Использование биогаза вчера, сегодня, завтра
Биогаз давно уже признан специалистами, как очень актуальный, современный и выгодный источник тепловой, механической и электрической энергии. На биогазе работают газосжигающие устройства – именно они вырабатывают энергию, которую затем используют для освещения, отопления, для работы водонагревателей и газовых плит, для двигателей внутреннего сгорания и инфракрасных излучателей.
Наиболее просто сжигать биогаз в газовых горелках, но лучше использовать биогаз для получения электрической и механической энергии. В этом случае будет создаваться собственная энергетическая база, которая затем станет обеспечивать эксплуатационные нужды хозяйств.
Использование биогаза: немного истории
Отдельные случаи использования биогаза известны с так называемых «незапамятных» времён – в Индии и Ассирии его использовали ещё до нашей эры. Но начало научного изучения возможностей практического применения биогаза было положено Бенджамином Франклином в 1764 году: он описал свой эксперимент с поджогом заболоченного озера.
Открытие формулы болотного газа дало толчок для проведения ряда опытов по использованию биогаза в освещении улиц и отоплении помещений. Уже в конце XIX века уличные фонари города Эксетер (Англия) заправлялись газом, а в Бомбее его использовали как топливо в различного рода двигателях.
Показательно, что, к примеру, во Франции во время Второй мировой войны эксплуатировалось более двух тысяч биогазовых установок, и этот опыт распространялся по всей Европе.
Но во второй половине прошлого века жидкое топливо и природный газ, как более дешёвые энергоносители, биогазовые установки вытеснили, хотя и ненадолго. После энергетического кризиса биогазовые технологии во многих странах мира стали стандартом переработки отходов и очистки сточных вод.
Биогазовые станции с успехом работают в Европе
Известно, что любые полезные начинания, если они имеют государственную поддержку, обречены на успех. Примером служат Швеция, Австрия, Финляндия, в которых использование биогаза стимулируется на государственном уровне. В этих странах около 20 % произведённой энергии – из биогаза, им отапливают дома и освещают улицы.
Около двухсот биогазовых установок работают в Австрии, а в Германии – почти 10 тысяч, а к 2020 году их количество планируют увеличить вдвое. А в Англии, к примеру, использование биогаза покрывает все энергозатраты в сельском хозяйстве.
Швеция считается лидером по продаже машин, заправляемых биогазом. В сравнительно небольшом городке Гётеборге работают 19 заправочных станций, создан первый работающий на биогазе поезд и построен самый большой биогазовый завод.
Перспективы развития биогазовых технологий в России
Пока в России биогазовые станции недостаточно популярны, хотя перспективы для развития биогазовых технологий, безусловно, есть. Судите сами: ежегодно 773 миллионов тонн органических отходов сельского хозяйства могли бы дать 66 миллиардов кубометров биогаза и, соответственно – электроэнергии около 110 млрд кВт/часов.
Уже сегодня развитие биогазовой промышленности идёт в двух направлениях: создаются крупные биогазовые станции и фермерские биогазовые установки. С учётом того, что большая часть российских почв малоурожайны и требуют внесения удобрений, создание биогазовых установок должно стимулироваться. Ведь это позволит:
- решить проблему отходов;
- обеспечить электроэнергией фермерское хозяйство;
- повысить плодородность почв, а значит – урожая.
Таким образом вполне реально увеличить рентабельность и сократить сроки окупаемости установок.
Использование биогаза выгодно
Всем известно, что в нашей стране многие населённые пункты не обеспечены природным газом на должном уровне, и в этой ситуации хорошим выходом могли бы стать биогазовые установки, тем более что сырья для них – в избытке. Это и навоз, и опавшая листва, и пищевые отходы, и сгнившее зерно – всё, что обычно сваливают в компостную яму.
Именно поэтому особенно эффективно производство биогаза в агропромышленных комплексах и фермерских хозяйствах, где фактически обеспечивается замкнутый технологический цикл. Более того, излишки произведённого биогаза можно продавать, накапливать или перекачивать.
Биогаз можно использовать и как топливо для сельскохозяйственной техники и автомобилей. Правда, для этого нужно устанавливать дополнительные системы очистки биогаза. С учётом того, что цены на топливо растут неустанно, заправка биогазом придётся как нельзя к месту. К тому же, побочным продуктом при при очищении биогаза является углекислый газ, и его тоже можно использовать – в технических целях, для газировки или как сухой лёд.
Строить биоэнергетические установки выгодно:
- всем видам сельскохозяйственных предприятий – птицефабрикам, свинофермам и растениеводческим хозяйствам;
- тепличным хозяйствам;
- очистным и коммунальным предприятиям;
- перерабатывающим предприятиям.
Использование биогаза позволяет существенно сократить расходы на очистку и утилизацию отходов. Больше не понадобятся навозные отстойники – а это экономия средств на строительстве. Теперь владельцам хозяйств можно будет экономить и на штрафах – биогаз позволит не загрязнять грунтовые воды и эффективно использовать земельные участки.
Эффективность использования биогаза очень высока: 24 % для двигателей внутреннего сгорания, 55 % для газовых плит. Но наиболее эффективно использование биогаза в получении тепла и энергии одновременно. В этом случае эффективность достигает 88 %. Эти цифры ярко иллюстрируют выводы: использование биогаза выгодно, как для всех хозяйств и предприятий, так и для государства в целом.
Биогаз — руководство для начинающих
Что такое биогаз? Руководство для начинающих
Биогаз — это вид биотоплива, который естественным образом образуется в результате разложения органических отходов. Когда органические вещества, такие как пищевые отходы и отходы животного происхождения, разрушаются в анаэробной среде (среде, в которой отсутствует кислород), они выделяют смесь газов, в основном метана и углекислого газа. Поскольку это разложение происходит в анаэробной среде, процесс производства биогаза также известен как анаэробное сбраживание.
Анаэробное сбраживание — это естественная форма отходов в энергию, которая использует процесс ферментации для расщепления органических веществ. Животный навоз, пищевые отходы и сточные воды — все это примеры органического вещества, которое может производить биогаз путем анаэробного сбраживания. Из-за высокого содержания метана в биогазе (обычно 50-75%) биогаз является легковоспламеняющимся и, следовательно, производит глубокое синее пламя и может использоваться в качестве источника энергии.
Экология биогаза
- Биогаз известен как экологически чистый источник энергии, потому что он одновременно облегчает две основные экологические проблемы:
- Глобальная эпидемия отходов, которая выпускает опасные уровни метана каждый день
- Зависимость от энергии ископаемого топлива для удовлетворения мирового спроса на энергию
Преобразуя органические отходы в энергию, биогаз использует элегантную тенденцию природы перерабатывать вещества в производственные ресурсы.
Производство биогаза восстанавливает отходы, которые в противном случае загрязняют свалки; предотвращает использование токсичных химикатов на очистных сооружениях и экономит деньги, энергию и материалы, обрабатывая отходы на месте. Кроме того, использование биогаза не требует извлечения ископаемого топлива для производства энергии.
Вместо этого биогаз берет проблемный газ и превращает его в гораздо более безопасную форму. Более конкретно, содержание метана в разлагающихся отходах преобразуется в диоксид углерода. Газообразный метан в 20–30 раз превышает способность углекислого газа удерживать тепло. Это означает, что когда гниющая буханка хлеба превращается в биогаз, ее воздействие на окружающую среду будет примерно в 10 раз менее сильным, чем если бы ее оставили гнить на свалке.
Содержание статьи
Биореактор
В отличие от выпуска метана в атмосферу, биогазовые реакторы являются системами, которые перерабатывают отходы в биогаз, а затем направляют этот биогаз, чтобы можно было продуктивно использовать энергию.
Существует несколько типов биогазовых систем и установок, которые были разработаны для эффективного использования биогаза. В то время как каждая модель отличается в зависимости от ввода, выхода, размера и типа, биологический процесс, который превращает органические отходы в биогаз, является однородным.
Биореакторы получают органические вещества, которые разлагаются в камере. Камера биореактора полностью погружена в воду, что делает ее анаэробной (бескислородной) средой. Анаэробная среда позволяет микроорганизмам разрушать органический материал и превращать его в биогаз.
Полностью натуральное удобрение
Поскольку органический материал разлагается в жидкой среде, питательные вещества, присутствующие в отходах, растворяются в воде и создают богатый питательными веществами осадок, обычно используемый в качестве удобрения для растений.
Это производство удобрений производится ежедневно и, следовательно, является высокопродуктивным побочным продуктом анаэробного сбраживания.
Биологический распад
Для производства биогаза ферменты органического вещества с помощью бактериальных сообществ. Четыре стадии ферментации переводят органический материал из исходного состава в биогазовое состояние.
- Первая стадия процесса расщепления — стадия гидролиза. На стадии гидролиза нерастворимые органические полимеры (такие как углеводы) расщепляются, делая их доступными для следующей стадии бактерий, называемых ацидогенными бактериями.
- Ацидогенные бактерии превращают сахара и аминокислоты в диоксид углерода, водород, аммиак и органические кислоты.
- На третьем этапе ацетогенные бактерии превращают органические кислоты в уксусную кислоту, водород, аммиак и углекислый газ, что позволяет на последнем этапе — метаногены.
- Метаногены превращают эти конечные компоненты в метан и углекислый газ, которые затем можно использовать в качестве горючей зеленой энергии.
История биогаза
Этот анаэробный процесс разложения (или брожения) органического вещества происходит вокруг нас в природе и происходит в течение очень долгого времени. Фактически, бактерии, которые расщепляют органический материал в биогаз, являются одними из самых старых многоклеточных организмов на планете.
Человеческое использование биогаза, конечно, далеко не уходит в прошлое, однако некоторые неофициальные данные прослеживают первые случаи использования биогаза ассирийцам в 10-м веке и персам в 16-м веке. Совсем недавно 20-й век привел к возрождению как промышленных, так и небольших биогазовых систем.
Индия и Китай начали разработку небольших биогазовых установок для фермеров примерно в 1960-х годах. Цель состояла в том, чтобы предоставить возможность получения газа из отходов в сельских районах и сделать более чистое топливо для приготовления пищи более доступным в отдаленных районах.
Почти треть населения планеты по-прежнему использует дрова и другую биомассу для производства энергии, что приводит к разрушительным проблемам со здоровьем и окружающей среде.
В Индии популярная модель известна как биореактор с плавающим барабаном, а предпочтительная модель биогаза в Китае называется установка с фиксированным куполом.
С тех пор биогазовые установки размером достаточной для одной семьи приобретают все большее внимание и популярность как средство сокращения бытовых отходов и как средство обеспечения чистой возобновляемой энергией семей во всем мире.
В последние 15 лет страны всего мира внедряют биогазовые программы для обеспечения доступности, эффективности и удобства как биогазовых систем для домашних хозяйств, так и более крупных установок для анаэробного сбраживания.
Поскольку мусорные свалки перегружены и постоянно растут, а выброс метана создает все больше проблем, преимущества использования биогазовых систем для преобразования отходов в энергию становятся все более актуальной и важнрй.
Где используется биогаз?
Биогаз может быть произведен с различными типами органического вещества, и, следовательно, существует несколько типов моделей для биогазовых реакторов. Некоторые промышленные системы предназначены для очистки: городских сточных вод, промышленных сточных вод, твердых бытовых отходов и сельскохозяйственных отходов.
Небольшие системы обычно используются для переработки отходов животных. И новые системы семейного размера предназначены для переваривания пищевых отходов.
Полученный биогаз можно использовать несколькими способами, включая: газ, электричество, тепло и транспортное топливо.
Например, в Швеции сотни автомобилей и автобусов работают на очищенном биогазе. Биогаз в Швеции производится в основном из очистных сооружений и свалок.
Другим примером разнообразного использования биогаза является завод по производству молочных продуктов. Один из крупнейших производителей сыра в Великобритании строит анаэробную установку, которая будет перерабатывать остатки молочных продуктов и превращать в биометан для газовой сети.
Малые Биогазовые Системы
Компактные биогазовые котлы малого или семейного размера чаще всего встречаются в Индии и Китае. Однако спрос на такие устройства быстро растет во всем мире благодаря более передовым и удобным технологиям.
Поскольку современный мир производит все больше и больше отходов, люди стремятся найти экологические способы обработки своего мусора.
Традиционные системы, обычно встречающиеся в Индии и Китае, ориентированы на отходы животных. Из-за нехватки энергии в сельских районах в сочетании с избытком навоза, биогазовые реакторы очень популярны, полезны и даже меняют жизнь.
Во многих развивающихся странах биореакторы даже субсидируются и пропагандируются правительством и местными министерствами, которые видят разнообразные выгоды от использования биогаза.
В дополнение к наличию на кухне чистого возобновляемого источника энергии, многие семьи широко используют побочный продукт удобрений, который обеспечивают биогазовые системы.
В африканских странах некоторые пользователи биогаза даже получают прибыль, продавая побочный продукт био-суспензии, произведенный системами биогаза.
Эта био-суспензия отличается как жидкое удобрение, которое производится ежедневно. Биологическая суспензия относится к наиболее разложившейся стадии органического вещества после его разрушения в системе.
Биологическая суспензия опускается на дно биогазовой системы и с помощью современных установок, легко сливается после накопления (обычно это ежегодный процесс).
Эта био-суспензия на самом деле является плотным осадком, который дает много полезных свойств для почвы и может повысить продуктивность огородов.
- Биогаз — это технология, которая имитирует способность природы отдавать. Как промышленные, так и семейные биогазовые установки становятся невероятно популярными и актуальными в современном мире.
- По мере роста применения и эффективности биогаз может оказать существенное влияние на сокращение выбросов парниковых газов.
- Биогаз как чистый источник энергии и возобновляемое средство обработки органических отходов применим как в слаборазвитых, так и в промышленно развитых странах.
Преимущества и недостатки биогаза
Во всем мире интерес к возобновляемым источникам энергии набирает обороты. Производство биогаза неуклонно растет, так как все больше людей создают биогазовые установки для производства биогаза. Чтобы получить более полное представление о том, для чего нужен биогаз, мы создали этот список, объясняющий преимущества и недостатки биогаза.
Преимущества биогаза
Биогаз экологичен
Биогаз является возобновляемым, а также чистым источником энергии. Газ, получаемый в результате биоразложения, не загрязняет окружающую среду; это фактически уменьшает выбросы парниковых газов (то есть уменьшает парниковый эффект).
В процессе не происходит сгорания, что означает отсутствие выброса парниковых газов в атмосферу; поэтому использование газа из отходов как формы энергии на самом деле является отличным способом борьбы с глобальным потеплением.
Неудивительно, что забота об окружающей среде является основной причиной, по которой использование биогаза стало более распространенным. Биогазовые установки значительно сдерживают парниковый эффект: заводы снижают выбросы метана, улавливая этот вредный газ и используя его в качестве топлива.
Производство биогаза помогает снизить зависимость от использования ископаемого топлива, такого как нефть и уголь.
Другое преимущество биогаза состоит в том, что, в отличие от других видов возобновляемых источников энергии, этот процесс является естественным и не требует энергии для процесса генерации.
Кроме того, сырье, используемое в производстве биогаза, является возобновляемым, поскольку деревья и сельскохозяйственные культуры будут продолжать расти. Навоз, пищевые отходы и растительные остатки — это сырье, которое всегда будет в наличии, что делает его весьма устойчивым вариантом.
Выработка биогаза снижает загрязнение почвы и воды
Переполненные свалки не только распространяют неприятные запахи — они также позволяют токсичным жидкостям стекать в подземные источники воды. Следовательно, еще одно преимущество биогаза заключается в том, что производство биогаза может улучшить качество воды. Кроме того, анаэробное пищеварение дезактивирует патогены и паразитов; таким образом, он также довольно эффективен в снижении заболеваемости болезнями, передаваемыми через воду. Аналогичным образом, сбор и утилизация отходов значительно улучшаются в районах с биогазовыми установками. Это, в свою очередь, приводит к улучшению состояния окружающей среды, санитарии и гигиены.
Биореакор производит органические удобрения
Побочным продуктом процесса генерации биогаза является обогащенный органический (дигестат), который является идеальным дополнением или заменой химических удобрений.
Выброс удобрений из биогазовой установки может ускорить рост растений и устойчивость к болезням, тогда как коммерческие удобрения содержат химические вещества, которые оказывают токсическое воздействие и могут вызывать пищевое отравление, среди прочего.
Это простая и недорогая технология, которая способствует циркулярной экономике
Технология производства биогаза довольно дешевая. Онв проств в настройке и не требует больших вложений в небольших масштабах. Небольшие биодегустаторы можно использовать прямо дома, используя кухонные отходы и навоз.
Бытовая система окупается через некоторое время, а материалы, используемые для генерации газа, абсолютно бесплатны. Проявленный газ может быть использован непосредственно для приготовления пищи и выработки электроэнергии.
Это то, что позволяет себестоимости производства биогаза быть относительно низким.
Фермы могут использовать биогазовые установки и отходы, производимые их домашним скотом каждый день. Отходы одной коровы могут дать достаточно энергии для питания лампочки на целый день.
На больших станциях биогаз также может быть сжат для достижения качества природного газа и использован для питания автомобилей. Строительство таких заводов требует относительно небольших капиталовложений и создает экологичные рабочие места. Например, в Индии было создано 10 миллионов рабочих мест, в основном в сельской местности, на заводах и в сборе органических отходов.
Здоровая альтернатива кулинарии для развивающихся областей
Биогазовые генераторы спасают женщин и детей от сложной задачи сбора дров. В результате остается больше времени для приготовления и очистки. Что еще более важно, приготовление пищи на газовой плите, а не на открытом огне, предохраняет семью от воздействия дыма на кухне. Это помогает предотвратить смертельные респираторные заболевания. К сожалению, 4,3 миллиона человек в год преждевременно умирают от болезней, вызванных загрязнением воздуха в домах, вызванным неэффективным использованием твердого топлива для приготовления пищи.
Недостатки биогаза
Несколько технологических достижений
К сожалению, недостатком биогаза сегодня является то, что системы, используемые при производстве биогаза, неэффективны. Там нет никаких новых технологий для упрощения этого процесса, чтобы сделать его стоимость более. Это означает, что крупномасштабное производство на поставку для большого населения по-прежнему не представляется возможным. Хотя доступные сегодня биогазовые установки способны удовлетворить некоторые потребности в энергии, многие правительства не желают инвестировать в этот сектор.
Содержит примеси
После очистки и сжатия биогаз все еще содержит примеси. Если полученное биотопливо использовалось для питания автомобилей, оно может разъедать металлические части двигателя. Эта коррозия приведет к увеличению затрат на техническое обслуживание. Газовая смесь гораздо больше подходит для кухонных плит, водогрейных котлов и ламп.
Влияние температуры на производство биогаза
Как и другие возобновляемые источники энергии (например, солнечная энергия, энергия ветра), на производство биогаза также влияет погода. Оптимальная температура, необходимая бактериям для переваривания отходов, составляет около 30 ° C. В холодном климате биоустановки требуют тепловой энергии для поддержания постоянной подачи биогаза.
Менее подходит для густонаселенных районов
Еще одним недостатком биогаза является то, что промышленные биогазовые установки имеют смысл только в тех случаях, когда сырье в изобилии (пищевые отходы, навоз). По этой причине выработка биогаза гораздо больше подходит для сельских и пригородных районов.
Готовы создать собственную систему производства биогаза?
Благодарим за чтение нашей статей о получениие биогаза.
Задавайте здесь любые вопросы. Вы также можете подписаться на нашу рассылку и получать ежемесячные обновления о специальных предложениях, отраслевых новостях, тенденциях устойчивого развития, видео с рецептами и многом другом!
Потребление энергии в современном мире постоянно растет, и сырьевые ресурсы истощаются. Поэтому человек все активнее использует в повседневной жизни альтернативные виды топлива, такие как энергия солнца, ветра, воды. Ежегодно в мире производятся и накапливаются тонны биологических отходов, на утилизацию которых уходят большие средства. Но теперь появилась технология, которая позволяет перерабатывать биоотходы (прежде всего, навоз) и получать экологически чистое топливо — биогаз. Эти технологии положили начало развитию новой отрасли — биоэнергетики. Для производства экологического газа используются специальные агрегаты — биогазовые установки.
Что такое биогаз
Биогаз — это газ, который выделяется в результате брожения биомассы. Это вещество без цвета и запаха, которое на 70% состоит из метана и на 30% — из углекислого газа. Обладает очень высокой производительностью тепла: при сжигании 1 м³ биогаза выделяется столько же тепла, сколько при сжигании 1,5 кг каменного угля.
Выделение биогаза происходит под воздействием анаэробных бактерий, активность которых увеличивается при нагревании. Они стимулируют разложение органических отходов, в результате чего образуется биологический газ.
Однако для производства этого вида топлива подходят не любые биомассы. Самое подходящее сырье — навоз из-под коров, поскольку коровы питаются только растительной пищей. А вот птичий помет и отходы свиноферм использовать нельзя, поскольку они являются токсичными. Для получения биогаза их приходится разбавлять.
Помимо этого, для получения биологического газа применяют отходы от производства соков, вин, молока, крахмала и патоки, отходы от переработки картофеля, травы, водорослей, бытовые отходы и т.п.
Плюсы и минусы
Производство биогаза имеет ряд неоспоримых преимуществ:
- Эффективно уничтожает отходы и обеззараживает стоки.
- Благоприятно влияет на экологическую обстановку, поскольку предотвращает выброс в атмосферу метана, оказывающего огромное влияние на парниковый эффект.
- Сырье является неиссякаемым и практически бесплатным, поэтому приобретение оборудования становится экономически выгодным.
Как и любая технология, производство биогаза не идеально и имеет свои недостатки:
- Скорость его производства в значительной степени уступает традиционным источникам энергии.
- Для поддержания реакции нужно большое количество ферментов определенного качества.
- При нарушении герметичности емкостей с биогазом его качество резко снижается.
Где применяется
Биологическое топливо в первую очередь идет на бытовые нужды: приготовление пищи или обогрев помещения. Предприятия могут использовать биогаз для замкнутого производственного цикла, ведь стоимость этого топлива конкурирует с самой дешевой атомной энергией.
Конструкция и принцип работы биогазовой установки
Биогазовые установки — это специальные агрегаты, в которых происходит переработка отходов с образованием биогаза и органического удобрения.
Их изготавливают в промышленности для крупных ферм и предприятий, но при желании такую установку может приобрести для себя и владелец частного дома. Однако для последнего она будет выгодна только в том случае, если он имеет ежедневный доступ к достаточному количеству органических отходов, например, держит свое приусадебное хозяйство.
Конструкция и принцип работы промышленных и бытовых установок аналогичны, отличаются агрегаты только своим размером и объемом производимого топлива.
Биогазовые установки включают в себя:
- Перерабатывающий бункер.
- Систему подвода газа.
- Подачи и выгрузки сырья.
- Подогрева.
- Перемешивания.
Принцип работы устройства прост:
- В перерабатывающий герметичный бункер загружают отходы, разбавленные водой.
- Там отходы подогреваются, активируя бактерии, и начинают бродить, выделяя газ.
- Газ собирается в верхней части бункера и по специальной трубе поступает в газосборник, а оттуда — на бытовые приборы.
- Содержимое бункера систематически обновляют, добавляя свежую биомассу и сливая отработанную.
Для загрузки в устройство подходят только свежие отходы. Использовать уже гниющее сырье малоэффективно. Кроме того, нельзя, чтобы в переработку попали антибиотики, плесень, древесная смола, моющие средства и растворители.
Как работают биогазовые установки: (https://www.youtube.com/embed/mIwA9EN5J6o)
Биогазовые установки для дома
Приобретение промышленных агрегатов обойдется недешево, да и окупаемость в домашнем хозяйстве составит лет 7-10. При этом потребуется большой объем органических отходов. Поэтому намного выгоднее и удобнее изготовить бытовую установку по производству биогаза своими руками. Материалы для этого потребуются самые доступные, а технология изготовления по плечу любому хозяину.
Перерабатывающий резервуар
Для него подойдет любая герметично закрывающаяся емкость цилиндрической формы. Это могут быть большие кастрюли или выварки, а также бочки из пластика объемом 10 л. Можно использовать и железные, но перед этим потребуется обработать их антикоррозийным составом и водостойкой краской.
Газоотвод
Представляет собой трубу, которую приваривают к крышке бочки. Для сообщения резервуара с газоотводом в месте монтажа последнего прорезают отверстие. Через трубу газ из бака поступает в накопитель, а оттуда — к бытовым приборам.
Рядом с газоотводом следует установить специальный клапан для выпуска газа, на случай, если давление в резервуаре слишком поднимется.
Подача и выгрузка сырья
Для подачи свежей биомассы и удаления из резервуара отработанной потребуется проделать в баке два отверстия. То, что предназначено для выгрузки, лучше делать у самого дна. А для загрузки — повыше. В них впаиваются трубы соответствующего диаметра.
Труба для загрузки должна быть направлена вверх, и ее удобно оборудовать воронкой. А патрубок для сливания отработанной массы следует установить так, чтобы слив происходил беспрепятственно. Стыки нужно герметизировать.
Подогрев
Если резервуар для производства биогаза будет размещаться на улице, необходимо позаботиться о его теплоизоляции и системе подогрева. Для теплоизоляции достаточно обернуть бак утепляющей тканью или вкопать его в землю.
Для организации подогрева можно использовать разные варианты, например:
- Подвести трубы от системы отопления и расположить их в виде змеевика вокруг бака.
- Поместить резервуар внутрь другого, заполненного водой, которую подогревать тенами.
Оптимальная температура для протекания реакции — 38 градусов. При ее повышении более 55 градусов процесс может остановиться, поскольку анаэробные бактерии погибнут.
Перемешивание
Перемешивание в несколько раз повышает эффективность технологического процесса. Для этого необходимо внутрь резервуара установить ось с приваренными лопастями, а конец этой оси вывести на крышку и герметизировать. Потом ее необходимо оборудовать специальной ручкой.
Получение газа
В готовую установку следует загрузить органическую массу и долить воды в соотношении 2:3. Крупные отходы нужно измельчить. Закрыть резервуар крышкой и ждать начала брожения. Обычно процесс стартует через 2-3 дня. Об этом можно судить по характерному бульканью.
Через две недели требуется добавить свежую порцию сырья и слить отработанную партию. После того, как через загрузочную трубу поступит новая партия, из выходного патрубка сольется столько же отработанной жидкости. Ее можно использовать для удобрения почвы на огороде. В дальнейшем обновлять сырье потребуется раз в два дня.
Биогазовые установки своими руками: (https://www.youtube.com/embed/Q8o9Ye8JcRY)
Обратите внимание, что использование даже простейшего оборудования по производству биогаза должно быть оформлено документально. В том числе должно быть получено разрешение Санэпидемстанции, пожарной и газовой служб.
Похожие темы:
Биогаз — производство и использование
Удорожание и планомерное сокращение исчерпаемых природных запасов углеводородов заставляет всё чаще задумываться о производстве и использовании альтернативных способов топлива. Одним из наиболее популярных, на сегодняшний день, является так называемый биогаз, получаемый из органических отходов.
Что такое биогаз и в чем его преимущества
Биогаз – смесь 55–75% метана, 25–45% углекислого газа и небольшого количества водорода, сероводорода и других газов, полученная в результате жизнедеятельности бактерий при разложении биомассы. Основной полезной составляющей данного био топлива является метан, при сжигании которого выделяется 20–25 МДж энергии, примерно столько же, сколько при сгорании 1,5 кг угля.
Основное достоинство биогаза в том, что получают его из органического мусора. Таким образом, решаются сразу две задачи: утилизация пищевых отходов и получение сравнительно недорогого и энергоемкого топлива. Образующиеся при производстве биогаза отходы также идут в дело – их используют в качестве удобрений. Ещё одно преимущество такого подхода – экономия природных ресурсов и сокращение выделения вредных свалочных газов в атмосферу.
Технология получения биогаза
На сегодняшний день известно более 60 различных технологий получения биогаза, различающихся видами и соотношением используемых компонентов, а также схемой переработки и конструкцией оборудования. В основе же так или иначе лежит процесс, суть которого заключается в последовательном разложении биомассы тремя группами бактерий – гидролизными, кислотообразующими и метанообразующими.
Основным элементом любой биогазовой установки является реактор – герметичная емкость, в которой происходит вышеописанный процесс. При этом в результате реакции в верхней части резервуара образуется биогаз, из которого в дальнейшем выделяют метан, а в нижней скапливается отработанная масса, пригодная для использования в качестве удобрения.
Для того, чтобы процесс образования биогаза происходил успешно и эффективно, необходимы определенные условия. В частности необходимо поддерживать температуру в емкости не менее 30 С. Масса в нем должна постоянно перемешиваться, а удаляемая отработанная часть своевременно замещаться новыми отходами. Немаловажное значение имеет и состав поступающей на переработку биомассы.
Какие отходы используются для получения биогаза
Соотношение веществ в составе биомассы напрямую влияет на количество и скорость образующегося биогаза, а также содержание в нем метана. Наилучший эффект достигается при сочетании фекальных осадков, пищевых и растительных отходов сельскохозяйственной и деревообрабатывающей промышленности. Однако простейшую установку для изготовления биогаза вполне можно изготовить и использовать в частном доме или на даче. Так называемые семейные биогазовые установки активно используют в Индии, Непале, Вьетнаме и других странах. По сути, они являются более современным вариантом компостных ям, в которые складируются образующиеся в домашнем хозяйстве в результате жизнедеятельности домашнего скота и людей отходы.
В Европе биогаз производят в промышленных масштабах. Такую возможность обеспечивает создание соответствующей инфраструктуры на аграрных предприятиях и очистных сооружениях. Лидером в этой области является Дания, здесь биотопливо обеспечивает 18% от всех энергозатрат. Биогазом отапливают более половины европейских птицеферм, где они производится, а в Швейцарии его используют в качестве топлива для более чем 10% общественного транспорта.
В России биогазовые установки пока используются недостаточно активно, хотя ресурсов для производства биотоплива предостаточно: ежегодно в стране образуется до 300 миллионов тонн органических отходов. Их переработка потенциально позволяет произвести около 90 миллиардов кубометров биогаза.
В то же время кое-где в нашей стране уже взяли эту идею на вооружение. Так, в Курьяновских очистных сооружениях весь выделяемый из сточных вод осадок сбраживается в метантенках при температуре 53 С, что позволяет получать биогаз с содержанием метана до 65%. Это топливо используется на местных мини-ТЭЦ. Таким образом, чтобы поспособствовать увеличению количества производимого в РФ биотоплива, москвичам необязательно собирать свою установку – достаточно утилизировать максимум органического мусора через канализацию, установив дома измельчитель пищевых отходов.
Биогаз является продуктом брожения биомассы. В соответствии с видом бактерий, которые поглощают продукты жизнедеятельности животных и растений, выделяется метан или водород. В процессе образования метана участвуют три типа бактерий. Последующие питаются продуктами жизнедеятельности предыдущих микроорганизмов. Последний вид относят к классу метаногенов.
Образование биогаза
История
Люди давно заметили, что гниющая биомасса (в основном навоз) выделяет в больших количествах горючий газ. На рубеже 18 и 19 веков была точно установлена природа газа – метана. Первая газовая установка была создана англичанами в Бомбее (Индия) в 1859 году. Уже в 1895 году улицы в Лондоне освещались биогазом.
В 1930 году определили и классифицировали бактерии – производители биогаза. Впоследствии было внедрено в практику производство биогаза, как для промышленных, так и нужд частного хозяйства во многих странах мира.
Состав и качество биогаза
В результате микробиологических исследований был определён состав газа биологического происхождения.
Состав газа
| Состав газа, % | |
|---|---|
| Метан | 50-87 |
| Углекислый газ | 13-50 |
| h3 и h3S | 1-2 |
Полученную газовую смесь очищают от углекислого газа (CO2). В результате получают высокоэнергетический газ – биометан. Определяют качество газового топлива путём соотношения количества биогаза на выходе с нормативным содержанием чистого метана. Исследование проводят при окружающей температуре 00 С, атмосферном давлении 1,013 бар и относительной влажности газовой смеси 0%.
Обратите внимание! Производительность газовой установки считают в литрах или м3 в соотношении с 1 килограммом сухой биомассы. Также существует методика отношения выхода биогаза к объёму затраченного субстрата в кубических метрах.
Сравнение биогаза с другими источниками энергии
Биотопливо обладает многими преимуществами перед альтернативными источниками энергии. Их можно перечислить в следующем порядке:
- Сырьё практически не обладает себестоимостью.
- Биогазовая установка может быть расположена в любом месте, где есть источник биомассы.
- Использование биогаза направлено на выделение тепловой, электрической энергии и даже автомобильного топлива.
- Установка для получения биогаза создаёт условия автономного существования фермерского и домашнего хозяйства, независимо от других дорогостоящих источников энергии.
- По затратам на создание биоустановки (3-4 тыс. евро на 1 кВт мощности) себестоимость производства биогаза занимает место между атомными (5 тыс. евро) и угольными (2 тыс. евро) энергопредприятиями.
Экологическая ценность производства биогаза
Производство биотоплива ценно тем, что изъятие метана из природного кругооборота веществ избавляет экологическую обстановку местности от вредоносного влияния газа. Это относится к большому скоплению навоза в скотоводческих хозяйствах, отходам растениеводства и бытовому мусору.
Производственные мощности энергетических компаний своей деятельностью способствуют загрязнению атмосферы. Тогда как биогазовые установки для многих фермерских хозяйств улучшают экологию тех мест, где они расположены.
Сырьё для получения биогаза
Материалом для биохимической обработки служат жидкие и твёрдые отходы сельскохозяйственных комплексов, твёрдый бытовой мусор и включения сточных вод.
Эффективность сырья определяется многими факторами. Влажность, структура, энергоёмкость значительно влияют на получение объёма биогаза, приходящегося на единицу переработанного сырья. Например, разные типы навоза дают различное % содержание метана в общем объёме газа.
Дополнительная информация. Самые эффективные и производительные установки по выработке биогаза расположены на свекольно-сахарных фабриках. Свекольная ботва в результате брожения даёт самый большой выход биотоплива на единицу сырья. Свекольный газ обладает самым высоким содержанием метана.
Продуктивность производственного процесса
Каждая установка для получения биогаза имеет разную производительность. Это зависит от нескольких факторов, таких как:
- вид сырья;
- типы газогенераторов;
- кислотно-щелочной баланс.
Вид сырья
Виды сырья в основном перечислены выше.
Следует заметить! Самым энергетическим источником биогаза являются отходы пищевой промышленности – это сахарный жом и жиросодержащие вещества.
Наименее продуктивным сырьём считается навоз крупного рогатого навоза. Но преимущество навоза состоит в отсутствии затрат на его получение и наличии всегда в большом количестве.
Типы газогенераторов
Повышение температуры до определённых пределов существенно увеличивает активность бактерий. По температурным режимам эксплуатации газогенераторное оборудование разделяют на три типа:
- Психрофильное.
- Мезофильное.
- Термофильное.
Психрофильные
Оборудование предназначено для осуществления ферментации сырья в условиях летнего температурного режима в пределах от 18 до 25 градусов тепла. На сегодняшний день такие установки практически не используются.
Мезофильные
Искусственный подогрев поддерживает температуру брожения 25-400 С. Оборудование отличается низкими энергетическими затратами. Подобные установки используют для получения аминокислотных удобрений для почвы. Оборудование мезофильного типа для производства биогаза отличается низкой производительностью. В то же время газогенераторы не обеспечивают обеззараживание сырьевой массы. Она зачастую просто кишит болезнетворными микробами, это небезопасно для окружающих.
Важно! По энергозатратам мезофильные газогенераторные установки наиболее привлекательны для владельцев ферм.
Термофильные
Это установки, в которых температура брожения поддерживается на уровне 40 градусов и выше. Благодаря этому, процесс ферментации происходит значительно быстрее. При таком нагреве все вредные микроорганизмы гибнут. Несмотря на свои недостатки, такие, как увеличенные энергозатраты, биогенераторы такого типа являются самым эффективным оборудованием по производству биогаза.
Экология
На экологию существенно влияют скопления навоза, гниющей ботвы, бытового мусора и отходов сахарного производства. Испарения от них создают атмосферу для распространения болезнетворных микробов, которые могут вызвать заболевания у местного населения и домашних животных.
Внедрение установок, перерабатывающих отходы в горючий газ естественного происхождения, способствует улучшению экологической обстановки. Воздух обеззараживается, очищаются загрязнённые территории.
Производство
Процесс выработки газа обусловлен конструкцией генератора, и какой производительностью он обладает. Также важно знать предназначение установки, рассчитанной на определённый объём выработки био продукта (для фермерского хозяйства, предприятия или частного дома). Стоит рассматривать целесообразность изготовления своими руками установки биогаза.
Принцип работы установки
Биогазовое оборудование для получения газа состоит из нескольких инженерных сооружений. Биомасса поступает в бак для сбора и гомонизации жидких отходов. Из бака массу с помощью насоса по трубопроводу подают в реактор, где её механически перемешивают лопатками с твёрдыми отходами.
Снизу газгольдер подогревают трубами с горячей водой или другим способом. Скопившийся газ под своим давлением поступает в газогенератор. Энергия, освобождённая от сгорания газа, расходуется на вращение ротора генератора. Полученная электроэнергия распределяется по потребителям. В другом варианте газ сгорает в отопительном котле.
Принципиальная схема работы биогазовой установки
Биогазовая установка для частного дома
Установку для обеспечения теплом и электроэнергией за счёт биогаза можно приобрести в готовом виде. Такое оборудование вполне может газифицировать небольшой дом. Генератор занимает во дворе не более 6-8 м2. Содержать и эксплуатировать газогенератор можно в отдельном тёплом сарае, где температура воздуха не падает ниже 17 градусов.
Для фермерского хозяйства
Биогазовые реакторы представляют собой большие ёмкости из расчёта тоннажа регулярного поступления навоза со скотоводческой фермы. Оборудование от домашних установок отличается большей производительностью, наличием более технологичного оборудования, коммутационных узлов и электронного пульта управления. Стоят станции намного дороже небольших газогенераторов.
Фермерская биогазовая станция
На заметку. Преимуществом станций по выработке биогаза является то, что они обеспечивают теплом и электроэнергией не только скотоводческий комплекс, но и фермерский дом.
Биогазовая установка для предприятий
Биогазовые станции для крупных предприятий (агропромышленных комплексов) представляют собой целые заводы по производству газа, который идёт на получение тепла и электричества для всего комплекса. Это довольно сложная инженерная система, требует больших капитальных вложений. Выгода от внедрения станций ощущается после первого года эксплуатации. Предприятия, используя альтернативный источник энергии, могут значительно понизить себестоимость своей продукции и получить сверхприбыль.
Биогазовый комплекс
Как сделать установку для биогаза своими руками
В средствах массовой информации, в том числе в интернете, публикуют массу материалов о том, как сделать биогазовую установку своими руками. При наличии определённого опыта и соответствующего инструмента возможно создать свою авторскую установку. Изначально нужно определиться с исходными условиями:
- ежедневная потребность в биогазе;
- выбор нужной конструкции;
- место для установки;
- сметная стоимость постройки биогазовой станции;
- наличие постоянного получения сырья.
После анализа всех этих исходящих данных можно приступать к созданию и установке биогенератора. Важен выбор способа подогрева реактора (дрова, уголь или тёплая вода). Устройство пневматической загрузки можно собрать по чертежам в интернете.
Биогазовые реакторы своими руками
Биогазовая установка: загрузка и перемешивание сырья ручное
Созданная своими руками газовая станция, как правило, имеет реактор объёмом не более 5-6 м3. Тратиться на установку механизированного оборудования на такой объём сырья не стоит. Достаточно ограничиться ручным перемешиванием с помощью лопаты.
Важно! Тем, кто мечтает обзавестись таким реактором, нужно знать, что придётся работать в не очень комфортных условиях. Биогаз вместе с парами аммиака очень агрессивен для лёгких и слизистой оболочки глаз. Перемешивать биомассу следует в респираторе, очках и перчатках.
Самодельная установка с перемешиванием, подогревом и ручной загрузкой сырья
Установленный самостоятельно узел сбраживания сырья должен быть оснащён подогревом. Его можно устроить несколькими способами. Например, реактор обогревают снизу трубами с тёплой водой. Греют воду в котле, где сжигают биогаз. То есть получается замкнутый цикл выработки топлива.
Такие устройства требуют ручной загрузки сырья. При небольших объёмах потребления отходов ручная загрузка не будет большой нагрузкой для работника.
Установка с газгольдером
Это довольно сложная система. Сделать её своими руками сложно, обойдётся биогаз в домашних условиях недешёво. Такие установки нужно покупать в готовом виде для крупных фермерских хозяйств. При больших объёмах потребления сырья газовый комплекс будет рентабельным предприятием.
Факторы, влияющие на процесс брожения
Самым существенным фактором брожения сырья является природа происхождения сырья. Таким продуктом считается сахарный жом.
Эффективность процесса сбраживания можно добиться подбором бактериальных групп, которые будут более активно «работать», выделяя биогаз в больших объёмах.
Процесс брожения обуславливается конструкционными особенностями газогенератора, оснащением механизированным оборудованием и приборами электронного контроля и управления.
Температура
Температурный режим является основным двигателем бродильного процесса. Нужно строго следовать рекомендациям специалистов в этом вопросе. При использовании одного вида сырья будет достаточно его нагревать в пределах 20-250С. Биомасса другого типа потребует уровень нагрева в районе 400С.
Всё это должно учитываться в процессе работы установки. Для каждого вида сырья потребуются свои группы бактерий, активно «работающие» при определённой температуре.
Площадь поверхности частиц сырья
От величины площади поверхности биомассы зависит скорость ферментации сырья. Чем меньше площадь, тем меньше активность бактерий. Их активная зона находится в поверхностном слое сырьевой массы. Поэтому от объёма исходного сырья зависит частота его перемешивания.
В зависимости от потребности хозяйства в биогазе, типа биоактивного сырья рассчитывают нужный объём реактора.
Применение биогазовых станций
Установки по выработке биогаза завоёвывают всё больше рынки развивающихся стран. К таким регионам относятся государства, расположенные в зонах тёплого климата. Именно эта климатическая особенность способствует благоприятному использованию биогазгенераторных станций для получения дешёвой энергии для домов и промышленных предприятий.
В развитых странах биогаз интересует, как источник моторного топлива. Уже несколько десятков лет в странах Европы и Америке существуют сети газозаправок для автомобилей. Биогаз стоит гораздо дешевле дизтоплива, бензина и природного газа.
Потенциал
Производство биогаза приносит двойную выгоду: очищает воздух и обеспечивает дешёвым топливом. В будущем биотопливом будет обеспечиваться большое количество, как частных хозяйств, так и промышленных предприятий.
Видео
Биогаз из биомасс / Хабр
Сегодня я расскажу о том, как в течение четырех лет мы в Томске «погружались» в биогазовую тему. В прямом и переносном смысле. Что сделано и какие дальнейшие перспективы такой технологии предлагаю обсудить совместно.Внимание! Пост содержит материалы, которые могут быть не приятны впечатлительным людям!
Что такое биогаз?
Процесс переработки биомассы в биогаз [1] заключается в том, чтобы поместить биологические отходы (навоз, стоки очистных сооружений, пивную барду и т.п.) в ёмкости, которые называются ферментерами. Такая емкость должна быть плотно закрыта, чтобы обеспечить безкислородное брожение отходов, которые время от времени необходимо перемешивать. Температура процесса должна быть 35-55 гр.Ц. Спустя несколько недель из ферментеров начнет выделяться горючий газ — смесь метана и углекислого газа с небольшими примесями сероводорода. Этот газ называется биогаз. Концентрация метана в нем 50-60%. Если биогаз очистить от примесей и CO2 — получим биометан. Полный аналог природного газа. Процесс получения биогаза имеет свои особенности, но в целом технология достаточно простая. Так нам казалось на первый взгляд, но дьявол затаился в деталях…
Сырье для биогазового процесса
Оказывается не все сырье сразу можно использовать для переработки. Куриный помет и свиные стоки очень токсичны, поэтому требуется добавления буферных веществ, таких как силос, свежая трава или коровий навоз. Сырье не должно содержать существенных примесей тяжелых металлов, химических веществ, ПАВов. На реальных производствах активно используют антибиотики, которые явно не афишируются, но они применяются в огромном количестве. Моющие и дезинфицирующие вещества тоже способны сорвать процесс синтеза биогаза. Если совсем не использовать дезсредства — возникает плесень (фото). К дополнительным трудностям можно отнести несовершенные системы навозоудаления. В сырье постоянно встречаются гайки, гвозди, проволока и даже кирпичи. Все это способно запросто угробить фекальные насосы, мешалки или забить трубопроводы. Биогазовый процесс не любит сезонных колебаний кормления животных. Также требуется постоянный контроль режимов работы станции и контроль еще множества факторов. Ну и, конечно, русское авось. Фактор исторический, прогнозу не подлежащий. Также в России достаточно холодный климат для такой технологии. Особенно за Уралом и в Сибири. Но это еще не все проблемы…
Это впечатлительным людям читать не рекомендуюЗачем это все нужно? За все время работы над этим проектом этот вопрос мне задали сотни людей. Действительно, биогазовые технологии очень дороги, рентабельность крайне низкая, отсутствуют специалисты и добротные технологии. Все это, казалось бы, так. Но биогазовые технологии я бы не стал позиционировать как энергетические. Главный их козырь — экологическая переработка отходов с получением биоудобрений и сжигание биогаза для выработки тепла. Мы холодная страна, поэтому тепло всегда будет актуально. Сейчас наша группа ориентирована именно в эти направления. А проблема переработки отходов и экологическая ситуация вокруг крупных животноводческих комплексов в России просто катастрофическая. Небольшая справка. В Томской области (которая не является аграрной, по сравнению с тем же Алтайским краем) ежегодно выбрасывается порядка 2,6 млн. тонн отходов. То есть примерно 5,6 тыс. тонн в сутки или 120 железнодорожных вагонов. В большинстве случаев это, так называемые, не управляемые отходы, которые заливаются в лагуны и складываются в бурты, производя нестерпимую вонь в радиусе десятков километров. Никто особо не вывозит навоз и слабо заботиться о животных. Иногда коровы стоят по брюхо в собственной фекальной жиже неделями. Я человек хоть и не сильно впечатлительный, но увидев подобное был просто в шоке. Если за дойными коровами хоть какой-то пригляд, то отбраковка скота и слабые животные стоят месяцами в надежде быть скорей забитыми на колбасу, чтобы прекратить собственные мучения. У некоторых животных сгнивают ноги до костей. Такие фото я не стал вставлять в пост. Настоятельно отговорили коллеги. Конечно, есть и образцовые хозяйства, но их крайне мало.
Слабые места биогазовой технологии
Самое слабое место в биогазовом процессе — низкая скорость переработки биомассы и качество получаемого биогаза. Процесс на самом деле неустойчивый и капризный. Из-за низкой скорости переработки требуются огромные ферментеры. Это приводит к существенным капитальным затратам на строительство станций по переработке отходов и, как следствие, такие проекты долго окупаются и требуют государственных дотаций. По пути господдержки производителей биогаза пошли все ведущие страны этой отрасли, такие, как Германия и большинство европейских стран. Форма такой поддержки реализована в «зеленом» тарифе — т.е. покупке электрической и тепловой энергии по завышенным ценам. Этот важный механизм государственной поддержки стимулировал производителей на первоначальном этапе, но позднее привел к стагнации отрасли с технической точки зрения, так как фирмы производители биогазового оборудования не особо заботились о качестве и новых технологиях. И так все покупали. Но времена меняются. Кризис отрасли будет огромен, как только меры господдержки будут свернуты, о чем уже заявили многие европейские страны, что привело к появлению множества судебных исков инвесторов [2]. Поэтому в ближайшее время я ожидаю бум предложений по продаже устаревших биогазовых технологий в Россию, где эта отрасль развита слабо, а государственные дотации будут в нее огромны. Это очень опасная тенденция, которую нельзя допустить. Рынок биогаза в России может остаться за российскими компаниями, но эти компании должны поддержать научные разработки с целью получить опережающий технический задел в биогазовой технологии. И это, в первую очередь, связано со значительным ускорением биогазового процесса. Также в России должна быть климатически адаптированная технология, которую можно использовать вплоть до Сибири.
Изобретаем велосипед заново…
Чтобы действительно иметь существенные конкурентные преимущества над существующими европейскими технологиями в России необходимо создать биогазовую технологию, которая
1. На 50% увеличит скорость переработки биомассы в биогаз
2. Минимум на 15% увеличит концентрацию метана в биогазе непосредственно в ферментере вне зависимости от вида и качества сырья по сравнению с классическими технологиями
3. Как минимум не приведет к увеличению стоимости, а как максимум сократит капитальные затраты при масштабировании технологии до промышленного масштаба
4. Технология должна быть устойчива к климатическим особенностям вплоть до Сибирского региона
Это те минимальные требования, которые позволят снизить риски инвесторов и повысить конкурентоспособность и экономическую эффективность промышленных биогазовых объектов.
Научный подход к проблеме
В России существуют ряд исследовательских групп, работающих в направлении улучшения биогазовых технологий и адаптации их к российским условиям. Такую деятельность ведут, в частности, специалисты Белгородского института альтернативной энергетики [3]. Это, пожалуй, наиболее удачный пример подхода к работе по решению проблем в области возобновляемой энергетики (ВИЭ). Однако, таких примеров и научных групп должно быть больше и они должны быть объединены в некое научное сообщество, которое задает стандарты и предлагает передовые технологии с учетом мирового опыта и отечественных разработок. При этом эффективную биогазовую технологию должны сопровождать технологии
1. Пробоподготовки сырья (системы перемещивания, ультразвукового обеззараживания, стерилизации и т.п.)
2. Контролинга процесса (промышленные контроллеры, адаптированные к таким задачам, СКАДА системы и т.п.)
3. Системам и технологиям контроля состава биогаза (современные газоанализаторы, сенсоры, датчики)
4. Системы и технологии утилизации низкокалорийного биогаза (эффективные газовые котлы, бойлеры, генераторы электричества)
5. Системы экологического мониторинга
6. Системы очистки биогаза до биометана
7. Исследования и технологии использования биогазового удобрения для сельского хозяйства
список можно продолжать…
Очень перспективными на наш взгляд для российских условий является создание гибридных подходов, т.е. проектов, содержащих не только биогазовые реакторы, но и ветросолнечные системы и(или) установки отнимающие часть тепла земли (тепловые насосы). Такой подход требует создания дополнительных технологий по контролю солнечной инсоляции, ветровых характеристик и специализированного программного обеспечения. Таким образом, возобновляемая энергетика вполне способна стать драйвером многих отраслей экономики и бизнеса, ведь в России практически нет технологий, сопровождающих эту отрасль. При этом рынок ВИЭ в России огромен. Доказательством этому является пример оценки потенциала ВИЭ, о котором я писал в своей последней статье. При этом реальный масштаб потенциала этого рынка еще не оценен, что также является одной из интересных задач. Важным является подготовка специалистов биогазовой отрасли, технологов, инженеров в ВУЗах и профессиональных лицеях и колледжах ПТУ. На удивление проблематику ВИЭ начали обсуждать на высоком государственном уровне. Тенденция складывается очень благоприятная [4].
Наш скромный вклад…
В течение четырех последних лет мы ведем исследования биогазовых технологий с целью получения скоростной технологии переработки биомассы в биогаз. При этом неожиданно быстро нами были получены очень приличные результаты, которые были высоко оценены независимыми немецкими экспертами из научного сообщества Fraunhofer. Но это, возможно, тема для будущих постов, а сейчас я приглашаю вас в нашу лабораторию на 5-минутную экскурсию (видео не очень, экономим трафик))).
Не смотря на кажущуюся простоту установок в нашей лаборатории, которые сделаны своими руками из подручных материалов, на них были сделаны сотни экспериментов по исследованию биогазовых процессов. Фактические же данные по микробиологии, концентрации газов, контролингу, логгированию были получены на самом современном оборудовании, к примеру, с использованием СКР-газоанализа. Мы готовы открыто делиться нашими результатами и надеемся, что данный уникальный опыт будет полезен профильным специалистам и экспертам.
Также хочу поделиться коллекцией статей, книг, аналитики, которая накопилась за эти годы. В основном на английском архив 100 МБ
Какой биогаз в России? Холодно!
Во-первых в России не везде так уж и холодно. В большинстве южных областей европейской части России биогазовая технология будет устойчива. При этом мы также считаем, что биогазовые станции возможно строить и в сибирских условиях, но с использованием активационных биогазовых подходов, современных утеплительных материалов, добавок в исходное сырье региональных энергетических культур, к примеру, для Томской области клеверного силоса, который отлично взращивается даже в северных районах области. Также такие объекты могут быть в гибридном исполнении и иметь резервный источник тепла на случай крайне сильных морозов. Да, простые твердотоплевные котлы на дровах или угле на всякий случай. Ничего зазорного в этом нет, к тому же пик холодов и аномалии в погоде должны сопровождаться переходом установок в режим сбережения энергии системами контролинга, которые должны быть связаны с системами оперативных метеонаблюдений. БОльшая проблема (на наш взгляд) утилизировать биогаз летом, когда тепла не надо, как зимой, а газа огромное количество. Здесь также имеется простор для развития технологий, в частности, производства «холода» летом для хранения сельскохозяйственной продукции, замораживания ягод, грибов, дикоросов и т.д. Или наоборот — наладить бизнес по варке полуфабрикатов, выпечке хлеба, сушке леса и так далее. Простор для бизнес-размышлений огромен.
Используемые ссылки
[1] Биомасса как источник энергии. Издательство МИР, 1985 г.
[2] О проблемах «Зеленого тарифа»
[3] Белгородский институт альтернативной энергетики www.altenergo-nii.ru/science
[4] Протокол заседания Президиума совета при Президенте РФ
Поиск альтернативных видов топлива — тема, которая волнует людей уже несколько десятилетий. Причины такого интереса — постепенное и неизбежное истощение ресурсов планеты, счета за электроэнергию и газ, неизменно растущие каждый год. Помимо использования тепловой энергии солнца есть еще один довольно перспективный природный вид топлива. Это биогаз, ведь его можно получать, а потом использовать, не прибегая к чьей-либо помощи. Задача еще более упростится, если в хозяйстве есть домашний скот. Познакомиться с этой альтернативой, узнать о том, как должно проходить проектирование биогазовых установок, не мешает всем, кто заботится о будущем: своем, своих детей и внуков.
Что такое газ с приставкой «био»?
Биогаз — продукт, получаемый в результате разложения органических веществ (например, навоза). Когда происходит процесс брожения (гниения), выделяются газы. Их нерационально «пускать на самотек»: их можно собрать, а потом понемногу расходовать на собственные нужды. То оборудование, в котором этот естественный процесс осуществляется, и называют «биогазовой установкой».
Если биологического газа получается слишком много, то его хранят в газгольдерах, чтобы использовать по мере необходимости. Другая возможность — продажа топлива. Побочным продуктом такого производства является безопасное, эффективное удобрение — перебродившие остатки. Ими хозяева пользуются для удобрения своих участков, или, если его количество слишком большое, продают.
Образование биогаза происходит благодаря жизнедеятельности разнообразных бактерий, присутствующих в органических отходах. Чтобы их работа была максимально эффективной, микроорганизмам необходимо обеспечить идеальные «условия труда» — определенную температуру и влажность. Их гарантирует создание биогазовой установки. Это оборудование включает комплекс устройств, главное из них — биореактор. В нем происходит разложение массы, оно сопровождается газообразованием.
Принцип работы биогазовой установки
Проектирование биогазовых установок — процесс, который требует предварительного изучения их работы, поэтому сначала нужно познакомиться с возможными режимами работы биологического оборудования.
Методы получения своего газа
Их существует три. Отличаются режимы температурой, которая напрямую влияет на качество и количество конечного продукта.
- Психрофильный (не «психофильный»). Психрофилы или криофилы — бактерии, которые могут размножаться только при относительно низкой температуре. Она в биогазовой установке в этом случае минимальна — от 5 до 25°. Условия эти неблагоприятны: разложение происходит медленными темпами, газа образуется мало, а сам он получается довольно низкого качества.
- Мезофильный. При этом режиме температура в камере значительно выше: она составляет от 25 до 45°. Эти условия идеальны для размножения мезофильных бактерий, предпочитающих умеренную температуру: ни жаркую, ни холодную. Процесс переработки отнимает гораздо меньше времени (10-20 дней), а количество газа увеличивается.
- Термофильный. Бактерии, любящие высокую температуру, активно размножаются при 45-50° или выше. В этом случае производство занимает всего 3-5 дней, а выход газа максимальный. Если создать микроорганизмам идеальные условия, то 1 кг навоза сможет превратиться в 4,5 литра биогаза.
Большинство таблиц, относящихся к выходу газа, даны именно для термофильного режима, поэтому при выборе другого метода надо корректировать данные в меньшую сторону. Последний способ обещает высокую эффективность, однако для реализации он самый сложный.
Процесс активного газообразования при термофильном методе начинается спустя 12 дней. Но даже незначительные перепады температуры (снижение на 2°) приводят к уменьшенному выходу газа. При психрофильном способе скорость переработки небольшая: образование большого количества биогаза начинается спустя 30-80 дней.
Чтобы создать такую биогазовую установку, необходима качественная теплоизоляция комплекса, постоянный подогрев и приборы для контроля температуры. Оборудование обеспечит самый большой выход газообразного продукта, однако небольшой минус у термофильного метода есть: это невозможность добавлять отходы, если переработка уже началась.
Принцип действия системы
Как уже было сказано, биогаз получают благодаря воздействию на органические отходы различных бактерий: гидролизных, кислото- или метанобразующих. Конечный продукт — биогаз, в котором присутствуют метан, углекислый газ и разные примеси (азот, аммиак, сероводород и т. д.).
Работает биогазовая установка таким образом:
- В накопительные емкости помещают различные органические отходы. Это продукты жизнедеятельности домашнего скота и птицы, пищевые отходы, отходы лесопереработки.
- Крупное сырье сначала измельчают. Потом жидкие (их перекачивают насосами) и твердые продукты (перемещают транспортерами) попадают в переходную емкость, где их перед дальнейшим «путешествием» дополнительно нагревают.
- Полностью подготовленная биомасса поступает в главную емкость — в биореактор. Он должен быть абсолютно герметичным, кислотостойким, надежным. Прочность этой камеры — та характеристика, которая даст возможность получить качественный продукт.
- В биореакторе, оборудованном устройствами для подогрева и перемешивания, сырье начинает бродить и разлагаться. Оптимальной считается температура 40°. Через некоторое время в бункере начинает скапливаться газ, образовываться удобрения.
- Готовый биогаз следует в газгольдер, который может стоять отдельно, или быть расположенным в одном корпусе с реактором. Затем он, благодаря создаваемому в «держателе газа» давлению, следует в систему очистки, после нее — к потребителю.
Готовые биоудобрения отправляются в накопитель, в сепараторе они разделяются на твердые и жидкие продукты. Было проведено специальное исследование, которое доказало эффективность удобрений, перебродивших таким (анаэробным, без доступа воздуха) способом. Урожайность с их использованием повышается на 20-30%.
Газ и сырье для его получения
Главной составляющей биогаза является метан, его доля составляет около 60% всего объема. Примерно треть (35%) — углекислый газ. Оставшиеся 5% делят между собой другие вещества (например, водород, сероводород, азот). Биогаз, полученный таким способом, практически ничем не отличается от природного «коллеги», который повсеместно используется для бытовых и примышленных нужд.
Биогазовая установка работает благодаря бактериям: гидролизным, кислотообразующим и метанобразующим — метаногенам. Каждый вид микроорганизмов последовательно выполняет свой этап работы. Горючие газы образуются из любых остатков растительного, животного происхождения. Но главный поставщик замечательных бактерий — крупный рогатый скот, в кишечнике которого обитает эта естественная микрофлора. Микроорганизмы выводятся наружу с навозом. Именно он и является главным сырьем для биогазовых (газогенераторных) установок.
Сначала в емкость помещают навоз, однако к нему можно добавлять любые органические отходы. Например, для переработки подойдут экскременты других животных или домашних птиц, растения, очистки от овощей, опилки, пищевые отходы. Растительные остатки сначала измельчают, разбавляют водой, а затем перемешивают. Чтобы получить не только газ, но и ценнейшее удобрение, нужно обеспечить одно обязательное условие — отсутствие доступа для воздуха.
Есть вещества, которые способны не только снизить, но и остановить деятельность бактерий. Например, любые химические примеси не допускаются. Запрещены даже малые доли антибиотиков, растворителей, синтетических моющих средств. Нельзя закладывать заплесневелые продукты и смолы, поэтому опилки хвойных деревьев использовать тоже не рекомендуют. Все отходы обязаны быть свежими либо предварительно просушенными. Уже гниющий навоз недопустим.
Эффективность биогазовой установки в большей степени зависит от качества, вида сырья. Считают, что максимальный выход гарантирует индюшачий помет и свиной навоз, меньшее количество газа получают из коровьих экскрементов и силоса. При одинаковой массе загрузки.
Большой объем воды — противопоказание. Максимальная влажность 95% уже цифра критическая. Навоз и отходы советуют разводить чистой водой до консистенции, которую имеет негустая манная каша.
Плюсы и минусы биологического способа
Проектирование биогазовых установок — этап ответственный, поэтому перед принятием окончательного решения лучше взвесить все «за» и «против» этого метода.
К достоинствам такого производства относится:
- Рациональная утилизация органических отходов. Благодаря установке можно пустить в дело то, что в другом случае осталось бы просто мусором, загрязняющим окружающую среду.
- Неистощимость сырьевых запасов. Природный газ и уголь рано или поздно закончится, однако у тех, кто имеет собственное хозяйство, необходимые отходы будут появляться постоянно.
- Небольшое количество углекислого газа. Он выделяется в атмосферу при использовании биогаза, однако диоксид углерода не может негативно повлиять на экологическую обстановку.
- Бесперебойная и эффективная работа биогазовых установок. В отличие от солнечных коллекторов или ветряков, производство биогаза никак не зависит от внешних условий.
- Снижение риска благодаря использованию нескольких установок. Крупные биореакторы всегда большая угроза, но ее можно устранить, если сделать систему из нескольких ферментеров.
- Получение высококачественного удобрения.
- Небольшая экономия энергоресурсов.
Еще один плюс — возможная выгода для состояния почвы. Некоторые растения высаживают на участке специально для получения биомассы. В этом случае можно выбрать те из них, что способны улучшить качество грунта. Пример — сорго, снижающее его эрозию.
Каждый вид альтернативных источников имеет свои недостатки. Биогазовые установки не исключение. Минусом является:
- повышенная опасность оборудования;
- энергозатраты, требующиеся для переработки сырья;
- незначительный выход биогаза из-за небольшого объема домашних систем.
Сложнее всего сделать биогазовую установку, предназначенную для самого эффективного, термофильного режима. Расходы в этом случае обещают быть серьезными. Такое проектирование биогазовых установок лучше возложить на профессионала.
Схема биогазовой конструкции
Проектирование биогазовых установок невозможно без знакомства с их схемой. Основным элементом ее является реактор, или бункер, в котором происходит процесс брожения и производство газа. Помимо него должны быть отдельные бункеры (люки) для загрузки/выгрузки продуктов — сырья и готовых удобрений. В верхнюю часть биореактора вставляют трубу, предназначенную для отвода образовавшегося газа.
После нее располагают систему для доработки газа — его очистки, повышения давления в газопроводе до рабочего состояния. Мезофильным и термофильным режимам требуется система подогрева биореактора. Эту роль, как правило, исполняют газовые котлы, которые работают на произведенном топливе. С биореактором прибор связывает система трубопроводов. Для них используют полимерные трубы, лучше переносящие воздействия агрессивных сред.
Система для перемешивания разлагающегося сырья — следующий необходимый элемент. Процессу газообразования препятствует корка, образующаяся на поверхности, и твердые частицы, которые неизменно скапливаются в нижней части емкости. Чтобы обеспечить однородность биомассы, используют мешалки, механические либо автоматические. Первые требуют ручного труда, вторые запускают с помощью таймера. Автоматизированные системы обойдутся значительно дороже, зато процесс будет требовать минимум внимания.
Эти системы классифицируют по типу установки. Они бывают надземными, полузаглубленными или заглубленными. Последние обещают уменьшение расходов на подогрев, более простое обустройство теплоизоляции системы, поэтому, планируя проектирование биогазовых установок, лучше учитывать, что этот более затратный способ все же оптимален именно для российских реалий. Минус у него один: это необходимость земляных работ.
Проектирование биогазовых установок
Перед тем как приступать к этому этапу, нужно найти идеальное место для системы. Чтобы обеспечить удобство и минимизировать затраты, биогазовую установку рекомендуют располагать поблизости от источника сырья — от построек, где содержатся животные. Оптимальный вариант — загрузка, происходящая самотеком. На практике это реализуют с помощью трубопровода, находящегося под уклоном в сторону реактора.
Этот способ даст шанс свести к минимуму ручной труд — уборку навоза и обслуживание системы. Единственным минусом можно считать удаленность жилья для животных от дома. Однако протянуть к нему трубопровод проще, чем создавать линию, предназначенную для транспортировки и загрузки сырья — помета и навоза.
Биореактор и материалы для него
К главной емкости предъявляют довольно серьезные требования.
- Герметичность и максимальная прочность. Сырье не должно иметь никаких контактов с внешней средой, даже микроскопическое отверстие для газа сделает весь процесс бессмысленным. К тому же жидкость не должна загрязнять окружающее пространство. Только прочная емкость позволит сосуду выдержать массу загруженного сырья, а также давление, создаваемое биогазом и грунтом.
- Удобство для обслуживания оборудования. В нашем случае оптимальный сосуд — цилиндрическая емкость, которая облегчит перемешивание, позволит избежать появления застойных участков. Она может быть как вертикальной, так и горизонтальной. Прямоугольные биореакторы более удобны, если биогазовую установку делают самостоятельно, но их слабые места — углы, в которых образуются трещины, а субстрат хорошо перемешать невозможно.
Если емкость есть в наличии, и отвечает этим требованиям, то проблем не существует. Когда ее нет, придется искать подходящий вариант. Главное условие для материалов — отсутствие боязни агрессивных сред, так как биомасса может иметь щелочную или, наоборот, кислую реакцию.
Металл
Первый прочный кандидат — металл, позволяющий придать реактору любую форму, если хозяин умеет обращаться со сварочным аппаратом. Если в хозяйстве есть старая, но крепкая цистерна, то проблему можно считать почти решенной. Чтобы минимизировать риск ее разрушения из-за постоянного контакта с химически активными веществами, металлическую емкость нужно защитить антикоррозийным покрытием.
Полимер
Пластик — второй достойный претендент. Он не ржавеет, не гниет, химически корректен, так как «соблюдает нейтралитет». Однако для полимерного материала есть несколько жестких требований. Стенки емкости должны быть толстыми, идеально, если они к тому же армированы стекловолокном. Такой биореактор с легкостью выдержит давление и нагрев до относительно высокой температуры. Минус данной тары — высокая цена, плюс — долговечность.
Бетонные блоки, камень, кирпич
Это последний вариант, который можно рассмотреть тем, кто привык работать с кладкой, или имеет знакомых мастеров. В этом случае она обязана выдерживать сильные нагрузки, поэтому необходимо ее армирование через каждые 3-5 рядов. Для обеспечения непроницаемости стен рекомендовано сделать многослойную обработку стен, внутренних и наружных. Их штукатурят цементно-песчаным раствором со специальными добавками, гарантирующими газо- и водозащиту.
Размеры главного бункера
Объем будущего реактора зависит от выбранного температурного режима производства. Для самостоятельного сооружения биосистемы «от навоза к газу» чаще предпочитают мезофильный метод, так как такую установку гораздо легче обслуживать. Еще одно преимущество — возможность дозагружать реактор. Если условия созданы идеальные, то образование биогаза идет достаточно стабильно. Для расчета объема реактора отправной точкой является количество навоза и помета, появляющегося в хозяйстве за сутки. Необходимо привести среднестатистические данные:
- куры — 0,17 кг, влажность — 75%;
- свиньи — 4,5 кг, влажность 86%;
- КРС — 40 кг, влажность — 86%.
Для разложения навоза при мезофильном режиме требуется 10-20 дней. Чтобы высчитать объем, массу умножают на количество дней. При расчетах не забывают о воде, которую, возможно, придется добавлять: идеальная влажность подготовленной (измельченной) биомассы — 85-90%. Полученный результат увеличивают на 50%, так как биомасса не должна занимать больше 2/3 объема резервуара, необходимо оставить место для газа.
Загрузка, выгрузка
Бункеры и люки для поступления и эвакуации продуктов делают в противоположных сторонах емкости, эта предусмотрительность даст возможность равномерного распределения субстрата. Если планируется заглубленное оборудование, то трубы, как загрузочные, так и разгрузочные, монтируют под острым углом.
Нижний их конец должен быть расположен ниже уровня биомассы, чтобы воздух в резервуар не попадал. Трубы оборудуют задвижками: поворотными либо отсечными. Их открывают только во время загрузки/выгрузки. Рекомендованный диаметр — 200-300 мм, меньший размер приведет к постоянному забиванию их крупными непереваренными фрагментами. Трубы подсоединяют после установки резервуара, но до его утепления.
Оптимальный режим работы — производство с регулярной загрузкой нового сырья и удалением отработанного. Это операции проводят раз в 1-2 суток. Массу собирают в накопительной емкости, там ее измельчают, при необходимости добавляют воду, размешивают. Мешалка, даже механическая, позволит минимизировать ручной труд. Если этот сосуд-приемник поместить в солнечное место, то расходы на подогрев уменьшатся.
Глубина установки реактора должна быть такой, чтобы навоз смог двигаться без участия человека. Заслонка в период накапливания сырья в нем должна быть закрыта. Чтобы гарантировать герметичность установки, для зоны приема и выгрузки предусматривают резиновые уплотнители. Минимальное количество воздуха в главной емкости — шанс выхода чистого газа.
Система для сбора и отвода биогаза
Трубу для отведения газа монтируют на верхней поверхности резервуара. Другой ее конец отпускают в герметичную емкость, наполненную водой. Ее называют гидрозатвором. Вторая труба, расположенная над поверхностью жидкости, принимает очищенный газ. На выходе устанавливают отсечный кран, обычно рекомендуют шаровое устройство.
Для избавления биогаза от примесей используют разные способы. Углекислый газ можно устранить, если засыпать в гидрозатвор гашеную известь, однако ее придется периодически менять. Сероводород удаляют с помощью емкостей-фильтров, заполненных металлической стружкой, ее замена — старые металлические мочалки. Газ, проходя через металл, лишается сероводорода, скапливается в верхней части емкости, затем следует дальше через другую трубу.
Сушат газ с помощью установки в газопроводе дополнительных гидрозатворов для устранения конденсата. Минус способа — необходимость время от времени сливать воду, иначе газопровод может быть заблокирован. Другой вариант — емкость с силикагелем. В этом случае тоже потребуется его периодическое осушение: например, прогревание при помощи СВЧ-печи.
Для передачи газа используют или газовые трубы из ППР или ПНД, или металлические гальванизированные. При любой работе с газовым оборудованием проверка стыков мыльной пеной обязательна. Трубопровод собирают из труб и фитингов одного диаметра.
Газгольдер
Очищенный газ, который не используют сразу, поступает для хранения в газгольдер. Резервуаром способна стать крепкая и надежная (газонепроницаемая) емкость из пластика, герметичный мешок из полиэтилена и т. д. К потребителю — котлу или плите — газ поступает при помощи компрессора. Чтобы гарантировать стабильное давление за компрессором устанавливают ресивер, исключающий его скачки.
Варианты для перемешивания
Самый простой способ перемешать биомассу — сделать механическую мешалку. Если мускульной силы для большой емкости недостаточно, то устройство снабжают электродвигателем, который включается в работу таймером.
Другой вариант — использование произведенного газа. Чтобы устроить такую мешалку, на выходе из резервуара монтируют тройник. Благодаря новому ответвлению часть газа отправляется обратно, а выходит через небольшие отверстия, проделанные в трубе, опущенной в биомассу. Газ, «сделавший свое дело», не расходуется напрасно: потом он отправляется в газгольдер.
Последний способ — применение фекальных насосов, которые забирают субстрат снизу, а потом выливают сверху. Недостаток у этой идеи один — зависимость от электроэнергии.
Подогрев, теплоизоляция
Нагревание емкости обязательно, так как сравнительный холод любят только бактерии-психрофилы, а сам процесс затянется как минимум на 30 дней, однако нередко требуется даже больший срок. В теплое время года предварительный подогрев субстанции, хорошая теплоизоляция и жаркая погода могут обеспечить почти идеальные условия, однако зимой они недостижимы.
Есть один, самый рациональный, способ получить благоприятную температуру. Это использования котла: электрического, работающего на жидком, твердом топливе, или на полученном газе. Максимальная температура воды — 60°. Более высокие значения спровоцируют налипание частиц субстрата на трубы.
Для подогрева массы могут быть использованы обычные радиаторы, трубы, согнутые в змеевик, сварные элементы. Лучший материал для них — полипропилен или металлопластик. Возможно использование гофрированных труб из нержавеющей стали: они удобны для укладки, зато на них охотно налипают частички биоматериала.
Чтобы бороться с потенциальным притяжением частиц, их рекомендуют располагать в зоне мешалки, но так, чтобы устройство их не задевало. В нижней части емкости устраивать систему обогрева нерационально из недостаточного ее эффекта, поэтому лучше располагать батареи на стенках.
Водяной обогрев биореактора может быть как наружным, так и внутренним. Первый способ требует большего расхода тепла, однако мешалки помехой не станут. Второй метод не дает возможности регулярного обслуживания и ремонта, поэтому при его обустройстве всем соединениям нужно уделить максимум внимания.
Утепление начинается с котлована: в него насыпают слой песка, затем укладывают слой теплоизоляции — глины, которую смешивают с керамзитом, соломой, шлаком. Можно каждый материал укладывать послойно отдельно. Подготовленную поверхность выравнивают, потом устанавливают резервуар.
Стенки биореактора утепляют по-разному. Самый элементарный вариант — обмазка глиной, смешанной с соломой, в несколько слоев. Подходящие современные теплоизоляционные материалы — газоблоки низкой плотности, экструдированный пенополистирол, пенополиуретан, вспененное стекло (бой, крошка).
Проектирование биогазовых установок — этап, который нужно серьезно обдумать и идеально выполнить. Поэтому только помощь специалиста даст возможность получить идеально работающую систему. Малейшая ошибка в этом случае, наоборот, приведет к небольшой эффективности оборудования.
Следующее видео расскажет о том, как получить «свой» газ:
90000 Biogas Uses 90001 90002 Biogas Use 90003 90004 90005 Biogas Conversion Options 90006 90007 The choice in the final means for utilization of biogas impacts the design and equipment requirements for biogas processing, storage and the economics of the biogas conversion system. The biogas may be applied in direct combustion systems (boilers, turbines, or fuel cells) for producing space heating, water heating, drying, absorption cooling, and steam production.The gas used directly in gas turbines and fuel cells may produce electricity. An alternative choice in biogas conversion is the use in stationary or mobile internal combustion engines which may results in shaft horsepower, cogeneration of electricity, and / or vehicular transportation. A final opportunity exists for sale of the biogas through injection into a natural gas pipeline. 90008 90005 Treatment of Biogas 90006 90007 The hydrogen sulfide contained in biogas caused odors, corrosiveness, and sulfur emissions when the gas is burned.High levels of sulfide in biogas may require removal to protect equipment if the gas is to be used in internal combustion engines, turbines, or fuel cells. The concentration of hydrogen sulfide in the gas is a function of the digester feed substrate and inorganic sulfate content. Wastes which are high in proteins containing sulfur based amino acids (methionine and cysteine) can significantly influence biogas hydrogen sulfide levels. For instance, layer poultry waste containing feathers made of keratin may produce biogas sulfide levels up to 20,000 ppm.Also, sulfate present in the waste, either from an industrial source (eg. pulping of wood) or from seawater (marine aquiculture) will be reduced by sulfate reducing bacteria in the digester and end up contributing to sulfide levels in the gas. 90008 90007 The treatment of biogas may include removal of components including hydrogen sulfide, water, mercaptans, carbon dioxide, trace organics, and particulates. Due to the corrosive nature of hydrogen sulfide, removal processes for this component are well developed and include both dry and wet removal processes.In a wet process the biogas is passed up-flow through a stripping tower where the aqueous solutions are sprayed counter-currently. The tower is generally separated by distribution trays which maximize contact between the biogas and the solution. 90008 90007 For small-scale biogas producers, an alternative to the wet absorption systems described above is dry adsorption or chemisorption. Several dry processes are available, using particles of either activated carbon, molecular sieve, iron sponge or other iron-based, granular compounds to remove sulfide from the gas phase to the solid phase.These are sometimes referred to as dry oxidation processes because elemental sulfur or oxides of sulfur are produced (and can be recovered) during oxidative regeneration of the catalyst. 90008 90007 In addition to those aqueous absorbents described for h3S removal in the previous section, there are many chemical solutions commercially available which can be used to remove CO2 and h3S concurrently. In general, these processes employ either solvation solutions where the objective is to dissolve CO2 and h3S in the liquid, or solutions which react chemically to alter the ionic character of these gases and therefore drive them into solution. Solutions of the former category include the solvents and the latter include the alkanolamines and alkaline salts. 90008 90007 There are membrane materials which are specially formulated to selectively separate CO2 from Ch5. The permeability of the membrane is a direct function of the chemical solubility of the target compound in the membrane. To separate two compounds such as CO2 and Ch5, one gas must have a high solubility in the membrane while the other is insoluble.Accordingly, rejection (separation) efficiencies are typically quite high when the systems are operated as designed. 90008 90005 Storage of Biogas 90006 90007 Biogas is not typically produced at the time or in the quantity needed to satisfy the conversion system load that it serves. When this occurs, storage systems are employed to smooth out variations in gas production, gas quality and gas consumption. The storage component also acts as a reservoir, allowing downstream equipment to operate at a constant pressure.90008 90007 A wide variety of materials have been used in making biogas storage vessels. Medium-and high-pressure storage vessels are usually constructed of mild steel while low-pressure storage vessels can be made of steel, concrete and plastics. Each material possesses advantages and disadvantages that the system designer must consider. The newest reinforced plastics feature polyester fabric which appears to be suitable for flexible digester covers.The delivery pressure required for the final biogas conversion system affects the choice for biogas storage. 90008 90005 Compression of Biogas 90006 90007 The operating gas pressure for most anaerobic digesters rarely exceeds 24 » WC and can be used without some form of compression, only in the simplest direct combustion devices such as flares and simple boilers. In addition the pressure drop along delivery piping and in clean-up processes can entail the need for some type of blower or compressor to overcome these losses.The use of biogas in mobile engines requires compression to high pressures to achieve minimal storage volume. 90008 90005 Biogas Utilization 90006 90007 Biogas can be used readily in all applications designed for natural gas such as direct combustion including absorption heating and cooling, cooking, space and water heating, drying, and gas turbines. It may also be used in fueling internal combustion engines and fuel cells for production of mechanical work and / or electricity.If cleaned up to adequate standards is may be injected into gas pipelines and provide illumination and steam production. Finally, through a catalytic chemical oxidation methane can be used in the production of methanol production. 90008 90005 Direct Combustion 90006 90007 Biogas conversion in direct combustion provides the simplest method of direct utilization on-site. Most combustion systems designed for either propane or natural gas may be easily modified for biogas.Care must be taken to consider the heat input rate, the fluid handling capability, the flame stability and the furnace atmosphere when such modifications are made. Due to the lower heating value of biogas equipment may operate at a lower rating and the size of gas inlet piping may need to be increased. 90008 90007 If cogeneration is employed in the biogas conversion system heat normally wasted may be recovered and used for hot water production.In the gas of gas turbines, the waste heat may be used to make steam and drive an additional steam turbine with the final waste heat going to hot water production and this is termed a combined cycle cogeneration system. Combining hot water recovery with electricity generation, biogas can provide an overall conversion efficiency of 65-85%. Modern gas turbine plants are small, extremely efficient, and visually unobtrusive. 90008 90007 An additional direct combustion conversion process which should be considered is the use of steam to run adsorption refrigeration systems.Such systems can be employed to provide heating and cooling and can utilize waste heat from a topping cycle. In typical adsorption systems, a fluid is contacted with a salt brine and the heat of solution is rejected. Input heat then boils the fluid from the brine, it is condensed and then used as a refrigerant fluid in a standard expansions valve arrangement. Multi-staged adsorption systems can be combined to improve the coefficient of performance of the overall system.90008 90005 Internal Combustion Systems 90006 90007 For smaller biogas installations shaft horsepower and electrical generation is most effectively met by the use of a stationary internal combustion engine. Adequate removal of hydrogen sulfide to below 10 ppm is important to reduce engine maintain requirement. Often more frequent changing of engine oil and testing for oil sulfur content can increase engine component life. Some applications have used a dual-fuel carburetor so that propane or natural gas can be employed to start-up and shut down the engine system effectively removing trace sulfide from the internal parts.90008 90007 When waste heat from engine cooling and exhaust gases is recovered and used the efficiency of the engine cogeneration system improves. Waste heat may be used for digester heating, space heating, hot water and or refrigeration. 90008 90005 Vehicular Use 90006 90007 Biogas, if compressed for use as an alternative transportation fuel in light and heavy duty vehicles, can use the same existing technique for fueling already being used for compressed natural gas vehicles.In many countries, biogas is viewed as an environmentally attractive alternative to diesel and gasoline for operating buses and other local transit vehicles. The sound level generated by methane-powdered engines is generally lower than that generated by diesel engines and the exhaust fume emissions are considered lower than the emission from diesel engines, and the emission of nitrogen oxides is very low. Application of biogas in mobile engines requires compression to high pressure gas (> 3000 psig) and may be best applied in fleet vehicles.A refueling station may be required to lower fueling time and provide adequate fuel storage. 90008 90007 90008 .90000 Direct Use of Biogas | SSWM 90001 90002 Factsheet Block Body 90003 90004 For direct use, the following applying conditions should be kept: 90003 90006 90007 The main prerequisite of biogas use is the availability of specially designed biogas burners or modified consumer appliances. 90008 90007 In some cases, especially at larger scale, further treatment or conditioning of biogas is necessary before it is ready to use. This treatment aims to remove water, hydrogen sulphide or carbon dioxide from the raw gas.90008 90007 Safety measures are needed, especially to reduce the risk of explosion in case of leakages. 90008 90013 90002 90003 90002 In general, users enjoy cooking with biogas as it can immediately be switched on and off (as compared to wood and coal). Also, it burns without smoke, and, thus, does not lead to indoor air pollution. Cooking indoors over open fires, and lighting with kerosene, gives dangerous exposure to air pollutants and a high risk of fire, particularly for women and young children who spend much of their time indoors.Smoke inhalation in third world kitchens is a major cause of eye disease, respiratory illness and premature death. In addition, women and girls have the drudgery of collecting fuelwood, which typically takes several hours each day. 90003 90018 Biogas stove in kitchen, India. Source: FULFORD (2008) 90019 90020 90002 90003 90002 Furthermore the demand for fuelwood substantially exceeds the rate of regrowth, and this is leading to degradation of the land, forests and essentially damage to vital watersheds.Unsustainable use of fuelwood adds carbon dioxide to the atmosphere. 90003 90002 The biogas plants can replace nearly all the use of fuelwood, and make cooking easier, cleaner and safer. Thus, biogas contributes to the protection of the environment. 90003 90002 An average small-scale biogas plant can save up to 4.7 tonnes of carbon dioxide emissions per year (ASHDEN 2005). In fact, the contribution of a methane molecule to the greenhouse effect is 21 times greater than that of a carbon dioxide molecule (SUSANA 2009).Therefore burning methane, even though producing CO 90028 2 90029, reduces its impact on the environment (see also SSWM and Climate Change). Biogas generated from faeces may not be appropriate in all cultural contexts. Assuming that the biogas plant is well-constructed, operated and maintained (e.g. water is drained), the risk of leaks, explosions or any other threats to human health is negligible. 90003 .90000 Landfill gas and biogas — U.S. Energy Information Administration (EIA) 90001 90002 Biogas from biomass 90003 90004 Biogas is produced from biomass through the process of 90005 anaerobic decomposition 90006. Anaerobic bacteria-bacteria that live without the presence of free oxygen-occur naturally in soils, in water bodies such as swamps and lakes, and in the digestive tracts of humans and animals. These bacteria eat and break down, or 90005 digest 90006, biomass and produce biogas.Biogas is composed mostly of methane and carbon dioxide. Methane (Ch5) is the same energy-rich compound found in natural gas. The composition of biogas varies from 40% -60% methane to 60% -40% carbon dioxide (CO2), with small amounts of water vapor and other gases. 90009 90004 Biogas forms in, and can be collected from, municipal-solid-waste landfills and livestock manure holding ponds. Biogas can also be produced under controlled conditions in special tanks called 90005 anaerobic digesters 90006.Biogas can be treated to remove CO2 and other gases, and it can be used as a fuel just like natural gas. The material that is left after anaerobic digestion is complete is called 90005 digestate 90006, which is rich in nutrients and can be used as a fertilizer. 90009 90002 Collecting and using biogas from landfills 90003 90004 Landfills for municipal solid waste are a source of biogas. Biogas is produced naturally by anaerobic bacteria in municipal-solid-waste landfills and is called 90005 landfill gas 90006.Landfill gas with a high methane content can be dangerous to people and the environment because methane is flammable. Methane is also a strong greenhouse gas. Biogas contains small amounts of hydrogen sulfide, a noxious and potentially toxic compound when in high concentrations. 90009 90022 90004 Source: Adapted from National Energy Education Project (public domain) 90009 90004 In the United States, regulations under the Clean Air Act require municipal-solid-waste landfills of a certain size to install and operate a landfill gas collection and control system.Some landfills reduce landfill gas emissions by capturing and burning-or flaring-the landfill gas. Burning the methane in landfill gas produces CO2, but CO2 is not as strong a greenhouse gas as methane. Many landfills collect landfill gas, treat it to remove CO2, water vapor, and hydrogen sulfide, and then sell the methane. Some landfills use the methane gas to generate electricity. 90009 90004 The U.S. Energy Information Administration (EIA) estimates that in 2018 about 270 billion cubic feet (Bcf) of landfill gas was collected at about 352 U.S. landfills and burned to generate about 11 billion kilowatthours (kWh) of electricity, or about 0.3% of total U.S. utility-scale electricity generation in 2018. 90009 90002 Biogas from sewage and industrial wastewater treatment 90003 90004 Many municipal sewage treatment plants and manufacturers such as paper mills and food processors use anaerobic digesters as part of their waste treatment processes. Some sewage treatment and industrial facilities collect and use the biogas produced in anaerobic digesters to heat the digesters, which enhances the anaerobic digestion process and destroys pathogens, and some use it to generate electricity to use at the facility or to sell.EIA estimates that in 2018, about 44 of these types of waste treatment facilities in the United States produced a total of about 1 billion kWh of electricity. 90009 90033 90004 Anaerobic digesters at the Lincoln, Nebraska wastewater-treatment facility 90009 90004 Source: Lincoln, Nebraska government (copyrighted) 90009 90038 90004 An anaerobic digester at a dairy farm 90009 90004 Source: Michigan State University (copyrighted) 90009 90002 Using biogas from animal waste 90003 90004 Some dairy farms and livestock operations use anaerobic digesters to produce biogas from manure and used bedding material from their barns.Some livestock farmers cover their manure holding ponds (also called 90005 manure lagoons 90006) to capture biogas that forms in the lagoons. The methane in the biogas can be burned to heat water and buildings and as fuel in diesel-engine generators to generate electricity for the farm. EIA estimates that in 2018, about 29 large dairies and livestock operations in the United States produced a total of about 266 million kWh (or 0.3 billion kWh) of electricity from biogas. 90009 90004 90005 Last updated: November 12, 2019 90006 90009 .90000 Frequently Asked Questions (Biogas FAQ) 90001 90002 Frequently Asked Questions 90003 90004 90005 90006 What is biogas? 90007 90008 90009 Biogas is a combustible gaseous fuel that is collected from the microbial degradation of organic matter in anaerobic conditions. Biogas is principally a mixture of methane (CH 90010 4 90011) and carbon dioxide (CO 90010 2 90011) along with other trace gases. Biogas can be collected from landfills, covered lagoons, or enclosed tanks called anaerobic digesters.90004 90015 90005 90006 What can biogas be made from? 90007 90008 90009 Biogas is commonly made from animal manure, sludge settled from wastewater, and at landfills containing organic wastes. However, biogas can also be made from almost any feedstock containing organic compounds, both wastes and biomass (energy crops). Carbohydrates, proteins and lipids are all readily converted to biogas. Many wastewaters contain organic compounds that may be converted to biogas including municipal wastewater, food processing wastewater and many industrial wastewaters.Solid and semi-solid materials that include plant or animal matter can be converted to biogas. 90015 90005 90006 Can biogas be used in place of fossil fuels? How? 90007 90008 90009 Methane is the principal gas in biogas. Methane is also the main component in natural gas, a fossil fuel. Biogas can be used to replace natural gas in many applications including: cooking, heating, steam production, electrical generation, vehicular fuel, and as a pipeline gas.90015 90005 90006 Why are not we doing more with biogas? What are the barriers to increasing biogas production and use? 90007 90008 90009 Biogas is being collected and used to generate electricity or steam at many landfills, wastewater plants and breweries in Florida. However, many opportunities for biogas production are yet to be implemented. Until recently, the low cost of fossil fuels has hindered implementation of biogas production. There is a limited awareness of the potential and advantages of biogas production by citizens, government officials, and in the business sector that has limited interest in biogas production.More education, demonstration and investment in biogas technology would help overcome these barriers. 90004 90015 90005 90006 How much biogas can be produced in Florida annually? 90007 90008 90009 The broad types of wastes and biomass feedstocks that are suitable for production of biogas and limited data on production levels and biogas yields make it difficult to accurately calculate the total amount of biogas, which can be produced in the state.If the annual biogas potential from only municipal wastewater, dairy manure, poultry manure, MSW, and energy crops is estimated, a rough potential of 205.7 billion cu ft of natural gas equivalent results, which is half of the 400 billion cu ft of natural gas used for electrical generation in Florida in 2003. 90015 90005 90006 What are the environmental impacts of producing / using biogas? 90007 90008 90009 Biogas production can reduce the pollution potential in wastewater by converting oxygen demanding organic matter that could cause low oxygen levels in surface waters.Nutrients, like nitrogen and phosphorous are conserved in biogas effluents and can be used to displace fertilizers in crop production. 90004 90015 90005 90006 Does biogas contribute to climate change? 90007 90008 90009 While combustion of biogas, like natural gas, produces carbon dioxide (CO 90010 2 90011), a greenhouse gas, the carbon in biogas comes from plant matter that fixed this carbon from atmospheric CO2. Thus, biogas production is carbon-neutral and does not add to greenhouse gas emissions.Further, any consumption of fossil fuels replaced by biogas will lower CO2 emissions. 90015 90005 90006 Can I make / use biogas at home or at my place of business? 90007 90008 90009 Biogas can be made at home or at a business from food waste, yard and grass trimmings, and some organic solid wastes. However, efficient use of biogas is more readily accomplished at larger scales. A typical home might cook for an hour per day on biogas from home waste sources.90004 90015 90005 90006 How much does biogas cost to make? 90007 90008 90009 Current prices for natural gas are around $ 7 per 1000 cuft. Depending on the particular application this is very similar to current estimates for the cost of biogas production. 90015 90005 90006 Where can I go to get more information? 90007 90008 90009 More specific information can be found on this site and at the provided links.90015 .