Биогаз и биогазовые установки

Что представляет собой биогаз

Но что же такое биогаз и почему он оказывается таким полезным?

Биогаз – это вещество, которое невозможно ни увидеть, ни почувствовать. Оно во многом похоже на обычный природный газ. При его сжигании выделяется большое количество тепла. В этом плане 1 куб. м биогаза эквивалентен 1,5 кг традиционного угля.

Газ, вырабатываемый биореактором, примерно наполовину состоит из метана, хотя точные цифры сильно варьируют. Если метан из отходов попадает в атмосферу, то он наносит ей вред, усиливая парниковый эффект. Но если его специально собирать, а затем использовать в качестве топлива, то он сгорает.

Другое вещество, входящее в состав биогаза – углекислота. Его процент меньше. Перед применением в хозяйстве оно обычно удаляется. Остальные составляющие – водород, сероводород, азот.

Сферы применения биогаза

Экономический эффект работы станции по выработке газа оценивается комплексным использованием всех получаемых продуктов. Промышленный комплекс или биогазовая установка для частного дома решает актуальную задачу утилизации биологических отходов, загрязняющих природу и среду обитания человека.

Области использования газа:

• получение электрической энергии: сгорание 1 кубометра газа дает 2 кВт электричества;
• отопление и обеспечение горячей водой производственных сельскохозяйственных помещений – ферм, теплиц, птицефабрик;
• заправка автомобильного транспорта и другой техники;
• топливо для работы газопоршневых агрегатов мини-ТЭЦ.

Второй по важности продукт, получаемый при помощи биореакторов – это экологически чистое натуральное удобрение. Его внесение в почву повышает урожайность культур до 30-35%.. Мобильные сборно-разборные линии переработки животноводческих отходов используются как очистные сооружения на соответствующих предприятиях

Мобильные сборно-разборные линии переработки животноводческих отходов используются как очистные сооружения на соответствующих предприятиях.

голос

Рейтинг статьи

Механизм действия биогазовых установок

Механизм действия биогазовых установок

Для получения биогаза подходит как однородное сырье, так и смеси различной биомассы. Биогазовая установка – это объемное герметичное сооружение, оснащенное приспособлениями для подачи сырья, подогрева биомассы, перемешивания компонентов, отвода полученного биогаза в газовый коллектор и, конечно же, защиты конструкции.

В реакторе под воздействием анаэробных бактерий осуществляется быстрое разложение биомассы. В процессе брожения органического сырья выделяется биогаз. Примерно 70% состава такого газа представлено метаном, оставшаяся часть – углекислым газом.

Биогаз характеризуется прекрасными показателями теплотворной способности, у него нет выраженного запаха и цвета. По своим свойствам биогаз практически ни в чем не уступает более традиционному природному газу.

В развитых странах используют дополнительные установки для очистки биогаза от углекислого газа. При желании вы сможете купить такую же установку и получать чистый биометан.

Биогазовые установки на силосе. 1 Силосные ямы. 2 Система загрузки биомассы. 3 Реактор. 4 Реактор дображивания. 5 Субстратер. 6 Система отопления. 7 Силовая установка. 8 Система автоматики и контроля. 9 Система газопроводов

Механизм образования газа из органического сырья

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.

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

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

Преимущества и недостатки данного метода переработки отходов

Плюсы:

Исходный материал является дешевым побочным продуктом сельскохозяйственных предприятий и ферм. Массы навоза постоянно восполняются и практически неисчерпаемы.
Биогазовые агрегаты можно монтировать в непосредственной близости от источников сырья.

Снижается уровень безработицы – требуются водители, машинисты установок, подсобные рабочие и другой персонал.

Падает потребление энергии, получаемой традиционными способами. Биогаз в России используется для отопления производственных помещений, нагрева воды для хозяйственных нужд. Энергия от сжигания биогаза преобразуется в электрическую энергию

Утилизация метана как газового топлива для автомобилей.
Особую важность имеет природоохранная составляющая данного бизнеса. Уничтожаются огромные залежи экскрементов от коров, свиней, овец, лошадей, птиц, загрязняющие почву, атмосферу, подземные и надземные источники воды.

Минусы:

Для промышленного производства биогаза в больших объемах недостаточно одного поставщика исходного материала, нужно договариваться с целым рядом заготовителей и налаживать транспортные потоки.

Статистические данные свидетельствуют об убыточности подобных производств. Они окупаются только с помощью государственной поддержки через «зеленые тарифы».

Выработка горючего газа и его хранение в емкостях, транспортировка по газопроводам является взрывоопасным и пожароопасным процессом. Метан характеризуется высокой токсичностью. На предприятиях требуется усиленный контроль соблюдения техники безопасности и правил обращения с опасными продуктами.

Лучше использовать биореакторы заводского изготовления, а установку доверить специалистам, имеющим достаточный опыт их монтажа.

Принцип работы установки

Процесс получения биогаза из навоза или другого сырья называется ферментацией, а сбраживание осуществляется за счет жизнедеятельности специальных бактерий. При этом на поверхности сырья образуется корка, которую необходимо постоянно разрушать. Делать это нужно, тщательно перемешивая содержимое вручную или с использованием специальных приборов внутри реактора. В результате подобных манипуляций и высвобождается биогаз.

Полученный биогаз после очистки собирается в специальную емкость — газгольдер, из которой он проводится по газовым трубам к месту использования. Переработанное сырье превращается в биоудобрение. Оно выгружается через специальное отверстие, а затем может вноситься в почву или использоваться в качестве кормовой добавки для животных, что зависит от исходного сырья.

Чтобы получить биогаз своими руками, кроме соблюдения режима отсутствия кислорода следует еще выполнить несколько условий:

• Доступность питательных веществ для бактерий.
• Соблюдение температурного режима.
• Выбор правильного времени для сбраживания.
• Соблюдение кислотного и щелочного баланса.
• Своевременная загрузка и выгрузка сырья.
• Соблюдение пропорций твердых частиц в сырье и своевременное перемешивание.

Специфика получения биогаза

Биогаз образуется в результате брожения биологического субстрата. Его разлагают гидролизные, кислото- и метанообразующие бактерии. Смесь вырабатываемых бактериями газов получается горючей, т.к. содержит большой процент метана.

По своим свойствам она практически не отличается от природного газа, который используется для промышленных и бытовых нужд.

При желании каждый владелец дома может приобрести биогазовую установку промышленного изготовления, но это дорого, а окупаются вложения в течение 7-10 лет. Поэтому имеет смысл приложить усилия и сделать биореактор своими руками

Биогаз – экологически чистое топливо, а технология его получения не оказывает особого влияния на окружающую среду. Более того, в качестве сырья для биогаза используют отходы жизнедеятельности, которые нуждаются в утилизации. Их помещают в биореактор, где происходит переработка:

• В течение некоторого времени биомасса подвергается воздействию бактерий. Срок брожения зависит от объема сырья.
• В результате деятельности анаэробных бактерий выделяется горючая смесь газов, в состав которой входят метан (60%), углекислый газ (35%) и некоторые другие газы (5%). Также при брожении в небольших количествах выделяется потенциально опасный сероводород. Он ядовит, поэтому крайне нежелательно, чтобы люди подвергались его воздействию.
• Смесь газов из биореактора очищается и поступает в газгольдер, где хранится до момента использования по назначению.
• Газ из газгольдера можно использовать точно так же, как природный. Он поступает к бытовым приборам – газовым печам, отопительным котлам и т.п.
• Разложившуюся биомассу необходимо регулярно удалять из ферментатора. Это дополнительные трудозатраты, однако усилия окупаются. После брожения сырье превращается в высококачественное удобрение, которое используют на полях и огородах.

Биогазовая установка выгодна для владельца частного дома только в том случае, если у него есть постоянный доступ к отходам животноводческих ферм. В среднем из 1 м.куб. субстрата можно получить 70-80 м.куб. биогаза, но выработка газа идет неравномерно и зависит от многих факторов, в т.ч. температуры биомассы. Это осложняет расчеты.

Биогазовые установки идеально подходят для фермерских хозяйств. Отходы жизнедеятельности животных способны дать достаточно газа для полноценного обогрева жилых помещений и хозяйственных построек (+)

Чтобы процесс получения газа был стабильным и непрерывным, лучше всего строить несколько биогазовых установок, а субстрат в ферментаторы закладывать с разницей во времени. Такие установки работают параллельно, а сырье в них загружают последовательно. Это гарантирует постоянную выработку газа, благодаря чему можно добиться его непрерывного поступления к бытовым приборам.

В идеале биореактор должен подогреваться. Каждые 10 градусов тепла увеличивают выработку газа вдвое. Хотя обустройство подогрева требует вложений, это окупается большей эффективностью конструкции (+)

Самодельное биогазовое оборудование, собранное из подручных материалов, обходится гораздо дешевле установок промышленного производства. Его эффективность ниже, но вполне соответствует вложенным средствам. Если есть доступ к навозу и желание приложить собственные усилия для сборки и обслуживания конструкции, это очень выгодно.

Инструкция по самостоятельному строительству

Если нет опыта в сборке сложных систем, имеет смысл подобрать в сети или разработать самый простой чертеж биогазовой установки для частного дома.

Чем проще конструкция, тем она надежнее и долговечнее. Позже, когда появятся навыки строительства и обращения с системой, можно будет переделать оборудование или смонтировать дополнительную установку.

В дорогих конструкциях промышленного производства предусмотрены системы перемешивания биомассы, автоматического подогрева, очистки газа и т.д. Бытовое оборудование не так сложно. Лучше собрать простую установку, а потом добавить элементы, в которых возникнет необходимость

При расчете объема ферментатора стоит ориентироваться на 5 м.куб. Такая установка позволяет получить количество газа, необходимое для обогрева частного дома площадью 50 м.кв., если в качестве источника тепла используют газовый котел или печь.

Это усредненный показатель, т.к. калорийность биогаза обычно не выше 6000 ккал/м.куб.

Чтобы процесс ферментации протекал более-менее стабильно, нужно добиться правильного температурного режима. Для этого биореактор устанавливают в земляной яме или заранее продумывают надежную теплоизоляцию. Постоянный подогрев субстрата можно обеспечить, если под основание ферментатора подвести трубу водяного отопления

Строительство биогазовой установки можно разделить на несколько этапов.

Этап 1 – подготовка ямы под биореактор

Практически вся биогазовая установка находится под землей, поэтому многое зависит от того, как была вырыта и отделана яма. Есть несколько вариантов укрепления стенок и герметизации ямы – пластик, бетон, полимерные кольца.

Оптимальное решение – покупка готовых полимерных колец с глухим дном. Они обойдутся дороже подручных материалов, зато не потребуется дополнительная герметизация. Полимеры чувствительны к механическим нагрузкам, зато не боятся влаги и химически агрессивных веществ. Они не подлежат ремонту, но при необходимости их легко будет заменить.

От подготовки стен и днища биореактора зависит интенсивность брожения субстрата и выход газа, поэтому яму тщательно укрепляют, утепляют и герметизируют. Это самый сложный и трудоемкий этап работ

Этап 2 – обустройство газового дренажа

Покупка и монтаж специальных мешалок для биогазовых установок – дорогое удовольствие. Систему можно удешевить, обустроив газовый дренаж. Он представляет собой вертикально установленные полимерные канализационные трубы, в которых проделано множество отверстий.

При расчете длины труб дренажа следует ориентироваться на запланированную глубину заполнения биореактора. Верхние части труб должны быть выше этого уровня.

Для газового дренажа можно выбрать металлические или полимерные трубы. Первые прочнее, а вторые устойчивее к химическим воздействиям. Лучше отдать предпочтение полимерам, т.к. металл быстро проржавеет и сгниет

В готовый биореактор можно сразу загрузить субстрат. Его накрывают пленкой, чтобы выделяющийся в процессе ферментации газ находился под небольшим давлением. Когда будет готов купол, это обеспечит нормальную подачу биометана по отводящей трубе.

Этап 3 – монтаж купола и труб

Завершающий этап сборки простейшей биогазовой установки – это монтаж купольной верхней части. В самой высокой точке купола устанавливают газоотводящую трубу и протягивают ее к газгольдеру, без которого не обойтись.

Емкость биореактора закрывают плотной крышкой. Чтобы предотвратить смешивание биометана с воздухом, обустраивают гидрозатвор. Также он служит для очистки газа. Нужно предусмотреть спусковой клапан, который сработает, если давление в ферментаторе будет слишком высоким.

Более подробно отом, как сделать биогаз из навоза читайте  в этом материале.

Свободное пространство биореактора в какой-то мере выполняет функции хранилища газа, однако этого недостаточно для безопасной работы установки. Газ должен потребляться постоянно, иначе возможен взрыв от избыточного давления под куполом

Плюсы и минусы биологического способа

Проектирование биогазовых установок — этап ответственный, поэтому перед принятием окончательного решения лучше взвесить все «за» и «против» этого метода.

К достоинствам такого производства относится:

1. Рациональная утилизация органических отходов. Благодаря установке можно пустить в дело то, что в другом случае осталось бы просто мусором, загрязняющим окружающую среду.
2. Неистощимость сырьевых запасов. Природный газ и уголь рано или поздно закончится, однако у тех, кто имеет собственное хозяйство, необходимые отходы будут появляться постоянно.
3. Небольшое количество углекислого газа. Он выделяется в атмосферу при использовании биогаза, однако диоксид углерода не может негативно повлиять на экологическую обстановку.
4. Бесперебойная и эффективная работа биогазовых установок. В отличие от солнечных коллекторов или ветряков, производство биогаза никак не зависит от внешних условий.
5. Снижение риска благодаря использованию нескольких установок. Крупные биореакторы всегда большая угроза, но ее можно устранить, если сделать систему из нескольких ферментеров.
6. Получение высококачественного удобрения.
7. Небольшая экономия энергоресурсов.

Еще один плюс — возможная выгода для состояния почвы. Некоторые растения высаживают на участке специально для получения биомассы. В этом случае можно выбрать те из них, что способны улучшить качество грунта. Пример — сорго, снижающее его эрозию.

Каждый вид альтернативных источников имеет свои недостатки. Биогазовые установки не исключение. Минусом является:

• повышенная опасность оборудования;
• энергозатраты, требующиеся для переработки сырья;
• незначительный выход биогаза из-за небольшого объема домашних систем.

Сложнее всего сделать биогазовую установку, предназначенную для самого эффективного, термофильного режима. Расходы в этом случае обещают быть серьезными. Такое проектирование биогазовых установок лучше возложить на профессионала.

Правильный отвод газа из биореактора

Получаемый в процессе брожения органики газ отводят через специальное отверстие, предусмотренное в конструкции верхней части крышки, которой плотно закрывают резервуар. Чтобы исключить вероятность смешивания биогаза с воздухом, надо обеспечить его отвод через водяной затвор (гидрозатвор).

Контролировать давление газовой смеси внутри биореактора можно с помощью крышки, которая должна при избытке газа приподниматься, то есть играть роль спускового клапана. В качестве противовеса можно использовать обычную гирю. Если давление в норме, то выработанный газ будет поступать по отводящей трубе в газгольдер, по пути подвергаясь очистке в воде.

Получаемый газ отводят через специальное отверстие, расположенное в конструкции крышки

Отходы биомассы после получения газа

После переработки навоза в реакторе побочным продуктом является биошлам. При анаэробной переработке отходов бактерии растворяют около 30% органического вещества. Остальное выделяется в неизменном виде.

Жидкая субстанция также является побочным продуктом метанового брожения и также используется в сельском хозяйстве для корневых подкормок.

Углекислый газ – ненужная фракция, которую производители биогаза стремятся удалить. Но если растворить ее в воде, то эта жидкость также может приносить пользу.

Полное использование продуктов биогазовой установки

Чтобы полностью утилизировать продукты, получаемые после переработки навоза, необходимо содержать теплицу. Во-первых – органическое удобрение можно использовать для круглогодичного выращивания овощей, урожайность которых будет стабильной.

Во-вторых – углекислый газ используется как подкормка – корневая или внекорневая, а его на выходе получается около 30%. Растения поглощают углекислоту из воздуха и при этом лучше растут и набирают зеленую массу. Если проконсультироваться со специалистами данной области, то они помогут установить оборудование, которое переводит углекислый газ из жидкой формы в летучее вещество.

Видео: Биогаз за 2 дня

Дело в том, что для содержания животноводческой фермы полученных энергоресурсов может быть много, особенно летом, когда не нужен подогрев коровника или свинарника.

Поэтому рекомендуется заняться еще одним прибыльным видом деятельности – экологически чистая теплица. Остатки продукции можно хранить в охлаждаемых помещениях – за счет все той же энергии. Холодильное или любое другое оборудование может работать на электричестве, которое вырабатывает газовая аккумуляторная батарея.

Простейшая биогазовая установка своими руками

Биогазовая установка для дома

Бытовая биогазовая установка будет иметь несколько упрощенную конструкцию, но к ее изготовлению следует подходить с максимальной ответственностью.

Первый шаг. Выройте яму. По своей сути биогазовая установка является большой ямой со специальной отделкой. Самой ответственной и одновременно с этим сложной частью изготовления рассматриваемой системы является правильная подготовка стенок биореактора и его основания.

Яма должна быть герметичной. Укрепите основание и стенки с помощью пластика либо бетона. Вместо этого вы можете приобрести готовые полимерные кольца с глухим дном. Такие приспособления позволяют обеспечить необходимую герметичность системы. Материал будет сохранять свои изначальные характеристики в течение долгих лет, а при необходимости вы сможете с легкостью заменить старое кольцо новым.

Второй шаг. Оборудуйте систему газового дренажа. Это избавит вас от необходимости покупки и установки мешалок, благодаря чему затраты времени и денежных средств на сборку установки существенно сократятся.

Трубы подбирайте такой длины, чтобы их верхние края несколько возвышались над верхним уровнем загруженного перегноя.

Третий шаг. Накройте внешний слой субстрата пленочной изоляцией. Благодаря пленке будут создаваться условия для скапливания биогаза под куполом в условиях незначительного избыточного давления.

Четвертый шаг. Установите купол и смонтируйте газоотводящую трубу в его наивысшей точке.

Потребление газа должно быть регулярным. В противном случае купол над емкостью с биомассой может попросту взорваться. В летнее время газ образуется более интенсивно, чем в зимний период. Для решения последней проблемы купите и установите подходящие обогреватели.

Плюсы и минусы по сравнению с другими видами топлива

Для того, чтобы сравнивать между собой различные виды топлива и тем более разные виды энергий, необходимо определить, какие именно параметры подлежат сравнению. При этом сравнивать стоимость некорректно, ведь нормальной цена биогаза станет только после периода окупаемости.

Сравнивать по теплотворной способности также некорректно, потому что далеко не всегда топливо с меньшей теплотворной способностью оказывается хуже более теплотворного.

Поэтому сравнивать разные виды топлива и энергии можно по таким параметрам, как:

1. Пригодность для использования в автомобилях, электрогенераторах и системах отопления (в баллах, 1 балл – подходит для всех, 2 балла – для некоторых, 3 балла – для любого одного).
2. Необходимость создавать специальные условия для хранения (1 балл – можно в любых условиях, 2 балла – нужны специальные емкости, 3 балла – помимо специальных емкостей необходимо дополнительное оборудование, 4 балла – хранение невозможно).
3. Сложность переделки оборудования под другое топливо или энергию (1 балл – минимальные переделки, которые сможет сделать даже человек без опыта; 2 – переделки, доступные более-менее разбирающемуся в вопросе любителю и не требующие какого-то узкоспециализированного оборудования, 3 балла – необходима капитальная переделка).
4. Негативное влияние на экологию (в баллах, 1 – наименьшее, 2 балла – среднее, 3 балла – максимальное);
5. Является ли топливо или энергия возобновляемым (в баллах, 1 балл – полностью (к примеру, ветер или солнечный свет); 2 балла – условно, то есть в определенных условиях, или после каких-то действий, 3 балла – нет).
6. Зависит ли от рельефа местности, времени года и погоды (в баллах, 1 балл – нет, 2 балла – частично, 3 балла – зависит от всего).

Название топлива или энергии	Параметры для сравнения
Возможности использования	Хранение	Оборудование	Влияние на экологию	Возобновляемость	Зависимость от внешних факторов
Биогаз очищенный (содержание метана 95-99%)	1	3	1–2	1	1	1
Пропан	1	2–3	1–2	2	3	1
Бензин	1	2	2	3	3	1
Мазут	3	2	3	3	3	1
Солярка	2	2	3	3	3	1
Дрова	3	1	3	2	1	2
Каменный уголь	3	1	3	2	3	2
Электричество	1	4	3	1	2	1
Энергия ветра	2	4	3	1–2	1	3
Энергия солнца	2	4	3	1	1	3
Энергия движения воды (реки)	2	4	3	1–2	1	3

Выводы и полезное видео по теме

Как сделать самую простейшую установку из обычной бочки, вы узнаете, если посмотрите видео:

Как происходит строительство подземного реактора, вы можете посмотреть в  видеосюжете:

Как происходит загрузка навоза в подземную установку показано в следующем ролике:

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.

Если при ознакомлении с представленной информацией у вас появились вопросы, или есть предложения которыми вы хотите поделиться с посетителями сайта, пожалуйста, оставляйте комментарии в расположенном ниже блоке.