Биогаз — состав и сырье для получения

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

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%.

Сравнение биогаза с другими источниками энергии

Биотопливо обладает многими преимуществами перед альтернативными источниками энергии. Их можно перечислить в следующем порядке:

1. Сырьё практически не обладает себестоимостью.
2. Биогазовая установка может быть расположена в любом месте, где есть источник биомассы.
3. Использование биогаза направлено на выделение тепловой, электрической энергии и даже автомобильного топлива.
4. Установка для получения биогаза создаёт условия автономного существования фермерского и домашнего хозяйства, независимо от других дорогостоящих источников энергии.
5. 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.

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.

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:

1. Психрофильное.
2. Мезофильное.
3. 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

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.

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

Автор:

Винoгрaдов Aндрeй Aлексaндрoвич