البداية إعلانات علوم وتكنولوجيا نشاطات النقابة مواضيع هندسية لجان النقابة أنظمة وقوانين أخبار اجتماعية

 

إنتاج الغاز الحيوي من المخلفات الصلبة لصناعة زيت الزيتون في سوريا

الدكتور المهندس  رأفت العفيف

عضو هيئة تدريسية في قسم الهندسة الريفية

جامعة دمشق

المقدمة

تعد إدارة مخلفات معاصر الزيتون إحدى المشكلات البيئية الهامة التي تواجه البلدان المطلة على حوض البحر الأبيض المتوسط.  وإن التخلص الامن من هذة المخلفات يعتبر حاجة ماسة في وقتنا الراهن. يعد الغاز الحيوي الناتج عن الهضم اللاهوائي للنباتات  والمخلفات العضوية الحيوانية والصناعية, مصدراً للطاقة المتجددة. إن إنتاج الميثان خلال الهضم اللاهوائي سوف يعود بالفائدة على المجتمع كونه أحد مصادر الطاقة النظيفة التي  تساهم في الحد من مشكلة ارتفاع حرارة الكون والمطر الحامضي

     و في سوريا وضعت وزارة الزراعة ومراكز البحث العلمي مشاريع إنتاج الطاقة المتجددة ضمن أولوياتها. فالنباتات بأنواعها والمخلفات العضوية والمخلفات الحيونات تعد مواد مناسبة لإنتاج الطاقة الحيوية, و إمكانية الحصول على وقود حيوي من مخلفات صناعة زيت الزيتون ممكن في سورية كونها تحتل المركز السادس عالميا في عدد أشجار الزيتون وإنتاج زيت الزيتون . وفقاً لإحصائيات عام 2005, حيث بلغ اجمالي عدد الاشجار المزروعة /85/ مليون شجرة ,ينتج عنها كمية تقدر بـ 170 ألف طن من زيت الزيتون وتبلغ كمية المخلفات الصلبة الناتجة عن عملية العصر559000طن سنوياً, إن هذه المخلفات غنية بالمركبات الهيدرو كربونية وهي تعتبر مادة مثالية لإنتاج الطاقة من الهيدروجين والميثان. تصل الكمية الإجمالية للمخلفات العضوية الرئيسة في سورية الى1251000طن يمكن أن تنتج حوالي 300مليون متر مكعب من الغاز الحيوي سنويا ً [2] والتي ينتج عنها طاقة بمقدار 2328 غيغا واط ساعي, بمقارنة هذه الكمية مع مجمل استهلاك الطاقة في سوريا الذي يصل إلى 32,077 GWh  فإنها يمكن أن تغطي 7.5% من استهلاك الطاقة في الجمهورية العربية السورية  [ 1]. تولى مشروع البحث تحري أمثلة إنتاج  الغاز الحيوي من المخلفات  الصلبة لمعاصر الزيتون في سوريا

2. مواد البحث وطرائقه

1.2. العينات

    جمعت عينات تفل الزيتون( المخافات الصلبة لصناعة زيت الزيتون) من عدة معاصر زيتون آلية في سورية,وأجري عليها عملية تفتيت  0.1-0.3 cm . كما أجريت  عليها تحاليل  قبل وضعها في المخمرات .وقد شملت التحاليل: المادة الجافة(DM) , البروتين  الخام(XP) ,الليف الخام  (XF), السيليلوز(Cel) , الهيمي سيليلوز(Hem) , النشاء(XS) , السكر(XZ) , الليغنين(ADL) , الدهن الخام(XL) , الرماد(XA) و النيتروجين الحر المقتطف(XX) .

قيس ناتج الطاقة الإجمالي (GE) ميغا جول لكل كيلو غرام من المادة الجافة باستخدام جهاز قياس الطاقة الحرارية.calorimeter ويتضمن الجدول رقم 1 تركيب العينات وناتج الطاقة الإجمالي .

جدول 1: نتائج التحاليل التي أجريت على العينات قبل بدء التجارب

النوع

تفل زيتون

بادىء

DM

(% FM

89.1

5.60

VS

 

87.4

3.48

XA

(% DM)

1.9

37.97

XP

6.67

20.87

XL

9.14

1.94

XF

61.7

19.6

XF

20.6

19.65

XX

25.0

n.d.

ADL

31.4

n.d.

Cel

27.0

n.d.

H-Ce

1.4

0.86

Suger

0.2

0,22

Corg

n.d.

27,7

GE

(MJ/kg DM)

24.5

13,4

C/N

 

n.

4,9

XP = بروتين خام؛ XL=دهن خام؛ XF= فيبرخام؛ XA= رماد؛ XX= النيتروجين الحر المستخرج؛   ADL= اللغنين؛ Cel= سيليلوز؛ H-Cel=هيمي سيليلوز؛ XS= النشاء؛ C/N= نسبة C: N؛ DM= المادة الجافة؛ VS= المادة الصلبة القابلة للتبخر؛ GE= الطاقة الإجمالية؛ FM= مادة طازجة؛ n= غير مقاس

 2.2. اختبارات الهضم اللاهوائي _ قياس الإنتاج الأعظمي للميثان

     أجريت اختبارات الهضم اللا هوائي في مخابر قسم الهندسة الزراعية التابعة لجامعة فيينا للمصادر الطبيعية والعلوم التطبيقية في النمسا.وذلك بحسب المواصفات القياسية  [6] VDI 4630 . حللت المعطيات إحصائياً بإستخدام البرنامج الإحصائي [ SPSS, version 11.5  [5 وقُدرت نوعية الغاز الحيوي وكميته النظرية المنطلقة   خلال الهضم اللاهوائي للمركبات الهيدروكربونية والبروتينات والدهون في تفل الزيتون بحسب  Buswel باستخدام المعادلة التالية:  CaHbOc + (a-b/2-c/2)H2O = (a/2+b/8-c/4)CH4 + (a/2-b/8+c/4)CO2

3. النتائج والمناقشة

1.3. إنتاج الغاز الحيوي والميثان من تفل الزيتون

حُسب الإنتاج الأعظمي للغاز الحيوي والميثان من تفل الزيتون. يَبين الجدول رقم 2  ناتج الغاز الحيوي والإنحراف المعياري لثلاث مكررات. بلغت كمية الميثان و الغاز الحيوي الناتج من الهضم اللاهوائي خلال 60 يوماً  139 و289  lN kg-1 VS على التوالي. يمكن أن يفسر امكانية إنتاج الميثان والغاز الحيوي من تفل الزيتون إلى ارتفاع إجمالي الطاقة ومحتوى الدهن الخام والسيليلوز والسكر والرمادو في تفل الزيتون. الميثان الناتج عن الهضم اللاهوائي للعينات العضوية يعتمد بشكل أساسي على محتوياتها من المواد المغذِّية( البروتين الخام والدهن الخام والفيبر والنتروجين الحر المُستخرج) التي يمكن أن تتحول إلىCO2  وCH4 [4]. ألا أن تركيب المخلفات العضوية(الحيوانية والنباتية) وقابليتها للتحلل البكتيري هما العاملان الأساسيان في إنتاج الميثان, يؤثر البروتين الخام والدهن الخام والليف الخام (crude fibre) والسيليلوز والهيميسيليلوز والرماد والسكر يشكل مباشر على تكوين الميثان [3].

جدول2: الغاز الحيوي والميثان الناتج من الهضم اللاهوائي لتفل الزيتون (OP ),والإنحراف المعياري لثلاث مكررات, ومعامل كفاءة طاقة الهضم اللاهوائي

 العينة

ناتج الغاز الحيوي[lN (kg VS)-1]

 

ناتج الميثان  [lN (kg VS)-1]

 

Mean

N

S.D

η

Mean

N

S.D

OP

239

3

17

22.6

139

3

9

 

 

 

 

 

 

 

 

η= معامل كفاءة طاقة الهضم اللاهوائي؛ S.D= الإنحراف المعياري؛ N= عدد المكررات

وأظهرت نتائج تحليل الغاز الحيوي الناتج عن الهضم اللاهوائي لتفل الزيتون احتوئه على نسبة 52% من الميثان ؛ 76 ppm  H2S ؛ 201 ppm  H2 ؛ و 13 ppm  NH3  أما النسبة المتبقية فكانت غاز CO2.

   كما  دلت النتائج على أن 50-82% من الميثان الناتج خلال كامل فترة التخمر(60 يوم) حصلنا عليها خلال ال28 يوم الأولى.وبالتالي فإن زمن التخمر المقترح  للمخمر والذي يتم خلاله أعلى معدل من التحلل البكتيري لتفل الزيتون ومخلفات الماشية وخلائطهما هو من 20 إلى 30 يوماً .يمكن أن نفسر زمن الحضانة الهيدروليكي العالي لتفل الزيتون بسبب وجود مواد صلبة غير قابلة للتحلل البكتيري في تركيبه

2.3. الحموض الدهنية القابل للتبخر. Volatile fatty acids (VFA)   

    أوضح تحليل محتوى الحموض الدهنية في بداية ونهاية عملية الهضم اللاهوائي لكل من تفل الزيتون ( الجدول3),أن محتوى حمض الأسيتيك أقل من  1000   mg/l , ومحتوى حمض البروبيونيك اقل من    mg/l 200  ونسبة HAC/PRO تراوحت بين 5-10 وهذة النتائج تتوافق مع ما توصل إليه

Wellinger [7]   بأن عملية الهضم اللاهوائي تسير بشكل مثالي فيما إذا كان محتوى حمض الأسيتيك أقل من1000   mg/l , ومحتوىحمض البروبيونيك اقل من 200 mg/l . وعلى العكس  إذا تجاوز المحتوى الكلي للحمض الدهني 3000  mg/l أو كان محتوى البروبيونيك أعلى من 300  mg/l فإن هذا يدل على وجودعرقلة في عمليةالتخمر اللاهوائي . لذلك فإن تجاربنا ربما تسيربشكل مستقر وبدون عرقلة.

جدول 3: تركيز مركبات الحامض الدهني القابل للتبخر(VFA  )ودرجة الحموضة( pH ) في تفل

 الزيتون.

أ-بعد ثلاثة أيام من بداية الهضم 

الخلائط

HAC

PRO

i-BUT

n-BUT

i-VAL

n-VAL

CAP

HAC/PRO

pH

بعد ثلاثة أيام من بداية الهضم 

444.2

94.3

2.1

6.2

3.3

6.5

12.4

4.72

7.45

بعد انتهاء التجارب

197.9

40.8

3.9

16.0

5.0

9.2

21.7

4.86

7.51

HAC= acetic acid; PRO= propionic acid; i-BUT= Iso butyric acid; n-BUT= butyric acid;

i-VAL= Iso-valeric acid; n-VAL= Valeric acid; CAP= Caproic acid.

3. 3. فعالية التحلل في تحول الطاقة

قُورن الناتج النوعي للميثان الذي حصلنا عليه مخبريا ًمن الهضم اللاهوائي لعينات  OPمع قيم الميثان الناتجة عن الحسابات النظرية بحسب[4] Buswell,. تظهر النتائج اختلافاً كبيراًً بين النتائح الحسابية والتجريبية بنسبة 216%(جدول 4) ,وللتحقق من هذا الإختلاف قيست الطاقة الإجمالية الناتجة من OP  ثم قورنت مع الطاقة الناتجة من الميثان الذي حصلنا عليه تجريبياً. هذه المقارنة أكدت وجود اختلاف بين الطاقة التي حصلنا عليها من الميثان في الغاز الحيوي والقيمة الإجمالية للطاقة,حيث كان معامل تحول الطاقة 22.6 % (جدول2). هذة النتائج تظهر إمكانية الحصول على المزيد من الميثان من الهضم اللاهوائي لعينات OP  وبالتالي فإن إجراء تجارب إضافية أمر ضروري لزيادة إنتاج الميثان من OPضمن هذا السياق يمكن التركيزفي الأبحاث اللاحقة على : تحسين عمليات المعالجة الأولية للعينات .وأمثلة خلائط الأنزيمات المضافة , ومعدل تغذية المواد العضوية للمخمر أثناء فترة الهضم اللاهوائي,الأمر الذي سوف ينعكس إيجاباً على إنتاج الميثان.

جدول 4: ناتج الميثان من  OPومقارنته القيم التجريبية مع الحسابات النظرية

 

كمية الميثان الناتج          (lN kg-1 VS)

الإختلاف مابين القيم الحسابية والتجريبية

 

المقاسة تجريبياً

المقدرة حسابياً

lN

%

تفل الزيتون

138,80

439,47

300,67

216,6

 

 

 

 

 

4. الإستنتاجات

  1. تفل الزيتون مناسب جداً لإنتاج غاز الميثان , بمعدل إنتاج 139 lN kg-1 VS /60 days.

  2. الغاز الحيوي الناتج عن الهضم اللاهوائي لتفل الزيتون يحتوي على نسبة 52% من الميثان ؛ 76 ppm  H2S ؛ 201 ppm  H2 ؛ و 13 ppm  NH3  أما النسبة المتبقية فكانت غاز CO2.

  3.  زمن التخمر المقترح  للمخمر والذي يتم خلاله أعلى معدل من التحلل البكتيري لتفل الزيتون هو من 20 إلى 30 يوم.

  4. أثبتت مقارنة النتائج التجريبية مع الحسابات النظرية إمكانية الحصول على المزيد من غاز الميثان من الهضم اللاهوائي لعينات OP  ومن الضروري إجراء تجارب إضافية لتحسين إنتاج الميثان من OP .

  5. إن تفل الزيتون  منتج ثانوي يمكن استخدامه لتوليد الطاقة في سورية, والقيمة الإقتصادية لبقايا عملية الهضم اللاهوائي تكمن في استخدامه كسماد عضوي, كما أن الفائدة التي نحصل عليها هي في التخلص من بعض المشاكل البيئة والتي يجب أخذها بعين الاعتبار.

المراجع  REFERENCES

1.  ADDIN REFMGR.REFLIST  Al Afif, R., Amon T., 2008.Biogas production from olive pulp and cattle manure – Effect of co-fermentation and enzymes on methane productivity, Damascus University journal for the Agricultural sciences (in press).  

2.    Al-Mohamad, A., 2001. Renewable energy resources in Syria, Renewable Energy, 24, 365-371.

3.  Amon, T., Kryvoruchko, V., Amon, B., Buga, S., Amin, A., Zollitsch, W., Mayer, K., and Pötsch, E., 2004. Biogaserträge aus landwirtschaftlichen Gärgütern,  21-26. BAL Gumpenstein, BMLFUW (Ed.). ISBN 3-901980-72-5.

4.    Buswell, A. M., 1936. Anaerobic fermentations, 32193. Div. State Water Survey, Univ. of Illinois (Ed.).

5.    SPSS Inc., 2005. SPSS software, Release 11.5, SPSS Inc. Chicago (Ed.). Chicago, Illinois.

6.    Tekin, A. R. and Dalgic, A. C., 2000. Biogas production from olive pomace, Resources, Conservation and Recycling, 30, 301-313. Elsevier Science (Ed.).

7.    Wellinger, A., 1997. Biogasprozess: Mögliche Probleme von A bis Z,  1-8.