التسمم البوتلليني

[أسعد محمد]

يعد هذا التسمم والذي ينتج عن تناول الأغذية الملوثة بالأحياء المجهريه خاصة بكتريا Clostridium botulinum هي المسبب الرئيسي لهذا النوع من التسمم الغذائي والذي يعد من أخطر انواع السموم على الأطلاق حيث أن غرام منه يقضي على 500الف شخص, وكما ذكرت ينتج عن تناول الأغذية المعلبة التالفة لان هذا النوع من البكتريا لا تنمو الا في ظروف لاهوائية, ومكونة للأبواغ لذلك لابد من معاملة الأغذية بدرجة حرارية عالية ولفترة كافية للقضاء على هذه البكتريا (82م لمدة نصف ساعة).البقية في المقالة القادمة شكراً

[amonaa]

بارك الله فيك .....................تحياتى لكم

[أسعد محمد]

إنتاج الغاز الحيوي (الميثان)
مقدمـــة

يعتبر الغاز الحيوي خليط من غازي الميثان (50-70٪) وثاني أكسيد الكربون
(20-25٪) مع مجموعة غازات أخرى مثل كبريتيد الأيدروجين والنيتروجين والأيدروجين تتراوح نسبتها بين 5-10٪ الغاز الحيوي غاز غير سام عديم اللون وله رائحة وكبريتيد الأيدروجين أخف من الهواء وليس هناك مخاطر أمنية عند استخدامه . وتتراوح القيمة الحرارية للغاز الحيوي بين 3170-6625 كيلو كالوري / م3 تبعاً لمحتواه من غاز الميثان والذي تختلف نسبته بالغاز الحيوي تبعاً لنوع المواد المتخمرة وكفاءة تشغيل وحدة الغاز الحيوي . وهو ينتج من التخمر اللاهوائى للمخلفات (Anaerobic fermention): وتتميز هذه الطريقة بإنتاج الغاز الحيوي في أثناء عملية التحلل اللاهوائي، بالإضافة إلى الماء الناتج. ولقد تطورت وحدات الغاز الحيوي في العشرين سنة الماضية بدرجة كبيرة؛ فوصل عدد وحداتها في الصين إلى 7 ملايين وحدة، وفي الهند 120 ألف وحدة، وفي كوريا الجنوبية 50 ألف وحدة ، وتعتبر تكنولوجيا الغاز الحيوي من التكنولوجيات الاقتصادية؛ حيث يولد المتر المكعب الواحد من الغاز الحيوي 1.25 كيلو وات/ ساعة، هذا فضلاً عن الآثار البيئية الإيجابية؛ حيث يتم إبادة قدر كبير من الطفيليات والميكروبات ا لمرضية في أثناء عملية التخمر اللاهوائي كما يمكن إنتاج الغاز الحيوى من المدافن الصحية للمخلفات الصلبة وفقًا لطرق هندسية لإنشاء وتشغيل هذه المدافن .


إن إحدى تجلِّيات تقدُّم البلدان اليوم في ظلِّ تحديات النمط الجديد لعولمة العمليات الاقتصادية، تقاس بنظام طاقاتها المتجددة وبقدرتها على اكتشاف منظومات إدارية ولوائح قانونية وأساليب بيئية تقنية حديثة وإعادة تطوير المنظومات الموجودة منها، مفتِّتةً بذلك البُنى البيئية الأدنى منها لتُلحِقَها بها.
إن مشكلة التلوث البيئي تترأس القائمة مقارنةً مع المشكلات التي تشغل العالم اليوم. وعلى الرغم من أن إشكالية المحافظة على البيئة باتت مسألة شبه محلولة في البلدان الصناعية المتطورة في الوقت الحاضر، إلا أنها مازالت تؤرق الإنسان وتهدد حياته في البلدان النامية. لقد أشارت تقارير منظمة الصحة العالمية إلى أن أكثر من 1.3 مليار من سكان المدن في تلك البلدان، على امتداد العالم، يتنفسون هواءً ملوثًا بمحتوى من المواد الضارة يتجاوز أربعة أضعاف الحدود المسموح بها عالميًّا. كما ورد في تقرير البنك العالمي أن حوالى 3 مليون إنسان يموت سنويًّا كنتيجة أساسية لتلوث الهواء، ويعاني الكثيرون معاناة متزايدة من أمراض السرطان واحتشاء العضلة القلبية وصعوبات في التنفس، وبصورة خاصة الأطفال .
نظرًا للعواقب الكبيرة التي يمكن أن تنجم عن هذا التلوث البيئي تتَّجه الأنظار حاليًّا إلى كيفية إيجاد حلول مناسبة للحفاظ على سلامة البيئة والإنسان. إن المحافظة على هواء نقي، أو السعي إلى تنقية الهواء الملوث، كجزء لا يتجزأ من التلوث الإجمالي للبيئة، هو، في حدِّ ذاته، مهمة وطنية تفرض ذاتها بقوة، وذلك من أجل بناء مدن قادرة على الاستمرار في المستقبل – ولاسيما أن عدد سكان المدن في تزايد مستمر، حيث أكد تقرير الأمم المتحدة أنه سوف يعيش أكثر من نصف سكان العالم في المدن في العام 2050. هذه الأسباب مجتمعة تقتضي إحداثَ تغييرات جذرية وفعَّالة في شأن معالجة تلوث البيئة، وعلى رأسها مشكلة تلوث الهواء.
إن استبدال المصادر الطاقية المتجددة بالمصادر الأحفورية التقليدية هو مشروع إيكولوجي وتاريخي واقتصادي هام. والشرط الأساسي للارتقاء إلى هذا المشروع الحضاري المتطوِّر هو إتقان أساليب بيئية تكنولوجية غير معقدة بغية الوصول إلى قاعدة للمصادر الطاقية البديلة. ولأن عصرنا الحالي هو عصر المعارف والمعلومات التي تتقادم وتتطور باستمرار، وتحتاج إلى تجديد ومتابعة دائمين، فإنه ينبغي على جميع العاملين في الميادين العلمية والاقتصادية والثقافية والسياسية والمنزلية المزيد من الاهتمام بشوؤن البيئة ومشكلاتها وطُرُق معالجتها والحؤول دون استفحالها.
إن إمكانية توليد التيار الكهربائي والطاقة الحرارية ومواد الاحتراق (وذلك لاستخدامها كمصدر طاقة للمواصلات العامة، مثلاً) عن طريق استثمار المواد العضوية ذات المصدر النباتي والحيواني يُعتَبَر أحد أكثر أشكال الاستثمارات وعمليات تحوُّل الطاقة اقتصاديةً وجاذبيةً، ومن أهم المحاولات والمساهمات في مجال معالجة المشاكل البيئية والمحافظة على حماية المناخ والموارد الطبيعية.
تزداد أهمية الطاقة الحيوية كأحد أشكال الطاقات المتجددة باستمرار. فعلى سبيل المثال، تسعى ألمانيا الاتحادية، بوصفها أحد أهم البلدان الصناعية في العالم وأكبرها، وذلك بالتعاون الفعَّال بين أصحاب القرار السياسي ووزارة البيئة وأصحاب القرار الاقتصادي والمجتمع المدني، إلى تغطية احتياجاتها من الطاقة عن طريق إنتاج الطاقة المتجددة (طاقة الريح، الطاقة الشمسية، الطاقة الجيوحرارية، إلخ)، بما فيها الطاقة الحيوية. وتسعى المؤسَّسات الألمانية إلى تحقيق زيادة استخدام الطاقة المتجددة لمضاعفتها مع نهاية العام 2010، بالمقارنة مع ما كانت عليه الحالُ في العام 2000، حيث إن من المقرَّر لمقدار إنتاج التيار الأخضر أن يتضاعف من 6.25% في العام 2000 إلى 12.5% في العام 2010؛ كذلك سيتم العمل على مضاعفة مقدار الطاقة الأولية من 2.1% في العام 2000 إلى 2.4% في العام 2010.
ضمن هذا التوجه السياسي البيئي، لا ترى ألمانيا الاتحادية مَحَادًا عن استثمار طاقة المواد العضوية من أصل حيواني ونباتي؛ حيث إن من المخطَّط له، مع بداية العام 2030، أن تكون قد تمَّتْ تغطيةُ ربع احتياجات الطاقة في ألمانيا عن طريق إنتاج الطاقات المتجددة، على أن تتم تغطية 10% على الأقل من احتياجات الكهرباء والحرارة ومواد الاحتراق للسيارات، وذلك فقط عن طريق استثمار طاقة المواد العضوية. وبذلك تكون للمادة الحيوية الحصةُ الأكبر في تغذية المصادر الرئيسية للطاقة. وبالإضافة إلى الفوائد البيئية، فإن الكثير من الدراسات الاقتصادية تتنبأ بتأمين 200000 فرصة عمل كحدٍّ أدنى في العقود الثلاثة القادمة في ألمانيا، وذلك فقط في قطاع استخراج الطاقة الحيوية.
و يعتبر الهضم الحيوي (Biodegradation) للمخلفات والنفايات في الوقت الحالي من أهم المقومات الأساسية للحفاظ على البيئة والاستفادة الاقتصادية من الكميات الهائلة من النفايات والمخلفات وينتج عن ذلك الحصول على الغاز الحيوي (Biogas) بالإضافة إلى السماد توجد العديد من العوامل البيئية والحيوية المؤثرة على إنتاج الغاز الحيوي (Biogas) ومن أهمها النشاط الميكروبي وهذا النشاط يطلق عليه بصفة عامة التحولات الميكروبية وتتضمن المعدنة والتمثيل والإذابة والتطاير والأكسدة والاختزال بالإضافة إلى السابق توجد العديد من العوامل البيئية المختلفة ومنها الأبعاد والأحجام الطبيعية لموقع النفايات ونوع النفايات والطاقة المتوقعة والمحتوى الرطوبي والرقم الهيدروجيني ودرجة الحرارة بالإضافة إلى كثافة النفايات.وعليه فإن إنتاج الغاز الحيوي سوف يكون نتيجة طبيعية للنشاط الميكروبي والذي ينتج عنه حصول الكائنات الحية الدقيقة على الطاقة ومتطلبات البناء للبروتوبلازم الخلوي كما أن المواد المتحللة أو المهضومة ميكروبياً سوف يتم هضمها وتحللها ميكروبياً بواسطة العديد من العمليات الكيموحيوية المترابطة معاً ومنها هضم النفايات إلى البروتينات ثم الأحماض الأمينية لتكوّن منه نواتج نهائية مثل الأمونيا وثاني أكسيد الكربون والماء والكبريتات مع انطلاق كميات كبيرة من غاز الميثان (CH4) .
الأحياء المجهرية المستخدمة :
ويتم ذلك بواسطة العديد من الكائنات الحية الدقيقة ومنها على سبيل المثال الفطرة Trichsporon Pullulans والخميرة Saccharomyces Cerevisiae والبكتيريا Clostridium Sporogenes و Bacillus وPseudomonas sp .هناك أيضاً الهضم الحيوي للمواد الكربوهيدراتية إلى السكريات البسيطة حيث يتم تحليل المركبات الكربوهيدراتية إلى العديد من السكريات ومنها النشا والمواد البكتينية والأنيولين والكيتين ومن أهم الكائنات الحية الدقيقة النشطة في هذا المجال الفطريات الشعاعية ومنها Streptpmyces sp و Nacardia sp والفطر Aspergillus sp. و Fusarium sp. والبكتيريا Flavobacterium sp. و Micrococcus sp. حيث تفرز إنزيم (Amylase) كما أن البكتيريا Arthrobacter sp. و Bacillus sp. والفطر Monilia sp.
و Penicillum sp. والفطريات الشعاعية Streptomyces sp. و Micromonospora sp. من الكائنات الحية الدقيقة النشطة في مجال هضم تحلل المواد البكتينية والتي تفرز إنزيم (Pectinace) كما تعتبر الفطر Trichoderma sp. والبكتيريا Pseudomonas sp. والفطر الشعاعية Streptomyces sp. من الكائنات الحية الدقيقة ذات الدور البارز في مجال الهضم الحيوي للكيتين وبخصوص الأنيولين فإن البكتيريا Cytophaga sp. والفطرة Penicillum sp. والفطرة الشعاعية Streptomyces sp. ذات أهمية خاصة في هذا المجال كما البكتيريا Bacillus Megaterium إنزيم (Peptidase) النشط في مجال تحلل الببتيدات.ولاحتواء النفايات على كميات عالية من الشّحميّات والتي تتحول بواسطة النشاط الميكروبي إلى أسترات الكحول (Glycerol) بالإضافة إلى سلاسل طويلة من الأحماض الدهنية وتتحلل الدهون في وجود إنزيم الليبيز والذي يفرز بواسطة العديد من الكائنات الحية الدقيقة ومنها على سبيل المثال ClostridiumWelchii.
كما آن استخدام الكائنات الحية الدقيقة للمركبات الهيدروكربونية المتوفرة في النفايات ذات أهمية خاصة في إنتاج غاز الميثان فعند تحلل المخلفات العضوية تحت الظروف الهوائية فإن الغاز المتصاعد عبارة عن غاز ثاني أكسيد الكربون مع إنطلاق كميات كبيرة من غاز الميثان من خلال تحلل السليلوز والبروتينات والأحماض العضوية والكحول كما قد تحتوي النفايات على بعض مشتقات النفط مثل الزيوت والشحوم والهيدروكربونات الأليفاتية ذات السلاسل الطويلة أو القصيرة حيث يمكن لكثير من الكائنات الحية الدقيقة أن تقوم بتمثيل الهيدروكربونات الأليفاتية التي لا يمكن استخدامها كمصدر كربوني للنمو وهذه الظاهرة يطلق عليها التمثيل الغذائي المشترك وهذه العملية تتضمن عملية أكسدة يطلق عليها الأكسدة المشتركة.
تستطيع العديد من الكائنات الحية الدقيقة إنتاج مركبات هيدركربونية من خلال تحلل وهضم النفيات فقد لوحظ وجود الإيثان (C2H6) والبروبان (C3H8) والبيوتان (C4H10) في الهواء الملاصق لمدافن النفايات كما أن الفطرة .
Aspergillus sp و .Alternaria sp والبكتيريا Pseudomomas sp. والخميرة Candida sp. ذات قدرة على إنتاج غاز الإيثيلين (C2H4) ولكن لا بد من توفر الظروف البيئية الملائمة مثل درجة الحرارة والرطوبة والرقم الهيدروجيني بالإضافة إلى كثافة النفايات ونوعها. تحتوي النفايات أيضا على العديد من المركبات العطرية والتي تعتبر أساس التركيب البنائي للجنين والدبال المتحلل كما أن الكثير من المركبات الصناعية التي تدخل في صناعة مبيدات الآفات عبارة عن مركبات هيدروكربونية عطرية متحورة حيث تستطيع الكائنات الحية الدقيقة تحليلها وهضمها ومن تلك الكائنات الحية الدقيقة البكتيريا Arthrobacter sp. و Bacillus sp.
و Mycobacterium sp. وPseudomonas sp..
من السابق يتضح الدور البارز للكائنات الحية الدقيقة في التفاعلات الكيموحيوية المختلفة في تحلل وهضم النفايات وهذه عبارة عن سلسلة طويلة من التفاعلات المختلفة تقوم بها العديد من الكائنات الحية الدقيقة حيث تختص كل مجموعة بتحليل وهضم مركبات خاصة بسيطة لتتولى المجموعات الأخرى هضم وتحليل المركبات المعقدة كما يمكن القول أن إنتاج الميثان يحدث من خلال النشاط الميكروبي وعبر مراحل عديدة يمكن تقسيمها إلى المرحلة الأولى وفيها يتم إنحلال السكريات الآحادية والثنائية والعديدة والبروتينات والببتيدات والأحماض الدهنية .






ثم المرحلة الثانية وفيها يتم إنتاج الأحماض الدهنية الطيارة والكحولات والألدهيدات والأمونيا وثاني أكسيد الكربون والهيدروجين والماء. أما المرحلة الثالثة فتتضمن إنتاج الميثان وتقوم بذلك مجموعة متخصصة من الكائنات الحية الدقيقة وهي بكتيريا الميثان وتمتاز بأنها لا هوائية إجبارية وتفضل الأرقام الهيدروجينية (PH6-8) كما أنها تستطيع استخدام الأمونيا كمصدر نيتروجيني ولا تحتاج لعوامل النمو وتنتج الميثان كمكون رئيسي لنواتج الأيض وقد أمكن تصنيفها إلى ثلاثة رتب تتبعها أربعة عوامل تنقسم بدورها إلى ثمانية أجناس تضم أربعة عشر نوعاً.
أوساط الإنتاج :
المقصود بالمواد العضوية حواملُ الطاقة من مصادر حيوانية ونباتية. ففي قانون الطاقات البديلة الصادر في ألمانيا بتاريخ 27/10/2001، وُضِعَتْ لوائحُ قانونية منظِّمة لطاقة المادة العضوية ولاعتبارات متعلقة بسياسة البيئة والطاقة والمناخ. فقد تم استبعاد بعض المواد العضوية، على الرغم من قابليتها للاستعمال كحوامل طاقية. والمخلَّفات والمواد العضوية التي يحظِّر هذا القانون استخدامَها هي: مواد الاحتراق الأحفورية، القمامة المختلطة، الورق والكرتون، الحمأة الناتجة عن المصارف والمصافي، المواد القماشية، الأعضاء الحيوانية، الغاز المنبعث عن مكبَّات القمامة وكذلك عن محطات الصرف الصحِّي. أما المخلفات والمواد العضوية التي يُسمَح باستخدامها فهي: النباتات وبقاياها وبقايا الحصاد، الفضلات والمنتجات الثانوية من أصل حيواني ونباتي الناتجة عن الاقتصاد الغابيِّ والزراعي، وكذلك اقتصاد الثروة السمكية، المخلَّفات العضوية الناتجة عن المطابخ والمطاعم وشركات تصنيع المواد الغذائية، الزيوت النباتية، الكحول المستخرج من المواد العضوية، بقايا الخشب الصناعي والنشارة الخشبية، وأيضًا الأخشاب المزروعة لفترات قصيرة ومدروسة لأجل هذا الهدف.


مبدأ تحرير طاقة الغاز الحيوي :
تعتمد تقنية إنتاج الغاز الحيوي على تفكُّك المواد العضوية وتحلُّلها إلى مكوِّناتها العضوية، وذلك بواسطة بكتيريا الميتان الخاصة؛ وهذا ما يُعرَف بعملية التخمير. وهذه العملية يجب أن تتم في ظروف لاهوائية، في درجات حرارة ملائمة للعمليات الحيوية التي تقوم بها البكتيريا الموجودة في مُفاعِل الغاز الحيوي (حوض التخمير). وبشكل عام، هناك ثلاثة مجالات حرارية يتم فيها توليد الغاز الحيوي، وهي:
·التخمير البارد، وذلك ضمن مجال حراري يتراوح بين 15 إلى 20 درجة مئوية ؛ وفيه تكون مدة بقاء المادة العضوية في المخمِّر طويلة نسبيًّا وكمية الناتج الغازي لكلِّ متر مكعب من حجم المخمِّر قليلة.
·التخمير الساخن، وذلك ضمن مجال حراري يتراوح بين 25 إلى 40 درجة مئوية؛ وفيه تكون مدة بقاء المادة العضوية في المخمِّر متوسطة وكمية الناتج الغازي لكلِّ متر مكعب من حجم المخمِّر متوسطة.
·التخمير الحار في مجال حراري يتراوح بين 40 إلى 65 درجة مئوية؛ وفيه تبقى المادة العضوية في المخمِّر وقتًا قصيرًا وكمية الناتج الغازي لكلِّ متر مكعب من حجم المخمِّر كبيرة.
إن عملية التحلُّل اللاهوائي، التي تحدث عادةً في شكل طبيعي في أعماق البحيرات والتجمعات المائية وأعماق التربة وفي مكبَّات النفايات، تتم في المخمِّر على مراحل متعددة. المرحلة الأخيرة في سلسلة التفكُّك العضوي هي غازات الميتان التي تنتج بنسبة 55% إلى 65%، وغاز ثاني أكسيد الكربون بنسبة 35% إلى 45%، مع نسب ضئيلة جدًّا من الهيدروجين والأوكسجين والنتروجين ونترات الأمونيوم، وكذلك من كبريتيد الهيدروجين H2S.



يُستخدم اليوم شكلان من أشكال منشآت توليد الغاز الحيوي:
·المنشآت التي تستعمل فقط المنتجات الزراعية وبقايا الإنتاج الزراعي.
·المنشآت التي تستخدم المنتجات الزراعية، بالإضافة إلى الفضلات العضوية من المنازل والمطاعم. هذا وينبغي التمييز بين المنشآت الريفية والمنشآت في المدن الكبيرة والصغيرة.
إن منشآت الغاز الحيوي الموجودة في القطاع الزراعي تستخدم روث حظائر الأبقار والعجول والخنازير والمداجن وفضلاتها كمادة أساسية. كذلك، هناك حوالى 93% من المنشآت تعتمد على دمج المواد العضوية وتخميرها. ومن الجدير ذكره هنا أن كلاً من بقايا الحصاد والفضلات النباتية، الخبز اليابس، بقايا الأطعمة، المخلَّفات العضوية، الحشائش وبقايا الأعلاف، بقايا معامل الأغذية، بقايا الخضار والفاكهة، بقايا مصانع الألبان والأجبان، وفضلات مصانع معالجة السكر والشوندر السكري، تُعتبَر جميعًا موادًا قابلة للدمج.
إن الاتجاه السائد اليوم في بناء منشآت توليد الغاز الحيوي واستثمارها يهدف إلى خلط ليس أكثر من مادتين مختلفتين، بكميات ثابتة ومدروسة، وبتدفق منتظم إلى حوض التخمير. هذا الإجراء يقود إلى عمليات تخمير أكثر استقرارًا وإلى نواتج طاقيِّة أعلى مردودًا وأكثر تجانسًا. إلا أنَّ هذا الشكل للتخمير يتطلب مراقبة وإدارة جيدين، كما يحتاج إلى اهتمام كبير بالشروط الحدِّية للتخمير.
مثال تقريبي
محتوى الطاقة في المتر المكعب الواحد من الغاز الحيوي هو 6.5 كيلوواط ساعي؛ وهذا ما يعادل 0.6 لتر من الوقود. إن إنتاج البقرة الواحدة من الروث يعادل حوالى 12 كغ في اليوم؛ ولقد تبين أن 100 بقرة تعطي في السنة الواحدة 62050 مترًا مكعبًا من الغاز الحيوي، أي بمعدل 620.5 مترًا مكعبًا لكلِّ بقرة في السنة، وبمعدل 1.7 مترًا مكعبًا في اليوم. محتوى الطاقة الإجمالي الناتج عن 100 بقرة سنويًّا هو 403325 كيلوواط ساعي من الكهرباء، أي ما يعادل 40000 لترًا من الوقود الحراري سنويًّا. أي أنه يمكن القول إن ناتج البقرة الواحدة من الطاقة يصل إلى حوالى 10 كيلوواط في اليوم. وهذا يعني أن مزرعة مؤلَّفة من سبع بقرات قادرة على إمداد منشأة صغيرة لإنتاج 10 متر مكعب من الغاز الحيوي يوميًّا، أي ما يعادل 65 كيلوواط ساعي، تكفي احتياجات أيِّ منزل مجهَّز تجهيزًا جيدًا بكافة اللوازم الكهربائية وتزيد عنها، حيث إن استهلاك المنزل (الألماني مثلاً) سنويًّا من الكهرباء يعادل وسطيًّا حوالى 3500 كيلوواط ساعي.
ولقد بيَّنت إحدى الدراسات أنه يمكن إنتاج حوالى 500 مترًا مكعبًا من الغاز الحيوي بمعالجة 1000 كغ من الفضلات العضوية الناتجة عن المخرجات اليومية لمدجنة مؤلَّفة من 12000 دجاجة.
تصل تكلفة توليد الكيلوواط الساعي الواحد في أثناء توليد الحرارة إلى حوالى 0.05 يورو، كما تبلغ تكاليف توليد التيار الكهربائي حوالى 0.1 يورو لكلِّ كيلوواط ساعي.


منشآت الغاز الحيوي ومكوِّناتها
يعود استثمار منشآت توليد الغاز الحيوي وتأسيسها في ألمانيا، وبشكل خاص في القطاع الزراعي، إلى ما يقرب من 60 سنة مضت. ويرجع الفضل في بناء النموذج الأول من هذه المنشآت إلى جامعة دارمشتات في العام 1947؛ كذلك تمَّ بناء منشأة ثانية في العام 1948 في مدينة أودنفالد. وقد ازداد عدد هذه المنشآت في ألمانيا ازديادًا ملحوظًا، وذلك في الفترة الواقعة بين نهاية العام 1999 وصيف العام 2003، وذلك من 850 منشأة في العام 1999 حتى 1700 منشأة في صيف 2003، وبنسبة مئوية بلغت 200%؛ ويُتوقَّع أن يكون العدد الإجمالي حوالى 2100 منشأة مع نهاية العام 2004. وقد تم تسجيل ازدياد واضح في الاستطاعة الإجمالية الوسطى من 45 ميغاواط كهربائي في العام 1999 إلى 175 ميغاواط كهربائي في العام 2003. إن هذه المنشآت موجودة بكثافة في إقليم بايرن بنسبة 45.6%، وبنسبة أقل تبلغ 17.2% في إقليم بادن فورتمبرغ، بينما تنخفض النسبة إلى 14.9% في إقليم نيدر ساكسِن.
ولقد عُرِفَتْ منشآتُ معالجة المخلَّفات العضوية في عدد من دول العالم المختلفة، حيث يوجد اليوم حوالى 20 مليون منشأة صغيرة لتوليد الغاز الحيوي في الصين، وحوالى 200 ألف في الهند، بينما لا تزيد عن 10 آلاف في البرازيل.
يمكن تلخيص المكوِّنات الأساسية للمنشأة بما يلي:
·حوض التخمير (مُفاعِل الغاز الحيوي): ويمثل النواة الأساسية في المنشأة، ويتم تشغيله في أغلب الأحيان تحت درجات حرارة ثابتة، حيث تقوم البكتريا بعملية تجزئة المادة العضوية التي قد تبقى في المخمِّر مدةً تتراوح بين 10 و35 يومًا، وتتم تغذية جهاز التخمير بشكل مستمر أو متقطِّع وغير منتظم.
·يمكن بناء هيكل حوض التخمير بشكل أفقي أو عمودي؛ والمواد المستخدمة قد تكون من البيتون، كما هو شائع في ألمانيا، أو من الصفائح الفولاذية بشكل قابل للفِّ، كما في الدانمرك، وأحيانا من البلاستيك. إن عملية التخمير يمكن أن تكون رطبة أو جافة، إلا أن معظم المنشآت في القطاع الزراعي تعمل على مبدأ التخمير الرطب.
·حوض (مستودع) تخزين المواد العفنة التي لا تُستثمَر مباشرة.
·حوض الإدخال: يفضَّل أن يكون على اتصال مباشر مع المخمِّر والمزرعة، مثلاً، أو الحظيرة أو حوض تجميع القمامة.
·أجهزة تفتيت (طحن) المواد العضوية وفَرْزِها وتنقيتها من العناصر غير المرغوبة.
التطبيقات للغاز الحيوي :
·استعمال الحرارة الناتجة لأغراض التدفئة في المنازل وفي الزراعات المحمية وبعض عمليات التجفيف الصناعي والزراعي، مثل تجفيف الحبوب ومعالجة الفضلات أو هدرجة بعض بقايا الأطعمة. بالإضافة إلى ذلك، فإن جزءًا من الحرارة يتم استخدامه لعملية التخمير اللاهوائي، وذلك للمحافظة على درجة حرارة التخمير المطلوبة.
·توليد التيار الكهربائي وربْطِه إلى الشبكة الكهربائية العامة؛ وبذلك يمكن توليد الكهرباء بالدرجة الأولى في المناطق النائية والمزارع البعيدة.
·السماد الناتج عن عملية التخمير اللاهوائي يُعتبَر سمادًا ذا مواصفات ممتازة وقيمة غذائية عالية للتربة؛ كما يتميز بتركيب متجانس، يسهِّل استهلاك النباتات له، وبخلوِّه بنسبة 80% من الروائح وعدم جاذبيته للحشرات والذباب. ونتيجة لعمليات التخمير اللاهوائية، يتم استهلاك الكربون والأكسجين والهيدروجين من المخلَّفات العضوية الطازجة، وتبقى العناصر الغذائية المهمة للنبات، مثل البوتاس والفوسفور والنتروجين، كما يتم القضاء أيضًا على الديدان الضارة وبذور الحشائش والنباتات الموجودة عادة في السماد غير المعالج.
·إن كمية السماد العضوي الناتجة عن عملية التخمير اللاهوائي تعادل نسبة 90% من كمية الفضلات العضوية الواردة إلى حوض التخمير. وتلعب نوعية السماد دورًا هامًّا في تحسين بنية التربة؛ وينعكس ذلك إيجابًا على مردودية الإنتاج الزراعي والوضع الصحي العام لبرامج تربية المواشي.
·يمكن استخدام الغاز الحيوي الناتج، كالغاز الطبيعي، في تشغيل المواصلات العامة، مثلاً، كما هي الحال في المدن النمساوية؛ وهذا ما يساهم بقسط كبير في حماية البيئة، وذلك عن طريق منع تسرب غاز ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي، وبالتالي التقليل من تضخُّم أثر الدفيئة الزجاجية greenhouse effect. إلا أنه تجدر الإشارة إلى أن غياب محطات تعبئة الوقود الغازي تقلِّل من أهمية استخدام الغاز الحيوي كمواد للاحتراق.
·إن تقنية إنتاج الغاز الحيوي تتناسب مع الخبرات الفنية والتقنية ومع الموارد المحلِّية المتوفرة في البلدان النامية، ويمكن استخدامها بتكاليف منخفضة ووسائل تكنولوجية بسيطة.
·يمكن تكييف بناء وحدات توليد الغاز الحيوي بحسب احتياجات أيِّ مجتمع (مدينة، بلدة، قرية)، بغضِّ النظر عن درجة تطوره، مما يساهم في إدخال اللامركزية إلى سياسة إدارة المخلَّفات وعدم وجوب نقلها إلى المطامر والمحارق، حيث إن تكلفة التخلص من أطنان القمامة المتزايدة يومًا بعد يوم عالية جدًّا، ناهيك عن أن المطامر والمكبَّات الموجودة لم تعد قادرة على سدِّ الحاجة؛ كما أن إقامة مطامر جديدة ليس هو الحل الصحيح، بالإضافة إلى الأضرار البيئية الناجمة عن إطلاق الغازات السامة (غاز الميتان) إطلاقًا عشوائيًّا إلى الغلاف الجوي لتمارس دورها التخريبي في المناخ.
·إن التخلص الآمن من المخلَّفات الزراعية والمنزلية باستخدام منشآت الغاز الحيوي يساهم مساهمة كبيرة في حماية المياه الجوفية من التلوث، كما يساهم في تحقيق المساندة الذاتية للمَزارع البيئية التي تسير في طريق التوجُّه نحو الزراعات البيئية والحيوية.
·إن إنتاج الطاقة الخضراء واستخدامها يساهم مساهمة كبيرة في حماية البيئة، وخاصة الغلاف الغازي، من التلوث بالغازات الضارة التي تصدر عن تخمُّر المواد العضوية تخمرًا عشوائيًّا، بالإضافة إلى مساهمته الفعَّالة في تقوية الاقتصاد الزراعي وتأمين فرص عمل، مما له كبير الأثر في تخفيض الكثافة السكانية في المدن عن طريق توفير فرص عمل في الأرياف، بالإضافة إلى تحسين الوضع الصحي العام وخلق حالة من الفهم البيئي في البنية التحتية.
آفاق تطور تكنولوجيا إنتاج الغاز الحيوي والمشكلات الراهنة
هناك الكثير من الأبحاث الجارية لتطوير مردودية منشآت الغاز الحيوي، ولإيجاد طُرُق أكثر اقتصادية لتسريع استخراج الغاز الحيوي عن طريق تسريع العمليات البيولوجية والتحكم فيها، وتأمين مردودية عالية في أثناء تفكيك المادة العضوية وتطوير تجهيزات تقنية للتحكم بعملية تلقيم جهاز التخمير.
هناك بحوث لتطوير أساليب أكثر فاعلية لتنقية الغاز العضوي وتنظيفه بغية الوصول إلى جودة تُعادِل جودة الغاز الطبيعي. وبهذا يمكن حقنه إلى شبكة الغاز العامة، ونقله في نهاية المطاف إلى محطات توليد الطاقة الكهربائية.
هناك دراسات قائمة أيضًا بهدف نزع محتوى الغاز العضوي من مركب كبريتيد الهيدروجين H2S الذي يوجد بمقدار 100 ملغ في المتر المكعب الواحد من الغاز العضوي. فهذه النسبة، على الرغم من ضآلتها، تتسبَّب في إحداث أضرار في المنشأة، وخاصة في المحركات والتمديدات المستخدمة.
إن إشكالية تقنية تغذية شبكة الغاز الطبيعي بالغاز الحيوي ما تزال في حاجة إلى المزيد من الدراسات والأبحاث لإيجاد الحلول التقنية العملية بأسعار مناسبة، وكذلك لإيجاد الحلول واللوائح القانونية التي تضبط هذه العملية.
مازال هناك نقصٌ في الدراسات المتعلقة باستعمال الغاز الحيوي كوقود للمواصلات وفي المخططات الهادفة إلى الاستثمار الأمثل للطاقة الحرارية الناجمة عن تفاعلات المادة العضوية، حيث إن الحرارة تصل إلى حوالى 90 درجة مئوية.
وكنقطة انطلاق من أجل تطبيق تقنية إنتاج الطاقة الناجمة عن تخمير المخلَّفات العضوية واستخدامها في الريف العربي، لا بدَّ من إجراء بعض الدراسات الأولية للحصول على المعلومات التالية: كمية المخلَّفات العضوية اليومية، أماكن وجودها، صلاحيتها للمعالجة والاستثمار، إمكانية جمع المخلَّفات الموجودة ونقلها وفرزها، اللوائح القانونية التي تضبط المخلَّفات، إمكانية تسويق الطاقة الناتجة، طُرُق تخطيط المنشآت، إمكانية الدعم المادي لتأسيس هذه المنشآت.