Установка биогаз из навоза: Страница не найдена – Совет Инженера

Биогазовые установки. Производство биогаза

Биогазовые установки. Производство биогаза

 

Комплектные установки из нержавеющей стали для производства биогаза. 

Биогазовые установки – это комплексное решение утилизации отходов пищевой промышленности, агропромышленного комплекса, производство тепловой, электрической энергии, и удобрений. Производство метана в установке для производства биогаза, является – реализацией биологического процесса.

Немецкая компания разрабатывает и производит комплектные установки  для производства биогаза и продает их во всем мире. Построены, запущены и успешно работают более 300 заводов по производству биогаза в Германии, Франции, Нидерландах, Греции, Великобритании, Швеции, Испании, Люксембурге, Чехии, Литве, США, Японии и на Кипре. Предлагаемые установки – это не экспериментальное, а работающее, проверенное и надежное немецкое оборудование, сертифицированное по ISO и изготовленное в комплекте на собственном заводе.

Мы продемонстрируем Вам, каким образом Вы сможете, осмысленно и экономично использовать биоэнергию. 

Биогаз — это газ, состоящий примерно из 60% метана (СН4) и 40% углекислого газа. Синонимами для биогаза являются канализационный газ, шахтный газ и болотный газ, газ-метан. Если в качестве примера рассмотреть навоз, то, если на предприятии образуется 1 т такого «биоотхода» в день, то это означает, что из него может быть получено 50 м3 газа или 100 кВт электроэнергии, или замещено 35 л дизельного топлива . Срок окупаемости оборудования для переработки навоза находится в пределах 2-3 лет, а для некоторых других видов сырья еще ниже и достигает 1,5 года.    Кроме прямых денежных выгод, постройка биогазовой установки имеет косвенные выгоды. Она, например, обходится дешевле, чем протяжка газопровода, линии электропередач, резервных дизель генераторов и создание лагун. В таблице представлен выход газа для различных видов сырья.

ИСТОЧНИКИ  СЫРЬЯ 

Тип сырья

 Выход газа м3 на тонну сырья 

Навоз коровий

38-52

Навоз свиной

52-88

Помет птичий

47-94

Отходы бойни

250-500

Жир

1300

Барда послеспиртовая

50-100

Зерно

400-500

Силос

200-400

Трава

300-500

Свекольный жом

30-40

Глицерин технический

400-600

Дробина пивная

40-60

Важная область применения установок по производству биогаза – это крупные агропромышленные комплексы, фермы КРС, птицефабрики, рыбные заводы, хлебобулочные комбинатам, предприятия пищевой промышленности, мясокомбинаты, спиртовые заводы, пивоваренные заводы, молочные заводы, растениеводческие предприятия, сахарные заводы, крахмалопаточные заводы, предприятиям по производству дрожжей, и не только в качестве альтернатив­ного источника энергии, но и как эффективного метода утилизации навоза (помета) и производства дешевого удобрения, как для собственных нужд, так и для продажи на рынке. Биогазовая установка производит биогаз и биоудобрения из органических отходов сельского хозяйства и пищевой промышленности путем бескислородного брожения, что обеспечивает самую активную систему очистки. В качестве сырья может использоваться навоз КРС, навоз свиней, птичий помет, отходы бойни (кровь, жир, кишки, кости), отходы растений, силос, прогнившее зерно, канализационные стоки, жиры, биомусор, отходы пищевой промышленности, садовые отходы, солодовый осадок, выжимка, спиртовая барда, свекольный жом, технический глицерин (от производства биодизеля). Большинство видов сырья можно смешивать друг с другом. Переработка отходов — это в первую очередь система очистки, которая сама себя окупает и приносит прибыль. На выходе установки из отходов образуется одновременно и в больших количествах: биогаз, электричество, тепло и удобрения.

Все перечисленное выше производится по нулевой себестоимости. Ведь навоз бесплатен, а сама установка на себя потребляет всего 10-15% энергии. Для работы мощной установки достаточно одного человека два ча­са в день. Биогазовые установки полностью автоматизированы и соответс­твенно затраты на оплату труда минимальны. 

Технология и принцип работы биогазовой установки

Биогазовая установка производит биогаз и биоудобрения из биологических отходов сельского хозяйства и пищевой промышленности путем бескислородного брожения. Биогаз является продуктом жизнедеятельности полезных метанобразующих бактерий. Микроорганизмы метаболизируют углерод из органических субстратов в бескислородных условиях (анаэробно). Этот процесс, называемый гниением или бескислородным брожением, следует за цепью питания.

Состав типовой биогазовой установки:

  1. Участок хранения биотходов
  2. Система загрузки биомассы
  3. Реактор 
  4. Реактор дображивания
  5. Субстратер
  6. Система отопления
  7. Силовая установка 
  8. Система автоматики и контроля 
  9. Система газопроводов

 Биоотходы могут доставляться грузовиками или же перекачиваться на биогазовую установку насосами. Сначала коферменты высыпаются (перемалываются), гомогенизируются и перемешиваются с навозом (пометом). Гомогенизация чаще всего выполняется при температуре 70о С в течение одного часа при размере максимальной частицы 1 см. Гомогенизация с навозом производится в перемешивающем резервуаре с мощными мешалками.  

Реактор является газонепроницаемым, полностью герметичным резервуаром. Это конструкция теплоизолируется, потому что внутри резервуара должна быть фиксированная для микроорганизмов температура. Внутри реактора находится миксер, предназначенный для полного перемешивания содержимого реактора. Создаются условия для отсутствия плавающих слоев и/или осадка. 

Микроорганизмы должны быть обеспечены всеми необходимыми питательными веществами. Свежее сырьё должно подаваться в реактор небольшими порциями несколько раз в день. Среднее время гидравлического отстаивания внутри реактора (в зависимости от субстратов) 20- 40 дней. На протяжении этого времени органические вещества внутри биомассы метаболизируются (преобразовываются) микроорганизмами. На выходе установки образуется два продукта: биогаз и субстрат (компостированный и жидкий). 

Биогаз сохраняется в емкости для хранения газа газгольдере, в котором выравниваются давление и состав газа. Из газгольдера идет непрерывная подача газа в газовый двигатель генератор. Здесь уже производится тепло и электричество.  При необходимости биогаз дочищается до природного газа (95% метана) после такой очистки, полученный газ — аналог природного газа (90-95 % метана Ch5). Отличие только в его происхождении. 

Биогазовые установки работают 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, круглый год. Такой режим работы является еще одним их преимуществом. Всей системой управляет система автоматики. Для управления достаточно всего один человек два часа в день. 

Этот сотрудник ведет контроль с помощью обыкновенного компьютера, а также работает на тракторе для подачи биомассы. После 2-х недельного обучения на установке может работать человек без особых навыков, т.е. со средним или средним специальным образованием.  

ВЫГОДЫ

  • Биогаз.
  • Собственная биоэнергетическая станция.
  • Правильная утилизацию органических отходов. Отходы в доходы!
  • Биоудобрения. При использовании удобрений, полу­ченных на биогазовых установках, уро­жайность может быть повышена на 30-­50%. Обычный навоз, барду или другие отходы нельзя эффективно использовать в качестве удобрения 3-5 лет. При исполь­зовании же биогазовой установки биоот­ходы перебраживают и, переброженная масса тут же может использоваться как высокоэффективное биоудобрение. Переброженная масса — это готовые экологически чистые жидкие и твердые биоудобрения, лишенные нитри­тов, семян сорняков, патогенной микро­флоры, яиц гельминтов, специфических запахов. При использовании таких сба­лансированных биоудобрений урожай­ность значительно повышается.  
  • Электроэнергия. Установив био­газовую установку, предприятие бу­дете иметь свою, по сути, бесплатную электроэнергию, а значит, существен­ное снижение себестоимости продук­ции, что в свою очередь позволит пос­леднему получить дополнительные конкурентные преимущества. 
  • Тепло. Тепло от охлаждения генератора или от сжигания биогаза можно ис­пользовать для обогрева предпри­ятия, теплиц, технологических целей, полу­чения пара, сушки семян, сушки дров, получения кипяченой воды для содер­жания скота. Предприятие получает газ, электроэнергию, тепло, удобрения и обеспечивает замкнутый цикл производства. Проект окупается за счет уменьшения себестоимости производимой предприятием продукции, поскольку снижаются затраты на покупку газа, электроэнергии, горячей воды и удобрений.  
  • Дополнительная прибыль может быть направлена на погашение кредита и на развитие производства. Уменьшение энергетической зависимости, умень­шение выбросов парниковых газов, уменьшение загрязнения окружа­ющей среды отходами сельскохозяйс­твенного производства, отсутствие на предприятии неприятного запаха.

Строительство биогазовой установки актуально не только для вновь создаваемых ферм, но и для старых. Ведь часто старые лагуны переполнены, и их ремонт требует значи­тельных средств. Если некоторые отходы можно просто хранить в отстойниках, то на утилизацию некоторых (например, на отходы бойни) необходимо затрачивать энергию и средства. Требования к площадке. Установка может располагаться на месте отстойников, лагун или старой свалки. Средние размеры площадки под установку 40х70 м.  

Цена биогазовой установки

Каждое предприятие индивидуально, поэтому в каждом случае финансовые затраты будут рассчитываться специалистами.  

Пример проекта

Мы приводим пример средних затрат и доходов при установке биогазового оборудования.
Калькуляция затрат и доходов на примере биогазовой установки для спиртового завода. Стоимость установки 1280 тыс. евро. Все услуги и работы включены. Производительность по зерновой барде 100 т в сутки. 

Влажность сепарированной барды 70%. Средний срок окупаемости проекта 2-3 года. А при полном использовании возможностей установки окупаемость может быть 1,5-1,8 года.  Использование возможностей – это добавление коферментов, использование тепла в теплицах, продажа полностью всех производимых удобрений. 

Затраты на энергоносители – одна из основных статей издержек, которая существенно влияет на себестоимость продукции. Очистные сооружения потребляют около 50% энергии, а при постройке биогазовой установки происходит экономия этих 50%.  Предприятие получает газ, электроэнергию, тепло, удобрения и обеспечивает замкнутый цикл производства. 

Проект окупается за счет уменьшения себестоимости продукции, поскольку снижаются затраты на покупку газа, электроэнергии, горячей воды и удобрений. Дополнительная прибыль может быть направлена на погашение кредита и на развитие производства.

Затраты:

Евро.

Обслуживание реактора

32 000

Амортизационные расходы

27 800

Обслуживание электрогенератора

4 000

Электроэнергия (для случая, если производится только газ)

6 500

Оплата труда (с запасом берем 2 человека низкой квалификации)

7 000

Всего затрат за год

77 300

Доходы: 1. Продажа/использование газа (или электроэнергии как производной от газа) 2. Продажа/использование удобрений 3. Продажа квот СО2

Евро.

 

Ед. изм.

Выход в час.

Выход за год.

Стоимость евро.

Общая сумма евро

Биогаз

м3

575

5 037 000

0,08

402 960

Гумус

тонн

0,616

5 400

80

432 000

Жидкие биоудобрения

м3

3,221

28 200

4

113 000

Квоты СО2

тонн

 

22 000

8

176 000

Общая прибыль

1 123 960

Чистая прибыль

1 046 660 


Источник – Проспект компании «Биоэнергосила»

Материал подготовлен Шиловой Е.П.

Из навоза — биогаз, из биогаза


Предприниматель Серик Кажиев из Карасуского района Костанайской области в 2009 году привез в Казахстан оборудование по переработке коровьего навоза в газ метан, из которого затем образуется электроэнергия.

60 ПРОЦЕНТОВ НАВОЗА — ГАЗ

— Технология получения биогаза в Европе применяется в течение 30 лет. Там в основном используют свиной навоз. Это первая в Казахстане установка по получению биогаза, — говорит предприниматель Серик Кажиев.

Кажиев рассказывает, что на установку оборудования было потрачено полтора года. Привезти этот аппарат было инициативой его компании. Эта мысль пришла в 2008 году по время выставки в Германии.

— У нас есть около пяти тысяч крупного рогатого скота. Одна корова ежегодно оставляет до девяти тонн навоза. В год нам требуется 16 тысяч тонн навоза. Смешивая навоз с водой, закладываем его в два ферментатора в установке. Пока мы получаем только газ метан. 60 процентов навоза — это газ. Есть два импортных двигателя, которые работают за счет газа, затем при помощи двух генераторов превращаем его в электроэнергию, — говорит Серик Кажиев.

По словам Кажиева, цена установки, привезенной из Украины, — 400 миллионов тенге. Он говорит, что в стране есть и другие установки по производству биогаза, однако все они самодельные и небольшие.

Аппарат, который сейчас производит газ из навоза, работает не в полную мощность.

— Когда привезли аппарат, никто не знал, с какими проблемами придется столкнуться. Нет разрешения на самостоятельное получение энергии. Говорят, то один документ нужен, то другой, так и тянется всё, — говорит Кажиев.

Работник животноводческой фермы. Иллюстративное фото.
У аппарата, который запустили в этом году, по словам Кажиева, мощность ежегодной выработки электроэнергии составляет три миллиона 752 киловатт, чего достаточно, чтобы обеспечить электроэнергией саму компанию да еще несколько поселков. Компании предпринимателя ежегодно требуется один миллион 200 тысяч киловатт. При получении разрешения на производство электроэнергии оставшуюся часть энергии можно продавать энергетическим компаниям, делится своими планами предприниматель.

Он считает свой аппарат экологически и экономически выгодным и надеется, что в ближайшие несколько месяцев будет решен вопрос, связанный с техническими проблемами.

ГОРОДУ — ПРИРОДНЫЙ ГАЗ, ГЛУБИНКАМ — БИОГАЗ

По словам эколога Мусагали Дуамбекова, получение газа посредством установки по производству биогаза — выгодное дело, однако фермеры этим не занимаются.

— Может быть, электроэнергия для них дешевле, чем переход на такие технологии. Поэтому в стране технология использования биогаза развивается не интенсивно. Только некоторая часть фермеров поддерживает эти начинания, — говорит эколог.

Мусагали Дуамбеков считает, что сам процесс установки такого оборудования требует больших затрат. Он сравнивает газ метан, получаемый при помощи установки по производству биогаза, и природный газ:

Мусагали Дуамбеков, лидер экологического движения.
— У обычного используемого в быту газа чистота и коэффициент горения высокий. Однако его сложно довезти до хозяйств, расположенных в степи. Поэтому в больших городах будет выгоднее использовать голубое топливо, в отдаленных районах — технологию биогаза. Однако фермеры, занятые другими проблемами, не обращают на это внимания. Я не слышал, чтобы министерство сельского хозяйства выделило средства на технологию биогаза. По-моему, для развития этой сферы должны быть определенные предложения со стороны министерства.

По словам эколога, установки биогаза могут производить газ и электроэнергию, необходимые только для одного хозяйства.

Некоторые компании по продаже аппаратов биогаза привозят их из Китая, некоторые предлагают украинские аппараты.

МИНИСТЕРСТВО ТОЖЕ ЗАНЯТО НАВОЗОМ

По словам Марата Калиаскарова, заместителя генерального директора Казахского научно-исследовательского института по механизации и электрификации сельского хозяйства, разговоры об установках биогаза в Казахстане ведутся с 1990-х годов.

— Исследования в этом направлении во всем мире ведутся издавна. В Индии, Китае, Америке хорошо поставлено дело по быстрому использованию навоза, накапливающегося в большом количестве, — говорит Марат Калиаскаров.

По его словам, правительство, министерство сельского хозяйства, государственная компания «КазАгроИнновация» уделяют достаточное внимание этой сфере, ведется работа по 42 бюджетным планам.

Индийские женщины несут на голове высушенный коровий навоз. Иллюстративное фото.
— Работа была начата в прошлой трехлетке. Возле сооружений с крупным рогатым скотом, установив биореакторы в пять кубов, предназначенные для переработки навоза, мы провели ряд исследований. Теперь в планах стоит увеличение объемов этих биореакторов, — говорит Марат Калиаскаров.

Специалист говорит, что биореакторы, которые выпускаются сейчас, предназначены для исследовательских работ и поэтому их цена еще не определена, но она будет дешевле, чем на импортные установки.

По словам Марата Калиаскарова, сейчас казахстанские фермеры проявляют интерес к биореакторам, только необходимо предварительно проводить хорошую разъяснительную работу в селах.

Представитель научно-исследовательского института говорит, что не знает о проблеме костанайского предпринимателя Серика Кажиева, однако, если это необходимо, обещает оказать помощь.

По словам сотрудника пресс-службы министерства сельского хозяйства, в их ведомстве также не в курсе проблем бизнесмена Серика Кажиева из Костанайской области.

что нужно для его получения, монтаж и запуск реактора, правила безопасности, рентабельность

Постоянное повышение стоимости традиционных энергоносителей подталкивает домашних мастеров на создание самодельного оборудования, позволяющего получать из отходов биогаз своими руками. При таком подходе к ведению хозяйства удается не только получить дешевую энергию для отопления дома и других нужд, но и наладить процесс утилизации органических отходов и получения бесплатных удобрений для последующего внесения в почву.

Излишки произведенного биогаза, как и удобрений, можно реализовать по рыночной стоимости заинтересованным потребителям, превратив в деньги то, что буквально «валяется под ногами». Крупные фермеры могут позволить себе купить готовые станции по выработке биогаза, собранные в заводских условиях. Стоимость такого оборудования довольно высока. Однако и отдача от его эксплуатации соответствует сделанным вложениям. Менее мощные установки, работающие по тому же принципу, можно собрать своими силами из доступных материалов и деталей.

Что такое биогаз и как он образуется

В результате переработки биомассы получается биогаз

Биогаз относят к экологически чистым видам топлива. По своим характеристикам биогах во многом сходится с природным газом, добываемым в промышленных масштабах. Представить технологию получения биогаза можно следующим образом:

  • в специальной емкости, называемой биореактором, происходит процесс переработки биомассы с участием анаэробных бактерий в условиях безвоздушного брожения в течение определенного периода, длительность которого зависит от объема загруженного сырья;
  • в результате происходит выделение смеси газов, состоящей на 60 % из метана, на 35 % — из углекислого газа, на 5 % — из других газообразных веществ, среди которых есть и сероводород в небольшом количестве;
  • получаемый газ постоянно отводится из биореактора и после очистки отправляется на использование по назначению;
  • переработанные отходы, ставшие высококачественными удобрениями, периодически удаляются из биореактора и вывозятся на поля.

Наглядная схема процесса выработки биотоплива

Чтобы производство биогаза наладить в домашних условиях в непрерывном режиме, надо владеть или иметь доступ к сельскохозяйственным и животноводческим предприятиям. Экономически выгодно заниматься получением биогаза только в том случае, если есть источник бесплатной поставки навоза и иных органических отходов животноводства.

Отопление газом по прежнему остаётся самым надёжным способом обогрева. Подробнее узнать об автономной газификации можно в следующем материале: https://aqua-rmnt.com/gazosnabzhenie/avtonomnoe-gazosnabzhenie-chastnogo-doma.html

Типы биореакторов

Установки для производства биогаза различаются по типу загрузки сырья, сбору полученного газа, размещению реактора относительно поверхности земли, материала изготовления. Бетон, кирпич и сталь являются наиболее подходящими материалами для строительства биореакторов.

По типу загрузки различают биоустановки, в которые загружается заданная порция сырья и проходит цикл переработки, а затем полностью выгружается. Выработка газа в этих установках нестабильна, зато в них можно загружать любые виды сырья. Как правило они имеют вертикальное расположение и занимают мало места.

В систему второго типа ежедневно подгружается порция органических отходов и выгружается равная ей по объему порция готовых ферментированных удобрений. В реакторе всегда остается рабочая смесь. Установка так называемой непрерывной загрузки стабильно вырабатывает больше биогаза и пользуется большой популярностью у фермеров. В основном эти реакторы расположены горизонтально и удобны при наличии свободного места на участке.

Выбранный тип сбора биогаза определяет конструктивные особенности реактора.

  • баллонные системы состоят из резинового или пластикового термостойкого баллона, в котором совмещены реактор и газгольдер. Преимущества этого вида реакторов – простота конструкции, загрузки и выгрузки сырья, легкость очистки и транспортировки, малая стоимость. К минусам можно отнести небольшой срок службы, 2-5 лет, возможность повреждения в результате внешних воздействий. К баллонным реакторам относятся и установки канального типа, которые широко используются в Европе для переработки жидких отходов и сточных вод. Такой резиновый верх эффективен при высокой температуре окружающей среды и отсутствии риска повреждений баллона. У конструкции с фиксированным куполом полностью закрытый реактор и компенсирующая емкость для выгрузки шлама. Газ скапливается в куполе, при загрузке очередной порции сырья переработанная масса выталкивается в компенсационную емкость.
  • Биосистемы с плавающим куполом состоят из монолитного биореактора, расположенного под землей и подвижного газгольдера, который плавает в специальном водяном кармане или прямо в сырье и поднимается под действием давления газа. Преимуществом плавающего купола является легкость эксплуатации и возможность определения давления газа по высоте поднятия купола. Это отличное решение для крупной фермы.
  • При выборе подземного или расположения установки над поверхностью, нужно учитывать уклон рельефа, что облегчает загрузку и выгрузку сырья, усиленную теплоизоляцию подземных конструкций, которая защищает биомассу от суточных колебаний температуры и делает процесс брожения более стабильным.

Конструкция может оснащаться дополнительными устройствами для подогрева и перемешивания сырья.

Рентабельно ли делать реактор и пользоваться биогазом

Строительство биогазовой установки преследует следующие цели:

  • производство дешевой энергии;
  • выработка легкоусваиваемых удобрений;
  • экономия на подключении к дорогостоящей канализации;
  • переработка отходов хозяйства;
  • возможная прибыль от продажи газа;
  • снижение интенсивности неприятного запаха и улучшение экологической обстановки на территории.

График рентабельности выработки и использования биогаза

Для оценки выгоды строительства биореактора рачительному хозяину следует учесть следующие аспекты:

  • затраты на биоустановку относятся к долгосрочным капиталовложениям;
  • самодельное биогазовое оборудование и установка реактора без привлечения сторонних специалистов обойдется гораздо дешевле, но и его эффективность ниже, чем у дорогого заводского;
  • для поддержания стабильного давления газа, у фермера должен быть доступ к отходам животноводческого производства в достаточном количестве и на длительный срок. В случае высоких цен на электроэнергию и природный газ или отсутствие возможности газификации, использование установки становится не только выгодным, но и необходимым;
  • для крупных хозяйств с собственной сырьевой базой, выгодным решением будет включение биореактора в систему теплиц и ферм КРС;
  • для небольших ферм повысить эффективность можно путем монтажа нескольких небольших реакторов и загружать сырье в разные промежутки времени. Это позволит избежать перебоев с газом при недостатке исходного сырья.

Узнать о том, как обустроить отопление в частном доме без газа, можно здесь: https://aqua-rmnt.com/otoplenie/alt_otoplenie/otoplenie-chastnogo-doma-bez-gaza.html

Как построить биореактор своими силами

Решение о строительстве принято, теперь нужно спроектировать установку и рассчитать необходимые материалы, инструменты и оборудование.

Важно! Стойкость к агрессивным кислым и щелочным средам – основное требование к материалу биореактора.

Если в наличии есть металлическая цистерна – ее можно использовать при условии защитного покрытия от коррозии. При выборе емкости из металла обратите внимание на наличие сварных швов и их прочность.

Прочный и удобный вариант – емкость из полимера. Этот материал не гниет и не ржавеет. Прекрасно выдержит нагрузку бочка с толстыми жесткими стенками или армированная.

Самый дешевый способ – выкладка емкости из кирпича или камня, бетонных блоков. Для увеличения прочности стены армируют и покрывают внутри и снаружи многослойным гидроизоляционным и газонепроницаемым покрытием. Штукатурка должна содержать присадки, обеспечивающие заданные свойства. Наилучшая форма, которая позволит выдержать все нагрузки давления – овальная или цилиндрическая.

В основании этой емкости предусматривают наличие отверстия, через которое будет удаляться отработанное сырье. Данное отверстие должно плотно закрываться, ведь система эффективно работает лишь в герметичных условиях.

Расчёт необходимых инструментов и материалов

Для выкладки кирпичной емкости и устройства всей системы понадобятся следующие инструменты и материалы:

  • ёмкость для замешивания цементного раствора или бетономешалка;
  • дрель с насадкой миксер;
  • щебень и песок для устройства дренажной подушки;
  • лопата, рулетка, мастерок, шпатель;
  • кирпич, цемент, вода, мелкофракционный песок, арматура, пластификатор и другие необходимые присадки;
  • сварочный аппарат и крепеж для монтажа металлических труб и комплектующих;
  • водяной фильтр и ёмкость с металлической стружкой для очистки газа;
  • баллоны от шин или стандартные пропановые баллоны для хранения газа.

Размер бетонного резервуара определяется из количества органических отходов, появляющихся ежесуточно в частном подворье или фермерском хозяйстве. Полноценная работа биореактора возможно в случае его заполнения на две трети от имеющегося объема.

Определим объем реактора для небольшого частного хозяйства: если в наличии есть 5 коров, 10 свиней и 40 кур, то за сутки их жизнедеятельности образуется помета 5 х 55 кг + 10 х 4,5 кг + 40 х 0,17 кг = 275 кг + 45 кг + 6,8 кг = 326,8 кг. Чтобы довести куриный помет до необходимой влажности 85% необходимо долить 5 литров воды. Общая масса = 331,8 кг.  Для переработки за 20 дней необходимо: 331,8 кг х 20 = 6636 кг — около 7 кубов только под субстрат. Это две трети нужного объема. Чтобы получить результат, нужно 7х1,5= 10,5 куб. Полученная величина и есть необходимый объём биореактора.

Помните, что добыть большое количество биогаза в маленьких емкостях не получится. Выход напрямую зависит от массы перерабатываемых в реакторе органических отходов. Так, чтобы получить 100 кубических метров биогаза, надо переработать тонну органических отходов.

Подготовка места для устройства биореактора

Для получения бесплатного биотоплива на участке необходимо выбрать место для строительства армированной бетонной емкости, которая будет служить биореактором.

Оптимальное расположение выбирают вдали от жилых помещений, мест размещения животных. Склад хранения сырья может быть недалеко. Следует учесть уровень грунтовых вод и удобство загрузки и выгрузки биомасс. Желательно место для подвоза сырья.

Экономичным размещением емкости реактора является строительство его ниже уровня земли. Уклон рельефа также очень удобен. Это удешевит теплоизоляцию и облегчит загрузку органического субстрата.

Надежность конструкции и долговечность работы реактора напрямую зависит от подготовки дна и стенок ямы для емкости. Укрепление стен и их герметизацию производят с помощью пластика, бетона, используют полимерные кольца. Важно и тщательное утепление. В качестве дешевого утеплителя используют солому, глину, сухой навоз и шлак, подручные материалы.

Сборка и монтаж установки

Для экономии бюджета оптимально смонтировать простую и надёжную конструкцию без наворотов, а потом, в процессе эксплуатации и при появлении финансовых возможностей, добавлять дополнительные элементы для подогрева, автоматизации, управления.

Наглядная схема устройства биореактора

Пошаговая инструкция по сборке и установке биореактора поможет смонтировать установку своими силами.

  1. Выкопать котлован, на дно насыпать выравнивающий слой песка, проложить весь котлован ПВХ пленкой, затем насыпать теплоизоляционный слой керамзита, соломы, выровнять в горизонт. Смонтировать трубы для загрузки и выгрузки субстрата. Диаметр труб для сырья должен иметь диаметр не менее 300 мм, иначе они забьются.
  2. Выложить кирпичную емкость или установить готовую. Утеплить боковые стенки реактора, обмазав глиной и соломой в несколько слоёв или применив современные утеплители, например, пенополистирол, вспененный пенополиуретан.
  3. Сделать систему газового дренажа, состоящую из вертикальных труб с многочисленными отверстиями по корпусу. Такая система заменит мешалки.
  4. Накрыть внешний слой загруженного биосырья специальной пленкой для создания небольшого избыточного давления и скапливания биогаза под куполом. Установить купол, который должен быть герметичным и газоотводящую трубу наверху, фильтры для очистки герметичный люк, гидрозатвор. Газ накапливается и хранится в специальных мешках-газгольдерах.

Запуск биореактора

  1. Для эффективной работы биореактора необходима его загрузка сырьем на 2/3 объема, необходимая для работы бактерий температура, поэтому бункер для подачи биомассы следует расположить на солнечной стороне, чтобы он прогревался.
  2. Загрузку нового и вывод отработанного органического субстрата дешевле и легче проводить по принципу перелива, т.е. подъем уровня органики внутри реактора при вводе новой порции выведет через трубу выгрузки субстрат в объеме, равном объему вводимого материала.
  3. Загрузить партию бактерий. При необходимости подогреть.

Правильный отвод газа из биореактора

Получаемый в процессе брожения органики газ отводят через специальное отверстие, предусмотренное в конструкции верхней части крышки, которой плотно закрывают резервуар. Чтобы исключить вероятность смешивания биогаза с воздухом, надо обеспечить его отвод через водяной затвор (гидрозатвор).

Контролировать давление газовой смеси внутри биореактора можно с помощью крышки, которая должна при избытке газа приподниматься, то есть играть роль спускового клапана. В качестве противовеса можно использовать обычную гирю. Если давление в норме, то выработанный газ будет поступать по отводящей трубе в газгольдер, по пути подвергаясь очистке в воде.

Получаемый газ отводят через специальное отверстие, расположенное в конструкции крышки

Правила эксплуатации и безопасности

Постоянная подгрузка очередных партий и выгрузка готовых удобрений, контроль условий брожения, обеспечат правильную работу биогазовой установки.

Специализированные фирмы продают партии ферментирующих органику бактерий для выработки биогаза.

Существуют мезофильные, термофильные и психрофильные бактерии. Полная ферментация органики с участием термофильных бактерий произойдет за 12 дней. Мезофильные бактерии работают медленнее, они переработают сырье за 20 дней.

Биомассу в реакторе нужно перемешивать как минимум два раза в день, иначе на поверхности образуется корка, препятствующая свободному выходу биогаза. В холодное время года реактор следует подогревать, поддерживая оптимальную температуру для наибольшей выработки продукта.

Изготовить камин для квартиры на экологически чистом топливе не составляет труда при наличии должного желания и соответствующих инструкций. Подробности: https://aqua-rmnt.com/otoplenie/biokamin-svoimi-rukami.html

Органическая смесь, загружаемая в реактор не должна содержать антисептиков, моющих средств, химических веществ, вредных для жизнедеятельности бактерий и замедляющих выработку биогаза.

Важно! Биогаз является воспламеняющимся и взрывоопасным.

Для правильной работы биореактора необходимо соблюдать те же правила, что и для любых газовых установок. Если оборудование герметично, биогаз своевременно отводится в газгольдер, то проблем не возникнет.

Если же давление газа превысит норму или будет травить при нарушении герметичности, возникает риск взрыва, поэтому рекомендуется установить датчики температуры и давления в реакторе. Вдыхание биогаза также опасно для здоровья человека.

Как обеспечить активность биомассы

Ускорить процесс брожения биомассы можно с помощью ее подогрева. Как правило, в южных регионах такой проблемы не возникает. Температуры окружающего воздуха хватает для естественной активации процессов брожения. В регионах с суровыми климатическими условиями в зимнее время без подогрева вообще невозможна эксплуатация установки по производству биогаза. Ведь процесс брожения запускается при температуре, превышающей отметку в 38 градусов по Цельсию.

Организовать подогрев резервуара с биомассой можно несколькими способами:

  • подключить к системе отопления змеевик, расположенный под реактором;
  • установить в основании емкости электрические нагревательные элементы;
  • обеспечить прямой нагрев резервуара путем использования электрических отопительных приборов.

Бактерии, влияющие на выработку метана, находятся в спящем состоянии в самом сырье. Их активность повышается при определенном уровне температуры. Обеспечить нормальное течение процесса позволит установка автоматизированной системы подогрева.  Автоматика включит обогревательное оборудование при поступлении в биореактор очередной холодной партии, а затем выключит, когда биомасса прогреется до заданного уровня температуры.

Подобные системы контроля температуры устанавливаются в водогрейных котлах, поэтому их можно приобрести в магазинах, специализирующихся на продаже газового оборудования.

На схеме показан весь цикл, начиная от загрузки твердого и жидкого сырья, и заканчивая отводом биогаза к потребителям

Важно заметить, что активизировать выработку биогаза в домашних условиях можно с помощью перемешивания биомассы в реакторе. Для этого изготавливают устройство, конструктивно похожее на бытовой миксер. Привести устройство в движение может вал, который выводят через отверстие, расположенное в крышке или стенках резервуара.

Какие специальные разрешения требуются на установку и использование биогаза

Чтобы построить и эксплуатировать биореактор, а также использовать полученный газ, нужно еще на стадии проектирования озаботиться получением необходимых разрешений. Согласование нужно пройти с газовой службой, пожарниками и Ростехнадзором. В целом правила установки и эксплуатации аналогичны правилам пользования обычным газовым оборудованием. Строительство должно производиться строго по СНИПам, все трубопроводы должны быть желтого цвета и иметь соответствующую маркировку. Готовые системы, изготовленные на заводе, стоят в разы дороже, но имеют все сопроводительные документы, соответствуют всем техническим требованиям. Производители дают на оборудование гарантию и производят обслуживание и ремонт своей продукции.

Самодельная установка для получения биогаза может позволить экономить на оплате энергоносителей, занимающих большую долю в определении себестоимости сельскохозяйственной продукции. Снижение расходов на выпуск продукции скажется на увеличении рентабельности фермерского хозяйства или частного подворья. Теперь, когда вы знаете, как получить из имеющихся отходов биогаз, остается лишь реализовать идею на практике. Многие фермеры уже давно научились из навоза делать деньги.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Биогаз из навоза: технология производства, переработка

Многие фермерские хозяйства сталкиваются с проблемой утилизации навоза, требующей немалых затрат. Чтобы обернуть это в свою пользу, нужно использовать навоз для получения биогаза. Современные технологии позволят получить и использовать в качестве топлива биогаз из навоза.

Как из органики образуется биогаз

Биогаз не имеет цвета и запаха, это летучее вещество на 70 % состоит из метана. Если сравнивать его с природным газом, то качественные показатели биогаза очень близки.

Одним из главных преимуществ является хорошая теплотворная способность. Выделение тепла 1 куб. м биогаза равно количеству выделяемого тепла при сгорании 1,5 кг угля.

Благодаря анаэробным бактериям, которые способствуют разложению органического сырья, и получается биогаз. Этим сырьем могут быть отходы крупного рогатого скота, свиней, птиц, растений.

Самое высокое содержание метана в курином помете в сочетании с травой и листьями. На втором месте свиной навоз с органическими добавками, тройку замыкает куриный помет и бумажная масса.

Чтобы активировать процесс, создаются благоприятные условия для жизнедеятельности бактерий. Такие условия должны быть приближены к естественным, как в желудке животного, где нет кислорода и тепло.

Создав такие условия, можно превратить навозную массу в ценное удобрение и экологическое топливо.

Получить биогаз можно с помощью герметичного редактора, куда не будет поступать воздух. В таких условиях навозная масса будет бродить и разлагаться на метан, углекислый газ и другие газообразные вещества.

Биогаз из навоза можно получить с помощью герметичного редактора

Образовавшийся в результате газ поднимается к верху установки, после чего его выкачивают. Внизу остается органическое удобрение высокого качества со всеми ценными веществами, но без патогенных микроорганизмов.

Немаловажный фактор при получении биогаза – соблюдение определенного температурного режима. Активация бактерий, которые принимают участие в процессе, происходит при температуре не ниже +30° С.

В навозе имеются мезофильные и термофильные бактерии. Для жизнедеятельности мезофильных бактерий требуется температура от +30° до +40° С. Чтобы поддерживать размножение термофильных бактерий, температура должна быть от +50° до +60° С.

Состав смеси и тип установки являются главными определяющими времени переработки сырья. При использовании установки первого типа, процесс длится от 12 до 30 суток.

В данном случае вырабатывается 2 л биотоплива на 1 л полезной площади реактора. Второй тип установки более дорогостоящий, но при его использовании выработка конечного продукта происходит в течение 72 часов и превышает по количеству в 2 раза.

Хотя термофильные установки намного эффективнее, но для поддержания высокой температуры в реакторе потребуются большие расходы. Из-за этого, большая часть фермеров предпочитают мезофильную установку.

Плюсы и сфера применения биогаза

Биогаз из навоза является перспективным источником возобновляемой энергии. Просматривается экологическая, экономическая и энергетическая выгода.

В Российской Федерации биогазовые установки пока не нашли массового применения, в то время как европейские страны с каждым годом все больше развивают эту отрасль.

Выделяют главные преимущества:

  • эффективная и экологическая сырьевая переработка;
  • предотвращение эрозии почвы;
  • получение на выходе полезных веществ, которые пригодятся в сельском хозяйстве;
  • доступность сырья в сельской местности;
  • беспрерывное пополнение сырьевой базы;
  • получение дополнительного источника энергии.

На фермерских угодьях всегда остро стоит вопрос об утилизации отходов. Больше всего этот вопрос волнует у тех, кто имеет большое хозяйство.

Ни одна установка по утилизации мусора не может превзойти биогазовую. Такая установка не просто утилизирует мусор, но и использует его для получения чистого и высокоэффективного удобрения, производит биологическое топливо и энергию.

Наибольшей популярностью биогазовые установки пользуются среди жителей сельской местности. Также их можно использовать и в городе.

Работа устройства для получения биогаза

Основной принцип работы установки по производству биогаза – брожение. В результате полученный биогаз, используется, как и природный. К примеру, с его помощью можно обогреть помещение или выработать электроэнергию.

Таким газом можно заправить автомобиль, естественно, сначала его потребуется сжать.

Сам процесс выработки биогаза в биогазовой установке происходит в несколько этапов. На первом этапе загружается сырье. Для обеспечения максимальной эффективности, придерживаются определенной влажности сырья. Наилучший вариант – использование функции добавления воды.

После загрузки сырья в емкость, из расчета 1 к 8 к сырьевой базе добавляют воду и включают насос, с помощью которого все тщательно перемешивается и становится однородным.

Процесс выработки биогаза из навоза

Далее сырьевая масса, попадает в биореактор, при этом, продолжая перемешиваться. Перемешивание автоматически отключится после полной выгрузки сырья из емкости.

Однородная, смешанная с водой биомасса, попадает в биореактор через открывающийся технологический люк. Такой же герметичный люк имеется и в верхней части биореактора. На нем расположены приборы, отслеживающие уровень биомассы, измеряющие давление биогаза и осуществляющие его отбор.

Чтобы не случился разрыв емкости, специальный компресс автоматически может включаться или выключаться при повышении давления. Также компрессор способствует откачке газа из биореактора в газгольдер.

Биореактор также оснащен нагревательным элементом, который поддерживает нужную для брожения температуру.

Затем биомасса попадает во вторую часть биореактора, где проходит химическая реакция. Все процессы происходят с постоянным перемешиванием биомассы, что исключает возможность образования плавающей корки, которая препятствует выходу биогаза. После того как биомасса окончательно перебродила, она попадает в выгрузочный сектор, где отделяется жидкое удобрение и остатки газа.

Как достичь максимальной эффективности биогенератора

Чтобы добиться максимальной эффективности работы биогенератора, брожение органической смеси должно быть равномерным. Субстрат должен постоянно двигаться, так удастся получить максимум газа.

Благодаря мешалкам погружного или наклонного вида, которые оборудованы электроприводом, обеспечивается постоянное перемешивание биомассы. Эти мешалки расположены вверху или сбоку типового реактора.

В кустарных установках используется механическое устройство перемешивания по типу бытового миксера. Он может быть ручным или работать от электропривода.

Самое главное условие для эффективной добычи биогаза – соблюдение температурного режима. Обогрев может осуществляться:

  • с помощью автоматизированных систем подогрева. Они используются в стационарных установках. Если температура в реакторе падает ниже заданной, система автоматически включается. При достижении нужной температуры система самостоятельно отключается;
  • с помощью газовых котлов – осуществляется прямой нагрев с использованием электроотопительных приборов или встроенных нагревательных элементов.

Слой стекловаты может стать отличным каркасом для реактора. Для теплоизоляции также подойдут пенополистирол. Эти материалы помогут уменьшить потери тепла.

Биогазовая установка

Перед тем, как начать делать биогазовую установку, следует провести расчеты. Когда скота не много, то лучше отдать предпочтение самой простой установке. Ее не так уж сложно сделать собственными руками.

Для крупного сельскохозяйственного объекта подойдет промышленная автоматизированная биогазовая установка. Чтобы ее сделать, нужно привлечь специалистов для разработки проекта и монтажа установки.

На сегодняшний день существует много компаний, предлагающих готовый вариант биогазовой установки, или разработку индивидуального проекта. Некоторые в целях экономии объединяются, покупая одну установку на несколько хозяйств.

Перед постройкой даже небольшой биогазовой установки потребуется собрать документацию:

  • технологическая схема;
  • пройти пожарную и газовую инспекцию;
  • разрешение от санэпидемстанции;
  • план размещения оборудования и вентиляции.

При желании и возможностях, можно соорудить оборудование для производства биогаза самостоятельно. В качестве основы подойдет устройство, выпущенное промышленностью.

Строительство сооружения для добычи биогаза под землей

В домашних условиях можно соорудить простейшую установку для добычи биогаза, минимизируя при этом затраты. Самый подходящий вариант – подземная установка.

Строительство сооружения для добычи биогаза из навоза под землей

Для начала нужно вырыть яму, чтобы залить ее основание и стены применяют армированный керамзитобетон. Затем необходимо вывести входной и выходной проход с противоположных сторон камеры. Чтобы производить подачу биомассы и откачку отработанной массы, в проходы вставляются наклонные трубы.

Выходную наклонную трубу располагают практически у дна бункера. Для откачки отходов производится монтаж конца этой трубы в компенсирующую емкость. Эта емкость должна быть прямоугольной формы, а диаметр самой трубы 70 мм.

Труба диаметром 25-35 см, с помощью которой осуществляется подача субстрата, монтируется в 50 см от дна. Ее верхняя часть входит в отсек, где осуществляется прием сырья.

Не стоит забывать и о герметичности реактора. Во избежание попадания воздуха, производится битумная гидроизоляция.

Для изготовления верхней части бункера (газгольдера) используют металлические листы или кровельное железо. Обычно, газгольдер купольной или конусной формы.

В завершении, не будет лишним осуществить кирпичную кладку установки. Далее производится обивка стальной сеткой и штукатурка.

Верхушку газгольдера можно оборудовать герметичным люком. Затем вывести газоотводную трубу, которая проходит через гидрозатвор. Далее производится установка клапана, с помощью которого осуществляется сброс давления.

Дренажная система (принцип барботажа) устанавливается для перемешивания биомассы. Для ее оборудования потребуется закрепить пластиковые трубы в вертикальном положении. Верхний край этих труб должен находиться выше слоя субстрата. Затем в трубах нужно сделать много дырок.

Из-за давления газ будет опускаться и подниматься. Благодаря подъему газа вверх, пузырьками газа будет осуществляться перемешивание биомассы.

При нежелании самостоятельно делать бетонную конструкцию, можно приобрести готовую из поливинилхлорида. Далее необходимо позаботиться об обеспечении теплоизоляции установки. Самый подходящий для этих целей материал – пенополистирол.

Днище ямы (10 см) заливается армированным бетоном. При объеме реактора менее чем 3*3 м, допускается использование ПВХ резервуаров.

При желании, можно сделать и эффективно использовать устройство для производства биогаза из навоза. В сети можно найти подробные инструкции изготовления таких устройств. Также немалой популярностью пользуются видеоролики на видеохостингах.

Там наглядно показаны этапы производства биогаза из навоза.

Хотя на государственном уровне добыча газа из органического сырья пока не нашла широкого использования, все же, среди простых фермеров с каждым годом появляется все больше поклонников устройств для получения биогаза.

Возможно уже спустя несколько лет, производство биогаза выйдет на новый уровень и заинтересует большую аудиторию граждан. Благодаря переработке навоза в биогаз можно не только получать полезные удобрения и заправить автомобиль, но и построить выгодный бизнес, без вреда для экологии.

Нефтяные ресурсы не бесконечны, а значит, в будущем люди, так или иначе, обратят свое внимание на добычу биогаза и придут к тому, чтобы сделать такое производство массовым.

технология получения газа и преимущества использования

На чтение 7 мин Просмотров 209 Опубликовано Обновлено

С необходимостью решать вопросы по утилизации продуктов жизнедеятельности животных приходится сталкиваться каждому фермеру, независимо от его статуса. Чтобы погрузить, вывезти и захоронить отходы требуются немалые вложения. Существует эффективное и относительное решение, позволяющее превратить экскременты в деньги. Переработка навоза в биогаз — это технология, которой уже давно пользуются в развитых странах.

Общие сведения о биогазе

Из навоза можно получать газ, так как на 70% летучие выделения состоят из метана

Навоз содержит в себе множество питательных веществ и минералов. В малом количестве его можно реализовать в небольшом хозяйстве, где есть грядки и огороды. Для средних и крупных фермеров утилизация отходов является настоящей головной болью. Скапливающиеся кучи издают нестерпимый запах, являются источниками инфекции, их содержимое постепенно теряет свои полезные свойства.

Биогаз из навоза имеет практически одинаковый состав с природным газом, который используется в коммунальных системах. Образование горючих летучих соединений происходит благодаря деятельности анаэробных бактерий, для которых органическое сырье является источником пищи. Выделяемое ими вещество на 70% состоит из метана и на 30% из углекислого газа. Первый компонент легче воздуха, второй тяжелее, что способствует их естественному разделению без использования механики и электроники. Остается собрать газ из навоза и направить его к потребителям.

На этом преимущества добычи биотоплива в домашних условиях не заканчиваются. В бункере остается высококачественное удобрение, насыщенное фосфором и азотом, утратившее большую часть патогенных микроорганизмов, погибших в условиях отсутствия кислорода. Полученный газ по своим свойствам практически не уступает природным аналогам. По степени теплоотдачи 1 м³ сопоставим с 1,5 кг каменного угля.

Условия для образования газа из навоза

В реакторе нужно поддерживать температуру от 30 до 50 градусов для жизнедеятельности бактерий

Горючее вещество является продуктом жизнедеятельности миллиардов бактерий перерабатывающих органические остатки, которые производят домашние животные и птицы. Чтобы этот процесс происходил интенсивно и непрерывно, должны быть созданы соответствующие условия. Метан природного происхождения образовался в недрах земли, на территории с теплым климатом.

Чтобы получить газ из навоза необходимо следующее:

  • Герметичный резервуар. Находящийся в воздухе кислород угнетающе действует на анаэробных бактерий. От этого их активность снижается, выработка горючих соединений уменьшается до минимума. Кроме этого, наличие кислорода способствует развитию болезнетворных организмов, вредных и опасных для здоровья человека. Не следует забывать и о специфических ароматах, которые издают фекалии.
  • Температурный режим. Участвующие в процессе разложения навоза бактерии активизируются и отлично себя чувствуют при температуре + 30-50 ºС. Чтобы этого достичь, потребуется создать надежную и эффективную теплоизоляцию для емкости с навозом.
  • Оборудование для сбора, хранения и транспортировки добытого сырья в дом. Установку нужного типа можно купить или сделать ее самостоятельно из подручных материалов. Второй способ дешевле, но требует больше времени и сил.

При правильном подходе к делу несложно получать до 4 л биотоплива на 1 л полезного объема емкости.

Технология получения биогаза из навоза

Полученный газ необходимо осушить, чтобы он мог гореть

Добыча газа из отходов и последующее его использование в качестве топлива позволяет сэкономить на коммунальных услугах и снизить нагрузку на окружающую среду. При большом объеме получаемого сырья его можно использовать для нагрева воды и выработки электроэнергии.

В качестве сырья для производства метана в домашних условиях применяются экскременты птиц, пушных животных, мелкого, среднего и крупного домашнего скота. Допускается включать в смесь ботву, опилки, траву, листву, животные жиры и субпродукты, оставшиеся после забоя.

Получение топлива происходит следующим образом:

  1. Создание конструкции, которая по своему устройству напоминают место, где обитают анаэробные бактерии — желудок. Там тепло, темно и нет кислорода.
  2. Приготовление смеси для брожения. Она на 90% должна состоять из воды без хлора. Раствор заливается и практически сразу начинается процесс брожения. При грамотно созданных условиях он длится около 12 дней.
  3. Отработанный материал откачивается, вместо него заливается новый. Подсаживать свежих бактерий не нужно, так как они уже есть в помете.
  4. Осушение биогаза. В нем содержится большое количество влаги, если продукт не переработать, гореть он не будет.
  5. Сбор полученного топлива. Для этого используются цистерны, бочки, пластиковые резервуары или полимерные мешки.

Газодобывающие установки могут быть индивидуальными, для одного дома, или общими, снабжающими топливом несколько фермерских хозяйств, специализирующихся на животноводстве.

Схема базовой установки

Летом установка не требует затрат. Зимой необходим подогрев навозной жижи

Чтобы добыть биометан из навоза, нужно создать эффективную установку, в которой будет интенсивно и непрерывно происходить процесс брожения, вызванный деятельностью анаэробных бактерий. Чтобы перерабатывать сырье на протяжении года, вне зависимости от температуры воздуха, следует продумать систему подогрева.

Стандартная базовая установка состоит из таких частей:

  • Биореактор. Представляет собой цистерну, емкостью 5-50 м³. Изделие имеет ревизионный люк, отверстия для подачи сырья, вывода удобрений и оттока продуктов брожения. Также в танке устанавливается устройство для перемешивания биомассы принудительного или естественного действия. Бак отделывается теплоизоляционным материалом для защиты от холода.
  • Загрузочный контейнер. В него сваливается навоз и прочее сырье. После смешивания с водой субстанция насосом закачивается в реактор.
  • Емкость для сбора удобрений. В него поступает отработанный материал, богатый минералами и питательными веществами.
  • Система обогрева. Для поддержания нужной температуры под баком устанавливается отдельный обогреватель или по его периметру пускаются трубы от котла, работающего на биогазе.
  • Трубопровод. В нем ставится фильтр, клапан, осушитель и компрессор. Эти конструкции забирают часть выделяемых из навоза веществ, но качество газа значительно повышается.
  • Газгольдер. Находится на самой высокой точке конструкции. Предназначен для сбора и хранения готового продукта. Емкость хранилища соответствует расчетному объему производимого газа. Если бак металлический, газ содержится в нем под давлением до 12 атмосфер.

Некоторые модели установок оснащаются щитом управления. Это несколько увеличивает стоимость изделия, но полностью автоматизирует процесс получения биогаза. Контроллер поддерживает нужную температуру, производит перемешивание сырья, отводит газ, загружает навоз и откачивает отработанный материал.

Получение газа из навоза в домашних условиях

Кроме газа из биореактора получают качественное органическое удобрение

Для строительства установки для получения газа из навоза нет необходимости согласовывать свои планы с какими-либо инстанциями. Это сооружение замкнутого типа и не создает угрозы загрязнения почвы, атмосферы и грунтовых вод.

Возведение биореактора проводится в такой последовательности:

  1. Определение места расположения и размера установки. Составление схемы.
  2. Изготовление или покупка готового бака. Как вариант для маленького участка — строительство подземного резервуара из армированного бетона.
  3. Сверление отверстий для труб, установка уплотнителей.
  4. Установка бака для навоза и приема удобрения.
  5. Прокладка коммуникаций (подающая и выводная труба, отопительный контур).
  6. Монтаж баллона для сбора биогаза. Обустройство соединительного канала компрессором, фильтром и гидрозатвором.
  7. Подвод воды и электричества.
  8. Утепление и отделка сооружения, уборка территории.

Массу нужно постоянно перемешивать, чтобы она была однородной. Делать это можно вручную или с помощью электродвигателя. Используется миксер, закрепленный на верхней стенке реактора.

Добыча и использование биогаза дает фермерам множество преимуществ. Технология позволяет получать большой объем бесплатного топлива для отопления всех строений и высококачественные органические удобрения. При правильной организации процесс получения газа из помета можно вывести в отдельное прибыльное производство. Не стоит забывать и об экологии. Сжигание газа гораздо безопаснее, чем угля, мазута и дров.

готовое оборудование и самодельная установка

Фермерским хозяйствам нелегко утилизировать навоз. Образуется его с излишком, много средств приходится тратить на вывоз и утилизацию. В небольших частных хозяйствах навоз активно используют в качестве бесплатного и эффективного удобрения. Оказывается, есть и иной способ полезного использования данного сырья, позволяющий получить природный газ.

Многие хозяйства уже сегодня занимаются производством биогаза из навоза, используя экологичную технологию, позволяющую получать ценный продукт. Биометан из навоза ценен хорошим качеством, потому применяется во многих странах.

Что такое биогаз

Биогаз из навоза – это экологически чистое топливо. По характеристикам он близок к природному газу, который извлекается из недр земли промышленным путем.

Биогаз может составить альтернативу обычному топливу, ведь изготавливается он из отходов жизнедеятельности животных и птиц, которых в избытке можно найти в любом сельском хозяйстве. При правильной обработке сырья можно получить бесцветный биогаз без характерного запаха, в котором содержится не менее 70 % метана.

Биогаз имеет хорошие характеристики. Один кубический метр такого топлива из навоза выпускает столько же тепла, что и полтора кг каменного угля.

Преимущества процесса

Переработкой навоза для получения биогаза занимались еще в советское время. На сегодняшний день многие страны занимаются данным видом промышленности, так как это выгодно, легко и не представляет опасности для окружающей среды.

Такой альтернативный биогаз не нуждается в трудоемком добывании сырья для производства, процесс его создания относительно дешев, а в окружающую среду не выделяются токсические вещества.

Конечно же, навоз можно использовать просто в качестве удобрения, если в хозяйстве всего несколько коров. Гораздо сложнее приходится крупным фермерам с сотнями голов скота, ведь каждый год им приходится избавляться от нескольких тонн навоза.

Чтобы навоз стал качественным удобрением, его необходимо хранить, соблюдая температурный режим. Но это требует лишних расходов, потому большинство фермеров просто собирают его в определенное место, а потом вывозят на пашни.

При неправильном хранении навоз теряет почти половину находящихся в нем азотистых соединений и большую часть фосфора, потому его показатели становятся гораздо хуже. В атмосферу же непрерывно из навоза выделяется газ метан, что ухудшает экологическую ситуацию.

Новейшие технологии получения биометана позволяют перерабатывать сырье таким образом, что полученный биогаз не имеет токсического эффекта для окружающей среды. Биогаз выделяет при сгорании невероятное количество энергии, а нагретый навоз после его использования становится очень ценным анаэробным удобрением.

Технология получения биогаза

Изготовление биогаза возможно при помощи бактерий, для жизнедеятельности которых не нужен кислород. Потому для производства биогаза необходимо соорудить герметичные емкости, в которых будет происходить брожение сырья. Трубы для отвода сконструированы в емкостях таким образом, что воздух из внешней среды не способен просочиться внутрь.

Сначала резервуар наполняют жидким сырьем и повышают температуру до необходимой отметки, чтобы мироорганизмы начали работать. Метан поднимается вверх из жидкого навоза, накапливается в специальных резервуарах, в которых проходит этап фильтрации. Дальше его собирают в газовые баллоны. Использованные массы навоза накапливаются на дне емкостей, откуда периодически их вынимают и хранят в других местах. После откачивания отработанной жидкости в резервуар подается новый навоз.

Температурный режим функционирования бактерий

Метан может выделяться из навоза только при создании для него подходящего температурного режима. Навоз содержит в себе разные бактерии, которые активизируются и выделяют биогаз при разных температурах и с разной скоростью:

  • Мезофильные бактерии. Начинают работать, если температура окружающей среды становится выше 30 градусов. Вырабатывается биогаз очень медленно – продукцию можно будет собрать спустя полмесяца.
  • Термофильные бактерии. Для их активации требуется температура, равная 50-65 градусам. Биогаз можно будет собрать уже через три дня. Особую ценность представляет шлам – отходы навоза после сильного нагрева. Это полезное удобрение и, главное, безвредное – любые гельминты, семена сорняков, патогенные микроорганизмы уничтожаются при нагревании.
  • Встречается и другой вид термофильных бактерий, выживающих при нагревании до температуры в 90 градусов. Их дополнительно включают в навоз, чтобы брожение происходило быстрее.

При понижении температуры все типы бактерий становятся менее активными. В небольшом хозяйстве обычно пользуются мезофиллами, ведь в таком случае дополнительного нагрева не требуется. Дальше первичный биогаз можно использовать для искусственного нагрева навоза и активации термофильных бактерий.

Минус хранения сырья в том, что оно не должно подвергаться скачкам температур. Потому в зимнее время необходимо позаботиться о теплом помещении для складирования навоза.

Подготовка сырья для заливки в реактор

Как правило, дополнительно обогащать навоз микроорганизмами нет необходимости, так как они уже содержатся в нем. Все, что необходимо делать – это правильно подготовить навозный раствор, следить за температурой и вовремя менять сырье в биореакторе.

Влажность сырья должна составлять не менее 90 % (по консистенции как жидкая сметана). Потому перед использованием сухой помет (коз, овец, коней, кроликов) смешивают с водой. Навоз свиньи разводить нет необходимости из-за высокого содержания в нем мочи.

Также важно, чтобы навоз был однородным, без твердых частиц. От мелкости фракций зависит количество образуемого на выходе биогаза. По этой причине внутри оборудования устанавливается постоянно работающая мешалка, уничтожающая твердую корку на поверхности сырья и мешающая выделению метана.

Лучше всего для процесса подойдут отходы с высокой кислотностью (навоз свиней и коров). При снижении показателя кислотности бактерии замедляют свою работу, потому важно в первые разы выяснить, за какое время происходит полная переработка одной порции навозного раствора, и лишь потом заливать его заново.

Технология очистки газа

Получаемый продукт содержит около семидесяти процентов метана, один процент примесей (сероводородных и некоторых летучих элементов) и чуть менее тридцати процентов углекислого газа.

Использовать его как топливо можно только после очищения от примесей. Сероводородные соединения убирают при помощи специальных фильтров. Это необходимо делать по той причине, что такое вещество, образуя с водой кислоту, ускоряет процессы коррозии металлов, труб, резервуара и всей биогазовой установки, если она металлическая.

Углекислый газ также необходимо убрать из топлива, но это требует немало времени:

  • В первую очередь биогаз сжимают при сильном давлении.
  • В емкость направляют воду, в которой примесь растворится.

Если биогаз производится в огромных масштабах, то очистку производят известью, активированным углем и специальными фильтрами.

Уменьшение содержания влаги

На данном этапе очистку сырья проводят разными способами.

Первый способ похож на работу самогонного аппарата. Биогаз направляют вверх по холодным трубкам. Вода переходит в конденсат и стекает по трубке вниз, в то время как метан направляется в резервуар для дальнейшего хранения.

Другой способ – использование гидрозатвора. Полученный биогаз смешивают с водой, где остаются все примеси. Такой способ требует меньше времени на очистку, так как вода избавляет и от лишней жидкости, и от ненужных элементов.

Установки для получения биогаза

Для изготовления установки недалеко от фермерских хозяйств, наилучшим образом подходит конструкция, которую впоследствии легко будет разобрать и перенести на другую территорию. Главное оборудование всей установки – это биореактор – емкость для заливки навоза и его брожения. Большие предприятия пользуются цистернами в 50 кубометров.

Небольшие частные хозяйства вместо цистерн используют резервуар под землей. Он выкладывается кирпичом в вырытой яме. Для герметичности и прочности все закрепляют цементной массой. Объем зависит от количества образующегося ежедневно навоза.

Для наземной установки могут применять цистерны из пластика, металла или поливинилхлорида.

Установки могут быть как автоматизированными (в них весь процесс происходит без участия человека), так и механическими (откачивать, доливать сырье, забирать биогаз, следить за давлением и температурой необходимо самостоятельно).

В небольшом хозяйстве желательно пользоваться электрическими насосами, мешалками, измельчителями, которые предотвратят появление корок на поверхности навоза и очистки сооружения от отходов.

Советы по самодельному изготовлению

Самое важное правило – отсутствие кислорода в реакторе. При его наличии может произойти взрыв.

Для того чтобы крышку реактора не сорвало высоким давлением, необходимы противовесы, защитные прокладки между резервуарами и крышками.

Резервуар никогда не должен быть абсолютно полон. Желательно пятую часть его объема оставлять незаполненной.

На участке перед установкой оборудование необходимо:

  • правильно выбрать место (желательно, как можно дальше от жилого дома)
  • рассчитать ежедневные объемы образуемого навоза
  • выбрать местоположение для труб (отгрузочных, погрузочных, конденсирующих влагу)
  • найти место для отходов навоза
  • выкопать котлован
  • приобрести емкость для резервуара и закрепить ее на дне котлована
  • загерметизировать все места стыков
  • сконструировать люк для осмотра реактора (между люком и реактором обязательно поставить прокладку)

Если установка происходит в холодном климате, то обязательно стоит продумать способы её нагрева.

Завершающим этапом постройки считается проверка оборудования на герметичность.

Расчет количества газа

В среднем, тонна навоза обеспечит владельца сотней кубометров биогаза. Для того чтобы рассчитать количество получаемого биогаза, необходимо умножить ежедневную массу навоза с каждого скота на количество животных.

Естественно, разные животные и птицы дают разное количество навоза:

  • птицы (в первую очередь, куры) – 150-170 г в день
  • корова — 34-36 кг
  • коза – 900 – 1100 г
  • лошадь – 14-16 кг
  • овца – 900 – 1100 г
  • свинья – 4-6 кг

Навоз свиней и коров дает большее количество топлива. Количество выделяемого биогаза можно увеличить, если добавить в смесь просо, ботву свеклы, болотные растения, водоросли или кукурузу (наличие хлорофилла в биомассе улучшает выделение метана).

Отходы биомассы после получения газа

Образуемый после нагревания навоза шлам применяют повсеместно в сельском хозяйстве в виде удобрений.

Образуемый углекислый газ обычно стремятся очистить, но при растворении его в воде получается полезная жидкость.

Полное использование продуктов биогазовой установки

При рациональном использовании навоза, отходов после образования биогаза может не быть вовсе. К примеру, углекислый газ применяют в качестве подкормки для овощных культур.

Шлам также используют для подкорневой подкормки.

Потому при наличии небольшой установки по производству биогаза будет полезно установить и биотеплицу, которая за счет удобрений и полученной энергии может работать круглый год.

Сырье для биогаза | Биогаз в России. Биогазовые установки. Компания Биокомплекс

Сырье для биогазовых установок

Поскольку технологии в настоящее время стремительно шагнули вперед, сырьем для получения биогаза могут стать самые различные отходы органического происхождения. Показатели выхода биогаза из различных видов органического сырья приведены ниже.

Таблица 1. Выход биогаза из органического сырья

Категория сырья Выход биогаза (м3) из 1 тонны базового сырья
Коровий навоз 39-51
Навоз КРС, перемешанный с соломой 70
Свиной навоз 51-87
Овечий навоз 70
Птичий помет 46-93
Жировая ткань 1290
Отходы с мясобойни 240-510
ТБО 180-200
Фекалии и сточные воды 70
Послеспиртовая барда 45-95
Биологические отходы производства сахара 115
Силос 210-410
Картофельная ботва 280-490
Свекольный жом 29-41
Свекольная ботва 75-200
Овощные отходы 330-500
Зерно 390-490
Трава 290-490
Глицерин 390-595
Пивная дробина 39-59
Отходы, полученные в процессе уборки ржи 165
Лен и конопля 360
Овсяная солома 310
Клевер 430-490
Молочная сыворотка 50
Кукурузный силос 250
Мука, хлеб 539
Рыбные отходы 300

 

Навоз КРС

Во всем мире к числу наиболее популярных относят биогазовые установки, предусматривающие использование в качестве базового сырья коровьего навоза. Содержание одной головы КРС позволяет обеспечить в год 6,6–35 т жидкого навоза. Этот объем сырья может быть переработан в 257–1785 м3 биогаза. По параметру теплоты сгорания указанные показатели соответствуют: 193–1339 кубометрам природного газа, 157–1089 кг бензина, 185–1285 кг мазута, 380–2642 кг дров.

Одним из ключевых преимуществ использования коровьего навоза в целях выработки биогаза является наличие в ЖКТ крупного рогатого скота колоний бактерий, вырабатывающих метан. Это означает, что отсутствует необходимость дополнительного внесения микроорганизмов в субстрат, а следовательно, потребность в дополнительных инвестициях. Вместе с тем однородная структура навоза делает возможным применение данного типа сырья в устройствах непрерывного цикла. Производство биогаза будет еще более эффективным при добавлении в ферментируемую биомассу мочи КРС.

Навоз свиней и овец

В отличие от КРС, животные этих групп содержатся в помещениях без бетонных полов, поэтому процессы производства биогаза здесь несколько осложняются. Использование навоза свиней и овец в устройствах непрерывного цикла невозможно, допускается лишь его дозированная загрузка. Вместе с сырьевой массой данного типа в биореакторы нередко попадают растительные отходы, что может существенно увеличить период ее обработки.

Птичий помет

В целях эффективного применения птичьего помета для получения биогаза рекомендуется оснащать птичьи клетки насестами, поскольку это позволит обеспечить сбор помета в больших объемах. Для получения значительных объемов биогаза следует перемешивать птичий помет с коровьей навозной жижей, что исключит излишнее выделение аммиака из субстрата. Особенностью применения птичьего помета при производстве биогаза является необходимость введения 2-стадийной технологии с использованием реактора гидролиза. Это требуется в целях осуществления контроля над уровнем кислотности, в противном случае бактерии в субстрате могут погибнуть.

Фекалии

Для эффективной переработки фекалий требуется минимизировать объем воды, приходящийся на один санитарный прибор: единовременно он не может превышать 1 л.

С помощью научных исследований последних лет удалось установить, что в биогаз, в случае использования для его производства фекалий, наряду с ключевыми элементами (в частности, метаном) переходит множество опасных соединений, способствующих загрязнению окружающей среды. Например, во время метанового брожения подобного сырья при высоких температурных режимах на станциях биоочистки стоков практически во всех пробах газовой фазы обнаружено около 90 µg/м3 мышьяка, 80 µg/м3 сурьмы, по 10 µg/м3 ртути, 500 µg/м3 теллура, 900 µg/м3 олова, 700 µg/м3 свинца. Упомянутые элементы представлены тетра- и диметилированными соединениями, свойственными процессам автолиза. Выявленные показатели серьезно превышают ПДК указанных элементов, что свидетельствует о необходимости более обстоятельного подхода к проблеме переработки фекалий в биогаз.

Энергетические растительные культуры

Подавляющее большинство зеленых растений обеспечивает исключительно высокий выход биогаза. Множество европейских биогазовых установок функционируют на кукурузном силосе. Это вполне оправданно, поскольку кукурузный силос, полученный с 1 га, позволяет выработать 7800–9100 м3 биогаза, что соответствует: 5850–6825 м3 природного газа, 4758–5551 кг бензина, 5616–6552 кг мазута, 11544–13468 кг дров.

Около 290–490 м3 биогаза дает тонна различных трав, при этом особенно высоким выходом отличается клевер: 430–490м3. Тонна качественного сырья картофельной ботвы также способна обеспечить до 490 м3, тонна свекольной ботвы – от 75 до 200 м3, тонна отходов, полученных в процессе уборки ржи, — 165 м3, тонна льна и конопли – 360 м3, тонна овсяной соломы — 310 м3 .

Следует отметить, что в случае целенаправленного выращивания энергетических культур для производства биогаза существует необходимость инвестирования денежных средств в их посев и уборку. Этим подобные культуры существенно отличаются от иных источников сырья для биореакторов. Необходимости в удобрении подобных культур нет. Что касается отходов овощеводства и производства зерновых культур, то их переработка в биогаз имеет исключительно высокую экономическую эффективность.

«Свалочный газ»

Из тонны сухих ТБО может быть получено до 200 м3 биогаза, свыше 50% объема которого составляет метан. По активности выбросов метана «свалочные полигоны» намного превосходят любые другие источники. Использование ТБО в производстве биогаза не только позволит получить существенный экономический эффект, но и сократит поступление загрязняющих соединений в атмосферу.

Качественные характеристики сырья для получения биогаза

Показатели, характеризующие выход биогаза и концентрацию в нем метана, зависят в том числе от влажности базового сырья. Рекомендуется поддерживать ее на уровне 91% в летний период и 86% в зимний.

Осуществить получение максимальных объемов биогаза из ферментируемых масс можно, обеспечив достаточно высокую активность микроорганизмов. Реализовать эту задачу можно лишь при необходимой вязкости субстрата. Процессы метанового брожения замедляются, если в сырье присутствуют сухие, крупные и твердые элементы. Кроме того, при наличии таких элементов наблюдается образование корки, приводящей к расслоению субстрата и прекращению выхода биогаза. Чтобы исключить подобные явления, перед загрузкой сырьевой массы в биореакторы ее измельчают и осторожно перемешивают.

Оптимальными значениями pH сырья являются параметры, находящиеся в диапазоне 6,6–8,5. Практическая реализация увеличения рН до необходимого уровня обеспечивается посредством дозированного введения в субстрат состава, изготовленного из измельченного мрамора.

В целях обеспечения максимального выхода биогаза большинство различных типов сырья допускается смешивать с другими видами посредством кавитационной переработки субстрата. При этом достигаются оптимальные соотношения углекислого газа и азота: в обрабатываемой биомассе они должны обеспечиваться в пропорции 16 к 10.

Таким образом, при выборе сырья для биогазовых установок имеет смысл уделить его качественным характеристикам самое пристальное внимание.

Производство биогаза на заднем дворе из навоза: процесс и использование

Эта статья написана Акинтайо Афолаби, студентом Университета Небраски в Линкольне, в рамках курса по управлению использованием навоза в области инженерии биологических систем. Он был рассмотрен экспертами, чтобы повысить точность представленных вопросов. Статья отражает понимание студентом предмета, изучаемого на данном этапе его карьеры. Рик Кёльш, преподаватель факультета.

В этой статье описывается процесс производства и преимущества использования биогаза из навоза для мелких животноводческих хозяйств, особенно в развивающихся странах.Помимо санитарных преимуществ правильного обращения с навозом, в этой статье освещаются и другие преимущества, которые могут быть получены от навоза как источника энергии. Таким образом, поощряя этих фермеров хранить навоз со своих животноводческих ферм для использования, тем самым превращая отходы в ценные ресурсы.

Навоз — это отходы, образующиеся в больших количествах и различающиеся в зависимости от размера фермы, вида животных и питательных веществ в корме, который скармливают животным. Эти отходы при неправильном обращении представляют серьезную угрозу для окружающей среды.Это связано с тем, что отходы животноводства содержат азот и фосфор в количествах, которые вредны для здоровья человека и водных животных, если эти питательные вещества попадают в водоемы. Чтобы избежать экологического риска, государственные учреждения в развитых странах регулируют хранение, обработку, переработку, управление и внесение навоза в землю. На сегодняшний день в развивающихся странах такие правила применяются редко. Таким образом, отходы животноводства разбросаны повсюду в сообществах, где разводятся животные, с постоянной причиной экологической опасности и социальных неудобств.

Потребность в биогазе

Из-за других ограничений навоз нельзя вносить в поле сразу после его производства. Традиционно навоз хранят до тех пор, пока не появится возможность его внесения в землю. В промежутке между его производством и внесением в поле навоз может использоваться для выработки энергии в метантенках. Тип варочного котла, используемого на фермах, обычно определяется применяемой практикой обращения с навозом и типом навоза, который подается в варочный котел.Жидкий навоз и жидкий навоз крупного рогатого скота и свиней можно использовать в качестве сырья для производства биогаза в метантенках. Восстановление биогаза из отходов животноводства может стать ключом к раскрытию финансовых и экологических выгод от использования навоза, образующегося в результате животноводства, и органических отходов в секторах пищевой промышленности. Это также помогает снизить выбросы парниковых газов от метана (Agstar, 2011). Биогаз образуется в результате деятельности бактерий, которые расщепляют биоразлагаемые компоненты навоза в отсутствие кислорода в герметичной камере.Этот процесс называется анаэробным пищеварением.

Анаэробное сбраживание — это микробная ферментация субстрата в отсутствие кислорода. Это приводит к смеси газов, содержащей метан, диоксид углерода и другие газы, такие как азот и серу, в качестве примесей. Сырье, подаваемое в варочный котел, представляет собой органические материалы с высоким содержанием влаги. Примерами таких органических материалов являются отходы животноводства (навоз), пищевые отходы, остатки после уборки сада или сада. Газовая смесь, производимая в биореакторе, называется биогазом и может использоваться в качестве топлива.Биогаз содержит от 55 до 65% метана, от 30 до 35% углекислого газа и других газов. Пропорции газов зависят от сырья и других параметров процесса, таких как гидравлическое время пребывания (HRT) и температура. Энергетическая ценность биогаза составляет около 60% (в зависимости от содержания метана) по сравнению с природным газом (Noorolahi et al, 2014) и может быть легко адаптирована для использования для замены природного газа.

Образование биогаза в варочном котле

Процесс образования биогаза из подаваемого сырья можно разбить на четыре этапа.На трех последних стадиях присутствуют различные виды бактерий, которые расщепляют продукцию предшествующей стадии на вещества, необходимые для окончательного образования биогаза из органических материалов, подаваемых в варочный котел. Шаги следующие:

  1. Гидролиз: это добавление воды к органическому сырью. Это вызывает расщепление углеводов на сахар и глюкозу и превращение белков в аминокислоты. Это преобразование обычно является самым медленным из четырех шагов (Vogeli et al., 2014).
  2. Второй этап — это действие бактерий, которые воздействуют на кислоты с первого этапа, чтобы подготовить их к следующему этапу процесса конверсии.
  3. На этом этапе задействованы другие виды бактерий, которые воздействуют на вещества, образованные на предыдущем этапе, чтобы преобразовать их в формы, готовые для заключительного этапа анаэробного процесса
  4. На этом последнем этапе образующие метан бактерии превращают продукты предыдущих этапов в биогаз, содержащий в основном метан и диоксид углерода.Этот конечный продукт необходимо собрать и сохранить для использования в качестве энергии.

Факторами, влияющими на производимый биогаз, являются температура окружающей среды, pH, сырье, участвующие бактерии и HRT. Варочный котел должен быть герметичным, чтобы избежать утечки биогаза. Варочные котлы также должны быть анаэробными или бескислородными. Температуры, при которых бактерии воздействуют на субстраты для их преобразования в биогаз, подразделяются на психрофильные (41-59 F), мезофильные (95-100 F) и термофильные (118-140 F).Были проведены исследования в трех диапазонах температур, чтобы определить наилучшую температуру в различных случаях и с различным сырьем. По сути, температура определяет виды бактерий, которые будут участвовать в производстве биогаза. Различные виды бактерий процветают в разных диапазонах температур. Более высокие температуры быстрее превращают навоз в биогаз. Оптимальный pH для стабильного анаэробного сбраживания и высокого выхода биогаза находится в диапазоне от 6,5 до 7,5 (Vogeli et al., 2014).

Типы варочных котлов
Рисунок 1: Биогазовая установка с фиксированным куполом (Вигели и др., 2014)

Существует много типов варочных котлов в зависимости от строительных материалов и применяемой технологии. Красный кирпич, синтетические мембраны и металлические листы — вот некоторые из материалов, из которых можно построить варочные котлы. Первоначальные затраты и затраты на техническое обслуживание варочных котлов зависят от используемых материалов, размера и применяемой технологии. Кирпичи и цемент приемлемы, но дороги, а сталь быстро корродирует в присутствии газов, содержащих сероводород.Некоторые из популярных типов варочных котлов подразделяются на биогазовые установки с фиксированным куполом и с плавающим газгольдером. Биогазовая установка с фиксированным куполом не имеет движущихся частей (Рисунок 1). Он имеет смесительный бак и входной канал, через который сырье попадает в установку. Преобразование отходов в биогаз происходит в основной камере варочного котла. Газовая смесь собирается через газовый трубопровод, расположенный в верхней части камеры для разложения. Остаток процесса выпускается через выпускной патрубок и резервуар для перелива, в то время как газ собирается из шланга в верхней части варочного котла.

Рисунок 2: Биогазовая установка с плавающим куполом (Vigeli et al, 2014)

Биогазовая установка с плавающим куполом (Рисунок 2) имеет плавающий «баллон» в верхней части варочного котла, который можно использовать для хранения биогаза в периоды повышенного спроса. и контролировать объем добытого газа. Подвижный компонент типа плавающего газгольдера делает его строительство и обслуживание более дорогим по сравнению с фиксированным куполом. Тем не менее, он имеет то преимущество, что операторы могут в любой момент оценить количество уже накопленного биогаза.

Преимущества биогазовых установок

Биогазовые установки обладают многочисленными преимуществами и преимуществами, которые отражаются в улучшении экономики фермы и обеспечивают рациональное использование ресурсов и окружающей среды. Биогаз, производимый на ферме, может дополнять текущую энергию, необходимую ферме. Если на ферме вырабатывается большое количество биогаза, его можно продать соседям для дополнительного дохода ферме. Кроме того, производство биогаза снижает зависимость от ископаемого топлива, которое не является возобновляемым, и смягчает сопутствующее глобальное потепление, постоянно вызываемое сжиганием ископаемого топлива.Другими словами, биогаз производит чистое топливо, которое помогает контролировать загрязнение воздуха в результате сжигания ископаемого топлива.

Еще одно преимущество производства биогаза из навоза состоит в том, что оно снижает загрязнение воды за счет начального разложения навоза в варочном котле перед внесением навоза в поле. Анаэробное сбраживание отходов животноводства дает значительные экологические преимущества. К ним относятся снижение биологической потребности в кислороде, наличие патогенов человека, сероводорода и компонентов навоза, связанных с запахом (Ciborowski, 2001).В результате биологического процесса, происходящего в варочном котле, его остаток имеет менее неприятный запах, но сохраняет важные питательные вещества в навозе. Этот остаток можно вносить в землю, как и на другой навоз. При нанесении на землю соблюдайте все меры предосторожности и правила по защите окружающей среды.

Артикул:

Agstar (2011). Возврат стоимости из отходов. Основы системы анаэробного реактора. Объединенное государственное агентство по охране окружающей среды

Noorolllahi Y, Kheirrroutz M, Asl H.е, Youdefi H и Hajinezhad A. (2014). Потенциал производства биогаза из навоза в Иране. Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии.

Вигели Ю., Лори К.Р., Галлардо А., Динер С. и Зурбругг К. (2014). Анаэробное переваривание Biowatse в развивающихся странах. Швейцарский институт водных наук и технологий.

Циборовски П. (2001). Анаэробное сбраживание навоза для контроля загрязнения и производства энергии. Оценка осуществимости.

Биогаз из навоза

Терминология образования биогаза

Анаэробный : жизнедеятельность в безвоздушной среде.

Анаэробные бактерии : микробы, метаболизм которых требует отсутствия свободного кислорода.

Анаэробное расщепление : бактериальное переваривание органического материала в отсутствие свободного озигена.

Биогаз : газообразный продукт анаробного сбраживания, который в основном состоит из метана и диоксида углерода.

Британская тепловая единица (БТЕ) ​​: единица энергии, определяемая как количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 фунта воды на 1 ° F.

Отношение углерода к азоту (C / N) : отношение углерода к азоту в органических материалах. Анаэробные бактерии производят больше всего биогаза при скармливании органических материалов с соотношением C / N, совместимым с их метаболическими потребностями.

Варочный котел : герметичный резервуар или контейнер, в котором контролируются биологические требования анаэробного сбраживания для ускорения сбраживания и оптимизации производства биогаза.

Сточные воды : частично сброженный жидкий навоз или навоз, который выходит из метантенка.

Джоуль (Дж) : метрическая единица измерения энергии. Одна британская тепловая единица равна 1055 джоулей. Поскольку джоуль — очень маленькая единица, его также называют килоджоулями (кДж), тысячей джоулей или мегаджоулями (МДж), миллионом джоулей.

Скорость загрузки : количество летучих твердых веществ, подаваемых в варочный котел за день.

Навоз : фекалии и моча животных, отходы корма, подстилки и противоскользящие материалы из коровника и двора.

Мезофильные : бактерии, которые размножаются в диапазоне температур около 95 ° F (35 ° C).

Метан : горючий газ, получаемый в результате анаэробного сбраживания, также основной компонент природного газа.

Время удерживания : среднее время, в течение которого пульпа остается в варочном котле.

Шлам : отделенные твердые частицы навоза, оседающие на дно варочного котла.

Суспензия : смесь навоза и воды, обработанная в варочном котле.

Термофильные : бактерии, наиболее активные в диапазоне температур от 120 до 140 ° F (от 49 до 60 ° C).

Летучие кислоты : промежуточный материал, вырабатываемый в варочном котле кислотообразующими бактериями и используемый метанообразующими бактериями.

Летучие твердые вещества : органические компоненты навоза.

Введение

Навоз может быть альтернативным источником энергии для животноводов. Анаэробный варочный котел частично преобразует навоз в энергию в виде биогаза, содержащего метан.

В 1974 году, в ответ на общественный интерес к производству биогаза в качестве альтернативы энергии, министерство сельского хозяйства Пенсильвании профинансировало проект в штате Пенсильвания по разработке анаэробного варочного котла для использования на фермах.Целью исследования было определение технических требований и экономической целесообразности производства биогаза на ферме. Кафедра сельскохозяйственной инженерии в сотрудничестве с кафедрами молочной науки и сантехники построила и испытала анаэробный варочный котел объемом 3500 кубических футов (100 м 3 ) в одном из молочных коровников университета. Университет штата Пенсильвания решил изучить производство биогаза на молочных фермах, потому что:

  • навоз легко собирается на молочных фермах, где обычно содержатся коровы.
  • биогаз наиболее эффективен при прямом использовании для отопления, а
  • молочные фермы пользуются круглогодичным спросом. для горячей воды.

При разложении органических материалов в теплой безвоздушной среде выделяется биогаз. Этот процесс в природе происходит спонтанно; болотный газ и биогаз практически одинаковы. Производство биогаза можно ускорить, запечатав органический материал внутри нагретого герметичного резервуара, называемого варочным котлом.

Хамфри Дэви провел первые лабораторные эксперименты по анаэробному сбраживанию навоза с получением метана в 1808 году. С тех пор анаэробное сбраживание использовалось в основном для обработки городских отходов.В 1895 году биогаз с завода по переработке отходов в Эксетере, Англия, был собран и использован для освещения близлежащих улиц. Во время Второй мировой войны немцы, которым не хватало топлива, построили около 30 варочных котлов, которые использовали часть биогаза для заправки сельскохозяйственных тракторов. В последние годы небольшие недорогие варочные котлы в Индии и Китае производят биогаз для приготовления пищи и привода электрогенераторов. Пионеры, такие как Р. Б. Сингх из Индии, популяризировали анаэробное сбраживание и убедили других признать потенциал производства биогаза и его применение в качестве топлива.

При определенных условиях производство биогаза сейчас рентабельно. Он станет еще более привлекательным для животноводов по мере роста цен на обычное топливо и когда массовое производство снижает стоимость компонентов системы варочного котла.

В Пенсильвании молочные коровы производят ежегодно около 5,5 миллионов тонн вторичного навоза. Учитывая производительность метантенка штата Пенсильвания, чистую суточную выработку биогаза в 40 кубических футов (1,2 м 3 ) на корову, молочные фермеры Пенсильвании могут производить 5 миллиардов кубических футов (143 триллионов м 3 ) биогаза на одну корову. год.Этого «количества навоза» достаточно, чтобы обеспечить около 20 процентов всей энергии, используемой на молочных фермах Пенсильвании.

Мы должны больше узнать о биологии анаэробного сбраживания, чтобы понять динамику системы варочного котла Пенсильванского университета.

Процесс анаэробного сбраживания

В варочном котле бактерии разлагают органические материалы в отсутствие воздуха с выделением метана и углекислого газа. Этот процесс показан на рисунке 1. Кислотообразующие бактерии разрушают или разжижают летучие твердые вещества, превращая их в простые жирные кислоты.Затем метанообразующие бактерии превращают эти летучие кислоты в метан и диоксид углерода. Эти бактерии чувствительны к изменениям в окружающей их среде. Быстрое разложение и эффективное производство биогаза происходит в ограниченном диапазоне температур и зависит от состава сырья.


Рис. 1. Разложение навоза в анэробном варочном котле.

Температура

Оптимальная добыча газа происходит в двух диапазонах температур. Мезофильные бактерии процветают при температуре около 95 ° F (35 ° C), а термофильные бактерии — в диапазоне от 120 ° F до 140 ° F (49 ° C-60 ° C).На рис. 2 показано, что производство газа снижается, когда бактерии подвергаются воздействию температур за пределами этих диапазонов. Хотя термофильные бактерии производят несколько больше газа, часто газ не стоит энергии, необходимой для повышения температуры варочного котла с 95 ° F (35 ° C) до 120 ° F (49 ° C).

Сырье

Состав навоза варьируется в зависимости от кормового рациона и различных методов хозяйствования. Количество навоза, которое можно собрать, также будет различным. Это зависит от типа, веса и количества животных, рациона питания и степени содержания.Например, если бы весь навоз можно было собрать с молочной коровы весом 1500 фунтов (680 кг), фермер мог бы собирать около 125 фунтов (57 кг) в день.

Варочный котел может перерабатывать другие сельскохозяйственные отходы, такие как сточные воды молочных цехов, солому, кукурузную шелуху, траву и листья, с навозом молочных коров или вместо него. В варочных котлах используются говяжий, свиной и птичий навоз, хотя варочные котлы для птичьего помета требуют дальнейших исследований. Независимо от используемого материала, производство газа протекает наиболее эффективно, когда сырье, подаваемое в варочный котел, имеет определенный pH и отношение углерода к азоту (C / N).

Бактерии размножаются в суспензии с pH около 7,0. Следовательно, если входящая суспензия имеет pH в этом диапазоне, сбраживание должно проходить гладко. В нормальных условиях процесс пищеварения самостоятельно уравновешивает избыточную кислотность или щелочность.

Углерод является основным химическим элементом навоза, и бактерии переваривают углерод с выделением биогаза. Однако для того, чтобы получать энергию из углерода, бактериям необходимо, чтобы в сырье присутствовал азот.Отношение углерода к азоту в сырье имеет решающее значение для эффективного пищеварения. Высокое отношение C / N означает, что азот будет исчерпан до того, как уголь переваривается. И наоборот, низкое соотношение C / N или слишком большое количество азота по отношению к углероду приводит к высоким концентрациям аммония, которые могут стать токсичными для анаэробных бактерий.

Можно регулировать соотношение C / N в варочном котле, добавляя материал для дополнения материала, уже находящегося в варочном котле. Например, опилки с высоким отношением C / N могут быть добавлены в птичий помет с низким отношением C / N.Соотношение C / N в навозе молочных коров немного ниже, чем требуется для бактерий.

Анаэробная система варочного котла

Конструкция системы варочного котла может варьироваться в зависимости от потребностей отдельной фермы; он должен быть адаптирован к топографии фермы, существующему сельскохозяйственному оборудованию, жилью и системам управления. Однако в каждом случае следует учитывать некоторые аспекты конструкции системы варочного котла.


Рисунок 2. Влияние температуры на дебит газа. (Рёдигер,
Х.Die anaerobe alkalische Schlammfaulung. Wasser-Abwasser , H.1, Verlag R. Oldenbourg, Muchen u. Wien. 1967.)

Конструкция системы варочного котла

Основными компонентами системы варочного котла размером с ферму являются система обработки навозной жижи, включая зону приготовления навозной жижи, насос для навоза или другой метод загрузки и резервуар для сточных вод; одну или несколько камер варочного котла; и корпус для нагревательного, агитационного и гидравлического оборудования. Для наилучшей производительности эти компоненты должны:

  • быть расположены так, чтобы минимизировать тепловые потери,
  • обеспечивать простой путь потока материала через систему,
  • быть максимально автоматизированными, а
  • быть доступными для обслуживания и ремонта.

При проектировании системы варочного котла очень важно соблюдать государственные и местные постановления по безопасности. Биогаз горючий, а значит, опасен. Он может задохнуться, а при смешивании с воздухом в концентрации от 6 до 15 процентов газ становится взрывоопасным.

Все материалы, контактирующие с навозом или биогазом, должны быть устойчивыми к коррозии. Например, ПВХ-пластик использовался для труб для перекачки жидкого навоза в варочном котле Пенсильванского университета. В проекте должны быть предусмотрены альтернативные методы перемещения жидкого навоза или биогаза через систему.Забитая труба может привести к утечке жидкого навоза из варочного котла. Все трубы и газопроводы должны быть достаточно большими, чтобы обеспечить доступ для чистящих устройств.

Стоимость системы варочного котла

В таблице 1 перечислены основные компоненты и оценочная стоимость системы варочного котла Пенсильвании. Эти затраты отражают уровень цен 1975 года и использование методов сельскохозяйственного строительства.

всего стоимость
Таблица 1. Смета затрат на основные компоненты 100-кубового анаэробного варочного котла Penn State.
Фундамент (включая корпус шнека для ила) 2500 долл. США
Метантенк (включая изоляцию) 4600
Накопитель для сточных вод 1,900
1,500
Газовый насос 700
Котел 600
Гидравлический насос для навоза (включая гидроагрегат) 4,900
Принадлежности и рабочая сила (оценка)
20 000 долл. США

Система варочного котла Penn State представляет собой прототип, который был построен с испытательным оборудованием, которое не понадобится фермерам.Фермер, планирующий строительство варочного котла такого размера, может рассчитывать на инвестирование от 18 000 до 30 000 долларов, в зависимости от местных цен, рабочей силы, которую фермер вносит, и выбора компонентов, включенных в систему.

Варочный котел

Типы варочного котла

Варочный котел можно загружать жидким навозом непрерывно или порциями. Варочный котел периодической загрузки заполняют до отказа, герметизируют до тех пор, пока он не произведет весь биогаз, который он может, опорожняют и снова заполняют. Производство газа неравномерно, поскольку бактериальное расщепление начинается медленно, достигает пика, а затем уменьшается по мере потребления летучих твердых веществ.Эту проблему можно решить, подключив серию варочных котлов с периодической загрузкой, которые загружались в разное время, так что надежное количество биогаза доступно ежедневно. Этот метод эффективно использует навоз, но менее эффективен с точки зрения площади варочного котла.

Варочный котел Penn State загружается непрерывно; то есть свежая суспензия добавляется в варочный котел ежедневно. Производство газа стабильно, потому что у бактерий всегда есть свежий запас летучих твердых веществ для переваривания. Варочный котел с непрерывной загрузкой эффективно использует дорогостоящее пространство варочного котла, хотя он может не производить столько газа на фунт (килограмм) навоза.

Конструкция варочного котла

Две основные конструкции варочного котла с непрерывной загрузкой показаны на рис. 3. Варочный котел с поршневым потоком представляет собой горизонтальный цилиндр, установленный в траншее. Жидкий раствор проходит через систему по прямому пути; поступающая суспензия проталкивает материал через варочный котел. Эта конструкция обычно изготавливается из гибких материалов, которые недороги, но не долговечны, если не защищены от непогоды.


Рисунок 3. Конструкции варочных котлов непрерывного действия.(Стоунер, Производство вашей собственной энергии, , стр. 163.)

Варочный котел Penn State представляет собой вертикальный двухкамерный реактор, показанный на рисунке 4. Варочный котел имеет жесткие стенки, оборудование для перемешивания и минимальную площадь потери тепла.


Рис. 4. Поперечное сечение варочного котла Penn State.

Конструкция варочного котла

Варочный котел Пенсильванского университета был построен из бетонных силосных панелей и образовал резервуар высотой 16 футов (4,8 м) и диаметром 20 футов (6 м). Стальные арматурные обручи были закреплены с внешней стороны варочного котла.В железобетонный фундамент и пол встроен шнек для удаления шлама. Для системы отопления 188 футов (57 м) стальной трубы ¾ дюйма (2 см) были залиты в панели, составляющие среднюю стену, чтобы обеспечить поверхность теплообмена 72 квадратных фута (6,5 м 3 ).

Крыша варочного котла служит местом сбора и хранения газа и может хранить биогаз, произведенный за 6 часов. Плавающая крыша не зависит от резервуара; его нижний край погружен в суспензию, а его вес поддерживается давлением газа внутри.Это сохраняет анаэробные условия в варочном котле, позволяя крыше подниматься и опускаться в зависимости от добычи и использования газа. Плавающая крыша была построена из конструкции крыши бункера из оцинкованной стали диаметром 18 футов (5,4 м) и секции стены высотой 40 дюймов (1 м).

Чтобы уменьшить потери тепла, две трети варочного котла построено под землей. Варочный котел изолировали изнутри с помощью 4 дюймов (10 см) пенополистирола, оштукатуренного примерно 1 дюймом (2,5 см) гунита. Крыша была утеплена 3 дюймами (7,5 см).5 см) пенополиуретана, а армированный нейлоном лист Hypalon обеспечивает газовое уплотнение.

Размер варочного котла

Фермер, планирующий построить систему варочного котла, аналогичную системе штата Пенсильвания, с 14-дневным сроком хранения, должен обеспечить 30 кубических футов (0,9 м) 3 объема варочного котла на каждые 1500 фунтов (680 кг) лактирующая дойная корова. Если фермер собирает навоз от сухостойных коров и ремонтного поголовья, необходимо добавить 15 кубических футов (0,45 м 3 ) на каждые 1000 фунтов (455 кг) веса животного.

Система подачи жидкого навоза

Эффективная система подачи жидкого навоза имеет решающее значение для бесперебойной работы системы варочного котла. С навозом трудно обращаться, и варочный котел на 100 коров перерабатывает 6,25 тонны (5,6 мг) навоза каждый день. Путь потока пульпы через варочный котел Пенсильванского университета показан на рисунке 5.


Рис. 5. Путь пульпы через варочный котел Пенсильванского университета.

Система загрузки навозной жижи

Очистители желобов доставляют навоз из коровника в зону приготовления навозной жижи.Навоз попадает в бункер насоса с достаточным количеством воды, чтобы снизить содержание твердых частиц примерно с 15 до 13 процентов. Навоз необходимо разбавлять, чтобы предотвратить засорение труб и насосов, а также облегчить перемешивание в варочном котле. Однако лучшая система — это та, которая требует наименьшего разбавления; добавленная вода тратит впустую пространство варочного котла и тепло.

В 1975 году система загрузки навозной жижи состояла из центробежного насоса для навоза с электрическим приводом, который перекачивал навозную жижу в приподнятый резервуар, откуда он самотеком выгружался в варочный котел.Эта система была заменена гидроцилиндром, который нагнетает навоз прямо в варочный котел. Он был способен обрабатывать более 13 процентов твердых частиц, крупных частиц и длинных волокон без засорения. Испытания будут проводиться с использованием метода прямой гравитационной подачи, для которого не потребуется насос.

Скорость загрузки

Скорость загрузки — это вес летучих твердых веществ, ежедневно подаваемых в варочный котел. Концентрация летучих твердых частиц в варочном котле определяет скорость производства газа.Например, варочный котел, загруженный 4 весовыми единицами летучих твердых веществ, будет производить вдвое больше газа, чем тот же варочный котел, загруженный только 2 единицами.

Результаты испытаний с тремя различными скоростями загрузки показаны в таблице 2. Эти результаты показывают, что высокие скорости загрузки сопровождаются высоким суточным выходом газа на единицу объема варочного котла. Это приводит к большей окупаемости капитальных затрат на строительство. С учетом капитальных затрат, связанных с размером, высокая скорость загрузки позволит использовать реактор меньшего размера и снизить эксплуатационные расходы для стада данного размера.Высокая скорость загрузки означает уменьшение количества летучих твердых веществ, что приводит к низкому производству газа на единицу летучих твердых веществ. Показанные скорости загрузки и соответствующее время удерживания обеспечивают достаточное время разложения для стабилизации сточных вод.

9022 9022
Таблица 2. Сводные данные по тестам производительности варочного котла Penn State емкостью 100 кубических метров.
Летучие твердые вещества, подаваемые в метантенк Время удерживания
Эквив.
коров
Общее производство газа
фунтов.в день кг в день дней число футов 3 газ /
корова-
день
м 3 газ /
корова
день
футов 3 газ / фут 3 Д. VS / сутки м 3 газ / кг VS / сутки
763 346 35 50 47.3 1,34 0,7 0,67 2,365 67 3,1 ,19
1,221 554 21 80 4,560 129 3,7 ,23
2,270 1030 11 150 47,5 1,35 2,0 2,02 9022.130 202 3,1 .20

Время удерживания

Объем пульпы в варочном котле остается постоянным; входящий шлам вытесняет равное количество обработанного шлама из варочного котла каждый раз, когда варочный котел загружается. Поскольку объем постоянный, то время удерживания определяется долей объема жидкости варочного котла, заменяемой каждый день. Например, если суспензия, составляющая одну десятую объема жидкости варочного котла, добавляется ежедневно, среднее время удерживания суспензии варочного котла составляет 10 дней.

Короткое время удерживания не дает бактериям достаточно времени для переваривания навоза, а длительное время удерживания не дает достаточно свежей суспензии, чтобы способствовать росту бактерий и высокой скорости газообразования.

Сточные воды

Сточные воды через переливную трубу попадают в крытую навозную яму. Содержание органических веществ в переработанном навозе снижается и стабилизируется, так что сточные воды представляют собой гомогенизированную жидкость почти без воды, которая не привлекает грызунов или мух.

Лишь небольшой процент навоза фактически превращается в биогаз. Навоз молочных коров состоит примерно на 85 процентов из воды и на 15 процентов из твердых веществ. Из этих твердых веществ около 91 процента являются летучими, а варочный котел Пенсильванского университета преобразует от 20 до 30 процентов летучих твердых веществ в биогаз. Молочная корова производит около 7,7 кг летучих твердых веществ в день, четверть которых превращается в биогаз. Следовательно, анаэробный варочный котел — это система для обработки навоза, а не для удаления навоза.

Стоки из метантенка — это ресурс; он содержит почти весь азот, который был в неочищенном навозе.Стоки — отличное удобрение, потому что азот в сточных водах легче усваивается растениями, чем азот сырого навоза. Ежедневный сток из варочного котла на 100 коров содержит около 55 фунтов (24 кг) азота.

Стоки наиболее совместимы с системой обработки жидкого навоза. Однако воду можно удалить из сточных вод и повторно использовать в варочном котле в качестве разбавляющей воды. Осадок можно использовать для подстилки или мульчи; он проходит испытания на кормление поголовьем.

Удаление осадка

Отстой, который собирается на дне резервуара метантенка, необходимо регулярно удалять, поскольку накопление осадка уменьшает активное пространство метантенка. Шлам удаляется из варочного котла Пенсильванского университета через заслонки для ила, встроенные в дно варочного котла. Эти заслонки, расположенные на обеих ступенях варочного котла, управляются гидравлическими клапанами. Когда заслонки открываются, ил поступает в канал шнека, а шнек транспортирует ил в яму для хранения.

Система обогрева жидкого навоза

Система обогрева должна быть спроектирована так, чтобы выдерживать самые холодные погодные условия, ожидаемые в данной местности. Стандартный газовый котел, работающий на биогазе, поддерживал температуру в варочном котле Penn State на уровне 95 ° F (35 ° C) в течение всего года. Электрический насос циркулировал горячую воду по трубам, расположенным чуть ниже поверхности средней стенки первой ступени варочного котла. Этот способ нагрева оказался удовлетворительным. Если температура поверхности нагрева слишком высока, более 150 ° F (77 ° C), суспензия прикипит к поверхности нагрева.Это не было доказательством этого в варочном котле штата Пенсильвания. За исключением запуска, варочный котел использует производимый биогаз в качестве топлива для своей отопительной системы, которая потребляет примерно 30 процентов биогаза, производимого ежегодно.

Система перемешивания суспензии

Перемешивание суспензии в варочном котле способствует процессу сбраживания за счет поддержания однородной температуры и распределения бактерий и летучих твердых веществ в суспензии. Это также сводит к минимуму образование осадка и предотвращает образование корки на поверхности навозной жижи, которая препятствует выбросу биогаза.Вакуумный насос с электрическим приводом, который используется в доильных установках, забирает биогаз из хранилища под крышей и нагнетает его в нижнюю часть обеих ступеней варочного котла. Таким образом, рециркуляция биогаза обеспечивает перемешивание.

Другие методы перемешивания включают насосы для рециркуляции суспензии и механические лопасти. Однако механические компоненты, подверженные воздействию суспензии, могут подвергаться коррозии, и их трудно обслуживать или ремонтировать без нарушения пищеварения путем открытия варочного котла.

Биогаз

Биогаз, производимый варочным котлом штата Пенсильвания, состоит примерно на 60 процентов из метана и на 40 процентов из двуокиси углерода.Это означает, что газ содержит 60 процентов энергии природного газа или около 600 британских тепловых единиц на кубический фут (22 МДж / м 3 ). Содержание метана в биогазе будет колебаться в зависимости от условий варочного котла. Биогаз содержит следы сероводорода, который является очень коррозионным, но его можно удалить, фильтруя газ через стальную вату или железную опилку. Поскольку биогаз на выходе из метантенка является теплым, он содержит водяной пар, который конденсируется при более низких температурах снаружи.Ловушки конденсата в газопроводах необходимы, чтобы вода не забивала нижние точки трубопроводов. После конденсации водяного пара в биогазе газ можно использовать в качестве топлива в печах, водонагревателях и котлах. Однако сопло газовой горелки должно быть увеличено, чтобы компенсировать газ с низким Btu.

Испытания с использованием биогаза в качестве единственного топлива в бензиновом двигателе показали, что энергия в 200 кубических футах (5,7 м 3 ) биогаза равна энергии в 1 галлоне бензина. Варочный котел Пенсильванского университета производил 20 галлонов (76 л) бензина в день.В дизельных двигателях биогаз заменяет большую часть жидкого топлива; для зажигания требовалось немного дизельного топлива. Потребовались регулировки двигателя и комплект для переоборудования биогаза.

Биогаз трудно хранить, сжимать или сжижать. Для сжижения метану требуется температура -117 ° F (-83 ° C) при давлении 5000 фунтов на квадратный дюйм (35 МПа). Температура -260 ° F (-162 ° C) необходима для сжижения метана при атмосферном давлении. Если биогаз используется в качестве топлива для двигателя, двигатель должен быть стационарным, рядом с варочным котлом и часто работать.Таким образом, охлаждающая вода двигателя может использоваться для нагрева варочного котла и, таким образом, повышения эффективности системы.

Биогаз был предложен в качестве топлива для приготовления пищи, обогрева помещений и воды, сушки сельскохозяйственных культур, охлаждения, орошения и выработки электроэнергии.

Ценность биогаза

Помимо преимуществ, недостатков и применяемой технологии, необходимо оценить возможность производства биогаза на ферме с чисто экономической точки зрения. Расчетная годовая стоимость производства биогаза в Пенсильвании показана в таблице 3.

за 20 лет) 8 часов) в год стоимость
Таблица 3. Общая годовая стоимость системы варочного котла штата Пенсильвания.
Капитальные затраты 20000 долларов США
Фиксированные затраты
Проценты 1200 долларов США
Амортизация
Стоимость оборудования (12000 долларов США 1,000
Ремонт и техническое обслуживание 600
3 400 долл. США
Эксплуатационные расходы
Электроэнергия (при 4 ¢ / кВтч, 25 кВт-ч 9023 9022 9022 долл. США в день)
Принадлежности (масло и L.P. gas) 150
515 долларов США
Общая стоимость (без учета рабочей силы) 3915 долларов США
Трудозатраты (1,5 часа в день при 3,00 доллара США в час) 1,642
5,557 долларов США

С учетом капитальных и эксплуатационных затрат метантенка Пенсильванского университета стоимость энергии биогаза эквивалентна традиционным видам топлива по ценам, указанным в таблице 4.

Сравнения в таблице 4 дают некоторые представление об относительной стоимости энергии различных видов топлива по сравнению со стоимостью биогаза.Они указывают на то, что биогаз может быть осуществим, когда:

  • он действительно может заменить обычное топливо,
  • цена обычного топлива выше, чем биогаз, и
  • весь биогаз используется.

42 1,460 / 1000 футов80/1000 футов 3 кВт-ч
Таблица 4. Эквивалентная стоимость энергии биогаза по сравнению с обычным топливом
Пример: Предполагая, что биогазовый водонагреватель работает с 70-процентной эффективностью, будет дешевле нагревать воду биогазом вместо электричества всякий раз, когда затраты на электричество больше 3.2 ¢ за кВтч. Это предполагает, что водяной нагрев потребляет весь биогаз.

Годовая стоимость варочного котла Пенсильванского университета в размере 5,557 долларов США составляет: 1,460,000 кубических футов (42,000 м3) 3 биогаза из навоза 100 коров. Энергетическая ценность этого биогаза составляет 876,000,000 британских тепловых единиц (924,000 МДж).

Если нам известна энергетическая ценность традиционных видов топлива, мы можем рассчитать цену, эквивалентную стоимости обычного топлива биогазу, разделив годовые затраты на количество топливного эквивалента энергии произведенного биогаза:

Топливо Энергия на единицу Эквивалент топлива от
до 876000000
БТЕ (924000 МДж)
Эквивалентная цена
Биогаз 600000 БТЕ / 1000 футов 3
22,2 МДж / м 3 42000 м 3 0,13 долл. США / м 3
Природный газ 1000 000 Btu 876/1000 футов 3 $ 6,34 / 1000 футов 3
37 МДж / м 3 25000 м 3 0,22 доллара США / м 3
140,000 британских тепловых единиц / галлон
6257 галлонов
$.89 / галлон
39 МДж / л
23700 л
0,23 долл. США / л
Бензин 124 000 британских тепловых единиц / галлон
7,065 галлон

34,5 МДж / л
26700 л
0,21 долл. США / л
Дизель 135 000 британских тепловых единиц / галлон
6 489 галлонов 9022 9022
37.6 МДж / л
24600 л
0,23 долл. / Л
Сжиженный нефтяной газ 92000 БТЕ / галлон 9522 галлон 0,58 долл. США / галлон
25227 36000 л 0,15 долл. США / л
Электроэнергия 3413 БТЕ / кВтч 257000 кВтч 0,022 долл. США / кВтч
3,6 МДж / кВтч ,0257,257 000 кВтч
Уголь 25000000 БТЕ / тонна
35 тонн $ 158.00 / тонна
29 MJ / Mg 32 Mg $ 173.00 / Mg

Избранная библиография

  • Джуэлл, Уильям Дж., Изд. Энергетика, сельское хозяйство и управление отходами . Труды Корнельской конференции по управлению отходами сельского хозяйства 1975 года. Ann Arbor: Ann Arbor Science Publishers, Inc., 1975.
  • Справочник новостей Матери-Земли по самодельной энергии . Нью-Йорк: Bantam Books, Inc., 1974, стр. 278-355.
  • Перссон, С.P.E. и H.D. Бартлетт. Сельскохозяйственные анаэробные варочные котлы: конструкция и работа . Юниверсити-Парк, Пенсильвания: Университет штата Пенсильвания, Сельскохозяйственный колледж, Экспериментальная сельскохозяйственная станция, Бюллетень 827, 1979.
  • Стоунер, Кэрол Х., изд. Производство собственной энергии . Эммаус, Пенсильвания: Rodale Press, Inc., 1974, стр. 137-190.

Подготовлено Ив Хоман при консультации с Марком Д. Шоу, сельскохозяйственная инженерия, Говардом Бартлеттом, сельскохозяйственная инженерия, и Сверкером Перссоном, сельскохозяйственная инженерия.

Эта публикация частично поддержана контрактом с Министерством сельского хозяйства Пенсильвании, Энергетическим советом губернатора и Министерством энергетики.

Биогазовое решение: прибыль от навоза | Сообщения в блоге

Еще одна энергетическая революция развивается из самого неожиданного места — коровьего навоза

Сегодня президент Обама опубликовал «Дорожную карту возможностей использования биогаза» как часть плана действий администрации по борьбе с изменением климата — стратегии сокращения выбросов метана.Дорожная карта продвигает рыночный потенциал и преимущества биогаза и поощряет внедрение замкнутых биогазовых систем. На практике это сбор коровьего навоза и его ферментация в герметичном резервуаре. Метан, выделяющийся во время брожения, улавливается и используется для получения энергии. В системе с замкнутым контуром «приготовленный» навоз — по сути стерилизованный — разделяется на жидкое и твердое. Жидкость используется в качестве удобрения для сельскохозяйственных культур, а твердые частицы можно использовать в качестве подстилки для коров или компоста.

Биогазовые системы повышают устойчивость повседневной деятельности молочной, свиноводческой или птицеводческой фермы, помогая фермерам сберегать ресурсы и сокращая выбросы метана — и то и другое борется с изменением климата.

Биогазовые системы работают за счет использования анаэробного сбраживания, процесса, при котором биоразлагаемый материал разрушается бактериями в отсутствие кислорода.

  • Коровий навоз собирается и хранится в бескислородном вольере.

  • Некоторые фермы, например молочная ферма Sensenig в Кирквуде, штат Пенсильвания, также собирают пищевые отходы из ближайших продуктовых магазинов. Это присоединится к навозу в варочном котле.

  • В противном случае эти пищевые отходы были бы отправлены на свалки.

  • Со временем бактерии превращают навоз из твердых отходов в жидкие отходы, в результате чего образуется метан.

  • Метан отделяется, собирается и преобразуется в электроэнергию для производства энергии на фермах или в домах, или перерабатывается в КПГ, чтобы приводить в движение грузовики, или даже может использоваться для производства биопластиков.

  • Волокно, оставшееся после переваривания, можно использовать для изготовления компоста, волокна для коровьего подстилки, горшечной почвы или даже картона.

  • Жидкость, оставшаяся в варочном котле, используется для удобрения сельскохозяйственных угодий.

  • Урожай, удобренный жидкостью из варочного котла, убирается на корм коровам.

Никогда не слышали об анаэробном пищеварении? Это нормально.Для фермеров это работает так: фермер сбрасывает коровий навоз в бескислородный вольер. Со временем бактерии превращают навоз из твердых отходов в жидкие отходы, в результате чего образуется метан. Метан отделяется, собирается и преобразуется в электроэнергию для электростанций или домов, или перерабатывается в СПГ, чтобы приводить в движение грузовики, или даже может использоваться для производства биопластиков.

Но это еще не все. Причина, по которой эти биогазовые системы называются системами с замкнутым контуром, заключается в том, что жидкость, которая остается в варочном котле, затем используется для удобрения сельскохозяйственных угодий.На этой земле выращивают зерновые, которые затем скармливают коровам, которые затем производят навоз, который используется в варочном котле. Волокно, оставшееся после переваривания, можно использовать для изготовления компоста, волокна для коровьей подстилки, горшечной почвы или даже картона. Дополнительный бонус? При этом запаха не выделяется! Хотите узнать, как это работает?

Эти системы становятся еще лучше, если в смесь добавляются органические отходы промышленных предприятий по переработке пищевых продуктов и напитков. Например, такие компании, как The Coca Cola Company и Cabot Creamery, отправляют органические отходы со своих заводов по розливу и производству сыра на фермы с биогазовыми системами вместо того, чтобы отправлять их на свалки.Это снижает выбросы парниковых газов от их деятельности, помогает удобрять посевные площади и экономит деньги на сборах за захоронение мусора — все это увеличивает ценность членов местного сообщества, которые используют зеленую энергию, вырабатываемую метантенками. Рассмотрим это великое усилие команды Cleveland Browns в качестве другого примера.

В настоящее время на животноводческих фермах США установлено 239 анаэробных варочных котлов, но есть потенциал для установки более 2600 анаэробных варочных котлов на молочных фермах США. Если смешать с пищевыми отходами, то потенциальная рыночная стоимость этого продукта составит более 3 миллиардов долларов, а выбросы углерода сократятся на 13 миллионов метрических тонн CO2-экв.Это сопоставимо с ежегодными выбросами углерода более 3,2 миллиона легковых автомобилей в США.

Итак, почему не у каждого фермера есть биогазовая система?
До сих пор фермеры сталкивались с несколькими препятствиями, которые необходимо преодолеть. Фермерам поручено найти партнеров для заключения долгосрочных контрактов на поставку органических пищевых отходов, сторон, которые могут предоставлять ссуды, а процесс утверждения разрешения на строительство варочного котла может быть сложным. Кроме того, местные электроэнергетические компании должны поставлять электроэнергию в сеть по конкурентоспособным ценам.

Таким образом, Дорожная карта по биогазу определяет четыре направления действий по развитию биогазовой отрасли, которые поддерживают фермеров, в том числе:

1. Содействие использованию биогаза через существующие программы агентства
USDA, DOE и EPA будут использовать свои существующие программы для развития биогазовой системы путем согласования программ, исследовательских планов и стандартов.

2. Стимулирование инвестиций в биогазовые системы
Высокие капитальные затраты и ограниченные финансовые стимулы являются препятствиями на пути внедрения биогазовых метантенков.Агентства будут разрабатывать возможности для финансирования и финансовых стимулов.

3. Укрепление рынков биогазовых систем и системных продуктов
Существуют рыночные возможности для метантенков и сопутствующих продуктов, которые могут быть реализованы за счет поддерживающих мероприятий со стороны агентств, в частности, связанных с энергетикой и другими неэнергетическими продуктами с добавленной стоимостью. , например, восстановление и переработка питательных веществ, клетчатка и добавки в почву.

4. Улучшение коммуникации и координации
USDA, DOE и EPA будут координировать и вкладывать средства в исследования и разработки, чтобы помочь усилиям отрасли по продвижению в секторе биогаза.

По мере развития биогазовой промышленности у молочной промышленности появляется возможность определить и оптимизировать ценность молочной продукции. Поскольку биогазовые варочные котлы играют важную роль в сохранении природных ресурсов, WWF продолжит работать с такими партнерами, как Центр инноваций для молочной промышленности США, чтобы продвигать внедрение и дальнейшее развитие биогазовых варочных котлов на фермах США.

Цель состоит в том, чтобы превратить навоз в такие продукты, как электричество, топливо, волокно и удобрения, которые сокращают выбросы метана, сохраняют природные ресурсы, а также нашу зависимость от ископаемого топлива.Это приносит пользу не только фермерам, но и корпорациям, сообществам и окружающей среде.

Биогаз из навоза | Airclim

Фото: Rolls-Royce Powersystems AG / flickr.com / CC BY-NC-SA

Производство биогаза из навоза приводит к снижению выбросов парниковых газов и производству возобновляемого топлива. Эта технология далека от своего полного потенциала в Европе, но также имеет некоторые серьезные ограничения.

Производство биогаза из навоза имеет много преимуществ.По сравнению с нынешним управлением навозом, увеличение производства биогаза может снизить выбросы парниковых газов (закиси азота и метана), обеспечивая при этом возобновляемый источник энергии, который может заменить ископаемое топливо.

Степень распространения технологии значительно различается в странах-членах ЕС, а также в странах со схожими условиями. Например, в 2012 году в Германии действовало около 7800 сельскохозяйственных биогазовых установок (включая установки, перерабатывающие только биомассу), а во Франции — всего около 100.

Европейская ассоциация биомассы в 2009 году сделала приблизительную оценку потенциала производства энергии в различных странах-членах ЕС (таблица). Даже при наличии ограничений с точки зрения логистики и доступности подходящих материалов для совместного сбраживания этот потенциал еще далеко не полностью реализован. В Дании, одной из стран-участниц, наиболее распространено сбраживание биогаза, но перерабатывается только 7 процентов навоза.

В настоящее время большая часть навоза, перевариваемого в биогаз, находится в виде жидкого навоза (жидкий навоз).Технически возможно производить биогаз и из твердого навоза, но технология не так развита. Этот процесс идет медленнее, и до сих пор было труднее сделать эти системы экономически жизнеспособными, даже при имеющихся субсидиях.

При производстве навозной жижи, хранении ее в резервуарах для навозной жижи и внесении ее на сельскохозяйственные угодья, метан и закись азота выбрасываются в атмосферу. То же самое и с другими видами навоза. Если навоз подается через биогазовую установку, значительная часть содержания углерода расщепляется до метана, а затем при использовании в качестве топлива до двуокиси углерода (одна молекула двуокиси углерода влияет на климат в 25 раз меньше, чем молекула метана).Кроме того, выбросы закиси азота из хранилищ и полей будут сокращены по сравнению с ситуацией, когда навоз обрабатывается без дегазации.

С дигестатом также легче обращаться как с удобрением, чем с необработанным навозом, поскольку он более концентрирован, а процесс делает питательные вещества более доступными для сельскохозяйственных культур по сравнению с непереваренным навозом. Запах дигестата также меньше по сравнению с необработанным навозом.

Сухое вещество, то есть органически связанный азот, разлагается при переработке навоза на биогазовой установке.Таким образом, субстрат получает более низкое содержание органически связанного азота и более высокое содержание неорганически связанного нитрата аммония, доступного для растений. Более 80 процентов азота в дигестате навоза находится в форме нитрата аммония. Это можно сравнить с 20-25% для глубокой подстилки и 50-75% для жидкого навоза.

Это может привести к увеличению эффективности использования азота, поскольку большее количество азота может поглощаться непосредственно растениями по сравнению с необработанным навозом.Однако, поскольку доля аммиака выше, также увеличивается риск потерь аммиака. Другой фактор, который вносит свой вклад, — это то, что pH повышается во время процесса биогаза, и более высокий pH обычно соответствует повышенному риску выбросов аммиака. Поэтому особенно важно, чтобы дигестат не разносился вне вегетационного периода и не попадал непосредственно в почву. Как навоз, дигестат необходимо хранить таким образом, чтобы минимизировать потери аммиака, с крышкой или, что еще более предпочтительно, с герметичной крышкой.Таким образом, при правильном управлении потери аммиака в дигестат находятся на том же уровне, что и навоз.

Одним из важнейших факторов устойчивости технологии является то, что для повышения эффективности процесса в суспензию необходимо добавлять органические вещества. Это могут быть органические отходы пищевой промышленности, общественных кухонь или домашних хозяйств. Однако этот ресурс может быть ограничен из-за отсутствия инфраструктуры или высокого спроса. Для некоторых фракций органических отходов также может существовать конкуренция со стороны других отраслей, например.грамм. как корм в звероводстве.

Другой вариант — использовать биомассу. Либо солома, либо остатки от выращивания зерна, либо выращивание растений специально для этой цели. Солома может быть ограниченным ресурсом, поскольку ее можно сжигать и использовать непосредственно для центрального отопления и производства электроэнергии.

В Германии и Дании кукуруза стала популярной биогазовой установкой, которая, в основном, перерабатывается сама по себе, но также и вместе с жидким навозом. Однако многие зеленые группы критикуют это развитие, поскольку монокультуры кукурузы превосходят сельское хозяйство в области производства продуктов питания и сельское хозяйство, которое вносит больший вклад в биоразнообразие.Другие культуры (свекла, зерно, трава, трава клевера и топинамбур) также могут быть использованы для этой цели, некоторые из них могут быть лучше для биоразнообразия, чем кукуруза, но риск нежелательных изменений в землепользовании и конкуренции с производителями продуктов питания сохраняется.

Промысловые культуры (посеянные после сбора урожая основной культуры для предотвращения вымывания азота за счет включения избыточного азота из почвы) могут быть лучшим вариантом, поскольку они не находятся в прямой конкуренции с производством продуктов питания. Следовательно, сбор этих культур (вместо мульчирования) может увеличить доступное количество дополнительной биомассы для производства биогаза.

Глубокая подстилка (твердый навоз, смешанный с большим количеством соломы) также является подходящим компонентом для смешивания с жидким навозом, так как он имеет высокое содержание сухого вещества и поскольку механическое воздействие штамповки животных сделало солому более разлагаемой. Это также имеет то преимущество, что фермер может избежать использования глубокой подстилки на полях. Поскольку эффективность использования азота для дигестата выше, чем для глубокой подстилки, потери азота в воздух и воду снижаются.

Одним из недостатков дигестата в качестве удобрения по сравнению как с глубокой подстилкой, так и с жидким навозом является более низкое содержание органических веществ.Это может привести к истощению органического вещества почвы и, в конечном итоге, к потере запасов углерода. Использование соломы и промежуточных культур для получения биогаза вместо внесения биомассы непосредственно в почву также может снизить уровень органических веществ. Этот баланс требует более детального изучения, особенно в регионах с уже истощенными почвами.

Еще одним ограничением для технологии является логистика. Биогазовые установки, как правило, наиболее рентабельны в регионах с крупными промышленными животноводческими фермами и высокой концентрацией животных, поскольку сырья достаточно для больших реакторов, а расстояние транспортировки невелико.Долгосрочная устойчивость этого вида сельского хозяйства ставится под сомнение. И можно утверждать, что инвестиции в биогазовые установки в некоторых областях могут привести к сохранению по существу неустойчивой системы.

Это не означает, что нельзя вводить биогаз, по крайней мере, в средние фермы или в регионы с умеренным скоплением животных. Однако следует знать, что в Европе есть регионы, где стада слишком малы, а животноводческие фермы слишком малочисленны, чтобы биогаз мог быть разумной альтернативой.

Кайса Линдквист

Эта статья частично основана на неопубликованном тексте Якоба Соренсена и Бенте Хесселунд Андерсен, разработанном в рамках проекта «Пути к скандинавской продовольственной системе, которая способствует сокращению выбросов парниковых газов и загрязнителей воздуха».

Другие источники:

Дорожная карта по биогазу для Европы (2009 г.) Европейской ассоциации биомассы

Задача 37 Обзор страны по биогазу (январь 2014 г.) IEA Bioenergy

Таблица: Оценка потенциала биогаза из навоза на 2020 год Европейской ассоциацией по биомассе

Страна

Общий навоз крупного рогатого скота и свиней Потенциал биогаза из навоза Используется 35% навоза
Mt Мтнэ PJ ТВтч
Австрия 34 0.132 5,523 1,53
Бельгия 48,6 0,189 7,894 2,19
Болгария 10,7 0,042 1,738 0,48
Кипр 1,7 0,007 0,276 0,08
Чешская Республика 24,6 0,095 3,996 1.11
Дания 47,2 0,183 7,667 2,13
Эстония 4,1 0,016 0,666 0,18
Финляндия 15,7 0,061 2,550 0,71
Франция 299,1 1,160 48,584 13,49
Германия 225.8 0,876 36,678 10,19
Греция 10,5 0,041 1,706 0,47
Венгрия 17,2 0,067 2,794 0,78
Ирландия 97,2 0,377 15,789 4,39
Италия 102,9 0,399 16,715 4.64
Латвия 6,1 0,024 0,991 0,28
Литва 13,9 0,054 2,258 0,63
Люксембург 2,9 0,011 0,471 0,13
Мальта 0,4 0,002 0,065 0,02
Нидерланды 73.7 0,286 11.971 3,33
Польша 113,4 0,440 18.420 5,12
Португалия 24 0,093 3,898 1,08
Румыния 53,8 0,209 8,739 2,43
Словакия 9,2 0,036 1.494 0.42
Словения 7,4 0,029 1,202 0,33
Испания 138,6 0,538 22,513 6,25
Швеция 25 0,097 4,061 1,13
Соединенное Королевство 149,3 0,579 24,252 6,74
ЕС-27 1556.9 6.040 252,895 70,25

Информационный бюллетень | Биогаз: преобразование отходов в энергию | Официальные документы

В США ежегодно производится более 70 миллионов тонн органических отходов. В то время как сокращение источников и кормление голодных являются необходимыми приоритетами для сокращения ненужных пищевых отходов, органические отходы многочисленны и распространяются на непищевые источники, включая навоз домашнего скота, сельскохозяйственные отходы, сточные воды и несъедобные пищевые отходы.При неправильном обращении с этими отходами они представляют значительный риск для окружающей среды и здоровья населения. Патогены, химические вещества, антибиотики и питательные вещества, присутствующие в отходах, могут загрязнять поверхностные и грунтовые воды через стоки или вымывание в почвы. Избыток питательных веществ вызывает цветение водорослей, наносит вред дикой природе и заражает питьевую воду. Питьевая вода с высоким содержанием нитратов связана с гипертиреозом и синдромом голубого ребенка. Коммунальные предприятия водоснабжения очищают питьевую воду от нитратов, но это требует больших затрат.

Органические отходы также выделяют большое количество метана при разложении. Метан — мощный парниковый газ, который удерживает тепло в атмосфере более эффективно, чем углекислый газ. При равных количествах метана и углекислого газа метан поглотит в 86 раз больше тепла за 20 лет, чем углекислый газ. Чтобы уменьшить выбросы парниковых газов и риск загрязнения водных путей, органические отходы можно удалять и использовать для производства биогаза, возобновляемого источника энергии. При вытеснении ископаемого топлива биогаз способствует дальнейшему сокращению выбросов, что иногда приводит к образованию углеродных отрицательных систем.Несмотря на многочисленные потенциальные выгоды от утилизации органических отходов, включая защиту окружающей среды, инвестиции и создание рабочих мест, в Соединенных Штатах в настоящее время имеется всего 2200 действующих биогазовых систем, что составляет менее 20 процентов от общего потенциала.

Введение


Что такое биогаз?

Биогаз образуется после того, как органические материалы (продукты растительного и животного происхождения) расщепляются бактериями в бескислородной среде. Этот процесс называется анаэробным сбраживанием.Биогазовые системы используют анаэробное сбраживание для переработки этих органических материалов, превращая их в биогаз, содержащий как энергию (газ), так и ценные почвенные продукты (жидкости и твердые частицы).

Рис. 1: Процесс анаэробного сбраживания (график Сары Танигава, EESI).

Анаэробное сбраживание уже происходит в природе, на свалках и в некоторых системах управления навозом, но его можно оптимизировать, контролировать и ограничивать с помощью анаэробного варочного котла.Биогаз содержит примерно 50-70 процентов метана, 30-40 процентов углекислого газа и следовые количества других газов. Жидкий и твердый переваренный материал, называемый дигестатом, часто используется в качестве удобрения почвы.

Рис. 2. Действующие биогазовые системы на континентальной части США (предоставлено Американским советом по биогазу)

Некоторые органические отходы сложнее разложить в варочном котле, чем другие.Пищевые отходы, жиры, масла и смазки — это органические отходы, которые легче всего разложить, а отходы животноводства — самые сложные. Смешивание нескольких отходов в одном варочном котле, называемое совместным сбраживанием, может помочь увеличить выход биогаза. Более теплые варочные котлы, обычно поддерживаемые при температуре от 30 до 38 градусов по Цельсию (86-100 по Фаренгейту), также могут способствовать более быстрому разложению отходов.

После улавливания биогаза он может производить тепло и электричество для использования в двигателях, микротурбинах и топливных элементах.Биогаз также можно преобразовать в биометан, также называемый возобновляемым природным газом или ГСЧ, и закачать в трубопроводы природного газа или использовать в качестве автомобильного топлива.

В настоящее время в Соединенных Штатах имеется 2200 действующих биогазовых систем во всех 50 штатах, и есть потенциал для добавления более 13 500 новых систем.


Преимущества биогаза

Накопленный биогаз может обеспечить чистый, возобновляемый и надежный источник энергии базовой нагрузки вместо угля или природного газа. Мощность базовой нагрузки постоянно вырабатывается для удовлетворения минимальных требований к мощности; возобновляемая мощность базовой нагрузки может дополнять более возобновляемые источники энергии.Подобно природному газу, биогаз также можно использовать в качестве источника пиковой мощности, которую можно быстро наращивать. Использование хранимого биогаза ограничивает количество метана, выбрасываемого в атмосферу, и снижает зависимость от ископаемого топлива. Сокращение выбросов метана в результате использования всего потенциального биогаза в Соединенных Штатах будет равно ежегодным выбросам от 800 000 до 11 миллионов легковых автомобилей. Согласно оценке утилизации отходов в колеса, сжатый природный газ, полученный из биогаза, снижает выбросы парниковых газов до 91 процента по сравнению с нефтяным бензином.

Город Нью-Йорк ежегодно тратит около 400 миллионов долларов на транспортировку 14 миллионов тонн отходов на мусоросжигательные заводы и свалки. Направление этих отходов на анаэробное сбраживание превратит затраты в возможность, принося доход от производства энергии и побочных продуктов.

Источник: New York Times, 2 июня 2017 г.

Помимо преимуществ для климата, анаэробное сбраживание может снизить затраты, связанные с восстановлением отходов, а также принести пользу местной экономике.Строительство 13 500 потенциальных биогазовых систем в Соединенных Штатах может добавить более 335 000 временных рабочих мест в строительстве и 23 000 постоянных рабочих мест. Анаэробное пищеварение также снижает запахи, количество патогенов и риск загрязнения воды отходами животноводства. Дигестат, материал, оставшийся после процесса переваривания, можно использовать или продавать в качестве удобрения, уменьшая потребность в химических удобрениях. Дигестат также может принести дополнительный доход при продаже в качестве подстилки для домашнего скота или улучшения почвы.

Сырье для биогаза


Пищевые отходы

Около 30 процентов мировых запасов продовольствия теряется или выбрасывается впустую каждый год.Только в 2010 году в Соединенных Штатах было произведено около 133 миллиардов фунтов (66,5 миллиона тонн) пищевых отходов, в основном из жилищного и коммерческого пищевого секторов. Чтобы справиться с этими отходами, Иерархия восстановления пищевых продуктов EPA уделяет приоритетное внимание сначала сокращению источников, а затем использованию дополнительных продуктов питания для борьбы с голодом; производство кормов для животных или энергии менее приоритетны. Продовольствие следует отправлять на свалки в крайнем случае. К сожалению, пищевые отходы составляют 21 процент свалок в США, и только 5 процентов пищевых отходов перерабатываются в почвоулучшители или удобрения.Большая часть этих отходов отправляется на свалки, где при разложении выделяется метан. В то время как свалки могут улавливать образующийся биогаз, захоронение органических отходов не дает возможности рециркулировать питательные вещества из исходного органического материала. В 2015 году EPA и USDA поставили цели сократить количество пищевых отходов, отправляемых на свалки, на 50 процентов к 2030 году. Но даже если эта цель будет достигнута, останутся излишки пищевых продуктов, которые необходимо будет переработать. Энергетический потенциал значителен. Приведем лишь один пример: при 100 тоннах пищевых отходов в день анаэробное сбраживание может генерировать достаточно энергии, чтобы обеспечить электроэнергией от 800 до 1400 домов в год.Жир, масло и жир, собранные в сфере общественного питания, также можно добавлять в анаэробный варочный котел для увеличения производства биогаза.


Свалочный газ

Свалки являются третьим по величине источником антропогенных выбросов метана в США. Свалки содержат те же анаэробные бактерии, которые присутствуют в варочном котле, которые расщепляют органические материалы с образованием биогаза, в данном случае свалочного газа (свалочный газ). Вместо того, чтобы позволить свалку уйти в атмосферу, его можно собирать и использовать в качестве энергии.В настоящее время проекты свалочного газа в Соединенных Штатах вырабатывают около 17 миллиардов киловатт-часов электроэнергии и ежегодно поставляют 98 миллиардов кубических футов свалочного газа в трубопроводы природного газа или напрямую конечным пользователям. Для справки, средний дом в США в 2015 году потреблял около 10812 киловатт-часов электроэнергии в год.

Отходы животноводства

Рисунок 3: Текущее количество действующих и потенциальных биогазовых систем в Соединенных Штатах по сырью. EPA

Молочная корова весом 1000 фунтов производит в среднем 80 фунтов навоза в день. Перед внесением на поля этот навоз часто хранят в сборных резервуарах. При разложении навоз не только производит метан, но и может способствовать увеличению количества питательных веществ в водных путях. В 2015 году на использование навоза домашнего скота приходилось около 10 процентов всех выбросов метана в Соединенных Штатах, однако только 3 процента отходов животноводства перерабатываются анаэробными метантенками.Когда навоз домашнего скота используется для производства биогаза, анаэробное сбраживание может снизить выбросы парниковых газов, уменьшить запахи и сократить до 99 процентов патогенов навоза. По оценкам EPA, существует потенциал для 8 241 биогазовой системы животноводства, которые вместе могут вырабатывать более 13 миллионов мегаватт-часов энергии ежегодно.


Очистка сточных вод

На многих очистных сооружениях (КОС) уже есть анаэробные варочные котлы для обработки осадка сточных вод, твердых частиц, отделяемых в процессе очистки.Однако многие очистные сооружения не имеют оборудования для использования производимого ими биогаза и вместо этого сжигают его на факеле. Из 1269 очистных сооружений, использующих анаэробный метантенк, только около 860 используют их биогаз. Если бы все предприятия, которые в настоящее время используют анаэробное сбраживание, обрабатывающие более 5 миллионов галлонов в день, установили бы установку для рекуперации энергии, Соединенные Штаты смогли бы сократить годовые выбросы углекислого газа на 2,3 миллиона метрических тонн, что равно годовому выбросу от 430 000 легковых автомобилей. .


Остатки урожая

Остатки сельскохозяйственных культур могут включать стебли, солому и обрезки растений. Некоторые пожнивные остатки оставляют на поле для сохранения содержания органических веществ и влаги в почве, а также для предотвращения эрозии. Однако более высокие урожаи приводят к увеличению количества пожнивных остатков, и удаление их части может быть устойчивым. Устойчивые нормы сбора урожая зависят от выращиваемой культуры, типа почвы и климатических факторов. По оценкам Министерства энергетики США, принимая во внимание устойчивые темпы сбора урожая, в настоящее время доступно около 104 миллионов тонн пожнивных остатков по цене 60 долларов за тонну сухого вещества.Остатки сельскохозяйственных культур обычно перевариваются совместно с другими органическими отходами, поскольку высокое содержание лигнина затрудняет их расщепление.

Конечное использование биогаза


Сырой биогаз и дигестат

Практически не обрабатывая, биогаз можно сжигать на месте для обогрева зданий и энергетических котлов или даже самого реактора. Биогаз можно использовать для комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ), или биогаз можно просто превратить в электричество с помощью двигателя внутреннего сгорания, топливного элемента или газовой турбины, в результате чего электричество будет использоваться на месте или продаваться в электрическую сеть.

Дигестат — это богатый питательными веществами твердый или жидкий материал, остающийся после процесса пищеварения; он содержит все переработанные питательные вещества, которые присутствовали в исходном органическом материале, но в форме, более доступной для растений и почвостроения. Состав и содержание питательных веществ в дигестате будут зависеть от сырья, добавляемого в варочный котел. Жидкий дигестат можно легко разбрызгивать на фермах в качестве удобрения, что снижает потребность в покупке синтетических удобрений. Твердый дигестат можно использовать в качестве подстилки для домашнего скота или компостировать с минимальной обработкой.Недавно биогазовая промышленность предприняла шаги по созданию программы сертификации дигестата, чтобы гарантировать безопасность и контроль качества дигестата.

С помощью биогазовых систем молочные заводы, фермы и промышленность могут снизить эксплуатационные расходы, используя собственные органические отходы для питания своего оборудования и зданий. Fair Oaks Dairy в Индиане производит 1,2 миллиона кубических футов биогаза каждый день из навоза от 9000 дойных коров. Часть биогаза модернизируется до КПГ и используется для питания прицепов, доставляющих молоко на перерабатывающие предприятия Fair Oaks, что снижает их использование дизельного топлива на 1.5 миллионов галлонов в год.

Источник: EPA.

Возобновляемый природный газ

Возобновляемый природный газ (ГСЧ) или биометан — это биогаз, очищенный для удаления двуокиси углерода, водяного пара и других газовых примесей, чтобы он соответствовал стандартам газовой промышленности. RNG может быть закачан в существующую сеть природного газа (включая трубопроводы) и использоваться взаимозаменяемо с обычным природным газом. Природный газ (обычный и возобновляемый) обеспечивает 26 процентов U.S. электричество, а 40 процентов природного газа используется для производства электроэнергии. Остальной природный газ используется в коммерческих целях (отопление и приготовление пищи) и в промышленных целях. RNG может заменить до 10 процентов природного газа, используемого в Соединенных Штатах.


Сжатый природный газ и сжиженный природный газ

Подобно обычному природному газу, RNG может использоваться в качестве автомобильного топлива после его преобразования в сжатый природный газ (CNG) или сжиженный природный газ (LNG).Экономия топлива транспортных средств, работающих на КПГ, сравнима с экономией топлива у обычных автомобилей с бензиновым двигателем, и их можно использовать в транспортных средствах малой и большой грузоподъемности. СПГ не так широко используется, как СПГ, потому что его производство и хранение дорого, хотя его более высокая плотность делает СПГ лучшим топливом для большегрузных транспортных средств, которые путешествуют на большие расстояния. Чтобы получить максимальную отдачу от инвестиций в заправочную инфраструктуру, КПГ и СПГ лучше всего подходят для транспортных средств, которые возвращаются на базу для дозаправки. По оценкам Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии, ГСЧ может заменить пять процентов природного газа, используемого для производства электроэнергии, и 56 процентов природного газа, используемого для производства автомобильного топлива.

Федеральная политика поддержки биогазовой промышленности


Стандарт возобновляемого топлива
Производство целлюлозного биотоплива (в галлонах)
по виду топлива
Этанол Возобновляемый КПГ Возобновляемый СПГ
2015 2 181 096 81,490,266 58 368 879
2016 3 805 246 116 582 508 71 974 041
2017 * 3,536,721 56 916 606 34 224 820
* По состоянию на июль 2017 г.

Стандарт возобновляемого топлива (RFS) был создан Конгрессом как часть Закона об энергетической политике 2005 года.RFS требует добавления возобновляемых видов топлива в топливо для транспортных средств США. В настоящее время около 10 процентов поставок бензина обеспечивается возобновляемым топливом, в первую очередь этанолом. RFS устанавливает объемы топлива для различных категорий топлива: дизельное топливо на основе биомассы, усовершенствованное биотопливо, целлюлозное биотопливо и возобновляемое топливо в целом. Каждая категория имеет необходимое минимальное сокращение выбросов парниковых газов.

EPA одобрило биогаз в качестве целлюлозного сырья в соответствии с RFS в 2014 году.Целлюлозное биотопливо должно быть на 60 процентов менее энергоемким, чем бензин. В настоящее время большая часть объемов целлюлозного топлива удовлетворяется за счет использования ГСЧ в качестве автомобильного топлива. Соблюдение RFS отслеживается с помощью возобновляемых идентификационных номеров (RIN), которыми можно торговать, а RIN для целлюлозного биотоплива могут приносить производителям RNG 40 долл. США / млн БТЕ (по состоянию на сентябрь 2017 г.). По мнению производителей биогаза, RFS стал важным драйвером инвестиций в отрасль.

В рамках утверждения биогаза EPA обновило RFS, чтобы позволить электричеству, полученному из биогаза, используемому в качестве автомобильного топлива, соответствовать критериям RIN, или «e-RIN».«Однако по состоянию на 2017 год EPA не одобрило никаких запросов производителей на запуск электронных RIN, несмотря на то, что производство биогаза уже превышает текущий спрос на электроэнергию для транспортировки.


Счет фермы

Программы в рамках Закона об энергетике (IX) Закона о фермах сыграли решающую роль в развитии биогазовой промышленности. В соответствии с Законом о сельском хозяйстве 2014 года программа Министерства сельского хозяйства США по биоэнергетике для усовершенствованного биотоплива предусматривает выплаты производителям для содействия производству усовершенствованного биотоплива, очищенного не из кукурузного крахмала, а из других источников.В настоящее время программа получает 15 миллионов долларов в год в виде обязательного финансирования с 20 миллионами долларов в год в виде дискреционного финансирования до 2018 года.

С помощью грантов и ссуд REAP на сумму более 500 000 долларов, Pennwood Farms смогла установить анаэробный варочный котел в 2011 году. Постельные принадлежности, изготовленные из дигестата, экономят ферме около 60 000 долларов в год на затратах на подстилку и отходы от 600 дойных коров. электричества более чем достаточно для удовлетворения потребностей на месте.

Источник: USDA

Программа «Энергия в сельских районах для Америки» (REAP) предоставляет гранты и гарантии по кредитам сельскохозяйственным производителям и сельским малым предприятиям для содействия производству возобновляемой энергии и повышению энергоэффективности. Программа имеет обязательное финансирование в размере 50 миллионов долларов США в год до 2018 года и 100 миллионов долларов США в виде дискреционных фондов.

Инициатива по исследованию и развитию биомассы — это совместная программа Министерства сельского хозяйства США и Министерства энергетики США.Имея 3 миллиона долларов обязательного финансирования до 2017 финансового года и 20 миллионов долларов дискреционного финансирования до 2018 финансового года, Совет по исследованиям и разработкам в области биомассы предоставляет гранты, контракты и финансовую помощь проектам, которые стимулируют исследования и разработки биотоплива и биопродуктов. Однако эти программы постоянно сокращают финансирование за счет процесса выделения ассигнований.


Другие программы агентств

AgSTAR — это совместная программа EPA, USDA и DOE.Программа продвигает использование анаэробных варочных котлов на животноводческих фермах для сокращения выбросов метана из отходов животноводства. Программа AgSTAR поддерживает планирование и реализацию проектов по созданию анаэробных реакторов и включает государственных и негосударственных партнеров.

Программа EPA Landfill Methane Outreach Program (LMOP) поощряет переработку отходов к восстановлению и использованию биогаза, полученного из органических отходов на свалках. LMOP формирует партнерские отношения с сообществами, коммунальными предприятиями, владельцами полигонов и другими заинтересованными сторонами для оказания технической помощи и поиска финансирования для проектов по биогазу на полигонах.

Заключение


Биогазовые системы превращают затраты на управление отходами в возможность получения дохода для американских ферм, молочных заводов и промышленности. Преобразование отходов в электричество, тепло или автомобильное топливо обеспечивает возобновляемый источник энергии, который может снизить зависимость от иностранного импорта нефти, сократить выбросы парниковых газов, улучшить качество окружающей среды и увеличить количество рабочих мест. Биогазовые системы также дают возможность рециркулировать питательные вещества из пищевых продуктов, снижая потребность как в нефтехимических, так и в минеральных удобрениях.

Биогазовые системы — это решение для управления отходами, которое решает множество проблем и дает множество преимуществ, включая потоки доходов. В настоящее время в Соединенных Штатах есть возможность добавить 13 500 новых биогазовых систем, что обеспечит более 335 000 рабочих мест в строительстве и 23 000 постоянных рабочих мест. Однако, чтобы полностью реализовать свой потенциал, отрасль нуждается в постоянной политической поддержке. Надежное финансирование энергетических программ Farm Bill и строгий стандарт по возобновляемым источникам топлива стимулируют инвестиции и инновации в биогазовой отрасли.Если Соединенные Штаты намерены диверсифицировать свои поставки топлива и принять меры по борьбе с изменением климата, им следует серьезно подумать о многих преимуществах биогаза.

Автор: Сара Танигава

Редактор: Джесси Столарк

Улавливание топлива из навоза и растительных отходов

Преобразование отходов животноводства и растений в энергию может оказаться тройным ударом: это не только помогает уменьшить количество отходов, отправляемых на свалки или выбрасываемых в виде газа в атмосферу, но и экономит энергию и деньги.Отходы — от навоза для метана до древесной щепы для прямого нагрева до отработанного растительного масла для прямого использования или преобразования в биодизельное топливо — также имеют положительный энергетический и углеродный баланс. То есть из топлива извлекается больше энергии, чем на его преобразование. Следовательно, чистый CO 2 не генерируется.

Навоз животных

Природа всегда использовала анаэробное сбраживание — бактерии, разрушающие органический материал в отсутствие кислорода — для переработки отходов.Современные анаэробные системы варки на животноводческих фермах работают по тому же принципу: твердые частицы навоза превращаются бактериями в биогаз, в первую очередь метан, который затем может использоваться для выработки электроэнергии.

Молочная ферма Blue Spruce, входящая в программу Cow Power штата Вермонт, использует анаэробный варочный котел (на фото) для превращения навоза в метан, который используется для выработки электроэнергии. Фото Верна Грубингера

Анаэробные варочные котлы традиционно предназначались для крупных операций по ограничению содержания домашнего скота, которые производят много навоза.Однако возможности более широкого использования варочного котла побудили производителей изучить возможность использования этой технологии для малых и средних хозяйств. Китай и Индия уже давно продвигают метантенки меньшего размера. Кроме того, в Европе работает около 2000 варочных котлов на фермах, где исследователи пытаются повысить эффективность и рентабельность для более мелких операторов, комбинируя пищевые и животноводческие отходы.

Варочные котлы

решают несколько проблем одновременно:

  • Когда жидкость и твердые частицы отделяются и обрабатываются, запах уменьшается.Жидкую часть намного проще применять в качестве удобрения, и ее часто смешивают непосредственно с поливной водой.
  • Твердые вещества без запаха и патогенов могут быть проданы в виде компоста или повторно использованы в качестве подстилки, либо генерируя новые потоки доходов, либо экономя деньги производителей на приобретенных подстилках.
  • Популяции мух внутри и вокруг систем хранения навоза уменьшаются, как и популяции семян сорняков в компосте.
  • Биогаз улавливается и сжигается для питания фермы и / или выработки электроэнергии для продажи обратно поставщику электроэнергии.Улавливание и использование метана предотвращает его выброс в атмосферу, где он имеет в 21 раз больший потенциал глобального потепления, чем CO 2 .

В 1998 году AgSTAR, совместными усилиями различных федеральных агентств, выбрала семейную ферму Хаубеншильдов четырех поколений площадью 1000 акров недалеко от Принстона, Миннесота, чтобы продемонстрировать эффективность работы варочного котла на ферме. Варочный котел Haubenschild получает в среднем 20 000 галлонов навоза в день, производя 72 500 кубических футов биогаза, большая часть которого используется для питания генератора мощностью 135 кВт.Отработанное тепло, регенерированное из охлаждающей рубашки генератора, используется для обогрева коровника. В качестве дополнительного преимущества Haubenschilds могут обеспечить электроэнергией еще 70 домашних хозяйств, и к декабрю 2005 года ферма произвела в общей сложности 5,8 миллиона кВтч.

Энергия, производимая варочным котлом, предотвращает эквивалент сжигания 50 тонн угля в месяц. Поскольку это снижает выбросы метана, ферма Haubenschild может продавать 90–100 тонн углеродных кредитов в неделю через Корпорацию экологического кредита.Ферма также сэкономила около 40 000 долларов на удобрениях, поскольку они использовали полученный «дигестат» в качестве почвенной добавки.

Хаубеншильды стремятся сберегать ресурсы и экономить деньги и другими способами. Например, они повторно используют воду для охлаждения молока для питьевой воды коров и для мытья полов, а затем повторно используют эту воду для варочного котла. Они также используют четыре тонны переработанных газет в неделю в качестве подстилки, потому что это способствует отличному анаэробному разрушению навоза.

Хотя технология варочного котла многообещающая, она все еще развивается, а затраты на установку и эксплуатацию высоки.Варочные котлы очень чувствительны к температуре, щелочности, скорости загрузки отходов и времени гидравлического удержания. Они требуют постоянного надзора хотя бы со стороны одного человека. Другие проблемы включают высокие капитальные затраты, низкие оптовые цены на электроэнергию, поддержку отрасли, которая все еще формируется, и подключение к сети. (Дополнительные сведения см. В разделе «Работа с коммунальными предприятиями в сельской местности: что сейчас обсуждают?»).

Уникальное партнерство между коммунальным предприятием, принадлежащим инвестору, и несколькими фермами штата Вермонт делает «коровью силу» более доступной для ряда производителей, позволяя потребителям выбирать экологически чистую энергию.Тысячи клиентов государственной службы Центрального Вермонта (CVPS) подписались на получение части своей энергии через программу CVPS Cow Power. Они платят дополнительно 4 цента за киловатт-час, зная, что 100 процентов надбавки поддерживаются молочными фермерами Вермонта, использующими варочные котлы.

В настоящее время требуется около 500 дойных коров, чтобы произвести достаточно энергии, чтобы Cow Power была экономически жизнеспособной, поэтому ряд мелких хозяйств рассматривают возможность комбинирования своего навоза, чтобы получить право на использование.

Растительные отходы

Топливо, изготовленное из растительных отходов, в основном производится либо из отработанного растительного масла (WVO), либо из WVO, преобразованного в биодизельное топливо, дизельное топливо, частично или полностью изготовленное из биологических материалов.За некоторыми исключениями, WVO требует модификации существующего оборудования, в то время как WVO, преобразованный в биодизельное топливо, может использоваться в большинстве дизельных двигателей.

Майк Коллинз выращивает помидоры в теплице, обогреваемой отработанным растительным маслом. Фото Верна Грубингера.

Топливо из отходов или переработанного растительного масла имеет свои плюсы и минусы, но и то, и другое дает много экологических и экономических преимуществ. Отработанное масло содержит почти в два раза больше энергии, чем уголь, и больше энергии, чем мазут № 2. По сравнению с нефтяным дизельным топливом биодизельное топливо производит меньше летучих органических соединений (ЛОС) и твердых частиц и меньше CO 2 , диоксида серы, оксида углерода и ртути.Некоторые исследования показывают, что биодизель производит несколько более высокие уровни загрязнения оксидом азота (NOx), но исследователи изучают новые добавки и дизельные технологии, которые могут значительно снизить эти выбросы.

Майк Коллинз и Ребекка Никсон из Old Athens Farm на юго-востоке Вермонта решили перейти на прямое растительное масло для обогрева своих трех теплиц после использования 3 000 галлонов масла № 2 за одну зиму. В каждой теплице теперь есть горелка для отработанного масла, вырабатывающая 350 000 БТЕ на 3 200 квадратных футов.

Коллинз и Никсон, которые выращивают органические овощи и ягоды для прямых продаж на двух акрах земли и производят тепличные помидоры, огурцы и баклажаны, собирают отработанное масло в близлежащих ресторанах. Рестораны находятся в пределах обычных маршрутов доставки овощей, что позволяет сэкономить время и силы, связанные с транспортом. Коллинз и Никсон избегают использования масла с гидрогенизированными жирами, поскольку оно плохо работает в горелках для отработанного масла.

Масло, которое обычно хранится в емкостях от пяти до 50 галлонов, доставляется на ферму, фильтруется через сетку и затем хранится в больших пластиковых резервуарах в теплице.Поскольку масло затвердевает в холодную погоду, любое масло, хранящееся на улице зимой, перед использованием необходимо предварительно нагреть.

Как и все новые энергетические системы, система на растительном масле требует начальных начальных затрат. Для Коллинза и Никсона каждая горелка стоила около 5000 долларов и еще 500 долларов на установку. Для сбора масла и обслуживания нагревателей требуется около четырех часов в неделю. Предполагая, что затраты на рабочую силу составляют 10 долларов в час, их система отработанного растительного масла обходится им дополнительно в 2000 долларов в год.

Но окупаемость быстрая.Отказ от дорогостоящих закупок топлива означал, что за вегетационный период 2005–2006 годов ферма сэкономила почти 7000 долларов на расходах на топливо. При ценах на топочный мазут чуть выше 2,25 доллара за галлон окупаемость этой системы может составить всего три с половиной года.

Как и обычное растительное масло, преобразование WVO в биодизельное топливо может быть рентабельным: менее 1 доллара за галлон материалов плюс труд. Мэтт Стейман, руководитель проекта по производству биодизеля в колледже Дикинсон в Карлайле, штат Пенсильвания, давно пропагандировал его преимущества.В 2005 году от имени Wilson College он получил грант SARE на обучение фермеров превращению растительного масла в биодизельное топливо, провел шесть практических семинаров и привлек более 100 производителей из Мэриленда, Вирджинии, Западной Вирджинии и Пенсильвании. Несколько участников сейчас получают начальный капитал для производства биодизеля на своих фермах.

Назад Работа с коммунальными предприятиями в сельской местности: в чем шумиха? Next Биодизель 101

Биогаз из навоза животных | BioEnergy Consult

Навоз — ценный источник питательных веществ и возобновляемой энергии.Однако большая часть навоза собирается в лагунах или разлагается на открытом воздухе, что представляет значительную опасность для окружающей среды. К загрязнителям воздуха, выделяемым навозом, относятся метан, закись азота, аммиак, сероводород, летучие органические соединения и твердые частицы, которые могут вызвать серьезные экологические проблемы и проблемы со здоровьем.

В прошлом отходы животноводства собирались и продавались в качестве удобрений или просто разбрасывались на сельскохозяйственных угодьях. Введение более строгого экологического контроля за запахом и загрязнением воды означает, что необходима определенная форма управления отходами, которая обеспечивает дополнительные стимулы для преобразования биомассы в энергию.

Анаэробное сбраживание — это уникальное решение для обработки навоза, поскольку оно может принести положительные результаты, включая использование возобновляемых источников энергии, загрязнение воды и выбросы в атмосферу. Анаэробное сбраживание навоза становится все более популярным как средство защиты окружающей среды и эффективного использования материалов в сельскохозяйственных системах.

Установки по переработке отходов в энергию (WTE), основанные на анаэробном сбраживании коровьего навоза, высокоэффективны в использовании неиспользованного возобновляемого энергетического потенциала органических отходов путем преобразования биоразлагаемой фракции отходов в газы с высокой теплотворной способностью.

Создание систем анаэробного сбраживания для стабилизации навоза и производства энергии значительно ускорилось за последние несколько лет. Тысячи варочных котлов работают на коммерческих животноводческих предприятиях в Европе, США, Азии и других странах. которые производят чистую энергию и топливо. Многие проекты, которые производят электричество, также используют отходящее тепло для различных внутренних нужд.

Важные факторы

Основными факторами, влияющими на производство биогаза из навоза, являются pH и температура сырья.Хорошо известно, что биогазовая установка оптимально работает при нейтральном уровне pH и мезофильной температуре около 35 o C. Соотношение углерода и азота в загружаемом материале также является важным фактором и должно находиться в диапазоне от 20: 1 до 30. : 1. Соотношение углерода и азота в навозе составляет 25: 1, и он считается идеальным для максимального газообразования.

Концентрация твердых веществ в загружаемом материале также имеет решающее значение для обеспечения достаточного производства газа, а также для легкости смешивания и обращения.Гидравлическое время удерживания (HRT) является наиболее важным фактором при определении объема варочного котла, который, в свою очередь, определяет стоимость установки; чем больше срок хранения, тем выше стоимость строительства.

Описание биогазовой установки, работающей на навозе животных

Свежий навоз хранится в сборном резервуаре перед его переработкой в ​​резервуар для гомогенизации, который оборудован миксером для облегчения гомогенизации потока отходов. Равномерно смешанные отходы пропускаются через мацератор для получения однородных частиц размером 5-10 мм и перекачиваются в анаэробные варочные котлы подходящей емкости, где происходит стабилизация органических отходов.

При анаэробном сбраживании органический материал превращается в биогаз рядом групп бактерий в метан и диоксид углерода. Большинство коммерческих варочных котлов представляют собой реакторы идеального вытеснения и реакторы полного смешения, работающие при мезофильных температурах. Тип используемого варочного котла зависит от консистенции и содержания твердых веществ в сырье, от факторов капитальных вложений и от основной цели варки.

Биогаз содержит значительное количество газа сероводорода (H 2 S), который необходимо удалить из-за его очень агрессивной природы.Удаление H 2 S происходит в установке биологической десульфуризации, в которой к биогазу добавляется ограниченное количество воздуха в присутствии специализированных аэробных бактерий, которые окисляют H 2 S до элементарной серы.

Биогаз может использоваться для приготовления пищи в домашних условиях, промышленного отопления, комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ), а также в качестве автомобильного топлива.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *