انرژی بیوگاز (گاززیستی) در حقیقت انرژی حاصل از تخمیر فضولات حیوانی و باقیمانده‌های گیاهی و به طور کلی ضایعات آلی است که شناخت بیشتر انرژی بیوگاز در اثر این فرآیند گازهای متان (حداکثر 70 درصد) و دی‌اکسید کربن آزاد می‌شوند. از گاز متان آزادشده در این فرآیند می‌توان در مناطق روستایی برای تامین برق یا سوخت مصرفی استفاده کرد. این پدیده حدود 200 سال پیش با مشاهده این‌که گازهای متصاعدشده از باتلاق‌ها و لجنزارها قابل اشتعال هستند، کشف شد. شاید بتوان گفت در ایران نخستین بار شیخ‌بهایی در گرم‌کردن حمام در اصفهان از این انرژی استفاده کرد. استفاده از انرژی بیوگاز به صورت متداول امروزی پس از جنگ جهانی دوم مطرح شد و کشورهای چین، هندوستان، فیلیپین، هلند، آلمان و آمریکا از جمله کشورهایی هستند که در بهره‌گیری از بیوگاز و امکان توسعه و گسترش، آن را مورد تحقیق و بررسی قرار داده‌اند. در سال‌های اخیر هدف فناوری بیوگاز از بازیابی انرژی به حفاظت محیط‌زیست تغییر یافته است. این پیشرفت در کشورهای توسعه‌یافته‌ای نظیر دانمارک و هلند که محصولات کشاورزی فراوانی دارند، بخوبی قابل مشاهده است. قدمت استفاده از بیوگاز در ایران به سه قرن قبل(استفاده از سوخت متان در حمام شیخ بهایی اصفهان) بر می‎گردد. در کشورمان ایران نیز تحقیقات گسترده‎ای در زمینه کاربرد بیوگاز در حال انجام است؛ لذا استفاده از بیوگاز چشم انداز بسیار روشنی را در آینده برای بخش انرژی کشور ترسیم می‎نماید. شناخت بیشتر انرژی بیوگاز در حال حاضر بیوگاز بعنوان یکی از منابع عمده تأمین انرژی در دنیا مطرح است و این گاز را هم بطور مستقیم در تأمین انرژی حرارتی و روشنایی و هم بعنوان یک گزینه مناسب برای استفاده در مولدهای احتراق داخلی، میکرو توربینها، پیلهای سوختی و... جهت تولید برق مورد استفاده قرار می‌دهند. فرآیند تولید بیوگاز به طور خلاصه موضوع حیوانات در شرایط بی‌هوازی گازهایی با ترکیب اصلی که اصطلاحا بیوگاز نامیده می‌شود، تولید می‌کنند. این عمل را می‌توان در شرایط کنترل شده و در دستگاهی موسوم به دستگاه تخمیرکننده یا هاضمه (Digester) انجام داد. در حال حاضر روش متداول در روستاهای کشور ما سوزاندن فضولات خشک شده است که البته با این عمل چیزی جز مقادیری خاکستر که فقط دارای مقداری املاح معدنی (فسفر، پتاس و...) است، به دست نمی‌آید و مقدار زیادی از نیتروژن و دیگر مواد مغذی آن از بین می‌رود. برای استفاده بهینه از انرژی بیوگاز، تاسیسات و تجهیزات خاصی لازم است. به طور کلی سیستم‌های تولید بیوگاز دارای 3 قسمت اصلی هستند که یا روی زمین یا زیرزمین بنا می‌شوند: 1 ـ حوضچه و کانال ورودی 2 ـ مخزن هضم‌کننده 3 ـ حوضچه و کانال خروجی شناخت بیشتر انرژی بیوگاز به طور کلی مواد آلی را در حوضچه ورودی به نسبت تقریبا مساوی با آب مخلوط می‌کنند تا رقیق شود، آن‌گاه این مواد را توسط لوله‌ای به مخزن تخمیر انتقال می‌دهند. در این مخزن با انجام فعل و انفعالات شیمیایی بی‌هوازی توسط مجموعه‌ای از باکتری‌ها عملیات تخمیر و تولید گاز متان انجام می‌گیرد و گاز حاصله از قسمت بالایی مخزن (انبازه گاز) جمع‌آوری شده و از آنجا به حوضچه و کانال خروجی منتقل می‌شود. بقایای مواد آلی پس از تخمیر به عنوان کودی مرغوب در کشاورزی مورد استفاده قرار می‌گیرد. اولین مرحله ایجاد سیستم بیوگاز احداث مخزن است که برای این عمل باید مطالعات دقیقی روی شرایط خاک و سطح آب زیرزمینی انجام شود. خاک محل مخزن باید نفوذناپذیر بوده و سفره آب زیرزمینی آن نقطه در عمق زیاد یا دارای حجم کمی باشد، همچنین محل مخزن نباید نزدیک درخت باشد تا نفوذ ریشه‌های درخت باعث ترک برداشتن یا شکستن دیواره آن شود. انرژی بیوگاز (گاززیستی) در حقیقت انرژی حاصل از تخمیر فضولات حیوانی و باقیمانده‌های گیاهی و به طور کلی ضایعات آلی است که در اثر این فرآیند گازهای متان (حداکثر 70 درصد) و دی‌اکسید کربن آزاد می‌شوند. مهم‌ترین موضوعی که در تولید بیوگاز مطرح است، تغییرات درجه حرارت طی شبانه‌روز است زیرا باکتری‌های بی‌هوازی نسبت به تغییرات درجه حرارت بسیار حساس هستند. بنابراین میزان تغییرات درجه حرارت نباید از 5 درجه سانتی‌گراد بیشتر باشد. مساله مهم دیگر تغییرات ph است. در ابتدای راه‌اندازی سیستم ph حالت بازی دارد و بتدریج حالت اسیدی پیدا می‌کند. ترکیب مواد اولیه (نوع مواد و گیاهانی که در تغذیه حیوانات مورد استفاده قرار می‌گیرد)‌ نیز دارای اهمیت زیادی است. هرقدر مواد اولیه از لحاظ مواد پروتئینی و دیگر مواد مغذی غنی‌تر باشد، شروع فعالیت در سیستم سریع‌تر و میزان گاز تولیدی بیشتر می‌شود. استفاده از بیوگاز در زندگی روزمره می‌تواند فایده‌های زیر را به دنبال داشته باشد: شناخت بیشتر انرژی بیوگاز ** بیوگاز به عنوان یک منبع انرژی محلی و تجدید شونده ** بهبود وضعیت ایمنی صنعتی و خانگی، همچنین سودآور بودن آن ** بهبود وضعیت کیفیت هوا و کاهش بوهای نامطبوع ** کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای دشمن لایه ازون ** رشد اقتصادی و تضمین منبع انرژی ** جمع آوری مواد زاید و حیوانی در یک نقطه و جلوگیری از پراکندگی آنها در محیط اطراف ** استفاده از بیومس تولیدی به عنوان کود سالم و مطمئن در کشاورزی کاربردهای انرژی بیو گاز گاز حاصل از فرآیند تولید بیوگاز بی‌رنگ، بی‌بو و در حین سوختن بدون دود است. از انرژی بیوگاز در موارد گوناگونی استفاده می‌شود. ایجاد حرارت: یک مترمکعب بیوگاز حدود 6500 ـ5200 کیلوکالری انرژی آزاد می‌کند و یک مترمکعب بیوگاز برای پخت 3 وعده غذایی یک خانواده 6 نفره کافی است. سوخت مکمل برای موتورهای احتراق داخلی: بیوگاز می‌تواند به عنوان جایگزین مواد سوختی مانند بنزین و گازوئیل در موتورها به کار برود. در عملیاتی مانند کشیدن آب از چاه‌ها، در دستگاه‌های شالیکوبی، آسیاب‌ها و... می‌توان از این منابع انرژی در موتورها استفاده کرد. تولید نیروی برق: از انرژی بیوگاز مانند اغلب انرژی‌ها می‌توان در تولید الکتریسیته استفاده کرد. مواد اولیه صنایع شیمیایی: بیوگاز دارای حدود 65 درصد متان و 35 درصد دی‌اکسیدکربن است که این گازها می‌تواند به عنوان مواد اولیه در تولیدفرآورده‌های شیمیایی به کار رود. شناخت بیشتر انرژی بیوگاز به عنوان مثال از این گازها برای ساختن سیلیکات‌های اکسی، حلال‌های مختلف، خنک‌کننده‌ها، حشره‌کش‌ها، دی‌کلرومتان (ماده اولیه برای تولید مواد پاک‌کننده چربی‌ها)‌، مواد با قابلیت نفوذ بالا، فیلم‌های عکاسی و.... استفاده کرد. تولید کود اکسی: پس از انجام عمل تخمیر و تولید بیوگاز، فضولات باقیمانده به عنوان کود غنی و مناسب برای کشاورزی به کار می‌روند. این کود برخلاف کودهای حیوانی تازه، فاقد بو بوده و آلودگی محیط‌زیست را به دنبال ندارد، حجم کمتری اشغال می‌کند، بذر علف‌های هرز و انگل‌های جانوری آن از بین می‌رود و هیچ جاذبه‌ای برای رشد پشه و مگس و سایر آفات ندارد. شناخت بیشتر انرژی بیوگاز کمک به بهداشت محیط‌زیست: یکی از نکات مثبت دیگر استفاده از این انرژی به وجود آمدن محیط بهداشتی و سالم، آلوده نشدن آب‌های مصرفی و جلوگیری از شیوع بیماری‌های انگلی در مکان‌های مورد استفاده است. کمک به حفظ پوشش گیاهی: با تولید بیوگاز سوخت مورد نیاز انسان تامین شده و دیگر نیازی به قطع درختان و پوشش گیاهی نیست. از عواملی که باعث می‌شوند استفاده از انرژی بیوگاز زیان‌آور باشد می‌توان به مواردی همچون کار با سیستم بیوگاز توسط افراد غیرمتخصص و بی‌تجربه و اسیدی‌شدن خاک‌های منطقه اشاره کرد که البته با برنامه‌ریزی در زمان معین و صرف هزینه‌های لازم قابل جبران هستند. منبع: تبیان - مریم نایب زاده

بیوشیمی - زیست شیمی ● دید کلی
اساس شیمیایی بسیاری از واکنشها در جانداران شناخته شده است. کشف ساختمان دو رشته‌ای دزاکسی ریبونوکلییک اسید (DNA)، جزییات سنتز پروتیین از ژن ها، مشخص شدن ساختمان سه بعدی و مکانیسم فعالیت بسیاری از مولکولهای پروتیینی، روشن شدن چرخه‌های مرکزی متابولیسم وابسته بهم و مکانیسم های تبدیل انرژی و گسترش فناوری Recombinant DNA (نوترکیبی DNA) از دستاوردهای برجسته زیست‌شیمی هستند. امروزه مشخص شده که الگو و اساس مولکولی باعث تنوع جانداران شده است.
تمامی ارگانیسم ها از باکتری ها مانند اشرشیاکلی تا انسان، از واحدهای ساختمانی یکسانی که به صورت ماکرومولکول ها تجمع می‌یابند، تشکیل یافته‌اند. انتقال اطلاعات ژنتیکی از DNA به ریبونوکلییک اسید (RNA) و پروتیین در تمامی جانداران به صورت یکسان صورت می‌گیرد. آدنوزین تری فسفات (ATP)، فرم عمومی انرژی در سیستم های زیستی، از راه های مشابهی در تمامی جانداران تولید می‌شود.
● تاثیر زیست‌شیمی در پزشکی
مکانیسم های مولکولی بسیاری از بیماریها، از قبیل بیماری کم خونی و اختلالات ارثی متابولیسم، مشخص شده است. اندازه گیری فعالیت آنزیمها در تشخیص کلینیکی ضروری می‌باشد. برای مثال، سطح بعضی از آنزیمها در سرم نشانگر این است که آیا بیمار اخیرا سکته قلبی کرده است یا نه؟بررسی DNAدر تشخیص ناهنجاریهای ژنتیکی، بیماریهای عفونی و سرطانها نقش مهمی ایفا می‌‌کند. سوشهای باکتریایی حاوی DNA نوترکیب که توسط مهندسی ژنتیک ایجاد شده است، امکان تولید پروتیینهایی مانند انسولین و هورمون رشد را فراهم کرده است. به علاوه، زیست‌شیمی اساس علایم داروهای جدید خواهد بود. در کشاورزی نیز از فناوری DNA نوترکیب برای تغییرات ژنتیکی روی ارگانیسمها استفاده می‌شود.
گسترش سریع علم و تکنولوژی زیست‌شیمی در سالهای اخیر، پژوهشگران را قادر ساخته که به بسیاری از سوالات و اشکالات اساسی در مورد زیست‌شناسی و علم پزشکی پاسخ بدهند. چگونه یک تخم حاصل از لقاح گامت های نر و ماده به سلول های ماهیچه‌ای، مغز و کبد تبدیل می‌شود؟ به چه صورت سلول ها با همدیگر به صورت یک اندام پیچیده درمی‌آیند؟ چگونه رشد سلولها کنترل می‌شود؟ علت سرطان چیست؟ سازوکار حافظه کدام است؟ اساس مولکولی روان‌گسیختگی (شیزوفرنی) چیست؟
● مدلهای مولکولی ساختمان سه بعدی
وقتی ارتباط سه بعدی بیومولکولها و نقش بیولوژیکی آنها را بررسی می‌کنیم، سه نوع مدل اتمی برای نشان دادن ساختمان سه بعدی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
مدل فضاپرکن (Space _ Filling) این نوع مدل، خیلی واقع بینانه و مصطلح است. اندازه و موقعیت یک اتم در مدل فضا پرکن بوسیله خصوصیات باندها و شعاع پیوندهای واندروالسی مشخص می‌شود. رنگ مدلهای اتم طبق قرارداد مشخص می‌شود. مدل گوی و میله (ball _ and _ Stick) این مدل به اندازه مدل فضا پرکن، دقیق و منطقی نیست. برای اینکه اتمها به صورت کروی نشان داده شده و شعاع آنها کوچکتر از شعاع واندروالسی است.
مدل اسکلتی (Skeletal) ساده‌ترین مدل مورد استفاده است و تنها شبکه مولکولی را نشان می‌دهد و اتمها به وضوح نشان داده نمی‌شوند. این مدل، برای نشان دادن ماکرومولکولهای بیولوژیکی از قبیل مولکولهای پروتیینی حاوی چندین هزار اتم مورد استفاده قرار می‌گیرد. فضا در نشان دادن ساختمان مولکولی، بکار بردن مقیاس اهمیت زیادی دارد. واحد آنگستروم، بطور معمول برای اندازه‌گیری طول سطح اتمی مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای مثال، طول باند C _ C، مساوی ۱،۵۴ آنگستروم می‌باشد. بیومولکولهای کوچک، از قبیل کربوهیدراتها و اسیدهای آمینه، بطور تیپیک، طولشان چند آنگستروم است. ماکرومولکولهای بیولوژیکی، از قبیل پروتیینها، ۱۰ برابر بزرگتر هستند. برای مثال، پروتیین حمل کننده اکسیژن در گلبولهای قرمز یا هموگلوبین، دارای قطر ۶۵ آنگستروم است. ماکرومولکولهای چند واحدی ۱۰ برابر بزرگتر می‌باشند.
ماشینهای سنتز کننده پروتیین در سلولها یا ریبوزومها، دارای ۳۰۰ آنگستروم طول هستند. طول اکثر ویروسها در محدوده ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ آنگستروم است. سلولها بطور طبیعی ۱۰۰ برابر بزرگتر هستند و در حدود میکرومتر (&#۹۵۶;m) می‌باشند. برای مثال قطر گلبولهای قرمز حدود ۷m است. میکروسکوپ نوری حداقل تا ۲۰۰۰ آنگستروم قابل استفاده است. مثلا میتوکندری را می‌توان با این میکروسکوپ مشاهده کرد. اما اطلاعات در مورد ساختمانهای بیولوژیکی از مولکولهای ۱ تا آنگستروم با استفاده از میکروسکوپ الکترونی X-ray بدست آمده است. مولکولهای حیات ثابت می‌باشند.
● زمان لازم برای انجام واکنشهای زیست‌شیمیایی
واکنش‌های شیمیایی در سامانه‌های زیستی به وسیله آنزیمها کاتالیز می‌شوند. آنزیمها سوبستراها را در مدت میلی ثانیه به محصول تبدیل می‌کنند. سرعت بعضی از آنزیمها حتی سریعتر نیز می‌باشد، مثلا کوتاهتر از چند میکروثانیه. بسیاری از تغییرات فضایی در ماکرومولکولهای بیولوژیکی به سرعت انجام می‌گیرد. برای مثال، باز شدن دو رشته هلیکسی DNA از همدیگر که برای همانندسازی و رونویسی ضروری است، یک میکروثانیه طول می‌کشد. جابجایی یک واحد (Domain) از پروتیین با حفظ واحد دیگر، تنها در چند نانوثانیه اتفاق می‌افتد. بسیاری از پیوندهای غیر کووالان مابین گروههای مختلف ماکرومولکولی در عرض چند نانوثانیه تشکیل و شکسته می‌شوند. حتی واکنشهای خیلی سریع و غیر قابل اندازه گیری نیز وجود دارد. مشخص شده است که اولین واکنش در عمل دیدن، تغییر در ساختمان ترکیبات جذب کننده فوتون به نام رودوپسین می‌باشد که در عرض اتفاق می‌افتد.
انرژی ما بایستی تغییرات انرژی را به حوادث مولکولی ربط دهیم. منبع انرژی برای حیات، خورشید است. برای مثال، انرژی فوتون سبز، حدود ۵۷ کیلوکالری بر مول (Kcal/mol) بوده و ATP، فرمول عمومی انرژی، دارای انرژی قابل استفاده به اندازه ۱۲ کیلوکالری بر مول می‌باشد. برعکس، انرژی متوسط هر ارتعاش آزاد در یک مولکول، خیلی کم و در حدود ۰،۶ کیلوکالری بر مول در ۲۵ درجه سانتیگراد می‌باشد. این مقدار انرژی، خیلی کمتر از آن است که برای تجزیه پیوندهای کووالانسی مورد نیاز است، (برای مثال ۸۳Kcal/mol برای پیوند C _ C). بدین خاطر، شبکه کووالانسی بیومولکولها در غیاب آنزیمها و انرژی پایدار می‌باشد. از طرف دیگر، پیوندهای غیر کووالانسی در سیستمهای بیولوژیکی بطور تیپیک دارای چند کیلوکالری انرژی در هر مول می‌باشند. بنابراین انرژی حرارتی برای ساختن و شکستن آنها کافی است. یک واحد جایگزین در انرژی، ژول می‌باشد که برابر ۰،۲۳۹ کالری است.
● ارتباطات قابل بازگشت بیومولکولها
ارتباطات قابل برگشت بیومولکولها از سه نوع پیوند غیر کووالانسی تشکیل شده است. ارتباطات قابل برگشت مولکولی، مرکز تحرک و جنبش موجود زنده است. نیروهای ضعیف و غیر کووالان نقش کلیدی در رونویسی DNA، تشکیل ساختمان سه بعدی پروتیینها، تشخیص اختصاصی سوبستراها بوسیله آنزیمها و کشف مولکولهای سیگنال ایفا می‌کنند. به علاوه، اکثر مولکولهای زیستی و فرآیندهای درون‌مولکولی، بستگی به پیوندهای غیر کووالانی همانند پیوندهای کووالانی دارند. سه پیوند اصلی غیر کووالان عبارت است از: پیوندهای الکترواستاتیک، پیوندهای هیدروژنی و پیوندهای واندروالسی آنها از نظر ژیومتری، قدرت و اختصاصی بودن با هم تفاوت دارند. علاوه از آن، این پیوندها به مقدار زیادی از طرق مختلف در محلولها تحت تاثیر قرار می‌گیرند.