Биогаз своими руками: технология получения альтернативного топлива из биологических отходов

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

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

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

Биология процесса

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

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

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

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

Факторы, влияющие на производство биогаза

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

Вид сырья

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

Температура

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

Психрофильные

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

Мезофильные

Благодаря подогреву температурный режим выдерживается в пределах от 25 до 40 градусов.

Достоинства:

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

Недостатки:

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

Термофильный

Применяется интенсивный подогрев, температура превышает 40 градусов.

Достоинства:

• высокая производительность;
• гибнут болезнетворные бактерии.

Недостатки:

• высокие энергозатраты;
• низкое качество удобрений.

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

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

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

Обмен веществ и свобода перемещения

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

Время брожения

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

При чрезмерно длительной выдержке производительность также снижается из-за недостатка питательных веществ.

В среднем оптимальное время брожения составляет:

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

Кислотно-щелочной баланс

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

Соотношение углерода и азота

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

Сравнение биогаза с более традиционными видами топлива

К сильным сторонам данной технологии относят следующее:

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

Установка для получения биогаза

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

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

Конструкция типичной биогазовой установки

Агрегат состоит из нескольких технологических узлов.

Реактор

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

Система подачи биомассы

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

Также к реактору подводится труба с горячей водой.

Мешалки

Лопатки для перемешивания закреплены на вертикальном валу, хвостовик которого выходит наружу через уплотненное отверстие в крышке реактора.

Устройство приводится в движение электродвигателем посредством зубчатого редуктора.

Включение электродвигателя может производиться вручную или автоматически.

Автоматизированная система подогрева

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

Газгольдер

Это емкость, в которую поступает образующийся в реакторе биогаз.

Сепаратор

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

Простейшая биогазовая установка своими руками для дома

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

Для его сооружения понадобятся:

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

Схема установки

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

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

Биомасса готовится следующим образом:

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

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

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

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

Видео на тему