Биогаз – состав и сырье для получения

Содержание

Преимущества биотехнологий

Технология получения биотоплива из различных природных источников не нова. Исследования в этой области начались еще в конце 18 века и успешно развивались в 19 столетии. В Советском Союзе первая биоэнергетическая установка была создана в сороковых годах прошлого века.

Биотехнологии давно применяются во многих странах, но именно сегодня они приобретают особое значение. Вследствие ухудшения экологической обстановки на планете и высокой стоимости энергоносителей, многие устремляют свои взоры в сторону альтернативных источников энергии и тепла.

Биогаз – состав и сырье для получения
Технология переработки навоза в биогаз позволяет уменьшить количество вредных выбросов метана в атмосферу и получить дополнительный источник тепловой энергии

Безусловно, навоз является очень ценным удобрением, и если в хозяйстве имеется две коровы, то и проблем с его применением не возникает. Другое дело, когда речь идет о фермерских хозяйствах с большим и средним поголовьем, где в год образуются тонны зловонного и гниющего биологического материала.

Чтобы навоз превратился в качественное удобрение, нужны площади с определенным температурным режимом, а это лишние расходы. Поэтому многие фермеры складируют его, где придется, а затем вывозят на поля.

Биогаз – состав и сырье для получения
В зависимости от объема сырья, образующегося в сутки, следует подбирать габариты установки и степень ее автоматизации

Современные биотехнологии позволяют не только нейтрализовать вредное воздействие метана на экологическую обстановку, но и заставить его служить на благо человека, извлекая при этом немалую экономическую выгоду. В результате переработки навоза образуется биогаз, из которого затем можно получить тысячи кВт энергии, а отходы производства представляют собой очень ценное анаэробное удобрение.

  • Организация системы по получению биогаза экономически обоснована для фермерских хозяйств. Если сырье дают только две коровы, его лучше использовать в качестве удобрения.
  • Полученный путем переработки навоза газ обеспечит теплом и энергией. После очистки он может поставляться в плиту и котел, закачанный в баллон использоваться электрогенератором.
  • Конструктивно простейшую перерабатывающую установку несложно построить собственными руками. Главный орган ее — биореактор, который нужно хорошо гидро- и теплоизолировать.
  • Для тех, кто желает сократить сроки сооружения системы, подойдет пластиковая емкость заводского изготовления. При ее использовании действуют аналогичные принципы сооружения и изоляции.

Технология изготовления подземного реактора

Для производства биогаза можно установить самую простую установку, углубив ее в грунт. Технология изготовления такого резервуара выглядит следующим образом:

  1. Выкапывают котлован нужного размера. Его стенки заливают керамзитобетоном, который дополнительно армируют.
  2. С противоположных стенок бункера оставляют отверстия. В них устанавливают трубы с некоторым наклоном, чтобы производить закачку сырья и извлечение отработанного материала.
  3. Выходной трубопровод диаметром 70 мм устанавливается практически около самого дна. Другой его конец устанавливается в резервуар, в который будет происходить выкачка отработанного шлама. Рекомендуется делать его прямоугольным.
  4. Трубопровод для подачи сырья размещают на высоте 0,5 м относительно дна. Его рекомендуемый диаметр – 30-35 мм. Верх трубы заводят в отдельный резервуар для приема подготовленного сырья.
  5. Верхняя часть биореактора должна иметь купольную или конусную форму. Ее можно изготовить из обычного кровельного железа или других металлических листов. Разрешается сделать крышку резервуара при помощи кирпичной кадки. Для усиления ее конструкции поверхность дополнительно оштукатуривают с установкой арматурной сетки.
  6. Сверху крышки резервуара делаю люк, который должен герметически закрываться. Через нее также выводят газоотводный трубопровод. Дополнительно устанавливают клапан для сброса давления.
  7. Для перемешивания субстрата в резервуаре устанавливают несколько пластиковых труб. Они должны быть погружены в биомассу. В трубах делают множество отверстий, что позволяет перемешивать сырье при помощи движущихся пузырьков газа.

Биогаз – состав и сырье для получения

Зависимость характеристик от метода удаления

Основные характеристики навоза, то есть влажность и содержание органических веществ, напрямую зависят от метода его удаления.

Чаще всего для очистки помещений, в которых содержат скот или птиц, применяют следующие виды удаления навоза/помета:

  • самотек;
  • ручной;
  • механический;
  • смыв.

При очистке самотеком экскременты стекают в накопители через щели пола или специальные отверстия, а из накопителей их извлекают транспортером или насосом. Собранный этим способом навоз имеет естественную влажность и немного подстилочного материала, поэтому и количество органики в нем соответствует стандартным значениям.

При ручной очистке уровень влажности зависит от конструкции помещения, в котором содержат скот или птицу.

При этом доля органических веществ в любом случае будет гораздо выше, ведь такие экскременты убирают вместе с подстилочным материалом.

При уборке методом смыва влажность экскрементов резко повышается, а удельное содержание органики заметно падает даже несмотря на количество подстилочного материала.

Для механической очистки применяют различные скреперы, собирающие навозную массу и перемещающие ее к решетке, через которую они попадают в навозоприемник.

У собранного таким образом навоза уровень влажности и наполненности органикой зависит от количества и типа подстилки, а также от возможности отвода жидких фракций.

Биогазовая станция своими руками

При недостатке опыта постройки сложных инженерных систем стараются придерживаться принципа: чем проще конструкция, тем она получается надёжнее и долговечнее. Инструкция по изготовлению установки для производства биогаза своими руками включает несколько этапов:

  • проектирование с учётом количества доступного сырья и производительности;
  • выбор и подготовка места размещения оборудования;
  • заготовка приспособлений, узлов, агрегатов;
  • монтаж ёмкости;
  • подключение вспомогательной аппаратуры;
  • монтаж газопровода;
  • пуск, настройка и регулировка.

После успешного пуска устраняют выявленные недостатки и переводят систему в работу с полной нагрузкой.

Проектирование

Самодельные простейшие биогазовые установки не отличаются высоким КПД из-за того, что реакции проходят в неподходящем режиме.

Исходя из этого принимают, что один кубометр ёмкости брожения выделяет количество газа, достаточного для отопления 10 м² жилья. Таким образом, для обогрева загородного дома площадью 50 м², понадобится резервуар на 5 м³.

Загрузку и выгрузку сырья в домашних установках производят одномоментно, примерно один раз в 15–25 суток, в зависимости от потребления. Выход в рабочий режим может занять до 5 суток.

На это время предусматривают отопление дома другими способами или строят резервуар на 1–2 м³.

Расположение

Место под ёмкость брожения выбирают исходя из нескольких условий:

  • удобства доставки сырья и удаления отходов;
  • безопасного складирования сырья и отходов вдали от жилья;
  • минимальных затрат на подведение инженерных сетей.

Правильно выбранное место должно быть удобно расположено с учётом инфраструктуры участка.

Материалы для изготовления биореактора

Основой биогазовой станции в личных хозяйствах является бункер. В качестве резервуара используют:

  • бетонный или кирпичный бункер;
  • пластиковые и стеклопластиковые герметичные ёмкости;
  • полиэтиленовые, полипропиленовые и поливилхлоридные рукава;
  • стальные бочки, кубы, колонны.

Требования к реактору:

  • водонепроницаемость;
  • достаточная прочность, чтобы выдержать массу влажного субстрата и действующее давление грунта;
  • удобство обслуживания;
  • стойкость к агрессивным средам.

Система сбора и отвода газа

В самой верхней точке бункера брожения делают врезку трубы отвода выработанного газа. По возможности трубу монтируют на воздухе, но закрывают от солнца. Предусматривают небольшой 1–2% подъём. В этом случае отвод является холодильником и на внутренних стенках оседает и стекает в резервуар конденсат.

Популярные статьи  Этажный распределительный щиток (эрщ): что это такое, виды, технические характеристики

К отводящей трубе присоединяют отвод, ведущий в газгольдер-хранилище.

В небольших станциях газгольдеры изготавливают из армированной полимерной плёнки.

Очищение от примесей

Для работы бытовых водогрейных котлов или варочных плит необходим очищенный газ.

В домашних условиях очистку и осушение проводят, перепуская топливо через ёмкость с водяным затвором. Другой способ — использование корпусов от бытовых водяных фильтров с засыпанным в них силикагелем. Второй фильтр заполняют металлическими опилками или мочалками — это является надёжной защитой от избытка серы.

Оборудование для перемешивания

Электрические мешалки заводского изготовления со сложными редукторами в установках для получения биогаза своими руками используют редко из-за их высокой цены и  расходов на оплату электричества.

Применяют другие способы:

  • перемешивание вручную;
  • периодическое включение фекальных насосов, перекачивающих жидкую фракцию со дна на поверхность;
  • использование компрессора, которым газ из-под крышки резервуара закачивается в субстрат, происходит перемещение придонных слоёв.

Подогрев и теплоизоляция

Реакция брожения активно происходит при температурах от 34 до 43°С. Ни один из известных способов получения биогаза не сможет поддерживать такие параметры самостоятельно в круглогодичном режиме. Даже в самых южных регионах потребуется внешний подогрев и качественное утепление.

Методы сохранения тепла:

  • углубление реактора в грунт с одновременным утеплением стенок;
  • утепление внешнего бункера современными материалами — пенопластом, пенополистиролом, каменной ватой, фольгированным пеноизолом.

Иногда оборудование устанавливают в хозпостройках или возводят вокруг реакторов павильоны из дерева или поликарбоната. Подогрев осуществляют электрическими ТЭНами или запускают котёл, который потребляет часть выработанного газа.

Механизм образования газа

Для того чтобы в процессе безвоздушного брожения (его по-научному называют анаэробной ферментацией) из органического сырья начал выделяется биогаз, необходимы соответствующие условия: герметичная емкость и повышенная температура. Если все сделано правильно, продуцирующийся газ поднимается наверх, откуда его выбирают для использования, а те твердые частицы, что остаются, представляют собой отличное биоорганическое сельскохозяйственное удобрение, богатое азотом и фосфором, но освобожденное от вредных микроорганизмов. Для правильного и полного протекания процессов очень важен температурный режим.

Полный цикл преобразования навоза в экологическое топливо составляет от 12 дней до месяца, это зависит от состава сырья. С одного литра полезного объема реактора получается около двух литров биогаза. Если применять более совершенные модернизированные установки, то процесс производства биотоплива убыстряется до 3 суток, а выработка биогаза повышается до 4,5- 5 литров.

Люди начали изучать и использовать технологию добычи биотоплива из органических природных источников еще с конца XVIII века, а в бывшем СССР первое устройство по получению биогаза было разработано еще в 40-е годы прошлого столетия. В наше время эти технологии приобретают все большее значение и популярность.

Производство биогаза из навоза: суть метода

Для повышения эффективности производства биогаза необходимо ускорить процесс разложения и брожения сырья. Чтобы это осуществить, нужно создать максимально благоприятные условия для размножения нужных бактерий. Для этого потребуется поместить навоз в специальную емкость — реактор. Емкость при этом должна быть закрыта — в таких условиях бактерии будут размножаться активней. Уже в реакторе навоз подвергается измельчению, а после смешивается с водой. Вода обязательно должна быть чистой. В противном случае в субстрат попадут посторонние микробы, которые могут замедлить процесс брожения.

В промышленных условиях установка для производства биогаза оборудована системой подогрева реактора, контроллером кислотности и специальными лопастями для перемешивания субстрата. Перемешивание навоза позволяет избавиться от образования твердой корки, которая блокирует поступление кислорода с внешней стороны и выход метана — с внутренней. Срок получения метана в промышленных условиях составляет не менее пятнадцати суток. За это время навоз способен разложиться до 25%. Максимальный отток метана происходит при степени разложения в 33%.

Биогаз – состав и сырье для получения

Следует учесть, что на днище реактора образовывается гнилой ил. Он выводится с помощью специальной трубки, которая отводит его в отдельный резервуар для шлама. Впоследствии шлам вычищается и удаляется. Поднимающийся вверх по резервуару метан проходит очищение паровой баней, а после отправляется в газовый коллектор.

Промышленное получение метана предполагает ежедневную закачку свежего субстрата, который смешивается с тем, что уже начал бродить. За день можно добавить 5% свежего навоза вместо 5% отработанного. Удаленный из реактора навоз можно использовать в качестве удобрения для земли. Так у вас получится безотходное производство, где вы сможете получить и биогаз, и удобрения.

Дополнительное оборудование

К дополнительному оборудованию, без которого невозможна работа биореактора, относят:

  • измельчающее устройство;
  • источник тепловой энергии;
  • систему сброса технической воды;
  • хранилище сапропеля;
  • очистную установку;
  • основной газгольдер;
  • установку сжижения газа;
  • газгольдер для сжиженного газа;
  • управляющую систему.

Измельчающее устройство

Измельчающее устройство принимает поступающую с мест содержания животных/птиц навозную/пометную жижу, а также смытую или убранную вручную подстилку и измельчает все крупные фрагменты, чтобы облегчить работу бактерий. Кроме того, измельчающее устройство смешивает измельченную массу с водой, чтобы обеспечить необходимый уровень влажности, причем во время смешивания происходит доизмельчение материала.

Такой измельченный и разведенный водой материал называют субстратом.

После подготовки субстрат по трубам поступает в метантенк и смешивается с находящимся в нем веществом.

Источник тепловой энергии

Чаще всего роль такого источника исполняет адаптированный для работы на метане газовый котел, который в зимнее время также снабжает теплом систему отопления.

При этом необходимо постоянно отслеживать температуру внутри биореактора, чтобы она все время находилась в оптимальных пределах и, при необходимости, увеличивать или снижать подачу газа, для чего внутри емкости устанавливают датчики температуры.

Система сброса технической воды

Сливаемая с биореактора техническая вода содержит немного органических и неорганических веществ, но в ней нет ни возбудителей болезней, ни яиц или личинок глистов, а также семян сорняков. Поэтому ее можно использовать для полива, а также для разведения составов, используемых для подкормки.

Для реализации всех этих возможностей система, помимо периодически открываемого сливного клапана, должна содержать емкость для технической воды и средства доставки к месту использования.

Хранилище сапропеля

Скапливающийся на дне метантенка сапропель через специальный клапан поступает в хранилище, где постепенно накапливается. Он является хорошим удобрением, сопоставимым с перегноем, однако менее качественно разрыхляющим почву.

Тем не менее, сапропель эффективно заменяет многие комплексные удобрения, ведь содержит широкий спектр органических и неорганических веществ.

После заполнения хранилище открывают и извлекают из него собранный материал, который затем вносят в почву.

Очистное устройство

Биогаз состоит из метана (50–60%) и других газов, поэтому в неочищенном состоянии обладает малой теплотворной способностью.

Такой очищенный биогаз по своей теплотворной способности сопоставим с природным и сжиженным газом, поэтому его можно использовать в качестве топлива для любых устройств, изначально работающих на указанных видах топлива.

Основной газгольдер

Это оборудование необходимо для сглаживания перепадов давления газа во время подключения или отключения потребителей. Газгольдер изготавливают из стали, благодаря чему он выдерживает давление в десятки или сотни атмосфер.

Вместе с газгольдером работает и насос, закачивающий в него газ под необходимым давлением.

Аппарат сжижения газа и газгольдер для его хранения

Эта установка позволяет запасать газ в те периоды, когда потребление меньше производства. Дело в том, что сжиженный газ занимает гораздо меньше места, поэтому при одинаковом объеме хранилища его можно запасти заметно больше.

Аппарат сжижает газ с помощью охлаждения, благодаря чему он переходит из газообразного в жидкое состояние. Газгольдер для сжиженного газа изготавливают из высокопрочной стали, а также тщательно утепляют, ведь давление внутри газгольдера зависит не только от количества сжиженного метана, но и от его температуры.

Такой газгольдер позволяет в летние месяцы делать запас сжиженного метана, который зимой можно будет использовать для отопления или других нужд, компенсируя им недостаточную выработку биогаза. Кроме того, сжиженный газ из газгольдера хорошо подходит для заправки автомобилей и иной техники, работающей на таком виде топлива.

Популярные статьи  Разность потенциалов

Управляющая система

Для обеспечения максимальной выработки биогаза, а также для увеличения доли метана в нем необходимо не только поддерживать оптимальную температуру, но и своевременно выполнять все необходимые действия, то есть:

  • подавать субстрат;
  • отводить воду;
  • удалять сапропель;
  • регулировать работу очистной и сжижающей установок.

Кроме того, к ней подключены датчики, отслеживающие состояние и работоспособность всех входящих в нее устройств.

Рентабельно ли делать реактор и пользоваться биогазом

Строительство биогазовой установки преследует следующие цели:

  • производство дешевой энергии;
  • выработка легкоусваиваемых удобрений;
  • экономия на подключении к дорогостоящей канализации;
  • переработка отходов хозяйства;
  • возможная прибыль от продажи газа;
  • снижение интенсивности неприятного запаха и улучшение экологической обстановки на территории.

Биогаз – состав и сырье для получения

График рентабельности выработки и использования биогаза

Для оценки выгоды строительства биореактора рачительному хозяину следует учесть следующие аспекты:

  • затраты на биоустановку относятся к долгосрочным капиталовложениям;
  • самодельное биогазовое оборудование и установка реактора без привлечения сторонних специалистов обойдется гораздо дешевле, но и его эффективность ниже, чем у дорогого заводского;
  • для поддержания стабильного давления газа, у фермера должен быть доступ к отходам животноводческого производства в достаточном количестве и на длительный срок. В случае высоких цен на электроэнергию и природный газ или отсутствие возможности газификации, использование установки становится не только выгодным, но и необходимым;
  • для крупных хозяйств с собственной сырьевой базой, выгодным решением будет включение биореактора в систему теплиц и ферм КРС;
  • для небольших ферм повысить эффективность можно путем монтажа нескольких небольших реакторов и загружать сырье в разные промежутки времени. Это позволит избежать перебоев с газом при недостатке исходного сырья.

Плюсы и минусы

Топливо, получаемое в биогазовых установках (биогаз), является возобновляемым и альтернативным традиционным, источником энергии.

Использование подобных агрегатов позволяет добиться положительных результатов в различных составляющих их применения, это:

  • Экологическая – при устройстве подобных установок вблизи предприятий, являющихся поставщиками сырья, уменьшается защитная санитарная зона вокруг них. Снижаются выбросы вредных веществ в атмосферу.
  • Энергетическая – имея доступное сырье по минимальным ценам, а иногда и без таковой (бесплатно), в результате потребитель получает различные виды энергии и топлива с низкой себестоимостью.
  • Экономическая – монтаж биогазовых установок позволяет избежать строительства очистных сооружений и заградительных устройств (растекание навоза на животноводческих комплексах), и затрат по утилизации мусора.

Биогаз – состав и сырье для получения

Достоинствами подобных агрегатов, также являются:

  1. Доступность различного вида сырья.
  2. Неисчерпаемость сырьевой базы, обеспеченная ростом сельскохозяйственного производства и объемов продукции пищевой отрасли.
  3. Обеспечивает утилизацию отходов жизнедеятельности животных и органического мусора.

Недостатками являются:

  1. Являясь экологически чистым видом топлива, биогаз, тем не менее, при сжигании, выделяет определенное количество вредных веществ в атмосферу.
  2. Территориальная зависимость места размещения установки от района нахождения источников сырья (крупные животноводческие комплексы, перерабатывающие предприятия и объекты сельскохозяйственного производства).
  3. Высокая стоимость комплекта оборудования и соответственно продолжительные сроки его окупаемости.

Управление технологическим процессом

В целях обеспечения непрерывности процесса, биореактор для получения биогаза должен быть полностью автоматизированным

Процесс разложения биомассы протекает несколько дней и важно обеспечить непрерывный контроль, что может сделать только автоматика. Однако в некоторых (наиболее простых) агрегатах отдельные этапы могут выполняться в механизированным режиме (подача сырья, перемешивание биомассы)

Особенности технологических процессов разложения биомассы во многом зависят от того, какой режим брожения используется в установке. Наиболее распространены два режима – термофильный и мезофильный. Оба режима критично зависят от наличия внешнего источника тепла и поддержания температуры в течение всего процесса.

Термофильный режим протекает при температуре 50-55 градусов. Более высокая температура позволяет уничтожить большинство болезнетворных микроорганизмов, а также обеспечивает протекание термофильной реакции быстрее почти в 2 раза (в среднем 5-10 суток). Однако качество получаемого биогаза (процент содержания метана) и удобрения (процент содержания азота) ниже. Такой режим более энергозатратен. Кроме того, образующиеся при термофильном режиме бактерии весьма чувствительны к изменению температуры – допустимые перепады могут быть в пределах 0,5 градуса в час.

Рабочая температура для мезофильного режима колеблется в диапазоне от 30 до 40 градусов. При этом процесс разложения биомассы протекает в 1,5-2 раза медленнее (в среднем 10-20 суток). Однако при этом качество биогаза и удобрений получается выше. Что касается изменения температуры в процессе брожения, то здесь перепад может составлять в пределах 1 градус в час.

В настоящее время уже существуют установки с несколькими реакторами, соединенными параллельно или последовательно. Добавляя реакторы, можно увеличить мощность установки, но при этом затраты будут меньше, чем приобретение нескольких отдельных установок. Исходя из схемы соединения, процесс загрузки и выгрузки будет протекать по разным алгоритмам.

При длительности цикла в 20 дней выгрузка/загрузка соединенных параллельно реакторов выполняется по очереди каждые 20/N дней, где N – это число реакторов. Фактически в каждом из реакторов за 20 дней сменится 2/3 сырья. Параллельное соединение позволяет получить биоудобрения высокого качества, однако выработка биогаза в этом случае будет неравномерной.

При той же продолжительности цикла в 20 дней последовательное соединение реакторов требует ежедневной выгрузки и добавления 1/20 от общей емкости всех реакторов. В этом случае можно получить биогаз высокого качества, а вот качество биоудобрения будет зависть от общего количества реакторов в установке.

Плюсы и сфера применения биогаза

Биогаз из навоза является перспективным источником возобновляемой энергии. Просматривается экологическая, экономическая и энергетическая выгода.

В Российской Федерации биогазовые установки пока не нашли массового применения, в то время как европейские страны с каждым годом все больше развивают эту отрасль.

Выделяют главные преимущества:

  • эффективная и экологическая сырьевая переработка;
  • предотвращение эрозии почвы;
  • получение на выходе полезных веществ, которые пригодятся в сельском хозяйстве;
  • доступность сырья в сельской местности;
  • беспрерывное пополнение сырьевой базы;
  • получение дополнительного источника энергии.

На фермерских угодьях всегда остро стоит вопрос об утилизации отходов. Больше всего этот вопрос волнует у тех, кто имеет большое хозяйство.

Ни одна установка по утилизации мусора не может превзойти биогазовую. Такая установка не просто утилизирует мусор, но и использует его для получения чистого и высокоэффективного удобрения, производит биологическое топливо и энергию.

Наибольшей популярностью биогазовые установки пользуются среди жителей сельской местности. Также их можно использовать и в городе.

Состав и виды

Биогазом называется газ, полученный в результате трёхфазного биохимического процесса над биомассой, проходящего в герметичных условиях.

Процесс разложения биомассы последователен: сперва она подвергается воздействию гидролизных бактерий, затем кислотообразующих и в конце метанобразующих. Материалом для микроорганизмов на каждом этапе служит продукт деятельности предшествующего этапа.

На выходе приблизительный состав биогаза выглядит так:

  • метан (от 50 до 70%);
  • углекислый газ (от 30 до 40%);
  • сероводород (~2%);
  • водород (~1%);
  • аммиак (~1%);

На точность пропорций влияет используемое сырьё и технология получения газа. Потенциалом для горения обладает метан, чем его процент выше, тем лучше.

Опыт применения горючего болотного газа имеют древние культуры, датируемые более трёх тысячелетним возрастом (Индия, Персия или Ассирия). Научное обоснование сформировалось гораздо позже. Химическая формула метана СН4 была открыта учёным Джоном Дальтоном, вхождение метана в состав болотного газа обнаружено Гемфри Дэви. Большую роль на развитии отрасли альтернативной энергии сыграла Вторая мировая война, требующая от воюющих сторон огромной потребности в энергоресурсах.

Обладание СССР громадными запасами нефти и природного газа привело к невостребованности других технологий получения энергии, исследование биогаза в основном было предметом интереса академической науки. На текущий момент ситуация поменялась настолько, что, помимо промышленной добычи разных видов топлива, создать биогазовую установку для своих целей под силу любому человеку.

Популярные статьи  Люстра из бумаги своими руками

Устройство установки

Биогазовая установка – комплекс оборудования, предназначенного для получения биогаза из органического сырья.

По типу подачи сырья выделяют следующие виды биогазовых установок:

  • с порционной подачей;
  • с непрерывной подачей;

Биогазовые установки с постоянной подачей сырья являются более эффективными.

По типу обработки сырья:

  1. Без автоматического перемешивания сырья и поддерживания необходимой температуры – комплексы с минимальной комплектацией, подходят для малых хозяйств (схема 1).
  2. С автоматическим перемешиванием, но без поддержки необходимой температуры – также служит небольшим хозяйствам, эффективней предыдущего типа.
  3. С поддержкой необходимой температуры, но без автоматического перемешивания.
  4. С автоматическим перемешиванием сырья и поддержкой температуры.

Сравнение биогаза с другими источниками энергии

При сравнении производства биогаза, служащего топливом для получения различных видов энергии, с другими видами получения альтернативной энергии, как то, солнечные электростанции и ветровые генераторы, то видно, что данные установки, обладают одним преимуществом, это способность работать, вне зависимости от внешних факторов (погода, сезонность и т.д.) в круглосуточном и круглогодичном циклах.
Еще один аспект использования биогазовых установок, как то, возможность использовать в полном объеме установленную мощность агрегатов, сопоставляет их с традиционными устройствами получения энергии (нефть, газ и т.д.) и гарантирует их использование в ближайшей и долгосрочной перспективах.

Биогаз – состав и сырье для получения

Внутренняя энергия 1,0 м3 биогаза, сопоставима с:

  1. 0,6 м3 природного газа;
  2. 0,74 л нефти;
  3. 0,65 л дизельного топлива;
  4. 0,48 л бензина.

При сжигании 1,0 м3 биогаза выделяется 9,0 кВт тепловой энергии, что позволяет произвести до 1,5 кВт электрической энергии или обогреть помещение площадью до 80,0 м2 в течение нескольких часов.

Характеристики горючести биогаза и прочих горючих газов несколько разняться, для сравнения они приведены в ниже следующей таблице:

характеристики Газ
Единица измерения Биогаз Природный газ Пропан Метан
Теплота сгорания кВт*ч/м3 6,0 10,0 26,0 10,0
Плотность кг/м3 1,2 0,7 2,01 0,72
Соотношение плотности с воздухом кг/м3 0,9 0,54 1,51 0,55
Температура воспламенения 700 650 470 650
Скорость распространения пламени в воздухе м/с 0,25 0,39 0,42 0,37
Предел воспламенения пламени в воздухе % 6,0 – 12,0 5,0 – 15,0 2,0 – 10,0 5,0 – 15,0

Биогаз – это альтернативный вид топлива, постепенно завоевывающий рынок возобновляемых источников энергии в разных странах и на разных континентах нашей планеты.

Биогаз: плюсы и минусы

Биогаз — отличный способ полезной переработки органических отходов.

На выходе получается топливо и полезное удобрение в виде перебродившего ила.

Данная технология работает тем эффективней, чем больший объем сырья перерабатывается.

Современные технологии позволяют серьезно увеличить выработку газа при помощи применения специальных катализаторов и микроорганизмов.

Главным минусом всего этого является высокая цена одного кубометра.

Для обычных людей чаще всего будет гораздо дешевле покупать газ в баллонах, чем делать установку по переработке отходов.

Но, конечно, из всех правил есть исключения, поэтому перед тем, как принять решение о переходе на биогаз стоит посчитать цену кубометра и сроки окупаемости.

Что такое биогаз

Биогазом называют летучее газообразное вещество, не имеющее цвета, совсем без запаха. Он состоит на 50-70 процентов из метана, до 30 процентов его составляет углекислый газ СО2 и еще 1-2 процента – газообразные вещества – примеси (при очистке от них получается чистейший биометан).

Качественные физико-химические показатели этого вещества приближаются к обычному высококачественному природному газу. По исследованиям ученых, у биогаза очень высокие теплотворные свойства: так, тепло, выделяемое при сжигании одного кубометра этого природного топлива, равнозначно теплу от полутора килограмм каменного угля.

Выделение биогаза происходит благодаря жизнедеятельности особого вида бактерий – анаэробных, при этом мезофильные бактерии активизируются при прогревании среды до 30-40 градусов Цельсия, а термофильные размножаются при более высокой температуре – до +50 градусов.

Биогаз – состав и сырье для получения
Бактерии, производящие биогаз

Под действием их ферментов органическое сырье разлагается с выделением биологического газа.

Использование биогаза

Биогаз – состав и сырье для получения

Высокое содержание метана (около 70%) делает биологический газ горючим. Отходы, которые остаются после переработки сырья, можно использовать для удобрения – они обладают отличными характеристиками и совершенно безопасны в биологическом смысле.

Возможности применения биогаза чрезвычайно широки. Посредством специальных когенерационных установок его можно превращать в электричество и источник тепловой энергии, при этом электро-ресурс подавать в общую сеть, а тепло использовать для обогрева:

  • Зданий производственного назначения;
  • Жилых домов;
  • Помещений, где содержатся сельскохозяйственные животные.

Биологический газ в мировой энергетике

Биогаз – состав и сырье для получения
Статистика утверждает, что в мировой энергетике доля биологического газа, полученного из отходов сельскохозяйственного производства, составляет почти 12%, хотя изначально идея его производства и использования не имела целью получение значительной коммерческой выгоды. И по сей день большой объем биологического сырья, которое используется для получения энергии, не относится к категории коммерческих продуктов и официальной статистикой совсем не учитывается.

Если говорить о странах Евросоюза, то доля биоматериалов в энергетике в общем доходит до 3%, при этом:

  • Австрия — это 12% от объема национальной энергетической индустрии;
  • Швеция — до 18%;
  • Финляндия – около 23%.

Как увеличить выход

Биогаз – состав и сырье для получения
Поскольку производителями метана являются метаногены, то чтобы увеличить выход газа, необходимо создать максимально комфортные условия для этих микроорганизмов.

Этого можно достичь лишь комплексно, влияя на все этапы от сбора и подготовки навоза до сброса отработанного материала и способов очистки газа.

Метаногены не могут эффективно переваривать твердые фрагменты, поэтому навоз/помет, а также другие органические вещества, такие как подстилка, скошенная трава и прочие необходимо максимально измельчать.

Чем меньше размер крупных фрагментов, а также чем меньше их процентное содержание, тем больше материала может быть переработано бактериями

Кроме того, очень важно достаточное количество воды, поэтому навоз или помет обязательно разводят водой до определенной консистенции

Должен быть соблюден баланс между метаногенами и бактериями, разлагающими органику на простые составляющие, в особенности расщепляющими жиры.

Если же будет избыток бактерий, разлагающих органику, то доля углекислого газа в биогазе резко возрастет, из-за чего после очистки готового продукта будет заметно меньше.

В неподвижном состоянии содержимое биореактора расслаивается по плотности, из-за чего лишь часть метанообразующих микроорганизмов получает достаточное количество питания, поэтому необходимо периодически перемешивать помет/навоз в биореакторе.

Биогаз – состав и сырье для получения

Образующийся в итоге ил обладает более высокой плотностью, чем водный раствор навоза, поэтому оседает на дно, откуда его необходимо удалять, чтобы освободить место для новой партии экскрементов.

Экологическая ценность производства биогаза

Биогаз, образованный в результате брожения отходов животноводства, служит заменителем топлива. Переход на топливо из биологического газа сокращает выбросы метана в атмосферу. Метан – газ, высокая концентрация которого в земной атмосфере приводит к образованию парникового эффекта и ведёт к изменению климата. Переработка биогаза – экологически безопасный метод использования метана.

На промышленных сельскохозяйственных предприятиях хранение отходов животноводства бывает затруднительным. Навоз сохраняет свои свойства в среде, где поддерживается определенная температура

Скопление навоза в неподготовленных местах лишает сырьё азота – важного компонента сельскохозяйственных удобрений

За неутилизацию удобрений законом предусмотрены штрафы. Синтетические удобрения содержат опасные химические соединения, наносящие ущерб окружающей среде. Переработка навоза в биогазовых реакторах позволяет обрабатывать значительные объёмы сырья, сохраняя его свойства.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Денис Серебряков/ автор статьи
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: