قيمة عالية وذلك لإمكانية خزنها بتكلفة قليلة ؛ وهي متوفرة عند الحاجة إليها وهذه
المصادر؛ بالإضافة إلى الطاقة الكهربائية ؛ تعتبر من أنواع الطاقة التي تتميز بسهولة
نقلها من مكان إلى آخر
وتتوفر مصادر الكتلة الحيوية بأشكال مختلفة مثل الخشب ؛ والمخلفات الحيوانية ؛
ونشارة الخشب ؛ والقش ؛ والورق القديم ؛ والمخلفات المنزلية ؛ ومحُلفات المجاري
ومعظم هذه المصادر تتخلل بسرعة ؛ وقسم منها له قابلية خزن جيدة ولكون معظم هذه
المصادر ذات كثافة وقليلة الطاقة فإن نقلها من مكان إلى آخر بعيد نسبياً يكون مكلفاً
إن طرق استخلاص الطاقة حسب تعقيد عملية الاستخلاص هي كالتالي :
أ - الحرق المباشر كوقود الأفران أو إنتاج الفحم من الأشجار والأخشاب
ب - الحرق بعد إجراء عمليات فيزيائية بسيطة تتضمن الفصل أو التكسير أو الضغط
تتضمن الانحلال الحراري والتسييل أو تحويلها إلى غاز
د -_العمليات البيولوجية ؛ وهي عمليات طبيعية مثل التخمير الهوائي والتخمر بمعزل
عن الهواء وذلك بتأمين ظروف مناسبة تتيح إنتاج وقود غازي أو وقود سائل
الناتج الأول من بعض هذه الطرق هو الحرارة وتستخدم هذه الحرارة عادة في
العمليات الكيميائية أو التدفئة أو لتوليد بخار لغرض تدوير التوربينات الكهربائية أما
الناتج الآخر من بعض الطرق المشار إليها أعلاه فهو وقود صلب أو سائل أو غازي
مثل الفحم النباتي وغيره
الحرق المباشر (5000ه(«00 4ىى«1)
إن تبخير كمية من الماء موضوعة في قدر هي عملية بسيطة ؛ لكنها ؛ لسوء الحظ
عملية غير كفأة إطلاقاً ويبيّن الجدول (2-5) أن محتوى الطاقة في كل متر مكعب من
الخشب المجفف بواسطة الهواء يساوي 10 جيغا جول ([06) أو ما يعادل عشرة ملايين
كيلو جول ورفع درجة حرارة لتر من الماء بمقدار درجة مئوية واحدة يتطلب طاقة
مقدارها 4210 إن تبخير لتر واحد من الماء يتطلب من الطاقة ما يعادل [40016 أي

ما يعادل 40 سنتمتراً مكعباً من الخشب أو قطعة صغيرة منه ولكننا في التطبيق
العملي نحتاج إلى كمية خشب أكثر بخمسين مرة من الكمية المذكورة أعلاه لتبخير هذه
الكمية من الماء ؛ وذلك لأن كفاءة التحويل لا تزيد على 266 بسبب الضياع في الطاقة
ولتصميم فرن خاص خُنْء يستهلك القليل من الوقود فإن ذلك يتطلب فهماً لعمليات
احتراق الوقود الصلب
إن عملية الاحتراق تتكون من مرحلتين ؛ وذلك لأن أي وقود صلب يحتوي على
مركبين قابلين للاحتراق وعند ارتفاع درجة الحرارة تتطاير المادة وتتحرر على شكل
خليط من بخار القطران والزيت واحتراق هذا الخليط يكوّن لهباً يمكن رؤيته حول
الخشب أو الفحم أما الجزء الصلب المتبقي فإنه يتكون من خشب محروق يتركب من
كربون ويحترق لينتج ثاني أكسيد الكربون وبعض البقايا كالقش (الرماد)
ومن خصائص الوقود الأحيائي أن ثلاثة أرباع طاقته أو أكثر تكون على شكل مادة
متطايرة (يختلف الفحم عن هذا ؛ إذ أن طاقة المادة المتطايرة فيه أقل من نصف الكمية)
ولهذا فإنه من المهم عند تصميم أي فرن التأكد من أن هذه الغازات المتطايرة تحترق ؛
ولا تخرج من المدخنة دون احتراق وللحصول على احتراق كامل يجب أن يصل
الهواء إلى الخشب ؛ ويتم ذلك بتقسيمه إلى أجزاء صغيرة ؛ ويجب أيضاً السيطرة على
الهواء عند استخدام كمية قليلة من الأوكسجين ؛ إذ أن الاحتراق عندما يكون كاملا يولد
أول أكسيد الكربون ؛ الذي هو غاز سام أما عند استخدام كمية كبيرة من الهواء
فستكون هنالك خسائر وضياع في الطاقة لأن قسماً من الحرارة سيتبدد مع الغازات
الخارجة
والأنظمة الحديثة لمحارق الوقود الأحيائي تختلف باختلاف الوقود الأحيائي نفسه
وتتراوح المحارق من أفران صغيرة مصممة لترشيد الاستهلاك في دول العالم الثالث ؛
إلى مراجل بخارية كبيرة ذات سعة حرارية تقدر بالميغاواتات ويوضح الشكل (2-5)
منظومة احتراق كبيرة السعة

شكل (2-5): منظومة احتراق كبيرة الحجم
إن الحرق المباشر هو إحدى الطرق المستخدمة لاستخلاص الطاقة من النفايات المنزلية
التي ليست هي الوقود المثالي ؛ إذ تتكون من مواد مختلفة ورطوبة عالية تصل إلى
6 أو أكثر أحياناً ؛ وكثافة طاقتها قليلة لدرجة أن المتر المكعب منها يحتوي على
طاقة تعادل 3096 من طاقة الفحم الحجري لنفس الحجم ونقل هذا النوع من الوقود
مكلف أيضاً ؛ وحرقه يتطلب منظومة خاصتة به
إن تطوير أنظمة الحرق المباشر يحظى بعناية في مختلف دول العالم ؛ وخاصة
الدول الأوربية وأفضل طريقة مستخدمة الآن تدعى تجميع وقود القمامة المفيدة
(ل©10 ,1881158-0©17©80 0805:580) ‎١‏ وتتضمن فصل الجزء القابل للاحتراق من القمامة
وبعدها يتم سحقها وكبسها وتجفيفها لإنتاج وقود صلب يحتوي على كثافة طاقة تعادل
حوالي 6096 من طاقة الوقود
عملية إنتاج الوقود الغازي (صمتا5عه0)
يتضمن إنتاج الوقود الغازي عدة عمليات يتم فيها تعرض الوقود الصلب إلى بخار حار
وهواء أو أوكسجين لإنتاج وقود غازي ويوضح الشكل (3-5) مثل هذه العملية
وتوجد عدة أنواع من هذه المنظومات وبدرجة حرارة تشغيل تتراوح من عدة مئات من
الدرجات المئوية إلى ألف درجة مئوية ؛ وضغوط تتراوح من ضغط جوي واحد إلى
غاية 30 ضغط جوي والغاز الناتج هو خليط مكوناته الرئيسية أول أكسيد الكربون ؛
والهيدروجين والميثان بالإضافة إلى وجود ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين وبنسب
تعتمد على ظرون العملية وفيما إذا استخدم فيها الهواء أو الأكسجين

شكل (3-5): عمليات إنتاج الوقود الغازي
وعملية إنتاج الوقود الغازي ليست جديدة فعملية تحويل الفحم الحجري إلى وقود
غازي كانت مستخدمة بصورة واسعة لعدة عقود قبل إبدالها بالغاز الطبيعي وهنالك
أسباب عديدة لعودة الاهتمام بهذا الموضوع الآن ؛ منها أن الوقود المنتج أكثر نظافة من
حرق القمامة أو مواد الكتلة الحيوية الأخرى كذلك يمكن خلال هذه العملية فصل
المواد الكيميائية الملوثة للبيئة والمواد الأخرى التي تسبب الدخان عند احتراق الوقود ؛
بالإضافة إلى أن الغاز هو وقود متعدد الاستخدام ؛ وأحد الاستخدامات هو الحرق
المباشر ويمكن كذلك استخدام الغاز في محركات الاحتراق الداخلي أو توربينات
الغاز وأخيراً فإن عملية إنتاج الوقود تحت ظروف مناسبة يمكن أن تنتج الغاز
المركب الخليط من أول أكسيد الكربون والهيدروجين والذي يمكن استخدامه كبديل
لإنتاج أي من الهيدروكربونات
الانحلال الحراري (جتوياهرط)
إن عملية الانحلال الحراري هي أسهل وأقدم طريقة تستخدم وقوداً معّيناً لإنتاج وقود
يفوقه جودة والطريقة التقليدية تتضمن تسخين المادة الأصلية دون وجود الهواء
وتحت درجة حرارة تتراوح من ©" 300 إلى ©" 500 حتى يتم طرد المادة المتطايرة

وستكون بقية المادة فحماً نباتيّاً وهو وقود له ضعف كتافة طاقة (وات/م*) من المادة
وكان إنتاج الفحم النباتي ؛ خلال عدّة قرون ؛ يتمٌّ في كافة أنحاء العالم من الانحلال
الحراري للخشب واعتماداً على نسبة الرطوبة وكفاءة عملية الانحلال فإنه يتم
استخدام من 4 إلى 10 أطنان من الخشب للحصول على طن من الفحم النباتي
وعند استخدام التقنيات المتقدمة يتم جمع المواد المتطايرة ؛ وفي حالة اختيار درجة
حرارة مناسبة تتم السيطرة على المكونات وإن الوقود السائل يشبه النفط ؛ لكنه ملوث
بحوامض ينبغي التخلص منها قبل الاستعمال
إن الانحلال الحراري لمواد نباتية ؛ كالخشب في درجات تتراوح بين 800 و 900
درجة مئوية يترك نسبة قليلة تدر بحوالي 1066 من المادة كفحم صلب وحوالي 6096
كغاز غني بالهيدروجين وأول أكسيد الكربون وهذه تعطي قوة لعملية الانحلال
وتجعلها منافسة لطرق إنتاج الغاز ؛ لكن يجب أن يتم تطوير هذه العلمية لإنتاج وقود
على النطاق التجاري
وتعتبر عملية الانحلال الحراري التقليدية مرغوبة تكنولوجياً ودرجات الحرارة القليلة
نسبياً تعني أن هناك قليلاً من الملوثات التي تنبعث عند الاحتراق الكامل ؛ وهذا يعطضي
هذه العملية مزايا إيجابية بيئيةة عند تعاملها مع فضلات معينة وتجري الآن محاولات
عديدة للتعامل مع الفضلات البلاستيكية وإطارات السيارات القديمة ؛ لكنها لا تزال قيد
التطوير
الوقود الصناعي (1061 لمن قتنأات)
عند استخدام الأوكسجين ؛ بدل الهواء ؛ في تحويل الوقود إلى غاز فإن الناتج سيكون
الهيدروجين (:01 و أول أكسيد الكربون (00) وثائي أكسيد الكربون («0)
والإمكانية المثيرة هنا هي عند فصل ثاني أكسيد الكربون عن الخليط ليكون المتبقي
غازاً يدعى "الغاز الصناعي" وعند تفاعل مكونات هذا الغاز يمكن إنتاج غاز الميثان
النقي (ي1©) كالتالي :

ومن الممكن أيضاً إنتاج الميثانول (011:013) ؛ وهو هيدروكربون سائل ذو كفاءة طاقة
مقدارها23 جيغا جول للطن الواحد وإنتاج الميثانول بهذه الطريقة يتطلب سلسلة من
عمليات كيميائية معقدة بدرجات حرارة وضغط عاليين ومعدات عالية الكلفة وقد
يخطر تساؤل هو : لماذا يتم الاهتمام بهذا المنتج بهذه الطريقة ؟ والجواب هو أن
الميثانول وقود سائل ممتاز كبديل للغازولين ففي الوقت الحاضر يعتبر إنتاج الميثانول
باستخدام الغاز الصناعي من الكتلة الحيوية غير مقبول من الناحية التجارية لكن
التكنولوجيا اللازمة له موجودة ؛ وقد طورت لاستخدام الفحم الحجري في بعض الدول
الصناعية الغنية بالفحم في الأوقات التي يكون فيها تزويد النفط مهدداً بالخطر
10-5 الهاضم اللاهوائي وتأومع01 نط معنتصذ)
وهذه العملية تتم أيضاً بدون وجود الهواء وفيها يتم التحليل هنا بواسطة البكتريا بدلا
من درجات الحرارة العالية التي تستخدم في طريقة الانحلال الحراري وهذه العملية
تحدث في أية مادة بيولوجية وتحت ظروف حارة ورطبة وبدون وجود الهواء ؛ وتتم
بشكل طبيعي عند تحلل الفضلات النباتية في قعر الحوض فتنتج غاز الميثان ع11600)
(685 الذي يصعد إلى السطح ويجمع من هنالك والتخمر اللاهوائي عنداهسعنتمحم)
00 يحدث أيضاً باستخدام المخلفات الحيوانية والبشرية وباستخدام طريقتين:
إحداهما طريقة الغاز الحيوي (يوع8:0) الذي يتولد من تركيز الفضلات البشرية
والحيوانية ؛ والأخرى طريقة غاز الردم أو الطمر الصحي (ممع 12005[1) الذي يتولد
في مواقع طمر النفايات وفي كلتا الحالتين يكون الغاز المتكون عبارة عن خليط من
غاز الميثان وأول أكسيد الكربون
إن التفاصيل الكيميائية لإنتاج الغاز الأحيائي وغاز الطمر الصحي معقدة ؛ لكن يبدو أن
خلط مستعمرات من البكتريا يفكك المادة العضوية إلى سكر ومن ثم إلى حوامض تتحلل
وتتحول إلى غاز
1-10-5 الغاز الأحيائي (5ه6 1510)
تدفع الفضلات والقش ؛ وهي المواد المستخدمة في هذه العملية ؛ إلى الهاضم
©018856) الذي يحتوي على 9596 من حجمه ماء ويتراوح حجم الهواضم من متر

مكعب واحد (كالهاضم المنزلي) إلى عشرة أضعاف هذا الحجم (كالهاضم الريفي) كما
في الشكل (4-5)؛ وقد يصل حجم الهاضم إلى 2000 متر مكعب كما في حالة
المنظومات التجارية وتكون تغذية المواد إلى الهاضم إما مستمرة أو على شكل دفعات
وتستغرق عملية التخمير من عشرة أيام إلى عدة أسابيع وتولد عملية الهضم حرارة ؛
ولكن عند نصب هذه المنظومات في المناطق الباردة فمن المطلوب إضافة حرارة لأن
الحرارة المثالية المطلوبة لتوليد الغاز الحيوي هي أكثر من "350
والهاضم الذي يعمل بصورة جيدة ينتج من 200 إلى 400 متر مكعب من الغاز الذي
يحتوي على نسبة من 5096 إلى 7596 من الميثان لكل طن جاف من المادة المستخدمة
أو ما يعادل 11 جيغا جول ([0) من الطاقة المفيدة وتعتبر عملية إنتاج الغاز بهذه
الطريقة مفيدة حتى في الحالات التي تكون فيها كفاءة التحويل قليلة وذلك نظراً إلى أن
الإنتاج هو غاز نظيف والناتج العرضي الذي تكّون من العملية سيكون سماداً مفيداً
شكل (4-5): هاضم ريفي
2-0-5 غاز الطمر الصحي 17000260 0355 (15)
الميثان وعملية التخمير في هذه المواقع تكون أبطاً ؛ وربما تستغرق أعواماً بدلا من
أسابيع ؛ وذلك لعدم توفر ظروف مناسبة كالحرارة والرطوبة والناتج النهائي هو غاز
خليط من غازي الميثان وثاني أكسيد الكربون ويتراوح إنتاج هذه الهاضمات نظرياً

من حوالي 150 إلى 300 متر مكعب من الغاز مقابل طن من الفضلات ؛ وتكون نسبة
5 إلى 6 جيغا جول لكل طن من القمامة وعند التطبيقات العملية يكون الإنتاج أقل
بكثير من هذه الكمية وإذا ما توفرت بعض الظروف الطبيعية كتغطية المساحة بعد
ملئها بالطين أو مواد مشابهة فإنه يمكن جمع الغاز المتكون بواسطة أنابيب متقوبة
ومدفونة مع الفضلات على عمق حوالي 20 متر ومربوطة من نهايتها بأنبوب يصل إلى
خزان كما في الشكل (5-5) وفي الغالب يتم نصب شبكة الأنابيب في الموقع قبل
طمرها بالنفايات
شكل (5-5): استخلاص الغاز من الطمر الصحي
التخمير (صونامتصعوم7)
عرفنا كيف يتم إنتاج الكحول (الميثانول) من الكتلة الحيوية عبر سلسلة معقدة من
العمليات الكيميائية وذلك عند حديثنا عن استخدام الغاز الصناعي وتوجد عدة طرق
يمكن استخدامها لإنتاج الكحول من الكتلة الحيوية كما يعرفها تجار الخمور ومنتجوها
إن التخمير عملية بيولوجية لاهوائية يتم فيها تحويل السكر إلى كحول بفعل كائنات حية
صغيرة كالموجودة في الخميرة والكحول الناتج هو ايثانول (013 115 :0) بدلا من
الميثانول ؛ ولكن يمكن استخدامه في مكائن الاحتراق الداخلي إما مباشرة في مكائن
مناسبة محسنة على شكل خليط من الغازوهول الذي يتكون من غازولين يحتوي على
6 من الإيثانول

و قيمة أي مادة صالحة من مواد الكتلة الحيوية تعتمد على كمية ما تحتوي عليه من
السكر وأفضل مصدر للإيثائيول هو قصب السكر أو الدبس والمواد الأخرى التي
تحتوي على النشويات ؛ مثل البطاطا والذرة والحبوب الأخرى ؛ ينبغي تحويل النشا
فيها إلى سكر وحتى الخشب يمكن أن يكون مادة صالحة لكن الكاربوهيدرات والسليلوز
التي يحتوي عليها مقاومة للتحول إلى سكر بواسطة الحوامض والأنزيمات
والسائل الناتج من التخمير يحتوي على 1066 من الايثانول الذي يجب أن يقطر قبل
استخدامه كوقود والمحتوى الطاقوي في المنتج النهائي حوالي 30 61800 أو 24
3 والعملية الكاملة تحتاج إلى كمية كبيرة من الحرارة التي تجهز عادة من
مخلفات النباتات والجدول (3-5) يبين كميات الإيثانئول التي يمكن إنتاجها من طن من
المواد الأولية أو لكل هكتار من الأرض لمنتجات مختلفة والطاقة اللازمة لعملية
التخمير يمكن تعويض خسارتها بسبب سهولة خزن الوقود السائل ونقله ورخص عملية
التخمير بهذه التقنية
جدول (3-5) : كميات الإيثانول الممكن إنتاجها من بعض المواد الزراعية
5 المخلفات الزراعية
توفر مخلفات المحاصيل والحيوانات ؛ في عدة دول كميات كبيرة من الطاقة ؛ ويأتي
ترتيبها مباشرة بعد الخشب الذي يعتبر المصدر الرئيسي من مصادر الكتلة الحيوية
المستخدمة لإنتاج الطاقة وقد بلغ مقدار استغلال فضلات القش والمحاصيل في الهند
الصين فإن وزن المخلفات النباتية كان أكبر بمرتين ونصف من كمية الخشب المستخدم