Toshkent farmatsevtika instituti biotexnologiya kafedrasi

Мавзу Noan’anaviy usulda energiya olish. Bioenergetik resurslar.
Biogaz olish tehnologiyasi.
Режа

1. 
   Ноанъанавий усулда энергия олиш
   
2. 
   Биоэнергетик ресурслар
   
3. 
   Биогаз олиш технологияси
   

TAYANCH SO’ZLAR: Биогаз, энергетика, Биоэнергетик ресурслар, анаэростат, озуқа мухити, Бижғиш жараёни,
Таъкидлаш лозимки дунёда мавжуд бўлган 95 миллион бош йирик қорамолнинг 38% и, шакарқамишнинг 72% и ва банан, кофе ва цитрус мевалар чиқиндиларининг 95% и Африка, Лотин Америкаси, Осиё ва Яқин Шарқ мамлакатларига тўғри келади. Ҳайратланарли жойи йўқки, бу минтақаларда метан “бижғиш” учун хом-ашёнинг йирик миқдорлари жамланган.Масалан, Хиндистоннинг энергетика сиёсатида асосиё тамойиллардан бири бўлиб, қишлоқ жойларида биогазнинг ишлаб чиқарилиши хисобланади. 1979 йилнинг охирида бу ерда 100 тадан кам қурилмалари мавжуд эди. Хитойда эса бу вақтнинг ўзида 10 млн. гача мазкур қурилмалар ишлатилар эди. Бу мамлакатларда қурилмаларнинг ишлаши учун хом-ашё сифатида қорамол боқиш фермалари ва паррандачилик фабрикаларининг чиқиндиларидан фойдаланилади. Марказий Америкада кофе ишлаб чиқариш чиқиндилардан фойдаланган ҳолда ишлайдиган қурилмалар ишга туширилди. Кофе чиқиндиларидан бир кеча-кундузда 90 м3 биогаз олинади ва йилига 900 тонна органик ўғит чиқарадиган фабрика қурилади. Биогаз 35 от кучи қувватга эга двигателни иш билан таъминлаб, бу двигатель кофени 3т/соат тезликда тозалайдиган, 1500 Ватт электроэнергия ишлаб чиқарадиган ва компрессорни иш билан таъминлайдиган қурилманинг бир қисмидир. Изроилда 1974 йилдан бошлаб биогаз ишлаб чиқариш билан “Ассоциация киббуци индастриз” (KIA) шуғулланади. Энергетика вазирлиги рахбарлигида бир неча университетлар ва саноат тадқиқот институтлари билан фаол ҳамкорликда метаногенез жараёнининг фундаментал тадқиқотлари ўтказилади. Анаэроб бижғиш 55 ⁰С ҳароратда олиб бориладиган бўлади. Тадқиқотлар дайджестер цистернаси хажмининг хар бир куб метрига бир кеча-кундузда 4-6,5 м3 биогаз чиқишини оширишга эришдилар (бу эса оддий чиқишни ўн маротабага оширади).
Россияда ҳозирги вақтда биогаз олиш қурилмаларини ишлаб чиқариш ва жорий этиш билан “Агроферммашпроект” ИТМ шуғулланиб, у чорвачиик ва дехқончилик органик чиқиндиларини экологик тоза ўғит ва энергияга қайта ишлашнинг Россияда патентланган замонавий тежамкор технологияларини ва қурилмаларини таклиф этади.
Маълумки биогаз 62% метан ва 38% карбонат ангидриддан иборат; охиргиси иссиқ хоналарда культивация қилинадиган ўсимликлар фотосинтезини тезлаштириш учун қўлланилиши таклиф этилмоқда. Фақат 12% қаттиқ модда сақланган қайта ишлаш чиқиндилари балиқларга ем этиб берилади. Бу балиқларни етиштиришда одатда қўлланиладиган бошоқли ўсимликлардан тайёрланган гранулаланган емларни деярли ярмини тежаш имконини беради. Тажрибалар кўрсатишича йирик қорамол ва қўйларнинг оқсил, минерал туз ва витаминларга бой чиқиндиларидан қорамол учун омухта-ем сифатида фойдаланиб, унда қабул қилинадиган емнинг 25% гача қуруқ моддасини ўрнини алмаштириш мумкин.
Чиқиндиларни метан “бижғитиш” йўли билан биогаз ишлаб чиқариш ривожанаётган мамлакатларнинг қишлоқ жойларида энергетик муаммоларнинг эҳтимолли ечимларидан бири бўлиши мумкин. Қорамол гўнгини ишлатишда органик материалнинг фақаигина тўртдан бир қисми биогазга айлансада, у гўнгни тўлиқ ёндиришда олиниши мумкин бўлган иссиқликка нисбатан 20% гача кўпроқ иссиқлик ажратиб чиқаради.
Биогаз ишлаб чиқариш қуйидаги афзаликлари юқори сифатли ўғит бўлиб хизмат қилади; ва сўнгида жараённинг ўзи атроф-муҳит тозалигини салаб туришга ёрдам беради. Биогаз ишлаб чиқарувчи корхоналарнинг кенг кўламда ривожланиши ва иқтисодий манфаатдорлигини таъминлаш учун бир қатор биокимёвий, микробиологик ва ижтимоий муаммоларни ҳал этиш лозим. Такомиллаштириш қуйидаги сохаларда керак бўлади: қўлланиладиган қурилмаларда пўлат элементлари сонини камайтириш; оптимал конструкцияларга эга қурилмаларни яратиш; самарали иситгичларни ишлаб чиқиш; дайджестер исиб кетишини олиш.
Метан “бижғиш” – сув ўтмайдиган цилиндрик цистерналарда (дайджестерларда) амалга оширилиб, уланинг ён томонидаги тешигига ферментланадиган материал киритилади. Дейджестер устида газни йиғиб олиш учун қўлланиладиган пўлат цилиндрик контейнер жойлашган; бижғитиладиган аралшма устида гумбаз кўринишида осилиб, контейнер ҳавонинг ичкарига киришига йўл қўймайди, чунки бутун жараён анаэроб шароитларда ўтиши лозим. Одатда, газ гумбазда биогазни чиқариб олиш учун қувур мавжуд. Дайджестерлар лой ғиштлардан, бетон ёки пўлатдан тайёрланади. Газни йғиб олиш гумбази нейондан тайёраниши мумкин; бу ҳолда уни қаттиқ пластик материадан тайёрланган дейджестерга осонгина маҳкамлаб қўйиш мумкин. Газ унинг босимни ошириш учун қўлланиладиган компрессор билан бириктирилган нейлон шиширади.
Уй-рўзғор чиқиндилари ёки суюқ гўнг қўлланиладиган ҳолларда қаттиқ компонентлар ва сув орасидаги нисбат 1:1 (100 кг сувга 100 кг чиқинди) ташкил қилиши керак, бу эса қаттиқ моддаларнинг оғирлиги бўйича умумий концентрациясининг 8-11% ига тўғри келади. Бижғитиладиган материаллар аралашмаси одатда ацетоген метаноген бактериялар ёки дайджестер чўкиндилари билан экилади. Паст рН-кўрсаткич метаноген бактериялар ўсишини пасайтиради ва биогаз чиқишини камайтиради; дайджестерни ортиғи билан тўлдириш ҳам худди шундай самара беради. Аралашманинг ивишига қарши оҳак ишлатилади. Оптимал “сингдирилиш” нейтрал (рН 6,0 - 8,0) шароитга яқин шароитда ўтади. Жараённинг максимал харорати микроорганизмларнинг мезофиллиги ёки термофиллиги (30 – 40 ⁰С ёки 50 – 60 ⁰С) дан боғлиқ бўлади; ҳароратнинг кескин ўзгартирилиши мақсадга мувофиқ эмас.
Одатда дайджестерлар тупроқнинг изоляцион хоссаларидан фойдаланиш учун ерга кўмилиб қўйилади. Совуқ иқлимли мамлакатларда дайджестерлар қишлоқ хўжалиги чиқиндиларини компостерлашда қурилмалар ёрдамида иситилади. Бактерияларнинг озуқавий талаблари нуқтаи назаридан азот миқдорининг ортиғи (масалан, суюқ гўнг мисолида) бактерияларнинг ўсишини пасайтирадиган аммиак жамланишига олиб келади. Оптимал қайта ишлаш учун С/N нисбати оғирлиги бўйича тахминан 30:1 ни ташкил қилиши лозим. Бу нисбатни азотга бой субстратларни углеродга бой субстратлар билан аралаштириб ўзгартириш мумкин. Масалан, гўнг С/N нисбатини полох ёки шакарқамиш жомини аралаштириб ўзгартириш мумкин.
Озиқ-овқат саноати ва қишлоқ хўжалиги ишлаб чиқариш чиқиндилари углероднинг юқори таркиби билан характерланади (лавлагини хайдаш мисолида 1 литр чиқиндига 50 г гача углерод тўғи келади), шунинг учун улар метан “бижғиш” учун мос келади, айниқса, уларнинг баъзилари бу жараён учун энг мувофиқ ҳароратда амалга ошади. Бижғитишга халақит берадиган қатламларга ажралишни олдини олиб, бижғитиладиган моддалар суспензиясини аралаштириб туриш мақсадга мувофиқ. Қаттиқ материал майдаланиши лозим, чунки йирик гувалачаларнинг мавжудлигини метан ҳосил бўлишига халақит беради. Одатда йирик қорамол гўнгини қайта ишлаш давомийлиги икки – тўрт ҳафтани ташкил қилади. Аралашмани 35 ⁰С хароратда икки хафта давомида қайта ишлаш барча патоген энтеробактерияларни ва энтеровирусларни, шунингдек Ascaris lumbricoides ва Ancylostoma популяциясининг 90% ини йўқотиш учун етарли бўлади.
Ҳали 1979 йилда БМТ нинг ривожланаётган мамлакатлар бўйича фан ва техника конференцияси ва “Осиё ва Тинч океани мамлакатлари бўйича иқтисодий ва ижтимоий камиссияси” экспертлари биогазни қўллайдиган қишлоқ хўжалиги интеграцияланган дастурларининг ютуқларини таъкидлаб ўтишди. Бундай дастурлар озуқавий экинларини ишлаб чиқиш, шунингдек сувўтлар экинларидан оқсил ишлаб чиқариш, балиқчилик ферментларини яратиш, чиқиндиларни қайта ишлаш ва турли ахлатларини ўғитлар ва биогазлар кўринишидаги энергияга айлантиришга йўналтирилган.
Биотехнологиянинг асосий йўналишлари.
Шартли равишда биотехнологиянинг қуйидаги асосий йўналишиларини ажратиб кўрсатиш мумкин: озиқ-овқат маҳсулотлари биотехнологияси, қишлоқ хўжалиги учун воситалар биотехнологияси, саноат ва маиший фойдаланиш учун восита ва махсулотлар биотехнологияси, дори-дармон воситалари биотехнологияси, диагностика ва реактивлар воситалари биотехнологияси; биотехнология шунингдек металларни ишқорсизлантириш ва концентрлашни, атроф-мухитни ифлосланишдан химоялаш, токсик чиқиндиларнинг деградацияси ва нефть олишни оширишни ҳам ўз ичига олади.
Ернинг ўсимлик қоплами 1800 млрд. Т дан ортиқ қуруқ моддани ташкил этади, буэса энергатик жихатдан фойдали қазилмалар энергия захираларига баробардир. Ўрмонлар қуруқликнинг 68% ини биомассасини ташкил қилади, ўт-ўланлар экосистемалари тахминан 16%, суғориладиган ерлар эса фақатгина 8% ни ташкил қилади.
Бундай қуруқ модда учун биомассанинг энергияга айлантиришнинг энг оддий усули ёндиришдан иборат – у иссиқликни бериб, иссиқлик эса ўз навбатида энергияга механик ёки электр энергиясига айлантирилади. Хом-ашёга келсак, бу ҳолда биомассанинг энергияга айлантиришнинг энг қадимий ва самарали усули биогаз (метан) олишдир.
Метан “бижғиш” ёки биометаногенез биомассани энергияга айлантиришнинг анчадан бери маълум бўлган усулидир. Буни 1776 йилда Вольта ботқоқ газида метан борлигини аниқлаганда кашф қилган. Бу жараёнда олинган биогаз 65% метан, 30% карбонат ангидрид, 1% водород сульфид (H2S) ва азот, кислород, водороднинг озгина аралашмасидан иборат. Ботқоқ гази кўк аланга бериб ёнади вва хидга эга эмас. Унинг тутунсиз ёниши ўтин, гўнг ёки ошхона чиқиндиларининг ёнишига нисбатан камроқ ноқулайликлар чиқаради. 28 м3 биогазда мавжуд бўлган энергия 16,8 м3 20,8 л нефть ёки 18,4 л дизель ёқилғиси энергиясига тенг бўлади.Биометаногенез уч босқичда амалга ошади: органик бирикмаларнинг эриши ва гидролизи, ацидогенез ва метаногенез. Энергоконверсияга органик моддаларнинг фақатгина ярми аралашади – қуруқ модданинг 1800 ккал/кг миқдори, бу термокимёвий жараёнлардаги 4000 ккал га нисбатан камроқ, аммо метан “бижғиш” қолдиқлари ёки шлаклари қишлоқ хўжалигида ўғитлар сифатида қўлланилади. Биометаногенез жараёнида бактерияларнинг уч гуруҳи иштирок этади. Биринчи гурух бактеиялари мураккаб органик субстратларни мой, пропион ва сут кислоталари айлантиради; иккинчи гурух бактериялари бу кислоталарни сирка кислотаси, водород ва карбонат ангидридга айлантиради; кейин эса метан ҳосил қилувчи бактериялар карбонат ангедридини водородни ютиб олиш билан метанга айлантирилади, аммо водород акс ҳолда сирка кислотаси бактерияларини тўхтатиши мумкин. 1967 йилда Брайант ва бошқалар шуни аниқлашдики, сирка кислотаси бактериялари ва метан ҳосил қилувчи бактериялар симбиозни ташкил қилади, илгари эса у битта микроб – Methanobacillus omelianskii деб хисобланарди.Барча метаноъактериялар учун водород ва карбонат ангидриди иштирокида ўсиш, шунингдек кислород ва метан ҳосил қилувчи ингибиторларга таъсирчанлик хос. Табиий шароитларда метанобактериялар водород ҳосил қилувчи бактериялар билан чамбарчас боғлиқ: бу трофик ҳосила бактерияларнинг иккала тури учун қулай. Биринчи тур бактериялар иккинчи тури ҳосил қиладиган водородни ишлатади; бунинг натижасида унинг концентрацияси камаяди ва водород ҳосил қилувчи бактериялар учун хавфсиз бўлади.