Уже почти три года назад я делал статью про биогазовые исследования, которые мы проводили в Томске. Статья в то время вызвала значительный интерес и даже сейчас мне на почту приходят письма с просьбой подробней рассказать об этой технологии и перспективах её практического внедрения. Мы не бросили развивать эту тему, накопилось много интересных мыслей и новостей, о которых хочется рассказать, поэтому заинтересованных милости просим под кат.
Что нового?
Самая главная новость — тема до сих пор жива. Идея перерабатывать отходы в что-то полезное и даже выгодное сама по себе греет душу. Напоминаю, что биогазовые технологии позволяют переработать органические отходы (навоз, канализационные стоки и т.п.) в горючий газ и биоудобрение. 
Получаемое удобрение можно использовать для увеличения урожайности практически любых растений. К примеру, увеличение урожайности пшеницы, которое было зафиксировано в независимых испытаниях на Алтае по сравнению с контрольными участками где удобрение не использовалось, составило порядка 30 процентов. К сведению 
На треть! При этом затраты на удобрения составили не более 10 процентов от суммы дополнительно полученной прибыли, что само по себе отличный результат.
В последнее время появились патенты по технологии ускорения получения биогаза, однако применить их в реальных установках пока не представляется возможным, но тот факт, что в этой области продолжаются разработки, безусловно, радует. Самой успешной (на наш взгляд) является технология, описанная в другом патенте, суть которого заключается в добавлении на разных стадиях процесса простой воды, но с измененным окислительно-восстановительным потенциалом. Авторы молодцы, что досконально разобрались в биологической сути процесса.
Биогаз или биоудобрения?
Как и ранее я остаюсь сторонником того, что биогазовые технологии трудно позиционировать как исключительно энергетические. В первую очередь, эти технологии хороши для облегчения экологической ситуации, связанной с утилизацией биологических отходов, которых вокруг сельскохозяйственных предприятий скапливается огромное количество.
Это настоящая проблема, которая помимо экологического вреда часто является катализатором вспышек опасных инфекций. 
Конечно, в процессе переработки выделяется большое количество биогаза, но он требует тщательной очистки, осушения, сжатия и с ним больше хлопот, чем выгод. Это, в первую очередь, связано с получением из биогаза электричества, что требует огромных затрат. Поэтому разумнее всего, особенно в России, утилизировать биогаз до тепла, которое можно использовать для поддержания самого биогазового процесса и для отопления зданий и сооружений. Мы — холодная страна и тепло будет необходимо всегда. Если не использовать биогаз для генерации электричества, то становится более выгодно строительство и самих биогазовых станций.
Исследовательская установка
Исследования проводились в ИМКЭС СО РАН в Томске. Там же нами была собрана экспериментальная установка. Так случилось, что в процессе наших исследований для установки требовался навоз в количестве 40-50 кг в сутки. Живем мы в городе, коров у нас нет, как источник биомассы мы себя рассматривали в самом крайнем случае и мы стали искать поставщика навоза.
Пришлось навоз возить с пригорода. Приезжаем в деревню и находим подворье с коровами. Зима. Стучимся в дверь, открывает хозяин и мы просим у него навоза. Изумление в глазах. Оно вам зачем, ребята? Говорим, мол, ученые, делаем эксперименты. Надо. Идите, говорит дедок, по добру по здорову.
А если будем покупать? По 50 рублей за ведро? Через некоторое время в деревушке под Томском стали ходить легенды о том, что из города ездят чудаки, которые платят деньги за… Ну вы поняли. Но проблемы с сырьем решены. 
Установка состоит из трех специализированных ёмкостей, связанных собой трубопроводами с запорной (управляемой) арматурой (задвижками). Основой установки является специализированная ёмкость определенного объема, называемой ферментером, также установка содержит ёмкость для пробоподготовки сырья, систему контроля и автоматизации процесса. Система автоматизации и управления установкой — собственной разработки. Ничего особо сложного в ней нет. Подробнее о контроллере 
Управление процессом осуществляет головной контроллер ГК АСУ, который имеет экран вывода технической информации и всей необходимой телеметрии для нормальной работы оборудования. ГК АСУ связывает все блоки установки через последовательную ассиметричную шину данных. АСУ осуществляет непрерывную телеметрию и управление блока биогазовой обработки (БГО), в том числе снимает следующие данные:
— Температуру обрабатываемой биомассы в камере гомогенизации и стерилизации КГиС (предел 55 гр.С) — Осуществляет управление насосами для перемешивания и подачи биомассы в основной ферментер ОФ — Контролирует температуру течения биологического процесса анаэробного брожения в пределе 39 гр.С (блок нагрева установки БНУ содержит электрокотел, твердотельное реле 40 А и температурный датчик DS18B20 с допустимой температурой котла не более 85 гр.С) — Осуществляет сбор данных с датчиков проводимости, окислительно-восстановительного потенциала и pH (RedOx потенциал не более -100 мВ, pH анаэробной стадии процесса — 6,2) — Ведёт логгирование всех данных — Имеет кнопку принудительного перемешивания биомассы при необходимости.
— Имеет датчик утечек метана и систему аварийного отключения оборудования при различных сценариях развития событий, к примеру, от краткосрочных отключений электроэнергии или потери надежного заземления, перенапряжений в сети и т.п.
Ферментеры подлежат монтажу и утеплению для максимального сохранения тепловой энергии, особенно если установка будет в дальнейшем эксплуатироваться на открытой площадке. Самое важное — сделать верный расчет объема главного ферментера (конечно с некоторым запасом). 
Конечно, выход биогаза зависит от качества исходного сырья, если можно применить термин «качество» к навозу. Но на самом деле, исходное сырье имеет важнейшее значение. Лучше всего, чтобы сырье было без примесей, посторонних загрязнений, без плесени и ПАВов. Главный закон биогазовой установки — путь сырья к загрузке должен быть как можно короче. Выход биогаза из навоза различных животных, конечно, разный. Это зависит от особенностей пищеварения, что определяет состав и структуру отходов. 
В биогазовую станцию может быть добавлены другие органические отходы, такие как очистки овощей, фруктов, свежая трава, хозяйственные стоки и т.п. Это даже лучше, чтобы сырье для станции было смесью различных отходов. Это улучшает процесс переработки, делает его более стабильным, а выход биогаза — больше. При этом на однотипном сырье, к примеру, на чистых свиных стоках или курином помете процесс вообще может остановиться, так как эти субстраты сильно токсичны и их обязательно надо разбавлять другими отходами, обеспечивая буферизацию сырья. Выходящий из установки газ называется биогазом. Это горючий газ сложного состава. В нем две трети метан, остальное — углекислый газ, сероводород, примеси водорода, аммиака, пары воды. Накапливается газ в специальном газонепроницаемом мягком мешке — газгольдере. 
Если накопленный газ очистить от углекислоты и других опасных примесей получаем биометан — полный аналог природного газа. Однако, очистка биогаза дорогая процедура и направлена, в первую очередь, для того, чтобы получать электричество или заправлять автомобили. Если такая задача не стоит — то биогаз можно использовать без особой очистки для получения тепла и горячей воды. Именно для этих целей (по нашему мнению) целесообразней всего использовать биогазовые установки в наших условиях.
Перспективы биогазовых технологий
Для России. И, конечно, это мое частное мнение. Для начала я бы разделил этот вопрос на две части. Промышленное использование биогазовой технологии и различные частные практики.
Промышленное использование биогазовых технологий слабо развивается в принципе из-за практического отсутствия добротных технологий, правового вакуума в законодательстве и жесточайшей коррупции.
Безусловно, без бюджетного плеча такие технологии достойно развить не удастся, но как быть с тем, чтобы под маркой развития биогаза не проворачивались коррупционные схемы различных деятелей от инноваций — я не знаю. Остается направление использования биогазовых станций частниками.
Вот здесь наблюдается некий наш российский феномен, о котором хочется поговорить особо. Во-первых, в природе нашего человека заложен принцип по возможности никогда ни за что не платить. По крайней мере существенные деньги.
А лучше всего халява! Вот это свойство используют всякие жулики, которые завалили интернет видео и сайтами с предложениями за три копейки построить биогазовую станцию, получать биогаз в неограниченных объемах и забыть про все проблемы. Именно такие деятели дискредитировали саму тему биогаза в России, которая, кстати, очень активно развивается сейчас во всем мире. Особенно в Китае. Биогазовая установка не может стоить дешево.
Это все-же биотехнология, которая имеет ряд особенностей, требует современного контроллинга, определенной квалификации операторов и т.д. Это не сарайная технология, она требует нового понимания сути сельскохозяйственного производства, принципа неразрывности всех процессов — от подготовки сырья, транспортировки, ветеринарных манипуляций, навозоудаления, заканчивая маркетингом биоудобрений и энергетическим аудитом производства. Только в этом случае биогазовые технологии дадут необходимый эффект. Какой смысл городить биогазовые станции в старых коровниках и на СХ предприятиях прошлого века? Почему не делать новые проекты крупных животноводческих комплексов с интеграцией всех наиболее перспективных и интересных технологий, которые существуют? Ведь очевидно, что именно здесь заложен будущий успех. Опять же — это мое мнение.
Эффект кулака
Биогазовая установка: переработка органических отходов с пользой
Повышение цен на энергоресурсы вынуждает искать альтернативные варианты обогрева. Хороших результатов можно добиться путем самостоятельного производства биогаза из доступного органического сырья. В этой статье мы расскажем о цикле производства, устройстве биореактора и сопутствующем оборудовании.
При соблюдении элементарных эксплуатационных правил газовый реактор полностью безопасен и способен обеспечить топливом и электроэнергией хоть небольшой дом, хоть целый агропромышленный комплекс. Результат работы биореактора — не только газ, но и один из самых ценных видов удобрений, основная составляющая натурального гумуса.
Как получают биогаз
Для получения биогаза органическое сырье помещают в условия, благоприятные для развития нескольких видов бактерий, которые в процессе жизнедеятельности выделяют метан. Биомасса проходит три цикла превращений, и на каждом этапе принимают участие разные штаммы анаэробных организмов.
Кислород для их жизнедеятельности не требуется, но имеет большое значение состав сырья и его консистенция, а также температура и внутреннее давление. Оптимальными считаются условия с температурой 40–60 °С при давлении до 0,05 атм.
Загруженное сырье начинает вырабатывать газ после продолжительной активации, которая занимает от нескольких недель до полугода.
Начало выхода газа в расчетном объеме свидетельствует о том, что колонии бактерий уже достаточно многочисленны, поэтому спустя 1–2 недели в реактор дозировано добавляют свежее сырье, которое почти сразу активируется и вступает в цикл производства.
Для поддержания оптимальных условий сырье периодически перемешивают, используют часть тепла от газового отопления для поддержания температуры.
Полученный газ содержит от 30 до 80% метана, 15–50% углекислого газа, небольшие примеси азота, водорода и сероводорода.
Для использования в хозяйстве газ обогащают, удаляя из него углекислоту, после этого топливо может быть применено в широком спектре энергооборудования: от двигателей электростанций до отопительных котлов.
Какое сырье подходит для производства
Вопреки расхожему мнению, навоз не является лучшим сырьем для производства биогаза. Выход топлива из тонны чистого навоза всего 50–70 м3 с концентрацией 28–30%. Однако именно в отходах жизнедеятельности животных содержится большинство необходимых бактерий для быстрого запуска и поддержания эффективной работы реактора.
По этой причине навоз смешивают с отходами растениеводства и пищевой промышленности в соотношении 1:3. В качестве растительного сырья используют:
| Сырье | Выход с 1 т сырья | Концентрация СН4 |
| Силос из стеблей и початков кукурузы | 400 м3 | 50-56% |
| Силос из травы и зерновых | 200-230 м3 | 49-54% |
| Кормовой картофель, свекла, зерно | 500-600 м3 | 50-65% |
| Отходы пекарен и пищевой промышленности (соя, овёс) | 700-750 м3 | 55-58% |
| Растительные масла, жир, глицерин | 8500-1200 м3 | 65-68% |
Сырье нельзя просто засыпать в реактор, нужна определенная подготовка. Исходный субстрат измельчают до фракции 0,4–0,7 мм и разбавляют водой в количестве около 25–30% от сухой массы. В больших объемах смесь требует более тщательного смешивания в устройствах гомогенизации, после чего она готова к загрузке в реактор.
Строительство биореактора
Требования к условиям размещения реактора такие же, как и для пассивного септика. Основная часть биореактора — метантенк — емкость, в которой происходит весь процесс сбраживания. Для снижения затрат на прогрев массы реактор вкапывают в землю. Таким образом температура среды не опускается ниже 12–16 °С, а отток тепла, образующийся при реакции, остается минимальным.
Схема биогазовой установки: 1 — бункер загрузки сырья; 2 — биогаз; 3 — биомасса; 4 — бак компенсатор; 5 — люк для извлечения отходов; 6 — клапан сброса давления; 7 — газовая трубка; 8 — гидрозатвор; 9 — к потребителям
Для метантенков объемом до 3 м3 допускается использовать капроновые емкости. Поскольку толщина и материал их стенок не препятствуют оттоку тепла, емкости обкладывают слоями пенополистирола или влагостойкой минеральной ваты. Дно котлована бетонируют стяжкой 7–10 см с армированием, чтобы исключить выдавливание реактора из грунта.
Самый подходящий материал для строительства крупных реакторов — армированный керамзитобетон. Он имеет достаточную прочность, низкую теплопроводность и высокий эксплуатационный ресурс. Перед заливкой стен камеры нужно смонтировать наклонную трубу для подачи смеси в реактор. Ее диаметр составляет 200–350 мм, нижний конец должен находиться в 20–30 см от дна.
В верхней части метантенка расположен газгольдер — купольная или конусная конструкция, концентрирующая газ в верхней точке.
Газгольдер может быть выполнен из листового металла, однако в небольших установках свод выполняют кирпичной кладкой, а затем оббивают стальной сеткой и штукатурят.
При сооружении газгольдера необходимо предусмотреть в его верхней части герметичный проход двух трубок: для забора газа и установки клапана сброса давления. Еще одну трубу диаметром 50–70 мм закладывают для откачки отработанной массы.
Емкость реактора должна быть герметичной и выдерживать давление в 0,1 атм. Для этого внутреннюю поверхность метантенка покрывают сплошным слоем обмазочной битумной гидроизоляции, а на вершине газгольдера монтируют герметичный люк.
Отвод газа и обогащение
Из-под купола газгольдера газ отводят через трубопровод в емкость с водяным затвором. Толщина водного слоя над выходом трубки определяет рабочее давление в реакторе и обычно составляет 250–400 мм.
После водяного затвора газ может использоваться в отопительном оборудовании и для приготовления пищи. Однако для работы двигателей внутреннего сгорания нужно более высокое содержание метана, поэтому газ обогащают.
Первый этап обогащения — снижение концентрации углекислоты в газе. Для этого можно использовать специальное оборудование, работающее на принципе химической абсорбции или на полупроницаемых мембранах.
В домашних условиях обогащение возможно также методом пропускания газа через толщу воды, в которой растворяется до половины СО2.
Газ распыляется на мелкие пузырьки через трубчатые аэраторы, насыщенная углекислотой вода должна периодически отводиться и распыляться в условиях нормальной атмосферы. В растениеводческих комплексах такую воду успешно используют в системах гидропоники.
На втором этапе обогащения снижают влажности газа. Эта функция присутствует в большинстве обогатительных устройств фабричного изготовления. Самодельные осушители имеют вид Z-образной трубки, заполненной силикагелем.
Использование биогаза: специфика и оборудование
Большинство современных моделей отопительной техники рассчитаны на работу с биогазом. Устаревшие котлы могут быть относительно легко переоборудованы заменой горелки и устройства подготовки газовоздушной смеси.
Для получения газа под рабочим давлением используется обычный поршневой компрессор с ресивером, установленный на работу с давлением в 1,2 от расчетного. Нормализация давления осуществляется газовым редуктором, это помогает избежать перепадов и поддерживать ровное пламя.
Производительность биореактора должна быть как минимум на 50% выше потребления. Излишков газа в производстве не образуется: когда давление превышает 0,05–0,065 атм, реакция почти полностью замедляется, и восстанавливается только после того, как часть газа будет откачана.
рмнт.ру
31.07.15
Биогазовые станции: как они устроены и зачем нужны
читать и обсуждать наши публикации в телеграме
читать и обсуждать в телеграме
Больше десяти лет назад в Белгородской области с разницей в полгода запустились две биогазовые станции, названные в честь расположенных по соседству сёл — «Байцуры» и «Лучки». Хотя сама технология по получению энергии и тепла при переработке органических веществ в мире известна давно, в России случаи её применения до сих пор остаются единичными.
В рамках экспедиции по регионам страны климатическая команда российского отделения Гринпис встретилась с главными инженерами станций «Байцуры» Алексеем Щербаковым и «Лучки» Ильёй Мейлахом и узнала о работе биогазовых установок и их пользе для экологии.
Алексей Щербаков, главный инженер биогазовой станции «Байцуры». Фото © Вячеслав Замыслов, Гринпис
Что такое биогаз?
Газ, который образуется при разложении органики в процессе метанового брожения.
Биогаз можно произвести из любой органики, но чаще всего это отходы животноводческих комплексов и предприятий пищевой промышленности, например, сахарных комбинатов.
Его можно производить в любом регионе страны и использовать в качестве средства дополнительной энергии как в крупных городах, так и в небольших отдалённых населённых пунктах.
С помощью биогазовой установки — специального устройства по переработке органики — получают не только биогаз, который в дальнейшем можно использовать для выработки электричества и тепла, но и биоудобрения, которые не увеличивают содержание нитратов в почве и положительно влияют на урожайность. Таким образом, любой органический продукт, взятый в качестве сырья, получает возможность вторичного использования.
Фото © Вячеслав Замыслов, Гринпис
Как работает биогазовая станция?
В природе цикл разложения занимает в среднем от полугода до года — в зависимости от вида органики. На биогазовой установке этот процесс сокращается до шестидесяти суток. Сначала сырьё поступает в реактор. Для этого есть два пути: биомасса откачивается из контейнера, куда она попадает через сток, протянутый, например, от фермы.
Этот способ подходит, если сырьё находится в жидкой форме. Так, например, устроена биостанция «Байцуры». Она изначально проектировалась под свиноферму, расположенную по соседству — буквально в 50 метрах.
Стоки из этого комплекса сначала попадают в большую сборную ёмкость, а потом, по трубопроводу, проложенному под землёй, всё стекает в резервуар предварительного сбора.
Для материалов используют специальный загрузчик. Такую технологию применяют и в самой первой крупной биогазовой станции в России — «Лучки».
После того, как масса попала в ферментатор, начинается первая стадия сбраживания. В этой ёмкости обитают метанообразующие бактерии, которые питаются поступающей органикой. Здесь, благодаря вращающейся лопасти, колонии бактерий равномерно распределяются по «еде».
Далее образовавшийся в ферментаторе биогаз собирается в специальный резервуар — газгольдер. В течение этого процесса газ проходит несколько этапов очистки, в том числе от сероводорода. В конце этой цепочки он сжимается компрессором, попадает в цилиндры газопоршневого двигателя, который и выдаёт электроэнергию в сеть.
Количество биогаза зависит от состава субстратов и содержащихся в них органических веществ.
Фото © Вячеслав Замыслов, Гринпис
А что с удобрениями?
Перебродившая биомасса попадает в лагуны — временные хранилища, откуда фермеры могут забрать её, чтобы использовать в качестве готового и безопасного органического удобрения для полей. Чтобы фермерам потом было легче извлекать субстанцию из лагуны, необходим ещё один этап — сепаратор, который стоит на выходе из ёмкости, разделяет всё на жидкую и твёрдую фракции.
Энергетический потенциал биогазовой станции
По оценкам Международного энергетического агентства (МЭА), в ведущих странах мира к 2040 году потребление биотоплива увеличится трёхкратно. Но для России это всё ещё остаётся довольно диковинным методом выработки энергии.
На территории страны работает всего несколько полноценных биогазовых установок.
Одна только белгородская станция «Лучки» способна вырабатывать 29 млн киловатт-часов электроэнергии — этого уже достаточно, чтобы обеспечить электроэнергией около шести тысяч домовладений.
Илья Мейлах, главный инженер биогазовой станции «Лучки». Фото © Вячеслав Замыслов, Гринпис
«При запуске станция имела установочную мощность 2,4 мегаватта, тогда она могла перерабатывать порядка 60 тысяч тонн отходов в год.
Спустя время нам удалось увеличить установленную мощность биогазовой установки за счёт собственных разработок, строительства лабораторной биогазовой установки, в которой мы проводили эксперименты, изучали разные виды сырья и самые эффективные комбинации из них, – пояснил главный инженер станции Илья Мейлах. – Как только научились лучше ухаживать за бактериями, так в бродильных резервуарах стали получать больший объём газа, а, следовательно, и электроэнергии».
Потенциал такого способа энергогенерации в России огромен — ежегодно миллионы тонн органических отходов везут на мусорные полигоны. Вместо того, чтобы приносить пользу, они разлагаются, выделяя метан и другие опасные для человека соединения вроде сероводорода.
Плюсы и минусы технологии
Мусорные полигоны и свалки в России занимают порядка 40 тысяч квадратных километров — это сопоставимо с площадью небольшого государства. Биогазовые станции, перерабатывающие органику в газ и удобрения, могли бы отчасти решить эту проблему.
Фото © Вячеслав Замыслов, Гринпис
Сейчас в «Лучках», по словам главного инженера Ильи Мейлаха, перерабатывают около 1% органических отходов, которые оказываются на территории Белгородской области. «Для переработки всех отходов нужно строить ещё десятки станций на территории региона. Тогда и можно будет говорить о каком-то существенном минимизировании экологического ущерба», — считает Мейлах.
Биогазовая станция непрерывно вырабатывает электроэнергию и тепло вне зависимости от погодных условий, работа станции регулируется автоматикой. Но есть и минусы, считает инженер станции «Байцуры» Алексей Щербаков, так как технология импортная, то все запчасти приходится покупать из-за границы.
«Это у нас новинка, а в Германии, например, давно существуют целые кластеры промышленности, выпускающие специально оборудование для таких объектов.
Есть учебные заведения, которые готовят персонал для таких объектов, и давно отработанная нормативная база, где всё чётко прописано — кто, кому, за что и сколько должен», — пояснил Щербаков.
Ещё одним минусом инженеры биостанций называют логистику. Чем ближе станция к объекту, тем дешевле и доступнее будет сырьё для выработки биогаза. Сейчас доставку удалось наладить с ближайших производств. Но если возникают проблемы с поставкой, объекту приходится заказывать материалы у поставщиков, которые находятся ещё дальше.
Фото © Вячеслав Замыслов, Гринпис
У биогазовой энергетики есть естественное ограничение: зависимость от количества органических отходов. Если биогазовые станции не будут получать необходимого количества отходов, им придётся выращивать растительное сырьё (например, силос) для обеспечения бесперебойной работы.
Таким образом, сельскохозяйственные земли, которые можно использовать для производства продуктов питания, будут заняты для создания сырья для станций. Это нерациональное использование земельных ресурсов (подобное уже происходит в Германии, стране-лидере по биоэнергетике).
Однако для России, где биоэнергетическая отрасль находится на начальном этапе, эта проблема пока неактуальна, но её стоит учитывать при дальнейшем развитии биогазовой отрасли.
Долгая окупаемость биогазовой станции — от пяти до семи лет — и несовершенство законодательной базы, которая должна регулировать работу подобных объектов, ещё одна причина, которая отпугивает инвесторов от вложений в такие проекты. Однако и в этом направлении уже сделаны первые шаги, а ведь именно они всегда самые страшные.
Новые экспедиции для популяризации зелёной энергетики, работа с учёными и экспертами, возможны только при вашей поддержке. Только вместе мы сможем добиться изменений.
климат энергетика
Биогаз – руководство для начинающих – Траварт
Биогаз – это вид биотоплива, который естественным образом образуется в результате разложения органических отходов.
Когда органические вещества, такие как пищевые отходы и отходы животного происхождения, разрушаются в анаэробной среде (среде, в которой отсутствует кислород), они выделяют смесь газов, в основном метана и углекислого газа.
Поскольку это разложение происходит в анаэробной среде, процесс производства биогаза также известен как анаэробное сбраживание.
Анаэробное сбраживание – это естественная форма отходов в энергию, которая использует процесс ферментации для расщепления органических веществ.
Животный навоз, пищевые отходы и сточные воды – все это примеры органического вещества, которое может производить биогаз путем анаэробного сбраживания.
Из-за высокого содержания метана в биогазе (обычно 50-75%) биогаз является легковоспламеняющимся и, следовательно, производит глубокое синее пламя и может использоваться в качестве источника энергии.
Экология биогаза
- Биогаз известен как экологически чистый источник энергии, потому что он одновременно облегчает две основные экологические проблемы:
- Глобальная эпидемия отходов, которая выпускает опасные уровни метана каждый день
- Зависимость от энергии ископаемого топлива для удовлетворения мирового спроса на энергию
Преобразуя органические отходы в энергию, биогаз использует элегантную тенденцию природы перерабатывать вещества в производственные ресурсы.
Производство биогаза восстанавливает отходы, которые в противном случае загрязняют свалки; предотвращает использование токсичных химикатов на очистных сооружениях и экономит деньги, энергию и материалы, обрабатывая отходы на месте. Кроме того, использование биогаза не требует извлечения ископаемого топлива для производства энергии.
Вместо этого биогаз берет проблемный газ и превращает его в гораздо более безопасную форму. Более конкретно, содержание метана в разлагающихся отходах преобразуется в диоксид углерода.
Газообразный метан в 20–30 раз превышает способность углекислого газа удерживать тепло.
Это означает, что когда гниющая буханка хлеба превращается в биогаз, ее воздействие на окружающую среду будет примерно в 10 раз менее сильным, чем если бы ее оставили гнить на свалке.
Биореактор
В отличие от выпуска метана в атмосферу, биогазовые реакторы являются системами, которые перерабатывают отходы в биогаз, а затем направляют этот биогаз, чтобы можно было продуктивно использовать энергию.
Существует несколько типов биогазовых систем и установок, которые были разработаны для эффективного использования биогаза. В то время как каждая модель отличается в зависимости от ввода, выхода, размера и типа, биологический процесс, который превращает органические отходы в биогаз, является однородным.
Биореакторы получают органические вещества, которые разлагаются в камере. Камера биореактора полностью погружена в воду, что делает ее анаэробной (бескислородной) средой. Анаэробная среда позволяет микроорганизмам разрушать органический материал и превращать его в биогаз.
Полностью натуральное удобрение
Поскольку органический материал разлагается в жидкой среде, питательные вещества, присутствующие в отходах, растворяются в воде и создают богатый питательными веществами осадок, обычно используемый в качестве удобрения для растений.
Это производство удобрений производится ежедневно и, следовательно, является высокопродуктивным побочным продуктом анаэробного сбраживания.
Биологический распад
Для производства биогаза ферменты органического вещества с помощью бактериальных сообществ. Четыре стадии ферментации переводят органический материал из исходного состава в биогазовое состояние.
- Первая стадия процесса расщепления – стадия гидролиза. На стадии гидролиза нерастворимые органические полимеры (такие как углеводы) расщепляются, делая их доступными для следующей стадии бактерий, называемых ацидогенными бактериями.
- Ацидогенные бактерии превращают сахара и аминокислоты в диоксид углерода, водород, аммиак и органические кислоты.
- На третьем этапе ацетогенные бактерии превращают органические кислоты в уксусную кислоту, водород, аммиак и углекислый газ, что позволяет на последнем этапе – метаногены.
- Метаногены превращают эти конечные компоненты в метан и углекислый газ, которые затем можно использовать в качестве горючей зеленой энергии.
История биогаза
Этот анаэробный процесс разложения (или брожения) органического вещества происходит вокруг нас в природе и происходит в течение очень долгого времени. Фактически, бактерии, которые расщепляют органический материал в биогаз, являются одними из самых старых многоклеточных организмов на планете.
Человеческое использование биогаза, конечно, далеко не уходит в прошлое, однако некоторые неофициальные данные прослеживают первые случаи использования биогаза ассирийцам в 10-м веке и персам в 16-м веке. Совсем недавно 20-й век привел к возрождению как промышленных, так и небольших биогазовых систем.
Индия и Китай начали разработку небольших биогазовых установок для фермеров примерно в 1960-х годах. Цель состояла в том, чтобы предоставить возможность получения газа из отходов в сельских районах и сделать более чистое топливо для приготовления пищи более доступным в отдаленных районах.
- Почти треть населения планеты по-прежнему использует дрова и другую биомассу для производства энергии, что приводит к разрушительным проблемам со здоровьем и окружающей среде.
- В Индии популярная модель известна как биореактор с плавающим барабаном, а предпочтительная модель биогаза в Китае называется установка с фиксированным куполом.
- С тех пор биогазовые установки размером достаточной для одной семьи приобретают все большее внимание и популярность как средство сокращения бытовых отходов и как средство обеспечения чистой возобновляемой энергией семей во всем мире.
- В последние 15 лет страны всего мира внедряют биогазовые программы для обеспечения доступности, эффективности и удобства как биогазовых систем для домашних хозяйств, так и более крупных установок для анаэробного сбраживания.
- Поскольку мусорные свалки перегружены и постоянно растут, а выброс метана создает все больше проблем, преимущества использования биогазовых систем для преобразования отходов в энергию становятся все более актуальной и важнрй.
Где используется биогаз?
Биогаз может быть произведен с различными типами органического вещества, и, следовательно, существует несколько типов моделей для биогазовых реакторов. Некоторые промышленные системы предназначены для очистки: городских сточных вод, промышленных сточных вод, твердых бытовых отходов и сельскохозяйственных отходов.
Небольшие системы обычно используются для переработки отходов животных. И новые системы семейного размера предназначены для переваривания пищевых отходов.
Полученный биогаз можно использовать несколькими способами, включая: газ, электричество, тепло и транспортное топливо.
Например, в Швеции сотни автомобилей и автобусов работают на очищенном биогазе. Биогаз в Швеции производится в основном из очистных сооружений и свалок.
Другим примером разнообразного использования биогаза является завод по производству молочных продуктов. Один из крупнейших производителей сыра в Великобритании строит анаэробную установку, которая будет перерабатывать остатки молочных продуктов и превращать в биометан для газовой сети.
Малые Биогазовые Системы
Компактные биогазовые котлы малого или семейного размера чаще всего встречаются в Индии и Китае. Однако спрос на такие устройства быстро растет во всем мире благодаря более передовым и удобным технологиям.
Поскольку современный мир производит все больше и больше отходов, люди стремятся найти экологические способы обработки своего мусора.
Традиционные системы, обычно встречающиеся в Индии и Китае, ориентированы на отходы животных. Из-за нехватки энергии в сельских районах в сочетании с избытком навоза, биогазовые реакторы очень популярны, полезны и даже меняют жизнь.
- Во многих развивающихся странах биореакторы даже субсидируются и пропагандируются правительством и местными министерствами, которые видят разнообразные выгоды от использования биогаза.
- В дополнение к наличию на кухне чистого возобновляемого источника энергии, многие семьи широко используют побочный продукт удобрений, который обеспечивают биогазовые системы.
- В африканских странах некоторые пользователи биогаза даже получают прибыль, продавая побочный продукт био-суспензии, произведенный системами биогаза.
Эта био-суспензия отличается как жидкое удобрение, которое производится ежедневно. Биологическая суспензия относится к наиболее разложившейся стадии органического вещества после его разрушения в системе.
Биологическая суспензия опускается на дно биогазовой системы и с помощью современных установок, легко сливается после накопления (обычно это ежегодный процесс).
Эта био-суспензия на самом деле является плотным осадком, который дает много полезных свойств для почвы и может повысить продуктивность огородов.
- Биогаз – это технология, которая имитирует способность природы отдавать. Как промышленные, так и семейные биогазовые установки становятся невероятно популярными и актуальными в современном мире.
- По мере роста применения и эффективности биогаз может оказать существенное влияние на сокращение выбросов парниковых газов.
- Биогаз как чистый источник энергии и возобновляемое средство обработки органических отходов применим как в слаборазвитых, так и в промышленно развитых странах.
Преимущества и недостатки биогаза
Во всем мире интерес к возобновляемым источникам энергии набирает обороты. Производство биогаза неуклонно растет, так как все больше людей создают биогазовые установки для производства биогаза. Чтобы получить более полное представление о том, для чего нужен биогаз, мы создали этот список, объясняющий преимущества и недостатки биогаза.
Преимущества биогаза
Биогаз экологичен
Биогаз является возобновляемым, а также чистым источником энергии. Газ, получаемый в результате биоразложения, не загрязняет окружающую среду; это фактически уменьшает выбросы парниковых газов (то есть уменьшает парниковый эффект).
В процессе не происходит сгорания, что означает отсутствие выброса парниковых газов в атмосферу; поэтому использование газа из отходов как формы энергии на самом деле является отличным способом борьбы с глобальным потеплением.
Неудивительно, что забота об окружающей среде является основной причиной, по которой использование биогаза стало более распространенным. Биогазовые установки значительно сдерживают парниковый эффект: заводы снижают выбросы метана, улавливая этот вредный газ и используя его в качестве топлива.
Производство биогаза помогает снизить зависимость от использования ископаемого топлива, такого как нефть и уголь.
Другое преимущество биогаза состоит в том, что, в отличие от других видов возобновляемых источников энергии, этот процесс является естественным и не требует энергии для процесса генерации.
Кроме того, сырье, используемое в производстве биогаза, является возобновляемым, поскольку деревья и сельскохозяйственные культуры будут продолжать расти. Навоз, пищевые отходы и растительные остатки – это сырье, которое всегда будет в наличии, что делает его весьма устойчивым вариантом.
Выработка биогаза снижает загрязнение почвы и воды
Переполненные свалки не только распространяют неприятные запахи – они также позволяют токсичным жидкостям стекать в подземные источники воды. Следовательно, еще одно преимущество биогаза заключается в том, что производство биогаза может улучшить качество воды.
Кроме того, анаэробное пищеварение дезактивирует патогены и паразитов; таким образом, он также довольно эффективен в снижении заболеваемости болезнями, передаваемыми через воду. Аналогичным образом, сбор и утилизация отходов значительно улучшаются в районах с биогазовыми установками.
Это, в свою очередь, приводит к улучшению состояния окружающей среды, санитарии и гигиены.
- Биореакор производит органические удобрения
- Побочным продуктом процесса генерации биогаза является обогащенный органический (дигестат), который является идеальным дополнением или заменой химических удобрений.
- Выброс удобрений из биогазовой установки может ускорить рост растений и устойчивость к болезням, тогда как коммерческие удобрения содержат химические вещества, которые оказывают токсическое воздействие и могут вызывать пищевое отравление, среди прочего.
Это простая и недорогая технология, которая способствует циркулярной экономике
Технология производства биогаза довольно дешевая. Онв проств в настройке и не требует больших вложений в небольших масштабах. Небольшие биодегустаторы можно использовать прямо дома, используя кухонные отходы и навоз.
Бытовая система окупается через некоторое время, а материалы, используемые для генерации газа, абсолютно бесплатны. Проявленный газ может быть использован непосредственно для приготовления пищи и выработки электроэнергии.
Это то, что позволяет себестоимости производства биогаза быть относительно низким.
Фермы могут использовать биогазовые установки и отходы, производимые их домашним скотом каждый день. Отходы одной коровы могут дать достаточно энергии для питания лампочки на целый день.
На больших станциях биогаз также может быть сжат для достижения качества природного газа и использован для питания автомобилей. Строительство таких заводов требует относительно небольших капиталовложений и создает экологичные рабочие места. Например, в Индии было создано 10 миллионов рабочих мест, в основном в сельской местности, на заводах и в сборе органических отходов.
Здоровая альтернатива кулинарии для развивающихся областей
Биогазовые генераторы спасают женщин и детей от сложной задачи сбора дров. В результате остается больше времени для приготовления и очистки.
Что еще более важно, приготовление пищи на газовой плите, а не на открытом огне, предохраняет семью от воздействия дыма на кухне. Это помогает предотвратить смертельные респираторные заболевания.
К сожалению, 4,3 миллиона человек в год преждевременно умирают от болезней, вызванных загрязнением воздуха в домах, вызванным неэффективным использованием твердого топлива для приготовления пищи.
Недостатки биогаза
Несколько технологических достижений
К сожалению, недостатком биогаза сегодня является то, что системы, используемые при производстве биогаза, неэффективны. Там нет никаких новых технологий для упрощения этого процесса, чтобы сделать его стоимость более.
Это означает, что крупномасштабное производство на поставку для большого населения по-прежнему не представляется возможным.
Хотя доступные сегодня биогазовые установки способны удовлетворить некоторые потребности в энергии, многие правительства не желают инвестировать в этот сектор.
Содержит примеси
После очистки и сжатия биогаз все еще содержит примеси. Если полученное биотопливо использовалось для питания автомобилей, оно может разъедать металлические части двигателя. Эта коррозия приведет к увеличению затрат на техническое обслуживание. Газовая смесь гораздо больше подходит для кухонных плит, водогрейных котлов и ламп.
Влияние температуры на производство биогаза
Как и другие возобновляемые источники энергии (например, солнечная энергия, энергия ветра), на производство биогаза также влияет погода. Оптимальная температура, необходимая бактериям для переваривания отходов, составляет около 30 ° C. В холодном климате биоустановки требуют тепловой энергии для поддержания постоянной подачи биогаза.
Менее подходит для густонаселенных районов
Еще одним недостатком биогаза является то, что промышленные биогазовые установки имеют смысл только в тех случаях, когда сырье в изобилии (пищевые отходы, навоз). По этой причине выработка биогаза гораздо больше подходит для сельских и пригородных районов.
Готовы создать собственную систему производства биогаза?
Благодарим за чтение нашей статей о получениие биогаза. Задавайте здесь любые вопросы. Вы также можете подписаться на нашу рассылку и получать ежемесячные обновления о специальных предложениях, отраслевых новостях, тенденциях устойчивого развития, видео с рецептами и многом другом!
Загрузка...
