الغاز الحيوي: مصدر للطاقة في دول الخليج العربي
المصدر : مجله الدفاع
الكاتب : أ. د. عبدالوهاب رجب هاشم بن صادق
نبدأ المقال
توجد في دول الخليج العربي في الوقت الحالي العديد من المصادر البيئية الطبيعية بالإضافة إلى المخلفات والنفايات والتي لم تستغل استغلالاً علمياً يواكب الحاجة الماسة لإيجاد مصادر بديلة للطاقه وتعويض الإعتماد الكلي على النفط وبما يحقق النمو الإقتصادي والحفاظ على البيئة.
والنفايات في دول الخليج العربي تشكل في الوقت الحالي العديد من الأعباء الاقتصادية بالإضافة إلى الأضرار الصحية والبيئية استناداً إلى الطرق القديمة للتخلص من النفايات لا الاستفادة منها وقد كشفت العديد من التقارير للوزارات ذات العلاقة في دول الخليج العربي الكميات الهائلة من الكتل الحيوية للنفايات والمبالغ الطائلة التي تنفق لجمعها والتخلص منها، لذا كان لابد من الاتجاه إلى الأسس العلمية في هذا المجال للاستفادة من النفايات عن طريق إنتاج الغاز الحيوي للتقليل من الاعتماد الكلي على الطاقة الكهربائية وإيجاد بدائل جديدة للطاقة وتصنيع الأسمدة والمخصبات الزراعية وتحويل نفايات الأخشاب والحديد والبلاستيك والزجاج إلى مصادر اقتصادية وصناعية هامة.
ونتيجة للتطور التقني والصناعي والعمراني والزراعي والتجاري في دول الخليج العربي والحاجة الماسة لمصادر الطاقة كان لا بد من الاستفادة من الكتل الحيوية الضخمة والتي تشكل عبئاً كبيراً على دول المنطقة فإن المطلوب في الوقت الحالي الاستفادة من تقنيات إنتاج الغاز الحيوي للإمداد بهذا المصدر المهم للطاقة.
ويستفاد من الغاز الحيوي في العديد من الدول لإنتاج الطاقة اللازمة للإنارة والتدفئة والطهي والتشغيل للعديد من الآلات الكهربائية مثل الثلاجات والغسالات كما يستخدم بنجاح في مزارع الدواجن والأبقار وفي التجفيف والتصنيع الزراعي وفي تشغيل آلات الاحتراق الداخلي والمولدات بالإضافة إلى ذلك فإن السماد الحيوي المتخلف بعد إنتاج الغاز الحيوي يحتوي على كميات عالية من المتطلبات الغذائية الأساسية والذي يستخدم على نطاق واسع لتسميد العديد من المحاصيل الزراعية ومنها الذرة والقمح والأرز بالإضافة إلى تسميد المحاصيل الورقية.
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 وما يتخلف عن النفايات من مخلفات مثل الخشب والحديد والزجاج والبلاستيك والورق ونتيجة لذلك فإنه قد أمكن تطوير تلك التقنية الحيوية في العديد من دول العالم المتقدمة في هذا المجال حيث تحولت النفايات والمخلفات من مشكلات بيئية إلى مقومات اقتصادية أساسية.
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) 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 والفطرة Aspergillus sp. و Fusarium sp. والبكتيريا Flavobacterium sp. و Micrococcus sp. حيث تفرز إنزيم (Amylase) كما أن البكتيريا Arthrobacter sp. و Bacillus sp. والفطرة 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 الفطرة Trichoderma sp. والبكتيريا Pseudomonas sp. والفطرة 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 Clostridium Welchii.
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.
من السابق تتضح أهمية الغاز الحيوي في دول الخليج العربي نظراً توفر المكونات الأساسية لإنتاجه ومنها النفايات والمخلفات والعوامل البيئية المناسبة والكائنات الحية الدقيقة المتوفرة وهذا سوف يقلل من الاعتماد على الطاقة الكهربائية بالإضافة إلى السابق فإن ذلك يسهم أيضاً إلى الاستفادة من فرز النفايات والمخلفات قبل الحصول على الغاز الحيوي وبذلك تتم الاستفادة من نفايات الزجاج والخشب والورق والحديد والجلود وهذا يؤدي إلى إيجاد مصادر جديدة للتنمية الاقتصادية في دول الخليج العربي ونشوء العديد من الصناعات المستقبلية.
المراجع:
1 ابن صادق، عبدالوهاب رجب هاشم (1421ه). الأمن البيئي. منشورات جامعة الملك سعود. الرياض. المملكة العربية السعودية.
2 علاء الدين، محمد نبيل والشيمي، سمير أحمد ومحمد، محمد حنفي وعبدالعزيز، إبراهيم، محمد (1983م). البيوجاز للريف المصري (طاقة سماد علف). مركز البحوث الزراعية وزارة الزراعة القاهرة مصر.
3 الكسندر، مارتن (1982م). مقدمة في ميكروبيولوجيا التربة. جون وايلي. نيويورك.
المصدر : مجله الدفاع
الكاتب : أ. د. عبدالوهاب رجب هاشم بن صادق
نبدأ المقال
توجد في دول الخليج العربي في الوقت الحالي العديد من المصادر البيئية الطبيعية بالإضافة إلى المخلفات والنفايات والتي لم تستغل استغلالاً علمياً يواكب الحاجة الماسة لإيجاد مصادر بديلة للطاقه وتعويض الإعتماد الكلي على النفط وبما يحقق النمو الإقتصادي والحفاظ على البيئة.
والنفايات في دول الخليج العربي تشكل في الوقت الحالي العديد من الأعباء الاقتصادية بالإضافة إلى الأضرار الصحية والبيئية استناداً إلى الطرق القديمة للتخلص من النفايات لا الاستفادة منها وقد كشفت العديد من التقارير للوزارات ذات العلاقة في دول الخليج العربي الكميات الهائلة من الكتل الحيوية للنفايات والمبالغ الطائلة التي تنفق لجمعها والتخلص منها، لذا كان لابد من الاتجاه إلى الأسس العلمية في هذا المجال للاستفادة من النفايات عن طريق إنتاج الغاز الحيوي للتقليل من الاعتماد الكلي على الطاقة الكهربائية وإيجاد بدائل جديدة للطاقة وتصنيع الأسمدة والمخصبات الزراعية وتحويل نفايات الأخشاب والحديد والبلاستيك والزجاج إلى مصادر اقتصادية وصناعية هامة.
ونتيجة للتطور التقني والصناعي والعمراني والزراعي والتجاري في دول الخليج العربي والحاجة الماسة لمصادر الطاقة كان لا بد من الاستفادة من الكتل الحيوية الضخمة والتي تشكل عبئاً كبيراً على دول المنطقة فإن المطلوب في الوقت الحالي الاستفادة من تقنيات إنتاج الغاز الحيوي للإمداد بهذا المصدر المهم للطاقة.
ويستفاد من الغاز الحيوي في العديد من الدول لإنتاج الطاقة اللازمة للإنارة والتدفئة والطهي والتشغيل للعديد من الآلات الكهربائية مثل الثلاجات والغسالات كما يستخدم بنجاح في مزارع الدواجن والأبقار وفي التجفيف والتصنيع الزراعي وفي تشغيل آلات الاحتراق الداخلي والمولدات بالإضافة إلى ذلك فإن السماد الحيوي المتخلف بعد إنتاج الغاز الحيوي يحتوي على كميات عالية من المتطلبات الغذائية الأساسية والذي يستخدم على نطاق واسع لتسميد العديد من المحاصيل الزراعية ومنها الذرة والقمح والأرز بالإضافة إلى تسميد المحاصيل الورقية.
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 وما يتخلف عن النفايات من مخلفات مثل الخشب والحديد والزجاج والبلاستيك والورق ونتيجة لذلك فإنه قد أمكن تطوير تلك التقنية الحيوية في العديد من دول العالم المتقدمة في هذا المجال حيث تحولت النفايات والمخلفات من مشكلات بيئية إلى مقومات اقتصادية أساسية.
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) 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 والفطرة Aspergillus sp. و Fusarium sp. والبكتيريا Flavobacterium sp. و Micrococcus sp. حيث تفرز إنزيم (Amylase) كما أن البكتيريا Arthrobacter sp. و Bacillus sp. والفطرة 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 الفطرة Trichoderma sp. والبكتيريا Pseudomonas sp. والفطرة 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 Clostridium Welchii.
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.
من السابق تتضح أهمية الغاز الحيوي في دول الخليج العربي نظراً توفر المكونات الأساسية لإنتاجه ومنها النفايات والمخلفات والعوامل البيئية المناسبة والكائنات الحية الدقيقة المتوفرة وهذا سوف يقلل من الاعتماد على الطاقة الكهربائية بالإضافة إلى السابق فإن ذلك يسهم أيضاً إلى الاستفادة من فرز النفايات والمخلفات قبل الحصول على الغاز الحيوي وبذلك تتم الاستفادة من نفايات الزجاج والخشب والورق والحديد والجلود وهذا يؤدي إلى إيجاد مصادر جديدة للتنمية الاقتصادية في دول الخليج العربي ونشوء العديد من الصناعات المستقبلية.
المراجع:
1 ابن صادق، عبدالوهاب رجب هاشم (1421ه). الأمن البيئي. منشورات جامعة الملك سعود. الرياض. المملكة العربية السعودية.
2 علاء الدين، محمد نبيل والشيمي، سمير أحمد ومحمد، محمد حنفي وعبدالعزيز، إبراهيم، محمد (1983م). البيوجاز للريف المصري (طاقة سماد علف). مركز البحوث الزراعية وزارة الزراعة القاهرة مصر.
3 الكسندر، مارتن (1982م). مقدمة في ميكروبيولوجيا التربة. جون وايلي. نيويورك.
0 التعليقات:
إرسال تعليق