Отримання біогазу. Основи теорії

06.09.2023

Одне із завдань, яке доводиться вирішувати у сільському господарстві — утилізація гною та рослинних відходів. І це досить серйозна проблема, яка потребує постійної уваги. На утилізацію витрачаються не лише час та сили, а й пристойні суми. Сьогодні є, як мінімум, один спосіб, що дозволяє цей головний біль перетворити на статтю доходу: переробка гною в біогаз. В основі технології лежить природний процес розкладання гною і рослинних залишків за рахунок бактерій, що містяться в них. Все завдання у створенні особливих умов для найбільш повного розкладання. Ці умови – відсутність доступу кисню та оптимальна температура (40-50 o C).

Усі знають, як найчастіше утилізують гній: складають у купи, потім після ферментації вивозять на поля. У цьому випадку газ, що утворився, виділяється в атмосферу, туди ж летить і 40% азоту, що міститься у вихідній речовині, і більша частина фосфору. Добриво, що виходить в результаті, далеко не ідеально.

Для отримання біогазу необхідно, щоб процес розкладання гною проходив без доступу кисню, у закритому обсязі. В цьому випадку і азот, і фосфор залишаються в залишковому продукті, а газ накопичиться у верхній частині ємності, звідки його легко викачати. Виходять два джерела прибутку: безпосередньо газ та ефективне добриво. Причому добриво вищої якості і безпечне на 99%: більша частина хвороботворних мікроорганізмів і яйця гельмінтів гинуть, насіння, що міститься в гною, бур'янів втрачають схожість. Існують навіть лінії з розфасовки цього залишку.

Друга обов'язкова умова процесу переробки гною в біогаз — підтримання оптимальної температури. Бактерії, що містяться в біомасі, при низьких температурах малоактивні. Вони починають діяти при температурі середовища від +30 o C. Причому в гною містяться бактерії двох типів:

Термофільні установки з температурою від +43 o C до +52 o C є найефективнішими: у них гній обробляється 3 дні, на виході з 1 літра корисної площі біореактора виходить до 4,5 літрів біогазу (це максимальний вихід). Але на підтримку температури +50 o C потрібні значні витрати енергії, що не в кожному кліматі рентабельно. Тому найчастіше біогазові установки працюють на мезофільних температурах. У цьому випадку час переробки може становити 12-30 днів, вихід - приблизно 2 літри біогазу на 1 літр об'єму біореактора.

Склад газу змінюється в залежності від сировини та умов переробки, але приблизно він наступний: метан - 50-70%, двоокис вуглецю - 30-50%, а також міститься невелика кількість сірководню (менше 1%) і зовсім невелика кількість аміаку, водню та сполук азоту. Залежно від конструкції установки в біогазі можуть утримуватися в значній кількості пари води, що вимагатиме їхнього осушення (інакше він просто не горітиме). Як виглядає промислове встановлення продемонстровано у відео.

Це можна сказати цілий завод із вироблення газу. Але для приватного обійстя або невеликої ферми такі обсяги ні до чого. Найпростішу біогазову установку легко зробити своїми руками. Але питання: «Куди далі направляти біогаз?» Теплота згоряння в результаті газу від 5340 ккал/м3 до 6230 ккал/м3 (6,21 - 7,24 кВт.ч/м3). Тому його можна подавати на газовий котел для вироблення тепла (опалення та гаряча вода), або на установку з вироблення електрики, газову піч і т.д. Ось як використовує гній від перепелиної ферми Володимир Рашин — конструктор біогазової установки.

Виходить, що маючи бодай якусь більш-менш пристойну кількість худоби та птиці, можна повністю забезпечити потреби свого господарства в теплі, газі та електриці. А якщо встановити на автомобілі газові установки, то паливом для автопарку. Враховуючи, що частка енергоносіїв у собівартості продукції 70-80% ви зможете лише на біореакторі заощадити, а потім і заробити багато грошей. Нижче наведено скріншот економічного розрахунку рентабельності біогазової установки для невеликого господарства (станом на вересень 2014 року). Господарство дрібним не назвеш, але й не велике однозначно. Просимо вибачення за термінологію – це авторський стиль.

Це приблизний розклад необхідних витрат та можливих доходів Схеми саморобних біогазових установок

Схеми саморобних біогазових установок

Найпростіша схема біогазової установки – це герметична ємність – біореактор, у який зливається підготовлена жижа. Відповідно є люк завантаження гною та люк вивантаження переробленої сировини.

Найпростіша схема біогазової установки без «наворотів»

Місткість заповнюється субстратом не повністю: 10-15% обсягу має залишатися вільним для збирання газу. У кришку бака вбудовується труба відведення газу. Так як в отриманому газі міститься досить велика кількість водяної пари, горіти в такому вигляді він не буде. Тому потрібно його для осушення пропустити через гідрозатвор. У цьому нехитрому пристрої більша частина водяної пари сконденсується, і газ вже добре горітиме. Потім газ бажано очистити від негорючого сірководню і лише потім його можна подавати в газгольдер — ємність для збирання газу. А звідти вже можна розводити до споживачів: подавати на казан або газову піч. Як зробити фільтри для біогазової установки своїми руками дивіться у відео.

Великі промислові установки розміщують на поверхні. І це, в принципі, зрозуміло — надто великі обсяги земельних робіт. Але у невеликих господарствах чашу бункера закопують у землю. Це по-перше, дозволяє знизити витрати на підтримку необхідної температури, а по-друге, на приватному обійсті і так достатньо будь-яких пристроїв.

Ємність можна взяти готову, або у викопаному котловані зробити із цегли, бетону тощо. Але доведеться в цьому випадку подбати про герметичність і непрохідність повітря: процес анаеробний - без доступу повітря, тому необхідно створити непроникний для кисню прошарок. Спорудження виходить багатошаровим та виготовлення такого бункера тривалий та витратний процес. Тому дешевше та простіше закопати готову ємність. Раніше це обов'язково були металеві бочки, часто з нержавіючої сталі. Сьогодні з появою на ринку ємностей із ПВХ можна використовувати їх. Вони хімічно нейтральні, мають низьку теплопровідність, тривалий термін експлуатації, і коштують у рази дешевше за нержавіючі.

Але описана вище біогазова установка матиме малу продуктивність. Для активізації процесу переробки необхідне активне перемішування маси, що у бункері. В іншому випадку на поверхні або в товщі субстрату утворюється кірка, яка уповільнює процес розкладання, газу на виході виходить менше. Перемішування проводиться у будь-який доступний спосіб. Наприклад, таким, як показано у відео. Привід при цьому можна зробити будь-хто.

Є ще один спосіб перемішування шарів, але немеханічний — барбітація: газ під тиском, що виробляється, подають у нижню частину ємності з гноєм. Піднімаючись вгору, бульбашки газу розбиватимуть кірку. Оскільки подається той самий біогаз, то жодних змін умов переробки не буде. Також цей газ не можна вважати витратою – він знову потрапить у газгольдер.

Як говорилося вище, для хорошої продуктивності потрібна підвищена температура. Щоб не особливо витрачатися на підтримку цієї температури, необхідно подбати про утеплення. Якого типу утеплювач вибирати, звичайно, справа ваша, але сьогодні найоптимальніший - пінополістирол. Він не боїться води, не уражається грибками та гризунами, має тривалий термін експлуатації та відмінні показники теплоізоляції.

Форми біореактора можуть бути різні, але найчастіше зустрічається циліндрична. Вона неідеальна з погляду складності перемішування субстрату, але використовується частіше, тому що у людей накопичений великий досвід побудови подібних ємностей. А якщо такий циліндр розділити перегородкою, то можна використовувати їх як два окремі резервуари, в яких процес зміщений за часом. При цьому в перегородку можна вбудувати нагрівальний елемент, таким чином вирішивши проблему підтримання температури одразу у двох камерах.

У найпростішому варіанті саморобні біогазові установки - це прямокутної форми яма, стінки якої виготовлені з бетону, а для герметичності оброблені шаром склопластику та поліефірної смоли. Така ємність забезпечується кришкою. Вона вкрай незручна в експлуатації: важко реалізується і підігрів, перемішування і відведення збродливої маси, домогтися повної переробки та високої ефективності неможливо.

Трохи краще справи з траншейними біогазовими установками переробки гною. Вони мають скошені краї, що полегшує завантаження свіжого гною. Якщо зробити дно під ухилом, то в один бік самопливом буде зміщуватися маса, що збродила, і відбирати її буде простіше. У таких установках необхідно передбачити теплоізоляцію не тільки стінок, та й кришки. Подібна біогазова установка власноруч реалізується нескладно. Але повної переробки та максимальної кількості газу в ній не досягти. Навіть за умови підігріву.

З основними технічними питаннями розбиралися, і ви знаєте кілька способів, як побудувати установку отримання біогазу з гною. Залишилися технологічні аспекти.

Що можна переробляти і як досягти хороших результатів

У гною будь-якої тварини є необхідні для її переробки організми. Було виявлено, що в процесі зброджування та вироблення газу бере участь більше тисячі різних мікроорганізмів. Найважливішу роль у цьому грають метанобразующие. Також вважається, що всі ці мікроорганізми в оптимальних пропорціях перебувають у гною ВРХ. У всякому разі, при переробці цього виду відходів у поєднанні з рослинною масою виділяється найбільша кількість біогазу. У таблиці наведено усереднені дані щодо найпоширеніших видів сільськогосподарських відходів. Зверніть увагу, що таку кількість газу на виході можна отримати за ідеальних умов.

Для хорошої продуктивності потрібно підтримувати певну вологість субстрату: 85-90%. Але воду при цьому потрібно використовувати не містить сторонніх хімічних речовин. Негативно на процеси впливають розчинники, антибіотики, миючі засоби та ін. Також для нормального перебігу процесу в жижі не повинні бути великі фрагменти. Максимальні розміри фрагментів: 1*2 см, краще дрібніші. Тому якщо ви плануєте додавати рослинні інгредієнти, необхідно їх подрібнювати.

Важливо для нормальної переробки субстраті підтримувати оптимальний рівень рН: у межах 6,7-7,6. Зазвичай середовище має нормальну кислотність, і лише зрідка кислотоутворюючі бактерії розвиваються швидше за метанобразующие. Тоді середовище стає кислим, вироблення газу знижується. Для досягнення оптимального значення субстрат додають звичайне вапно або соду.

Тепер трохи про час, який потрібний на переробку гною. Загалом час залежить від створених умов, але перший газ може почати надходити вже на третю добу після початку зброджування. Найбільш активно газоутворення відбувається при розкладанні гною на 30-33%. Щоб можна було орієнтуватися за часом, скажімо, що за два тижні субстрат розкладається на 20-25%. Тобто оптимально переробка має тривати місяць. В цьому випадку і добриво виходить найякіснішим.

Розрахунок обсягу бункера для переробки

Для невеликих господарств оптимальною є установка постійної дії - це коли свіжий гній надходить невеликими порціями щодня і такими ж порціями видаляється. Для того щоб процес не порушувався частка щодобового завантаження не повинна перевищувати 5% від обсягу, що переробляється.

Саморобні установки з переробки гною на біогаз — не вершина досконалості, але досить ефективні

Виходячи з цього, ви легко визначите необхідний об'єм резервуара для саморобної біогазової установки. Вам потрібно добовий обсяг гною з вашого господарства (вже в розведеному стані з вологістю 85-90%) помножити на 20 (це для мезофільних температур, термофільних доведеться множити на 30). До отриманої цифри потрібно додати ще 15-20% - вільний простір для збирання біогазу під куполом. Основний параметр ви знаєте. Всі подальші витрати та параметри системи залежать від того, яка схема біогазової установки обрана для реалізації і як ви все робитимете. Цілком можна обійтися підручними матеріалами, а можна замовити установку «під ключ». Заводські розробки обійдеться від 1,5 млн. євро, установки від «Кулібіних» будуть дешевшими.

Юридичне оформлення

Узгоджувати установку доведеться із СЕС, газовою інспекцією та пожежниками. Вам знадобляться:

Технологічна схема встановлення.
План розміщення обладнання та складових із прив'язкою самої установки, місцем встановлення теплового агрегату, місця прокладання трубопроводів та енергомагістралей, підключення насоса. На схемі мають бути позначені громовідведення та під'їзні шляхи.
Якщо установка перебуватиме в приміщенні, то необхідний також буде план вентиляції, яка забезпечуватиме не менш ніж восьмиразовий обмін повітря в приміщенні.

Як бачимо, без бюрократії тут не обійтися.

Насамкінець трохи про продуктивність установки. У середньому за добу біогазова установка видає обсяг газу вдвічі, що перевищує корисний обсяг резервуара. Тобто, 40 м 3 гноївки дадуть на добу 80 м 3 газу. Приблизно 30% піде на забезпечення самого процесу (головна стаття витрат – підігрів). Тобто. на виході ви отримаєте 56 м 3 біогазу на день. Для покриття потреб сім'ї із трьох осіб та на опалення середнього за розмірами будинку потрібно за статистикою 10 м 3 . У чистому залишку у вас 46 м3 на день. І це при невеликій установці.

Підсумки

Вклавши деяку кількість коштів у пристрій біогазової установки (своїми руками або під ключ), ви не тільки забезпечите власні потреби та потреби в теплі та газі, але й зможете продавати газ, а також високоякісні добрива, що виходять в результаті переробки.

Технологія виробництва біогазу. Сучасні тваринницькі комплекси забезпечують одержання високих виробничих показників. Застосовувані технологічні рішення дозволяють повністю дотримуватись вимог діючих санітарно-гігієнічних норм у приміщеннях самих комплексів.

Проте, великі кількості рідкого гною, сконцентровані в одному місці, створюють значні проблеми для екології прилеглих до комплексу територій. Наприклад, свіжий свинячий гній і послід відносяться до відходів, що мають 3-й клас небезпеки. Екологічні питання знаходяться на контролі наглядових органів, вимоги законодавства з цих питань постійно посилюються.

Біокомплекс пропонує комплексне рішення щодо утилізації рідкого гною, яке включає прискорену переробку в сучасних біогазових установках (БДУ). У процесі переробки, в прискореному режимі протікають природні процеси розкладання органіки з виділенням газу, що включає: метан, СО2, сірку і т.д. Тільки газ не виділяється в атмосферу, викликаючи парниковий ефект, а направляється в спеціальні газогенераторні (когенераційні) установки, які виробляють електричну та теплову енергію.

Біогаз - горючий газ, що утворюється при анаеробному метановому зброджуванні біомаси і складається переважно з метану (55-75%), двоокису вуглецю (25-45%) та домішок сірководню, аміаку, оксидів азоту та інших (менше 1%).

Розкладання біомаси відбувається внаслідок хіміко-фізичних процесів та симбіотичної життєдіяльності 3-х основних груп бактерій, при цьому продукти метаболізму одних груп бактерій є продуктами харчування інших груп у певній послідовності.

Перша група – гідролізні бактерії, друга – кислотоутворюючі, третя – метаноутворюючі.

Як сировина для біогазу можуть використовуватися як органічні агропромислові або побутові відходи, так і рослинна сировина.

Найбільш поширеними видами відходів АПК, що використовуються для виробництва біогазу, є:

гній свиней та ВРХ, послід птиці;
залишки з кормового столу комплексів ВРХ;
бадилля овочевих культур;
некондиційний урожай злакових та овочевих культур, цукрових буряків, кукурудзи;
жом та меляса;
борошно, дробина, дрібне зерно, зародки;
дробина пивна, солодові паростки, білковий відстій;
відходи крохмало-патокового виробництва;
вичавки фруктові та овочеві;
сироватка;
та ін.

Джерело сировини	Вид сировини	Кількість сировини на рік, м3 (тн.)	Кількість біогазу, м3
1 дійна корова	Рідкий безпідстильний гній
1 свиня на відгодівлі	Рідкий безпідстильний гній
1 бичок на відгодівлі	Підстилковий твердий гній
1 кінь	Підстилковий твердий гній
100 курей	Сухий послід
1 га ріллі	Свіжий силос кукурудзи
1 га ріллі	Цукровий буряк
1 га ріллі	Свіжий силос із зернових культур
1 га ріллі	Свіжий силос із трави

Кількість субстратів (видів відходів), що використовуються для виробництва біогазу в межах однієї біогазової установки (БДУ), може змінюватись від одного до десяти і більше.

Біогазові проекти в агропромисловому секторі можуть бути створені за одним із таких варіантів:

виробництво біогазу з відходів окремого підприємства (наприклад, гною тваринницької ферми, жому цукрового заводу, барди спиртового заводу);
виробництво біогазу на основі відходів різних підприємств, з прив'язкою проекту до окремого підприємства або окремо розташованої централізованої БДУ;
виробництво біогазу з переважним використанням енергетичних рослин на окремо розташованих БДУ.

Найбільш поширеним способом енергетичного використання біогазу є спалювання в газопоршневих двигунах у складі міні-ТЕЦ, з виробництвом електроенергії та тепла.

Існують різні варіанти технологічних схем біогазових станцій- Залежно від типів і кількості видів застосовуваних субстратів. Використання попередньої підготовки, у ряді випадків, дозволяє досягти збільшення швидкості та ступеня розпаду сировини в біореакторах, а, отже, збільшення загального виходу біогазу. У разі застосування декількох субстратів, що відрізняються властивостями, наприклад, рідких і твердих відходів, їх накопичення, попередня підготовка (поділ на фракції, подрібнення, підігрів, гомогенізація, біохімічна або біологічна обробка тощо) проводиться окремо, після чого вони або змішуються перед подачею в біореактори, або подаються роздільними потоками.

Основними структурними елементами схеми типової біогазової установки є:

система прийому та попередньої підготовки субстратів;
система транспортування субстратів у межах встановлення;
біореактори (ферментери) із системою перемішування;
система обігріву біореакторів;
система відведення та очищення біогазу від домішок сірководню та вологи;
накопичувальні ємності збродженої маси та біогазу;
система програмного контролю та автоматизації технологічних процесів.

Технологічні схеми БДУ бувають різними залежно від виду і числа субстратів, що переробляються, від виду і якості кінцевих цільових продуктів, від того чи іншого використовуваного «ноу-хау» компанії постачальника технологічного рішення, та ряду інших факторів. Найбільш поширеними на сьогоднішній день є схеми з одноступеневим зброджуванням кількох видів субстратів, одним із яких зазвичай є гній.

З розвитком біогазових технологій технічні рішення, що застосовуються, ускладнюються у бік двоступінчастих схем, що в ряді випадків обґрунтовано технологічною необхідністю ефективної переробки окремих видів субстратів та підвищенням загальної ефективності використання робочого обсягу біореакторів.

Особливістю виробництва біогазуі те, що може вироблятися метановими бактеріями лише з абсолютно сухих органічних речовин. Тому завданням першого етапу виробництва є створення суміші субстрату, який має підвищений вміст органічних речовин, і в той же час може перекачуватися насосами. Це субстрат із вмістом сухих речовин 10-12%. Рішення досягається шляхом виділення зайвої вологи за допомогою шнекових сепараторів.

Рідкий гній надходить з виробничих приміщень в резервуар, гомогенізується за допомогою занурювальної мішалки, і насосом подається в цех поділу на шнекові сепаратори. Рідка фракція накопичується в окремому резервуарі. Тверда фракція завантажується у пристрій подачі твердої сировини.

Відповідно до графіка завантаження субстрату в ферментер, за розробленою програмою періодично включається насос, що подає рідку фракцію ферментер і одночасно включається завантажувач твердої сировини. Як варіант, рідка фракція може подаватися в завантажувач твердої сировини, що має функцію перемішування, і потім готова суміш подається в ферментер за розробленою програмою завантаження. Включення бувають нетривалими. Це зроблено, щоб не допустити надмірного надходження органічного субстрату в ферментер, оскільки це може порушити баланс речовин і викличе дестабілізацію процесу ферментер. Одночасно включаються також насоси, що перекачують дигестат з ферментера до доброжувача і з доброживателя в накопичувач дигестату (лагуну), щоб не допустити переповнення ферментера та доброжувача.

Маси дигестату, що знаходяться в ферментері і доброжителі, перемішуються для забезпечення рівномірного розподілу бактерій по всьому об'єму ємностей. Для перемішування використовують тихохідні мішалки спеціальної конструкції.

У процесі перебування субстрату у ферментері, бактеріями виділяється до 80% всього біогазу, що виробляється БДУ. У доброжителі виділяється частина біогазу, що залишилася.

Важливу роль у забезпеченні стабільної кількості біогазу, що виділяється, відіграє температура рідини всередині ферментера і доброживателя. Як правило, процес протікає в мезофільному режимі з температурою 41-43С. Підтримка стабільної температури досягається застосуванням спеціальних трубчастих нагрівачів усередині ферментерів та доброживачів, а також надійною теплоізоляцією стін та трубопроводів. Біогаз, що виходить із дигестату, має підвищений вміст сірки. Очищення біогазу від сірки проводиться за допомогою спеціальних бактерій, що заселяють поверхню утеплювача, покладеного на дерев'яне балкове склепіння всередині ферментерів та доброжителів.

Накопичення біогазу здійснюється в газгольдері, який утворюється між поверхнею дигестату і еластичним міцним матеріалом, що покриває ферментер і доброжувач зверху. Матеріал має здатність сильно розтягуватися (без зменшення міцності), що накопичення біогазу значно збільшує ємність газгольдера. Для запобігання переповненню газгольдера та розриву матеріалу є запобіжний клапан.

Далі біогаз надходить у когенераційну установку. Когенераційна установка (КГУ) є блоком, в якому здійснюється вироблення електричної енергії генераторами, привод яких здійснюють газопоршневі двигуни, що працюють на біогазі. Когенератори, що працюють на біогазі, мають конструктивні відмінності від звичайних газогенераторних двигунів, оскільки біогаз є сильно збідненим паливом. Електрична енергія, що виробляється генераторами, забезпечує живлення електрообладнання самої БДУ, а все понад це відпускається прилеглим споживачам. Енергія рідини, що йде на охолодження когенераторів і є тепловою енергією, що виробляється за мінусом втрат в бойлерних пристроях. Теплова енергія, що виробляється, частково йде на обігрів ферментерів і доброжителів, а частина, що залишилася, - також направляється в поблизу лежачих споживачів. надходить у

Можна встановити додаткове обладнання для очищення біогазу до рівня природного газу, проте це дороге обладнання та його застосовують лише якщо метою БДУ є не виробництво теплової та електричної енергії, а виробництво палива для газопоршневих двигунів. Апробованими і найбільш застосовуваними технологіями очищення біогазу є водна абсорбція, адсорбція на носії під тиском, хімічне осадження та мембранний поділ.

Енергетична ефективність роботи БДУ багато в чому залежить як від обраної технології, матеріалів та конструкції основних споруд, так і від кліматичних умов у районі їхнього розташування. Середнє споживання теплової енергії на підігрів біореакторів у помірному кліматичному поясі дорівнює 15-30% енергії, що виробляється когенераторами (брутто).

Загальна енергетична ефективність біогазового комплексу із ТЕЦ на біогазі становить у середньому 75-80%. У ситуації, коли все тепло, що отримується від когенераційної станції при виробництві електроенергії, неможливо спожити (поширена ситуація через відсутність зовнішніх споживачів тепла), воно відводиться в атмосферу. У такому разі енергетична ефективність біогазової ТЕС становить лише 35% від загальної енергії біогазу.

Основні показники роботи біогазових установок можуть істотно відрізнятися, що багато в чому визначається субстратами, прийнятим технологічним регламентом, експлуатаційною практикою, виконуваними завданнями кожної окремої установки.

Процес переробки гною становить трохи більше 40 днів. Дигестат, що отримується в результаті переробки, не має запаху і є прекрасним органічним добривом, в якому досягнуто найбільшого ступеня мінералізації поживних речовин, що засвоюються рослинами.

Дігестат, як правило, поділяється на рідку та тверду фракції за допомогою шнекових сепараторів. Рідку фракцію направляють у лагуни, де накопичують до періоду внесення у ґрунт. Тверда фракція також використовується як добрива. Якщо застосувати до твердої фракції додаткове сушіння, грануляцію та упаковку, то вона буде придатна для тривалого зберігання та транспортування на великі відстані.

Виробництво та енергетичне використання біогазумає цілу низку обґрунтованих і підтверджених світовою практикою переваг, а саме:

Відновлюване джерело енергії (ВІЕ). Для виробництва біогазу використовується біомаса, що відновлюється.
Широкий спектр використовуваної сировини для біогазу дозволяє будувати біогазові установки фактично повсюдно в районах концентрації сільськогосподарського виробництва та технологічно пов'язаних з ним галузей промисловості.
Універсальність способів енергетичного використання біогазу як для виробництва електричної та/або теплової енергії за місцем його утворення, так і на будь-якому об'єкті, підключеному до газотранспортної мережі (у разі подачі очищеного біогазу в цю мережу), а також як моторне паливо для автомобілів.
Стабільність виробництва електроенергії з біогазу протягом року дозволяє покривати пікові навантаження в мережі, у тому числі й у разі використання нестабільних ВДЕ, наприклад, сонячних та вітрових електростанцій.
Створення робочих місць за рахунок формування ринкового ланцюжка від постачальників біомаси до персоналу енергетичних об'єктів, що експлуатує.
Зниження негативного впливу на довкілля рахунок переробки і знешкодження відходів шляхом контрольованого зброджування в біогазових реакторах. Біогазові технології – один із основних та найбільш раціональних шляхів знешкодження органічних відходів. Проекти виробництва біогазу дозволяють скорочувати викиди парникових газів в атмосферу.
Агротехнічний ефект від застосування збродженої в біогазових реакторах маси на сільськогосподарських полях проявляється у покращенні структури ґрунтів, регенерації та підвищенні їх родючості за рахунок внесення поживних речовин органічного походження. Розвиток ринку органічних добрив, у тому числі з переробленої в біогазових реакторах маси, у перспективі сприятиме розвитку ринку екологічно чистої продукції сільського господарства та підвищенню його конкурентоспроможності.

Орієнтовні питомі інвестиційні витрати

БДУ 75 кВтел. ~ 9.000 €/кВтел.

БДУ 150 кВтел. ~ 6.500 €/кВтел.

БДУ 250 кВтел. ~ 6.000 €/кВтел.

БДУ bis 500 кВтел. ~ 4.500 €/кВтел.

БДУ 1 МВтел. ~ 3.500 €/кВтел.

Вироблена електрична та теплова енергія можуть забезпечити не лише потреби комплексу, а й прилеглої інфраструктури. Причому сировина для БДУ безкоштовна, що забезпечує високу економічну ефективність після завершення періоду окупності (4-7 років). Собівартість енергії, що виробляється на БДУ, з часом не зростає, а навпаки – зменшується.

Склад біогазу змінюється в залежності від того, як він виходить і яку сировину для нього використано. Найбільшою стабільністю відрізняється біогаз, який виробляють за допомогою біогазових установок у вигляді зброджування сировини під дією бактерій. Як сировину використовуються органічні відходи, а також сміттєві та рослинні відходи. У метановому розкладанні сировинної маси беруть участь гідролізні, кислотоутворюючі та метаноутворюючі бактерії. У процесі розпаду органічних речовин на жири, цукри та амінокислоти, що взаємодіють з метаногенними бактеріями, утворюється біогаз.

Біологічний газ, що отримується в , - це суміш газів, серед яких найбільший відсоток складають метан, вуглекислий газ. Крім цих газів у складі присутні водень, сірководень та інші. Біогаз може бути біометаном або біоводнем. Біометан – це аналог газу природного походження. Його основу складає метан. Відсотковий вміст кожного газу варіюється.

Приблизно складові біогазу перебувають у наступних пропорціях:

Метан 40-70 відсотків;
Вуглекислий газ 30-60 відсотків;
Сірководень 0-3 відсотків;
Водень 0-1 відсоток;
Інші гази 1-5 відсотків.

Якість біогазу знаходиться в прямій залежності від якості та складу біомаси. Вуглеводні складові сировинного субстрату дають менше метану, ніж протеїни та жири. Наприклад, кукурудза містить багато вуглеводів, з неї можна отримати трохи більше 53 відсотків метану. Сировина, в якій більше жирів, даватиме високий відсоток метану в біогазі, тим самим збільшуватиме його енергетичну цінність. Але надлишок жирів призводить до гальмування процесу утворення біогазу і навіть до його повної зупинки, тому склад сировини повинен регулярно контролюватись. Шістдесятивідсотковий вміст метану робить біогаз цінним паливом. Метан не має кольору і запаху, він легший за повітря, не має токсичності. При його спалюванні виходять водяна пара і діоксид вуглецю. У біогазових установках одноступінчастого типу розкладання сировини здійснюється в одному ферментаторі, тому біогаз є газовою сумішшю. Установки двоступінчастого типу дозволяють на першому етапі видаляти малозначущі гази, а на другому отримувати газ з більшим відсотковим вмістом метану (понад сімдесят відсотків).

Крім метану та вуглекислого газу до складу біологічного газу входить сірководень, який має агресивний вплив на обладнання, балони, пальники. Агресивними є також хлор, фтор. Тому передбачена технологія видалення сірководу і вуглеводнів, що містять галогени. Біологічний газ без сірки мало характерного запаху. А відсутність у ньому вуглеводнів, що містять хлор та фтор, робить газ менш агресивним. Для транспортування біогазу його доцільно стиснути чи скрапити. Перед зрідженням або стиском газ повністю очищають від домішок, сірководню, вуглекислого газу.

Склад біогазу дозволяє використовувати його як нетрадиційне джерело енергії, а його виробництво запобігає підвищенню вмісту метану в атмосфері, що є важливим з точки зору екології.

Доброго часу доби всім! Ця посада продовжує тему альтернативної енергетики для вашого. У ньому я вам розповім про біогаз і його використання для обігріву житла та приготування їжі. Найбільш ця тема цікава фермерам, які мають доступ до різноманітної сировини для отримання цього виду палива. Давайте спочатку розберемося в тому, що таке біогаз і звідки він береться.

Звідки береться біогаз та з чого він складається?

Біогаз - горючий газ, що виникає як продукт життєдіяльності мікроорганізмів у живильному середовищі. Цим живильним середовищем може бути гній або силос, який закладається у спеціальний бункер. У цьому бункері, який називається реактором, і відбувається утворення біогазу. Усередині реактор буде влаштований наступним чином:

Для прискорення процесу бродіння біомаси необхідний підігрів. Для цього може бути використаний ТЕН або теплообмінник, підключений до будь-якого котла. Не можна забувати і про хорошу теплоізоляцію, щоб уникнути зайвих витрат енергії на підігрів. Крім підігріву, бродячу масу необхідно перемішувати. Без цього ККД установки може значно знижуватись. Перемішування може бути ручним чи механічним. Тут все залежить від бюджету або наявних технічних засобів. Найголовніше в реакторі – це обсяг! Маленький реактор просто фізично не здатний видати велику кількість газу.

Хімічний склад газу сильно залежить від того, які процеси протікають в реакторі. Найчастіше там відбувається процес метанового бродіння, у результаті якого утворюється газ із великим відсотковим вмістом метану. Але замість метанового бродіння цілком може відбуватися процес утворення водню. Але на мою думку, для звичайного споживача водень не потрібен, а може, навіть і небезпечний. Згадайте хоч би загибель дирижабля Гінденбург. Тепер давайте розберемося, з чого можна отримувати біогаз.

З чого можна отримувати біогаз?

Газ можна отримувати із різних видів біомаси. Давайте перерахую їх у вигляді списку:

Відходи харчових виробництв це можуть бути відходи від вибою худоби або молочного виробництва. Підійдуть відходи від виробництва соняшникової чи бавовняної олії. Це далеко не повний перелік, але для передачі суті достатньо. Цей вид сировини дає найбільший вміст метану в газі (доходить до 85%).
Сільськогосподарські культури – для отримання газу в деяких випадках вирощують спеціальні види рослин. Наприклад, для цього підійде силосна кукурудза чи морські водорості. Відсоток вмісту метану в газі тримається близько 70%.
Гній - найчастіше застосовується на великих тваринницьких комплексах. Відсотковий вміст метану в газі, при використанні гною як сировини, зазвичай не перевищує 60%, а все інше це буде двоокис вуглецю і зовсім трошки сірководень і аміак.

Структурна схема установки для біогазу.

Для того, щоб якнайкраще розуміти як працює установка для отримання біогазу давайте розглянемо наступний малюнок:

Пристрій біореактора було розглянуто вище, тому про нього не говоритимемо. Розглянемо інші складові установки:

Приймач відходів - це якась ємність, у яку потрапляє сировину першому етапі. У ній сировина може змішуватися з водою та подрібнюватися.
Насос (після приймача відходів) — фекальний насос, з якого біомаса перекачується всередину реактора.
Котел - опалювальний котел на будь-якому паливі, призначений для обігріву біомаси всередині реактора.
Насос (поруч із котлом) — циркуляційний насос.
«Добрива» — ємність, в яку потрапляє мул, що перебродив. Він, як відомо, з контексту можна використовувати як добриво.
Фільтр - пристрій, у якому відбувається доведення біогазу до кондиції. У фільтрі забираються зайві домішки газів та вологи.
Компресор - здійснює стиск газу.
Газове сховище - герметична цистерна, в якій готовий до застосування газ може зберігатися як завгодно довго.

Біогаз для приватного будинку

Багато власників невеликих ферм замислюються про використання біогазу для внутрішніх потреб. Але дізнавшись докладніше про те, як все це працює більшість залишає цю витівку. Пов'язано це з тим, що обладнання для переробки гною або силосу коштує величезних грошей, а вихід газу (залежно від сировини) може вийти невеликим. Це, у свою чергу, робить установку обладнання невигідним. Зазвичай для приватних будинків фермерів встановлюють примітивні установки, що працюють на гною. Вони, найчастіше, здатні забезпечити газом лише кухню та малопотужний настінний газовий котел. При цьому на сам технологічний процес доведеться витратити чимало енергії – на підігрів, перекачування, роботу компресора. Дорогі фільтри теж не можна виключати з поля зору.

Загалом, мораль тут така — що більше сама установка, то вигідніша її робота. А для домашніх умов це практично завжди нездійсненно. Але це не означає, що домашніх установок ніхто не робить. Пропоную вам подивитися наступне відео, щоб побачити, як це виглядає з підручних матеріалів:

Резюме

Біогаз - чудовий спосіб корисної переробки органічних відходів. На виході виходить паливо і корисне добриво у вигляді мулу. Ця технологія працює тим ефективніше, чим більший обсяг сировини переробляється. Сучасні технології дозволяють серйозно збільшити вироблення газу за допомогою застосування спеціальних каталізаторів та мікроорганізмів. Головним мінусом цього є висока ціна одного кубометра. Для звичайних людей найчастіше набагато дешевше купувати газ у балонах, ніж робити установку з переробки відходів. Але, звичайно, з усіх правил є винятки, тому перед тим, як прийняти рішення про перехід на біогаз, варто порахувати ціну кубометра та терміни окупності. На цьому поки що все, пишіть питання в коментарях

ові установки. Алеманам, які населяли заболочені землі басейну Ельби, ввижалися Дракони в корчах на болоті. Вони вважали, що горючий газ скупчується в ямах на болотах - це дихання Дракона, що погано пахне. Щоб задобрити Дракона в болото кидалися жертвопринесення та рештки їжі. Люди вірили, що Дракон приходить уночі і його дихання залишається в ямах. Алемани додумалися шити зі шкіри тенти, накривати ними болото, відводити газ шкіряними трубками до свого житла і спалювати його для приготування їжі. Воно і зрозуміло, адже сухі дрова знайти було важко, а болотяний газ (біогаз) відмінно вирішував проблему. Людство навчилося використовувати біогаз давно. У Китаї його історія налічує 5 тис. років, Індії – 2 тис. років.

Природа біологічного процесу розкладання органічних речовин із утворенням метану за минулі тисячоліття не змінилася. Але сучасні наука і техніка створили обладнання та системи, що дозволяють зробити ці “стародавні” технології рентабельними та з широким спектром застосування.

Біогаз- газ, що отримується метановим бродінням біомаси. Розкладання біомаси відбувається під впливом трьох видів бактерій.

Біогазова установка- Установка для виробництва біогазу та інших цінних побічних продуктів шляхом переробки відходів сільськогосподарського виробництва, харчової промисловості, міського господарства.

Отримання біогазу з органічних відходів має такі позитивні особливості:

здійснюється санітарна обробка стічних вод (особливо тваринницьких та комунально-побутових), вміст органічних речовин знижується до 10 разів;
анаеробна переробка відходів тваринництва, рослинництва та активного мулу дозволяє отримувати вже готові до використання мінеральні добрива з високим вмістом азотної та фосфорної складової (на відміну від традиційних способів приготування органічних добрив методами компостування, при яких губиться до 30-40% азоту);
при метановому бродінні високий (80-90%) ККД перетворення енергії органічних речовин на біогаз;
біогаз з високою ефективністю може бути використаний для отримання теплової та електричної енергії, а також як паливо для двигунів внутрішнього згоряння;
біогазові установки можуть бути розміщені в будь-якому регіоні країни та не вимагають будівництва дорогих газопроводів та складної інфраструктури;
біогазові установки можуть частково або повністю замінити застарілі регіональні котельні та забезпечити електроенергією та теплом прилеглі села, селища, невеликі міста.

Вигоди, які отримує власник біогазової установки

Прямі

виробництво біогазу (метану)
виробництво електрики та тепла
виробництво екологічно чистих добрив

Непрямі

незалежність від централізованих мереж, тарифів природних монополій, повне самозабезпечення електроенергій та теплом
вирішення всіх екологічних проблем підприємства
значне зниження витрат на поховання, вивезення, утилізацію відходів
можливість власного виробництва моторного палива
зниження витрат на персонал

Виробництво біогазу дозволяє запобігти викидам метану в атмосферу. Метан впливає на парниковий ефект у 21 разів сильніший, ніж СО2, та перебуває в атмосфері 12 років. Захоплення метану - найкращий короткостроковий спосіб запобігання глобальному потеплінню.

Перероблений гній, барда та інші відходи застосовуються як добрива у сільському господарстві. Це дозволяє знизити застосування хімічних добрив, скорочується навантаження на ґрунтові води.

Біогаз використовують як паливо для виробництва: електроенергії, тепла або пари, або як автомобільне паливо.

Біогазові установки можуть встановлюватись як очисні споруди на фермах, птахофабриках, спиртових заводах, цукрових заводах, м'ясокомбінатах. Біогазова установка може замінити ветеринарно-санітарний завод, тобто падаль може утилізуватися в біогаз замість виробництва м'ясо-кісткового борошна.

Серед промислово розвинених країн чільне місце у виробництві та використанні біогазу за відносними показниками належить Данії - біогаз займає до 18% у її загальному енергобалансі. За абсолютними показниками за кількістю середніх та великих установок чільне місце посідає Німеччина – 8000 тис. шт. У Європі щонайменше половини всіх птахоферм опалюються біогазом.

В Індії, В'єтнамі, Непалі та інших країнах будують малі (односімейні) біогазові установки. Одержуваний у яких газ використовується приготування їжі.

Найбільше малих біогазових установок знаходиться в Китаї – понад 10 млн. (на кінець 1990-х). Вони виробляють близько 7 млрд м³ біогазу на рік, що забезпечує паливом приблизно 60 млн. селян. Наприкінці 2006 року в Китаї діяло вже близько 18 млн. біогазових установок. Їх застосування дозволяє замінити 10,9 млн. тонн умовного палива.

Volvo та Scania виробляють автобуси з двигунами, що працюють на біогазі. Такі автобуси активно використовуються у містах Швейцарії: Берн, Базель, Женева, Люцерн та Лозанна. За прогнозами Швейцарської Асоціації Газової Індустрії, до 2010 року 10% автотранспорту Швейцарії працюватиме на біогазі.

Муніципалітет Осло на початку 2009 року перевів на біогаз 80 міських автобусів. Вартість біогазу становить €0,4 - €0,5 за літр у бензиновому еквіваленті. За успішного завершення випробувань на біогаз буде переведено 400 автобусів.

Потенціал

Росія щорічно накопичує до 300 млн т у сухому еквіваленті органічних відходів: 250 млн т у сільськогосподарському виробництві, 50 млн т у вигляді побутового сміття. Ці відходи можуть бути сировиною для біогазу. Потенційний обсяг біогазу, що щорічно одержується, може становити 90 млрд м³.

У США вирощується близько 8,5 мільйонів корів. Біогазу, що отримується з їхнього гною, буде достатньо для забезпечення паливом 1 мільйон автомобілів.

Потенціал біогазової індустрії Німеччини оцінюється в 100 мільярдів кВт·год енергії до 2030 року, що становитиме близько 10% споживаної країною енергії.

За даними на 1 лютого 2009 р. в Україні в дії та стадії введення в дію перебуває 8 об'єктів агропромислового комплексу з виробництва біогазу. На стадії опрацювання перебувають ще 15 проектів біогазових установок. Зокрема, у 2009-2010 роках. планується запровадити виробництво біогазу на 10 спиртових заводах, що дозволить підприємствам скоротити споживання газу на 40%.

За матеріалами

Схожі статті: