غاز الحيوي وقود حيوي أو ميثان حيوي هو الغاز الناتج عن التحلل الحيوي لمادة عضوية عند انعدام الأكسجين. يَنشأ الغاز الحيوي من مادة عضوية وهو نوع من الوقود الحيوي ويُنتج عن طريق الهضم اللاهوائي أو التخمّر لمواد قابلة للتحلل الحيوي مثل الكتل الحيوية، السماد، مياه المجاري، النفايات الصلبة، النفايات
الخضراء، النباتات ومحاصيل الطاقة.[3] يتألف هذا النوع من الغاز الحيوي في المقام الأول من الميثان وثاني أكسيد الكربون. كما تنشأ أنواع أخرى من الغاز باستخدام الكتلة الحيوية كغاز الخشب الذي ينتج عن طريق تغويز الخشب أو غيرها من الكتل الحيوية. ويتكون هذا النوع من الغاز بشكل أساسي من النيتروجين والهيدروجين وأول أكسيد الكربون بالإضافة لكمية بسيطة من الميثان. و يمكن لغازات الميثان والهيدروجين وأول أكسيد الكربون أن تحترق أو
تتأكسد مع الأكسجين. يحوي الهواء على 21% أكسجين، وتسمح هذه الطاقة المتحررة للغاز الحيوي أن يستعمل كوقود؛ حيث من الممكن أن يستخدم الغاز الحيوي كوقود رخيص في أي بلد لأي غرض تسخين كالطبخ. كما يُمكن أن يستعمل أيضاً في منشآت إدارة النفايات الحديثة حيث يتسنى استخدامه لتشغيل أي نوع
من المحركات الحرارية لتوليد الطاقة الميكانيكية أو الإلكترونية. بإمكان الغاز الحيوي أن يُضغط، ما يشبه إلى حد كبير الغاز الطبيعي، ويُستخدم في تزويد المركبات الميكانيكية بالطاقة، وعلى سبيل المثال فقد قدرت المملكة المتحدة على إمكانية استبدال وقود المركبات بنسبة 17 %.ويعتبر الغاز الحيوي وقوداً متجدداً مما يؤهل للحصول على دعم متجدد للطاقة في بعض أنحاء العالم.
لاحظ الفارسيون القدماء أن الخضروات المتعفنة تصدر غازاً سريع الاشتعال. في القرن الثالث عشر لاحظ الرحالة ماركو بولو استخدام الصينيون لصهاريج المجاري المغطاة لتوليد الطاقة، بينما أشار مؤلف القرن السابع عشر دانييل ديفو لتقنيات الغاز الحيوي.[
في عام 1859 بُني مصنع للهضم اللاهوائي لمعالجة مياه المجاري في مستعمرة مومباي المصابة بالجذام. كما اُستخدم الغاز الحيوي في المملكة المتحدة منذ 1895 حيث كان الغاز المستخرج من مياه المجاري يُستعمل في إنارة الشوارع في مدينة إكسير.لاحظ الفارسيون القدماء أن الخضروات المتعفنة تصدر غازاً سريع الاشتعال. في القرن الثالث عشر لاحظ الرحالة ماركو بولو استخدام الصينيون لصهاريج المجاري المغطاة لتوليد الطاقة، بينما أشار مؤلف القرن السابع عشر دانييل ديفو لتقنيات الغاز الحيوي. في عام 1859 بُني مصنع للهضم اللاهوائي لمعالجة مياه المجاري في مستعمرة مومباي المصابة بالجذام. كما اُستخدم الغاز الحيوي في المملكة المتحدة منذ 1895 حيث كان الغاز المستخرج
يُنتج الغاز الحيوي عملياً كغاز ناتج عن ردم النفايات (LFG) أو كغاز هاضم. «مصنع الغاز الحيوي» هو الاسم المُطلق على الهاضم اللاهوائي الذي يُعالج مخلفات المزارع أو محاصيل الطاقة، وبالإمكان إنتاج الغاز الحيوي بالاستفادة من هذه الهواضم اللاهوائية. قد تُزود هذه المعامل بمحاصيل الطاقة كعلف الذرة أو النفايات القابلة للتحلل الحيوي المتضمنة وحل المجاري ومخلفات الأغذية. خلال هذه العملية، يُحوِّل صهريجٌ محكم مخلفات الكتل الحيوية إلى ميثان مُنتجاً طاقةً متجددة من الممكن
استعمالها في التسخين والكهرباء والعديد من العمليات المختلفة التي تَستخدم أي شكل من محركات الاحتراق الداخلي.[7] وتوجد مسرعات رئيسية هما أليف الحرارة المعتدلة وأليف الحرارة والتي تعتمد في عملها على درجة الحرارة ضمن الهاضم.وقد قامت جامعة ألاسكا فيربانكس بعمل تجربة عملية، حيث أنتج هاضم سعته 1000 لتر باستخدام بكتيريا محبة للبرودة جُمعت من طين بحيرة متجمدة في ألاسكا ما بين 200-300 لتر ميثان يومياً، أي ما يقارب 20-30% من إنتاج الهواضم في
المناطق الأدفأ.[ مردم النفايات تُغطى النفايات وتُضغط آليا بواسطة ثقل المادة المتراكمة فوقها بحيث تمنع هذه المادة من انكشاف الأكسجين وبالتالي السماح للميكروبات اللاهوائية بالنمو. يزداد هذا الغاز ويتحرر رويداً رويداً للغلاف الجوي إذا لم يكن موقع مردم النفايات مصمماً لاحتواء الغاز. يُعد الغاز الناتج عن ردم النفايات خطيرا لثلاث أسباب رئيسية، فهو يصبح انفجاري عند تسربه من المردم
وامتزاجه بالأكسجين. تبلغ نسبة الحد الأدنى للتفجر 5% ميثان بينما يبلغ الحد الأعلى 15% ميثان.
] يعد الميثان الموجود في الغاز الحيوي أقوى بعشرين مرة كغاز الاحتباس الحراري من ثاني أكسيد الكربون. لذلك فغاز المرادم الغير مُحتوى والذي يتسرب للغلاف الجوي قد يسهم بشكل كبير في آثار الاحتباس الحراري. وبالإضافة لتأثيره على الاحتباس الحراري، تساهم المركبات العضوية المتطايرة الموجودة في ذلك الغاز (VOCs) في تكوين الضباب الدخاني الضوئي.
تركيبه
تركيب الغاز المركب رمزه نسبته الميثان CH4 50–75 ثنائي أكسيد الكربون CO2 25–50 النيتروجين N2 0–10 الهيدروجين H2 0–1 كبريتيد الهيدروجين H2S 0–3 الأكسجين O2 0–0 يتنوع تركيب الغاز الحيوي استنادا إلى أصل عملية الهضم اللاهوائي. يحتوي غاز المرادم إجمالاً على تركيز ميثان بحوالي 50% ويمكن لتقنيات معالجة النفايات المتقدمة أن تنتج غازاً حيوياً بنسبة 55-75% ميثان أو أعلى باستخدام تقنيات تنقية في الموقع.[ اللاهوائي للمواد التي توجد عادة في الصابون والمنظفات. أثناء احتراق الغاز الحيوي المحتوي على السيلوكسانات، ينطلق السيليكون الذي قد يتحد مع الأكسجين الحر أو عناصر أخرى مختلفة في
الغاز المحترق. تتشكل الرواسب المحتوية غالباً على السيليكا (SiO2) أو السيليكات (SixOy)، كما قد تحتوي أيضاً على الكالسيوم والكبريت والزنك والفسفور. تتراكم هذه الترسبات المعدنية البيضاء مكونةً سطحاً يبلغ سُمكه عدة مليمترات يجب إزالته بوسائل كيميائية أو ميكانيكية. ويتوافر حالياً تقنيات عملية ومُجدِية الكلفة لإزالة السيلوكسانات وغيرها من ملوثات الغاز الحيوي.
استعمالاته
يمكن استخدام الغاز الحيوي لإنتاج الكهرباء من هواضم مياه الصرف الصحي من محركات الغاز ذات التوليد الكهروحراري وتُستخدم الحرارة المهدرة من المحركات بشكل مناسب لتسخين الهاضم أو الطبخ أو التدفئة أو تسخين الماء أو التسخين لأغراض صناعية. يمكن عند ضغط الغاز الحيوي استخدامه كبديل للغاز الطبيعي المضغوط في المركبات، حيث يُزوّد محرك الاحتراق الداخلي أو خلايا الوقود، وهذا الاستعمال أفضل من مصانع الطاقة الكهرحرارية من ناحية نشر غاز ثاني أوكسيد الكربون.