مقدرة الغاز الحیوی کطاقة مستدامة لتلبیة سبل المعیشة الریفیة

إن زیادة الطلب العالمی على الطاقة النظیفة أدى الى الاتجاه الى استغلال مصادر المخلفات الحیوانیة واستخدامها کمصدر من مصادر الطاقة الجدیدة والمتجددة. البیوجاز والذی یعد من أهم التقنیات الموعودة لإنتاج مصدر متجدد للطاقة النظیفة مقارنة بموارد الطاقة الأحفوریة. لذا رکزت هذه الدراسة على الهضم اللاهوائی کتکنولوجیا تستخدم على نطاق واسع لمعالجة المخلفات العضویة بالإضافة الى انها الأمثل لإنتاج طاقة حیویة وتدویر المخلفات الحیوانیة ومعالجتها لاستغلالها فی المناطق الریفیة کطاقة حراریة وکهربائیة مع رفع کفاءة تحویل الطاقة الکامنة للمخلفات لمعظمة الاستفادة منها فی المزارع الصغیرة بالإضافة الى دراسة امکانیة تلبیة متطلبات الطاقة الریفیة من انتاج وحده منزلیة صغیرة. وتهدف الدراسة الى: (1) اختیار الترکیبة الأمثل من المخلفات الأکثر انتشارا فی المزارع الصغیرة (مخلفات ابقار- مخلفات دواجن - مخلفات ارانب) والتی یحدث معها معظمة لإنتاج غاز المیثان (2) المقارنة بین الطاقة الحراریة المتوقعة والمحسوبة بناء على ترکیبة المخلف والطاقة الحراریة الفعلیة بناء على الإنتاج الفعلی من المیثان (3) تقییم الطاقة الکهربائیة الفعلیة بکیلوواط/الساعة اعتمادا على الإنتاج الفعلی من الغاز الحیوی ومقارنتها بالقیمة اﻟمحسوبة نظریاً (4) توافر معلومات عن الإنتاجیات والطاقات المتوقعة والفعلیة مما یعطى إمکانیة اختیار الخلیط الأمثل طبقا لاحتیاجات التطبیقات المختلفة (5) دراسة مدى إمکانیة تغطیة متطلبات الطاقة البسیطة فی المناطق الریفیة من وحدة بیوجاز منزلیة تعمل بمخلفات المزرعة المتوفرة بوفره فی هذه المناطق والتی تم تصنیعها فی احدى الورش الخاصة فی محافظة الشرقیة.  تمت الدراسة من خلال تجربتین الأولى تجریبیة لاختیار أفضل التولیفات بناء على الإنتاجیة وتحدید التولیفات التی تحتاج للمعالجة من اجل رفع الإنتاجیة والثانیة تمت لأفضل تولیفة من التجربة الأولى على هضام منزلی لدراسة مدى تغطیة الاحتیاجات الریفیة البسیطة.
التجربة الأولى: تم ملء المخمرات المعملیة بالخلطات المختلفة للمخلفات المجمعة من مزرعة التجارب بکلیة الزراعة جامعة الزقازیق وتم تخزین الغاز المتجمع من کل وحده على حده فی وحدات تخزین موصلة بالمخمرات بواسطة خراطیم PVC. تم تحلیل المخلفات الى المواد العضویة الأولیة من الکربوهیدرات والبروتین ودهون بغرض تقدیر کل من الانتاجیات والطاقات النظریة للخلطات المختلفة.  قبل الشحن تم خلط المخلفات بنسبها المختلفة والماء والبادئ بغرض التجانس وقد تم الهضم تحت تأثیر درجة حرارة میزوفیلیک 38 درجة مئویة . وقد أظهرت النتائج ان خلط مخلفات المواشی مع مخلفات الدواجن والارانب ادى الى زیادة انتاج المیثان بنسبة 11.02 – 76.46%. ومن جهة اخرى استخدام مخلفات الدواجن بمفردها وبدون معالجة سجلت الکثیر من المعوقات مما ادى لانخفاض المنتج من الغاز الحیوی او فشل عملیة التخمر. تراوحت مستویات الهضم (الجزء القابل للتحلل من المادة العضویة) للخلطات بین 52.73 - 78.94 ٪. هناک جانب مهم بنفس قدر انتقاء عناصر التولیفة المغذیة للمخمر وهی نسبة الخلط للمخلفات حیث سجلت المخلوط (25% مخلفات مواشی+75% مخلفات دواجن) زیادة فی انتاج البیوجاز بمقدار 67.68 % مقارنة بمخلف المواشی بمفرده بینما کانت نسبة الزیادة 18.93% فقط للمخلوط (66% مخلفات مواشی+34% مخلفات دواجن) ومن هنا تأتى اهمیة تحلیل المخلفات للمواد العضویة الأولیة القابلة للتحلل لاتخاذ القرار بأفضل تولیفة لمعظمة الإنتاج وتغطیة المتطلبات. وقد سجلت الکفاءة الحراریة قیم تتراوح بین 54 – 78% تحت تأثیر التولیفات المختلفة للمخلفات الزراعیة ووفقا لذلک، یمکننا اختیار المناسب منها للاستخدام فی التطبیقات الحراریة المختلفة فی القطاع الریفی ومعالجة التولیفة المنخفضة فی کفاءتها لتغطیة المتطلبات الحراریة. وقد کانت قیم الطاقة الکهربیة لکل طن من التولیفات المختلفة من المخلفات الحیوانیة بناء على انتاجیتها الفعلیة من المیثان بین 98.46 -165.10 کیلوواط. ساعة بینما کانت قیمتها المحتملة نظریاً 183.91-249.79 کیلوواط. ساعة.
التجربة الثانیة تم اختیار أفضل تولیفة من التجربة الأولى (25٪ من روث الماشیة + 75٪ من فضلات الدواجن) لیتم تطبیقها على مخمر منزلی (68 لتر) تحت تأثیر ثلاث معدلات تقلیب یومیة مختلفة وتحت تأثیر درجة حرارة میزوفیلیک بغرض معظمة الإنتاج ودراسة مدى تغطیة الاحتیاجات الیومیة الاساسیة للمجتمع الریفی. تراوحت إنتاجیة المیثان بین 78.1 - 57.74 لتر / کجم ماده طازجة، وکان متوسط إنتاج الغاز الحیوی من المخمر المنزلی تحت تأثیر التقلیب مرتین یومیا 3993.87 لتر / شهر من 25 کجم فقط من المخلفات الحیوانیة ومعادلة الانحدار کانت y = 0.347x + 0.5016x² -0.0162x³   حیث کانت y انتاج المیثان وx المدة اللازمة لتخمر المخلفات. وبالنظر الى متطلبات الطاقة فی المجتمع الریفی فقد وجد ان الغاز الحیوی المنتج من 25 کجم فی الشهر من المخلفات تکفی للاستخدام أربع أیام لأعمال الطبخ المنزلی أو الإضاءة و12 یوم لتبرید 100 لتر. فی ضوء النتائج، یمکن التوصیة بأهمیة تحلیل الرکیزة الخام قبل عملیة التخمر لحساب المتوقع النظری لإنتاج الغاز الحیوی ولاختیار أفضل التولیفات بین الرکائز المختلفة من اجل تغطیة احتیاجات الطاقة فی التطبیقات المختلفة فی المجتمعات الریفیة کما ینبغی تشجیع القطاع الریفی على استخدام تکنولوجیا الغاز الحیوی والترکیز على تطویر واستخدام وحدات البیوجاز المنزلیة بکفاءة و بالتالی استبدال الغاز الحیوی لمصادر الطاقة التقلیدیة الریفیة کالکیروسین والسماد البلدی والحطب مما یؤدى لانخفاض انبعاثات الغازات الدفیئة کثانی أکسید الکربون الملوثة للبیئة وتوفیر طاقة المحروقات التقلیدیة.