“ก๊าซชีวภาพ (Biogas)” คือ ก๊าซที่เกิดจากมูลสัตว์ หรือสารอินทรีย์ต่างๆถูกย่อยสลาย โดยเชื้อจุรินทรีย์ในสภาพไร้ออกซิเจน(Anaerobic Digestion) ก๊าซที่เกิดขึ้นเป็นก๊าซที่ผสมกันระหว่างก๊าซมีเทน (CH4) กับก๊าซคาร์บอนไดอ๊อกไซด์ (CO2) ก๊าซไนโตรเจน (N2) ก๊าซไฮโดรเจน (H2) และก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) แต่ส่วนใหญ่แล้วประกอบด้วยก๊าซมีเทนเป็นหลัก ซึ่งทีคุณสมบัติติดไฟได้ จึงใช้เป็นพลังงานให้ความร้อน แสงสว่าง และเดินเครื่องยนต์ได้ นอกจากนั้น กระบวนการ หมักแบบไร้ออกซิเจนยังจะลดปริมาณสารอินทรีย์ในรูป COD (Chemical Oxygen Demand) และ BOD (Biogical Oxygen Demend) ที่มีอยู่ในสารหมักลงได้ 50 ‐ 70 % ซึ่งเป็นวิธีการบำบัดน้ำเสียและลดมลภาวะด้วยเทคโนโลยีก๊าซชีวภาพ ซึ่งให้ประโยชน์ถึง 3 ประการ คือ
- ให้พลังงานในรูปของก๊าซชีวภาพ
- ลดปัญหามลภาวะและสภาพแวดล้อม
- กากที่ผ่านการย่อยสลายแล้วสามารถนำไปใช้เป็นปุ๋ยอินทรีย์ในสภาพปุ๋ยน้ำ และปุ๋ยแห้ง เพื่อการปรับปรุงบำรุงดินได้ดี
ส่วนประกอบของก๊าซชีวภาพ
ก๊าซ ชีวภาพประกอบไปด้วยก๊าซหลายชนิด ส่วนใหญ่เป็นก๊าซมีเทน (CH4) 50‐70 % และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) 30‐50 % ส่วนที่เหลือเป็นก๊าซอื่นๆ เช่น แอมโมเนีย (NH3), ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) และ ไอน้ำ (H2O) เป็นต้น มีเทน เป็นก๊าซที่จุดติดไฟได้จึงสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงได้ดี และเป็นส่วนสำคัญที่ทำให้เราสามารถนำก๊าซชีวภาพไปใช้เป็น พลังงานหมุนเวียน เพื่อทดแทนเชื้อเพลิงฟอสซิลได้ ส่วนก๊าซอื่นๆ คือแอมโมเนียและไฮโดรเจนซัลไฟด์ จะมีปริมาณมาก หรือน้อยขึ้นอยู่กับสารอินทรีย์ตั้งต้นด้วยว่ามีส่วนประกอบของ ไนโตรเจน (N) และซัลเฟอร์ (S) มากน้อยเพียงใด
C, H, O, N, S >>>>>>>>>>>>> CH4 + CO2 + NH3 + H2S + H2O
ก๊าซ มีเทนบริสุทธิ์มีคุณสมบัติเบากว่าอากาศประมาณ ครึ่งหนึ่ง (น้ำหนักโมเลกุล 16.04) ละลายน้ำได้เพียงเล็กน้อย ไม่มี รส ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ส่วนก๊าซชีวภาพซึ่งเป็นก๊าซผสมอากาศ เป็นก๊าซที่มีกลิ่นเล็กน้อย ซึ่งเกิดจากก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) ทำให้ผู้ใช้บางคนไม่ชอบเอาไปหุงต้ม แต่จริงๆแล้วกลิ่นของก๊าซนี้ไม่ได้ทำให้รสชาดของอาหารมีกลิ่นเลย พอเผา ไหม้แล้วก็ระเหยไป
ค่าความหนาแน่นของก๊าซชีวภาพ จะขึ้นอยู่กับความดันและอุณหภูมิ ส่วนค่าความร้อนของก๊าซชีวภาพจะขึ้นอยู่กับเปอ เซ็นต์ของก๊าซมีเทนในก๊าซ ชีวภาพและความหนาแน่นของก๊าซชีวภาพก๊าซชีวภาพเกิดขึ้นได้อย่างไร ? ก๊าซ ชีวภาพเกิดขึ้นได้ โดยขบวนการย่อยสลายสารอินทรีย์ด้วยจุรินทรีย์ จนเกิดเป็นก๊าซชีวภาพ สารอินทรีย์ที่ใช้ในการ สร้างก๊าซชีวภาพ ได้แก่ เศษอาหารที่ย่อยไม่ได้และถูกขับออกจากร่างกายสัตว์ ซึ่งประกอบด้วยสารที่ใช้สร้างก๊าซชีวภาพ คือ
- เซลลูโลส (Cellulose)
- โปรตีน (Protein)
- ลิกนิน (Lignin)
- แป้งและน้ำตาล (Tanin)
- ไขมัน (Fit)
- กรดนิวคลีอิค (Nucleic acid)
- แอลกอฮอล (Alcohol)
ตัวการสร้างก๊าซชีวภาพ ได้แก่จุลินทรีย์บางกลุ่มจะย่อยสลายมูลสัตว์จนมีอนูเล็กลงและได้สารที่ จุลินทรีย์กลุ่มที่สร้างก๊าซมีเทน (Methanogenic bacteria) นำไปสร้างก๊าซมีเทนในที่สุด โดยมีการแบ่งออกได้ 3 ขั้นตอน คือ
ขั้นตอนที่ 1 การย่อยสลายสารอินทรีย์ (Hydrolytic stage) เป็นปฏิกริยาการย่อยสลายสารอินทรีย์ (Hydrolysis)ที่มีโมเลกุลใหญ่ เช่น คาร์โบรไฮเดรต ไขมัน โปรตีน โดยกลุ่มของแบคทีเรีย ให้เป็นโมเลกุลเล็กละลายน้ำได้ เช่น กลูโคส กรดอะมิโน กลีเซอรอล เป็นต้น ในขณะเดียวกัน ผลจากปฏิกริยา ย่อยสลายนี้ก็จะเป็นก๊าซไฮโดรเจน และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ รวมทั้งแอลกอฮอล จากนั้นปฏิกริยานี้จึงทำให้สภาพในบ่อหมักมีความเป็นกรด (ค่า pHต่ำ)และแบคทีเรียที่เจริญเติบโตได้ดีในสภาพความเป็นกรดจะทำหน้าที่ต่อไป โปรตีน กรดอะมิโน กรดอินทรีย์ ไขมัน กลีเซอลอน + กรดไขมันระเหยง่าย แอลกอฮอล คาร์โบไฮเดรต น้ำตาล ไฮโดรเจน(แป้ง) คาร์บอนไดอ๊อกไซด์
ขั้นตอนที่ 2 การสร้างกรดอะซิติก (Acetogenic Stage) การสร้างกรดอะซิติก จากกรดอินทรีย์ชนิดต่างๆโดยแบคทีเรียที่สร้างกรดอะซิติก ในขณะเดียวกันผลจากปฏิกริยานี้ก็จะทำให้เกิดก๊าซไฮโดรเจนและก๊าซคาร์บอนได อ๊อกไซด์ ที่จะปนอยู่ในก๊าซชีวภาพ กรดอินทรีย์โมเลกุลใหญ่ กรดอะซิติก+คาร์บอนไดอ๊อกไซด์ แอลกอฮอล (กรดน้ำส้มสายชู+น้ำ)
ขั้นตอนที่ 3 การสร้างก๊าซมีเทน (Methanogenic Stage) ปฏิกริยาการสร้างก๊าซมีเทนโดยแบคทีเรียชนิดที่ผลิตก๊าซมีเทน(Methane Produing หรือ Methanogenic Micro Organism) ซึ่งมีอยู่หลายชนิดและเป็นแบคทีเรียที่ต้องอยู่ในสภาวะที่ปราศจากอ๊อกซิเจน ถ้ามีอ๊อกซิเจนเพียงเล็กน้อยก็ จะทำให้แบคทีเรียพวกนี้หยุดการเจริญเติบโต ก๊าซมีเทนอาจเกิดจากปฏิกริยาระหว่างกรดอินทรีย์(ส่วนใหญ่เป็นกรดอะซิติก)กับ น้ำและคาร์บอนไดอ๊อกไซด์กับไฮโดรเจน