Сегодняшняя тема посвящена получению «зелёной» энергии из навоза. Начну с цитаты: «Крупные птицефабрики и животноводческие комплексы продолжают оставаться самыми вредными загрязнителями природной среды. Например, только один свиноводческий комплекс с содержанием около 100 тыс. голов производит от 600 до 1000 т (при условиях использования гидросмыва) навозных стоков в сутки, что равносильно загрязнению, которое производит город с населением 500 тыс. человек».
На снимке: Экономика наоборот. Биогазовая станция «Лучки» в Белгородской области. Себестоимость 1 кВт*ч электроэнергии 7 рублей. Чтобы переработать сельхозотходы региона, потребуется 130 таких станций. Чем больше станций, тем больше убытков.
В статьях, посвященных решению этой проблемы, чаще всего предлагается использовать навоз в качестве сырья для получения биогаза. Читаем броские заголовки:«Получение электричества из навоза», «Биогаз на сельском подворье», «Большая навозная электростанция» и т.д. Я просмотрел множество сайтов, посвященных биогазу, изучил мнение многих экспертов, и не нашел ни одной веской причины, которая могла бы убедить меня в необходимости развития этого направления альтернативной энергетики в применении к экофермерским хозяйствам.
Я не верю в перспективу биогаза, получаемого из навоза, и считаю это направление производства энергии тупиковым, вредным для предпринимательских инициатив и невыгодным для инвесторов.Понимая, что сказанное - всего лишь личное мнение, я готов к более глубокому разговору на данную тему. Дискуссия по поводу перспективы биогаза важна предпринимателям, экологам, инвесторам и тем, перед кем стоит проблема переработкинавоза (а также помета и пр. сырья).
Безусловно, идею биогаза продвигают производители дорогостоящего биогазового оборудования, которыепросто так не сдадутся. Их не волнуют убытки потребителей, потому что производить биогазовое оборудование - очень прибыльное дело.
Вот мои аргументы и факты:
1. Производство биогаза убыточно, т.е. чем больше его произвели, тем больше долгов. Покрывать это должен такой тариф, который должен быть в три раза выше рыночной стоимости электроэнергии. Окупаемость даже субсидированных проектов по биогазу составляет от 7 лет до бесконечности. Таких длинных денег на рынке просто нет. С учетом же реальность стоимости денег даже в 15% годовых, такие инвестиции не окупаются никогда.
2. Поскольку производство биогаза убыточно, оно требует прямой государственной поддержки, т.е. административного ресурса и бюджетного финансирования. То есть, в этой сфере действуют не рыночные механизмы. Это территория чиновников, где всегда присутствует коррупционная составляющая. А это означает, что правила игры для нормального, конкурентного, независимого бизнеса не приемлемы.
3. Биогаз взрывоопасен (основной компонент - метан), производство необходимо лицензировать, а это так же коррупционная составляющая . Никакой пользой нельзя оправдать риск для жизни работников.
4. Производство биогаза требует высокой квалификации работников. В условиях сельской местность это почти невыполнимое условие,а его исполнение приносит дополнительные расходы.
5. Берем справочные данные. 1 тонна навоза дает до 65 куб.м биогаза. Теплотворная способность 1 куб. м. биогаза составляет 2 кВт*ч. Прежде чем умножать эти цифры, учтем расход биогаза на поддержание технологического процесса биогазовой установки - 50 %.Итого, 1 т свиного навоза дает на 65 кВт*ч тепловой энергии.
6. После получения биогаза требуется дальнейшая дорогостоящая утилизация того, что осталось. А поскольку биогаз получают с помощью анаэробных бактерий, то оставшийся после брожения бульон, обладает сильным неприятным запахом. Снова расходы.
7. Утилизация этого бульона путем внесения в почву в качестве удобрения неоднократно приводила к массовому заражению почвы, рек и продуктов питания, поскольку этот бульон - идеальная среда для патогенных микроорганизмов.
Вывод: Производство биогаза - опасное для жизни, экономически бессмысленное и экологически неоправданное направление переработки навоза.
Но ведь навоз необходимо переработать!
1. Весь качественный навоз (в первую очередь навоз КРС, козий, овечий, кроличий) с помощью дождевых червей «Старатель» перерабатывать в биогумус. Себестоимость 1 тонны биогумуса при условии покупки навоза по 300 рублей за тонну, составитпорядка 3 тысяч. Рыночная цена - от 10 тысяч, что обеспечивает высокую рентабельность. Производство биогумуса безотходное, безопасное и не требует высококвалифицированной рабочей силы.
2. Весь некачественный помет и навоз (например, свиной навоз после гидросмыва и пр.) перерабатывать в твердое топливо, т.е. топливные брикеты.
1 тонна навоза - примерно 0.5 тонны брикетов, теплотворная способность 1 кг которых порядка 3.2 кВт*ч, т.е. тонна навоза дает 1600 кВт*ч. тепловой энергии (а не 65 кВт*ч, как от биогаза). То есть, энергии в 25 раз больше, а затрат на столько же меньше.
Топливные брикеты из навоза - отличное решение для отопления Солнечных био-вегетариевзимой, в холодные и пасмурные дни.При сжигании твердотопливных брикетов из навоза в пиролизных печах, КПД которых достигает 90 % (а с воздушным рекуператором до 95 % и более), мы получим достаточно тепловой энергии как для поддержания микроклимата в теплицах, так и для получения электричества при помощи двигателей Стирлинга, например.
Кроме того, у нас всегда будет зола - ценнейший источник микроэлементов и минералов для выращивания полезных растений.
Разговор об энергетической ценности навоза и других отходов сельхозпроизводства важен еще и с той точки зрения, что экофермерам необходимы простые, экономичные и безопасные решения в сфере «зелёной» энергетики. Например, должна быть решена задача обеспечения энергетической автономности и самодостаточности фермерского хозяйства, включая и солнечный био-вегетарий.
Поскольку мы не всегда можем использовать энергию солнца или ветра, необходимо иметь достаточные запасы резервных источников энергии. И в этом отношении топливные брикеты, производимые в том числе из навоза, могут оказаться хорошим решением. Накапливать «зелёную» энергию в топливных брикетах гораздо проще, чем биогаз в газгольдерах.
-> Производство, строительство, сельское хозяйство
Биогаз из навоза: просто, экономично, экологично
Предлагаемая статья будет, я думаю, интересна фермерам. Описываемая технология получения биогаза из естественного природного материала (в данном случае - из навоза), по большому счету, позволяет, в первую очередь, безболезненно утилизировать небезопасные продукты жизнедеятельности животных, а уже потом является способом получения относительно недорого источника топлива. Впрочем, давайте по-порядку.
Безусловно, традиционный конский или коровий навоз, да еще щедро сдобренный соломой из подстилки, - это ценное удобрение. Но на современной свиноферме навоз совсем другой. Навоз в помещениях смывают водой, количество стоков от этого увеличивается во много раз, а вот концентрация сухих веществ - т.е. именно то, что определяет ценность навоза как удобрения,- уменьшается буквально практически до нуля. Использовать, в принципе, можно, но...
При этом все это огромное количество жижи приходится где-то хранить, как минимум в зимний период, когда удобрения не вносят. Выдерживать навоз необходимо еще и для того, чтобы обезвредить всегда присутствующих в нем патогенных микробов и семян сорняков, которые после внесения в почву, немедленно пойдут в рост. К тому же очень трудно предотвратить просачивание жидкого навоза в землю, в подземные воды, в реки. Да и зловонного запаха от таких хранилищ никак не избежать. Сегодня обезвреживание навозных стоков превратилось в серьезную проблему в масштабе всей страны.
Способ обезвреживания навоза, как и любых других органических остатков, известен давно - это компостирование. Отходы складывают в кучи, где они под действием микроорганизмов постепенно разлагаются. При этом куча разогревается примерно до 60°С и происходит естественная пастеризация - погибает большинство патогенных микробов и яиц гельминтов, а семена сорняков теряют всхожесть.
Однако качество удобрения при этом страдает: пропадает до 40 % содержащегося в нем азота и немало фосфора. Пропадает и энергия, потому что впустую рассеивается выделяющееся тепло, а в навозе, между прочим, заключена почти половина всей энергии, поступающей на ферму с кормами. Отходы же от свиноферм для компостирования вообще не годятся, так как они слишком жидкие.
Но есть и другой путь переработки органического вещества - анаэробный, без доступа воздуха. Именно такой процесс происходит в естественном биологическом реакторе - желудке всех живых существ. Та же корова производит в сутки до 500 литров метана; из общей продукции метана на Земле почти четверть - 100-200 млн. тонн в год! - имеет «животное» происхождение.
По сравнению с аэробным разложением при компостировании процесс идет медленнее, но зато гораздо экономнее, без лишних энергетических потерь. Конечный продукт - биогаз, в котором 60-70 % метана, который при горении выделяет столько же тепла, сколько килограмм каменного угля, и в два с лишним раза больше, чем килограмм дров.
Таким способом прекрасно перерабатывается тот самый жидкий навоз со свинофермы: пройдя через биореактор, эта зловонная жижа превращается в прекрасное удобрение.
Оборудование для переработки жидкого навоза в биогаз можно приобрести готовое, собственно крупные хозяйства так и поступают, но для фермера-одиночки гораздо выгоднее построить такой биореактор для переработки навоза в биогаз своими силами, благо не так уж это сложно.
Как работает биореактор
Ферментация навоза идет в анаэробных (бескислородных) условиях при температуре 30- 55 °С (оптимально 40 °С). Длительность ферментации не менее 12 суток. Можно использовать как обычный, так и жидкий, бесподстилочный навоз, который легко подается в биореактор насосом.
При ферментации в навозе полностью сохраняются азот и фосфор. Масса навоза практически не изменяется, если не считать испаряемой воды, которая переходит в биогаз. Органическое вещество навоза разлагается на 30-40 %; деструкции подвергаются в основном легко разлагаемые соединения - жир, протеин, углеводы, а основные гумусообразующие компоненты - целлюлоза и лигнин - сохраняются полностью. Благодаря выделению метана и углекислого газа оптимизируется соотношение C/N. Доля аммиачного азота увеличивается. Реакция получаемого органического удобрения - щелочная (рН 7,2-7,8), что делает такое удобрение особенно ценным для кислых почв. По сравнению с удобрением, получаемым из навоза обычным способом, урожайность увеличивается на 10-15 %.
Получаемый биогаз плотностью 1,2 кг/м3 (0,93 плотности воздуха) имеет следующий состав (%): метан - 65, углекислый газ - 34, сопутствующие газы - до 1 (в том числе сероводород - до 0,1). Содержание метана может меняться в зависимости от состава субстрата и технологии в пределах 55-75 %. Содержание воды в биогазе при 40 °С - 50 г/м3; при охлаждении биогаза она конденсируется, и необходимо принять меры к удалению конденсата (осушка газа, прокладка труб с нужным уклоном и пр.). Энергоемкость получаемого газа - 23 мДж/м3, или 5500 ккал/м3.
Немного о цифрах и выгоде
К примеру, реактор объемом 75 кубометров способен «влегкую» перерабатывать все отходы с фермы на 2500 свиней, давая хозяину высококачественное удобрение и от 300 до 500 кубометров газа в сутки. Кроме того, сегодня это единственная технология переработки и обеззараживания отходов свиноводства, которая себя окупает. Причем окупает даже не столько самим получаемым биогазом, сколько экологическим благополучием, ведь в ином случае пришлось бы строить навозохранилища и очистные сооружения. Кроме того, не будем забывать о переработанном навозе, как готовом хорошем удобрении, а значит, меньше будет применяться гербицидов. Сам же биогаз скорее как бесплатное приложение: приятно, но не обязательно.
Именно поэтому не так просто подсчитать экономическую эффективность этой технологии. Обычно считают как раз по полученному биогазу: затрат столько-то, газа получено столько, соответствующее количество солярки стоит столько. В итоге получается выгодно, но сроки окупаемости не рекордные. Но в любом случае, полученного биогаза хватает, чтобы обеспечить до половины энергопотребностей средней фермы, включая отопление и горячую воду и, как следствие, значительно сократить затраты энергии в сельхозпроизводстве, сделать его более экологически чистым и безотходным.
Картина получилась бы значительно более полной и привлекательной, если бы к получаемому энергетическому эффекту прибавить еще эффект экологический, переведя его в деньги. Но как это сделать, пока никто так и не придумал.
Установка по производству биогаза (биореактор)
Установка по производству биогаза может быть построена в любом хозяйстве из доступных материалов.
Основа биогазовой установки - герметичная емкость с теплообменником (теплоноситель - вода, нагретая до 50-60 °С), устройства для ввода и вывода навоза и для отвода газа. Сама конструкция установки во многом определяется местными условиями, наличием материалов.
Для небольшой установки наиболее разумное решение - использовать высвободившиеся топливные цистерны. На рисунке показана схема биореактора на базе стандартной топливной цистерны объемом 50 куб.м. Внутренние перегородки могут быть из металла или кирпича; их основная функция - направлять поток навоза и удлинить путь его внутри реактора, образуя систему сообщающихся сосудов. На приведенной схеме перегородки показаны условно, их число и размещение зависят от свойств навоза - от текучести, количества подстилки.
Чтобы определить объем биореактора, нужно исходить из количества навоза, которое зависит как от численности и массы животных, так и от способа его удаления: при смыве навоза общее количество стоков увеличивается во много раз, что нежелательно, так как требует увеличения затрат энергии на подогрев. Если суточное количество стоков известно, нужный объем реактора можно определить, умножив это количество на 12 (поскольку 12 суток - минимальный срок выдержки навоза) и увеличив полученную величину на 10 % (так как реактор следует заполнять субстратом на 90 %).
Подогревать субстрат до 40°С можно различными способами. Удобнее всего использовать для этого газовые водонагревательные аппараты АГВ-80 или АГВ-120, снабженные автоматикой для поддержания температуры теплоносителя. При питании аппарата получаемым биогазом (вместо природного газа) следует его отрегулировать, уменьшив подачу воздуха. Для уменьшения потерь тепла биореактор необходимо тщательно теплоизолировать. Здесь возможны разные варианты: в частности, можно устроить вокруг него легкий каркас, заполненный стекловатой, нанести на реактор слой пенополиуриетана и пр.
При запуске биореактора необходимо заполнить его на 90 % объема субстратом и продержать не менее 12 суток, после чего можно подавать в реактор новые порции субстрата, извлекая соответствующие количества ферментированного продукта.
Если несколько мелких ферм или индивидуальных хозяйств расположены недалеко, наиболее логичным вариантом будет организовать общую, централизованную переработку отходов и получаемый биогаз подавать обратно на фермы или в хозяйства по трубопроводам. Кстати, давление газа, получаемого в биореакторе (100-300 мм вод. ст.), достаточно для его подачи на расстояние до нескольких сотен метров без газодувок или компрессоров.
Разумеется, постройка и установка даже небольшого реактора для производства биогаза не обойдется без согласований. Документация, представляемая в соответствующие надзорные органы, должна содержать: технологическую схему установки, план размещения биореактора и теплогенератора, потоки энергии и продуктов, трубопроводы, схему подключения насоса и осветительной арматуры, смету расходов. На генплане хозяйства также нужно будет показать основные трубопроводы, подъездные пути, громоотвод. При устройстве и в дальнейшей эксплуатации биореактора необходимо соблюдать нормы и правила работы с установками для сжигания природного газа. В обязательном порядке еще на стадии проектирования следует предусмотреть вентиляцию, которая должна обеспечивать в помещении объемом до 300 м3 восьмикратный обмен воздуха в час. Документацию на подобный объект необходимо будет согласовать с газовой инспекцией, сэс и пожарной охраной.
Применение биогаза в хозяйстве
Ну, а теперь давайте посмотрим, какую экономическую выгоду может принести лично вам установка для производства биогаза.
Примерная суточная производительность реактора при загрузке навоза с содержанием сухого вещества 4-8 % - два объема газа на объем реактора, т.е. биореактор объемом 50 кубов будет давать в сутки 100 кубометров биогаза. На долю «товарного» газа, приходится в среднем около 70 кубов, а остальное идет на технологический подогрев самой установки. Годовой объем производства биогаза получается около 25 тыс. куб.м., что эквивалентно 16,75 т жидкого топлива. Выгодно? Разумеется!
И это еще не учитывая стоимость очищенного переработанного навоза как удобрения.
Ориентировочно переработка «бесподстилочного» навоза от 10 голов крупного рогатого скота позволяет получить в сутки около 20 куб.метра биогаза, от 10 свиней - 1-3 куб.м., от 10 овец - 1-1,2 куб.м., от 10 кроликов - 0,4-0,6 куб.м. Кстати, потребность в газе для односемейного дома, включая отопление и горячее водоснабжение, составляет в среднем 10 куб.м. в сутки, но может сильно колебаться в зависимости от качества теплоизоляции дома.
Тепло, получаемое при сжигании биогаза, может быть использовано, кроме подогрева воды (отопление, горячее водоснабжение) и приготовления пищи, также и для отопления теплиц, а в летний период, когда биогаз в избытке, для сушки сена и других кормов. Можно использовать биогаз и для выработки электроэнергии, но это экономически менее выгодно.
Еще одно направление использования биогаза - утилизация углекислого газа, содержащегося в нем в количестве около 34 %. Извлекая углекислый газ путем отмывки (в отличие от метана он растворяется в воде), можно подавать его в теплицы, где он служит «воздушным удобрением», увеличивая продуктивность растений.
По материалам http://www.newchemistry.ru
Каждый год на нашей планете энергоресурсов становится все меньше и меньше. Именно из-за этого приходится искать все время новые, альтернативные источники энергии. Однозначно, через какое-то время на нашей планете закончатся нефтяные и газовые залежи, и тогда миру придется всерьез задуматься над добычей (сбором) и использовании в качестве основного источника энергии биогазов.
Что такое биогаз? Принципы добычи биогаза
Как уже было сказано, биогаз – альтернативный источник энергии. Выделяется он при ферментации различных бытовых отходов, а также отходов выделяемых животными (навоз).
Данный метод использовался еще с древних веков в Китае, но позже, спустя века был невостребованным и в результате оказался забыт.
Добыча биогаза в домашних условиях своими руками
Шаг 1: Выбор бочки
Сначала необходимо выбрать подходящую бочку, в который мы будем хранить «источник энергии», то есть, как вы поняли, пищевые отходы и навоз.
Шаг 2: Делаем отверстия
Делаем отверстия на входе и на выходе в бочке. Можно сделать с помощью дрели, но в данном случае, отверстие сделано с помощью нагретой металлической трубы.
Шаг 3: Установка труб
Устанавливаем трубы на входе и выходе в отверстия, сделанные нами ранее. Трубы вставляем и вклеиваем.
Шаг 4: Создание и установка держателя «бензобака»
Было взято ведро от краски на 20 литров, этот резервуар будет содержать добываемый нами газ. Бак фиксируется с помощью клапана, который используют сантехники.
Шаг 5: Добавляем коровий навоз
Смешиваем коровий навоз (5 кг на 50 литров) и добавляем воды. Помещаем в бак.
Шаг 6: Почти закончили
Первые 10-15 дней газ вы не получите, так как это время необходимо для того, что бы прошли все необходимые процессы.
Шаг 7: Избавляемся от двуокиси углерода
Для того, чтобы данный газ горел, необходимо избавится от двуокиси углерода. Этого можно добиться за счет использования обычного фильтра, которых много в разных строительных магазинах.
Шаг 8: Готово!
Вы сами заметите, как «топливный бак» будет подниматься по мере происхождения химических реакций. Тогда уже необходимо открывать клапан и получать биогаз.
Использовать биогаз можно для разных целей. Не рекомендуется использовать биогаз для приготовления еды, так как это может негативно повлиять на вкусовые качества (если не избавится от отдушек).
Видео-Урок: Добыча биогаза в домашних условиях
Тема альтернативных видов топлива актуальная уже несколько десятилетий. Биогаз – это природный источник топлива, который можно получать и использовать самостоятельно, особенно если у вас есть домашний скот.
Что это такое
По составу биогаз похож на , добываемый в промышленных масштабах. Этапы получения биогаза:
- Биореактор – это емкость, в которой биологическая масса обрабатывается анаэробными бактериями в вакууме.
- Через некоторое время выделяется газ, состоящий из метана, углекислого газа, сероводорода и других газообразных веществ.
- Этот газ очищается и выводится из реактора.
- Переработанная биомасса – это отличное удобрение, которое отводится из реактора для обогащения полей.
Производство своими руками биогаза в домашних условиях возможно при условии, что вы живете в деревне и у вас есть доступ к отходам животноводства. Это хороший вариант топлива для животноводческих ферм и сельскохозяйственных предприятий.
Преимущество биогаза в том, что он позволяет сократить выбросы метана и дает источник альтернативной энергии. В результате переработки биомассы образуется удобрение для огородов и полей, что является дополнительным преимуществом.
Чтобы получить биогаз своими руками, вам нужно построить биореактор для переработки навоза, птичьего помета и других органических отходов. В качестве сырья используются:
- сточные воды;
- солома;
- трава;
- речной ил.
Важно не допускать попадания в реактор химических примесей, так как они мешают процессу переработки.
Варианты использования
Переработка навоза в биогаз дает возможность получать электрическую, тепловую и механическую энергию. Это топливо используется в промышленных масштабах или в частных домах. Его применяют для:
- отопления;
- освещения;
- нагрева воды;
- работы двигателей внутреннего сгорания.
С помощью биореактора можно создать собственную энергетическую базу для обеспечения частного дома или сельскохозяйственного производства.
Теплоэлектростанции на биогазе – это альтернативный способ отопления личного подсобного хозяйства или небольшого поселка. Органические отходы можно преобразовывать в электричество, что гораздо дешевле, чем проводить его на участок и платить коммунальные платежи. Биогаз можно использовать для приготовления пищи на газовых плитах. Большое преимущество биотоплива в том, что это неиссякаемый, восполняемый источник энергии.
Эффективность биотоплива
Биогаз из помета и навоза не имеет цвета и запаха. Он дает столько же тепла, сколько природный газ. Один кубометр биогаза дает энергии столько же, сколько дает 1,5 кг угля.
Чаще всего фермерские хозяйства не утилизируют отходы от домашнего скота, а складируют их на одном участке. В результате метан выделяется в атмосферу, навоз теряет свои свойства как удобрение. Своевременно переработанные отходы принесут гораздо больше пользы фермерскому хозяйству.
Рассчитать эффективность утилизации навоза таким способом легко. Средняя корова дает в сутки 30-40 кг навоза. Из этой массы получается 1,5 кубометра газа. Из такого количества вырабатывается электроэнергии 3 кВт/ч.
Как построить реактор на биоматериале
Биореакторы – это емкости из бетона с отверстиями для отвода сырья. Перед строительством нужно выбрать место на участке. Размер реактора зависит от количества биомассы, которая у вас появляется ежедневно. Она должна заполнять емкость на 2/3.
Если биомассы немного, вместо бетонной емкости, можно взять железную, например, обычную бочку. Но она должна быть крепкой, с качественными сварными швами.
Количество сделанного газа напрямую зависит от объема сырья. В маленькой емкости его получится немного. Чтобы получить 100 кубометров биогаза, нужно переработать тонну биологической массы.
Для повышения прочности установки ее обычно заглубляют в землю. Реактор должен иметь входную трубу для загрузки биомассы и отводное отверстие для удаления отработанного материала. Сверху в баке должно быть отверстие, через которое выводится биогаз. Лучше закрывать его на гидрозатвор.
Для правильной реакции емкость должна быть герметично закрыта, без доступа воздуха. Гидрозатвор обеспечит своевременный вывод газов, что предотвратит взрыв системы.
Реактор для большого хозяйства
Простая схема биореактора подходит для небольших хозяйств с 1-2 животными. Если вы владеете фермой, лучше всего установить промышленный реактор, который справится с большими объемами топлива. Лучше всего привлечь специальные фирмы, занимающиеся разработкой проекта и установкой системы.
Промышленные комплексы состоят из:
- Емкости промежуточного хранения;
- Установки-смесителя;
- Небольшой ТЭЦ, которая дает энергию для отопления зданий и теплиц, а также электричество;
- Емкости для ферментированного навоза, используемого как удобрение.
Наиболее эффективный вариант – постройка одного комплекса для нескольких соседних хозяйств. Чем больше биоматериала перерабатывается, тем больше энергии получается в результате.
Перед тем как получить биогаз, промышленные установки нужно согласовать с санэпидемстанцией, пожарной и газовой инспекцией. Они документально оформляются, существуют специальные нормы по расположению всех элементов.
Как рассчитать объем реактора
Объем реактора зависит от количества отходов, образующихся ежедневно. Помните, что емкость нужно заполнять только на 2/3 для эффективного брожения. Также учитывайте время брожения, температуру и тип сырья.
Навоз лучше всего разбавлять водой перед отправкой в реактор. Для переработки навоза при температуре 35-40 градусов понадобится примерно 2 недели. Чтобы рассчитать объем, определите начальный объем отходов с водой и прибавьте 25-30%. Объем биомассы должен быть одинаковым каждые две недели.
Как обеспечить активность биомассы
Для правильного брожения биомассы лучше всего подогревать смесь. В южных регионах температура воздуха способствует началу брожения. Если вы живете на севере или в средней полосе, можете подключить дополнительные нагревательные элементы.
Для запуска процесса нужна температура 38 градусов. Есть несколько способов ее обеспечения:
- Змеевик под реактором, подключенный к системе отопления;
- Нагревательные элементы внутри емкости;
- Прямой нагрев емкости электрическими отопительными приборами.
В биологической массе уже находятся бактерии, которые нужны для получения биогаза. Они просыпаются и начинают активность при повышении температуры воздуха.
Лучше всего подогревать их автоматическими нагревательными системами. Они включаются при поступлении в реактор холодной массы и автоматически выключаются, когда температура достигает нужного значения. Такие системы устанавливаются в водонагревательных котлах, их можно купить в магазинах газового оборудования.
Если вы обеспечите нагрев до 30-40 градусов, то на переработку уйдет 12-30 дней. Это зависит от состава и объема массы. При нагреве до 50 градусов активность бактерий увеличивается, и переработка занимает 3-7 дней. Минус таких установок в больших затратах на поддержание высокой температуры. Они сравнимы с количеством получаемого топлива, поэтому система становится неэффективной.
Другой способ активации анаэробных бактерий – перемешивание биомассы. Вы можете самостоятельно установить валы в котле и вывести ручку наружу, чтобы помешивать массу при необходимости. Но гораздо удобнее сконструировать автоматическую систему, которая перемешает массу без вашего участия.
Правильный отвод газа
Биогаз из навоза выводится через верхнюю крышку реактора. В процессе брожения она должна быть плотно закрыта. Обычно используется водяной затвор. Он контролирует давление в системе, при возрастании крышка поднимается, срабатывает спусковой клапан. В качестве противовеса используется гиря. На выходе газ очищается водой и поступает по трубкам дальше. Очищение водой необходимо, чтобы убрать водяные пары из газа, иначе он не сгорит.
Прежде чем перерабатывать биогаз в энергию, его нужно накопить. Хранить его следует в газгольдере:
- Его изготавливают в форме купола и устанавливают на выходе из реактора.
- Чаще всего его делают из железа и покрывают несколькими слоями краски для предотвращения коррозии.
- В промышленных комплексах газгольдер представляет собой отдельный резервуар.
Еще один вариант, как сделать газгольдер: использовать мешок из ПВХ. Этот эластичный материал растягивается по мере наполнения мешка. При необходимости в нем можно хранить большое количество биогаза.
Подземная установка для производства биотоплива
Чтобы сэкономить пространство, лучше всего строить подземные установки. Это самый простой способ получить биогаз в домашних условиях. Для обустройства подземного биореактора вам нужно выкопать яму и залить ее стены и дно армированным бетоном.
С двух сторон в емкости делают отверстия для входной и выходной трубы. Причем выходная труба должна находиться у основания контейнера для откачки отработанной массы. Ее диаметр – 7-10 см. Входное отверстие диаметром 25-30 см лучше всего располагать в верхней части.
Сверху установку закрывают кирпичной кладкой и устанавливают газгольдер для приемки биогаза. На выходе из емкости нужно сделать клапан для регуляции давления.
Биогазовую установку можно закопать во дворе частного дома и подвести к ней канализацию и отходы домашнего скота. Перерабатывающие реакторы могут полностью покрывать нужды семьи в электричестве и отоплении. Дополнительный плюс в получении удобрения для огорода.
Биореактор своими руками – это способ получать энергию из подножного материала и делать деньги из навоза. Он сокращает расходы фермерского хозяйства на электроэнергию и увеличивает рентабельность. Вы можете сделать его самостоятельно или заказать установку. Цена на нее зависит от объема, начинается от 7000 рублей.
Одна из задач, которую приходится решать в сельском хозяйстве — утилизация навоза и растительных отходов. И это довольно серьезная проблема, которая требует постоянного внимания. На утилизацию уходят не только время и силы, но и приличные суммы. Сегодня есть, как минимум, один способ, позволяющий эту головную боль превратить в статью дохода: переработка навоза в биогаз. В основе технологии лежит природный процесс разложения навоза и растительных остатков за счет содержащихся в них бактерий. Вся задача в создании особых условий для наиболее полного разложения. Эти условия — отсутствие доступа кислорода и оптимальная температура (40-50 o C).
Все знают, как чаще всего утилизируют навоз: складывают в кучи, потом, после ферментации, вывозят на поля. В этом случае образовавшийся газ выделяется в атмосферу, туда же улетает и 40% содержащегося в исходном веществе азота и большая часть фосфора. Получающееся в результате удобрение далеко не идеально.
Для получения биогаза необходимо чтобы процесс разложения навоза проходил без доступа кислорода, в закрытом объеме. В этом случае и азот, и фосфор остаются в остаточном продукте, а газ скопится в верхней части емкости, откуда его легко выкачать. Получаются два источника прибыли: непосредственно газ и эффективное удобрение. Причем удобрение высшего качества и безопасное на 99%: большая часть болезнетворных микроорганизмов и яйца гельминтов погибают, содержащиеся в навозе семена сорных трав теряют всхожесть. Существуют даже линии по расфасовке этого остатка.
Второе обязательное условие процесса переработки навоза в биогаз — это поддержание оптимальной температуры. Содержащиеся в биомассе бактерии, при низких температурах малоактивны. Они начинают действовать при температуре среды от +30 o C. Причем в навозе содержатся бактерии двух типов:
Термофильные установки с температурой от +43 o C до +52 o C являются наиболее эффективными: в них навоз обрабатывается 3 дня, на выходе с 1 литра полезной площади биореактора получается до 4,5 литров биогаза (это максимальный выход). Но на поддержание температуры в +50 o C требуются значительные расходы энергии, что не в каждом климате рентабельно. Потому чаще биогазовые установки работают на мезофильных температурах. В этом случае время переработки может составлять 12-30 дней, выход — примерно 2 литра биогаза на 1 литр объема биореактора.
Состав газа меняется в зависимости от сырья и условий переработки, но примерно он следующий: метан — 50-70%, двуокись углерода — 30-50%, а также содержится небольшое количество сероводорода (менее 1%) и совсем небольшой количество аммиака, водорода и соединений азота. В зависимости от конструкции установки в биогазе могут содержаться в значительном количестве пары воды, что потребует их осушения (в противном случае он просто не будет гореть). Как выглядит промышленная установка продемонстрировано в видео.
Это можно сказать целый завод по выработке газа. Но для частного подворья или небольшой фермы такие объемы ни к чему. Простейшую биогазовую установку легко сделать своими руками. Но вот вопрос: «Куда дальше направлять биогаз?» Теплота сгорания получаемого в результате газа от 5340 ккал/м3 до 6230 ккал/м3 (6,21 — 7,24 кВт.ч/м3). Потому его можно подавать на газовый котел для выработки тепла (отопление и горячая вода), или на установку по выработке электричества, на газовую печку и т.д. Вот как использует навоз от своей перепелиной фермы Владимир Рашин — конструктор биогазовой установки.
Получается, что имея хоть какое-то более-менее приличное количество скота и птицы, можно самому полностью обеспечить потребности своего хозяйства в тепле, газе и электричестве. А если установить на автомобили газовые установки, то и топливом для автопарка. Учитывая, что доля энергоносителей в себестоимости продукции 70-80% вы сможете только на биореакторе сэкономить, а потом и заработать множество денег. Ниже приведен скриншот экономического расчета рентабельности биогазовой установки для небольшого хозяйства (по состоянию на сентябрь 2014). Хозяйство мелким не назовешь, но и не крупное однозначно. Просим прощения за терминологию — это авторский стиль.
Это примерный расклад требуемых затрат и возможных доходов Схемы самодельных биогазовых установок
Схемы самодельных биогазовых установок
Простейшая схема биогазовой установки — это герметичная емкость — биореактор, в который сливается подготовленная жижа. Соответственно есть люк загрузки навоза и люк выгрузки переработанного сырья.
Простейшая схема биогазовой установки без «наворотов»
Емкость заполняется субстратом не полностью: 10-15% объема должно оставаться свободным для сбора газа. В крышку бака встраивается труба для отведения газа. Так как в полученном газе содержится довольно большое количество водяных паров, гореть в таком виде он не будет. Потому необходимо его для осушения пропустить через гидрозатвор. В этом нехитром устройстве большая часть водяного пара сконденсируется, и газ уже будет хорошо гореть. Потом газ желательно очистить от негорючего сероводорода и только потом его можно подавать в газгольдер — емкость для сбора газа. А оттуда уже можно разводить к потребителям: подавать на котел или газовую печь. Как сделать фильтры для биогазовой установки своими руками смотрите в видео.
Большие промышленные установки размещают на поверхности. И это, в принципе, понятно — слишком велики объемы земельных работ. Но в небольших хозяйствах чашу бункера закапывают в землю. Это во-первых, позволяет снизить затраты на поддержание требуемой температуры, а во-вторых, на частном подворье и так достаточно всяких устройств.
Емкость можно взять готовую, или в вырытом котловане сделать из кирпича, бетона и т.д. Но придется в этом случае позаботиться о герметичности и непроходимости воздуха: процесс анаэробный — без доступа воздуха, потому необходимо создать непроницаемую для кислорода прослойку. Сооружение получается многослойным и изготовление такого бункера длительный и затратный процесс. Потому дешевле и проще закопать готовую емкость. Раньше это обязательно были металлические бочки, часто из нержавейки. Сегодня с появлением на рынке емкостей из ПВХ можно использовать их. Они химически нейтральны, имеют низкую теплопроводность, длительный срок эксплуатации, и стоят в разы дешевле нержавеек.
Но описанная выше биогазовая установка будет иметь малую производительность. Для активизации процесса переработки необходимо активное перемешивание массы, находящейся в бункере. В противном случае на поверхности или в толще субстрата образуется корка, которая замедляет процесс разложения, газа на выходе получается меньше. Перемешивание проводится любым доступным способом. Например, таким, как продемонстрировано в видео. Привод при этом можно сделать любой.
Есть еще один способ перемешивания слоев, но немеханический — барбитация: вырабатываемый газ под давлением подают в нижнюю часть емкости с навозом. Поднимаясь вверх, пузырьки газа будут разбивать корку. Так как подается все тот же биогаз, то никаких изменений условий переработки не будет. Также этот газ нельзя считать расходом — он снова попадет в газгольдер.
Как говорилось выше, для хорошей производительности необходима повышенная температура. Чтобы не особенно тратиться на поддержание этой температуры необходимо позаботиться об утеплении. Какого типа теплоизолятор выбирать, конечно, дело ваше, но сегодня самый оптимальный — пенополистирол. Он не боится воды, не поражается грибками и грызунами, имеет длительный срок эксплуатации и отличные показатели по теплоизоляции.
Формы биореактора могут быть разные, но чаще всего встречается цилиндрическая. Она неидеальна с точки зрения сложности перемешивания субстрата, но используется чаще, потому что у людей накоплен большой опыт построения подобных емкостей. А если такой цилиндр разделить перегородкой, то можно использовать их как два отдельных резервуара, в которых процесс смещен по времени. При этом в перегородку можно встроить нагревательный элемент, таким образом решив проблему поддержания температуры сразу в двух камерах.
В самом простом варианте самодельные биогазовые установки — это прямоугольной формы яма, стенки которой сделаны из бетона, а для герметичности обработаны слоем стеклопластика и полиэфирной смолы. Такая емкость снабжается крышкой. Она крайне неудобна в эксплуатации: трудно реализуется и подогрев, перемешивание и отведение сбродившей массы, добиться полной переработки и высокой эффективности невозможно.
Чуть лучше обстоит дело с траншейными биогазовыми установками переработки навоза. Они имеют скошенные края, что облегчает загрузку свежего навоза. Если сделать дно под уклоном, то в одну сторону самотеком будет смещаться сбродившая масса и отбирать ее будет проще. В таких установках нужно предусмотреть теплоизоляцию не только стен, но и крышки. Подобная биогазовая установка своими руками реализуется несложно. Но полной переработки и максимального количества газа в ней не добиться. Даже при условии подогрева.
С основными техническими вопросами разбирались, и вы теперь знаете несколько способов того, как построить установку для получения биогаза из навоза. Остались технологические нюансы.
Что можно перерабатывать и как добиться хороших результатов
В навозе любого животного имеются необходимые для его переработки организмы. Было обнаружено, что в процессе сбраживания и в выработке газа участвует более тысячи различных микроорганизмов. Важнейшую роль при этом играют метанобразующие. Также считается, что все эти микроорганизмы в оптимальных пропорциях находятся в навозе КРС. Во всяком случае, при переработке этого вида отходов в сочетании с растительной массой, выделяется самое большое количество биогаза. В таблице приведены усредненные данные по наиболее распространенным видам сельскохозяйственных отходов. Примите во внимание, что такое количество газа на выходе можно получить при идеальных условиях.
Для хорошей продуктивности необходимо поддерживать определенную влажность субстрата: 85-90%. Но воду при этом нужно использовать не содержащую посторонних химических веществ. Негативно на процессы влияют растворители, антибиотики, моющие средства и т.д. Также для нормального протекания процесса в жиже не должны содержаться крупные фрагменты. Максимальные размеры фрагментов: 1*2 см, лучше более мелкие. Потому если вы планируете добавлять растительные ингредиенты, то необходимо их измельчать.
Важно для нормальной переработки в субстрате поддерживать оптимальный уровень рН: в пределах 6,7-7,6. Обычно среда имеет нормальную кислотность, и лишь изредка кислотообразующие бактерии развиваются быстрее метанобразующих. Тогда среда становится кислой, выработка газа снижается. Для достижения оптимального значения в субстрат добавляют обычную известь или соду.
Теперь немного о времени, которое необходимо на переработку навоза. Вообще время зависит от созданных условий, но первый газ может начать поступать уже на третьи сутки после начала сбраживания. Наиболее активно газообразование происходит при разложении навоза на 30-33%. Чтобы можно было ориентироваться по времени, скажем, что через две недели субстрат разлагается на 20-25%. То есть, оптимально переработка должна продолжаться месяц. В этом случае и удобрение получается наиболее качественным.
Расчет объема бункера для переработки
Для небольших хозяйств оптимальной является установка постоянного действия — это когда свежий навоз поступает небольшими порциями ежедневно и такими же порциями удаляется. Для того чтобы процесс не нарушался доля ежесуточной загрузки не должна превышать 5% от перерабатываемого объема.
Самодельные установки по переработке навоза в биогаз — не вершина совершенства, но достаточно эффективны
Исходя из этого, вы легко определите требуемый объем резервуара для самодельной биогазовой установки. Вам нужно суточный объем навоза с вашего хозяйства (уже в разведенном состоянии с влажностью 85-90%) умножить на 20 (это для мезофильных температур, для термофильных придется умножать на 30). К полученной цифре нужно добавить еще 15-20% — свободное пространство для сбора биогаза под куполом. Основной параметр вы знаете. Все дальнейшие расходы и параметры системы зависят от того, какая схема биогазовой установки выбрана для реализации и как вы все будете делать. Вполне можно обойтись подручными материалами, а можно заказать установку «под ключ». Заводские разработки обойдется от 1,5 млн. евро, установки от «Кулибиных» будут дешевле.
Юридическое оформление
Согласовывать установку придется с СЭС, газовой инспекцией и пожарниками. Вам понадобятся:
- Технологическая схема установки.
- План размещения оборудования и составляющих с привязкой самой установки, местом установки теплового агрегата, места прокладки трубопроводов и энергомагистралей, подключения насоса. На схеме должны быть обозначены громоотвод и подъездные пути.
- Если установка будет находиться в помещении, то необходим также будет план вентиляции, которая будет обеспечивать не менее чем восьмикратный обмен всего воздуха в помещении.
Как видим, без бюрократии и тут не обойтись.
Напоследок немного о производительности установки. В среднем за сутки биогазовая установка выдает объем газа в два раза превышающий полезный объем резервуара. То есть, 40 м 3 навозной жижи дадут в сутки 80 м 3 газа. Примерно 30% уйдет на обеспечение самого процесса (главная статья расходов — подогрев). Т.е. на выходе вы получите 56 м 3 биогаза в день. Для покрытия потребностей семьи из трех человек и на отопление среднего по размерам дома требуется по статистике 10 м 3 . В чистом остатке у вас 46 м 3 в день. И это при небольшой установке.
Итоги
Вложив некоторое количество средств в устройство биогазовой установки (своими руками или под ключ), вы не только обеспечите собственные нужды и потребности в тепле и газе, но и сможете продавать газ, а также получающиеся в результате переработки высококачественные удобрения.