بیوگاز مخلوطی از سه ترکیب عمده به نام های متان، دی اکسیدکربن و سولفید هیدروژن است که حاصل تجزیه بی هوازی و تخمیر زیست توده بوسیله ی باکتری های متانوژن است. بیوگاز درحقیقت، از لجن ته باتلاق های گازی متصاعد می شود كه قابل سوختن است. این گاز در اثر تخمیر غیرهوازی مواد آلی موجود در لجن به وجود می آید و هر كجا شرایط تخمیر غیرهوازی مواد آلی فراهم شود، چنین گازی تولید خواهد شد. به همین منظور دستگاه های مختلف تولید بیوگاز ساخته شد. تكنولوژی تولید بیوگاز به عنوان وسیله ای موثر و قابل اعتماد برای تولید گاز از فعالیت های ارگانیكی نسبتا ساده به حساب می آید؛ كاربرد متداول و معمول این گاز عبارت است از هضم تفاله حیوانات، ضایعات كشاورزی و فاضلاب برای استفاده های خانگی.

   جزء قابل اشتعال بیوگاز، متان است که سهم بیشتر این گاز یعنی 6۰ تا۷۰ درصد آن را شامل می شود. متان، گازی است بی رنگ و بی بو که اگر یک فوت مکعب آن بسوزد، ۲۵۲ کیلوکالری ( 1052.3 کیلوژول) انرژی حرارتی تولید می کند که در قیاس با سایر مواد سوختی، رقم قابل توجهی است. دو ترکیب دیگر به ویژه سولفید هیدروژن که سهم آن ناچیز است، جزء ترکیب های سمی هستند. از مزیت های مهم متان به دیگر سوخت ها این است که، هنگام سوختن، گاز سمی و خطرناک منواکسید کربن تولید نمی کند؛ بنابراین از آن می توان به عنوان سوخت ایمن و سالم در محیط خانه استفاده کرد. همان طور که گفته شد، 60 تا۷۰ درصد بیوگاز را گاز متان تشکیل می دهد، این درصد بالای متان، بیوگاز را به عنوان منبع عالی و ممتاز انرژی های تجدیدپذیر برای جانشینی گاز طبیعی و دیگر سوخت های فسیلی قرار داده است.

   باکتری های متانوژن که واکنش های تجزیه ای و بی هوازی را به منظور تولید بیوگاز انجام می دهند قادر به شکستن و تجزیه مواد آلی پیچیده و ساده هستند که سرانجام به تولید بیوگاز منجر می شود. این باکتری ها از دو دسته باکتری های مزوفیل و گرما دوست هستند و به ترتیب در دمای 37 تا 45 درجه سانتیگراد و 50 تا 52 درجه سانتیگراد می توانند زندگی کنند. در مورد باکتری گرما دوست این حرارت می تواند تا 70 درجه سانتی گراد افزایش یابد. در این دما، باکتری ها بیشترین فعالیت آنزیمی را برای تجزیه موادآلی و تولید بیوگاز دارند. از شرایط مطلوب دیگر برای تولید بیوگاز، قلیایی بودن (PH=7-8) محیط واکنش است.

   باکتری ها فرایند تجزیه را طی 4 مرحله به شرح زیر انجام می دهند:

مرحله اول: هیدرولیز مواد آلی پیچیده و نامحلول و تبدیل این مواد به تركیبات محلول.

مرحله دوم: تركیبات آلی محلول حاصل از مرحله اول به وسیله باكتری های اسیدساز شكسته شده و در نتیجه اسیدهای آلی تولید می شود.

مرحله سوم: معمولا هیدروكربن های پنج و شش كربنی در آب حل شده و توسط باكتری های اسیدساز مورد مصرف واقع شده و به تركیباتی از قبیل هیدروژن، فورمات، استات، پروپیونات و گاز كربنیك تبدیل می شوند.

مرحله چهارم: تمام تركیبات آلی و اسیدهای تولید شده در مرحله اسیدسازی توسط باكتری های متان ساز به بیوگاز تبدیل می شوند.

منابع بیوگاز

   منابع زیست توده قابل استحصال بیوگاز به پنج گروه عمده تقسیم می شود كه عبارتند از:

• ضایعات و پسماندهای كشاورزی و صنایع وابسته
• پسماندهای جامد شهری
• پساب شهری
• فضولات دامی
• ضایعات و زائدات جامد و مایع فسادپذیر صنعتی (لجن صنعتی)

   همگی منابع زیست توده نام برده شده طى فرآیندهاى مختلف بیوشیمیایى و ترموشیمیایى، قابلیت تولید انرژى به سه شكل برق، گرما و سوخت زیستى را دارند و در بخش هاى مختلف مصارف خانگى، صنعتى و حمل و نقل به كار گرفته مى شوند. برای نمونه با فشرده کردن متان موجود در بیوگاز از آن می توان به طور مستقیم به عنوان گاز شهری و سوخت خانگی برای پخت و پز و گرما استفاده کرد یا به عنوان سوخت CNG در وسایل نقلیه گازسوز مورد استفاده قرار داد. همچنین می توان از آن برق تولید کرد. در صورت استفاده از بیوگاز در صنعت حمل و نقل، میزان آلاینده دی اکسیدکربن که سبب افزایش گازهای گلخانه ای جهان می شود تا حدود ۶۵ تا ۸۵ درصد کاهش می یابد.

   واحد بیوگاز می تواند كودی با مواد آلی، ازت، فسفر و پتاسیم تولید كند و درصد بالایی از پاتوژن ها، انگل ها و تخم علف های هرز را از بین ببرد. علاوه بر این می توان در واحدهای بیوگاز یخ خشک نیز تولید نمود. اگر دی اکسید کربن جامد یا یخ خشک نیاز باشد، آن را از Co2 مایع و تحت فشار تهیه می کنند، بدین ترتیب اگر ناگهان فشار را از گازکربنیک مایع و تحت فشار بردارند، قسمتی از آن به صورت جامد و برف یخ زده درمی آید و بقیه آن مجددا به صورت گاز انبساط پیدا کرده جدا می شود که آن را بار دیگر تحت فشار قرار می دهند. برف مزبور را پس از تحت فشار قرار دادن در قالب هایی به صورت یخ خشک درمی آورند و یخ خشک را برای نگهداری مواد غذایی و خصوصا حمل و نقل آن استفاده می كند؛ به علاوه، از یخ خشک برای باران مصنوعی نیز استفاده می شود، هر 300 کیلوگرم یخ خشک می تواند 3 میلی متر باران در سطح60 کیلومتر مربع تولید كند.یخ خشک در ساخت و تولید مواد منفجره شرایط بی خطر و ایمن را ایجاد می كند؛ این یخ خنک کننده بسیار خوبی است چراكه از حالت جامد مستقیما به گاز تبدیل می شود و بدین گونه سه برابر یخ معمولی سرماساز خواهد بود. علاوه بر این، یخ خشک از نظر اندازه کوچک، تمیز، بهداشتی و غیر سمی است، در حالی که از هر مترمکعب بیوگاز می توان یک کیلوگرم یخ خشک به دست آورد.

مصرف بیوگاز در جهان و ایران

   تهیه گاز از هیدروكربن سنگین یكی از روش های متداول تولید سوخت از مواد بازیافتی است كه بیوگاز نام دارد و دارای انرژی حرارتی بسیار خوبی است. در حال حاضر با تكنولوژی های پیشرفته و حتی در واحدهای سنتی می توان بیوگاز را از فضولات كشاورزی و حیوانی تولید و به عنوان منبع انرژی و سوخت مورد مصرف قرار داد.روش های فراوانی برای تهیه بیوگاز و جمع آوری آن وجود دارد که روش های هندی و چینی مرسوم ترین آنها بوده است.تولید بیوگاز مزایای بسیاری دارد، چون تهیه كود خوب و بهداشتی، تولید گاز متان و صرفه جویی در انرژی سوختی که از این طریق به حفظ درختان و جنگل ها کمک می کند،كنترل آلودگی های زیست محیطی و صرفه جویی در مصرف دیگر انرژی ها.

   تولید بیوگاز از فاضلاب سابقه ای طولانی دارد. بیشترین مخازن استحصال بیوگاز از فاضلاب انسانی و پسماندهای دامی به ترتیب در چین، هند و در کشورهای آفریقایی احداث شده است.

   در ایران متاسفانه به جز یک مورد مولد تولید بیوگاز در تصفیه خانه ی اصفهان و دو نمونه مولد بیوگاز روستایی از فضولات دامی، بهره برداری دیگری از این نوع پسماند نشده است.

   اما در چند دهه ی اخیر در دنیا توجه به پسماندهای شهری و مدیریت آن به شکل چشم گیری افزایش یافته و پیشرفت های زیادی نیز برای تولید بیوگاز از پسماندهای شهری صورت گرفته است. در ایران نیز تلاش هایی در این زمینه صورت گرفته است. واحد نیروگاه بیوگاز مشهد و نیروگاه شیراز که هر دو در سال های اخیر راه اندازی و به بهره برداری رسیده اند نمونه هایی از گسترش و توسعه فناوری های انرژی های نو و روی کرد به این نوع از انرژی های پاک در ایران است.

   به علاوه با در نظر گرفتن مقدار انرژی حاصل از منابع فوق که به طور میانگین در ایران سالانه حدود 35/16146 متر مکعب بیوگاز (9175 میلیون متر مکعب متان) با ارزش حرارتی 17 10x367/3 ژول انرژی است، صرف نظر کردن از آن عاقلانه نیست.

   هر ساله جامعه ی ایرانی حدود 15 میلیون تن زباله ی شهری و 6/4 میلیارد متر مکعب فاضلاب شهری و صنعتی تولید می کنند. فناوری بیوگاز پتانسیل مهمی برای تولید انرژی در کشور است. استفاده از بیوگاز طی سال های گذشته به طور مداوم رشد داشته است، اما بخش عظیمی از این پتانسیل بی استفاده مانده است. بیوگاز محصول زباله هاست و استحصال آن نیاز به فناوری پیچیده ای ندارد.

موانع مصرف بیوگاز در ایران

   تا كنون حدود 60 تا 70 دستگاه بیوگاز در ایران ساخته شده است. شهرهای اصفهان، شیراز، تهران، كرج و مشهد، شهرهایی هستند كه این دستگاه را دارند اما این دستگاه ها نتوانسته اند عملكرد موفقی در ایران داشته باشند. یكی از دلایل عمده این اتفاق، وجود گاز طبیعی در كشور و توسعه منفی آن در برنامه های توسعه بیوگاز است. از آنجاكه منابع فسیلی اتمام پذیر هستند و رشد فزاینده مصرف انرژی و بهره گیری اصولی از منابع انرژی زیستی غیرقابل اجتناب است،از این رو تولید بیوگاز اهمیت فراوانی دارد.