्रकृति में लगने वाले समय से कम समय में पहुंचा सकते हैं। ये सिस्टम पैमाने पर बनाए गए हैं, एक घरेलू उपकरण से जो खाना पकाने के लिए ईंधन की आपूर्ति करता है, एक बड़े बायोमीथेन संयंत्र तक जो जल उपचार सुविधाओं या सार्वजनिक पारगमन प्रणालियों को बिजली की आपूर्ति करता है।
अवायवीय पाचन से निकलने वाली बायोगैस में केवल CH₄ से अधिक होता है। तदनुसार, बायोगैस को शुद्ध किया जाना चाहिए, अशुद्धियों और दूषित यौगिकों से साफ किया जाना चाहिए। इन मिलावटों में हाइड्रोजन सल्फाइड, अमोनिया, सिलोक्सेन्स और वाष्पशील कार्बनिक यौगिक शामिल हैं। इनमें से कुछ व्यक्तिगत और सार्वजनिक स्वास्थ्य के साथ-साथ पाइपलाइनों और टैंकों की संरचनात्मक अखंडता के लिए खतरनाक हैं। अन्य गैर-CH₄ घटक, जैसे CO₂ और जल वाष्प, ऊर्जा आपूर्ति के रूप में बायोगैस की दक्षता को कम करते हैं। बायोगैस को अनगिनत तकनीकों के माध्यम से शुद्ध किया जाता है। कुछ में दूषित पदार्थों को तरल समाधानों में अवशोषित करने की आवश्यकता होती है। अन्य मीथेन गैस स्क्रबर विधियाँ सक्रिय कार्बन और अन्य तत्वों की ठोस सतहों का उपयोग अवांछनीय बायोगैस घटकों को सोखने के लिए करती हैं। प्रशीतन और संघनन विभिन्न रासायनिक घटकों को एक-दूसरे से अलग होने देते हैं। झिल्ली तकनीक भी इसी तरह काम करती है, जिससे दूषित पदार्थ झिल्ली से गुजर जाते हैं जबकि मीथेन फंस जाता है।
इस परिष्कृत बायोगैस का एक अंतिम उपयोग बिजली में रूपांतरण है। यह ईंधन सेल के साथ प्राप्त किया जा सकता है, जो बायोगैस की रासायनिक ऊर्जा का उपयोग करता है, इसे अपने नकारात्मक इलेक्ट्रोड में प्राप्त करता है जबकि हवा सेल के सकारात्मक इलेक्ट्रोड में प्रवेश करती है। गैस के अणु प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों में अलग हो जाते हैं; बाद वाला सकारात्मक इलेक्ट्रोड में प्रवाहित होता है और यहीं पर बिजली उत्पन्न होती है। उत्पादन के लिए एक और माध्यम दहन इंजन है: यहां, बायोगैस का जलना एक टरबाइन को शक्ति प्रदान करता है जो बिजली उत्पन्न करता है। बायोमीथेन एक नवीकरणीय प्राकृतिक गैस है जो — पारंपरिक रूप से प्राप्त प्राकृतिक गैस के साथ — यू.एस. की 26 प्रतिशत बिजली का उत्पादन करती है।
बायोमीथेन (बायोगैस से मीथेन तक) का उपयोग हीटिंग ईंधन, खाना पकाने के ईंधन और वाहन ईंधन के लिए भी किया जा सकता है। यूरोपीय बायोगैस एसोसिएशन के अनुसार, बायोमीथेन आंतरिक दहन इंजनों के साथ पूरी तरह से संगत है। बायोमीथेन को CNG या तरलीकृत LNG में संघनित किया जा सकता है। ऑटोमोबाइल, यूटिलिटी वाहनों और भारी ट्रकों द्वारा उपयोग किया जाने वाला, बायोमीथेन नावों, जहाजों और रेलवे इंजनों के लिए भी विचाराधीन है। घरों और वाणिज्यिक भवनों को गर्म करने में प्राकृतिक गैस के लिए शुद्ध बायोगैस एक उपयुक्त विकल्प है। स्वीडन के सुडरबिन जैसे स्थानों में सामुदायिक बायोमीथेन हीटिंग एक स्थापित वास्तविकता है। इसलिए, प्रत्येक घर को अपने स्वयं के बायोगैस संयंत्र की आवश्यकता नहीं है।
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