الطاقة الحيوية Biomass Energy
وتعد النباتات البريه والبحرية والنفايات الصلبة لمخلفات الانسان والحيوان ومخلفات الأشجار كالأوراق والأغصان المتكسرة وبعض المخلفات الصناعية العضوية , مصدرا مهما للطاقة يعرف بالطاقة الحيوية .وتعرف هذه المصادر بالكتله الحيوية , وهي موجوده في طبقة رقيقة على سطح الأرض تعرف بالغلاف الحيوي , وهي تشكل جزء صغيرا جدا من كتلة الأرض , ولكنها بالغة الأهمية كمصدر للطاقة , وهي تنمو وتستبدل باستمرار مستخدمة الطاقة الشمسية , ويحتوي الغلاف الجوي كمية من الطاقة تكفي لسد حاجة الإنسان مدة 60 عاما .
والسؤال هنا
كيف تستخدم النفايات لتوليد الطاقة ؟ وما العلاقة بين قصب السكر ووقود السيارات ؟
هذه الأسئله غيرها سنحاول الأجابه عنها تاليا .
أنواع الوقود الحيوي
تستخدم المواد العضوية كمصدر من مصادر الوقود , وذلك عن طريق حرقها المباشر لتوليد الحرارة ,, أو اشتقاق منها سوائل أو غازات قابله للأحتراق , وسنذكر منها أربع أنواع رئيسية :الوقود الحيوي الصلب
وهو من مصادر الطاقة المتجدده الصلبة والناتجة عن الكائنات الحية , كالخشب والقش والمخلفات العضوية , بعد ان يتم حرقها مباشرة باستخدام الحرارة الناتجة لتوليد بخار الماء المستعمل لدفع توربينات مولد كهربائي .
الوقود الحيوي السائل
وهو أحد مصادر الطاقة المتجدده السائلة الناتجة عن الكائنات الحية , مثل كحول الإيثانول الحيوي الناتج عن تخمير النباتات كقصب السكر , ووقود الديزل الحيوي الذي ينتج عن تفاعل الكحول مع الدهون النباتيه أو الحيوانية , وتستعمل أنواع الوقود هذه كوقود للمركبات .الغاز الحيوي
وينتج عن تحلل المواد العضوية الصلب وهو مزيج من غازي الميثان وثاني اكسيد الكربون ويستخدم هذا المزيج كوقود لتوليد البخار في محطات توليد الكهرباء وفي الطهي .محاصيل الطاقة
يتم زراعة نباتات سريعة النمو مثل شجر الصفصاف في حقول شاسعة لتستعمل خصيصا كمصدر للطاقة الحيويةطرق تحويل المواد العضوية إلى مصادر طاقة حيوية
يتم تحويل المواد العضوية كالأخشاب ومخلفات الحيوانات الصلبة إلى وقود حيوي باستخدام إحدى الطرق التالية :1- الهضم اللاهوائي
ويعني تحلل المواد العضوية بفضل البكتيريا بمعزل عن غاز الأكسجين , وينتج عن هذه العملية الحيوية غاز يعرف بالغاز الحيوي , وهو مكون في الغالب من غازين هما الميثان وثاني اكسيد الكربون , وينتج هذا الغاز من تحلل مواد مثل مخلفات الحيوانات الصلبة ومواد عضوية رطبة , ويمكن تقسيم عملية الهضم اللا هوائي إلى ثلاث مراحل :- تحلل الماده العضوية بوساطة البكتيريا إلى جزيئات بسيطة مثل السكر
- تحول الماده المتحلله إلى حموض عضوية
- تحول الحموض العضوية إلى غاز الميثان
وتحصل عملية الهضم اللاهوائي في الطبيعة ، أو في بيئة مراقبة مثل معمل الغاز الحيوي , اما في الطبيعة فتحصل هذه العملية في الطبقات السفلى لأكوام النفايات , ويتم استخراج الغاز عن طريق إدخال أنبوب داخل تلك الأكوام من النفايات لمسافات عميقة .
أما في معمل الغاز الحيوي , فنقوم بالعملية عن طريق وضع الماده العضوية مع أنواع من البكتيريا في خزان محكم الإغلاق لا يدخله الهواء ’ يعرف بالهاضم .
ويتم تنقية الغاز الناتج ونقله عبر أنابيب إلى أماكن استخدامه , ويستعمل أيضا في توليد البخار الذي بدورة يقوم بتحريك توربينات مولد كهربائي , او يستعمل للطبخ والتدفئة .
ففي الصين يوجد في البيوت مايزيد عن خمسة ملايين هاضم لا هوائي تعرف بالهواضم المنزليه , تقوم هذه الهواضم بتحليل المخلفات العضوية وتوفير الطاقة للمنازل .
2- الاحتراق المباشر
وذلك عند حرق قطعة من الخشب في موقد ما , يحصل تفاعلا كيميائيا بين تلك القطعة وغاز الأكسجين , وينتج عنه كميات كبيرة من الحرارة تستخدم للتدفئة والطهي وتوليد الكهرباء .وحتى منتصف القرن التاسع عشر كان احتراق الخشب يشكل مصدرا رئيسيا للوقود لدى الإنسان , ولا يزال كذلك لدى بعض الدول حتى عصرنا الحالي كسيرلانكا حيث يشكل مايقارب اربعة وستون في المائة من مصادر الطاقة الكلية المستهلكة .
3- التغويز
الكربون والهيدروجين والأكسجين غازات تشكل نسبة عالية من تركيب النباتات , وعند تسخين تلك النباتات في بيئة قليلة الأكسجين وفي درجات حرارة عالية , تتحلل بدون احتراق إلى مزيج من غازات اول اكسيد الكربون والهيدروجين وثاني اكسيد الكربون والنيتروجين والميثان , ويتم استخدام هذا المزيج من الغازات لتوليد الحرارة , كونة سهل الاحتراق ولا ينتج عنه دخان .4- الانحلال الحراري
عند تسخين النباتات تحت درجات حرارة عالية بمعزل عن الهواء فإنها تتحلل إلى مزيج من الفحم والزيت والغاز , ويكون الزيت الناتج شبيها بالبترول , ويستخدم على نطاق محدود في محطات توليد الكهرباء5- التخمير
تحتوي بعض النباتات على النشا والسكر , مثل الذره وقصب السكر , ويمكن تخمير هذه النباتات باستخدام البكتيريا لينتج كحول الإيثانول وغاز ثاني اكسيد الكربون .ويستخدم كحول الإيثانول كوقود للسيارات , ففي البرازيل مثلا يشكل الإيثانول ربع الوقود الذي يستخدم في وسائل النقل .
ويذكر ان هناك مايقارب اربعة ملايين سيارة تستخدم الايثانول المعياري الذي يحتوي على 95في المائة منه على إيثانول وخمسة بالمائة ماء , وما يزيد عن مليون سيارة تستخدم مخلوطا مكونا من ثمانين بالمائة غازولين وعشرون بالمائة إيثانول .
6- الإسترات
وهي مركبات كيميائية مشتقة من تفاعل حمض عضوي مع نوع من الكحول , والإسترات تعطي الفاكهة نكهتها المميزه .أي عندما يتفاعل كحول مثل الميثانول مع الحموض الدهنية والتي تكون موجوده في بعض الزيوت النباتية والدهون الحيوانية , فإن المركبات الكيميائية تدعى الاسترات وينتج عن ذلك ما يسمى بالتفاعل .
وتدخل هذه الكيماويات في تركيب الديزل الحيوي المستخدم كوقود للمركبات .
ويشكل زيت بذور اللفت ما نسبته 84 في المائة من الزيوت النباتية المستعملة لإنتاج الديزل الحيوي , ثم يلية بعد ذلك زيت بذور دوار الشمس والذي يشكل 13 في المائة .
وتستخدم زيوت قلي مستعملة من مخلفات المطاعم لإنتاج الديزل الحيوي .
ويستخدم الديزل الحيوي كوقود للمركبات بنسب متفاوتة تتراوح بين المائة بالمائة ديزل حيوي , واحيانا كمخلوط بنسبة عشرون بالمائة ديزل حيوي وثمانون ديزل عادي