Вопрос получения метана интересен тем владельцам частных хозяйств, кто занимается разведением птицы или свиней, а также держит крупнорогатый скот. Как правило, в таких хозяйствах вырабатывается значительное количество органических отходов жизнедеятельности животных, они-то и могут принести немалую пользу, став источником дешевого топлива. Цель данного материала – рассказать, как добыть биогаз в домашних условиях, используя эти самые отходы.
Общие сведения о биогазе
Получаемый из различного навоза и птичьего помета домашний биогаз большей частью состоит из метана. Там его от 50 до 80% в зависимости от того, чьи отходы жизнедеятельности использовались для производства. Того самого метана, что горит в наших плитах и котлах, и за который мы платим порой немалые деньги согласно показаниям счетчика.
Чтобы дать представление о количестве горючего, что теоретически можно добыть при содержании животных дома или на даче, представим таблицу с данными о выходе биогаза и содержании в нем чистого метана:
Как можно понять из таблицы, для эффективного производства газа из коровьего навоза и силосных отходов понадобится довольно большое количество сырья. Выгоднее добывать горючее из навоза свиней и помета индюков.
Оставшаяся доля веществ (25-45%), из которых состоит домашний биогаз, приходится на углекислый газ (до 43%) и сероводород (1%). Также в составе горючего присутствует азот, аммиак и кислород, но в незначительных количествах. Кстати, именно благодаря выделению сероводорода и аммиака навозная куча издает такой знакомый «приятный» запах. Что касается энергетического содержания, то 1 м3 метана теоретически может выделить при сжигании до 25 МДж (6.95 кВт) тепловой энергии. Удельная теплота сгорания биогаза зависит от доли метана в его составе.
Для справки. На практике проверено, что для обогрева утепленного дома, находящегося в средней полосе, потребно около 45 м3 биологического горючего на 1 м2 площади за отопительный сезон.
Природой устроено так, что биогаз из навоза образуется самопроизвольно и независимо от того, хотим его получать или нет. Навозная куча перегнивает в течение года – полутора, просто находясь на открытом воздухе и даже при отрицательной температуре. Все это время она выделяет биогаз, но только в небольших количествах, поскольку процесс растянут во времени. Причиной служат сотни видов микроорганизмов, находящихся в экскрементах животных. То есть, для начала газовыделения ничего не нужно, оно будет происходить самостоятельно. А вот для оптимизации процесса и его ускорения потребуется специальное оборудование, о чем пойдет речь далее.
Технология получения биогаза
Суть эффективного производства - ускорение природного процесса разложения органического сырья. Для этого находящимся в нем бактериям необходимо создать наилучшие условия для размножения и переработки отходов. И первое условие – поместить сырье в закрытую емкость – реактор, иначе - генератор биогаза. Отходы измельчаются и перемешиваются в реакторе с расчетным количеством чистой воды до получения исходного субстрата.
Примечание. Чистая вода необходима для того, чтобы в субстрат не попали вещества, пагубно влияющие на жизнедеятельность бактерий. Как следствие, процесс брожения может сильно замедлиться.
Промышленная установка по производству биогаза оборудована подогревом субстрата, средствами перемешивания и контроля над кислотностью среды. Перемешивание выполняется с целью удалить с поверхности твердую корку, что возникает во время брожения и мешает выделению биогаза. Длительность технологического процесса – не менее 15 дней, за это время степень разложения достигает 25%. Считается, что максимальный выход горючего происходит до 33% разложения биомассы.
Технологией предусматривается ежедневное обновление субстрата, так обеспечивается интенсивное получение газа из навоза, в промышленных установках оно исчисляется сотнями кубических метров в день. Часть отработанной массы в размере порядка 5% от общего объема удаляется из реактора, а на ее место загружается столько же свежего биологического сырья. Отработанный материал используется в качестве органического удобрения полей.
Схема биогазовой установки
Получая биогаз в домашних условиях, невозможно создать столь благоприятные условия для микроорганизмов, как в промышленном производстве. И в первую очередь это утверждение касается организации подогрева генератора. Как известно, это требует затрат энергии, что ведет к существенному удорожанию себестоимости горючего. Контролировать соблюдение слабощелочной среды, присущей процессу брожения, вполне возможно. Только как ее корректировать в случае отклонений? Снова затраты.
Владельцам частных хозяйств, желающим добывать биогаз своими руками, рекомендуется изготовить реактор простой конструкции из доступных материалов, а потом его модернизировать в силу своих возможностей. Что надо сделать:
- герметично закрывающуюся емкость объемом не менее 1 м3. Разные баки и бочки малых размеров тоже подойдут, но горючего из них будет выделяться мало из-за недостаточного количества сырья. Такие объемы производства вас не устроят;
- организовывая производство биогаза в домашних условиях, вы вряд ли станете делать подогрев емкости, а вот утеплить ее нужно обязательно. Другой вариант – заглубить реактор в землю, выполнив тепловую изоляцию верхней части;
- установить в реакторе ручную мешалку любой конструкции, выведя рукоятку через верхнюю крышку. Узел прохода ручки должен быть герметичным;
- предусмотреть патрубки для подачи и выгрузки субстрата, а также для отбора биогаза.
Ниже показана схема биогазовой установки, размещенной ниже уровня земли:
1 – генератор горючего (емкость из металла, пластика или бетона); 2 — бункер для заливки субстрата; 3 – технический люк; 4 – сосуд, играющий роль водяного затвора; 5 – патрубок выгрузки отработанных отходов; 6 – патрубок отбора биогаза.
Как получить биогаз в домашних условиях?
Операция первая – измельчение отходов до фракции, чей размер не более 10 мм. Так гораздо легче приготовить субстрат, да и бактериям будет проще перерабатывать сырье. Получившаяся масса тщательно перемешивается с водой, ее количество – около 0.7 л на 1 кг органики. Как уже сказано выше, воду следует использовать только чистую. Затем субстратом заполняется биогазовая установка, сделанная своими руками, после чего реактор герметично закрывается.
Несколько раз в течении дня надо наведываться к емкости, чтобы перемешать содержимое. На 5-й день можно проверять наличие газа, и буде он появится, периодически откачивать его компрессором в баллон. Если этого вовремя не делать, то давление внутри реактора возрастет и брожение замедлится, а то и остановится вовсе. Спустя 15 дней надо производить выгрузку части субстрата и добавление такого же количество нового. Подробности можно узнать, просмотрев видео:
Заключение
Вполне вероятно, что простейшая установка для получения биогаза не обеспечит все ваши потребности. Но, учитывая нынешнюю стоимость энергоресурсов, это уже будет немалым подспорьем в домашнем хозяйстве, ведь за исходное сырье вам платить не приходится. Со временем, плотно занимаясь производством, вы сможете уловить все особенности и провести необходимое усовершенствование установки.
Для владельцев крупных фермерских хозяйств остро стоит вопрос в виде навоза, птичьего помета, останков животных. Для решения проблемы можно использовать специальные установки, предназначенные для получения биогаза. Их легко изготовить в домашних условиях и эксплуатировать на протяжении длительного периода с высоким выходом готового к применению продукта.
Что такое биогаз?
Биогазом называют вещество, получаемое из натурального сырья в виде биомассы (навоза, птичьего помета) вследствие ее брожения. В данный процесс вовлечены различные бактерии, каждая из которых питается продуктами жизнедеятельности предыдущих. Выделяют такие микроорганизмы, принимающие активное участие в процессе производства биогаза:
- гидролизные;
- кислотообразующие;
- метанообразующие.
Технология получения биогаза из готовой биомассы заключается в стимуляции природных процессов. Находящимся в навозе бактериям следует создать оптимальные условия для быстрого размножения и эффективной переработки веществ. Для этого биологическое сырье помещают в закрытый от поступления кислорода резервуар.
После этого в работу вступает группа анаэробных микробов. Они позволяют преобразовать фосфор-, калий- и азотсодержащие соединения в чистые формы. В результате переработки образуется не только биогаз, но и качественные одобрения. Они идеально подходят для сельскохозяйственных нужд и более эффективны, чем традиционный навоз.
Экологическая ценность производства биогаза
Благодаря эффективной переработке биологических отходов получают ценное топливо. Налаживание данного процесса позволяет предотвратить выбросы метана в атмосферу, которые оказывают негативное воздействие на окружающую среду. Это соединение стимулирует парниковый эффект в 21 раз сильнее, чем углекислый газ. Метан способен сохраняться в атмосфере на протяжении 12 лет.
Для предотвращения глобального потепления, что является проблемой мирового масштаба, необходимо ограничить поступление и распространение этого вещества в окружающую среду. Полученные в процессе переработки отходы являются высококачественным одобрением. Его использование позволяет снизить объем применяемых химических соединений. Синтетически изготовленные удобрения загрязняют грунтовые воды и негативно сказываются на состоянии окружающей среды.
Что влияет на продуктивность производственного процесса?
При правильной организации производственного процесса по выпуску биогаза, из 1 куб. м органического сырья получают около 2-3 куб. м чистого продукта. На его эффективность влияют многие факторы:
- температура окружающей среды;
- уровень кислотности органического сырья;
- влажность окружающей среды;
- количество фосфора, азота и углерода в исходной биологической массе;
- размер частиц навоза или помета;
- наличие веществ, замедляющих процесс переработки;
- включение в состав биомассы стимулирующих добавок;
- частота подачи субстрата.
Перечень используемого сырья для производства биогаза
Получение биогаза возможно не только из навоза или птичьего помета. Для производства экологически чистого топлива можно использовать и другое сырье:
- зерновая барда;
- отходы от выпуска соков;
- свекольный жом;
- отходы рыбного или мясного производства;
- пивная дробина;
- отходы молокозаводов;
- фекальные осадки;
- бытовые отходы органического происхождения;
- отходы от производства биодизеля из рапса.
Состав биологического газа
Состав биогаза после прохождения всех следующий:
- 50-87% метана;
- 13-50% диоксида углерода;
- примеси водорода и сероводорода.
После очистки продукта от примесей получают биометан. Он является аналогом , но имеет другую природу происхождения. Для повышения качеств топлива нормализуют содержание в его составе метана, который является основным источником энергии.
При расчете объемов производимых газов учитывают температуру окружающей среды. При ее повышении выход продукта повышается и снижается его калорийность. На характеристики биогаза негативно влияет повышение влажности воздуха.
Сфера применения биогаза
Производство биогаза играет значительную роль не только для сохранения экологии, но и обеспечивает народное хозяйство топливом. Оно характеризуется обширной сферой применения:
- используется в качестве сырья для производства электроэнергии, автомобильного топлива;
- для обеспечения энергетических потребностей небольших или средних предприятий;
- биогазовые установки исполняют роль очистных сооружений, что позволяет решить .
Технология производства биогаза
Для производства биогаза следует предпринять действия, которые позволят ускорить процесс природного расщепления органической массы. Перед помещением в герметическую емкость с ограниченным поступлением кислорода природное сырье тщательно измельчают и смешивают с определенным количеством воды.
В результате получают исходный субстрат. Наличие в его составе воды необходимо для предотвращения негативного воздействия на бактерии, которое может произойти при попадании веществ из окружающей среды. Без жидкой составляющей процесс брожения значительно замедляется и снижает эффективность работы всей биоустановки.
Оборудование промышленного типа для переработки органического сырья дополнительно оснащается:
- устройством для подогрева субстрата;
- оборудованием для перемешивания сырья;
- приборами для контроля над кислотностью среды.
Данные устройства значительно повышают эффективность работы биореакторов. Благодаря перемешиванию удаляется твердая корка с поверхности биомассы, что увеличивает количество выделяемого газа. Длительность переработки органической массы – около 15 суток. За это время она разлагается только на 25%. Максимальное количество природного газа выделяется, когда степень расщепления субстрата достигает 33%.
Технология изготовления биологического газа подразумевает ежедневное обновление субстрата. Для этого 5% массы удаляют из биореактора, а на ее место укладывают новую порцию сырья. Отработанный продукт используется в качестве одобрения.
Технология производства биогаза в домашних условиях
Производство биогаза в домашних условиях происходит по следующей схеме:
- Осуществляется измельчение биологической массы. Необходимо получить частицы, размер которых не превышает 10 мм.
- Полученная масса тщательно перемешивается с водой. На 1 кг сырья нужно приблизительно 700 мл жидкой составляющей. Используемая вода должна быть питьевой и не содержать примесей.
- Полученным субстратом заполняется весь резервуар, после чего герметически закрывается.
- Желательно несколько раз в сутки тщательно перемешивать субстрат, что повысит эффективность его переработки.
- На 5 день производственного процесса проверяют наличие биогаза и постепенно откачивают его в подготовленные баллоны при помощи компрессора. Периодическое удаление газообразных продуктов является обязательным. Их накопление приводит к увеличению давления внутри резервуара, что негативно сказывается на процессе расщепления биологической массы.
- На 15 день производства часть субстрата удаляют, и загружают свежую порцию биологического материала.
Для определения необходимого объема ректора для переработки биомассы следует рассчитать количество навоза, производимого на протяжении суток. В обязательном порядке учитывается вид используемого сырья, температурный режим, который будет поддерживаться в установке. Используемый резервуар должен заполняться на 85-90% от своего объема. Оставшихся 10% необходимо для накопления полученного биологического газа.
В обязательно порядке учитывается длительность цикла переработки. При поддержании температуры в +35°С она составляет 12 суток. Нужно не забывать, что используемое сырье перед отправкой в реактор разбавляется водой. Поэтому ее количество учитывают перед расчетом объема резервуара.
Схема простейшей биоустановки
Для изготовления биогаза в домашних условиях необходимо создать оптимальные условия для микроорганизмов, которые будут расщеплять биологическую массу. В первую очередь желательно организовать подогрев генератора, что повлечет за собой дополнительные расходы.
- объем емкости для сохранения отходов должен быть не меньше 1 куб. м;
- необходимо использовать герметически закрываемый резервуар;
- утепление бака с биомассой – обязательное условие его эффективной работы;
- резервуар можно углубить в землю. Тепловую изоляцию устанавливают только в верхней его части;
- в емкость монтируется ручная мешалка. Ее ручка выводится наружу через герметический узел;
- предусматриваются патрубки для погрузки/выгрузки сырья, забора биогаза.
Технология изготовления подземного реактора
Для производства биогаза можно установить самую простую установку, углубив ее в грунт. Технология изготовления такого резервуара выглядит следующим образом:
- Выкапывают котлован нужного размера. Его стенки заливают керамзитобетоном, который дополнительно армируют.
- С противоположных стенок бункера оставляют отверстия. В них устанавливают трубы с некоторым наклоном, чтобы производить закачку сырья и извлечение отработанного материала.
- 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.
- 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.
- 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.
- Сверху крышки резервуара делаю люк, который должен герметически закрываться. Через нее также выводят газоотводный трубопровод. Дополнительно устанавливают клапан для сброса давления.
- 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.
Расчет выхода биогаза
Выход биологического газа зависит от содержания в сырье сухого вещества и его типа:
- из 1 т навоза от крупного рогатого скота получают 50-60 куб. м продукта с содержанием метана 60%;
- из 1 т отходов растительного происхождения получают 200-500 куб. м биогаза с концентрацией метана 70%;
- из 1 т жира получают 1300 куб. м газа с концентрацией метана 87%.
Для определения эффективности производства проводят лабораторные испытания используемого сырья. Рассчитывается его состав, что влияет на качественные характеристики биогаза.
Технология производства биогаза . Современные животноводческие комплексы обеспечивают получение высоких производственных показателей. Применяемые технологические решения позволяют полностью соблюдать требования действующих санитарно-гигиенических норм в помещениях самих комплексов.
Однако большие количества жидкого навоза, сконцентрированные в одном месте, создают значительные проблемы для экологии прилегающих к комплексу территорий. Например, свежий свиной навоз и помёт относятся к отходам, имеющим 3-й класс опасности. Экологические вопросы находятся на контроле надзирающих органов, требования законодательства по этим вопросам постоянно ужесточаются.
Биокомплекс предлагает комплексное решение по вопросам утилизации жидкого навоза, которое включает ускоренную переработку в современных биогазовых установках (БГУ). В процессе переработки, в ускоренном режиме протекают естественные процессы разложения органики с выделением газа включающего: метан, СО2, серу, и т.д. Только получаемый газ не выделяется в атмосферу, вызывая парниковый эффект, а направляется в специальные газогенераторные (когенерационные) установки, которые вырабатывают электрическую и тепловую энергию.
Биогаз - горючий газ , образующийся при анаэробном метановом сбраживании биомассы и состоящий преимущественно из метана (55-75%), двуокиси углерода (25-45%) и примесей сероводорода, аммиака, оксидов азота и других (менее 1%).
Разложение биомассы происходит в результате химико-физических процессов и симбиотической жизнедеятельности 3-х основных групп бактерий, при этом продукты метаболизма одних групп бактерий являются продуктами питания других групп, в определённой последовательности.
Первая группа - гидролизные бактерии, вторая – кислотообразующие, третья - метанобразующие.
В качестве сырья для производства биогаза могут использоваться как органические агропромышленные или бытовые отходы, так и растительное сырьё.
Наиболее распространёнными видами отходов АПК, используемыми для производства биогаза, являются:
- навоз свиней и КРС, помёт птицы;
- остатки с кормового стола комплексов КРС;
- ботва овощных культур;
- некондиционный урожай злаковых и овощных культур, сахарной свёклы, кукурузы;
- жом и меласса;
- мучка, дробина, мелкое зерно, зародыши;
- дробина пивная, солодовые ростки, белковый отстой;
- отходы крахмало-паточного производства;
- выжимки фруктовые и овощные;
- сыворотка;
- и пр.
|
Источник сырья |
Вид сырья |
Количество сырья в год, м3 (тн.) |
Количество биогаза, м3 |
| 1 дойная корова | Бесподстилочный жидкий навоз | ||
| 1 свинья на откорме | Бесподстилочный жидкий навоз | ||
| 1 бычок на откорме | Подстилочный твёрдый навоз | ||
| 1 лошадь | Подстилочный твёрдый навоз | ||
| 100 кур | Сухой помёт | ||
| 1 га пашни | Свежий силос кукурузы | ||
| 1 га пашни | Сахарная свёкла | ||
| 1 га пашни | Свежий силос из зерновых культур | ||
| 1 га пашни | Свежий силос из травы |
Количество субстратов (видов отходов), используемых для производства биогаза в пределах одной биогазовой установки (БГУ), может варьироваться от одного до десяти и более.
Биогазовые проекты в агропромышленном секторе могут быть созданы по одному из следующих вариантов:
- производство биогаза из отходов отдельного предприятия (например, навоза животноводческой фермы, жома сахарного завода, барды спиртового завода);
- производство биогаза на базе отходов разных предприятий, с привязкой проекта к отдельному предприятию либо отдельно расположенной централизованной БГУ;
- производство биогаза с преимущественным использованием энергетических растений на отдельно расположенных БГУ.
Наиболее распространённым способом энергетического использования биогаза является сжигание в газопоршневых двигателях в составе мини-ТЭЦ, с производством электроэнергии и тепла.
Существуют различные варианты технологических схем биогазовых станций — в зависимости от типов и количества видов применяемых субстратов. Использование предварительной подготовки, в ряде случаев, позволяет добиться увеличения скорости и степени распада сырья в биореакторах, а, следовательно, увеличения общего выхода биогаза. В случае применения нескольких субстратов, отличающихся свойствами, например, жидких и твёрдых отходов, их накопление, предварительная подготовка (разделение на фракции, измельчение, подогрев, гомогенизация, биохимическая или биологическая обработка, и пр.) проводится отдельно, после чего они либо смешиваются перед подачей в биореакторы, либо подаются раздельными потоками.
Основными структурными элементами схемы типичной биогазовой установки являются:
- система приёма и предварительной подготовки субстратов;
- система транспортировки субстратов в пределах установки;
- биореакторы (ферментеры) с системой перемешивания;
- система обогрева биореакторов;
- система отвода и очистки биогаза от примесей сероводорода и влаги;
- накопительные ёмкости сброженной массы и биогаза;
- система программного контроля и автоматизации технологических процессов.
Технологические схемы БГУ бывают различными в зависимости от вида и числа перерабатываемых субстратов, от вида и качества конечных целевых продуктов, от того или иного используемого «ноу-хау» компании поставщика технологического решения, и ряда других факторов. Наиболее распространёнными на сегодняшний день являются схемы с одноступенчатым сбраживанием нескольких видов субстратов, одним из которых обычно является навоз.
С развитием биогазовых технологий применяемые технические решения усложняются в сторону двухступенчатых схем, что в ряде случаев обосновано технологической необходимостью эффективной переработки отдельных видов субстратов и повышением общей эффективности использования рабочего объема биореакторов.
Особенностью производства биогаза является то, что он может вырабатываться метановыми бактериями только из абсолютно сухих органических веществ. Поэтому задачей первого этапа производства, является создание смеси субстрата, который имеет повышенное содержание органических веществ, и в то же время может перекачиваться насосами. Это субстрат с содержанием сухих веществ 10-12%. Решение достигается путём выделения излишней влаги с помощью шнековых сепараторов.
Жидкий навоз поступает из производственных помещений в резервуар, гомогенизируется с помощью погружной мешалки, и погружным насосом подаётся в цех разделения на шнековые сепараторы. Жидкая фракция накапливается в отдельном резервуаре. Твёрдая фракция загружается в устройство подачи твёрдого сырья.
В соответствии с графиком загрузки субстрата в ферментёр, по разработанной программе периодически включается насос, подающий жидкую фракцию в ферментёр и одновременно включается загрузчик твёрдого сырья. В качестве варианта, жидкая фракция может подаваться в загрузчик твёрдого сырья, имеющего функцию перемешивания, и затем уже готовая смесь подаётся в ферментёр по разработанной программе загрузки.. Включения бывают непродолжительными. Это сделано, чтобы не допустить излишнего поступления органического субстрата в ферментёр, поскольку это может нарушить баланс веществ и вызовет дестабилизацию процесса в ферментёре. Одновременно включаются также насосы, перекачивающие дигестат из ферментёра в дображиватель и из дображивателя в накопитель дигестата (лагуну), чтобы не допустить переполнения ферментёра и дображивателя.
Находящиеся в ферментёре и дображивателе массы дигестата, перемешиваются для обеспечения равномерного распределения бактерий по всему объёму ёмкостей. Для перемешивания используются тихоходные мешалки специальной конструкции.
В процессе нахождения субстрата в ферментёре, бактериями выделяется до 80% всего биогаза, вырабатываемого БГУ. В дображивателе выделяется оставшаяся часть биогаза.
Важную роль в обеспечении стабильного количества выделяемого биогаза играет температура жидкости внутри ферментёра и дображивателя. Как правило, процесс протекает в мезофильном режиме с температурой 41-43ᴼС. Поддержание стабильной температуры достигается применением специальных трубчатых нагревателей внутри ферментёров и дображивателей, а также надёжной теплоизоляцией стен и трубопроводов. Биогаз, выходящий из дигестата, имеет повышенное содержание серы. Очистка биогаза от серы производится с помощью специальных бактерий, заселяющих поверхность утеплителя, уложенного на деревянный балочный свод внутри ферментёров и дображивателей.
Накопление биогаза осуществляется в газгольдере, который образуется между поверхностью дигестата и эластичным высокопрочным материалом, покрывающим ферментёр и дображиватель сверху. Материал имеет способность сильно растягиваться (без уменьшения прочности), что накоплении биогаза значительно увеличивает ёмкость газгольдера. Для предохранения переполнения газгольдера и разрыва материала, имеется предохранительный клапан.
Далее биогаз поступает в когенерационную установку. Когенерационная установка (КГУ) является блоком, в котором осуществляется выработка электрической энергии генераторами, привод которых осуществляют газопоршневые двигатели, работающие на биогазе. Когенераторы работающие на биогазе, имеют конструктивные отличия от обычных газогенераторных двигателей, поскольку биогаз является сильно обеднённым топливом. Вырабатываемая генераторами электрическая энергия, обеспечивает питание электрооборудования самой БГУ, а все сверх этого отпускается близлежащим потребителям. Энергия жидкости, идущей на охлаждение когенераторов и является вырабатываемой тепловой энергией за минусом потерь в бойлерных устройствах. Вырабатываемая тепловая энергия, частично идёт на обогрев ферментёров и дображивателей, а оставшаяся часть – также направляется в близ лежащим потребителям. поступает в
Можно установить дополнительное оборудование для очистки биогаза до уровня природного газа, однако это дорогостоящее оборудование и его применяют, только если целью БГУ является не производство тепловой и электрической энергии, а производство топлива для газопоршневых двигателей. Апробированными и наиболее часто применяемыми технологиями очистки биогаза являются водная абсорбция, адсорбция на носителе под давлением, химическое осаждение и мембранное разделение.
Энергетическая эффективность работы БГУ во многом зависит как от выбранной технологии, материалов и конструкции основных сооружений, так и от климатических условий в районе их расположения. Среднее потребление тепловой энергии на подогрев биореакторов в умеренном климатическом поясе равно 15-30% от энергии, вырабатываемой когенераторами (брутто).
Общая энергетическая эффективность биогазового комплекса с ТЭЦ на биогазе составляет в среднем 75-80%. В ситуации, когда всё тепло, получаемое от когенерационной станции при производстве электроэнергии невозможно потребить (распространённая ситуация из-за отсутствия внешних потребителей тепла), оно отводится в атмосферу. В таком случае, энергетическая эффективность биогазовой ТЭС составляет лишь 35% от общей энергии биогаза.
Основные показатели работы биогазовых установок могут существенно различаться, что во многом определяется применяемыми субстратами, принятым технологическим регламентом, эксплуатационной практикой, выполняемыми задачами каждой отдельной установки.
Процесс переработки навоза составляет не более 40 дней. Получаемый в результате переработки дигестат, не имеет запаха и является прекрасным органическим удобрением, в котором достигнута наибольшая степень минерализации питательных веществ, усваиваемых растениями.
Дигестат, как правило, разделяется на жидкую и твёрдую фракции с помощью шнековых сепараторов. Жидкую фракцию направляют в лагуны, где накапливают до периода внесения в почву. Твёрдая фракция также используется в качестве удобрения. Если применить к твёрдой фракции дополнительную сушку, грануляцию и упаковку, то она будет пригодна для длительного хранения и транспортировки на большие расстояния.
Производство и энергетическое использования биогаза имеет целый ряд обоснованных и подтверждённых мировой практикой преимуществ, а именно:
- Возобновляемый источник энергии (ВИЭ). Для производства биогаза используется возобновляемая биомасса.
- Широкий спектр используемого сырья для производства биогаза позволяет строить биогазовые установки фактически повсеместно в районах концентрации сельскохозяйственного производства и технологически связанных с ним отраслей промышленности.
- Универсальность способов энергетического использования биогаза как, для производства электрической и/или тепловой энергии по месту его образования, так и на любом объекте, подключённом к газотранспортной сети (в случае подачи очищенного биогаза в эту сеть), а также в качестве моторного топлива для автомобилей.
- Стабильность производства электроэнергии из биогаза в течение года позволяет покрывать пиковые нагрузки в сети, в том числе и в случае использования нестабильных ВИЭ, например, солнечных и ветровых электростанций.
- Создание рабочих мест за счёт формирования рыночной цепочки от поставщиков биомассы до эксплуатирующего персонала энергетических объектов.
- Снижение негативного воздействия на окружающую среду за счёт переработки и обезвреживания отходов путём контролированного сбраживания в биогазовых реакторах. Биогазовые технологии – один из основных и наиболее рациональных путей обезвреживания органических отходов. Проекты по производству биогаза позволяют сокращать выбросы парниковых газов в атмосферу.
- Агротехнический эффект от применения сброженной в биогазовых реакторах массы на сельскохозяйственных полях проявляется в улучшении структуры почв, регенерации и повышении их плодородия за счёт внесения питательных веществ органического происхождения. Развитие рынка органических удобрений, в том числе из переработанной в биогазовых реакторах массы, в перспективе будет способствовать развитию рынка экологически чистой продукции сельского хозяйства и повышению его конкурентоспособности.
Ориентировочные удельные инвестиционные затраты
БГУ 75 кВтэл. ~ 9.000 €/кВтэл.
БГУ 150 кВтэл. ~ 6.500 €/кВтэл.
БГУ 250 кВтэл. ~ 6.000 €/кВтэл.
БГУ bis 500 кВтэл. ~ 4.500 €/кВтэл.
БГУ 1 МВтэл. ~ 3.500 €/кВтэл.
Выработанная электрическая и тепловая энергия могут обеспечить не только потребности комплекса, но и прилегающей инфраструктуры. Причём сырьё для БГУ бесплатное, что обеспечивает высокую экономическую эффективность после завершения периода окупаемости (4-7 лет). Себестоимость вырабатываемой на БГУ энергии со временем не растёт, а напротив – уменьшается.
Биогазовая установка своими руками может быть выполнена без особых усилий. Ее использование позволит значительно сэкономить на энергоносителях, которые сегодня с каждым разом становятся все дороже. Если вы самостоятельно решите соорудить оборудование, позволяющее из отходов получить биогаз, то сможете потреблять дешевую энергию, которая пойдет на отопление жилища и иные нужды.
Выгодное использование
Если в ходе работы установки будут образовываться излишки биогаза или удобрений, то есть возможность продать их по рыночной цене, тем самым вы превратите в прибыль то, что буквально лежит под ногами. Если вы крупный фермер, то у вас есть возможность приобрести готовую станцию по выработке биогаза. Такие установки, произведенные в заводских условиях, стоят очень дорого, однако имеют длительный срок жизнедеятельности.
Биогазовая установка своими руками может быть выполнена из подручных материалов, это будет стоить не очень дорого, а работать такое оборудование будет по тому же принципу. Использовать при этом можно доступные инструменты, а также имеющиеся в арсенале мастера детали.
Принцип образования биогаза
Если вы задались целью изготовить установку, которая будет работать на биологическом газу, то необходимо представить технологию возникновения биогаза. Так, в специальной емкости, которая именуется биореактором, осуществляется процесс переработки биологической массы, в этом принимают участие анаэробные бактерии.
Биогазовая установка своими руками для дома на перепелином помете работает по принципу создания условий, которые характеризуются отсутствием воздуха и брожения. Все это длится в течение некоторого времени, продолжительность которого зависит от количества используемого в процессе сырья.
В конечном итоге происходит образование смеси газов, которая имеет в составе 60% метана и 35% углекислого газа. Остальные газообразные компоненты содержатся в массе в количестве 5%. Среди последних можно выделить сероводород в незначительном количестве. Образуемый таким образом газ непрерывно отводится из реактора, а после того как проходит процесс очистки, поступает на применение по назначению.
Особенности обслуживания
Отходы, которые претерпели переработку, становятся качественными удобрениями, которые время от времени необходимо устранять из биореактора. Их можно закладывать на поля. Биогазовая установка своими руками может быть выполнена без особых усилий, если вы имеете доступ к животноводческим и сельскохозяйственным предприятиям. Это указывает на то, что экономически выгодным станет производство биогаза только лишь в том случае, если есть источник поставки навоза и других органических отходов животноводческого производства.
Особенности самостоятельного строительства биореактора
Для того чтобы понять, как самостоятельно изготовить биогазовую установку, необходимо разобраться, из каких частей она состоит. Можно взять за основу самую простую схему оборудования, которое возможно соорудить своими силами. В конструкции не предусмотрен подогрев и перемешивающее устройство, однако есть одна из основных частей - реактор, который еще известен как метантенк. Эта составляющая требуется для осуществления переработки навоза. Помимо этого, есть бункер, посредством которого производится загрузка сырья. Необходимо снабдить конструкцию входным люком, а также гидрозатвором. А вот для того, чтобы была возможность выгружать отработанное сырье, нужна будет труба. Подобный элемент потребуется для того, чтобы реализовать возможность отвода биогаза.
Вот так выглядит схема биогазовой установки. Своими руками изготовить такую конструкцию несложно. Для того чтобы получать бесплатное биологическое топливо, на участке следует выбрать место, где можно произвести строительство армированной емкости, в основе которой будет бетон. Этот сосуд станет выполнять роль биореактора. В его основании необходимо предусмотреть наличие отверстия, сквозь которое станет удаляться сырье, прошедшее отработку. Это отверстие необходимо сделать таким, чтобы была возможность хорошо его закрыть. Это обусловлено тем, что функционирование системы возможно только в герметичных условиях.
Габариты бетонного отсека можно определить, учитывая количество используемых единовременно органических отходов. Нужно выяснить, какое количество сырья каждый день будет появляться в фермерском хозяйстве или частном подворье. Но не стоит экономить, так как обеспечить полноценную работу биореактора можно будет только в том случае, если заполнить резервуар на 2/3 от имеющегося объема. Если вами будет изготавливаться биогазовая установка своими руками из бочки, то работать она будет по следующему принципу: как только в хорошо закрытую емкость биореактора, которая находится на глубине в почве, попадают органические отходы, они начинают бродить, что и приводит к выделению биогаза.
Особенности изготовления емкости
Биогазовая установка своими руками может быть выполнена с учетом каждодневного использования незначительного количества отходов. В этом случае железобетонный резервуар допустимо заменить стальной емкостью, в качестве которой может выступить даже бочка. Если вы решили прибегнуть именно к такому решению, то выбирать металлический сосуд необходимо, руководствуясь некоторыми правилами.
В первую очередь необходимо обратить внимание на сварные швы, которые должны быть достаточно прочными и герметичными. При использовании маленькой емкости не стоит рассчитывать на то, что удастся получить значительное количество биогаза. Выход будет зависеть от массы органических отходов, которые единовременно перерабатываются в реакторе. Таким образом, для того чтобы образовалось 100 м 3 биогаза, необходимо подвергнуть переработке тонну отходов.
Оборудование реактора подогревом
Биогазовая установка своими руками для дома может быть изготовлена таким образом, что при ее работе удастся получить большую эффективность. Это обеспечивается за счет подогрева. Такие манипуляции позволят ускорить процесс брожения биологической массы. Если оборудование установлено в южных районах, то такой необходимости не возникает. Температура внешней среды обеспечивает естественную активацию брожения. Однако если установка работает в регионах с холодным климатом, то в зимний период подогрев выступает в качестве необходимого условия работы оборудования по выработке биогаза. Необходимо помнить, что процесс брожения начинается при температуре, которая превышает 38 о С.
Способы оборудования биогазовой установки подогревом
Биогазовая установка своими руками для дома может быть оборудована подогревом несколькими методами. Первый предполагает необходимость подключения установки к системе отопления по типу змеевика. Его нужно монтировать под реактором. Второй способ предусматривает установку в основание резервуара электрического нагревательного элемента. Третий способ характеризуется обеспечением непосредственного нагрева резервуара методом применения электрических отопительных систем.газового оборудования. Активацию выработки биологического газа в домашних условиях можно дополнить функцией перемешивания массы в отсеке. Для этого следует сконструировать устройство, которое походит на бытовой миксер. В движение оно будет приводиться с помощью вала, выведенного сквозь отверстие в крышке, в качестве альтернативного решения можно расположить его в стенках резервуара.
Оборудование установки системой вывода
Мини-биогазовая установка, своими руками сконструированная, не может работать без системы отвода газа. Для этого установка должна обладать специальным отверстием, которое необходимо монтировать в верхней части крышки, последняя должна хорошо закрывать резервуар. Для исключения вероятности смешивания газа с воздухом необходимо обеспечить его отвод сквозь гидрозатвор.
Конечно же, биогаз своими руками – это не для всех. Во-первых, надо быть владельцем частного дома. Самодельная установка имеет размеры и варианты установки, при которых условия квартиры категорически не подходят. Во-вторых, в домашних условиях возможно только при наличии органических отходов в большом количестве. И в-третьих, пожалуй, самое главное, нужны знания.
Придумывать установку нет смысла – все уже давным-давно придумано. Но чтобы реализовать уже готовую идею по готовым чертежам – это надо понимать. Инструмент, смекалка, понимание и осознание схемы устройства и еще и желание, которое позволит не отступиться от намеченной цели – это все очень важно.
Подытожим:
- Место. Только частные дворы, где расположены свободные от застроек и деревьев участки площадью до 10 м2. Рассматривать также стоит такие варианты, когда над самой установкой в перспективе возможно сооружение здания хозяйственного или даже жилого типа.
- Материал. Нержавеющая сталь, кирпич, бетон, трубы (металлические и/или пластиковые) – это самое основное. Добавим в этот список инструменты: сварочное оборудование, бетономешалки, металлорежущий инструмент.
- Сырье. Основным источником биогаза может быть только органика – навоз, отходы растительного происхождения, отходы забойного цеха. Каждый вид сырья дает свое количество биогаза определенного качества. В любом случае, сырья должно быть достаточно, чтобы повысить рентабельность.
- Понимание и осознание идеи. Можно и без этого: пригласил, заплатил, получил – зачем понимание? Но только даже самая примитивная и рассчитанная на малое производство биогаза установка стоит дорого, а вся суть – получить все необходимое, основываясь на собственные силы. Так что тут надо быть носителем негласного звания «народный умелец».
Многие европейские фермеры давно перешли на этот альтернативный вид топлива. Окупаемость биогенератора – 3-5 лет, все зависит от масштабов потребления. К примеру, датские владельцы миниферм, с поголовьем скота всего до 50-100 голов, ухитряются собственными установками получать биогаз, который полностью удовлетворяет потребности как жилого дома, так и самой фермы. Уют дома и на ферме благодаря биогазу собственного производства у них воспринимается как уже что-то обычное.
Как это работает
Во всей биоустановке главным является практически каждый элемент:
- Резервуар – емкость, в которой происходит брожение биомассы за счет действия бактерий. Разных размеров и из разного материала резервуар служит своеобразной кастрюлей. Правильней его будет назвать биореактор. Это сложнейшая конструкция должна не только вмещать биомассу для брожения, но и обладать такими качествами как надежность и долговечность. Установка по производству биогаза – не многоразовое построение. Нужно сделать один раз и только совершенствовать конструкцию, иначе рентабельность упадет ниже нуля.
- Соединительные элементы, которые должны не травить газ. Метан – взрывоопасный газ и случайная искра может привести к плачевным последствиям.
- Система перемешивания массы сырья. В кустарных условиях изготовить довольно сложно, но крайне желательно. Регулярное перемешивание повышает производительность.
- Система утепления реактора. Надежное и качественное утепление позволяет поддерживать необходимую температуру внутри реактора. Бактерии способны выживать при низких температурах, но при этом они не жизнеспособны. И хотя температура внутри будет всегда выше нуля, ее необходимо уметь поддерживать и контролировать.
- Газгольдер – емкость для временного (до потребления) хранения газа. В кустарных условиях представлен резервуаром из стали.
- Фильтровальная система или система фильтрации. Полученный в результате брожения газ желательно очистить от СО2.
Сырье, поступая в биореактор, начинает бродить. Выделяемый газ не чистый. В нем присутствует доля метана (до 80-90%), углекислого газа (до 20-30%), водорода (до 5-10%). Периодическое перемешивание способствует частоте выделения газа. Газ попадает в газгольдер, далее с систему фильтрации, а потом к потребляемому агрегату (котел, печь и т.п.).
Основные моменты
Биогаз в домашних условиях получать можно в разных объемах и разного качества. На это влияют некоторые факторы:
- Количество сырья. Для непрерывной работы биореактора биомасса должна периодически подаваться внутрь. Частота подачи зависит от размеров реактора. Высокая производительность достигается заполнением емкости на 75%. Меньший показатель снижает эффективность производства, как и загрузка свыше 75%.
- Происхождение сырья. Навоз или кукурузная масса – разница существенна. Обычно отталкиваются от наличия того или иного вида сырья. К примеру, огромное количество высокого качества метана можно получить из животных жиров – до 1500 м3 из тонны сырья. При этом содержание метана также будет максимально возможным – до 90%. Меньшие показатели имеет производство биогаза из водорослей – до 250-300 м3 из тонны.
- Частота подачи сырья. Брожение должно завершиться практически полностью, выделяемая вода должна быть спущена, неперебродившие остатки утилизированы и только тогда возможна новая подача определенного количества. В кустарных условиях этот процесс довольно сложно контролировать. Промышленные установки более прогрессивны и весь процесс контролируется автоматикой.
- Комбинирование сырья. Некоторые виды биомасс могут дополнять друг друга, выступая катализаторами химических процессов внутри реактора. Некоторые, наоборот, способны замедлить ход реакции. К примеру, зерновая барда в сочетании с навозом дает в результате соединения неплохие результаты. Тогда как жиры не сочетаются с практически любым другим видом сырья.
Таблица показывает объем получаемого газа (в м3) из одной тонны сырья:
Как использовать
Биогаз в домашних условиях можно использовать исходя из его количества и качества. Обычно это отопление хозяйственных построек или жилого дома. При небольших объемах газа может хватать только на подогрев воды, но в таком случае нужно пересмотреть рентабельность установки. Некоторые мастера довели свои конструкции до огромных значений производительности и полностью забыли о потреблении государственной электроэнергии и природного газа.
В любом случае, посредством установки для получения биогаза, реализуется несколько положительных моментов как для потребителя газа, так и для всего человечества в целом:
- переход на не затратное производство,
- экономия средств,
- частичная утилизация отходов,
- предотвращение глобального потепления.
Человечество сделало гигантский скачок вперед, научившись управлять природой и бытом. Биогаз, как альтернативное топливо и вид энергии, теперь стало возможным получать в домашних условиях. Конечно, несколько отпугивает дороговизна оборудования, но расчеты по окупаемости показывают, что биореактор дома является выгодным и целесообразным решением.