बायोगैस निर्माण की प्रक्रिया और उसका उपयोग

लेखक: डॉ. शिव सिंह बसेड़िया, श्री अभिषेक राठौड़, डॉ. रूद्र प्रताप सिंह गुर्जर, डॉ. सुमित काकड़े,और श्री रवि कुमार, (सहायक प्राध्यापक), कृषि संकाय आर. के. डी. एफ. वि. वि. भोपाल, (मध्य प्रदेश)

08 फ़रवरी 2025, नई दिल्ली: बायोगैस निर्माण की प्रक्रिया और उसका उपयोग –

बायोगैस

• बायोगैस स्वच्छ पर्यावरण अनुकूल ईंधन है जिसे कार्बनिक अपशिष्टों के अवायवीय (वायु की अनुपस्थिति में) पाचन द्वारा प्राप्त किया जा सकता है।
• बायोगैस में आम तौर पर 55-65% मीथेन (CH4), 35-45% कार्बन डाइऑक्साइड (CO2), 0.5-1.0% हाइड्रोजन सल्फाइड (H2S) और जल वाष्प के अंश होते हैं।

बायोगैस निर्माण की प्रक्रिया

• गैस का निर्माण धीरे-धीरे और दो चरणों में होता है।
• पहले चरण में, अपशिष्ट में निहित जटिल, कार्बनिक पदार्थों पर एक निश्चित प्रकार के बैक्टीरिया द्वारा कार्य किया जाता है, जिन्हें एसिड फॉर्मर कहा जाता है और वे छोटे-छोटे सरल एसिड में टूट जाते हैं।
• दूसरे चरण में, इन एसिड पर एक अन्य प्रकार के बैक्टीरिया द्वारा कार्य किया जाता है, जिन्हें मीथेन फॉर्मर कहा जाता है और वे मीथेन और कार्बन डाइऑक्साइड का उत्पादन करते हैं।

बायोगैस निर्माण की प्रक्रिया निम्नलिखित प्रक्रिया चरणों से जुड़ी हुई है,

1. हाइड्रोलिसिस

• हाइड्रोलिसिस सैद्धांतिक रूप से अवायवीय पाचन का पहला चरण है, जिसके दौरान जटिल कार्बनिक पदार्थ (पॉलिमर) छोटी इकाइयों (मोनो- और ओलिगोमर्स) में विघटित हो जाते हैं।
• हाइड्रोलिसिस के दौरान, कार्बोहाइड्रेट, लिपिड, न्यूक्लिक एसिड और प्रोटीन जैसे पॉलिमर ग्लूकोज, ग्लिसरॉल, प्यूरीन और पाइरिडीन में परिवर्तित हो जाते हैं।

2. एसिडोजेनेसिस

• एसिडोजेनेसिस के दौरान, हाइड्रोलिसिस के उत्पादों को एसिडोजेनिक (किण्वक) बैक्टीरिया द्वारा मीथेनोजेनिक सब्सट्रेट में परिवर्तित किया जाता है।
• सरल शर्करा, अमीनो एसिड और फैटी एसिड एसीटेट, कार्बन डाइऑक्साइड और हाइड्रोजन (70%) के साथ-साथ वाष्पशील फैटी एसिड (VFA) और अल्कोहल (30%) में विघटित हो जाते हैं।

3. एसीटोजेनेसिस

• एसिडोजेनेसिस से उत्पाद, जिन्हें मीथेनोजेनिक बैक्टीरिया द्वारा सीधे मीथेन में परिवर्तित नहीं किया जा सकता है, एसीटोजेनेसिस के दौरान मीथेनोजेनिक सब्सट्रेट में परिवर्तित हो जाते हैं।
• वीएफए और अल्कोहल को एसीटेट, हाइड्रोजन और कार्बन डाइऑक्साइड जैसे मीथेनोजेनिक सब्सट्रेट में ऑक्सीकृत किया जाता है

4. मीथेनोजेनेसिस

• मध्यवर्ती उत्पादों से मीथेन और कार्बन डाइऑक्साइड का उत्पादन मीथेनोजेनिक बैक्टीरिया द्वारा किया जाता है।
• निर्मित मीथेन का 70% एसीटेट से उत्पन्न होता है, जबकि शेष 30% हाइड्रोजन (H) और कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) के रूपांतरण से उत्पन्न होता है।

बायोगैस के उपयोग

• खाना पकाना: बायोगैस का उपयोग खाना पकाने के उद्देश्य से विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए बर्नर में किया जा सकता है। 2 क्यूबिक मीटर क्षमता वाला बायोगैस प्लांट लगभग पाँच व्यक्तियों के परिवार की खाना पकाने की ईंधन की ज़रूरतों को पूरा करने के लिए पर्याप्त है।
• प्रकाश व्यवस्था: बायोगैस का उपयोग प्रकाश व्यवस्था के उद्देश्य से सिल्क मेंटल लैंप में किया जाता है। 100 कैंडल लैंप (60 वॉट) को चलाने के लिए प्रति घंटे 0.13 क्यूबिक मीटर गैस की आवश्यकता होती है।
• बिजली उत्पादन: बायोगैस का उपयोग दोहरे ईंधन इंजन को चलाने के लिए किया जा सकता है जो 80% तक डीजल-तेल की जगह ले सकता है। डीजल इंजनों को 100 प्रतिशत बायोगैस पर चलाने के लिए संशोधित किया गया है। पेट्रोल और सीएनजी इंजनों को भी बायोगैस का उपयोग करने के लिए आसानी से संशोधित किया जा सकता है।
• परिवहन ईंधन: CO2, H2S और जल वाष्प को हटाने के बाद, बायोगैस को वाहनों में उपयोग के लिए प्राकृतिक गैस की गुणवत्ता में परिवर्तित किया जा सकता है।

खाना पकाने के लिए ईंधन के रूप में बायोगैस

• बायोगैस का उपयोग तापीय (गर्मी) ऊर्जा के लिए किया जाता है। इसका उपयोग खाना पकाने और पानी गर्म करने के लिए बुनियादी ईंधन के रूप में किया जा सकता है।
• बायोगैस खाना पकाने की प्रणाली में बायोगैस को ऑक्सीजन की सही मात्रा के साथ पहले से मिलाने के लिए एक वाल्व होता है।
• मिश्रण को जलाने के लिए एक बर्नर और कुक-पॉट रखने के लिए एक संरचना।

बायोगैस के उपयोग के लिए बर्नर संशोधन

• इनमें से अधिकांश पारंपरिक उपकरणों को विशेष उपायों (विशेष रूप से बर्नर के संशोधन) द्वारा बायोगैस के साथ उपयोग के लिए अनुकूलित किया जा सकता है ताकि उचित दहन और ऊर्जा का कुशल उपयोग सुनिश्चित किया जा सके।

प्रकाश के लिए ईंधन के रूप में बायोगैस

• बायोगैस लैंप को गैस और प्राथमिक वायु की आपूर्ति को समायोजित करके नियंत्रित किया जाता है।
• अधिकांश लैंप 5-15 सेमी डब्ल्यूसी (जल स्तंभ) के गैस दबाव पर काम करते हैं।
• यदि दबाव कम है, तो मेंटल चमक नहीं पाएगा, और यदि दबाव बहुत अधिक है (स्थिर-गुंबद संयंत्र) तो मेंटल फट सकता है।
• संपीडित प्राकृतिक गैस (सीएनजी) को एक महत्वपूर्ण परिवहन ईंधन के रूप में पहचाना जाता है, जो प्राकृतिक गैस को 3,100 पाउंड प्रति वर्ग इंच से अधिक दबाव में संपीड़ित करके प्राप्त किया जाता है।
• रासायनिक दृष्टिकोण से, बायोगैस और प्राकृतिक गैस के बीच कोई अंतर नहीं है; दोनों में मुख्य रूप से मीथेन होता है।
• लेकिन सवाल यह है कि हम प्राकृतिक गैस से सीएनजी कब तक प्राप्त कर सकते हैं।

परिवहन ईंधन के रूप में बायोगैस

• आजकल बायोगैस को बायो-सीएनजी में अपग्रेड करने के लिए बाजार में कई तकनीकें उपलब्ध हैं और इन्हें वाहन के उद्देश्य के लिए अच्छी तरह से इस्तेमाल किया जा सकता है।
• उपयुक्त तकनीकों का उपयोग करके कार्बन डाइऑक्साइड और हाइड्रोजन सल्फाइड को हटाकर, बायोगैस को बायो-सीएनजी में अपग्रेड किया जा सकता है।
• अंतिम उपयोग के दृष्टिकोण से उच्च कैलोरीफिक प्राकृतिक गैस और साफ बायोगैस समान हैं (इस शर्त पर कि बायोगैस में संदूषक न हों)।
• गैस की ऊर्जा सामग्री मुख्य रूप से इसकी मीथेन सामग्री पर निर्भर करती है। इसलिए उच्च मीथेन सामग्री वांछनीय है। एक निश्चित कार्बन डाइऑक्साइड और जल वाष्प सामग्री अपरिहार्य है, लेकिन सल्फर सामग्री को कम से कम किया जाना चाहिए – विशेष रूप से इंजन में उपयोग के लिए।
• बायोगैस का औसत कैलोरी मान लगभग 21-23.5 MJ/m³ है, इसलिए 1 m³ बायोगैस 0.5-0.6 l डीजल ईंधन या लगभग 6 kWh के बराबर है।
• जनरेटर सेट द्वारा बायोगैस को विद्युत शक्ति में बदलना अधिक व्यावहारिक है, प्राकृतिक गैस के विपरीत, बायोगैस में उच्च नॉक प्रतिरोध की विशेषता होती है और इसलिए इसका उपयोग उच्च संपीड़न दर वाले दहन मोटर्स में किया जा सकता है।
• बायोगैस का उपयोग दहन इंजनों के लिए ईंधन के रूप में किया जाता है, जो इसे यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं, जिससे विद्युत जनरेटर को बिजली का उत्पादन करने की शक्ति मिलती है।
• विद्युत जनरेटर का डिज़ाइन विद्युत मोटर के डिज़ाइन के समान होता है। अधिकांश जनरेटर वैकल्पिक एसी बिजली का उत्पादन करते हैं; इसलिए उन्हें अल्टरनेटर या डायनेमो भी कहा जाता है।
  • बायोगैस का उपयोग लगभग सभी प्रकार के दहन इंजनों में ईंधन के रूप में किया जा सकता है, जैसे गैस इंजन (ओटो मोटर), डीजल इंजन, गैस टर्बाइन और स्टर्लिंग मोटर आदि।

आईसी इंजन में ईंधन के रूप में बायोगैस

• डीजल इंजन- केवल दोहरे ईंधन मोड में बायोगैस पर काम करते हैं। बायोगैस के प्रज्वलन को सुविधाजनक बनाने के लिए, बायोगैस के साथ थोड़ी मात्रा में इग्निशन गैस इंजेक्ट की जाती है।
• गैस मोटर- स्पार्क इग्निशन (ओटो सिस्टम) वाली गैस मोटर को केवल बायोगैस पर चलाया जा सकता है। व्यवहार में, इंजन को चालू करने के लिए अक्सर थोड़ी मात्रा में पेट्रोल (गैसोलीन) का उपयोग किया जाता है। इस तकनीक का उपयोग बहुत छोटे जनरेटर सेट (~ 0.5-10 किलोवाट) के साथ-साथ बड़े बिजली संयंत्रों के लिए भी किया जाता है।

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