طراحی و ساخت یک واحد بیوگاز مزرعه ای

فیض اله رحیمی

چکیده

در جوامع کنونی، وجود انرژی مستمر، پایدار و اقتصادی لازمه هر گونه توسعه و رشد اقتصادی می باشد. پس از انقلاب صنعتی، انرژی به تدریج به یکی از عوامل اصلی در تولید ملی و حرکت چرخ های اقتصادی کشورهای صنعتی و سایر کشورهای در حال توسعه تبدیل شده است (ثقفی، 1382). اقتصاد و تمدن کنونی تا حدی به انرژی وابسته است که حتی تصور لحظه-ای ادامه زندگی در عصر حاضر، بدون انرژی امکان پذیر نیست. به طوری که با اختلال و یا توقف در عرضه ی آن، ماشین اقتصاد از کار خواهد افتاد. بنابراین تمامی کشورها در صدد هستند به هر نحو ممکن از انرژی مستمر و پایداری برخوردار باشند. از طرفی رشد اقتصادی و افزایش تقاضای انرژی در جهان سبب شده که قیمت نفت و گاز افزایش پیدا کرده و اتکا به این منابع برای تأمین انرژی کاهش یابد (علیزاده، 1365). مهم ترین مسئله ای که بشر در قرن حاضر با آن مواجه است، مسئله انرژی و سوخت می باشد. زیرا تعداد صنایع مصرف کننده انرژی رو به افزایش و سوخت های فسیلی (مهم ترین انرژی مصرفی این صنایع) رو به اتمام است. این در حالی است که هم اکنون آلودگی هایی که این سوخت ها ایجاد می کنند، موجب مشکلاتی در جهان گردیده است. اتحادیه های جهانی در حال تصویب قانون هایی مبنی بر حذف یا به حداقل رساندن مصرف این سوخت ها در دهه های آینده می باشند. بنابراین تمام کشورهای صنعتی، نیمه صنعتی و حتی اکثر کشورهای جهان سوم، در تلاش اند تا برای جایگزین کردن این سوخت ها چاره ای اندیشیده و اتمام این منابع را به تأخیر بیندازند (الماسی، 1362). منابع فسیلی مرسوم و تجدید ناپذیر تأثیر شگرفی بر امنیت انرژی دارند. این مسئله بسیاری از کشورهای جهان را واداشته است که به مسئله امنیت عرضه انرژی تمایل پیدا کرده و به تغییرات گسترده ای در اقتصاد انرژی خود اهتمام ورزند. در این زمینه پیشرفت های فناوری، نوید بخش راه حل هایی نو درباره تولید انرژی مورد نیاز بشر است. با شناسایی این روش های جدید، گامی بلند در زمینه تغییر زیرساخت های تولید انرژی برداشته شده است (قارداشی و عدل، 1379). استفاده از ذخایر نامحدود انرژی تجدید پذیر در این خصوص، بسیار موثر می باشد. گستردگی و توزیع این عوامل در طبیعت، باعث شده تا سیستم های تولید انرژی به سمت سیستم های محلی پیش روند. برای این منظور، انرژی های نوین به خوبی می توانند به کار گرفته شوند. هم اکنون مسائلی مانند انرژی، محیط زیست، ازدیاد مواد زائد خطرناک، اتمام پذیری منابع فسیلی و رشد فزاینده مصرف انرژی، از جمله مفاهیمی هستند که تحقیقات مختلفی را در جهان به خود اختصاص داده اند. به واقع، این مسائل روشن می کنند که دیگر نمی توان به منابع موجود انرژی متکی بود (عدل، 1378). انجام تحقیقات گسترده در جهت دست یابی به منابع جدید و سالم که در چند دهه ی اخیر توسعه پیدا کرده اند را می توان بیانگر میزان اهمیت این نوع مفاهیم و علوم مرتبط به آنها دانست. هم اکنون بیشتر کشورهای جهان برنامه های خود را طوری تنظیم کرده اند تا با بهینه کردن مصرف این منابع، بر عمر منابع فسیلی خود بیفزایند و این در حالی است که با به کارگیری فناوری انرژی های تجدید پذیر، سعی دارند که میزانی از سهم مصرف منابع فسیلی را بر عهده این منابع بگذارند تا هم عمر منابع فسیلی را به تأخیر بیندازند و هم جایگزینی برای آنها یافته باشند. مدارک بسیاری وجود دارد که سیاست های انرژی جهانی که استفاده کار آمد از سوخت های فسیلی و انرژی را ارتقاء می دهند، به لحاظ محیطی غیر مسئولانه هستند؛ زیرا این سیاست ها باعث فساد جدی محیطی در سطوح محلی، منطقه ای و جهانی می گردند. مطالعات نشان می دهد که با ادغام منابع انرژی تجدید پذیر، تأثیرات محیطی منفی را می توان کاهش داد یا مانع آن شد (حیدری، 1365). باید اذعان داشت که در قرن حاضر، سوخت های فسیلی کم کم جای خود را به انرژی های تجدید-پذیر (انرژی خورشیدی، بادی، برق آبی، بیومس، زمین گرمایی و غیره) خواهند داد. در این میان ، بیوگاز حاصل از بیومس، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. همچنین، بیوگاز به علت سالم سازی محیط زیست، تولید انرژی پاک و قابلیت ایجاد آن در اجتماعات بشری، از اهمیت و جایگاه ویژه ای برخوردار است (الماسی، 1361). گرچه شناسایی بیوگاز در جهان سابقه ای طولانی دارد، اما استفاده عمومی و رایج آن در طول قرن اخیر و بویژه در سه دهه گذشته بوده است. بیوگاز که منبع آن توده های زیستی است، در انتخاب منابع جایگزین انرژی برای روستاها، بسیار مناسب می-باشد. بدین مفهوم که ارزان بوده و به لحاظ تولید و منشأ، محلی می باشد. همچنین منبعی از انرژی است که برای چندین کاربری از جمله: گرم کردن منازل، ایجاد روشنایی، تولید انرژی الکتریکی و غیره سودمند می باشد. از طرفی بیوگاز علاوه بر تولید انرژی، باعث تولید کود کشاورزی، افزایش سطح بهداشت عمومی جامعه و کنترل بیماری ها می شود. همچنین راه حلی مناسب برای ‏دفع ضایعات می باشد (علیزاده، 1365). فاضلاب و مواد زائدی که توسط جوامع تولید می گردد، باعث آلودگی ‏شدید محیط می شوند. این آلودگی ها را می توان با فناوری بیوگاز به شدت کاهش داد و از انرژی و ‏کود تولیدی آن نیز استفاده نمود (رضویان، 1373). استحصال بیوگاز را می توان از فرآیند های بی هوازی تصفیه فاضلاب و همچنین از محل های دفن زباله انجام داد تا بخشی از هزینه-های مصرفی این سایت ها جبران شود (سالک، 1378). منافع زیست محیطی سیستم های بیوگاز شامل کنترل بو، بهبود ‏کیفیت آب و هوا، بهبــود ارزش غذایی کــود تولیدی و کاهش میزان انتشار گازهای گلخــانه ای می باشد (پرورش، 1379). اهداف این پژوهش: - طراحی و ساخت یک رآکتور بیوگاز مخصوص مناطق سردسیر. - بررسی کارایی مخزن پلی اتیلنی به عنوان مخزن هضم رآکتور. - مقایسه مخزن پلی اتیلنی با مخازن متداول بتنی. - تولید بیوگاز از فضولات حیوانی. در این پژوهش، ابتدا مدلی از رآکتور بیوگاز برای تولید بیوگاز در مزرعه طراحی و ساخته شد. سپس برای اطمینان از صحت کار آن و مقایسه گاز تولیدی حاصل از کود مرغی و کود بلدرچین، رآکتور ساخته شده مورد ارزیابی قرار گرفت.

اساتید راهنما و مشاور

حسین حاجی آقا علیزاده، ابراهیم احمدی