تاریخچه‌ی بیوگاز

بنابر شواهد، اولین بار پارسیان باستان به وجود گازهای قابل اشتعال در گیاهان پوسیده پی بردند. آنچه که ما امروز به عنوان بیوگاز یا گاز ناشی از فرایندهای بیولوژیک می‌شناسیم قدمتی چندین‌هزار ساله دارد.
اما تاریخچه استفاده از بیوگاز به حدود ۲۰۰۰ تا ۳۰۰۰ سال پیش و به چین باستان باز می‌گردد. چنان که مارکوپولو در سفرنامه‌ی خود به وجود مخازن سرپوشیده فاضلاب اشاره کرده است. گفته می‌شود که چینی‌های باستان از گاز حاصل از فاضلاب، و هدایت آن به وسیله لوله‌هایی از جنس بامبو به خانه‌هایشان، برای روشنایی و گرما و پخت و پز استفاده می‌کردند.

در عقاید ایرانیان باستان نیز آلوده کردن آب گناه بزرگی محسوب می‌شد؛ از این رو در شهرهای ایران باستان سیستم‌های منسجمی برای هدایت آب‌های سطحی و نیز فاضلاب طراحی شده بود که هنوز هم آثاری از این کانال‌بندی‌ها وجود دارد. مشهورترین نمونه‌ی استفاده کاربردی از فاضلاب در ایران در حمام شیخ بهایی است که در دوره‌ی صفویه (قرن ۱۱ هجری) توسط شیخ بهایی طراحی شد. گرمای آب خزینه‌ی این حمام توسط گازهای ناشی از فاضلاب مسجد جمعه و شعله‌ی یک شمع تامین می‌شده است.
اما شناخت علمی گاز متان و استحصال و کاربرد گسترده از بیوگاز به شکل امروزی به قرن ۱۹ و اوایل قرن بیستم میلادی باز می‌گردد. در سال ۱۸۰۸میلادی، سِر همفری دیوی به وجود گاز متان در فضولات حیوانی پی برد. وی با استفاده از دستگاه تقطیر و در شرایط خلاء در آزمایشگاه موفق به جمع‌آوری گاز متان ازمخلوط فضولات گاوی و کاه شد. اولین مخزن هاضم بی‌هوازی به شکل نوین در سال ۱۸۵۹ در بمبئی هندوستان ساخته شد. این ایده به انگلستان برده شد و شکل بهتری از مخزن طراحی شد و در سال ۱۸۹۵ از بیوگاز حاصل برای روشنایی چراغ‌های گازی خیابان‌ها که در آن زمان در انگلستان مرسوم بود استفاده شد. با پیشرفت علم میکروب‌شناسی و تحقیقات بوزول (Buswell) و دیگران در۱۹۳۰ باکتری‌های بی‌هوازی و شرایط لازم برای تولید بهینه‌ی متان کشف شد و گام‌های بیشتری در جهت استفاده از بیوگاز در دنیا برداشته شد. از آن زمان تاکنون شمار زیادی از کشورهای صنعتی و در حال توسعه، در جهت بهبود و توسعه صنعتی و بهره‌برداری بهینه از این انرژی ارزان و در دسترس به پیشرفت‌های زیادی دست یافته‌اند.

بیوگاز چیست؟
بیوگاز عمدتا مخلوطی است از دو گاز متان و دی‌اکسیدکربن ( و همچنین گازهایی مانند نیتروژن، هیدروژن، اکسیژن و سولفید هیدروژن به مقدار جزئی) که حاصل تجزیه بی هوازی و تخمیر زیست توده بوسیله‌ی باکتری‌های متانوژن می‌باشد. جزء قابل اشتعال بیوگاز، متان است که سهم بیشتر این گاز یعنی حدود ۶۰ تا ۷۰ درصد آن را شامل می شود. متان، گازی است بی‌رنگ و بی‌بو که اگر یک فوت مکعب آن بسوزد، ۲۵۲ کیلوکالری ( ۱۰۵۲.۳کیلوژول) انرژی حرارتی تولید می کند که در قیاس با سایر مواد سوختی، رقم قابل توجهی است. دو ترکیب دیگر به ویژه سولفید هیدروژن که سهم آن ناچیز است، جزء ترکیب‌های سمی هستند. از مزیت‌های مهم متان به دیگر سوخت‌ها این است که، هنگام سوختن، گاز سمی و خطرناک منواکسید کربن تولید نمی کند؛ بنابراین از آن می‌توان به عنوان سوخت ایمن و سالم در محیط خانه استفاده کرد. همان طور که گفته شد، حدود ۶۰ تا ۷۰ درصد بیوگاز را گاز متان تشکیل می دهد، این درصد بالای متان، بیوگاز را به عنوان منبع عالی و ممتاز انرژی‌های تجدیدپذیر برای جانشینی گاز طبیعی و دیگر سوخت‌های فسیلی قرار داده است.

باکتری‌ها فرایند تجزیه را طی ۴ مرحله به شرح زیر انجام می‌دهند:

مرحله اول: هیدرولیز مواد آلی پیچیده و نامحلول و تبدیل این مواد به ترکیبات محلول.
مرحله دوم: ترکیبات آلی محلول حاصل از مرحله اول به وسیله باکتری‌های اسیدساز شکسته شده و در نتیجه اسیدهای آلی تولید می‌شود.
مرحله سوم: معمولا هیدروکربن‌های پنج و شش کربنی در آب حل شده و توسط باکتری‌های اسیدساز مورد مصرف واقع شده و به ترکیباتی از قبیل هیدروژن،‌فورمات، استات، پروپیونات و گاز کربنیک تبدیل می‌شوند.
مرحله چهارم: تمام ترکیبات آلی و اسیدهای تولید شده در مرحله اسیدسازی توسط باکتری‌های متانوژنز به بیوگاز تبدیل می‌شوند.

منابع بیومس
با نگاهى به وضعیت استفاده از انرژی‌هاى تجدیدپذیر، در مى‌یابیم که در میان این منابع، انرژى بیومس حدود ۷.۷۹%  کل کاربرد جهانی را به خود اختصاص داده است. بر مبناى آخرین آمار ارائه شده در سال ۲۰۰۹ میلادی، برترین کشورهاى تولیدکننده انرژى از منابع بیومس عبارتند از: آمریکا، برزیل، فیلیپین، آلمان، سوئد و فنلاند.
 منابع بیومس قابل استحصال بیوگاز به پنج گروه عمده تقسیم می‌شود که عبارتند از :
■   ضایعات و پسماندهای کشاورزی و صنایع وابسته
■  پسماندهای جامد شهری
■  پساب شهری
■  فضولات دامی
■  ضایعات و زائدات جامد و مایع فسادپذیر صنعتی (لجن صنعتی)

همگی منابع بیومس نام برده شده طى فرآیندهاى مختلف بیوشیمیایى و ترموشیمیایى، قابلیت تولید انرژى به سه شکل برق، گرما و سوخت زیستى را دارند و در بخش‌هاى مختلف مصارف خانگى، صنعتى و حمل و نقل به‌کار گرفته مى‌شوند. برای نمونه با فشرده کردن متان موجود در بیوگاز از آن می‌توان به‌طور مستقیم به‌عنوان گاز شهری و سوخت خانگی برای پخت و پز و گرما استفاده کرد یا به عنوان سوخت CNG در وسایل نقلیه گازسوز مورد استفاده قرار داد. همچنین می‌توان از آن برق تولید کرد. در صورت استفاده از بیوگاز در صنعت حمل و نقل، میزان آلاینده دی‌اکسیدکربن که سبب افزایش گازهای گلخانه‌ای جهان می‌شود تا حدود ۶۵ تا ۸۵ درصد کاهش می‌یابد.
همان‌طور که در ابتدا گفته شد تولید بیوگاز از فاضلاب سابقه‌ای طولانی دارد. بیشترین مخازن استحصال بیوگاز از فاضلاب انسانی و پسماندهای دامی به ترتیب در چین، هند و در کشورهای آفریقایی احداث شده است.
در ایران متاسفانه به جز یک مورد مولد تولید بیوگاز در تصفیه‌خانه‌ی اصفهان و دو نمونه مولد بیوگاز روستایی از فضولات دامی، بهره‌برداری دیگری از این نوع پسماند نشده است.
اما در چند دهه‌ی اخیر در دنیا توجه به پسماندهای شهری و مدیریت آن به شکل چشم‌گیری افزایش یافته و پیشرفت‌های زیادی نیز برای تولید بیوگاز از پسماندهای شهری صورت گرفته است. در ایران نیز تلاش‌هایی در این زمینه صورت گرفته است. واحد نیروگاه بیوگاز مشهد و نیروگاه شیراز که هر دو در سال‌های اخیر راه‌اندازی و به بهره‌برداری رسیده‌اند نمونه‌هایی از گسترش و توسعه فناوری‌های انرژی‌های نو و رویکرد به این نوع از انرژی‌های پاک در ایران است.

منبع: سایت مهندسی بهداشت محیط