استخدام قش الأرز كمادة خام
بواسطة Md. Mamunur Rashid:
إن إمدادات الطاقة الكافية وغير المنقطعة هي المطلب الأساسي للنمو الاقتصادي والتنمية في أي بلد. أزمة الطاقة في كوكبنا والاحتباس الحراري ، يومًا بعد يوم تزيد من الحاجة إلى الطاقة المتجددة. وعلى الرغم من اكتشاف العديد من خيارات هذه الطاقة، يعد الغاز الطبيعي والطاقة الشمسية من أبرز ما أتى به هذا القطاع حتى الآن .
تعد تكنولوجيا الغاز الحيوي الأكثر انتشارًا في جميع أنحاء العالم لأنها لا تنتج الطاقة فحسب ، بل إنها تضمن أيضًا بيئة أفضل وكذلك أنظف، صحة جيدة وفوائد اجتماعية اقتصادية أخرى حيث تحول هذه التكنولوجيا النفايات العضوية القابلة للتحلل الحيوي من زراعة وصناعة وثروة حيوانية وما إلى ذلك إلى طاقة وتدعم الطين ليصير كمنتج ثانوي قد يمكن استخدامه كسماد عضوي.
والغاز الحيوي عبارة عن خليط من 50 إلى 70٪ من الميثان (CH4) ، و 30 إلى 40٪ من أوكسيد الكربون (CO2) ، كبريتيد الهيدروجين (H2S) والرطوبة المتولدة بعد تخمير النفايات العضوية القابلة للتحلل الحيوي في غياب الأكسجين الذي يصطلح عليه بــ عملية الهضم اللاهوائي. الغاز الحيوي أخف بنسبة 20 في المئة من الهواء وله درجة حرارة الاشتعال في نطاق 650 إلى 750 درجة مئوية. وهو غاز عديم الرائحة وعديم اللون يحترق مع لهب أزرق شبيه بغاز البترول المسال (Sathianathan, 1975). قيمته الحرارية 20 ميغا جول (MJ) لكل m3 ويحترق بنسبة 60٪ في موقد غاز حيوي تقليدي.
يمكن استخدام الغاز الحيوي لتحويل محتواه من الطاقة إلى أشكال مختلفة مثل الطاقة الميكانيكية والطاقة الحرارية. الطهي، الإضاءة، التبريد، وإنتاج الكهرباء من خلال تشغيل محرك الاحتراق الداخلي هي الاستخدامات الشائعة للغاز الحيوي. وتستخدم مجموعة متنوعة من النفايات العضوية كمواد أولية لإنتاج الغاز الحيوي ، أي روث الخنازير، الأبقار، الخيول، الأغنام، الدواجن ، "عشب الفيل " ، عشب المياه والأعشاب بصفة عامة، بقايا الخضار، النفايات الصلبة ، مخلفات المجاري ، قش الأرز إلخ. في بنغلاديش ، تعتمد معظم مصانع الغاز الحيوي على روث الأبقار لتوفرها. روث الأبقار لديها محصول للغاز الحيوي يصل إلى 150 350 lit/kg of VS وقش الأرز يبلغ .170 280 lit/kg of VS.
استخدام قش الأرز لإنتاج الغاز.
لم يستخدم قش الأرز كمادة خام لإنتاج الغاز الحيوي آخر مرة لأن البكتيريا لا تستطيع تكسير السليلوز بسهولة بسبب التركيب الفيزيائي والكيميائي المعقد للكتلة الحيوية لليغلوكسيولوز وكذلك إنتاجية إنتاج الغاز منخفضة مقارنة بالمواد الخام الأخرى المتاحة على الرغم من أن قش الأرز أكثر المواد المتوفرة في البلاد. في الفترة الأخيرة ، اكتشف الباحثون استخدام تكنولوجيا قش الأرز كمادة خام لإنتاج الغاز الحيوي مع زيادة إنتاجية الغاز.
قش الأرز هي مادة لِغْنوسيلُلُّولوزية " lignocellulosic " ذات كثافة ظاهرية منخفضة ومحتواها من السيليكا عالي نسبيا. المكونات الكيميائية الرئيسية على أساس جاف هي السليلوز ، هيميسيلولس ، اللجنين " Lignin " والرماد. ويتم العثور على اللجنين في الصفيحة الوسطى وبجوار جدران الخلايا الأولية لترسبات الأنسجة ، وعلى هذا النحو يغلف الأجزاء السليلوزية " cellulose " والميسيلولوزية " hemicellulose " الموجودة بشكل أساسي في جدران الخلايا الثانوية. يحتوي قش الأرز على نسب عالية نسبياً من الرماد الغني بالسيليكا. في الآونة الأخيرة، طور الباحثون في الصين عملية معالجة هيدروكسيد الصوديوم الصلبة (NaOH) التي يمكن أن تعزز إنتاج الغاز الحيوي من قش الأرز بنسبة 65٪ تقريباً من خلال زيادة قابليته للتحلل البيولوجي (Xiujin Li. et. al.).
كما لاحظوا تحلل 16.4 ٪ من السليلوز ، و 36.8 ٪ هيميسيلولوز ، و 28.4 ٪ من اللجنين ، في حين أن المواد القابلة للذوبان في الماء زادت بنسبة 122.5 ٪. تم تدمير رابطة الإستر لمركبات كربوهيدرات اللجنين (LCCs) من خلال تفاعله مع الماء، حيث تم إطلاق المزيد من السليولوز لإنتاج الغاز الحيوي. وقد تم تعطيل أو تدمير الروابط بين الوحدات الداخلية والمجموعات الوظيفية من اللجنين والسليلوز والهيمسليلوز ، مما أدى إلى تغييرات كبيرة في الهياكل الكيميائية. وأصبح اللجنين الأصلي ذو الوزن الجزيئي الكبير مع الشبكة ذات البنية الثلاثية الأبعاد جزءً واحدًا ذا وزن جزيئي صغير وهيكل خطي بعد معالجة NaOH المسبقة. لم يتغير الشكل البلوري للسليلوز بشكل واضح ، لكن تبلور السليلوز زاد.
إن التغيرات في التركيبات الكيميائية والهياكل الكيميائية والخصائص الفيزيائية جعلت قش الأرز أكثر قابلية للتحلل البيولوجي وبالتالي فهو مسؤول عن تعزيز محصول الغاز الحيوي.
في دراسة أخرى تبين أن المعالجه المسبقه لقش الأرز تقلل من وقت الاحتفاظ في عملية الهضم اللاهوائي (F. Wenjie. & Xiujin Li.).
حقق ريهونج تشانغ و زهقين تشانغ في الآثار الناتجه من أساليب معالجة مختلفه، المعالجة الفيزيائية (الميكانيكية) والحرارية والكيميائية (الأمونيا)، علي هضم قش الأرز في درجة حراره 35 درجه مئويه.
أدت مجموعة من الطحن (طول 10 مم)، والتدفئة (110 درجة مئوية)، ومعالجة الأمونيا (2٪) إلى أعلى إنتاج للغاز الحيوي ، وهو0.47 l g-1 VS-1 fed ، وهو أعلى بنسبة 17.5٪ من الغاز الحيوي الناتج من كل القش الغير معالج. درجة حرارة ما قبل المعالجة لها تأثير كبير على قابلية هضم القش.
من أجل الهضم اللاهوائي الصحيح ، يجب أن يكون للمواد الخام نسبة كربون إلى نيتروجين تقارب 30: 1. يحتوي قش الأرز على نسبة كربون إلى نيتروجين 80-100: 1. ولذلك يجب إضافة مصدر للنيتروجين مثل السماد الحيواني والتربة الليلية والأمونيا وغيرها لتحقيق النسبة الصحيحة.
باستخدام المعادلة يمكننا أن نعرف بسهولة كم من السماد الطبيعي أو غيرها من الركائز الغنية النيتروجين نحتاج إلى إضافته لتحقيق نسبة C / N المثلي؟
قد تشكل الطبيعة الليفية لبقايا الأرز مشكلة، حيث تميل البقايا إلى الطفو وتشكل حثالة صلبة على سطح الهاضم. في هذه الحالة ، يجب اتخاذ تدابير خاصة نقع الطين قبل التغذية في الهاضم والخلط الميكانيكي المتقطع أو المستمر أثناء عملية الهضم (Barreveld، 1989؛ Marchaim، 1992).
سيؤدي خلط السماد الغني بالنيتروجين (أي روث البقر بقش الأرز) إلى زيادة الجاذبية النوعية للركيزه المختلطة، والذي سيقلل أيضًا من نزعة قش الأرز للطفو في المفاعل.
بالإضافة إلى ذلك يمكننا إدخال مفاعل نوع UASB بدلاً من القبة التقليدية الثابتة والمفاعل العائم. وهذا سيزيد معدل التحميل ، مما يؤدي في النهاية إلى خفض حجم المفاعل. سيساعد نظام الفصل ثلاثي المراحل في مفاعل UASB أيضًا على تقليل تعويم قش الأرز وتشكيل حثالة صلبة.
بنغلاديش بلد زراعي والأرز هو المنتج الزراعي الرئيسي الذي يزرع تقريبًا طوال العام، مما يؤدي إلى تكوين كمية كبيرة من قش الأرز في الحقل الزراعي.
إن الممارسة الشائعة مع قش الأرز هي حرقه في الحقل مما يسبب تلوث الهواء أو حرثه في الحقل، حيث أن القش مصدر غني بالسماد العضوي وذلك وفقا لكلام الخبراء الزراعيين.
ولكن قش الأرز يتطلب الكثير من الوقت ليتحلل في حين أن القش غير المتحلل يسبب مشاكل أثناء البذر.
من ناحية أخرى ، إذا استخدمنا قش الأرز كمواد خام من خلال إنشاء مصنع الغاز القائم على قش الأرز، يمكننا تقليل تلوث الهواء بالإضافة إلى استخدام الطين المتحلل كسماد عضوي في حقل الأرز.
يمكن استخدام الغاز الحيوي المنتج من المصنع لتشغيل محرك احتراق داخلي لإنتاج الكهرباء التي يمكن استخدامها لتشغيل المضخات الكهربائية وكذلك يمكن استخدام الغاز الحيوي مباشرة في محرك الديزل المعدل لتشغيل المضخة الضحلة أو مضخة الرفع المنخفضة للري في المناطق الريفية حيث إمدادات الكهرباء ليست كافية.
يمكن توزيع فائض الكهرباء والغاز الحيوي على عائلات المزارعين المجاورة لأغراض الإضاءة والطهي. إذا كان يمكن القيام به سيتم تغيير السيناريو الاجتماعي الاقتصادي الكلي بشكل كبير.
في الهند ، اتخذت البنجاب مشروعًا لاستخدام قش الأرز لتوليد الكهرباء. تنتج البنجاب 100 مليون طن من قش الأرز تقريبًا لتنتج 108 ميجاوات من الكهرباء. سوف يعمل المصنع الأول خلال هذا العام. فلماذا لا يجب علينا عندما نواجه أزمة طاقة ضخمة؟ هذا هو الوقت المناسب للتفكير في طريقة بديلة لإنتاج الطاقة.
مراجعة: ندى عرفه.
إن إمدادات الطاقة الكافية وغير المنقطعة هي المطلب الأساسي للنمو الاقتصادي والتنمية في أي بلد. أزمة الطاقة في كوكبنا والاحتباس الحراري ، يومًا بعد يوم تزيد من الحاجة إلى الطاقة المتجددة. وعلى الرغم من اكتشاف العديد من خيارات هذه الطاقة، يعد الغاز الطبيعي والطاقة الشمسية من أبرز ما أتى به هذا القطاع حتى الآن .
تعد تكنولوجيا الغاز الحيوي الأكثر انتشارًا في جميع أنحاء العالم لأنها لا تنتج الطاقة فحسب ، بل إنها تضمن أيضًا بيئة أفضل وكذلك أنظف، صحة جيدة وفوائد اجتماعية اقتصادية أخرى حيث تحول هذه التكنولوجيا النفايات العضوية القابلة للتحلل الحيوي من زراعة وصناعة وثروة حيوانية وما إلى ذلك إلى طاقة وتدعم الطين ليصير كمنتج ثانوي قد يمكن استخدامه كسماد عضوي.
والغاز الحيوي عبارة عن خليط من 50 إلى 70٪ من الميثان (CH4) ، و 30 إلى 40٪ من أوكسيد الكربون (CO2) ، كبريتيد الهيدروجين (H2S) والرطوبة المتولدة بعد تخمير النفايات العضوية القابلة للتحلل الحيوي في غياب الأكسجين الذي يصطلح عليه بــ عملية الهضم اللاهوائي. الغاز الحيوي أخف بنسبة 20 في المئة من الهواء وله درجة حرارة الاشتعال في نطاق 650 إلى 750 درجة مئوية. وهو غاز عديم الرائحة وعديم اللون يحترق مع لهب أزرق شبيه بغاز البترول المسال (Sathianathan, 1975). قيمته الحرارية 20 ميغا جول (MJ) لكل m3 ويحترق بنسبة 60٪ في موقد غاز حيوي تقليدي.
يمكن استخدام الغاز الحيوي لتحويل محتواه من الطاقة إلى أشكال مختلفة مثل الطاقة الميكانيكية والطاقة الحرارية. الطهي، الإضاءة، التبريد، وإنتاج الكهرباء من خلال تشغيل محرك الاحتراق الداخلي هي الاستخدامات الشائعة للغاز الحيوي. وتستخدم مجموعة متنوعة من النفايات العضوية كمواد أولية لإنتاج الغاز الحيوي ، أي روث الخنازير، الأبقار، الخيول، الأغنام، الدواجن ، "عشب الفيل " ، عشب المياه والأعشاب بصفة عامة، بقايا الخضار، النفايات الصلبة ، مخلفات المجاري ، قش الأرز إلخ. في بنغلاديش ، تعتمد معظم مصانع الغاز الحيوي على روث الأبقار لتوفرها. روث الأبقار لديها محصول للغاز الحيوي يصل إلى 150 350 lit/kg of VS وقش الأرز يبلغ .170 280 lit/kg of VS.
استخدام قش الأرز لإنتاج الغاز.
لم يستخدم قش الأرز كمادة خام لإنتاج الغاز الحيوي آخر مرة لأن البكتيريا لا تستطيع تكسير السليلوز بسهولة بسبب التركيب الفيزيائي والكيميائي المعقد للكتلة الحيوية لليغلوكسيولوز وكذلك إنتاجية إنتاج الغاز منخفضة مقارنة بالمواد الخام الأخرى المتاحة على الرغم من أن قش الأرز أكثر المواد المتوفرة في البلاد. في الفترة الأخيرة ، اكتشف الباحثون استخدام تكنولوجيا قش الأرز كمادة خام لإنتاج الغاز الحيوي مع زيادة إنتاجية الغاز.
قش الأرز هي مادة لِغْنوسيلُلُّولوزية " lignocellulosic " ذات كثافة ظاهرية منخفضة ومحتواها من السيليكا عالي نسبيا. المكونات الكيميائية الرئيسية على أساس جاف هي السليلوز ، هيميسيلولس ، اللجنين " Lignin " والرماد. ويتم العثور على اللجنين في الصفيحة الوسطى وبجوار جدران الخلايا الأولية لترسبات الأنسجة ، وعلى هذا النحو يغلف الأجزاء السليلوزية " cellulose " والميسيلولوزية " hemicellulose " الموجودة بشكل أساسي في جدران الخلايا الثانوية. يحتوي قش الأرز على نسب عالية نسبياً من الرماد الغني بالسيليكا. في الآونة الأخيرة، طور الباحثون في الصين عملية معالجة هيدروكسيد الصوديوم الصلبة (NaOH) التي يمكن أن تعزز إنتاج الغاز الحيوي من قش الأرز بنسبة 65٪ تقريباً من خلال زيادة قابليته للتحلل البيولوجي (Xiujin Li. et. al.).
كما لاحظوا تحلل 16.4 ٪ من السليلوز ، و 36.8 ٪ هيميسيلولوز ، و 28.4 ٪ من اللجنين ، في حين أن المواد القابلة للذوبان في الماء زادت بنسبة 122.5 ٪. تم تدمير رابطة الإستر لمركبات كربوهيدرات اللجنين (LCCs) من خلال تفاعله مع الماء، حيث تم إطلاق المزيد من السليولوز لإنتاج الغاز الحيوي. وقد تم تعطيل أو تدمير الروابط بين الوحدات الداخلية والمجموعات الوظيفية من اللجنين والسليلوز والهيمسليلوز ، مما أدى إلى تغييرات كبيرة في الهياكل الكيميائية. وأصبح اللجنين الأصلي ذو الوزن الجزيئي الكبير مع الشبكة ذات البنية الثلاثية الأبعاد جزءً واحدًا ذا وزن جزيئي صغير وهيكل خطي بعد معالجة NaOH المسبقة. لم يتغير الشكل البلوري للسليلوز بشكل واضح ، لكن تبلور السليلوز زاد.
إن التغيرات في التركيبات الكيميائية والهياكل الكيميائية والخصائص الفيزيائية جعلت قش الأرز أكثر قابلية للتحلل البيولوجي وبالتالي فهو مسؤول عن تعزيز محصول الغاز الحيوي.
في دراسة أخرى تبين أن المعالجه المسبقه لقش الأرز تقلل من وقت الاحتفاظ في عملية الهضم اللاهوائي (F. Wenjie. & Xiujin Li.).
حقق ريهونج تشانغ و زهقين تشانغ في الآثار الناتجه من أساليب معالجة مختلفه، المعالجة الفيزيائية (الميكانيكية) والحرارية والكيميائية (الأمونيا)، علي هضم قش الأرز في درجة حراره 35 درجه مئويه.
أدت مجموعة من الطحن (طول 10 مم)، والتدفئة (110 درجة مئوية)، ومعالجة الأمونيا (2٪) إلى أعلى إنتاج للغاز الحيوي ، وهو0.47 l g-1 VS-1 fed ، وهو أعلى بنسبة 17.5٪ من الغاز الحيوي الناتج من كل القش الغير معالج. درجة حرارة ما قبل المعالجة لها تأثير كبير على قابلية هضم القش.
من أجل الهضم اللاهوائي الصحيح ، يجب أن يكون للمواد الخام نسبة كربون إلى نيتروجين تقارب 30: 1. يحتوي قش الأرز على نسبة كربون إلى نيتروجين 80-100: 1. ولذلك يجب إضافة مصدر للنيتروجين مثل السماد الحيواني والتربة الليلية والأمونيا وغيرها لتحقيق النسبة الصحيحة.
باستخدام المعادلة يمكننا أن نعرف بسهولة كم من السماد الطبيعي أو غيرها من الركائز الغنية النيتروجين نحتاج إلى إضافته لتحقيق نسبة C / N المثلي؟
قد تشكل الطبيعة الليفية لبقايا الأرز مشكلة، حيث تميل البقايا إلى الطفو وتشكل حثالة صلبة على سطح الهاضم. في هذه الحالة ، يجب اتخاذ تدابير خاصة نقع الطين قبل التغذية في الهاضم والخلط الميكانيكي المتقطع أو المستمر أثناء عملية الهضم (Barreveld، 1989؛ Marchaim، 1992).
سيؤدي خلط السماد الغني بالنيتروجين (أي روث البقر بقش الأرز) إلى زيادة الجاذبية النوعية للركيزه المختلطة، والذي سيقلل أيضًا من نزعة قش الأرز للطفو في المفاعل.
بالإضافة إلى ذلك يمكننا إدخال مفاعل نوع UASB بدلاً من القبة التقليدية الثابتة والمفاعل العائم. وهذا سيزيد معدل التحميل ، مما يؤدي في النهاية إلى خفض حجم المفاعل. سيساعد نظام الفصل ثلاثي المراحل في مفاعل UASB أيضًا على تقليل تعويم قش الأرز وتشكيل حثالة صلبة.
بنغلاديش بلد زراعي والأرز هو المنتج الزراعي الرئيسي الذي يزرع تقريبًا طوال العام، مما يؤدي إلى تكوين كمية كبيرة من قش الأرز في الحقل الزراعي.
إن الممارسة الشائعة مع قش الأرز هي حرقه في الحقل مما يسبب تلوث الهواء أو حرثه في الحقل، حيث أن القش مصدر غني بالسماد العضوي وذلك وفقا لكلام الخبراء الزراعيين.
ولكن قش الأرز يتطلب الكثير من الوقت ليتحلل في حين أن القش غير المتحلل يسبب مشاكل أثناء البذر.
من ناحية أخرى ، إذا استخدمنا قش الأرز كمواد خام من خلال إنشاء مصنع الغاز القائم على قش الأرز، يمكننا تقليل تلوث الهواء بالإضافة إلى استخدام الطين المتحلل كسماد عضوي في حقل الأرز.
يمكن استخدام الغاز الحيوي المنتج من المصنع لتشغيل محرك احتراق داخلي لإنتاج الكهرباء التي يمكن استخدامها لتشغيل المضخات الكهربائية وكذلك يمكن استخدام الغاز الحيوي مباشرة في محرك الديزل المعدل لتشغيل المضخة الضحلة أو مضخة الرفع المنخفضة للري في المناطق الريفية حيث إمدادات الكهرباء ليست كافية.
يمكن توزيع فائض الكهرباء والغاز الحيوي على عائلات المزارعين المجاورة لأغراض الإضاءة والطهي. إذا كان يمكن القيام به سيتم تغيير السيناريو الاجتماعي الاقتصادي الكلي بشكل كبير.
في الهند ، اتخذت البنجاب مشروعًا لاستخدام قش الأرز لتوليد الكهرباء. تنتج البنجاب 100 مليون طن من قش الأرز تقريبًا لتنتج 108 ميجاوات من الكهرباء. سوف يعمل المصنع الأول خلال هذا العام. فلماذا لا يجب علينا عندما نواجه أزمة طاقة ضخمة؟ هذا هو الوقت المناسب للتفكير في طريقة بديلة لإنتاج الطاقة.
مراجعة: ندى عرفه.
الرابط مصدر المقال
