Альтернативное отопление — биогаз

Обеспокоенное надвигающимся энергетическим кризисом человечество активно пытается осваивать возобновляемые источники энергии.

Наряду с солнечными и ветровыми электростанциями появились установки для получения из органических отходов газообразного топлива, именуемого биогазом.

Замечательная особенность этой технологии заключается в ее простоте: реализовать ее в небольших масштабах может любой желающий. Итак, биогаз своими руками – вот о чем пойдет разговор.

Если появлением солнечных батарей и ветрогенераторов мы обязаны открытиям ученых, то в случае с биогазом изобретать им ничего не пришлось – природа все сделала сама. Данный вид топлива представляет собой продукт жизнедеятельности особых бактерий, которые обобщенно называют гидролизными, кислотообразующими и метанообразующими.

По названию нетрудно догадаться об основной составляющей биогаза – это метан, который также содержится в природном газе. В биогазе на его долю приходится 60% всего объема. Около трети (35%) составляет углекислота, оставшиеся 5% — прочие газы, к примеру, сероводород.

Принципиальная схема биогазовой установки

Откуда берутся эти замечательные микроорганизмы? Они представляют собой естественную микрофлору, обитающую в кишечнике крупного рогатого скота и разлагающую его содержимое. Эти бактерии выводятся наружу вместе с навозом, который используется для заправки новой газогенераторной установки.

Когда микробы будут заселены на новое место жительства, их «меню» можно разнообразить другими отходами. Сгодится любая органика: экскременты других животных и птиц, растения и опилки, отходы пищевой промышленности. Все это подвергается сбраживанию с образованием биогаза. При этом сырье превращается в ценнейшее удобрение.

Обязательным условием жизнедеятельности метаногенов и других бактерий является отсутствие доступа воздуха (такие микроорганизмы называются анаэробными).

Факторы, влияющие на производство биогаза

Объем продуцируемого дружной командой микробов биогаза при различных условиях может меняться и зависит от ряда факторов.

Вид сырья

Больше всего биогаза можно получить из отходов пищевой промышленности, содержащих сахарный жом и большое количество жиров. Наименее выгодным видом сырья является навоз крупного рогатого скота.

Навоз — сырье для биогаза

Температура

С ростом температуры производительность бактерий увеличивается. По температурному режиму газогенераторы делятся на три типа.

Психрофильные

Это установки без подогрева, в которых температура поддерживается в пределах от 18 до 25 градусов. В настоящий момент почти не применяются.

Мезофильные

Достоинства:

• низкие энергозатраты;
• аминокислотный состав удобрений является максимально полезным.

Недостатки:

• относительно низкая производительность по биогазу;
• отсутствие обеззараживающего эффекта (в сырье содержатся болезнетворные бактерии, от которых следовало бы избавиться).

Термофильный

Применяется интенсивный подогрев, температура превышает 40 градусов.

Достоинства:

• высокая производительность;
• гибнут болезнетворные бактерии.

Недостатки:

• высокие энергозатраты;
• низкое качество удобрений.

Термофильный биореактор на навозе

Для каждого вида сырья существует оптимальный температурный режим. Почему нельзя просто разогреть реактор до максимально возможной температуры? По двум причинам:

• из-за роста энергозатрат понизится рентабельность установки;
• с ростом температуры увеличивается и количество свободного аммиака.

Последняя зависимость приводит к торможению газогенерации (этот газ является токсичным для бактерий).

Обмен веществ и свобода перемещения

Сырье должно быть достаточно разжиженным, чтобы микробы и пузырьки газа могли в нем двигаться. Для этого в установку доливают горячую воду, доводя влажность загрузки до 85% зимой и до 92% летом.

Чтобы в реакторе лучше происходили обменные процессы, его содержимое нужно время от времени (примерно каждые 4 – 6 часов) перемешивать.

Время брожения

Если сырье выгружать раньше положенного срока, бактерии не будут успевать компенсировать потери в численности и производительность их колоний упадет.

В среднем оптимальное время брожения составляет:

• для психрофильного режима: 30 – 40 суток или более;
• для мезофильного: 10 – 20 суток;
• для термофильного: 5 – 10 суток.

Кислотно-щелочной баланс

Наибольшая производительность наблюдается при значениях рН от 6,5 до 8,5 (зависит от сырья).

Соотношение углерода и азота

Оптимальное значение опять же зависит от сырья. Углерода должно быть раз в 10 – 20 больше, чем азота.

Сравнение биогаза с более традиционными видами топлива

К сильным сторонам данной технологии относят следующее:

1. Сырье, используемое для получения биогаза, является неисчерпаемым ресурсом и обходится бесплатно.
2. Биогазовая энергетика не привязана к определенному месту – сырье для установки найдется в любом регионе.
3. Широкая сфера применения: биогаз может выступать в роли источника тепла, электроэнергии и моторного топлива.

По стоимости строительства (3 – 4 тыс. евро на каждый кВт мощности) биогазовые установки находятся между атомными (5 тыс. евро на 1 кВт) и угольными (2 тыс. евро на 1 кВт) станциями.

Установка для получения биогаза

На практике доказано: чем больше мощность установки, тем дешевле обходится вырабатываемая с ее помощью энергия. Также рентабельность зависит от вида используемого сырья.

Схема организации производства биогаза в домашних условиях

При сооружении газогенератора мощностью свыше 10 МВт, работающего на пищевых отходах, придется потратить около 2 тыс. евро на каждый кВт мощности; в то же время установка с мощностью до 1 МВт, использующая в качестве сырья коровий навоз, обойдется в 7 тыс. евро на 1 кВт.

Конструкция типичной биогазовой установки

Агрегат состоит из нескольких технологических узлов.

Реактор

Представляет собой обитую теплоизоляцией цельную железобетонную емкость с несколькими технологическими отверстиями. Реактор должен герметично закрываться, чтобы воздух не попадал в его внутреннее пространство.

Система подачи биомассы

Для загрузки сырья установка оснащается бункером. Отходы подаются сюда вручную или с помощью транспортера.

Также к реактору подводится труба с горячей водой.

Мешалки

Устройство приводится в движение электродвигателем посредством зубчатого редуктора.

Включение электродвигателя может производиться вручную или автоматически.

Автоматизированная система подогрева

Обогрев устанавливается в нижней части реактора. Теплоносителем могут служить вода или электричество. Включение нагревательных элементов осуществляется термостатом, настроенным на определенную температуру.

Газгольдер

Это емкость, в которую поступает образующийся в реакторе биогаз.

Сепаратор

Как было сказано выше, биогаз представляет собой смесь различных газов. Сепаратор позволяет отделить метан от примесей для последующей подачи к потребителю.

Простейшая биогазовая установка своими руками для дома

Самодельный биогазогенератор, конечно, уступает по характеристикам дорогим установкам заводского изготовления, но зато потребует значительно меньших первоначальных затрат.

• железобетонные кольца;
• стальной бункер;
• массивная крышка из стали или железобетона (известен случай, когда в качестве крышки был применен тяжелый колокол);
• трубопроводы для подачи воды и отведения готового продукта.

Объем реактора должен превышать объем загрузки в 1,5 раза.

Схема установки

В простейшем исполнении газогенератор не оснащается подогревом и устройством перемешивания. Работы по строительству установки ведутся в следующей последовательности:

1. Выкапывается котлован достаточных размеров, дно которого бетонируется.
2. В котлован опускают одно за другим несколько ж/б-колец, формируя из них цилиндрический резервуар. Все стыки следует герметизировать битумной мастикой.
3. Бетонная емкость оклеивается теплоизоляцией и гидроизоляцией, после чего приступают к засыпке котлована.
4. Сверху на реактор укладывается крышка с плотно закрывающимся загрузочным люком. В ходе брожения сырья в реакторе образуется высокое давление, поэтому крышку для надежности можно закрепить тросами. Не будет лишним установить в ней предохранительный клапан с противовесом в виде гири.
5. К загрузочному люку необходимо присоединить бункер.
6. Остается подключить к реактору трубопроводы. При этом на линии отведения готового продукта должен быть установлен гидрозатвор.

Биомасса готовится следующим образом:

• Следует взять 3 части коровьего навоза и 7 частей сгнивших растительных остатков – ботвы овощных культур, листьев, очисток и т.д.
• Получившуюся смесь необходимо разбавить водой, подняв тем самым ее влажность до 60% — 70%.

С целью увеличения производительности можно применить более совершенную схему установки, включающую водяной подогрев. В роли теплогенератора будет выступать водогрейный котел, работающий на вырабатываемом установкой топливе.

Биогазовая установка своими руками — чертеж

При загрузке сырье достаточно прогреть до 35 градусов, после чего его температура в результате брожения поднимется до 70 градусов.

Как показала практика, 5-тонная загрузка биомассы позволяет в течение 6-ти месяцев получать ежедневно в среднем около 40 куб. м газообразного топлива.

Видео на тему

Биогаз из биомасс. Часть II

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

Отопление

Там, где есть доступ к дешевому газу или другим энергоносителям, не приходится прибегать к экзотическим способам отопления, однако если такого доступа нет, можно использовать для этой цели навоз или помет.

Это особенно актуально в отдаленных сельских регионах, ведь там не всегда есть доступ к дешевым энергоносителям, зато навоза и помета очень много. Кроме того, экскременты птиц или животных можно использовать для отопления ферм, теплиц и других строений.

Почему навоз начали применять в качестве топлива?

Несколько тысячелетий назад кочевые племена, живущие в бедных древесиной районах, вынуждены были искать альтернативное топливо, подходящее для обогрева жилищ и готовки еды.

Именно они обнаружили, что высохшие лепешки, в которые превращаются экскременты животных, хорошо горят и дают достаточно тепла для их нужд.

Поскольку доступного дерева вокруг не было, зато в наличии были огромные стада различных животных, то эти племена даже в морозные зимы никогда не испытывали нужды в топливе. Ведь животные ежедневно едят, а также ежедневно опорожняют кишечник, поэтому их навоз будет до тех пор, пока они живут и едят.

Варианты отопления

Поэтому в зависимости от вида топлива оно подходит для использования в:

• отопительных и отопительно-варочных печах;
• водяных и воздушных котлах;
• каминах;
• пиролизных котлах и печах;
• любых твердотопливных теплогенераторах с автоматической загрузкой топлива (материал из навоза должен подходить по форме и размеру).

Поэтому топливо из высушенных экскрементов подходит для любых типов воздушного и водяного отопления, включая теплый пол, работающих от твердотопливных или газовых нагревательных приборов.

Более подробно о:

• применении топлива из навоза для отопления;
• преимущества/недостатках такого топлива по сравнению с другими энергоносителями;
• переделке под теплогенераторов такое горючее,

читайте в материале Отопление навозом.

Виды топлива, особенности их получения и применения

Из навоза изготавливают следующие виды топлива:

• биогаз;
• сушеные лепешки;
• пеллеты и брикеты.

Каждый из видов топлива изготавливают по индивидуальной технологии, предусматривающей особые требования к исходному материалу.

Затем газообразное горючее очищают от примесей, а твердое высушивают. В результате получаются вещества с разными характеристиками, поэтому из них можно подобрать топливо для любого отопительного прибора.

Биогаз

• Сначала твердую фракцию измельчают и смешивают с мочой животных и водой до получения влажности 90–95%.
• Затем готовую смесь заливают в специальные герметичные емкости, которые называют биореакторами или метантенками.
• В экскрементах животных и птиц содержится много бактерий и других микроорганизмов, как активно потребляющих кислород, так и анаэробных, то есть не нуждающихся в кислороде.

После заливки измельченной смеси в метантенк ацетогенные бактерии расщепляют сложные органические вещества на простые монополимеры. Во время этого процесса происходит обеззараживание материала, ведь все болезнетворные микроорганизмы состоят из сложных органических веществ, поэтому они гибнут в результате этого процесса.

Кроме того, исчезает неприятный, свойственный навозу запах, ведь его причина – сложный полимер скатол, который также распадается на простые полимеры в процессе гидролиза.

Расщепленные вещества становятся пищей для гетероацетогенных микроорганизмов, которые окисляют их и превращают в пищу для метанобразующих бактерий (метаногенов).

Из-за того, что в метантенк регулярно вносят новый материал, все три процесса происходят одновременно, поэтому происходит постоянная выработка биогаза, основную часть которого составляет метан.

Во время очистки, которую иногда называют обогащением, из биогаза удаляют:

• сероводород;
• углекислый газ;
• водяной пар.

Очищенный биогаз на 93–98% состоит из метана, поэтому хорошо подходит для питания любых газовых нагревательных устройств. Однако для обеспечения максимальной эффективности сгорания и увеличения КПД отопительного прибора необходимо регулировать подачу газа для создания наиболее подходящей смеси с воздухом.

Такую регулировку проводят путем подбора жиклеров в котлах без электронных блоков управления (ЭБУ) или меняя прошивку ЭБУ. Все остальные части отопления ничем не отличаются от тех же, которые используют при работе на сжиженном или природном газе.

Сушеные лепешки и бруски

1. Если лепешки высушить до влажности 8–10%, то они по теплотворной способности будут сопоставимы с древесиной, однако для этого их придется выдержать в проветриваемом сарае 1–3 года.
2. Если же не дождаться снижения влажности до этого уровня, то теплотворная способность будет заметно ниже, а негативное влияние на дымоход гораздо выше, чем у дров.
3. Эти лепешки делают разными способами, однако наиболее эффективным является накопление в течение зимы смеси навоза с подстилочным материалом при тщательном отводе жидких фракций (мочи).

Ежедневно или несколько раз в неделю заваленный экскрементами пол засыпают новым слоем подстилки из соломы, опилок или других материалов. Перемещаясь по загону, животные тщательно утрамбовывают и перемешивают эту массу, благодаря чему к весне пол покрывает плотный слой смеси, который режут любым способом на куски нужного размера, затем в течение нескольких недель сушат их на солнце.

Подсохшее топливо складывают в сарай, где выдерживают еще несколько лет, после чего оно ничем не уступает дровам.

С весны по осень этот материал перерабатывают иначе – после чистки коровника или других строений, навоз смешивают с измельченными древесными остатками и лепят из него бруски или лепешки.

Это можно делать как вручную, так и с помощью различных форм. Затем сформованные лепешки либо выкладывают на земле в один ряд, либо набрасывают на южную стену сарая, которую необходимо оббить доской.

На земле заготовки ежедневно переворачивают для лучшей просушки, а налепленные на стену лепешки выдерживают примерно неделю, после чего материал досушивают на воздухе или в помещении любым способом.

Из-за сильного уплотнения навоза животными плотность брусков, а значит и теплотворная способность по отношению к объему, заметно больше, чем у лепешек. Однако по этой же причине срок сушки также заметно больше, ведь спрессованная масса такой плотности хуже пропускает влагу, а значит быстро просохнут лишь наружные слои, а внутренние будут сохнуть в несколько раз больше.

Основным преимуществом этого горючего материала является возможность изготовления брусков любого размера и формы, благодаря чему они хорошо подходят для систем автоматической подачи топлива. Применяют их так же, как и дрова, то есть сжигают в печах, котлах и каминах, поэтому они подходят для любого типа отопления с соответствующим теплогенератором.

Пеллеты и брикеты

Экскременты смешивают с измельченным растительным наполнителем, затем пропускают через сепаратор, который снижает влажность до уровня в 40–60%.

Смесь такой влажности хорошо поддается формовке с помощью пресса, который также снижает влажность на некоторое значение. Если же нет сепаратора, то смесь можно прессовать сразу же, ведь в формах пресса предусмотрены отверстия для отвода лишней жидкости. Более подробно этот процесс мы описывали в статье про брикеты из навоза.

Также для изготовления брикетов или пеллет можно использовать то же оборудование, что и для производства прессованных видов топлива из опилок или другой измельченной древесины.

Однако оборудование нужно будет отрегулировать для снижения степени сжатия, а также предусмотреть отвод выделенной во время прессования влаги.

Затем готовые пеллеты или брикеты сушат сначала на солнце, затем в проветриваемом сарае, пока их влажность не достигнет значения ≤10%.

Вывод

Топливные материалы, полученные из навоза, не могут конкурировать с сетевым газом или электроэнергией, а также с доступными углем и дровами, поэтому наиболее востребованы они будут там, где нет возможности приобрести энергоносители, или их стоимость слишком велика.

Процесс производства газообразного горючего не занимает много времени, зато требует серьезных капитальных вложений. Прессованные лепешки и другие изделия, полученные этим же методом, можно производить даже на самодельном оборудовании, однако весь процесс занимает несколько лет, причем большую часть времени будущее топливо сохнет до приемлемого уровня влажности.

Биогазовая установка для частного дома: добываем энергоресурсы своими руками

Вопросами, как сократить расходы на отопление жилища, приготовление пищи и электроснабжение, озабочены многие владельцы домохозяйств. Некоторые из них уже соорудили своими руками биогазовые установки и частично или полностью обособились от поставщиков энергоресурсов. Оказывается, получить почти дармовое топливо в условиях частного домохозяйства не представляет большой сложности.

Что такое биогаз и как его можно использовать?

Владельцам приусадебных хозяйств известно: сложив в кучу любое растительное сырье, птичий помет и навоз, через время можно получить ценное органическое удобрение. Но немногие из них знают, что биомасса разлагается не сама по себе, а под воздействием различных бактерий.

Перерабатывая биологический субстрат, эти крошечные микроорганизмы выделяют продукты жизнедеятельности, в том числе – газовую смесь. Большую часть ее (около 70%) составляет метан – тот самый газ, что горит в горелках бытовых плит и обогревательных котлов.

Идея использовать такое экотопливо для различных хозяйственных нужд не нова. Устройства по его добыче использовали еще в древнем Китае.

Возможностью использовать биогаз занимались и советские новаторы в 60-х годах прошлого столетия. Но настоящее возрождение технология пережила в начале двухтысячных.

На данный момент биогазовые установки активно используют в Европе и США для отопления домов и прочих нужд.

Как работает биогазовая установка?

Принцип работы устройства по выработке биогаза достаточно прост:

• в герметичную емкость загружают разбавленную водой биомассу, где она начинает «бродить» и выделять газы;
• содержимое резервуара регулярно обновляют – сливают переработанное бактериями сырье и добавляют свежее (в среднем около 5-10% ежедневно);
• скопившийся в верхней части резервуара газ по специальной трубке поступает на газосборник, а затем – на бытовые приборы.

Схема биогазовой установки.

Какое сырье подходит для биореактора?

Установки для получения биогаза рентабельны только там, где есть ежедневное пополнение свежей органики – навоза или помета домашнего скота и птицы. Также в биореактор можно подмешивать измельченную траву, ботву, листву и бытовые отходы (в частности, очистки от овощей).

Эффективность установки во многом зависит от типа загружаемого сырья. Доказано, что при одинаковой массе самый большой выход биогаза получается из свиного навоза и индюшиного помета. В свою очередь, экскременты коров и силосные отходы дают меньшее количество газа при такой же загрузке.

Использование биосырья для отопления дома.

Что нельзя использовать в биогазовой установке?

Существуют факторы, которые могут существенно снизить активность анаэробных бактерий, а то и вовсе приостановить процесс выработки биогаза. Нельзя допускать, чтобы внутрь резервуара попадало сырье с содержанием:

• антибиотиков;
• плесени;
• синтетических моющих средств, растворителей и прочей «химии»;
• смол (в том числе опилки хвойных деревьев).

Малоэффективно использовать уже гниющий навоз – загрузке подлежат только свежие или предварительно просушенные отходы. Также нельзя допускать переувлажнения сырья – показатель в 95% уже считается критическим.

Впрочем, небольшое количество чистой воды в биомассу добавлять все же нужно – для того, чтобы облегчить ее загрузку и ускорить процесс брожения. Разводят навоз и отходы до консистенции негустой манной каши.

Рекомендуем прочитать о применении нихромовой проволоки в быту.

Читайте: стоит ли переносить батарею отопления на лоджию.

Биогазовая установка для дома

Сегодня промышленность уже выпускает установки для получения биогаза в промышленных масштабах.

Их приобретение и монтаж обходится дорого, окупается такое оборудование в частных домохозяйствах не раньше, чем через 7-10 лет при условии, что для переработки будут использоваться большие объемы органики.

Опыт показывает, что при желании небольшую биогазовую установку для частного дома мастеровитый хозяин может соорудить своими руками, причем из самых доступных материалов.

Готовим перерабатывающий бункер

В первую очередь понадобится герметично закрывающаяся емкость цилиндрической формы. Можно, конечно, использовать большие кастрюли или выварки, но их малый объем не позволить добиться достаточной выработки газа. Поэтому в этих целях используют чаще всего пластиковые бочки объемом от 1 м³ до 10 м³.

Изготовить такую можно самостоятельно. В продаже имеются листы из ПВХ, при достаточной прочности и стойкости к агрессивным средам они легко свариваются в конструкции нужной конфигурации.

В качестве бункера можно использовать и металлическую бочку достаточного объема. Правда, придется провести антикоррозийные мероприятия – покрыть ее изнутри и снаружи устойчивой к воздействию влаги краской.

Если резервуар сделан из нержавейки, этого делать не нужно.

Система отвода газа

Патрубок для отвода газа монтируют в верхней части бочки (как правило, в крышке) – именно там он скапливается, согласно законам физики.

По подключенной трубе биогаз подается на гидрозатвор, далее – на накопитель (как вариант – с помощью компрессора в баллон) и к бытовым приборам.

Рядом с газоотводом рекомендуется также вмонтировать спусковой клапан – если давление внутри резервуара станет слишком высоким, он выпустит лишний газ.

Система подачи и выгрузки сырья

Чтобы обеспечить непрерывное производство газовой смеси, бактерий в субстрате нужно постоянно (ежедневно) «подкармливать», то есть добавлять свежий навоз или другую органику. В свою очередь, уже переработанное сырье из бункера необходимо удалять, чтобы оно не занимало полезное место в биореакторе.

Для этого в бочке проделываются два отверстия – одно (для выгрузки) практически около дна, другое (для загрузки) повыше. В них ввариваются (впаиваются, вклеиваются) трубы диаметром не менее 300 мм.

Загрузочный трубопровод направляют вверх и оборудуют воронкой, а слив обустраивают так, чтобы удобно было собирать переработанную жижу (ее впоследствии можно использовать как удобрение).

Места стыков герметизируют.

Система подогрева

Теплоизоляция бункера.

Если биореактор будет установлен на улице или в неотапливаемом помещении (что необходимо по технике безопасности), то ему необходимо обеспечить теплоизоляцию и подогрев субстрата. Первое условие достигается путем «укутывания» бочки любым утепляющим материалом или углублением в землю.

Что же касается подогрева, то здесь можно рассматривать самые разные варианты. Одни умельцы заводят внутрь трубы, по которым циркулирует вода из отопительной системы и монтируют их вдоль стенок бочки в виде змеевика. Другие помещают реактор в больший по объему резервуар с водой внутри, подогреваемой электротенами. Первый вариант удобнее и гораздо экономичнее.

Для оптимизации работы реактора необходимо поддерживать температуру его содержимого на определенном уровне (не менее 38⁰C). Но если она поднимется выше 55⁰C, то газообразующие бактерии просто-напросто «сварятся», и процесс ферментации остановится.

Система перемешивания

Как показывает практика, в конструкциях ручная мешалка любой конфигурации значительно повышает эффективность биореактора. Ось, к которой приварены (прикручены) лопасти «миксера», выводится через крышку бочки. На нее в дальнейшем надевается ручка-ворот, отверстие тщательно герметизируется. Впрочем, такими приспособлениями домашние мастера обустраивают ферментаторы не всегда.

• Советуем узнать, как выбрать котел для отопления частного дома.
• Читайте: как выбрать регулировочный кран для радиаторов отопления.
• Узнайте, как укладывать гидроизоляцию на крыше.

Получение биогаза

После того, как установка будет готова, в нее загружают биомассу, разведенную водой в соотношении примерно 2:3.

Крупные отходы при этом должны быть измельчены – максимальный размер фракции не должен превышать 10 мм. Далее крышка закрывается – остается ждать, когда смесь начнет «бродить» и выделять биогаз.

При оптимальных условиях первое поступление горючего наблюдается спустя несколько дней после загрузки.

О том, что газ «пошел», можно судить по характерному бульканью в водяном затворе. В это же время бочку стоит проверить на герметичность. Делается это с помощью обычного мыльного раствора – его наносят на все стыки и наблюдают, не появились ли пузыри.

Первое обновление биосырья нужно провести примерно через две недели. После того, как в воронку будет залита биомасса, из отводной трубы выльется такой же объем отработанной органики. Далее такую процедуру выполняют ежедневно или раз в два дня.

На сколько хватает полученного биогаза?

В условиях небольшого хозяйства биогазовая установка не станет абсолютной альтернативой природному газу и прочим доступным источникам энергии. Например, с помощью устройства емкостью 1 м³ можно получить топлива только на пару часов приготовления пищи для небольшой семьи.

А вот биореактором в 5 м³ уже можно отопить помещение площадью 50 м², но его работу нужно будет поддерживать ежедневной загрузкой сырья массой не менее 300 кг. Для этого необходимо иметь в хозяйстве примерно десять свиней, пять коров и пару десятков кур.

Мастера, у которых получилось самостоятельно смастерить действующие биогазовые установки, делятся видео с мастер-классами на просторах интернета: