تولید بیوگاز از فضولات دامی یک روش پایدار و پویا برای بهره‌وری انرژی و کاهش آلاینده‌ها است. در این فرآیند، مواد آلی موجود در فضولات حیوانات توسط میکروب‌ها تجزیه و تحلیل می‌شوند تا گازهایی مانند متان و دیگر گازها تولید شود.

فضولات حیوانات، به ویژه فضولات گاو، منبع غنی از مواد آلی است که می‌توان از آن برای تولید بیوگاز از فضولات حیوانات استفاده کرد. بیوگاز، مخلوطی از گازهای متان، دی اکسید کربن، هیدروژن، نیتروژن و مقدار کمی از سایر گازها است. این گاز به عنوان سوختی تجدیدپذیر و پاک شناخته می‌شود و می‌تواند برای مصارف مختلفی مانند پخت و پز، گرمایش، تولید برق و روشنایی استفاده شود.

تصور کنید هر روز در سراسر ایران، هزاران تُن فضولات دام، طیور و احشام در دامداری‌ها و مزارع تولید می‌شود؛ موادی که اغلب بدون استفاده رها می‌شوند و فقط بوی نامطبوع و آلودگی به جا می‌گذارند. حالا اگر همین پسماندها بتوانند به منبعی بی‌پایان برای تولید بیوگاز از فضولات دامی و تولید بیوگاز از فضولات احشام تبدیل شوند چه  می شود؟ یعنی از همان کود گاوی، گوسفندی یا حتی فضولات طیور، گاز متان استخراج کنیم و آن را برای گرمایش، تولید برق یا حتی به‌عنوان سوخت خودروها استفاده کنیم!

بیوگاز گازی ارزشمند است که در فرآیند هضم بی‌هوازی و در غیاب اکسیژن، از تجزیه مواد آلی به‌دست می‌آید. این گاز ترکیبی از متان و دی‌اکسیدکربن است و می‌تواند جایگزین بخشی از سوخت‌های فسیلی شود. نکته جالب اینجاست که ایران، با جمعیت بالای دام و طیور، ظرفیت تولید میلیاردها مترمکعب متان در سال را دارد؛ حجمی که می‌تواند برق و گرمایش هزاران روستا و دامداری را تأمین کند و حتی بخشی از نیاز صنایع کشور را پاسخ دهد.

پس تولید گاز از فضولات حیوانی فقط یک راهکار فنی نیست، بلکه یک فرصت اقتصادی و زیست‌محیطی بزرگ است. این فرآیند هم آلودگی و بوی نامطبوع را کاهش می‌دهد، هم کود آلی باارزش تولید می‌کند و هم به چرخه اقتصاد روستایی جان تازه‌ای می‌بخشد. در ادامه، گام‌به‌گام با مراحل تولید، تجهیزات لازم، مزایا، چالش‌ها و نمونه‌های موفق داخلی و جهانی این فناوری آشنا می‌شویم.

بیوگاز چیست و چگونه از فضولات دامی تولید می‌شود؟

بیوگاز از ترکیب مواد زیر است:

• متان (CH₄) ۵۰ تا ۷۰ درصد – بخش قابل اشتعال و اصلی‌ترین منبع انرژی در بیوگاز
• دی‌اکسیدکربن (CO₂) ۳۰ تا ۵۰ درصد – بخش غیرقابل اشتعال
• مقادیر جزئی سولفید هیدروژن، بخار آب و گازهای دیگر

مراحل تولید بیوگاز از کود حیوانی به شرح زیر است:

1. مرحله هیدرولیز، شکسته شدن مواد آلی به مولکول‌های ساده‌تر
2. مرحله اسیدوژنز، تبدیل این مولکول‌ها به اسیدهای چرب کوتاه‌زنجیر
3. مرحله متانوژنز، تولید متان و دی‌اکسیدکربن توسط باکتری‌های متانوژن

هاضم یک مخزن بسته و کنترل‌شده است که دما، رطوبت و شرایط بی‌هوازی ایده‌آل را برای فعالیت میکروارگانیسم‌ها فراهم می‌کند. بسته به طراحی، این مخزن می‌تواند گنبد ثابت، شناور یا پیوسته باشد. مدت‌زمان تولید گاز از چند روز تا چند هفته متغیر است و به ترکیب فضولات، دما و رطوبت بستگی دارد. پس از تولید، بیوگاز حاصل از فضولات حیوانی می‌تواند به‌طور مستقیم برای گرمایش یا پخت‌وپز مصرف شود یا پس از خالص‌سازی، وارد شبکه گاز شهری، سیستم تولید برق یا مخزن ذخیره گردد.

منابع تولید بیوگاز از فضولات دامی

به‌طور کلی، چهار منبع اصلی برای تولید بیوگاز از کود گاوی، گوسفندی، بز و فضولات طیور یا ترکیب آن‌ها با سایر مواد آلی وجود دارد. هر منبع ویژگی‌های خاص خود را دارد و انتخاب نادرست می‌تواند راندمان تولید را کاهش دهد.

در عمل، بسیاری از واحدهای تولید بیوگاز از فضولات حیوانی از ترکیب فضولات دامی با ضایعات کشاورزی یا غذایی استفاده می‌کنند. این ترکیب باعث افزایش درصد متان، بهبود تعادل مواد مغذی برای باکتری‌های هاضم و جلوگیری از مشکلاتی مانند اسیدی شدن یا گرفتگی سیستم می‌شود.

برای مثال، ترکیب ۷۰٪ کود گاوی با ۳۰٪ باقی‌مانده ذرت یا سبزیجات می‌تواند بازده متان را تا ۱۵٪ افزایش دهد. همچنین، فضولات طیور به دلیل نیتروژن بالا، اگر با کود گاوی یا گوسفندی مخلوط شود، هم راندمان بهتری خواهد داشت و هم از مشکلات ناشی از غلظت زیاد نیتروژن جلوگیری می‌شود.

فرآیند تولید بیوگاز از فضولات دامی

جمع‌آوری فضولات دامی

آماده‌سازی مواد

تغذیه هاضم (Digester)

مرحله هیدرولیز

مرحله اسیدوژنز

مرحله استات‌زایی (Acetogenesis)

مرحله متانوژنز

باکتری‌های متانوژن، استات و هیدروژن را به متان (CH₄) و دی‌اکسیدکربن (CO₂) تبدیل می‌کنند. این مرحله، اصلی‌ترین بخش تولید گاز متان از فضولات دامی است.

جمع‌آوری بیوگاز

خالص‌سازی بیوگاز

بیوگاز خالص‌شده می‌تواند برای گرمایش، پخت‌وپز، تولید برق از فضولات حیوانی یا به‌عنوان سوخت وسایل نقلیه استفاده شود. همچنین می‌توان آن را در مخزن ذخیره و در زمان نیاز مصرف کرد.

تجهیزات مورد نیاز تولید بیوگاز از فضولات حیوانات

مدیریت علف‌ها و خاکریزها: مدیریت صحیح فضولات و مواد آلی اضافی مهم است تا از اختلالات در فرآیند تجزیه و تحلیل جلوگیری شود.

استفاده اقتصادی: برای جلب سرمایه‌گذاران و ایجاد یک سیستم اقتصادی پایدار، باید به ارزیابی هزینه و سود تولید بیوگاز توجه کرد.

تولید بیوگاز از فضولات حیوانات یک راه حل مؤثر برای مدیریت پایدار فضولات، تولید انرژی، و کاهش اثرات زیست‌محیطی است.

عوامل موثر در تولید بیوگاز از فضولات دامی

میزان تولید بیوگاز از فضولات دامی به عوامل مختلفی بستگی دارد، از جمله:

نوع حیوان: نوع حیوانی که فضولات آن استفاده می‌شود، بر میزان تولید بیوگاز تأثیر می‌گذارد. به طور کلی، فضولات گاو بیشترین میزان بیوگاز را تولید می‌کند.

میزان مواد آلی: میزان مواد آلی موجود در فضولات نیز بر میزان تولید بیوگاز تأثیر می‌گذارد. هرچه میزان مواد آلی بیشتر باشد، میزان تولید بیوگاز نیز بیشتر خواهد بود.

دما: دمای مخزن تخمیر نیز بر میزان تولید بیوگاز تأثیر می‌گذارد. دمای مطلوب برای تخمیر مواد آلی حدود ۳۵ تا ۴۰ درجه سانتیگراد است.

کاربردهای بیوگاز تولید شده از فضولات دامی

پخت و پز: بیوگاز می‌تواند به عنوان سوخت برای پخت و پز استفاده شود.

گرمایش: بیوگاز می‌تواند برای گرمایش ساختمان‌ها و فضاهای مختلف استفاده شود.

تولید برق: بیوگاز می‌تواند برای تولید برق استفاده شود.

روشنایی: بیوگاز می‌تواند برای روشنایی ساختمان‌ها و فضاهای مختلف استفاده شود.

مزایای تولید بیوگاز از فضولات دامی

تولید بیوگاز از فضولات دامی نه‌تنها یک راهکار تولید انرژی تجدیدپذیر است، بلکه مجموعه‌ای از مزایای زیست‌محیطی، اقتصادی و اجتماعی را هم به همراه دارد. این فناوری با استفاده از کود گاوی، گوسفندی، فضولات طیور یا ترکیب آن‌ها، انرژی پاک تولید کرده و مشکلات پسماند را کاهش می‌دهد.

راه‌اندازی یک واحد کوچک یا بزرگ برای تولید بیوگاز از کود حیوانی می‌تواند:

• وابستگی به سوخت‌های فسیلی را کم کند.
• کیفیت خاک و محصولات کشاورزی را افزایش دهد.
• شرایط بهداشتی روستاها و دامداری‌ها را بهبود بخشد.

در عمل، این مزایا باعث می‌شوند پروژه‌های بیوگاز، حتی در مقیاس کوچک روستایی، از نظر اقتصادی و اجتماعی توجیه‌پذیر باشند و سرمایه‌گذاری در آن‌ها بازده بالایی داشته باشد.

چالش‌ها و محدودیت‌ها در تولید بیوگاز از فضولات دامی

با وجود مزایای فراوان، اجرای پروژه‌های تولید بیوگاز از فضولات دامی همیشه بدون مانع نیست. آگاهی از این چالش‌ها و پیش‌بینی راهکارها، می‌تواند راندمان و پایداری واحد بیوگاز را به‌طور چشمگیری افزایش دهد.

• هزینه اولیه بالا: ساخت هاضم و تجهیزات مخصوص تولید بیوگاز از کود گاوی یا گوسفندی سرمایه‌بر است. استفاده از سرمایه‌گذاری مشترک بین دامداران یا دریافت تسهیلات و یارانه‌های دولتی می‌تواند این هزینه را کاهش دهد.
• کمبود دانش فنی: عدم آشنایی با فرآیند هضم بی‌هوازی، کیفیت بیوگاز را پایین می‌آورد. برگزاری دوره‌های آموزشی و بهره‌گیری از مشاوران در مراحل طراحی و راه‌اندازی ضروری است.
• افت راندمان در فصول سرد: دمای پایین فعالیت باکتری‌ها را کاهش می‌دهد. عایق‌کاری مناسب مخزن و استفاده از گرم‌کن‌های خورشیدی یا سیستم‌های گرمایش کم‌مصرف، این مشکل را حل می‌کند.
• ترکیب نامناسب مواد اولیه: استفاده از یک نوع فضولات، مثل کود گاوی به تنهایی، ممکن است تعادل کربن به نیتروژن را به هم بزند. افزودن پسماندهای کشاورزی یا ترکیب فضولات دامی مختلف، تولید متان را بهینه می‌کند.
• وجود سولفید هیدروژن در گاز: بیوگاز خام ممکن است حاوی سولفید هیدروژن باشد که باعث خوردگی تجهیزات و ایجاد بوی نامطبوع می‌شود. نصب فیلترهای حذف گوگرد این مشکل را برطرف می‌کند.
• نبود بازار پایدار فروش: برای اقتصادی شدن پروژه، باید از ابتدا قرارداد فروش گاز یا برق تولیدی بسته شود تا درآمدزایی پایدار تضمین گردد.

پروژه‌های موفق تولید بیوگاز از فضولات دامی در ایران و جهان

پروژه‌های متعدد در سراسر جهان ثابت کرده‌اند که تولید بیوگاز از فضولات دامی، چه در مقیاس کوچک روستایی و چه در واحدهای صنعتی بزرگ، می‌تواند بازده بالایی داشته باشد. ترکیب فضولات گاوی، گوسفندی و سایر پسماندهای آلی نه‌تنها منبع پایدار انرژی ایجاد می‌کند، بلکه به مدیریت بهینه پسماند و کاهش آلودگی‌های زیست‌محیطی نیز کمک می‌کند.

بررسی این نمونه‌ها نشان می‌دهد که کشورهایی با برنامه‌ریزی دقیق، حمایت دولتی و آموزش تخصصی توانسته‌اند صنعت بیوگاز را به بخشی پایدار از سیستم انرژی خود تبدیل کنند. الگوبرداری از این مدل‌ها می‌تواند مسیر راه‌اندازی پروژه‌های تولید بیوگاز از فضولات حیوانات در ایران را هموار کند، به شرطی که با شرایط محلی و ظرفیت تولید پسماند هر منطقه تطبیق داده شود.

راهنمای شروع پروژه تولید بیوگاز از فضولات دامی در مقیاس کوچک

راه‌اندازی یک پروژه تولید بیوگاز از فضولات دامی در یک مزرعه یا روستا می‌تواند به‌سرعت به منبع انرژی پاک، کاهش هزینه‌های دفع پسماند و تولید کود آلی غنی منجر شود. برای موفقیت، باید از همان ابتدا منابع و شرایط محلی به‌درستی ارزیابی و تجهیزات مناسب انتخاب شوند.

مراحل کلیدی شروع پروژه بیوگاز کوچک برای تولید بیوگاز از فضولات دامی:

• ارزیابی منابع موجود: بررسی حجم و نوع فضولات گاوی، گوسفندی یا طیور و سایر مواد آلی قابل استفاده.
• انتخاب محل مناسب: نزدیکی به منبع فضولات، دسترسی آسان به آب و برق، و رعایت فاصله ایمن از مناطق مسکونی
• انتخاب نوع هاضم: مقایسه مدل‌های گنبد ثابت، شناور یا پیوسته بر اساس شرایط آب‌وهوایی و بودجه پروژه
• محاسبه حجم مخزن: طراحی ظرفیت هاضم بر اساس میزان ورودی روزانه و مدت زمان ماند مواد
• آماده‌سازی مواد اولیه: همگن‌سازی فضولات و تنظیم نسبت مناسب کربن به نیتروژن برای راندمان بالاتر تولید گاز
• ساخت و عایق‌کاری: اجرای سازه و استفاده از عایق مناسب برای حفظ دمای بهینه در طول سال
• راه‌اندازی اولیه: کنترل منظم دما، pH و میزان تولید گاز تا فرآیند به ثبات برسد.
• نگهداری روزانه: تغذیه منظم هاضم، جلوگیری از ورود مواد غیرقابل‌هضم و پایش عملکرد
• جمع‌آوری و استفاده از گاز: هدایت بیوگاز به تجهیزات گرمایش، پخت‌وپز یا تولید برق، و ذخیره‌سازی پس از خالص‌سازی
• بهره‌برداری از پساب: استفاده از کود آلی حاصل در مزارع برای بهبود کیفیت خاک و افزایش بهره‌وری محصولات

• پخت‌وپز خانگی و صنعتی: جایگزینی برای گاز شهری یا LPG در آشپزخانه‌های روستایی، دامداری‌ها و حتی رستوران‌ها.

• گرمایش فضا و آب: استفاده در سیستم‌های گرمایشی گلخانه، مرغداری و منازل روستایی برای کاهش هزینه سوخت.
• تولید برق: راه‌اندازی موتور ژنراتورهای گازسوز برای تولید برق محلی یا تزریق به شبکه برق سراسری.
• تولید سرمایش (چیلرهای جذبی): استفاده از انرژی حرارتی بیوگاز برای تولید سرما در صنایع غذایی یا لبنیات.
• تأمین روشنایی: روشن‌کردن چراغ‌ها یا لامپ‌های گازسوز در مکان‌هایی که برق محدود یا قطع مکرر دارند.
• سوخت وسایل نقل: پس از خالص‌سازی و فشرده‌سازی، بیوگاز می‌تواند به‌عنوان سوخت خودروهای گازسوز مورد استفاده قرار گیرد.
• کاربردهای صنعتی: تأمین حرارت در صنایع کوچک مانند خشک‌کردن محصولات کشاورزی یا فرآوری مواد غذایی.

تنوع مصرف در تولید گاز از فضولات دامی باعث می‌شود که سرمایه‌گذاری در این بخش محدود به یک کاربری خاص نباشد و بتوان آن را متناسب با فصل، شرایط بازار و نیاز منطقه بهینه‌سازی کرد.

جمع بندی: از فضولات تا انرژی پاک؛ فرصتی که نباید نادیده گرفت

تولید بیوگاز از فضولات دامی یک راهکار کاربردی و مقرون‌به‌صرفه برای تبدیل پسماندهای دامی به منبع انرژی پاک و پایدار است. این فناوری می‌تواند نیاز روستاها، دامداری‌ها و حتی صنایع کوچک را به گاز و برق تجدیدپذیر تأمین کند و همزمان تأثیرات مثبت فراوانی بر محیط‌زیست، اقتصاد محلی و بهداشت عمومی بگذارد.

با وجود چالش‌هایی مانند هزینه اولیه، نیاز به آموزش فنی و مدیریت بهینه مواد اولیه، تجربه‌های موفق داخلی و خارجی ثابت کرده‌اند که با برنامه‌ریزی دقیق، حمایت دولتی و استفاده از فناوری‌های بهینه، می‌توان از تولید بیوگاز از فضولات گاو و کود حیوانی به‌عنوان یکی از ستون‌های اصلی انرژی تجدیدپذیر کشور بهره برد.

امروز، فرصت آغاز این تحول سبز در دسترس است؛ تحولی که هم سودآوری اقتصادی دارد، هم به کاهش آلودگی و انتشار گازهای گلخانه‌ای کمک می‌کند و هم خدمتی ارزشمند به نسل‌های آینده خواهد بود.

سوالات متداول تولید بیوگاز از فضولات دامی

حداقل چند دام لازم است تا تولید بیوگاز به‌صرفه باشد؟

برای یک واحد کوچک خانگی، فضولات ۳ تا ۵ گاو یا معادل آن از گوسفند و بز کافی است. برای پروژه‌های نیمه‌صنعتی، حداقل فضولات ۲۰ تا ۳۰ گاو بازده اقتصادی خوبی ایجاد می‌کند.

آیا می‌توان از فضولات مرغداری هم استفاده کرد؟

بله، ولی به دلیل نیتروژن بالا، باید با کود گاوی یا گوسفندی مخلوط شود تا تعادل C/N حفظ شود و تولید متان افزایش پیدا کند.

هزینه ساخت یک هاضم بیوگاز کوچک چقدر است؟

بین ۵ تا ۲۰ میلیون تومان، بسته به ظرفیت، نوع مخزن و تجهیزات جانبی.

آیا در فصل زمستان تولید بیوگاز کاهش پیدا می‌کند؟

بله، ولی با عایق‌کاری و استفاده از گرم‌کن خورشیدی یا سیستم گرمایش کم‌مصرف، می‌توان راندمان را ثابت نگه داشت.

چطور می‌توان بوی نامطبوع فضولات را از بین برد؟

بله، پس از خالص‌سازی، بیوگاز را می‌توان به شبکه گاز یا برق تزریق کرد و درآمد پایدار داشت.