طرق إنتاج الغاز الحيوي : 4 مراحل تقنية لتحويل النفايات إلي طاقة متجددة

تمثل طرق إنتاج الغاز الحيوي ركيزة أساسية في التحول نحو الطاقة المتجددة، وتتم عبر 4 مراحل تقنية تساهم في الحد من استخدام الوقود الأحفوري عبر تحويل النفايات العضوية إلى طاقة نظيفة. وتعتمد هذه التقنية على عملية التحلل اللاهوائي لضمان معالجة النفايات بطريقة آمنة ومستدامة.

وسنتناول في هذا المقال طرق إنتاج الغاز الحيوي بالتفصيل، والعمليات الحيوية والكيميائية التي يمر بها لإنتاج طاقة نظيفة.

جدول المحتويات

مراحل وطرق إنتاج الغاز الحيوي

تتم طرق إنتاج الغاز الحيوي عبر أربع مراحل أساسية تقوم بها أنواع مختلفة من البكتيريا في بيئة معزولة عن الهواء (هاضم حيوي):

1. مرحلة التحلل المائي (Hydrolysis)

في هذه المرحلة، يتم تكسير الجزيئات العضوية المعقدة (مثل الكربوهيدرات والبروتينات والدهون) إلى جزيئات أبسط قابلة للذوبان (مثل السكريات والأحماض الأمينية). تعمل الإنزيمات التي تفرزها البكتيريا على تسريع هذه العملية لتحويل المواد الصلبة إلى سائلة.

2. مرحلة التخمير أو تكوين الأحماض (Acidogenesis)

تقوم بكتيريا التخمير بتحويل المركبات الناتجة من المرحلة الأولى إلى أحماض دهنية طيارة، وكحوليات، وهيدروجين، وثاني أكسيد الكربون.

3. مرحلة تكوين خللات الميثان (Acetogenesis)

هنا يتم تحويل الأحماض الدهنية والنيتروجين إلى حمض الخليك (Acetic acid)، وهيدروجين، وثاني أكسيد الكربون. هذه المرحلة حاسمة لأنها تهيئ “الغذاء” المناسب للبكتيريا المنتجة للميثان.

4. مرحلة تكوين الميثان (Methanogenesis)

وهي المرحلة النهائية والأكثر حساسية، حيث تقوم بكتيريا الميثان بتحويل حمض الخليك والهيدروجين إلى غاز الميثان وثاني أكسيد الكربون. هذه البكتيريا حساسة جداً للتغيرات في درجة الحموضة ودرجة الحرارة.

أنواع أنظمة وطرق إنتاج الغاز الحيوي

تختلف طرق إنتاج الغاز الحيوي بناءً على حجم المشروع ونوع النفايات المستخدمة:

أ. نظام الدفعات (Batch Feeding)

في هذه الطريقة، يتم ملء الهاضم بالمواد العضوية مرة واحدة وإغلاقه حتى تنتهي عملية التحلل ويخرج الغاز، ثم يتم تفريغه بالكامل وإعادة ملئه. تستخدم هذه الطريقة غالباً في التجارب المخبرية أو النطاقات المنزلية الصغيرة.

ب. النظام المستمر (Continuous Feeding)

تعتبر من أكثر طرق إنتاج الغاز الحيوي شيوعاً في المصانع الكبرى، حيث يتم إضافة المواد العضوية يومياً واستخراج كمية مساوية من الفضلات المتحللة (السماد الحيوي) بشكل منتظم، مما يضمن تدفقاً ثابتاً للغاز.

ج. الهاضم ذو الغطاء العائم (Floating Drum)

يتكون من حوض تحت الأرض وغطاء معدني يطفو فوق الغاز المتولد. يتحرك الغطاء للأعلى والأسفل حسب كمية الغاز المخزنة، مما يوفر ضغطاً ثابتاً للغاز.

تُعد تكنولوجيا إنتاج الغاز الحيوي (Biogas) من أبرز الحلول المستدامة التي تضرب “عصفين بحجر واحد”؛ فهي تعالج مشكلة النفايات العضوية، وفي الوقت نفسه تولد طاقة نظيفة ومنتجات زراعية قيمة.

الفوائد الاقتصادية لإنتاج الغاز الحيوي

لا يُعتبر طرق إنتاج الغاز الحيوي مجرد وسيلة لحماية البيئة، بل هو استثمار اقتصادي ضخم يمكنه تعزيز ميزانيات الدول والمشاريع الصغيرة على حد سواء. وتتلخص فوائده في المحاور التالية:

1. توفير تكاليف الطاقة (الاستهلاك الذاتي والبيع)

يعتبر الغاز الحيوي بديلاً مباشراً للوقود الأحفوري (مثل الغاز الطبيعي والبوتاجاز).

للمزارع والمصانع: يمكن استخدامه لتوليد الكهرباء والحرارة اللازمة للعمليات الإنتاجية، مما يقلل فواتير الطاقة الشهرية بشكل كبير.
ضخ الفائض: في العديد من الدول، يمكن للمنتجين بيع فائض الكهرباء المتولدة من الغاز الحيوي إلى الشبكة القومية، مما يحول محطة الغاز إلى مصدر دخل مستمر.

2. إنتاج السماد العضوي عالي الجودة (الهاضم)

المخرجات الجانبية لعملية التخمير اللاهوائي ليست نفايات، بل هي سماد عضوي سائل وصلب يُعرف بـ “الهاضم” (Digestate).

إحلال الواردات: يقلل من حاجة المزارعين لشراء الأسمدة الكيماوية باهظة الثمن.
تحسين الإنتاجية: يحتوي هذا السماد على مغذيات مركزة وسهلة الامتصاص للنبات، مما يزيد من إنتاجية الفدان ويقلل التكاليف الزراعية على المدى الطويل.

3. تقليل تكاليف إدارة النفايات

تتحمل الحكومات والشركات مبالغ طائلة لجمع ونقل وطمر النفايات العضوية.

تحويل المسار: بدلاً من دفع رسوم للتخلص من مخلفات الصرف الصحي أو المخلفات الزراعية والحيوانية، يتم استخدامها كمادة خام مجانية (أو حتى مدفوعة الأجر للمحطة) لإنتاج الطاقة.
تجنب الغرامات: يساعد المصانع على الالتزام بالمعايير البيئية وتجنب الغرامات الناتجة عن التخلص غير الآمن من المخلفات.

4. خلق فرص عمل وتنمية الريف

تساهم طرق إنتاج الغاز الحيوي في تنشيط الدورة الاقتصادية المحلية:

وظائف خضراء: يتطلب تصميم وبناء وتشغيل وصيانة وحدات الغاز الحيوي أيدي عاملة ماهرة وفنيين، مما يقلل من معدلات البطالة.
دعم الاقتصاد الريفي: تمكن هذه التكنولوجيا القرى من تحقيق الاكتفاء الذاتي من الطاقة، مما يشجع على إقامة صناعات غذائية صغيرة بجانب المزارع.

5. الفوائد غير المباشرة (الاقتصاد الكلي)

تقليل الانبعاثات الكربونية: يمكن للدول بيع “ائتمانات الكربون” (Carbon Credits) في الأسواق الدولية نتيجة تقليل انبعاثات الميثان.
الأمن القومي للطاقة: يقلل الاعتماد على استيراد الوقود من الخارج، مما يوفر العملة الصعبة للدولة.

ختاما طرق إنتاج الغاز الحيوي يمثل حلاً ذكياً ومستداماً لإدارة النفايات وتوفير الطاقة في آن واحد. سواء كان ذلك على مستوى المزارع الصغيرة أو المنشآت الصناعية الكبرى، فإن هذا التوجه يخدم الاقتصاد الدائري ويساهم في الحفاظ على كوكب الأرض.