Тема альтернативных видов топлива актуальная уже несколько десятилетий. Биогаз – это природный источник топлива, который можно получать и использовать самостоятельно, особенно если у вас есть домашний скот.
Что это такое
По составу биогаз похож на , добываемый в промышленных масштабах. Этапы получения биогаза:
- Биореактор – это емкость, в которой биологическая масса обрабатывается анаэробными бактериями в вакууме.
- Через некоторое время выделяется газ, состоящий из метана, углекислого газа, сероводорода и других газообразных веществ.
- Этот газ очищается и выводится из реактора.
- Переработанная биомасса – это отличное удобрение, которое отводится из реактора для обогащения полей.
Производство своими руками биогаза в домашних условиях возможно при условии, что вы живете в деревне и у вас есть доступ к отходам животноводства. Это хороший вариант топлива для животноводческих ферм и сельскохозяйственных предприятий.
Преимущество биогаза в том, что он позволяет сократить выбросы метана и дает источник альтернативной энергии. В результате переработки биомассы образуется удобрение для огородов и полей, что является дополнительным преимуществом.
Чтобы получить биогаз своими руками, вам нужно построить биореактор для переработки навоза, птичьего помета и других органических отходов. В качестве сырья используются:
- сточные воды;
- солома;
- трава;
- речной ил.
Важно не допускать попадания в реактор химических примесей, так как они мешают процессу переработки.
Варианты использования
Переработка навоза в биогаз дает возможность получать электрическую, тепловую и механическую энергию. Это топливо используется в промышленных масштабах или в частных домах. Его применяют для:
- отопления;
- освещения;
- нагрева воды;
- работы двигателей внутреннего сгорания.
С помощью биореактора можно создать собственную энергетическую базу для обеспечения частного дома или сельскохозяйственного производства.
Теплоэлектростанции на биогазе – это альтернативный способ отопления личного подсобного хозяйства или небольшого поселка. Органические отходы можно преобразовывать в электричество, что гораздо дешевле, чем проводить его на участок и платить коммунальные платежи. Биогаз можно использовать для приготовления пищи на газовых плитах. Большое преимущество биотоплива в том, что это неиссякаемый, восполняемый источник энергии.
Эффективность биотоплива
Биогаз из помета и навоза не имеет цвета и запаха. Он дает столько же тепла, сколько природный газ. Один кубометр биогаза дает энергии столько же, сколько дает 1,5 кг угля.
Чаще всего фермерские хозяйства не утилизируют отходы от домашнего скота, а складируют их на одном участке. В результате метан выделяется в атмосферу, навоз теряет свои свойства как удобрение. Своевременно переработанные отходы принесут гораздо больше пользы фермерскому хозяйству.
Рассчитать эффективность утилизации навоза таким способом легко. Средняя корова дает в сутки 30-40 кг навоза. Из этой массы получается 1,5 кубометра газа. Из такого количества вырабатывается электроэнергии 3 кВт/ч.
Как построить реактор на биоматериале
Биореакторы – это емкости из бетона с отверстиями для отвода сырья. Перед строительством нужно выбрать место на участке. Размер реактора зависит от количества биомассы, которая у вас появляется ежедневно. Она должна заполнять емкость на 2/3.
Если биомассы немного, вместо бетонной емкости, можно взять железную, например, обычную бочку. Но она должна быть крепкой, с качественными сварными швами.
Количество сделанного газа напрямую зависит от объема сырья. В маленькой емкости его получится немного. Чтобы получить 100 кубометров биогаза, нужно переработать тонну биологической массы.
Для повышения прочности установки ее обычно заглубляют в землю. Реактор должен иметь входную трубу для загрузки биомассы и отводное отверстие для удаления отработанного материала. Сверху в баке должно быть отверстие, через которое выводится биогаз. Лучше закрывать его на гидрозатвор.
Для правильной реакции емкость должна быть герметично закрыта, без доступа воздуха. Гидрозатвор обеспечит своевременный вывод газов, что предотвратит взрыв системы.
Реактор для большого хозяйства
Простая схема биореактора подходит для небольших хозяйств с 1-2 животными. Если вы владеете фермой, лучше всего установить промышленный реактор, который справится с большими объемами топлива. Лучше всего привлечь специальные фирмы, занимающиеся разработкой проекта и установкой системы.
Промышленные комплексы состоят из:
- Емкости промежуточного хранения;
- Установки-смесителя;
- Небольшой ТЭЦ, которая дает энергию для отопления зданий и теплиц, а также электричество;
- Емкости для ферментированного навоза, используемого как удобрение.
Наиболее эффективный вариант – постройка одного комплекса для нескольких соседних хозяйств. Чем больше биоматериала перерабатывается, тем больше энергии получается в результате.
Перед тем как получить биогаз, промышленные установки нужно согласовать с санэпидемстанцией, пожарной и газовой инспекцией. Они документально оформляются, существуют специальные нормы по расположению всех элементов.
Как рассчитать объем реактора
Объем реактора зависит от количества отходов, образующихся ежедневно. Помните, что емкость нужно заполнять только на 2/3 для эффективного брожения. Также учитывайте время брожения, температуру и тип сырья.
Навоз лучше всего разбавлять водой перед отправкой в реактор. Для переработки навоза при температуре 35-40 градусов понадобится примерно 2 недели. Чтобы рассчитать объем, определите начальный объем отходов с водой и прибавьте 25-30%. Объем биомассы должен быть одинаковым каждые две недели.
Как обеспечить активность биомассы
Для правильного брожения биомассы лучше всего подогревать смесь. В южных регионах температура воздуха способствует началу брожения. Если вы живете на севере или в средней полосе, можете подключить дополнительные нагревательные элементы.
Для запуска процесса нужна температура 38 градусов. Есть несколько способов ее обеспечения:
- Змеевик под реактором, подключенный к системе отопления;
- Нагревательные элементы внутри емкости;
- Прямой нагрев емкости электрическими отопительными приборами.
В биологической массе уже находятся бактерии, которые нужны для получения биогаза. Они просыпаются и начинают активность при повышении температуры воздуха.
Лучше всего подогревать их автоматическими нагревательными системами. Они включаются при поступлении в реактор холодной массы и автоматически выключаются, когда температура достигает нужного значения. Такие системы устанавливаются в водонагревательных котлах, их можно купить в магазинах газового оборудования.
Если вы обеспечите нагрев до 30-40 градусов, то на переработку уйдет 12-30 дней. Это зависит от состава и объема массы. При нагреве до 50 градусов активность бактерий увеличивается, и переработка занимает 3-7 дней. Минус таких установок в больших затратах на поддержание высокой температуры. Они сравнимы с количеством получаемого топлива, поэтому система становится неэффективной.
Другой способ активации анаэробных бактерий – перемешивание биомассы. Вы можете самостоятельно установить валы в котле и вывести ручку наружу, чтобы помешивать массу при необходимости. Но гораздо удобнее сконструировать автоматическую систему, которая перемешает массу без вашего участия.
Правильный отвод газа
Биогаз из навоза выводится через верхнюю крышку реактора. В процессе брожения она должна быть плотно закрыта. Обычно используется водяной затвор. Он контролирует давление в системе, при возрастании крышка поднимается, срабатывает спусковой клапан. В качестве противовеса используется гиря. На выходе газ очищается водой и поступает по трубкам дальше. Очищение водой необходимо, чтобы убрать водяные пары из газа, иначе он не сгорит.
Прежде чем перерабатывать биогаз в энергию, его нужно накопить. Хранить его следует в газгольдере:
- Его изготавливают в форме купола и устанавливают на выходе из реактора.
- Чаще всего его делают из железа и покрывают несколькими слоями краски для предотвращения коррозии.
- В промышленных комплексах газгольдер представляет собой отдельный резервуар.
Еще один вариант, как сделать газгольдер: использовать мешок из ПВХ. Этот эластичный материал растягивается по мере наполнения мешка. При необходимости в нем можно хранить большое количество биогаза.
Подземная установка для производства биотоплива
Чтобы сэкономить пространство, лучше всего строить подземные установки. Это самый простой способ получить биогаз в домашних условиях. Для обустройства подземного биореактора вам нужно выкопать яму и залить ее стены и дно армированным бетоном.
С двух сторон в емкости делают отверстия для входной и выходной трубы. Причем выходная труба должна находиться у основания контейнера для откачки отработанной массы. Ее диаметр – 7-10 см. Входное отверстие диаметром 25-30 см лучше всего располагать в верхней части.
Сверху установку закрывают кирпичной кладкой и устанавливают газгольдер для приемки биогаза. На выходе из емкости нужно сделать клапан для регуляции давления.
Биогазовую установку можно закопать во дворе частного дома и подвести к ней канализацию и отходы домашнего скота. Перерабатывающие реакторы могут полностью покрывать нужды семьи в электричестве и отоплении. Дополнительный плюс в получении удобрения для огорода.
Биореактор своими руками – это способ получать энергию из подножного материала и делать деньги из навоза. Он сокращает расходы фермерского хозяйства на электроэнергию и увеличивает рентабельность. Вы можете сделать его самостоятельно или заказать установку. Цена на нее зависит от объема, начинается от 7000 рублей.
Конечно же, биогаз своими руками – это не для всех. Во-первых, надо быть владельцем частного дома. Самодельная установка имеет размеры и варианты установки, при которых условия квартиры категорически не подходят. Во-вторых, в домашних условиях возможно только при наличии органических отходов в большом количестве. И в-третьих, пожалуй, самое главное, нужны знания.
Придумывать установку нет смысла – все уже давным-давно придумано. Но чтобы реализовать уже готовую идею по готовым чертежам – это надо понимать. Инструмент, смекалка, понимание и осознание схемы устройства и еще и желание, которое позволит не отступиться от намеченной цели – это все очень важно.
Подытожим:
- Место. Только частные дворы, где расположены свободные от застроек и деревьев участки площадью до 10 м2. Рассматривать также стоит такие варианты, когда над самой установкой в перспективе возможно сооружение здания хозяйственного или даже жилого типа.
- Материал. Нержавеющая сталь, кирпич, бетон, трубы (металлические и/или пластиковые) – это самое основное. Добавим в этот список инструменты: сварочное оборудование, бетономешалки, металлорежущий инструмент.
- Сырье. Основным источником биогаза может быть только органика – навоз, отходы растительного происхождения, отходы забойного цеха. Каждый вид сырья дает свое количество биогаза определенного качества. В любом случае, сырья должно быть достаточно, чтобы повысить рентабельность.
- Понимание и осознание идеи. Можно и без этого: пригласил, заплатил, получил – зачем понимание? Но только даже самая примитивная и рассчитанная на малое производство биогаза установка стоит дорого, а вся суть – получить все необходимое, основываясь на собственные силы. Так что тут надо быть носителем негласного звания «народный умелец».
Многие европейские фермеры давно перешли на этот альтернативный вид топлива. Окупаемость биогенератора – 3-5 лет, все зависит от масштабов потребления. К примеру, датские владельцы миниферм, с поголовьем скота всего до 50-100 голов, ухитряются собственными установками получать биогаз, который полностью удовлетворяет потребности как жилого дома, так и самой фермы. Уют дома и на ферме благодаря биогазу собственного производства у них воспринимается как уже что-то обычное.
Как это работает
Во всей биоустановке главным является практически каждый элемент:
- Резервуар – емкость, в которой происходит брожение биомассы за счет действия бактерий. Разных размеров и из разного материала резервуар служит своеобразной кастрюлей. Правильней его будет назвать биореактор. Это сложнейшая конструкция должна не только вмещать биомассу для брожения, но и обладать такими качествами как надежность и долговечность. Установка по производству биогаза – не многоразовое построение. Нужно сделать один раз и только совершенствовать конструкцию, иначе рентабельность упадет ниже нуля.
- Соединительные элементы, которые должны не травить газ. Метан – взрывоопасный газ и случайная искра может привести к плачевным последствиям.
- Система перемешивания массы сырья. В кустарных условиях изготовить довольно сложно, но крайне желательно. Регулярное перемешивание повышает производительность.
- Система утепления реактора. Надежное и качественное утепление позволяет поддерживать необходимую температуру внутри реактора. Бактерии способны выживать при низких температурах, но при этом они не жизнеспособны. И хотя температура внутри будет всегда выше нуля, ее необходимо уметь поддерживать и контролировать.
- Газгольдер – емкость для временного (до потребления) хранения газа. В кустарных условиях представлен резервуаром из стали.
- Фильтровальная система или система фильтрации. Полученный в результате брожения газ желательно очистить от СО2.
Сырье, поступая в биореактор, начинает бродить. Выделяемый газ не чистый. В нем присутствует доля метана (до 80-90%), углекислого газа (до 20-30%), водорода (до 5-10%). Периодическое перемешивание способствует частоте выделения газа. Газ попадает в газгольдер, далее с систему фильтрации, а потом к потребляемому агрегату (котел, печь и т.п.).
Основные моменты
Биогаз в домашних условиях получать можно в разных объемах и разного качества. На это влияют некоторые факторы:
- Количество сырья. Для непрерывной работы биореактора биомасса должна периодически подаваться внутрь. Частота подачи зависит от размеров реактора. Высокая производительность достигается заполнением емкости на 75%. Меньший показатель снижает эффективность производства, как и загрузка свыше 75%.
- Происхождение сырья. Навоз или кукурузная масса – разница существенна. Обычно отталкиваются от наличия того или иного вида сырья. К примеру, огромное количество высокого качества метана можно получить из животных жиров – до 1500 м3 из тонны сырья. При этом содержание метана также будет максимально возможным – до 90%. Меньшие показатели имеет производство биогаза из водорослей – до 250-300 м3 из тонны.
- Частота подачи сырья. Брожение должно завершиться практически полностью, выделяемая вода должна быть спущена, неперебродившие остатки утилизированы и только тогда возможна новая подача определенного количества. В кустарных условиях этот процесс довольно сложно контролировать. Промышленные установки более прогрессивны и весь процесс контролируется автоматикой.
- Комбинирование сырья. Некоторые виды биомасс могут дополнять друг друга, выступая катализаторами химических процессов внутри реактора. Некоторые, наоборот, способны замедлить ход реакции. К примеру, зерновая барда в сочетании с навозом дает в результате соединения неплохие результаты. Тогда как жиры не сочетаются с практически любым другим видом сырья.
Таблица показывает объем получаемого газа (в м3) из одной тонны сырья:
Как использовать
Биогаз в домашних условиях можно использовать исходя из его количества и качества. Обычно это отопление хозяйственных построек или жилого дома. При небольших объемах газа может хватать только на подогрев воды, но в таком случае нужно пересмотреть рентабельность установки. Некоторые мастера довели свои конструкции до огромных значений производительности и полностью забыли о потреблении государственной электроэнергии и природного газа.
В любом случае, посредством установки для получения биогаза, реализуется несколько положительных моментов как для потребителя газа, так и для всего человечества в целом:
- переход на не затратное производство,
- экономия средств,
- частичная утилизация отходов,
- предотвращение глобального потепления.
Человечество сделало гигантский скачок вперед, научившись управлять природой и бытом. Биогаз, как альтернативное топливо и вид энергии, теперь стало возможным получать в домашних условиях. Конечно, несколько отпугивает дороговизна оборудования, но расчеты по окупаемости показывают, что биореактор дома является выгодным и целесообразным решением.
Получение биогаза (метана) актуально для владельцев хозяйств по разведению скота и птиц. На фермах с птицей и крупным скотом всегда остро стоит вопрос утилизации отходов жизнедеятельности. Для того, чтобы избавиться от помета и навоза, необходимо позаботиться о сборе, вывозе, обеззараживании и переработке. Все эти процедуры требуют определенных материальных трат, времени и сил.
Чтобы процесс утилизации навоза начал приносить прибыль, а не убытки, целесообразно задуматься о переработке навоза в биогаз. Домашний биогаз из помета птиц и животных на 50-80% состоит из метана. Это тот самый газ, который горит в котлах, плитах и используется в качестве для автомобилей. Метан выделяется из навоза произвольно, сам по себе. Если оставить помет гнить на солнце в течение года, он начнет «бродить» и выделять биогаз. Вам необходимо лишь оптимизировать этот процесс, чтобы увеличить количество выделяемого метана и ускорить сроки его выработки.
Для повышения эффективности производства биогаза необходимо ускорить процесс разложения и брожения сырья. Чтобы это осуществить, нужно создать максимально благоприятные условия для размножения нужных бактерий. Для этого потребуется поместить навоз в специальную емкость - реактор. Емкость при этом должна быть закрыта - в таких условиях бактерии будут размножаться активней. Уже в реакторе навоз подвергается измельчению, а после смешивается с водой. Вода обязательно должна быть чистой. В противном случае в субстрат попадут посторонние микробы, которые могут замедлить процесс брожения.
В промышленных условиях оборудована системой подогрева реактора, контроллером кислотности и специальными лопастями для перемешивания субстрата. Перемешивание навоза позволяет избавиться от образования твердой корки, которая блокирует поступление кислорода с внешней стороны и выход метана - с внутренней. Срок получения метана в промышленных условиях составляет не менее пятнадцати суток. За это время навоз способен разложиться до 25%. Максимальный отток метана происходит при степени разложения в 33%.
Следует учесть, что на днище реактора образовывается гнилой ил. Он выводится с помощью специальной трубки, которая отводит его в отдельный резервуар для шлама. Впоследствии шлам вычищается и удаляется. Поднимающийся вверх по резервуару метан проходит очищение паровой баней, а после отправляется в газовый коллектор.
Промышленное получение метана предполагает ежедневную закачку свежего субстрата, который смешивается с тем, что уже начал бродить. За день можно добавить 5% свежего навоза вместо 5% отработанного. Удаленный из реактора навоз можно использовать в качестве удобрения для земли. Так у вас получится безотходное производство, где вы сможете получить и биогаз, и удобрения.
Создание установки для биогаза из навоза в домашних условиях
Для конструирования установки по переработке навоза в биогаз вам понадобится:
- герметично закрывающая емкость (из металла, бетона, пластика) объемом не меньше одного кубометра;
- крышка для реактора с герметичным узлом прохода для ручки мешалки;
- материал для теплоизоляции днища (играет роль системы подогрева);
- ручная мешалка из подручных материалов (можно использовать лопату или винтовой шнек);
- патрубки для подачи/вытяжки субстрата и для вывода биогаза.
В процессе строительства вам могут понадобиться дополнительные материалы: трубы, фильтры, клапаны. Все это можно найти в строительном магазине. Конструкция довольна проста, и вы сможете усовершенствовать ее по мере возведения.
В качестве эксперимента можно попробовать сделать установку из обычной пластиковой бочки. Они выпускаются объемом от 100 до 200 литров. Бочка будет служить реактором. Сделайте в ней два отверстия для входа и выхода патрубков. Входное отверстие делается ближе к днищу, а выходное - сверху. Диаметр отверстий зависит от диаметра используемых патрубков. Пластиковые трубы можно купить в строительном магазине. Вставляем их в отверстия и надежно изолируем. Для входа подойдет труба с изгибом (с соединителем), а для выхода - короткая прямая трубка.
Роль резервуара для полученного биогаза отдается емкости меньшего объема. Например, можно взять ведро объемом от 20 л. Ведро фиксируется с помощью сантехнического клапана. От него отводим трубку к металлическому держателю с вентилем, откуда будет происходить выпуск газа.
Не забудьте про теплоизоляцию бочки. Ее можно обмотать минеральной ватой, пенополиэтиленом или любым другим материалом. Лучше всего поставить бочку на солнце, чтобы увеличить температуру внутри реактора. Засыпаем внутрь сырье в соотношении 0,7 л воды на 1 кг навоза. Ставим любую подходящую емкость для отвода шлама, устанавливаем сверху ведро и ждем брожения. Ждем около трех недель первой партии своего домашнего биогаза. Помните, что перед использованием метан нужно очистить от двуокиси углерода. С этой задачей справится специальный фильтр, который продается в магазине как «фильтр для очистки сжатого воздуха, углекислого газа и пара».
Биогаз из навоза своими руками: строим подземную установку
Еще один простой способ возвести собственную установку по переработке навоза в биогаз - построить подземную систему. Для начала необходимо вырыть яму объемом не меньше одного кубометра. Ее стенки и днище заливаются керамзитобетоном. С противоположных стен выводится по одной трубе для подачи биомассы и выведения шлама. Выходная труба должна располагаться ближе к днищу, а входная - на 50 см выше дна. Конец выходной трубы подводится к емкости для отходов. Конец входной трубы должен быть расположен таким образом, чтобы вам было удобно закачивать через него новое сырье.
Верхняя часть этого «бункера» представляет собой газгольдер купольной или конусообразной формы. Его проще всего изготовить из металлических листов или кирпичной кладки. На вершине газгольдера монтируется герметичный люк и газовая труба с гидрозатвором. Советуем предусмотреть наличие такой немаловажной детали, как клапан для сброса давления. Он обеспечит безопасность при работе с установкой и будет поддерживать оптимальное давление внутри реактора.
Перемешивание субстрата в такой установке происходит по принципу барботажа. Для этого возьмите несколько пластиковых труб и проделайте в них как можно больше дырочек. После этого закрепите трубы внутри реактора в вертикальном положении. Когда газ будет подниматься вверх, он будет испускать пузырьки, которые на выходе начнут бурлить в субстрате, тем самым его перемешивая.
Биогаз из навоза - выгодное вложение
Для тех, кто не готов мастерить такую камеру, всегда есть другой выход - можно купить готовую. Строительство установки все равно потребует от вас небольших вложений. Если вы не уверены в своих силах или не располагаете всеми материалами, целесообразно просто купить установку из ПВХ. В итоге вы все равно организуете свое домашнее производство по переработке навоза и получения биогаза.
Технология производства биогаза . Современные животноводческие комплексы обеспечивают получение высоких производственных показателей. Применяемые технологические решения позволяют полностью соблюдать требования действующих санитарно-гигиенических норм в помещениях самих комплексов.
Однако большие количества жидкого навоза, сконцентрированные в одном месте, создают значительные проблемы для экологии прилегающих к комплексу территорий. Например, свежий свиной навоз и помёт относятся к отходам, имеющим 3-й класс опасности. Экологические вопросы находятся на контроле надзирающих органов, требования законодательства по этим вопросам постоянно ужесточаются.
Биокомплекс предлагает комплексное решение по вопросам утилизации жидкого навоза, которое включает ускоренную переработку в современных биогазовых установках (БГУ). В процессе переработки, в ускоренном режиме протекают естественные процессы разложения органики с выделением газа включающего: метан, СО2, серу, и т.д. Только получаемый газ не выделяется в атмосферу, вызывая парниковый эффект, а направляется в специальные газогенераторные (когенерационные) установки, которые вырабатывают электрическую и тепловую энергию.
Биогаз - горючий газ , образующийся при анаэробном метановом сбраживании биомассы и состоящий преимущественно из метана (55-75%), двуокиси углерода (25-45%) и примесей сероводорода, аммиака, оксидов азота и других (менее 1%).
Разложение биомассы происходит в результате химико-физических процессов и симбиотической жизнедеятельности 3-х основных групп бактерий, при этом продукты метаболизма одних групп бактерий являются продуктами питания других групп, в определённой последовательности.
Первая группа - гидролизные бактерии, вторая – кислотообразующие, третья - метанобразующие.
В качестве сырья для производства биогаза могут использоваться как органические агропромышленные или бытовые отходы, так и растительное сырьё.
Наиболее распространёнными видами отходов АПК, используемыми для производства биогаза, являются:
- навоз свиней и КРС, помёт птицы;
- остатки с кормового стола комплексов КРС;
- ботва овощных культур;
- некондиционный урожай злаковых и овощных культур, сахарной свёклы, кукурузы;
- жом и меласса;
- мучка, дробина, мелкое зерно, зародыши;
- дробина пивная, солодовые ростки, белковый отстой;
- отходы крахмало-паточного производства;
- выжимки фруктовые и овощные;
- сыворотка;
- и пр.
|
Источник сырья |
Вид сырья |
Количество сырья в год, м3 (тн.) |
Количество биогаза, м3 |
| 1 дойная корова | Бесподстилочный жидкий навоз | ||
| 1 свинья на откорме | Бесподстилочный жидкий навоз | ||
| 1 бычок на откорме | Подстилочный твёрдый навоз | ||
| 1 лошадь | Подстилочный твёрдый навоз | ||
| 100 кур | Сухой помёт | ||
| 1 га пашни | Свежий силос кукурузы | ||
| 1 га пашни | Сахарная свёкла | ||
| 1 га пашни | Свежий силос из зерновых культур | ||
| 1 га пашни | Свежий силос из травы |
Количество субстратов (видов отходов), используемых для производства биогаза в пределах одной биогазовой установки (БГУ), может варьироваться от одного до десяти и более.
Биогазовые проекты в агропромышленном секторе могут быть созданы по одному из следующих вариантов:
- производство биогаза из отходов отдельного предприятия (например, навоза животноводческой фермы, жома сахарного завода, барды спиртового завода);
- производство биогаза на базе отходов разных предприятий, с привязкой проекта к отдельному предприятию либо отдельно расположенной централизованной БГУ;
- производство биогаза с преимущественным использованием энергетических растений на отдельно расположенных БГУ.
Наиболее распространённым способом энергетического использования биогаза является сжигание в газопоршневых двигателях в составе мини-ТЭЦ, с производством электроэнергии и тепла.
Существуют различные варианты технологических схем биогазовых станций — в зависимости от типов и количества видов применяемых субстратов. Использование предварительной подготовки, в ряде случаев, позволяет добиться увеличения скорости и степени распада сырья в биореакторах, а, следовательно, увеличения общего выхода биогаза. В случае применения нескольких субстратов, отличающихся свойствами, например, жидких и твёрдых отходов, их накопление, предварительная подготовка (разделение на фракции, измельчение, подогрев, гомогенизация, биохимическая или биологическая обработка, и пр.) проводится отдельно, после чего они либо смешиваются перед подачей в биореакторы, либо подаются раздельными потоками.
Основными структурными элементами схемы типичной биогазовой установки являются:
- система приёма и предварительной подготовки субстратов;
- система транспортировки субстратов в пределах установки;
- биореакторы (ферментеры) с системой перемешивания;
- система обогрева биореакторов;
- система отвода и очистки биогаза от примесей сероводорода и влаги;
- накопительные ёмкости сброженной массы и биогаза;
- система программного контроля и автоматизации технологических процессов.
Технологические схемы БГУ бывают различными в зависимости от вида и числа перерабатываемых субстратов, от вида и качества конечных целевых продуктов, от того или иного используемого «ноу-хау» компании поставщика технологического решения, и ряда других факторов. Наиболее распространёнными на сегодняшний день являются схемы с одноступенчатым сбраживанием нескольких видов субстратов, одним из которых обычно является навоз.
С развитием биогазовых технологий применяемые технические решения усложняются в сторону двухступенчатых схем, что в ряде случаев обосновано технологической необходимостью эффективной переработки отдельных видов субстратов и повышением общей эффективности использования рабочего объема биореакторов.
Особенностью производства биогаза является то, что он может вырабатываться метановыми бактериями только из абсолютно сухих органических веществ. Поэтому задачей первого этапа производства, является создание смеси субстрата, который имеет повышенное содержание органических веществ, и в то же время может перекачиваться насосами. Это субстрат с содержанием сухих веществ 10-12%. Решение достигается путём выделения излишней влаги с помощью шнековых сепараторов.
Жидкий навоз поступает из производственных помещений в резервуар, гомогенизируется с помощью погружной мешалки, и погружным насосом подаётся в цех разделения на шнековые сепараторы. Жидкая фракция накапливается в отдельном резервуаре. Твёрдая фракция загружается в устройство подачи твёрдого сырья.
В соответствии с графиком загрузки субстрата в ферментёр, по разработанной программе периодически включается насос, подающий жидкую фракцию в ферментёр и одновременно включается загрузчик твёрдого сырья. В качестве варианта, жидкая фракция может подаваться в загрузчик твёрдого сырья, имеющего функцию перемешивания, и затем уже готовая смесь подаётся в ферментёр по разработанной программе загрузки.. Включения бывают непродолжительными. Это сделано, чтобы не допустить излишнего поступления органического субстрата в ферментёр, поскольку это может нарушить баланс веществ и вызовет дестабилизацию процесса в ферментёре. Одновременно включаются также насосы, перекачивающие дигестат из ферментёра в дображиватель и из дображивателя в накопитель дигестата (лагуну), чтобы не допустить переполнения ферментёра и дображивателя.
Находящиеся в ферментёре и дображивателе массы дигестата, перемешиваются для обеспечения равномерного распределения бактерий по всему объёму ёмкостей. Для перемешивания используются тихоходные мешалки специальной конструкции.
В процессе нахождения субстрата в ферментёре, бактериями выделяется до 80% всего биогаза, вырабатываемого БГУ. В дображивателе выделяется оставшаяся часть биогаза.
Важную роль в обеспечении стабильного количества выделяемого биогаза играет температура жидкости внутри ферментёра и дображивателя. Как правило, процесс протекает в мезофильном режиме с температурой 41-43ᴼС. Поддержание стабильной температуры достигается применением специальных трубчатых нагревателей внутри ферментёров и дображивателей, а также надёжной теплоизоляцией стен и трубопроводов. Биогаз, выходящий из дигестата, имеет повышенное содержание серы. Очистка биогаза от серы производится с помощью специальных бактерий, заселяющих поверхность утеплителя, уложенного на деревянный балочный свод внутри ферментёров и дображивателей.
Накопление биогаза осуществляется в газгольдере, который образуется между поверхностью дигестата и эластичным высокопрочным материалом, покрывающим ферментёр и дображиватель сверху. Материал имеет способность сильно растягиваться (без уменьшения прочности), что накоплении биогаза значительно увеличивает ёмкость газгольдера. Для предохранения переполнения газгольдера и разрыва материала, имеется предохранительный клапан.
Далее биогаз поступает в когенерационную установку. Когенерационная установка (КГУ) является блоком, в котором осуществляется выработка электрической энергии генераторами, привод которых осуществляют газопоршневые двигатели, работающие на биогазе. Когенераторы работающие на биогазе, имеют конструктивные отличия от обычных газогенераторных двигателей, поскольку биогаз является сильно обеднённым топливом. Вырабатываемая генераторами электрическая энергия, обеспечивает питание электрооборудования самой БГУ, а все сверх этого отпускается близлежащим потребителям. Энергия жидкости, идущей на охлаждение когенераторов и является вырабатываемой тепловой энергией за минусом потерь в бойлерных устройствах. Вырабатываемая тепловая энергия, частично идёт на обогрев ферментёров и дображивателей, а оставшаяся часть – также направляется в близ лежащим потребителям. поступает в
Можно установить дополнительное оборудование для очистки биогаза до уровня природного газа, однако это дорогостоящее оборудование и его применяют, только если целью БГУ является не производство тепловой и электрической энергии, а производство топлива для газопоршневых двигателей. Апробированными и наиболее часто применяемыми технологиями очистки биогаза являются водная абсорбция, адсорбция на носителе под давлением, химическое осаждение и мембранное разделение.
Энергетическая эффективность работы БГУ во многом зависит как от выбранной технологии, материалов и конструкции основных сооружений, так и от климатических условий в районе их расположения. Среднее потребление тепловой энергии на подогрев биореакторов в умеренном климатическом поясе равно 15-30% от энергии, вырабатываемой когенераторами (брутто).
Общая энергетическая эффективность биогазового комплекса с ТЭЦ на биогазе составляет в среднем 75-80%. В ситуации, когда всё тепло, получаемое от когенерационной станции при производстве электроэнергии невозможно потребить (распространённая ситуация из-за отсутствия внешних потребителей тепла), оно отводится в атмосферу. В таком случае, энергетическая эффективность биогазовой ТЭС составляет лишь 35% от общей энергии биогаза.
Основные показатели работы биогазовых установок могут существенно различаться, что во многом определяется применяемыми субстратами, принятым технологическим регламентом, эксплуатационной практикой, выполняемыми задачами каждой отдельной установки.
Процесс переработки навоза составляет не более 40 дней. Получаемый в результате переработки дигестат, не имеет запаха и является прекрасным органическим удобрением, в котором достигнута наибольшая степень минерализации питательных веществ, усваиваемых растениями.
Дигестат, как правило, разделяется на жидкую и твёрдую фракции с помощью шнековых сепараторов. Жидкую фракцию направляют в лагуны, где накапливают до периода внесения в почву. Твёрдая фракция также используется в качестве удобрения. Если применить к твёрдой фракции дополнительную сушку, грануляцию и упаковку, то она будет пригодна для длительного хранения и транспортировки на большие расстояния.
Производство и энергетическое использования биогаза имеет целый ряд обоснованных и подтверждённых мировой практикой преимуществ, а именно:
- Возобновляемый источник энергии (ВИЭ). Для производства биогаза используется возобновляемая биомасса.
- Широкий спектр используемого сырья для производства биогаза позволяет строить биогазовые установки фактически повсеместно в районах концентрации сельскохозяйственного производства и технологически связанных с ним отраслей промышленности.
- Универсальность способов энергетического использования биогаза как, для производства электрической и/или тепловой энергии по месту его образования, так и на любом объекте, подключённом к газотранспортной сети (в случае подачи очищенного биогаза в эту сеть), а также в качестве моторного топлива для автомобилей.
- Стабильность производства электроэнергии из биогаза в течение года позволяет покрывать пиковые нагрузки в сети, в том числе и в случае использования нестабильных ВИЭ, например, солнечных и ветровых электростанций.
- Создание рабочих мест за счёт формирования рыночной цепочки от поставщиков биомассы до эксплуатирующего персонала энергетических объектов.
- Снижение негативного воздействия на окружающую среду за счёт переработки и обезвреживания отходов путём контролированного сбраживания в биогазовых реакторах. Биогазовые технологии – один из основных и наиболее рациональных путей обезвреживания органических отходов. Проекты по производству биогаза позволяют сокращать выбросы парниковых газов в атмосферу.
- Агротехнический эффект от применения сброженной в биогазовых реакторах массы на сельскохозяйственных полях проявляется в улучшении структуры почв, регенерации и повышении их плодородия за счёт внесения питательных веществ органического происхождения. Развитие рынка органических удобрений, в том числе из переработанной в биогазовых реакторах массы, в перспективе будет способствовать развитию рынка экологически чистой продукции сельского хозяйства и повышению его конкурентоспособности.
Ориентировочные удельные инвестиционные затраты
БГУ 75 кВтэл. ~ 9.000 €/кВтэл.
БГУ 150 кВтэл. ~ 6.500 €/кВтэл.
БГУ 250 кВтэл. ~ 6.000 €/кВтэл.
БГУ bis 500 кВтэл. ~ 4.500 €/кВтэл.
БГУ 1 МВтэл. ~ 3.500 €/кВтэл.
Выработанная электрическая и тепловая энергия могут обеспечить не только потребности комплекса, но и прилегающей инфраструктуры. Причём сырьё для БГУ бесплатное, что обеспечивает высокую экономическую эффективность после завершения периода окупаемости (4-7 лет). Себестоимость вырабатываемой на БГУ энергии со временем не растёт, а напротив – уменьшается.
Получить дешевый источник энергии можно самостоятельно, в домашних условиях - достаточно лишь собрать биогазовую установку. Если понимать принцип ее функционирования и устройство, то сделать это несложно. Вырабатываемая ею смесь содержит большое количество метана (в зависимости от загружаемого сырья – до 70%), поэтому она имеет широкую сферу применения.
Заправка баллонов авто, работающих на газе, в качестве топлива для котлов отопления – это далеко не полный перечень всех возможных вариантов использования готового продукта. О том, как смонтировать своими руками биогазовую установку – наш рассказ.
Существует несколько конструктивных исполнений агрегата. При выборе того или иного инженерного решения нужно понять, насколько данная установка подходит к местным условиям. Это основной критерий оценки целесообразности монтажа. Плюс к этому – свои возможности, то есть, какой вид сырья и в каком объеме получится использовать, что под силу сделать именно своими руками.
Биогаз получается при разложении органики, но его «выход» (в объемном исчислении), и, следовательно, эффективность установки, зависит от того, что именно в нее загружается. В таблице представлена соответствующая информация (данные ориентировочные), которая поможет определиться с выбором конкретного инженерного решения. Нелишними будут и некоторые пояснительные графики.
Варианты конструкции
С ручной загрузкой сырья, без подогрева и перемешивания
Для бытового использования такая модель считается наиболее удобной. При вместимости реактора от 1 до 10 м³ ежесуточно понадобится навоза порядка 50 – 220 кг. Вот из этого нужно и исходить, определяясь с размерами емкости.
Установка монтируется в грунте, поэтому для нее понадобится небольшой котлован. В соответствие с ее расчетными габаритами подбирается место на участке. Состав и назначение всех элементов схемы понять нетрудно.
Особенность монтажа
После установки реактора по месту необходимо проверить его герметичность. Затем металл подлежит окраске (желательно морозостойким составом) и утеплению.
- Удаление отработки происходит естественным путем – или в процессе закладки новой порции, или при избытке газа в реакторе при закрытом вентиле. Следовательно, вместимость емкости для сбора отходов должна быть не меньше, чем у рабочей.
- Несмотря на простоту устройства и привлекательность для сборки своими руками, в связи с тем, что перемешивание массы и подогрев не предусматривается, такой вариант установки целесообразно эксплуатировать в регионах с мягким климатом, то есть в основном на юге России. Хотя при качественной теплоизоляции, в условиях, когда подземные водяные пласты находятся глубоко, это исполнение вполне подойдет и для средней полосы.
Без подогрева, но с перемешиванием
Практически то же самое, лишь небольшая доработка, которая существенно повышает производительность установки.
Как сделать механизм? Для того, кто своими руками собирал, например, это не проблема. В реакторе придется монтировать вал с лопастями. Следовательно, необходимо устанавливать опорные подшипники. В качестве передаточного звена между валом и рычагом хорошо использовать цепь.
Биогазовую установку можно эксплуатировать практически во всех регионах, за исключением северных районов. Но в отличие от предыдущей модели, она требует присмотра.
Перемешивание + подогрев
Термическое воздействие на биомассу повышает интенсивность происходящих в ней процессов разложения и брожения. Биогазовый агрегат более универсальный в использовании, так как может работать в двух режимах – мезофильном и термофильном, то есть в диапазоне температур (примерно) 25 – 65 ºС (см. графики выше).
На указанной схеме котел работает на получившемся газе, хотя это и не единственный вариант. Подогрев биомассы можно осуществлять по-разному, как удобнее его организовать хозяину.
Автоматизированные варианты
Отличие данной схемы в том, что к установке подключается . Это позволяет накапливать запасы газа, а не расходовать его сразу же по назначению. Удобство использования и в том, что для интенсивного брожения подходит практически любой температурный режим.
Такая установка отличается еще большей производительностью. В сутки она способна переработать до 1,3 т сырья при аналогичном объеме реактора. Загрузка, перемешивание – за это «отвечает» пневматика. Отводящий канал позволяет удалять отходы или в бункер для кратковременного хранения, или в мобильные емкости с целью немедленного вывоза. К примеру, для удобрения полей.
Для бытового применения эти варианты биогазовой установки вряд ли подходят. Их монтаж, да еще своими руками, намного сложнее. А вот для небольшого фермерского хозяйства – хорошее решение.
Механизированная биогазовая установка
Отличие от предыдущих моделей в дополнительном резервуаре, в котором происходит предварительная подготовка сырьевой массы.
Подача в загрузочный бункер, а потом в реактор производится сжатым биогазом. Он же используется и для подогрева.
Единственное, что необходимо при сборке любой из установок своими руками – точные инженерные расчеты. Возможно, понадобится консультация специалиста. А в остальном все довольно просто. Если хоть один из читателей заинтересуется биогазовым агрегатом и смонтирует его самостоятельно, значит, автор не зря работал над этой статьей. Успехов!