Установка для биогаза

Вопрос получения метана интересен тем владельцам частных хозяйств, кто занимается разведением птицы или свиней, а также держит крупнорогатый скот. Как правило, в таких хозяйствах вырабатывается значительное количество органических отходов жизнедеятельности животных, они-то и могут принести немалую пользу, став источником дешевого топлива. Цель данного материала – рассказать, как добыть биогаз в домашних условиях, используя эти самые отходы.

Общие сведения о биогазе

Получаемый из различного навоза и птичьего помета домашний биогаз большей частью состоит из метана. Там его от 50 до 80% в зависимости от того, чьи отходы жизнедеятельности использовались для производства. Того самого метана, что горит в наших плитах и котлах, и за который мы платим порой немалые деньги согласно показаниям счетчика.

Чтобы дать представление о количестве горючего, что теоретически можно добыть при содержании животных дома или на даче, представим таблицу с данными о выходе биогаза и содержании в нем чистого метана:

Как можно понять из таблицы, для эффективного производства газа из коровьего навоза и силосных отходов понадобится довольно большое количество сырья. Выгоднее добывать горючее из навоза свиней и помета индюков.

Оставшаяся доля веществ (25—45%), из которых состоит домашний биогаз, приходится на углекислый газ (до 43%) и сероводород (1%). Также в составе горючего присутствует азот, аммиак и кислород, но в незначительных количествах. Кстати, именно благодаря выделению сероводорода и аммиака навозная куча издает такой знакомый «приятный» запах. Что касается энергетического содержания, то 1 м3 метана теоретически может выделить при сжигании до 25 МДж (6.95 кВт) тепловой энергии. Удельная теплота сгорания биогаза зависит от доли метана в его составе.

Для справки. На практике проверено, что для обогрева утепленного дома, находящегося в средней полосе, потребно около 45 м3 биологического горючего на 1 м2 площади за отопительный сезон.

Природой устроено так, что биогаз из навоза образуется самопроизвольно и независимо от того, хотим его получать или нет. Навозная куча перегнивает в течение года – полутора, просто находясь на открытом воздухе и даже при отрицательной температуре. Все это время она выделяет биогаз, но только в небольших количествах, поскольку процесс растянут во времени. Причиной служат сотни видов микроорганизмов, находящихся в экскрементах животных. То есть, для начала газовыделения ничего не нужно, оно будет происходить самостоятельно. А вот для оптимизации процесса и его ускорения потребуется специальное оборудование, о чем пойдет речь далее.

Основные предпосылки для развития рынка биогаза в России

Можно выделить ряд предпосылок для развития рынка биогаза в нашей стране:

• истощение запасов традиционных нефти и газа и возникающий дефицит газа, увеличение стоимости разработки оставшихся месторождений, повышение тарифов на газ и электроэнергию. Данная тенденция является общемировой, но в России проявилась относительно недавно. Сегодня можно наблюдать ежегодный рост тарифов на газ на ~ 25%, на электроэнергию от 10 до 15%. В ближайшие 5–6 лет Россия по величине цен на энергоресурсы приблизится к уровню европейских стран, что, при отсутствии культуры эффективного использования со стороны населения и недостаточном развитии российской промышленности негативно скажется на экономической обстановке в стране.

• наличие в России регионов, которые до сих пор не имеют газоснабжения и постоянного энергоснабжения. Проблема низкой плотности покрытия газовых и электрических распределительных сетей традиционна для нашей страны: многие населенные пункты, даже в центральной России, не имеют газопроводов, отдаленные от центра территории иногда не имеют даже света. Но даже на тех территориях, которые газифицированы и элетрофицированы, подключение к коммуникациям стоит очень дорого. Это, в частности, сдерживает развитие рынка малоэтажного домостроения, сельскохозяйственных частных предприятий, других небольших производств.

• веяние времени. России трудно игнорировать общемировые тенденции к увеличению использования альтернативных источников энергии. Конечно, развитие рынка идет заметно медленнее, чем в других странах, лишенных запасов традиционного топлива, однако, государство все же наметило ориентиры развития отрасли – альтернативные источники энергии должны вырабатывать 2% потребляемой энергии к 2014 году.

ФАКТ 8: Биометан можно использовать для заправки сельхоз техники

Биометан, получаемый из биогаза, можно продавать на заправочные станции для нужд автомобилей и сельскохозяйственной техники, или пользователям газовой сети. Но для этого необходима специализированная очистка.

*Когенерация (название образовано от слов Комбинированная генерация электроэнергии и тепла) — процесс совместной выработки электрической и тепловой энергии.

ФАКТ 9: Антибиотики тормозят образование метана

От того, чем кормят скот или опрыскивают растения, зависит конечный его состав. Не редко в свинине можно найти антибиотики, а на растениях — химикаты. Также на производстве необходимо следить за правильной дезинфекцией складских помещений и загонов. В последствии, именно моющие и чистящие вещества, которыми обрабатывают фермы, и антибиотики в свиных отходах тормозят образование метана.

Технология получения биогаза

Суть эффективного производства — ускорение природного процесса разложения органического сырья. Для этого находящимся в нем бактериям необходимо создать наилучшие условия для размножения и переработки отходов. И первое условие – поместить сырье в закрытую емкость – реактор, иначе — генератор биогаза. Отходы измельчаются и перемешиваются в реакторе с расчетным количеством чистой воды до получения исходного субстрата.

Примечание. Чистая вода необходима для того, чтобы в субстрат не попали вещества, пагубно влияющие на жизнедеятельность бактерий. Как следствие, процесс брожения может сильно замедлиться.

Промышленная установка по производству биогаза оборудована подогревом субстрата, средствами перемешивания и контроля над кислотностью среды. Перемешивание выполняется с целью удалить с поверхности твердую корку, что возникает во время брожения и мешает выделению биогаза. Длительность технологического процесса – не менее 15 дней, за это время степень разложения достигает 25%. Считается, что максимальный выход горючего происходит до 33% разложения биомассы.

Технологией предусматривается ежедневное обновление субстрата, так обеспечивается интенсивное получение газа из навоза, в промышленных установках оно исчисляется сотнями кубических метров в день. Часть отработанной массы в размере порядка 5% от общего объема удаляется из реактора, а на ее место загружается столько же свежего биологического сырья. Отработанный материал используется в качестве органического удобрения полей.

Схема биогазовой установки

Получая биогаз в домашних условиях, невозможно создать столь благоприятные условия для микроорганизмов, как в промышленном производстве. И в первую очередь это утверждение касается организации подогрева генератора. Как известно, это требует затрат энергии, что ведет к существенному удорожанию себестоимости горючего. Контролировать соблюдение слабощелочной среды, присущей процессу брожения, вполне возможно. Только как ее корректировать в случае отклонений? Снова затраты.

Владельцам частных хозяйств, желающим добывать биогаз своими руками, рекомендуется изготовить реактор простой конструкции из доступных материалов, а потом его модернизировать в силу своих возможностей. Что надо сделать:

• герметично закрывающуюся емкость объемом не менее 1 м3. Разные баки и бочки малых размеров тоже подойдут, но горючего из них будет выделяться мало из-за недостаточного количества сырья. Такие объемы производства вас не устроят;
• организовывая производство биогаза в домашних условиях, вы вряд ли станете делать подогрев емкости, а вот утеплить ее нужно обязательно. Другой вариант – заглубить реактор в землю, выполнив тепловую изоляцию верхней части;
• установить в реакторе ручную мешалку любой конструкции, выведя рукоятку через верхнюю крышку. Узел прохода ручки должен быть герметичным;
• предусмотреть патрубки для подачи и выгрузки субстрата, а также для отбора биогаза.

Ниже показана схема биогазовой установки, размещенной ниже уровня земли:

1 – генератор горючего (емкость из металла, пластика или бетона); 2 — бункер для заливки субстрата; 3 – технический люк; 4 – сосуд, играющий роль водяного затвора; 5 – патрубок выгрузки отработанных отходов; 6 – патрубок отбора биогаза.

ФАКТ 1: В Украине функционирует 20 биогазовых комплексов

По данным Latifundist по состоянию на ноябрь прошлого года, в Украине построено и функционирует всего 20 станций по производству биогаза, половина из которых работает на отходах сельского хозяйства, вторая половина улавливает и утилизирует свалочный газ.

Для сравнения, в Германии подобных установок (не путать с заводами) 8 тыс. В целом, в Европе установлено 14,5 тыс биогазововых станций и их число постоянно растет.

Первая мощная биогазовая станция по производству электроэнергии в Украине была построена в 2003 году в Днепропетровской области. Установка мощностью 180 кВт работает на отходах местного мясокомбината.

Затем был проект «Украинская Молочная Компания». В Згуровском районе Киевской области установка перерабатывает навоз четырех тысяч коров и отходы от кукурузы. Произведенной энергии хватило и на молочное агропредприятие и на ближайшее село — Великий Круполь. Также биогазовые станции есть на Херсонщине, Ивано-Франковщине, Полтавщине и даже в прифронтовой Волновахе.

Как получить биогаз в домашних условиях?

Операция первая – измельчение отходов до фракции, чей размер не более 10 мм. Так гораздо легче приготовить субстрат, да и бактериям будет проще перерабатывать сырье. Получившаяся масса тщательно перемешивается с водой, ее количество – около 0.7 л на 1 кг органики. Как уже сказано выше, воду следует использовать только чистую. Затем субстратом заполняется биогазовая установка, сделанная своими руками, после чего реактор герметично закрывается.

Несколько раз в течении дня надо наведываться к емкости, чтобы перемешать содержимое. На 5-й день можно проверять наличие газа, и буде он появится, периодически откачивать его компрессором в баллон. Если этого вовремя не делать, то давление внутри реактора возрастет и брожение замедлится, а то и остановится вовсе. Спустя 15 дней надо производить выгрузку части субстрата и добавление такого же количество нового. Подробности можно узнать, просмотрев видео:

Вполне вероятно, что простейшая установка для получения биогаза не обеспечит все ваши потребности. Но, учитывая нынешнюю стоимость энергоресурсов, это уже будет немалым подспорьем в домашнем хозяйстве, ведь за исходное сырье вам платить не приходится. Со временем, плотно занимаясь производством, вы сможете уловить все особенности и провести необходимое усовершенствование установки.

ФАКТ 4: Качество навоза зависит от способа его хранения

Различают три вида, в зависимости от условий: плотный, рыхлый и рыхло-плотный способы.

Плотный способ также называют холодным, и считают наиболее эффективным с точки зрения качества. Способ таков: навоз укладывают в слои шириной до четырех метров и сразу же утрамбовывают в штабель высотой до двух метров (длина зависит от количества сырья). За счет того, что штабель сразу же покрывается землей или соломой, доступ воздуха перекрывается, и, следовательно, замедляется разложение. В перегной такие штабеля превращаются через 3-5 месяцев в зависимости от качества утрамбовывания.

Рыхлый способ подразумевает под собой неограниченный доступ кислорода. В таком случае его качество падает. А скорость ферментации и потери азота зависит от температуры воздуха. Кроме того, этот вид хранения не подразумевает утрамбовывания, из-за этого и разлагается неравномерно.

Комбинированный способ (рыхло-плотный) еще называю горячим. Сначала его укладывают рыхлым слоем высотой в один метр, и оставляют так максимум на неделю. А затем уплотняют в штабеля. За счет такой системы происходят очень быстрые потери азота, то есть готовый продукт можно использовать в кратчайшие сроки. Чаще всего, такой вид заготовки используют в экстренных случаях, когда сырье крайне необходимо.

ФАКТ 6 : Даже один камешек или гайка могут напрочь вывести технику из строя, закупорить или перебить трубопровод

Даже один камешек или гайка могут напрочь вывести технику из строя, закупорить или перебить трубопровод.

Для того чтобы избежать проблем и как можно реже ремонтировать технику, старайтесь придерживаться основных правил. Так, необходимо соблюдать баланс жидкого и твердого сырья, сухого вещества в реакторе должно быть меньше 11%, а органического — из расчета до 6 кг на 1 куб м. На агрофермах необходимо избегать антибиотиков при кормлении скота и птицы и избегать обработки нитратами и фосфатами на полях.

ФАКТ 11: Процесс подключения установки к общей сети занимает 6-8 месяцев

Процесс подключения к общей электросети занимает от 6 до 8 месяцев, поэтому его нужно начать параллельно со строительством биогазовой установки.

Для начала получи от энергокомпании договор о присоединении и технические условия, что займет от двух недель до месяца. Затем происходит разработка проектной документации и согласование ее с энергокомпанией (от 1 до 3 месяцев + 15-30 дней с момента подачи заявления). Строительство или реконструкция электрических сетей заберет еще 2-3 месяца. Выдача энергокомпанией договора на снабжение или использование электроэнергии и подключение объекта к электрическим сетям займут по пять рабочих дней. Технико-экономическое обоснование (ТЭО) на подключение будет стоить до 500 тыс. грн. А инфрастуктурные расходы зависят от приближенности к объекта к линиям электропередач обойдутся приблизительно в 400 тыс. грн. за км. кабельной линии.