Стурбований насувається енергетичною кризою людство активно намагається освоювати поновлювані джерела енергії.
Поряд з сонячними і вітровими електростанціями з'явилися установки для отримання з органічних відходів газоподібного палива, іменованого біогазом.
Чудова особливість цієї технології полягає в її простоті: реалізувати її в невеликих масштабах може будь-хто. Отже, біогаз своїми руками - ось про що піде розмова.
Біологія процесу
Якщо появою сонячних батарей і вітрогенераторів ми зобов'язані відкриттям вчених, то у випадку з біогазом винаходити їм нічого не довелося - природа все зробила сама. Даний вид палива є продукт життєдіяльності особливих бактерій, які узагальнено називають гідролізними, кислотообразующими і метаноутворюючих.
За назвою неважко здогадатися про основною складовою біогазу - це метан, який також міститься в природному газі. У біогазі на його частку припадає 60% всього обсягу. Близько третини (35%) становить вуглекислота, що залишилися 5% - інші гази, наприклад, сірководень.
Принципова схема біогазової установки
Звідки беруться ці чудові мікроорганізми? Вони являють собою природну мікрофлору, що мешкає в кишечнику великої рогатої худоби і розкладає його вміст. Ці бактерії виводяться назовні разом з гноєм, який використовується для заправки нової газогенераторної установки.
Коли мікроби будуть заселені на нове місце проживання, їх «меню» можна урізноманітнити іншими відходами. Згодиться будь-яка органіка: екскременти інших тварин і птахів, рослини і тирса, відходи харчової промисловості. Все це піддається зброджування з утворенням біогазу. При цьому сировину перетворюється в найцінніше добриво.
Обов'язковою умовою життєдіяльності метаногенів і інших бактерій є відсутність доступу повітря (такі мікроорганізми називаються анаеробними).
Фактори, що впливають на виробництво біогазу
Обсяг продуцируемого дружною командою мікробів біогазу при різних умовах може змінюватися і залежить від ряду факторів.
Найбільше біогазу можна отримати з відходів харчової промисловості, що містять цукровий жом і велика кількість жирів. Найменш вигідним видом сировини є гній великої рогатої худоби.
Гній - сировина для біогазу
температура
З ростом температури продуктивність бактерій збільшується. За температурним режимом газогенератори діляться на три типи.
психрофільні
Це установки без підігріву, в яких температура підтримується в межах від 18 до 25 градусів. На даний момент майже не застосовуються.
мезофільні
- низькі енерговитрати;
- амінокислотний склад добрив є максимально корисним.
- відносно низька продуктивність по біогазу;
- відсутність обеззараживающего ефекту (в сировині містяться хвороботворні бактерії, від яких варто було б позбутися).
термофільний
Застосовується інтенсивний підігрів, температура перевищує 40 градусів.
- висока продуктивність;
- гинуть хвороботворні бактерії.
- високі енерговитрати;
- низька якість добрив.
Термофільний біореактор на гної
Для кожного виду сировини існує оптимальний температурний режим. Чому не можна просто розігріти реактор до максимально можливої температури? З двох причин:
- через зростання енерговитрат знизиться рентабельність установки;
- з ростом температури збільшується і кількість вільного аміаку.
Остання залежність призводить до гальмування газогенерации (цей газ є токсичним для бактерій).
Обмін речовин і свобода переміщення
Сировина має бути досить розрідженим, щоб мікроби і бульбашки газу могли в ньому рухатися. Для цього в установку доливають гарячу воду, доводячи вологість завантаження до 85% взимку і до 92% влітку.
Щоб в реакторі краще відбувалися обмінні процеси, його вміст потрібно час від часу (приблизно кожні 4 - 6 годин) перемішувати.
час бродіння
Якщо сировина вивантажувати раніше покладеного терміну, бактерії не встигатимуть компенсувати втрати в чисельності і продуктивність їх колоній впаде.
В середньому оптимальний час бродіння становить:
- для психрофільні режиму: 30 - 40 діб або більше;
- для мезофильного: 10 - 20 діб;
- для термофільного: 5 - 10 діб.
Кислотно-лужний баланс
Найбільша продуктивність спостерігається при значеннях рН від 6,5 до 8,5 (залежить від сировини).
Співвідношення вуглецю і азоту
Оптимальне значення знову ж таки залежить від сировини. Вуглецю має бути раз в 10 - 20 більше, ніж азоту.
Порівняння біогазу з більш традиційними видами палива
До сильних сторін даної технології відносять наступне:
- Сировина, що використовується для отримання біогазу, є невичерпним ресурсом і обходиться безкоштовно.
- Біогазова енергетика не прив'язана до певного місця - сировина для установки знайдеться в будь-якому регіоні.
- Широка сфера застосування: біогаз може виступати в ролі джерела тепла, електроенергії і моторного палива.
За вартістю будівництва (3 - 4 тис. Євро на кожен кВт потужності) біогазові установки знаходяться між атомними (5 тис. Євро на 1 кВт) і вугільними (2 тис. Євро на 1 кВт) станціями.
Установка для отримання біогазу
На практиці доведено: чим більше потужність установки, тим дешевше обходиться виробляється з її допомогою енергія. Також рентабельність залежить від виду використовуваного сировини.
Схема організації виробництва біогазу в домашніх умовах
При спорудженні газогенератора потужністю понад 10 МВт, що працює на харчових відходах, доведеться витратити близько 2 тис. Євро на кожен кВт потужності; в той же час установка з потужністю до 1 МВт, що використовує в якості сировини коров'ячий гній, обійдеться в 7 тис. євро на 1 кВт.
Конструкція типової біогазової установки
Агрегат складається з декількох технологічних вузлів.
Являє собою оббиту теплоізоляцією цільну залізобетонну ємність з декількома технологічними отворами. Реактор повинен герметично закриватися, щоб повітря не потрапляло в його внутрішній простір.
Система подачі біомаси
Для завантаження сировини установка оснащується бункером. Відходи подаються сюди вручну або за допомогою транспортера.
Також до реактору підводиться труба з гарячою водою.
Пристрій приводиться в рух електродвигуном за допомогою зубчастого редуктора.
Включення електродвигуна може здійснюватися вручну або автоматично.
Автоматизована система підігріву
Обігрів встановлюється в нижній частині реактора. Теплоносієм можуть служити вода або електрику. Включення нагрівальних елементів здійснюється термостатом, налаштованим на певну температуру.
газгольдер
Це ємність, в яку надходить утворюється в реакторі біогаз.
Як було сказано вище, біогаз являє собою суміш різних газів. Сепаратор дозволяє відокремити метан від домішок для подальшої подачі до споживача.
Найпростіша біогазова установка своїми руками для будинку
Саморобний біогазогенератор, звичайно, поступається за характеристиками дорогим установкам заводського виготовлення, але зате зажадає значно менших початкових витрат.
- залізобетонні кільця;
- сталевий бункер;
- масивна кришка зі сталі або залізобетону (відомий випадок, коли в якості кришки був застосований важкий дзвін);
- трубопроводи для подачі води і відведення готового продукту.
Обсяг реактора повинен перевищувати обсяг завантаження в 1,5 рази.
схема установки
У найпростішому виконанні газогенератор не оснащуються підігрівом і пристроєм перемішування. Роботи по будівництву установки ведуться в такій послідовності:
- Викопується котлован достатніх розмірів, дно якого бетонується.
- В котлован опускають одне за іншим кілька ж / б-кілець, формуючи з них циліндричний резервуар. Всі стики слід герметизувати бітумною мастикою.
- Бетонна ємність оклеивается теплоізоляцією і гідроізоляцією, після чого приступають до засипання котловану.
- Зверху на реактор укладається кришка з щільно закривається дверцятами. В ході бродіння сировини в реакторі створюється високий тиск, тому кришку для надійності можна закріпити тросами. Не буде зайвим встановити в ній запобіжний клапан з противагою у вигляді гирі.
- До завантажувального люка необхідно приєднати бункер.
- Залишається підключити до реактору трубопроводи. При цьому на лінії відведення готового продукту повинен бути встановлений гідрозатвор.
Біомаса готується наступним чином:
- Слід взяти 3 частини коров'ячого гною і 7 частин гнилих рослинних залишків - бадилля овочевих культур, листя, лушпиння тощо
- Отриману суміш необхідно розбавити водою, піднявши тим самим її вологість до 60% - 70%.
З метою збільшення продуктивності можна застосувати більш досконалу схему установки, що включає водяний підігрів. У ролі теплогенератора буде виступати водогрійний котел, що працює на що виробляється установкою паливі.
Біогазова установка своїми руками - креслення
При завантаженні сировину досить прогріти до 35 градусів, після чого його температура в результаті бродіння підніметься до 70 градусів.
Як показала практика, 5-тонна завантаження біомаси дозволяє протягом 6-ти місяців отримувати щодня в середньому близько 40 куб. м газоподібного палива.
Креслення і порядок складання твердопаливного котла тривалого горіння дивіться за цим посиланням.