يتم إنتاج الغاز الحيوي عادة في الطبيعة عن طريق التحلل اللاهوائي للنفايات العضوية في التربة والمستنقعات والمحيطات وما إلى ذلك، يتم إنتاج الغاز الحيوي أيضًا في مدافن النفايات، حيث تتحلل النفايات الغذائية العضوية في الظروف اللاهوائية، يمكن إنتاج الغاز الحيوي في أجهزة الهضم اللاهوائي والمعدات (الدبابات) التي توفر التحكم الكامل في العملية وضمان الاسترداد الكامل للغاز الحيوي.
الغاز الحيوي هو تقنية تحاكي قدرة الطبيعة على رد الجميل، حيث أصبحت كل من وحدات الغاز الحيوي ذات الحجم الصناعي والحجم العائلي تحظى بشعبية لا تصدق وذات صلة في عالم اليوم مع نمو التطبيق والكفاءة، يمكن للغاز الحيوي أن يكون له تأثير كبير على الحد من غازات الاحتباس الحراري كمصدر نظيف للطاقة ووسيلة متجددة لمعالجة النفايات العضوية، فإن الغاز الحيوي قابل للتطبيق في الدول النامية والصناعية.
حيث يحتوي الميثان الذي ينتج من خلال عمليه التخمير على عامل تسخين غازات الدفيئة (GHG) أعلى بـ 21 مرة من ثاني أكسيد الكربون، يؤدي احتراق الغاز الحيوي إلى حرق الميثان إلى CO2 ويقلل من تأثير غازات الدفيئة بأكثر من 20 مرة من خلال استخراج غاز الميثان من النفايات واستخدامه لإنتاج الحرارة أو الكهرباء، نضمن ألا تتحلل النفايات في بيئة مفتوحة وبالتالي فإننا نخفض انبعاثات غاز الميثان المباشرة، علاوة على ذلك من المرجح أن تحل الطاقة التي توفرها الغاز الحيوي محل الوقود الأحفوري الذي هو المساهم الرئيسي في انبعاثات غازات الدفيئة، تعتبر طاقة الغاز الحيوي محايدة للكربون لأن الكربون المنبعث من احتراقها يأتي من الكربون المثبت بواسطة النباتات (دورة الكربون الطبيعية).
تم استخدام عملية الهضم اللاهوائي على نطاق واسع لمعالجة النفايات العضوية المختلفة لأنه يمكن استخدام العملية لإنتاج منتجات ذات قيمة مضافة مثل الغاز الغني بالطاقة والأسمدة الحيوية، يتم تنفيذ هذه العملية من قبل مجتمع ميكروبي معقد يحلل العديد من المركبات العضوية إلى منتجات نهائية مثل الميثان وثاني أكسيد الكربون والتي تسمى مجتمعة الغاز الحيوي.
تتوسع مصانع إنتاج الغاز الحيوي لمعالجة الكتلة الحيوية للنفايات الرطبة من محطات معالجة مياه الصرف الصحي واستعادة غاز مدافن النفايات في عدد من البلدان، كما أن ترقية الغاز الحيوي إلى مادة بيولوجية عالية الجودة آخذه في الازدياد لاستخدامها كوقود للمركبات أو للحقن في شبكة الغاز الطبيعي.
في البلدان النامية يتم إنتاج الغاز الحيوي بشكل رئيسي في أجهزة هضم صغيرة الحجم على المستوى المحلي لتوفير وقود للطهي أو حتى الإضاءة مقارنة بالدول المتقدمة، حيث تركزت تطويرات الغاز الحيوي على نطاق أوسع ومزارع تجارية ومحطات الكهرباء والغاز الحراري، تم تنفيذ برامج مختلفة لدعم الغاز الحيوي لتطوير أنظمة الغاز الحيوي المنزلية لتزويد الناس بالغاز الحيوي للطهي كمصدر طاقة بديل وذلك للحد من استهلاك الحطب وتجنب إزالة الغابات وتقليل تلوث الهواء الداخلي وتحسين خصوبة التربة، لدى العديد من الدول في آسيا (الصين وتايلاند والهند ونيبال وفيتنام وبنغلاديش وسريلانكا وباكستان) برامج كبيرة لإنتاج الغاز الحيوي المحلي.
كان لدى الصين ما يقدر بـ 100،000 مصنع للغاز الحيوي الحديث و43 مليون جهاز هضم على نطاق سكني في عام 2014 مما أدى إلى توليد حوالي 15 مليار متر مكعب من الغاز الحيوي أي ما يعادل 9 مليار متر مكعب من الميثان الحيوي، تتطلب خطة التنمية المتوسطة وطويلة الأجل للطاقة المتجددة الوصول بحلول عام 2020 إلى حوالي 80 مليون مصنع للغاز الحيوي المنزلي و8000 مشروع غاز حيوي واسع النطاق بسعة مركبة تبلغ 3000 ميجاوات وإنتاج سنوي للغاز الحيوي بقيمة 50 مليار متر مكعب وقُدرت إمكانات الغاز الحيوي بنحو 200 إلى 250 مليار متر مكعب سنويًا، في السنوات الأخيرة تم بناء مصانع الغاز الحيوي الحديثة مع القدرة الكهربائية المركبة لمحطات الغاز الحيوي التي وصلت إلى 330 ميجاوات في عام 2015 و 350 ميجاوات في عام 2016.
في الهند يشجع البرنامج الوطني لإدارة الغاز الحيوي والسماد على إنشاء مصانع للغاز الحيوي بحجم عائلي لإنتاج وقود للطهي والسماد العضوي، في عام 2014 كان هناك حوالي 4.75 مليون مصنع للغاز الحيوي بحجم المزرعة مقارنة بإمكانية بناء حوالي 12 مليون مصنع للغاز الحيوي والتي يمكن أن تولد أكثر من 10 مليار متر مكعب من الغاز الحيوي في السنة (حوالي 30 مليون متر مكعب في اليوم)، تخطط الهند لتركيب 110.000 محطة للغاز الحيوي من 2014 إلى 2019، حتى الآن وصلت الطاقة الكهربائية المركبة لمحطات الغاز الحيوي إلى 179 ميجاوات في 2015 و 187 ميجاوات في 2016، تمتلك نيبال أحد أنجح برامج الغاز الحيوي في العالم مع أكثر من 330.000 مصنع للغاز الحيوي المنزلي مثبتة في إطار برنامج دعم الغاز الحيوي وتوفر الوقود لأغراض الطهي.
في فيتنام بدأ برنامج الغاز الحيوي لقطاع تربية الحيوانات في عام 2003 بهدف تطوير مصانع الغاز الحيوي التجارية مما أدى إلى 183000 مصنع للغاز الحيوي في نهاية عام 2014، تم افتتاح برنامج وطني للغاز الحيوي المحلي والسماد في عام 2006 للمناطق الريفية وخارج الشبكة في بنغلاديش مما أدى إلى تركيب حوالي 36000 جهاز هضم للغاز الحيوي المحلي بحلول نهاية عام 2014 بشكل أساسي لتوليد غاز الطهي.
تشير التقديرات إلى أن حوالي 500-600 وحدة تعمل بالغاز الحيوي التجاري تعمل حاليًا في الدولة في مزارع الحيوانات متوسطة إلى كبيرة الحجم وتولد الكهرباء، هناك خطة لبناء 100.000 مصنع غاز حيوي صغير بحلول عام 2020 وتثبيت ما لا يقل عن 130 جهاز هضم للغاز الحيوي بحلول عام 2017 بمتوسط قدرة 50 كيلو وات، تم تركيب حوالي 6000 مصنع للغاز الحيوي المحلي في سريلانكا و 4000 مصنع للغاز الحيوي في باكستان.
تتوفر كميات كبيرة من النفايات في أفريقيا ولكن إنتاج الغاز الحيوي لا يزال أقل تطوراً منه في مناطق أخرى، يتم تركيب خلاصات الغاز الحيوي في عدة بلدان (بوروندي، بوتسوانا، بوركينا فاسو، كوت ديفوار، إثيوبيا، غانا، غينيا، ليسوتو، كينيا، ناميبيا، نيجيريا، رواندا، السنغال، جنوب أفريقيا، أوغندا، زيمبابوي).
يتم تنفيذ البرامج الوطنية حاليًا في رواندا وتنزانيا وكينيا وأوغندا وإثيوبيا والكاميرون وبنين وبوركينا فاسو في أفريقيا برنامج شراكة الغاز الحيوي، بدعم من وزارة خارجية هولندا ومنظمة التنمية الهولندية يهدف إلى تطوير برامج الغاز الحيوي الوطنية في خمسة بلدان أفريقية (إثيوبيا وكينيا وتنزانيا وأوغندا وبوركينا فاسو) لبناء 100000 الهضم المحلي لتوفير الوصول إلى الطاقة لنصف مليون شخص بحلول عام 2017.
وقد أدى البرنامج إلى تركيب ما يقرب من 16000 خطة للغاز الحيوي في هذه البلدان الخمسة في( كينيا، إثيوبيا، تنزانيا، أوغندا، بوركينا فاسو)، تهدف مبادرة “الغاز الحيوي من أجل حياة أفضل” الأفريقية إلى توفير مليوني جهاز هضم للغاز الحيوي بحلول عام 2020 لاستبدال وقود الطهي التقليدي (الوقود الخشبي والفحم) وتوفير طاقة نظيفة للطبخ لـ 10 ملايين أفريقي وقدرت الإمكانات التقنية للغاز الحيوي في أفريقيا للسماح ببناء 18.5 مليون مصنع للغاز الحيوي الحيوي.
في أمريكا اللاتينية تم إنشاء العديد من مصانع الغاز الحيوي الزراعية والمحلية للأسر الريفية، كما تم استخراج الغاز الحيوي من العديد من مدافن النفايات، تعمل شبكة المحلل الحيوي في أمريكا اللاتينية ومنطقة البحر الكاريبي (RedBioLAC) على تطوير هضم بيولوجي صغير في بوليفيا وكوستاريكا وإكوادور والمكسيك ونيكاراغوا وبيرو بوليفيا هي الرائدة مع تركيب أكثر من 1000 مصنع للغاز الحيوي المحلي، تم بناء مصانع الغاز الحيوي على نطاق واسع لاستخدام النفايات السائلة من مصانع زيت النخيل والمزارع الكبيرة في كولومبيا وهندوراس والأرجنتين.
تمتلك البرازيل 127 مصنعًا للغاز الحيوي تستخدم المخلفات الزراعية والصناعية والنفايات الحيوية وحمأة الصرف الصحي وغاز مدافن النفايات والتي أنتجت حوالي 1.6 مليون نيوتن متر مكعب في اليوم (584 مليار متر مكعب من الغاز الحيوي في السنة) تمثل 3835 جيجاوات في الساعة من الطاقة في عام 2015، زادت الطاقة الكهربائية المركبة للغاز الحيوي بشكل كبير في السنوات الأخيرة حيث وصلت إلى 196 ميجاوات في عام 2015 و 450 ميجاوات في عام 2016.
في الولايات المتحدة كان هناك أكثر من 2100 مصنع للغاز الحيوي في عام 2017 منها 250 مصنع هضم قائم على المزرعة باستخدام سماد الماشية و654 مصنعًا لاستعادة الغاز الحيوي من مدافن النفايات، من عدد 15000 محطة لمعالجة مياه الصرف الصحي كان هناك حوالي 1240 محطة معالجة تعمل بالهضم اللاهوائي الذي ينتج الغاز الحيوي، يتم تركيب جميع محطات الغاز الحيوي في مياه الصرف الصحي تقريبًا في مرافق واسعة النطاق، حيث تعالج من مليون إلى عدة مئات من الغالونات يوميًا من مياه الصرف الصحي.
تمتلك محطات الغاز الحيوي طاقة كهربائية مثبتة تبلغ 2400 ميجاوات في عام 2015 و2438 ميجاوات في عام 2016 وتولد 1030 جيجاواط في الساعة من الكهرباء، تم تقييم إمكانات الطاقة من الغاز الحيوي في الولايات المتحدة عند 18.5 مليار متر مكعب من الغاز الحيوي لكل عام منها 7.3 مليار متر مكعب من السماد الطبيعي و8.0 مليار متر مكعب من مواقع دفن النفايات و3.2 مليار متر مكعب من محطات معالجة مياه الصرف الصحي والتي يمكن أن تولد حوالي 41.2 تيرا واط ساعة من الكهرباء وقد قدر أنه يمكن بناء حوالي 13000 مصنع للغاز الحيوي و8241 مصنعًا للهضم اللاهوائي في المزارع و 1086 نباتًا في مواقع دفن النفايات 3681 مصنعًا في محطات معالجة مياه الصرف
العربية
