- تنقسم العملية إلى أربع مراحل بيولوجية: التحلل المائي، وتكوين الأحماض، وتكوين الأسيتات، وتكوين الميثان.
- يتم الحصول على منتجين رئيسيين: الغاز الحيوي (الطاقة المتجددة) والمخلفات العضوية (السماد العضوي).
- تعتمد شرعية المخلفات العضوية على ما إذا كانت تستوفي معايير الاتحاد الأوروبي لتكون منتجاً أو ما إذا كانت مصنفة كنفايات.
- يساهم ذلك في الحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري عن طريق التقاط غاز الميثان من النفايات العضوية.
ربما سمعتَ عن "غاز المستنقعات" أو تساءلتَ عمّا يحدث لبقايا الطعام والسماد المتراكم في الريف. حسنًا، كل هذا جزء من ظاهرة طبيعية رائعة تُسمى الهضم اللاهوائي، وهي عملية بيولوجية، رغم أنها تبدو سحرية، إلا أنها في الواقع مزيج من الكيمياء والأحياء الدقيقة تعمل بكامل طاقتها لتحويل المواد العضوية إلى طاقة نظيفة وسماد عالي الجودة.
على الرغم من أننا ندير هذه العملية حاليًا في المصانع الصناعية من خلال التخمر اللاهوائي لتحقيق مكاسب اقتصادية، إلا أنها تحدث تلقائيًا في حقول النفط أو المياه الراكدة. وتتمثل هذه العملية أساسًا في السماح لعدد كبير من الكائنات الدقيقة بالتغذي على الكتلة الحيوية في بيئة نادرة الأكسجين ، مما ينتج عنه وقود متجدد ومخلفات غنية بالعناصر الغذائية للتربة.
المراحل الأربع للعملية البيولوجية
لكي تتحول المادة العضوية إلى غاز، يجب أن تمر بنوع من "خط التجميع" البيولوجي المكون من أربع مراحل حرجة:
- التحلل المائي: هذه هي الخطوة الأولى، حيث يتم تكسير الجزيئات الكبيرة الأكثر تعقيدًا (مثل البروتينات والدهون والسكريات المتعددة) إلى أجزاء أبسط مثل السكريات أو الكحولات. هنا، تعمل الإنزيمات الخارجية للبكتيريا المخمرة، والتي، كونها اختيارية، إنهم ليسوا انتقائيين بشأن الأكسجين..
- تكوين الحمضيات: في هذه المرحلة، تأخذ البكتيريا المنتجة للأحماض تلك الجزيئات البسيطة وتحولها إلى أحماض دهنية متطايرة قصيرة السلسلة، وهيدروجين، وثاني أكسيد الكربون.
- تكوين الأسيتون: هنا تستمر عملية التحسين، مما يحول المنتجات السابقة بشكل رئيسي إلى حمض الأسيتيك، وثاني أكسيد الكربون، والهيدروجين.
- تكوين الميثان: الختم الرئيسي. تقوم البكتيريا المنتجة للميثان، وهي بكتيريا لاهوائية إجبارية وحساسة للغاية لتغيرات درجة الحرارة، بتحويل كل ما سبق إلى الميثان وثاني أكسيد الكربون.
التشغيل والتطبيقات العملية
عند الرغبة في التحكم بهذه العملية في المفاعل الحيوي، تبدأ مرحلة هوائية تستهلك فيها الكائنات الدقيقة الأكسجين المتاح. وبمجرد أن يصبح الوسط محكم الإغلاق وخالياً من الهواء، تدخل البكتيريا اللاهوائية حيز العمل. يتميز هذا النظام بكفاءة عالية للغاية، إذ يستغل 90% من الطاقة المتاحة في الخليط، ويخصص 10% فقط لنمو البكتيريا.
تُعدّ هذه الطريقة الحل الأمثل لإدارة مخلفات قطاع الثروة الحيوانية (السماد السائل والطبيعي)، والنفايات الحضرية، وفائض صناعة الأغذية الزراعية. ومن خلال هذه العملية، نحصل على منتجين رئيسيين:
- الغاز الحيوي: خليط يتكون عادةً من 70% ميثان و30% ثاني أكسيد الكربون، مع آثار من كبريتيد الهيدروجين. يمكن استخدامه في الغلايات أو المحركات الكهربائية. إذا خضع لعملية تحسين، نحصل على... الميثان الحيوي، وهو مطابق تقريبًا للغاز الطبيعي أحفوري ولكنه متجدد.
- الملخص: وهو المتبقي السائل أو المعجوني الناتج. ونظرًا لغناه بالنيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم، فإنه يعمل كـ سماد عضوي سريع الامتصاص مما يساعد على استصلاح التربة المتضررة من الزراعة المكثفة.
الإطار القانوني وتصنيف المخلفات العضوية
الأمر لا يقتصر على الجوانب البيولوجية فقط؛ بل يشمل أيضاً إجراءات إدارية. في إسبانيا، يُصنّف الهضم اللاهوائي كعملية معالجة برمز R0302 بموجب القانون رقم 7/2022. وبحسب نوع المادة التي يتم هضمها، مثل المنتجات الثانوية الحيوانية غير الصالحة للاستهلاك البشري، يلزم الحصول على تراخيص إدارية محددة لممارسة هذه العملية بشكل قانوني.
تُعدّ مسألة اعتبار المخلفات العضوية منتجًا أم نفايات نقطةً أساسية. لكي تُعتبر منتجًا سماديًا من الاتحاد الأوروبي ، يجب أن تتوافق مع اللائحة (الاتحاد الأوروبي) 2019/1009 (وتحديدًا الفئة CMC5). إذا لم تستوفِ هذه المعايير، تُصنّف كنفايات بموجب رمز EWC ذي الصلة، ويجب إدارتها بشكل سليم من قِبل جهة معتمدة لإدارة النفايات .
من الضروري عدم الخلط بين المخلفات العضوية المُهضّمة والمواد المُستقرة بيولوجيًا . تأتي الأخيرة من محطات المعالجة الميكانيكية البيولوجية للنفايات المختلطة، وعلى عكس المخلفات العضوية المُهضّمة، لا يمكن اعتبارها سمادًا أو منتجًا، إذ تبقى مصنفة بدقة كنفايات بموجب رمز EWC 19 06 99.
المزايا البيئية والاقتصادية
لا يقتصر دور هذه المحطات على المساعدة في الامتثال للوائح فحسب، بل له أيضًا أثر إيجابي هائل. فمن خلال احتجاز غاز الميثان الذي كان سيتسرب عادةً إلى الغلاف الجوي، نخفض بشكل كبير انبعاثات غازات الاحتباس الحراري . علاوة على ذلك، فإن النيتروجين الموجود في المخلفات العضوية يكون أكثر سهولة في امتصاصه من قبل النباتات مقارنةً بالنيتروجين الموجود في الأسمدة الكيميائية، مما يسرع نمو المحاصيل ويمنع تآكل التربة الخصبة.
يمثل إنتاج الميثان الحيوي فرصة ذهبية لإغلاق دورة الكربون، وتحويل مشكلة (النفايات) إلى حل للطاقة والزراعة يسمح للشركات بتوفير تكاليف التشغيل وتحسين بصمتها البيئية بطريقة مستدامة.
يُتيح هذا النظام البيولوجي المتكامل للمواد العضوية المرور بمراحل التحلل المائي، والتخمر الحمضي، والتخمر الأسيتات، والتخمر الميثاني لإنتاج الغاز الحيوي والمخلفات العضوية. يُستخدم الغاز الحيوي كوقود متعدد الاستخدامات أو كميثان حيوي قابل للحقن، بينما تُستخدم المخلفات العضوية كسماد عضوي فعال، شريطة الالتزام باللوائح القانونية والبيئية لمنع التعامل معها كنفايات.