Сегодняшняя тема посвящена получению «зелёной» энергии из навоза. Начну с цитаты: «Крупные птицефабрики и животноводческие комплексы продолжают оставаться самыми вредными загрязнителями природной среды. Например, только один свиноводческий комплекс с содержанием около 100 тыс. голов производит от 600 до 1000 т (при условиях использования гидросмыва) навозных стоков в сутки, что равносильно загрязнению, которое производит город с населением 500 тыс. человек».
На снимке: Экономика наоборот. Биогазовая станция «Лучки» в Белгородской области. Себестоимость 1 кВт*ч электроэнергии 7 рублей. Чтобы переработать сельхозотходы региона, потребуется 130 таких станций. Чем больше станций, тем больше убытков.
В статьях, посвященных решению этой проблемы, чаще всего предлагается использовать навоз в качестве сырья для получения биогаза. Читаем броские заголовки:«Получение электричества из навоза», «Биогаз на сельском подворье», «Большая навозная электростанция» и т.д. Я просмотрел множество сайтов, посвященных биогазу, изучил мнение многих экспертов, и не нашел ни одной веской причины, которая могла бы убедить меня в необходимости развития этого направления альтернативной энергетики в применении к экофермерским хозяйствам.
Я не верю в перспективу биогаза, получаемого из навоза, и считаю это направление производства энергии тупиковым, вредным для предпринимательских инициатив и невыгодным для инвесторов.Понимая, что сказанное - всего лишь личное мнение, я готов к более глубокому разговору на данную тему. Дискуссия по поводу перспективы биогаза важна предпринимателям, экологам, инвесторам и тем, перед кем стоит проблема переработкинавоза (а также помета и пр. сырья).
Безусловно, идею биогаза продвигают производители дорогостоящего биогазового оборудования, которыепросто так не сдадутся. Их не волнуют убытки потребителей, потому что производить биогазовое оборудование - очень прибыльное дело.
Вот мои аргументы и факты:
1. Производство биогаза убыточно, т.е. чем больше его произвели, тем больше долгов. Покрывать это должен такой тариф, который должен быть в три раза выше рыночной стоимости электроэнергии. Окупаемость даже субсидированных проектов по биогазу составляет от 7 лет до бесконечности. Таких длинных денег на рынке просто нет. С учетом же реальность стоимости денег даже в 15% годовых, такие инвестиции не окупаются никогда.
2. Поскольку производство биогаза убыточно, оно требует прямой государственной поддержки, т.е. административного ресурса и бюджетного финансирования. То есть, в этой сфере действуют не рыночные механизмы. Это территория чиновников, где всегда присутствует коррупционная составляющая. А это означает, что правила игры для нормального, конкурентного, независимого бизнеса не приемлемы.
3. Биогаз взрывоопасен (основной компонент - метан), производство необходимо лицензировать, а это так же коррупционная составляющая . Никакой пользой нельзя оправдать риск для жизни работников.
4. Производство биогаза требует высокой квалификации работников. В условиях сельской местность это почти невыполнимое условие,а его исполнение приносит дополнительные расходы.
5. Берем справочные данные. 1 тонна навоза дает до 65 куб.м биогаза. Теплотворная способность 1 куб. м. биогаза составляет 2 кВт*ч. Прежде чем умножать эти цифры, учтем расход биогаза на поддержание технологического процесса биогазовой установки - 50 %.Итого, 1 т свиного навоза дает на 65 кВт*ч тепловой энергии.
6. После получения биогаза требуется дальнейшая дорогостоящая утилизация того, что осталось. А поскольку биогаз получают с помощью анаэробных бактерий, то оставшийся после брожения бульон, обладает сильным неприятным запахом. Снова расходы.
7. Утилизация этого бульона путем внесения в почву в качестве удобрения неоднократно приводила к массовому заражению почвы, рек и продуктов питания, поскольку этот бульон - идеальная среда для патогенных микроорганизмов.
Вывод: Производство биогаза - опасное для жизни, экономически бессмысленное и экологически неоправданное направление переработки навоза.
Но ведь навоз необходимо переработать!
1. Весь качественный навоз (в первую очередь навоз КРС, козий, овечий, кроличий) с помощью дождевых червей «Старатель» перерабатывать в биогумус. Себестоимость 1 тонны биогумуса при условии покупки навоза по 300 рублей за тонну, составитпорядка 3 тысяч. Рыночная цена - от 10 тысяч, что обеспечивает высокую рентабельность. Производство биогумуса безотходное, безопасное и не требует высококвалифицированной рабочей силы.
2. Весь некачественный помет и навоз (например, свиной навоз после гидросмыва и пр.) перерабатывать в твердое топливо, т.е. топливные брикеты.
1 тонна навоза - примерно 0.5 тонны брикетов, теплотворная способность 1 кг которых порядка 3.2 кВт*ч, т.е. тонна навоза дает 1600 кВт*ч. тепловой энергии (а не 65 кВт*ч, как от биогаза). То есть, энергии в 25 раз больше, а затрат на столько же меньше.
Топливные брикеты из навоза - отличное решение для отопления Солнечных био-вегетариевзимой, в холодные и пасмурные дни.При сжигании твердотопливных брикетов из навоза в пиролизных печах, КПД которых достигает 90 % (а с воздушным рекуператором до 95 % и более), мы получим достаточно тепловой энергии как для поддержания микроклимата в теплицах, так и для получения электричества при помощи двигателей Стирлинга, например.
Кроме того, у нас всегда будет зола - ценнейший источник микроэлементов и минералов для выращивания полезных растений.
Разговор об энергетической ценности навоза и других отходов сельхозпроизводства важен еще и с той точки зрения, что экофермерам необходимы простые, экономичные и безопасные решения в сфере «зелёной» энергетики. Например, должна быть решена задача обеспечения энергетической автономности и самодостаточности фермерского хозяйства, включая и солнечный био-вегетарий.
Поскольку мы не всегда можем использовать энергию солнца или ветра, необходимо иметь достаточные запасы резервных источников энергии. И в этом отношении топливные брикеты, производимые в том числе из навоза, могут оказаться хорошим решением. Накапливать «зелёную» энергию в топливных брикетах гораздо проще, чем биогаз в газгольдерах.
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.
Экология потребления. Усадьба: Фермерские хозяйства ежегодно сталкиваются с проблемой утилизации навоза. В никуда уходят немалые средства, которые требуются для организации его вывоза и захоронения. Но есть способ, позволяющий не только сэкономить свои деньги, но и заставить служить себе во благо этот природный продукт.
Фермерские хозяйства ежегодно сталкиваются с проблемой утилизации навоза. В никуда уходят немалые средства, которые требуются для организации его вывоза и захоронения. Но есть способ, позволяющий не только сэкономить свои деньги, но и заставить служить себе во благо этот природный продукт. Рачительные хозяева уже давно применяют на практике экотехнологию, позволяющую получить биогаз из навоза и использовать результат в качестве топлива.
О преимуществах использования биотехнологий
Технология получения биогаза из различных природных источников не нова. Исследования в этой области начались еще в конце 18 века и успешно развивались в 19 столетии. В Советском Союзе первая биоэнергетическая установка была создана в сороковых годах прошлого века.
Технология переработки навоза в биогаз позволяет уменьшить количество вредных выбросов метана в атмосферу и получить дополнительный источник тепловой энергии
Биотехнологии давно применяются во многих странах, но именно сегодня они приобретают особое значение. Вследствие ухудшения экологической обстановки на планете и высокой стоимости энергоносителей, многие устремляют свои взоры в сторону альтернативных источников энергии и тепла.
Безусловно, навоз является очень ценным удобрением, и если в хозяйстве имеется две коровы, то и проблем с его применением не возникает. Другое дело, когда речь идет о фермерских хозяйствах с большим и средним поголовьем, где в год образуются тонны зловонного и гниющего биологического материала.
Чтобы навоз превратился в качественное удобрение, нужны площади с определенным температурным режимом, а это лишние расходы. Поэтому многие фермеры складируют его, где придется, а затем вывозят на поля.
При несоблюдении условий хранения из навоза улетучиваются до 40% азота и основная часть фосфора, что значительно ухудшает его качественные показатели. Кроме того, в атмосферу выделяется газ метан, оказывающий негативное влияние на экологическую обстановку планеты.
В зависимости от объема сырья, образующегося в сутки, следует подбирать габариты установки и степень ее автоматизации
Современные биотехнологии позволяют не только нейтрализовать вредное воздействие метана на экологию, но и заставить его служить на благо человека, извлекая при этом немалую экономическую выгоду. В результате переработки навоза образуется биогаз, из которого затем можно получить тысячи кВт энергии, а отходы производства представляют собой очень ценное анаэробное удобрение.
Что представляет собой биогаз
Биогаз – это летучее вещество без цвета и какого-либо запаха, в котором содержится до 70% метана. По своим качественным показателям он приближается к традиционному виду топлива – природному газу. Отличается хорошей теплотворной способностью, 1м3 биогаза выделяет столько тепла, сколько получается при сгорании полутора килограмм угля.
Образованию биогаза мы обязаны анаэробным бактериям, которые активно трудятся над разложением органического сырья, в качестве которого используются навоз сельскохозяйственных животных, птичий помет, отходы любых растений.
В самостоятельном производстве биогаза может использоваться птичий помет и продукты жизнедеятельности мелкого и крупного домашнего скота. Сырье может применяться в чистом виде и в форме смеси с включением травы, листвы, старой бумаги
Для активизации процесса необходимо создать благоприятные условия для жизнедеятельности бактерий. Они должны быть схожи с теми, в которых микроорганизмы развиваются в естественном резервуаре – в желудке животных, где тепло и отсутствует кислород. Собственно это и есть два основных условия, способствующих чудесному превращению гниющей навозной массы в экологически чистое топливо и ценные удобрения.
Механизм образования газа из органического сырья
Для получения биогаза нужен герметичный реактор без доступа воздуха, где будет происходить процесс брожения навоза и разложения его на составляющие:
- Метан (до 70%).
- Углекислый газ (примерно 30%).
- Другие газообразные вещества (1-2%).
Образовавшиеся газы поднимаются кверху емкости, откуда их затем выкачивают, а вниз оседает остаточный продукт – высококачественное органическое удобрение, сохранившее в результате обработки все ценные вещества, имеющиеся в навозе – азот и фосфор, и потерявшее значительную часть патогенных микроорганизмов.
Реактор для получения биогаза должен иметь полностью герметичную конструкцию, в которой отсутствует кислород, в противном случае процесс разложения навоза будет проходить крайне медленно
Второе важное условие для эффективного разложения навоза и образования биогаза – соблюдение температурного режима. Бактерии, принимающие участие в процессе, активизируются при температуре от +30 градусов. Причем в навозе содержится два вида бактерий:
- Мезофильные. Их жизнедеятельность происходит при температуре +30 – +40 градусов;
- Термофильные. Для их размножения необходимо соблюсти температурный режим +50 (+60) градусов.
Время переработки сырья в установках первого типа зависит от состава смеси и составляет от 12 до 30 суток. При этом 1 литр полезной площади реактора дает 2 л биотоплива. При использовании установок второго типа время выработки конечного продукта сокращается до трех дней, а количество биогаза возрастает до 4,5 л.
Эффективность термофильных установок видна невооруженным глазом, однако и цена их обслуживания очень высока, поэтому прежде чем выбрать тот или иной способ получения биогаза, необходимо очень тщательно все просчитать (кликните для увеличения)
Несмотря на то, что эффективность термофильных установок в десятки раз выше, применяются они гораздо реже, поскольку поддержание высоких температур в реакторе связано с большими расходами. Обслуживание и содержание установок мезофильного типа дешевле, поэтому большинство фермерских хозяйств для получения биогаза используют именно их.
Биогаз по критериям энергетического потенциала немногим уступает привычному газовому топливу. Однако в его составе есть сернокислые испарения, наличие которых следует учесть при выборе материалов для сооружения установки
Расчеты эффективности применения биогаза
Оценить все преимущества использования альтернативного биотоплива, помогут несложные расчеты. Одна корова весом 500 кг производит в сутки примерно 35-40 кг навоза. Этого количества хватит для получения около 1.5 м3 биогаза, из которого в свою очередь можно выработать 3 кВт/ч электроэнергии.
Используя данные из таблицы, нетрудно рассчитать, сколько м3 биогаза можно получить на выходе в соответствии с имеющимся в фермерском хозяйстве поголовьем скота
Для получения биотоплива можно использовать как один вид органического сырья, так и смеси из нескольких компонентов, имеющих влажность 85-90%. Важно, чтобы они не содержали посторонние химические примеси, отрицательно влияющие на процесс переработки.
Самый простой рецепт смеси придумал еще в 2000 году один русский мужик из Липецкой области, который построил своими руками простейшую установку для получения биогаза. Он смешивал 1500 кг коровьего навоза с 3500 кг отходов различных растений, добавлял воду (примерно 65% от веса всех ингредиентов) и разогревал смесь до 35 градусов.
Через две недели бесплатное топливо готово. Эта небольшая установка вырабатывала 40 м3 газа в день, что вполне хватало для обогрева дома и хозпостроек в течение полугода.
Варианты изготовления установок для получения биотоплива
После проведения расчетов необходимо определиться, как изготовить установку, чтобы получить биогаз в соответствии с потребностями своего хозяйства. Если поголовье скота небольшое, то подойдет простейшая установка, которую нетрудно изготовить из подручных средств своими руками.
Крупным фермерским хозяйствам, у которых есть постоянный источник большого количества сырья, целесообразно построить промышленную автоматизированную биогазовую систему. В этом случае вряд ли получится обойтись без привлечения специалистов, которые разработают проект и смонтируют установку на профессиональном уровне.
На схеме наглядно показано, как работает промышленный автоматизированный комплекс по получению биогаза. Строительство таких масштабов можно организовать сразу нескольким фермерским хозяйствам, расположенным поблизости
Сегодня существуют десятки компаний, которые могут предложить множество вариантов: от готовых решений, до разработки индивидуального проекта. Для удешевления строительства можно скооперироваться с соседними хозяйствами (если такие имеются поблизости) и построить одну на всех установку для получения биогаза.
Следует учесть, что для постройки даже небольшой установки необходимо оформить соответствующие документы, сделать технологическую схему, план размещения оборудования и вентиляции (если оборудование устанавливается в помещении), пройти процедуры согласования с СЭС, пожарной и газовой инспекцией.
Конструктивные особенности биогазовой системы
Полноценная биогазовая установка представляет собой сложную систему, состоящую из:
- Биореактора, где протекает процесс разложения навоза;
- Автоматизированной системы подачи органических отходов;
- Устройства для перемешивания биомассы;
- Оборудования для поддержания оптимального температурного режима;
- Газгольдера – емкости для хранения газа;
- Приемника отработанных твердых отходов.
Все вышеперечисленные элементы устанавливаются в промышленные установки, работающие в автоматическом режиме. Бытовые реакторы, как правило, имеют более упрощенную конструкцию.
На схеме представлены основные составляющие автоматизированной биогазовой системы. Объем реактора зависит от суточного поступления органического сырья. Для полноценного функционирования установки реактор должен быть заполнен на две трети объема
Принцип работы и устройство установки для производства биогаза
Основным элементом системы является биореактор. Существует несколько вариантов его исполнения, главное – обеспечить герметичность конструкции и исключить попадание кислорода. Он может быть выполнен в виде металлической емкости различной формы (чаще цилиндрической), расположенной на поверхности. Нередко для этих целей используются 50-ти кубовые пустые топливные цистерны.
Можно приобрести готовые емкости разборной конструкции. Их преимущество – возможность быстрой разборки, и при необходимости – перевозки в другое место. Промышленные поверхностные установки целесообразно применять в крупных хозяйствах, где есть постоянный приток большого количества органического сырья.
Для небольших подворий больше подходит вариант подземного размещения резервуара. Поземный бункер строится из кирпича или бетона. Можно закопать в землю готовые емкости, например, бочки из металла, нержавеющей стали или ПВХ. Возможно также их поверхностное размещение на улице или в специально отведенном помещении с хорошей вентиляцией.
Для изготовления установки по производству биогаза можно приобрести готовые емкости из ПВХ и установить их в помещении, оборудованном системой вентиляции
Независимо от того, где и как размещается реактор, он снабжается бункером для загрузки навоза. Прежде чем загрузить сырье, оно должно пройти предварительную подготовку: его измельчают на фракции не больше 0,7 мм и разбавляют водой. В идеале влажность субстрата должна быть около 90%.
Автоматизированные установки промышленного типа оснащаются системой подачи сырья, включающей приемник, в котором смесь доводится до необходимого увлажнения, трубопровод для подачи воды и насосную установку для перекачки массы в биореактор.
В домашних установках для подготовки субстрата используются отдельные емкости, где отходы измельчаются и перемешиваются с водой. Затем масса загружается в приемный отсек. В реакторах, расположенных под землей, бункер для приема субстрата выводится наружу, подготовленная смесь самотеком по трубопроводу поступает в камеру для брожения.
Если реактор размещен на земле или в помещении, входная труба с приемным устройством могут располагаться в нижней боковой части емкости. Возможно также трубу вывести в верхнюю часть, а на ее горловину надеть раструб. В этом случае биомассу придется подавать при помощи насоса.
В биореакторе также необходимо предусмотреть выходное отверстие, которое делают практически на дне емкости с противоположной стороны от входного бункера. При подземном размещении выходная труба устанавливается косо вверх и ведет в приемник для отходов, по форме напоминающий ящик прямоугольной формы. Его верхний край дожжен находиться ниже уровня входного отверстия.
Входная и выходные трубы располагаются косо вверх на разных сторонах емкости, при этом компенсирующая емкость, в которую поступают отходы, должна быть ниже приемного бункера
Процесс протекает следующим образом: входной бункер принимает новую партию субстрата, которая стекает в реактор, одновременно такое же количество отработанного шлама по трубе поднимается в приемник для отходов, откуда он в дальнейшем вычерпывается и используется в качестве высококачественного биоудобрения.
Хранение биогаза осуществляется в газгольдере. Чаще всего он находится прямо на крыше реактора и имеет форму купола или конуса. Он изготавливается из кровельного железа, а затем, чтобы предотвратить коррозийные процессы, окрашивается несколькими слоями масляной краски. В промышленных установках, рассчитанных на получение большого количества газа, газгольдер нередко выполняется в виде отдельно стоящего резервуара, соединенного с реактором трубопроводом.
Газ, полученный в результате брожения, не подходит для использования, поскольку в нем содержится большое количество водяных паров, и в таком виде он не будет гореть. Чтобы очистить его от фракций воды, газ пропускают через гидрозатвор. Для этого из газгольдера выводится труба, по которой биогаз поступает в емкость с водой, а уже оттуда он по пластиковой или металлической трубе подается потребителям.
Схема установки, расположенной под землей. Входное и выходное отверстия должны располагаться на противоположных сторонах емкости. Над реактором находится водяной затвор, через который для осушения пропускается полученный газ
В некоторых случаях для хранения газа используются специальные мешки-газгольдеры, изготовленные из поливинилхлорида. Мешки помещаются рядом с установкой и постепенно заполняются газом. По мере наполнения, эластичный материал раздувается, и объем мешков увеличивается, позволяя при необходимости временно сохранить большее количество конечного продукта.
Условия эффективной работы биореактора
Для эффективной работы установки и интенсивного выделения биогаза необходимо равномерное брожение органического субстрата. Смесь должна находиться в постоянном движении. В противном случае на ней образуется корка, процесс разложения замедляется, в итоге газа получается меньше, чем изначально рассчитано.
Чтобы обеспечить активное перемешивание биомассы, в верхней или боковой части типового реактора устанавливаются мешалки погружного или наклонного вида, оборудованные электроприводом. В установках кустарного вида перемешивание производится механическим способом при помощи устройства, напоминающего бытовой миксер. Им можно управлять вручную или снабдить электроприводом.
При вертикальном расположении реактора рукоятка мешалки выводится в верхнюю часть установки. Если емкость установлена горизонтально, шнек также располагается в горизонтальной плоскости, и ручка находится сбоку биореактора
Одним из самых главных условий для получения биогаза является поддержание в реакторе необходимого температурного режима. Обогрев может осуществляться несколькими способами. В стационарных установках применяются автоматизированные системы подогрева, которые включаются в работу при падении температуры ниже заданного уровня, и отключаются при наборе необходимого температурного режима.
Для обогрева можно использовать газовые котлы, осуществлять прямой нагрев электрическими отопительными приборами, или встроить в основание емкости нагревательный элемент. Чтобы уменьшить потери тепла рекомендуется вокруг реактора соорудить небольшой каркас со слоем стекловаты или укрыть установку теплоизоляцией. Хорошими теплоизоляционными свойствами обладает пенополистирол.
Чтобы обустроить систему обогрева биомассы, можно провести трубопровод от домового отопления, которое питается от реактора
Как определить нужный объем реактора
Объем реактора определяется исходя из суточного количества навоза, производимого в хозяйстве. Также необходимо учитывать тип сырья, температурный режим и время брожения. Чтобы установка полноценно работала, емкость заполняется на 85-90% объема, как минимум 10% должно оставаться свободным для выхода газа.
Процесс разложения органики в мезофильной установке при средней температуре 35 градусов длится от 12 суток, после чего ферментированные остатки извлекаются, и реактор заполняется новой порцией субстрата. Поскольку перед отправкой в реактор отходы разбавляются водой до 90%, то количество жидкости также нужно учитывать при определении суточной загрузки.
Исходя из приведенных показателей, объем реактора будет равен суточному количеству подготовленного субстрата (навоза с водой) умноженному на 12 (время необходимое для разложения биомассы) и увеличенному на 10% (свободный объем емкости).
Строительство подземной установки по производству биогаза
Теперь поговорим о простейшей установке, позволяющей получить биогаз в домашних условиях с наименьшими затратами. Рассмотрим строительство подземной установки. Чтобы ее изготовить нужно вырыть яму, ее основание и стены заливаются армированным керамзитобетоном. С противоположных сторон камеры выводятся входное и выходное отверстия, куда монтируются наклонные трубы для подачи субстрата и откачки отработанного шлама.
Выходная труба диаметром примерно 7 см должна находиться практически у самого дна бункера, другой ее конец монтируется в компенсирующую емкость прямоугольной формы, в которую будут откачиваться отходы. Трубопровод для подачи субстрата располагается приблизительно на расстоянии 50 см от дна и имеет диаметр 25-35 см. Верхняя часть трубы входит в отсек для приема сырья.
Реактор должен быть полностью герметичным. Чтобы исключить возможность попадания воздуха, емкость необходимо покрыть слоем битумной гидроизоляции
Верхняя часть бункера – газгольдер имеет купольную или конусную форму. Она изготавливается из металлических листов или кровельного железа. Можно также конструкцию завершить кирпичной кладкой, которая затем оббивается стальной сеткой и штукатурится. Сверху газгольдера нужно сделать герметичный люк, вывести газовую трубу, проходящую через гидрозатвор и установить клапан для сброса давления газа.
Для перемешивания субстрата можно оборудовать установку дренажной системой, действующей по принципу барботажа. Для этого внутри конструкции вертикально закрепите пластиковые трубы, чтобы их верхний край был выше слоя субстрата. Проделайте в них множество отверстий. Газ под давлением будет опускаться вниз, а поднимаясь вверх, пузырьки газа будут перемешивать находящуюся в емкости биомассу.
Если вы не желаете заниматься строительством бетонного бункера, можно купить готовую емкость из ПВХ. Для сохранения тепла ее нужно обложить вокруг слоем теплоизоляции – пенополистиролом. Дно ямы заливается армированным бетоном слоем 10 см. Резервуары из поливинилхлорида допускается использовать, если объем реактора не превышает 3 м3.
Видео о получении биогаза из навоза
Как происходит строительство подземного реактора, вы можете посмотреть в видеосюжете:
Установка по получению биогаза из навоза позволит существенно сэкономить на оплате тепла и электроэнергии, и пустить на благое дело органический материал, который в избытке имеется в каждом фермерском хозяйстве. Прежде чем начать строительство, необходимо все тщательно просчитать и подготовить.
Простейший реактор можно сделать за несколько дней своими руками, используя подручные средства. Если хозяйство крупное, то лучше всего купить готовую установку или обратиться к специалистам. опубликовано
На днях опять получил очередное письмо. Просят люди новых идей для фермерства, кто-то хочет начать свое дело, а какое - не могут додуматься. Пишут мне, как автору многих рассказов про новые начинания фермеров. В этом году я открыл бесплатную школу для фермеров по личностному росту на своем сайте, так что можно там заниматься, потом сами будете себе идеи производить. Но раз уж ко мне обратились, то давайте свои входные данные о том состоянии, в котором Вы находитесь…
Пишет мне один фермер: «Из дешевых ресурсов - много навоза от КРС. Есть еще овцы. Больше ничего нет». Скудно с информацией. Но на самом деле для рассуждений этого хватает. Так как есть дешевый ресурс - навоз!
Что с навозом можно сделать? Высушить, обеззаразить, внести в почву, произвести сухие гранулы…. Самое главное не это, а то, сколько добавочной стоимости будет иметь будущий продукт, и как Вы выведите его на рынок. Я уже не спрашиваю, где вы возьмете денежный ресурс.
На мой взгляд, нужно обеззаразить. Без рассуждений сразу скажу: оптимальный способ для нас - обеззараживать кислотой: смесью азотной, фосфорной и серной, чтобы операция давала сразу эффект, навоз тогда превращается в питательный компост с хорошим содержанием макро и микроэлементов, там появляется азот, фосфор и сера. После того, как мы обеззаразили сырье, мы должны убрать кислотность продукта. Вариантов несколько, можно взять поташ (углекислый калий), можно известь. Снова смешиваем и получаем обеззараженный компост для выращивания грибов, в компосте появился еще и калий. Засеваем его мицелием и выращиваем грибы. Но вот беда, после выращивания грибов остается снова отход - это грибные блоки, компост с вросшим в него мицелием, он весь просто пронизан белыми гифами грибов. Смотрим применение такого продукта: микокорм, удобрения. А дальше выбираем по стоимости и по удобству рынка, куда продавать будем. Лучше вообще не продавать. Тогда в свое хозяйство, на корм овцам. Но для этого нужно добавить молотого сена, зерна и пропустить в экструдер ЭТР. На самом деле оборудования получается целая линия, но купит она себя за полгода. В итоге мы производим высококачественные корма для своих овец.
Для тех, кто не знаком с пищеварением овцы, скажу, что у овцы мы кормим не овцу, а микрофлору ЖКТ овцы, овца потребляет свою микрофлору и продукты ее жизнедеятельности. Ее проще назвать не травоядной, а бактериоядной. Наши корма, обработанные в экструдере ЭТР - это обеззараженный прекрасный корм для микрофлоры ЖКТ овцы.
Меня иногда упрекают, что я даю идеи с применением экструдера ЭТР: но это пока единственный экструдер, который может перерабатывать сено, солому, шелуху с зерном. Поэтому пока приходится писать с указанием марки, чтобы в головах фермеров не было путаницы.
Домашнее задание. Возьмите за ресурс помет овцы и найдите продукт, который можно будет продавать. Если не получится, есть Школа фермеров, а можете писать на мое имя, отвечу и дам решение. Подсказка есть в рассказе «Как овцы свиней накормили».
Для запуска такого проекта можно найти себе партнера из города, который не только даст деньги на совместный проект, но и поможет со сбытом грибов, а так же со следующим продуктом.
Подробнее об экструдере ЭТР - .
Вячеслав Костин