Биогазовая установка – это специальная установка, предназначенная для экологически чистой безотходной переработки органических отходов растительного и животного происхождения, образующихся в сельскохозяйственном производстве (навоз крупного и мелкого рогатого скота, свиней, помёт птицы, помёт пушных зверей, фекалии человека; растительные остатки - ботва, травянистые растения, листья, солома, стебли кукурузы, подсолнечника, а так же других культур.;
твёрдые бытовые отходы - бумага, картон, текстиль, пищевые отходы), с получением газообразного топлива - биогаза и экологически чистых органических удобрений, лишённых патогенной микрофлоры, яиц гельминтов, семян сорняков, нитритов и нитратов, специфических фекальных запахов.
Для примера подробно рассмотрим индивидуальную биогазовую установку (ИБГУ-1).
В состав биогазовой установки входят:
- Переходная ёмкость (сырьё попадает в самом начале переработки для подогрева);
- Миксеры (измельчают крупные частицы травы и навоза);
- Ёмкость для газа - газгольдер (хранится полученный газ, поддерживается количество запасов и давления в системе);
- Биореактор (происходит брожение сырья и вырабатывается газ);
- Газовая система (набор труб и шлангов подачи и отвода полученного газа);
- Сепараторы (сортируют переработанное сырьё на твёрдые и жидкие удобрения);
- Насосы (перекачивают сырьё и воду);
- Приборы измерения и контроля давления в реакторе и температуры подогревающей жидкости;
- Когенерационная станция (распределяет полученный газ);
- Аварийные горелки (стравливают лишний газ из реактора и газгольдера, поддерживают заданное давление).
Работу биогазовой установки можно разделить на три основных этапа.
1 этап. Доставка продуктов переработки и отходов в установку. Доставку жидких отходов в реактор осуществляют с помощью специализированных насосов. Более твёрдые отходы доставляются в реактор вручную, либо с помощью транспортной ленты. Чтобы увеличить скорость брожения и распада в биореакторе отходы подогревают. Для подогрева отходов используется переходная ёмкость, в которой продукты переработки доводятся до нужной температуры.
2 этап. Переработка в реакторе. После переходной ёмкости подготовленные и подогретые отходы попадают в реактор. Биореактор представляет собой герметичную конструкцию, изготовленную из особо прочной стали, либо из бетона с антикислотным покрытием. Реактор должен иметь качественную тепловую и газовую изоляцию. Подогрев реактора осуществляется с помощью трубок с горячей водой. Система полностью автономна. Нагрев воды происходит с помощью выработанного биогаза. Реактор работает в замкнутой среде без доступа кислорода. Несколько раз в день, с помощью насоса в него можно добавлять новые порции перерабатываемого вещества. Оптимальный температурный режим реактора – 35-40 оС. Если температура меньше, то процесс брожения существенно замедлится. Если увеличить температуру, то произойдёт быстрое испарение воды, что не позволит отходам полностью распасться. Для ускорения процесса брожения используется специальный миксер (перемешивает субстанцию в реакторе через определённый промежуток времени).
3 этап. Выход готового продукта. По истечению определённого времени (от нескольких часов, до нескольких дней) появляются биогаз и биологические удобрения. Время получения готового продукта зависит от плотности перерабатываемых материалов и их количества.
Получившийся биогаз попадает в газгольдер (бак для хранения газа). Давление газа в газгольдеры регулируется с помощью клапанов. Если давление поднимется выше положенного, то включатся аварийные горелки, которые сожгут лишний газ и стабилизируют давление. Получаемый биогаз нуждается в усушке, после этого его можно использовать, как обычный природный газ. Для поддержания работы самой биогазовой установки требуется около 15 % получаемого газа.
Биогаз состоит из смеси газов: метана - 50-87 %; углекислого газа - 13-50 %; сероводорода – 7 %. После очистки биогаза от углекислого газа (СО2) получается биометан. Биометан — полный аналог природного газа, отличается только своим происхождением.
Подобные биогазовые установки начинают себя окупать через 2 года после монтажа. Средний срок службы установки – 25 лет.
Производство биогаза позволяет предотвратить выбросы метана в атмосферу. Метан оказывает влияние на парниковый эффект в 21 раз более сильное, чем углекислый газ (СО2), и находится в атмосфере уже 12 лет. Если человек с пользой будет использовать метан, то это позволит предотвратить глобальное потепление на планете Земля.
Переработанный навоз, барда и другие отходы можно будет применять в качестве биологических удобрений в сельском хозяйстве. Это позволит снизить применение химических удобрений, сократить нагрузку на грунтовые воды.
Биологические удобрения попадают в специально подготовленный бак с сепаратором. Происходит разделение на твёрдые (биогумус) и жидкие удобрения. На биогумус приходится около 5 % от общего количества получаемых удобрений. Эти удобрения содержат минерализованный азот в виде солей аммония (наиболее легко усвояемая форма азота), минерализованные фосфор, калий и другие, необходимые для растения биогенные микро- и макроэлементы, биологически активные вещества, витамины, аминокислоты, гуминоподобные соединения, структурирующие почву.
1 т таких удобрений по своей эффективности на растения эквивалентна 80-100 т исходного навоза или других органических веществ.
В сутки отходов может обрабатываться объёмом 50-200 кг при влажности 85-93 %.
Биогазовая установка – технически сложное устройство, которое требует профессионального монтажа и своевременного сервисного обслуживания.
Мелкому фермеру с хозяйством из десятка коров, свиней, сотни кур и нескольких гектаров земли будет затруднительно содержать и обслуживать такую технику. У него всего на всего нет такого количества навоза, и прочих отходов, чтобы обеспечить работу биогазовой установки круглосуточно и получать значительный доход. Такое новшество подойдёт крупному фермерскому хозяйству, птицефабрике или мясокомбинату. Данные производства ежедневно генерируют сотни килограммов разнообразных отходов, которые загрязняют природу. Для них покупка биогазовой установки станет, возможно, единственным способом решить проблему утилизации отходов, и при этом получать бесплатный газ, электричество и биологические удобрения.
Индивидуальная биогазовая установка (ИБГУ-1) подойдёт для семьи, имеющей от 2 до 6 коров или 20-60 свиней, или 100-300 голов птицы. Установка ежесуточно может перерабатывать от 100 до 300 кг навоза и производит 100-300 кг экологически чистых органических удобрений и 3-12 м3 биогаза. Влажность загружаемого сырья должна быть 85-93 %. Из 1 т навоза крупного рогатого скота получается 50-65 м³ биогаза с содержанием метана 60 %, 150-500 м³ биогаза из различных видов растений с содержанием метана до 70 %. Максимальное количество биогаза - это 1300 м³ с содержанием метана до 87 % - можно получить из жира. 1 м3 биогаза эквивалентен 0,6 м3 природного газа, 0,7 л мазута, 0,4 л бензина, 2 кВт/ч электроэнергии, 1,5 кг каменного угля, 3,5 кг дров, 12 кг навозных брикетов.
К преимуществам индивидуальной биогазовой установке (ИБГУ-1) можно отнести:
- получение биогаза, экологически чистого органического удобрения, электроэнергии;
- утилизация отходов животноводства и растениеводства;
- замена дорогих минеральных удобрений на более дешёвые и эффективные органические удобрения;
- появление дополнительного источника доходов;
- повышение уровня экологической безопасности окружающей среды, пахотных земель и снижение заболеваемости среди людей;
- снижение расходов на электроэнергию и тепло.
К недостаткам индивидуальной биогазовой установке (ИБГУ-1) можно отнести:
- высокая стоимость установки и обслуживания;
- подойдёт крупному фермерскому хозяйству, а не мелкому собственнику;
- для эффективной работы установки нужен большой объём отходов.
Однако, для частного дома есть решение. Израильская компания HomeBiogas разработала новое устройства с одноименным названием HomeBiogas и HomeBiogas 2.0, которые производит газ для приготовления еды из кухонных отходов.
Принцип работы установки точно такой же: она должна находиться во дворе возле кухни на расстоянии до 20 м. Бочка объёмом 1200 литров, наполненная водой и «активированная» бактериями, заполняется органическими отходами. Эта смесь производит биогаз, поступающий в 700-литровый газгольдер, с которого идёт уже непосредственно к кухонной плите. Устройство не нуждается в подключению к сетям. При условии правильной «подпитки» отходами и оптимальном температурном режиме, она должна продуцировать биогаз для горения комфорки на протяжении 3 часов каждый день (1м3).
В добавок к биогазу для приготовления еды, система HomeBiogas также производит до 12 литров органического жидкого удобрения каждый день.
Стоимость системы HomeBiogas на сегодняшний день составляет 790 долларов (48190 рублей). Стоимость 1 м3 пропана 5,66 рублей. Чтобы система окупилась, ей необходимо произвести 14190 м3 биогаза, если учитывать, что 1 м3 биогаза эквивалентен 0,6 м3 пропана. Таким образом срок окупаемости устройства составляет 23,5 года.
Можно сделать вывод, что использование ИБГУ в частном доме для получения биогаза в большом объёме не рационально, но можно закупать биогаз у поставщиков и использовать в качестве альтернативного топлива, для обогрева помещений или для адаптированных генераторов, которые будут преобразовывать энергию сгорания биогаза в электричество.
