Συνεχείς αυξήσειςτιμές του φυσικού αερίου, οι διαρθρωτικές κρίσεις και η κερδοσκοπία της αγοράς στο πλαίσιο της πολιτικής αστάθειας λειτούργησαν ως ώθηση για την ανάπτυξη τεχνολογιών για την τεχνητή παραγωγή αερίου, μέσω της χρήσης αποβλήτων από διάφορες βιομηχανίες. Πάνω από δύο δεκαετίες ραγδαίας ανάπτυξηςΗ βιομηχανία βιοαερίου έχει γίνει ισχυρή και οι μηχανικοί έχουν αναπτύξει τεχνικά ορθές λύσεις για να παράγουν επαρκή ενέργεια από βιοαπόβλητα με αποκεντρωμένο τρόπο.Σήμερα στη Γερμανία υπάρχουν περισσότερες από 7.000 μονάδες βιοαερίου δυναμικότηταςαπό 500 kW/ώρα έως 2 MW/ώρα.Το βιοαέριο παράγεται σεεγκαταστάσεις βιοαερίου όπου υπάρχουν διαθέσιμα βιολογικά απόβλητα ήενεργειακά πολύτιμες φυτικές πρώτες ύλες.

Τι είναι το βιοαέριο;

Βιοαέριο – μια γενικευμένη ονομασία για ένα εύφλεκτο μείγμα αερίων που λαμβάνεται κατά τη φυσική αποσύνθεση ουσιών οργανικής προέλευσης ως αποτέλεσμα μιας αναερόβιας μικροβιολογικής διεργασίας (ζύμωση μεθανίου). Για να διασφαλιστεί ότι η διαδικασία αποσύνθεσης δεν διαρκεί χιλιάδες χρόνια, αλλά υπολογίζεται σε ημέρες, δημιουργούνται οι πιο ευνοϊκές συνθήκες για τη ζωή πολλών τύπων βακτηρίων.Η θερμοκρασία ζωής και η «τροφή» για τα βακτήρια προετοιμάζονται προσεκτικά. Το μείγμα που φορτώνεται στον βιοαντιδραστήρα ονομάζεται βιουπόστρωμα. Το βιο-υπόστρωμα συνήθως αποτελείται από ένα μείγμα κοπριάς και τεμαχισμένου ενσίρωσης καλαμποκιού (στη φωτογραφία αριστερά).

Οι σημερινές μονάδες βιοαερίου σχεδιάζονται όλο και περισσότερο για τους σκοπούς της ανακύκλωσης των οικιακών οργανικών απορριμμάτων, επομένως η σύνθεση του βιουποστρώματος επιλέγεται ξεχωριστά για τη μονάδα βιοαερίου.

Η διαδικασία απελευθέρωσης βιοαερίου μπορεί να παρατηρηθεί μέσα από ένα μικρό παράθυρο στον ζυμωτήρα.

Η διαδικασία των χημικών μετασχηματισμών μέσα σε μια μονάδα βιοαερίου αντικατοπτρίζεται στο ακόλουθο διάγραμμα:

Οι μικρές φυσαλίδες στην επιφάνεια ενός ομαλά κινούμενου βιουποστρώματος είναι βιοαέριο.

Βιοαέριο– είναι πάντα ένα μείγμα μεθανίου με άλλα αέρια παραπροϊόντα.Η σύνθεση του βιοαερίου περιλαμβάνει:

Ανάλογα με τον τύπο των οργανικών συστατικών για το βιουπόστρωμα που χρησιμοποιεί η μονάδα βιοαερίου, η σύνθεση του βιοαερίου μπορεί να διαφέρει, το ποσοστό μεθανίου μπορεί να είναι υψηλότερο ή χαμηλότερο.

Δεδομένου ότι τα 2/3 του βιοαερίου αποτελείται από μεθάνιο, ένα εύφλεκτο αέριο που αποτελεί τη βάση του φυσικού αερίου, η ενεργειακή του αξία (ειδική θερμότητα καύσης) είναι 60-70% της ενεργειακής αξίας του φυσικού αερίου ή περίπου 7000 kcal ανά m 3 . Ισοδυναμεί με 1μ 3 Το βιοαέριο μπορεί να είναι 700 γραμμάρια μαζούτ και 1,7 κιλά καυσόξυλα.

Για σύγκριση:

• Ένα κεφάλι βοοειδών παράγει 300-500 m3 βιοαερίου ετησίως
• Ένα εκτάριο λιβαδιού – 6000-8000 m3 βιοαερίου ετησίως
• Ένα εκτάριο κτηνοτροφικών τεύτλων – 8000-12000 m 3 βιοαερίου ετησίως

Γιατί να χρησιμοποιήσετε βιοαέριο;

Σε συνθήκες υψηλού ενεργειακού κόστους, και από την άλλη, αυξανόμενη ποσότητα οργανικών αποβλήτων από τη γεωργία και την ανθρώπινη δραστηριότητα (αυτό είναι όλο ανανεώσιμες πηγές ενέργειας), βΤο αέριο είναι ένα σημαντικό προϊόν - όπως εναλλακτική ενέργεια. Η πιο σημαντική λειτουργία μιας μονάδας βιοαερίου- Αυτό εγγυημένη ενεργειακή ασφάλειατόσο μεμονωμένη παραγωγή (χοιροτροφεία, θερμοκήπια, σιταποθήκες), όσο και σε κλίμακα μικρών οικισμών - μια βασική εγκατάσταση υποστήριξης της ζωής που θα εξασφαλίσει πλήρη αποκεντρωμένη παροχή ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας σε όλους τους κατοίκους. Στις σημερινές συνθήκες κρίσης της ανάπτυξης της Ουκρανίας, αυτός ο παράγοντας αποκτά ιδιαίτερη ισχύ.

Ποιο είναι το όφελος μιας μονάδας βιοαερίου;

1. Ζεστός.Όταν ο κινητήρας συμπαραγωγής στον οποίο καίγεται βιοαέριο κρυώσει, παράγεται θερμότητα με τη μορφή ζεστού νερού. Το ζεστό νερό χρησιμοποιείται για τη θέρμανση δωματίων με ανθρώπους και ζώα, για τη θέρμανση θερμοκηπίων και πισινών.
2. Ηλεκτρική ενέργεια. Ανεξάρτητη και εγγυημένη πηγή. Χωρίς κυλιόμενες διακοπές ρεύματος. Η καύση αερίου σε έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης οδηγεί τον άξονα μιας ηλεκτρικής γεννήτριας, παράγοντας ηλεκτρική ενέργεια. Περίπου 2 kW ηλεκτρικής ενέργειας μπορούν να παραχθούν από ένα m3 βιοαερίου.
3. Φυσικό αέριο. Οι σύγχρονες μονάδες βιοαερίου εξοπλίζονται όλο και περισσότερο με μονάδες καθαρισμού βιοαερίου. Ως αποτέλεσμα αρκετών τεχνολογικών εργασιών, η περιεκτικότητα σε μεθάνιο αυξάνεται στο 90% και απομακρύνονται τα αέρια υποπροϊόντων. Το βιοαέριο έχει εξελιχθεί σε τυπικό φυσικό αέριο και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για οικιακούς σκοπούς.
4. Οργανικά λιπάσματα. Το βιο υπόστρωμα, αφού αφαιρέσει το αέριο από αυτό και το επεξεργαστεί με βακτήρια, είναι ένα φιλικό προς το περιβάλλον, υγρό λίπασμα χωρίς νιτρικά άλατα, σπόρους ζιζανίων και παθογόνο μικροχλωρίδα.
5. Επίλυση περιβαλλοντικών προβλημάτων. Απόρριψη κοπριάς. Οι μονάδες βιοαερίου εγκαθίστανται σε μονάδες επεξεργασίας λυμάτων στις πόλεις, σε αγροτικές περιοχές σε φάρμες, πτηνοτροφεία και μονάδες επεξεργασίας κρέατος για να διασφαλιστεί η ενεργειακή ανεξαρτησία, η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας από τα απόβλητα παραγωγής.

Η παραγωγή βιοαερίου βοηθά στην πρόληψη των εκπομπών μεθανίου στην ατμόσφαιρα, στη μείωση της χρήσης χημικών λιπασμάτων και εξαλείφει τον κίνδυνο ρύπανσης των υπόγειων υδάτων.

Το πιο σημαντικό πράγμα για την ουκρανική οικονομία είναι ότι το βιοαέριο είναι ένα υποπροϊόν από την επεξεργασία των οργανικών αποβλήτων οι πρώτες ύλες για την παραγωγή βιοαερίου είναι κυρίως διαθέσιμες στην επιχείρηση, δεν υπάρχει ανάγκη αγοράς.

Πώς λειτουργεί μια μονάδα βιοαερίου; - Στα απόβλητα!

Χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες πρώτες ύλες: γεωργικά απόβλητα (κοπριά, περιττώματα κτηνοτροφικών εκμεταλλεύσεων και συγκροτημάτων, απόβλητα καλλιεργειών (ενσίρωση)), απόβλητα σφαγείων, απόβλητα βιομηχανίας τροφίμων (απόσταγμα, πολτός), απόβλητα δημοτικών λυμάτων. Το κόστος παραγωγής βιοαερίου θα συνδέεται μόνο με το λειτουργικό κόστος για εξοπλισμό και συντήρηση. Τα άμεσα οφέλη θα συνίστανται σε εξοικονόμηση θερμότητας, ηλεκτρικής ενέργειας και εξοικονόμηση κόστους για ορυκτά λιπάσματα λόγω της παραγωγής οργανικών λιπασμάτων υψηλής ποιότητας.

Ελλείψει τέτοιων εγκαταστάσεων, η διάθεση των απορριμμάτων είναι μεγάλος πονοκέφαλος για τις επιχειρήσεις, μεγάλο οικονομικό και εργατικό κόστος για την απομάκρυνση και τη διάθεση των απορριμμάτων, αλλά η χρήση των απορριμμάτων και η υλοποιημένη εγκατάσταση βιοαερίου λύνει πλήρως αυτό το πρόβλημα, καθώς παρέχει στην επιχείρηση και κοντινοί οικισμοί με ρεύμα, φυσικό αέριο και θερμότητα.

Από ένα ζώο (βοοειδή) μπορείτε να πάρετε περίπου 400 - 500 m3 βιοαερίου. Κατά τη χρήση ενεργειακών εγκαταστάσεων, είναι δυνατό να ληφθούν από 6.000 έως 12.000 (ενσίρωμα καλαμποκιού/κτηνοτροφικά τεύτλα) m3 βιοαερίου ανά εκτάριο. Από 1 m3 βιοαερίου, ανάλογα με την περιεκτικότητα σε μεθάνιο, μπορείτε να παράγετε από 1,5 έως 2,2 kW ηλεκτρικής ενέργειας.

Είναι λογικό να χρησιμοποιούνται μικρές μονάδες βιοαερίου όπου είναι δυνατή η απόκτηση πρώτων υλών και η πλήρης αξιοποίηση των προϊόντων που προκύπτουν. Οι εγκαταστάσεις χρησιμοποιούνται με επιτυχία όπου απαιτείται θερμότητα, ατμός, ηλεκτρισμός ή κρύο. Συνήθως, επαρκείς ποσότητες πρώτων υλών για μονάδες βιοαερίου διατίθενται απόεργοστάσια επεξεργασίας λυμάτων, χωματερές, χοιροτροφικές εκμεταλλεύσεις, πτηνοτροφεία, βουστάσια - όλα αυτά είναι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Αυτή η ενέργεια χρησιμοποιείται σε σχολεία, ιατρικά ιδρύματα, πισίνες, δημοτικούς θερμοηλεκτρικούς σταθμούς, ξενοδοχεία και ξενώνες, εργοστάσια και εργοστάσια.

Κάθε μέρα η ποσότητα της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας αυξάνεται συνεχώς. Τα ποσοστά κατανάλωσης αυξάνονται επίσης, αλλά αργά ή γρήγορα οι πρώτες ύλες για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας θα εξαντληθούν. Το βιοαέριο μπορεί να είναι μια καλή εναλλακτική λύση σε διάφορες πρώτες ύλες για την ηλεκτρική ενέργεια.

Τι είναι το βιοαέριο;

Το βιοαέριο είναι μια εναλλακτική, μη παραδοσιακή πηγή ενέργειας. Αυτός ο τύπος παραγωγής ενέργειας ήταν γνωστός στην εποχή της Αρχαίας Κίνας, αλλά μετά από πολλά χρόνια ξεχάστηκε εύκολα. Και όπως λένε: «Ό,τι νέο είναι ξεχασμένο παλιό».

Το βιοαέριο είναι ένα προϊόν που λαμβάνεται ως αποτέλεσμα αναερόβιας ζύμωσης οργανικών ουσιών. Όλη αυτή η διαδικασία λαμβάνει χώρα χωρίς τη συμμετοχή αέρα.

Ένα παράδειγμα βιοαερίου είναι το αέριο που απελευθερώνεται όταν η κοπριά ή άλλα οικιακά απορρίμματα ζυμώνονται. Ένα τέτοιο αέριο μπορεί κάλλιστα να χρησιμεύσει ως πηγή ενέργειας στη γεωργία.

Πώς παράγεται το βιοαέριο;

Η παραγωγή βιοαερίου είναι μια μέθοδος επεξεργασίας διαφόρων οργανικών και ζωικών αποβλήτων για την παραγωγή βιοκαυσίμων και οργανικών λιπασμάτων. Αυτός ο τύπος παραγωγής ενέργειας είναι μια λύση σε πολλά ζητήματα: οικολογία, κεφάλαιο και αγροχημεία. Η βιοχημική αντίδραση βασίζεται στις διαδικασίες σήψης κοπριάς και απορριμμάτων σε αναερόβιες συνθήκες. Αυτό χρησιμοποιεί μια ομάδα αναερόβιων μικροβίων που βοηθούν στη μετατροπή του φωσφόρου, του καλίου και του αζώτου σε καθαρές μορφές. Τέτοιες μορφές φωσφόρου, καλίου και αζώτου απορροφώνται πολύ καλύτερα από τα φυτά και επίσης καταστρέφουν εντελώς τα παράσιτα. Φυσικά, για να γονιμοποιηθεί η γη, είναι προτιμότερο να χρησιμοποιηθούν απόβλητα από την παραγωγή βιοαερίου. Με αυτόν τον τρόπο δεν χρησιμοποιείτε καθόλου νιτρικά ή νιτρώδη.

Έτσι μοιάζει η διαδικασία παραγωγής βιοαερίου

Το δοχείο στο οποίο παράγεται το βιοαέριο ονομάζεται χωνευτήρας ή αντιδραστήρας.. Εάν ακολουθήσετε τους κανόνες παραγωγής, η απόδοση βιοαερίου είναι περίπου δύο έως τρία m3 ανά m3 οργανικών αποβλήτων.

Παράγοντες που επηρεάζουν τη διαδικασία ζύμωσης:

• Επίπεδο pH;
• θερμοκρασία;
• αναλογία άνθρακα, αζώτου και φωσφόρου.
• επιφάνεια σωματιδίων πρώτης ύλης.
• περιβαλλοντική υγρασία?
• συχνότητα παροχής υποστρώματος.
• επιβραδυντικά?
• διεγερτικά συμπληρώματα.

Χαρακτηριστικά βιοαερίου

Το βιοαέριο είναι ένα μείγμα διοξειδίου του άνθρακα και μεθανίου. Είναι προϊόν ζύμωσης μεθανίου οργανικών ουσιών ζωικής και φυτικής προέλευσης. Η ζύμωση μεθανίου είναι το αποτέλεσμα της φυσικής δράσης των αναερόβιων βακτηρίων. Αυτή η διαδικασία λαμβάνει χώρα σε θερμοκρασίες από 15 έως 60 βαθμούς σε τρεις περιοχές:

• 15-30 μοίρες - ψυχόφιλο.
• 30-45 μοίρες - μεσόφιλο.
• 45-60 μοίρες - θερμόφιλο.

Η αποσύνθεση της οργανικής ύλης αποτελείται από τρία στάδια:

• διάλυση και υδρόλυση οργανικών ενώσεων.
• οξεογένεση;
• μεθανογένεση.

Η υγρασία του αέρα πρέπει να είναι από 10 έως 98%, βέλτιστη - 91-92%. Η περιεκτικότητα του βιοαερίου σε μεθάνιο εξαρτάται από τη χημική σύσταση της πρώτης ύλης και μπορεί να είναι 55-90%.

Πώς να καθαρίσετε το βιοαέριο από ακαθαρσίες;

Ο καθαρισμός του βιοαερίου σε ένα στάδιο, ή ο αναγεννητικός, περιλαμβάνει την απαλλαγή από ακαθαρσίες έως ότου το βιοαέριο αποκτήσει την κατάσταση του βιομεθανίου. Μετά από έναν τέτοιο καθαρισμό, το βιομεθάνιο μπορεί εύκολα να χρησιμεύσει ως καύσιμο για έναν κινητήρα αυτοκινήτου ή να χρησιμοποιηθεί στο σύστημα παροχής αερίου.

Η αρχή λειτουργίας αυτής της μεθόδου είναι η εξής:

• Το βιοαέριο συμπιέζεται σε πίεση 9-11 bar.
• Αυτό το αέριο τροφοδοτείται στη στήλη καθαρισμού και καθαρίζεται υπό πίεση κρύου νερού.

Έτσι, οι ακαθαρσίες διοξειδίου του άνθρακα και υδρόθειου απομακρύνονται λόγω της καλής διαλυτότητάς τους στο νερό. Το κύριο πλεονέκτημα αυτού του καθαρισμού είναι το χαμηλό κόστος, καθώς το κύριο συστατικό του καθαρισμού βιοαερίου είναι το νερό.

Πώς να μειώσετε την περιεκτικότητα σε υγρασία στο βιοαέριο;

Η μείωση της αναλογίας υγρασίας στο βιοαέριο μπορεί να γίνει μόνο μηχανικά χρησιμοποιώντας εξειδικευμένο εξοπλισμό. Η απλούστερη μέθοδος για την απομάκρυνση της υγρασίας είναι η αλλαγή της θερμοκρασίας. Όταν εκτίθεται σε χαμηλές θερμοκρασίες, η υγρασία συμπυκνώνεται σε ατμό. Μετά από αυτή τη διαδικασία, η περιεκτικότητα σε υγρασία στο αέριο θα μειωθεί κατά 3-5 φορές. Το βιοαέριο διοχετεύεται σε έναν υπόγειο σωλήνα, όπου το νερό κατεβαίνει. Στη συνέχεια, η θερμοκρασία αυξάνεται, δίνοντας στο αέριο την ευκαιρία να ανέβει ψηλότερα και να ζεσταθεί.

Πού χρησιμοποιείται το βιοαέριο;

• Όπως ήδη αναφέρθηκε, το βιοαέριο είναι μια πρώτη ύλη για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και καυσίμων αυτοκινήτων.
• Στις επιχειρήσεις, η χρήση βιοαερίου θα βοηθήσει στην εξοικονόμηση τεράστιου ποσού. Και όλα αυτά γιατί δεν θα χρειαστεί να φτιάξετε αγωγό αερίου, ηλεκτρικές γραμμές ή δοχεία απορριμμάτων. Αυτή η εγκατάσταση θα σας βοηθήσει να εξοικονομήσετε περίπου 30-40% του κόστους ολόκληρου του συστήματος βιοαερίου.
• Οι μονάδες βιοαερίου μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως μονάδες επεξεργασίας λυμάτων. Εγκαθιστώντας μια μονάδα βιοαερίου σε μια φάρμα, εργοστάσιο ή βιομηχανικό συγκρότημα, όχι μόνο θα μπορείτε να απαλλαγείτε από τα απόβλητα για πάντα, αλλά θα λαμβάνετε και πρώτες ύλες για ηλεκτρική ενέργεια και καύσιμα.

Πώς να εγκαταστήσετε μια μονάδα βιοαερίου με τα χέρια σας;

Η διαδικασία παραγωγής βιοαερίου στο σπίτι είναι αρκετά εντατική. Επομένως, σκεφτείτε αν μπορείτε να αντεπεξέλθετε σε αυτό το έργο. Αυτή η μονάδα παραγωγής βιοαερίου θα σας βοηθήσει να εξοικονομήσετε χρήματα σε καύσιμα και ηλεκτρική ενέργεια..

Για την παραγωγή βιοαερίου, χρειάζεστε μια ειδική εγκατάσταση, η οποία μπορεί να κατασκευαστεί από παλιά και μη απαραίτητα πράγματα. Από παλιούς βρασμούς και μεταλλικά τηγάνια μπορείτε να δημιουργήσετε έναν αντιδραστήρα για μελλοντική εγκατάσταση. Το βέλτιστο σχήμα είναι ένας κύλινδρος.

Οι κύριες απαιτήσεις για τον μελλοντικό αντιδραστήρα:

• νερό και στεγανότητα. Η ανάμειξη αέρα και αερίου κατά τη ζύμωση είναι απλά επικίνδυνη. Ο αντιδραστήρας σας μπορεί να σπάσει ή, στη χειρότερη περίπτωση, να εκραγεί. Επομένως, για μεγαλύτερη ασφάλεια, πρέπει να εγκαταστήσετε ένα σφραγισμένο παρέμβυσμα μεταξύ του καπακιού και του σώματος.
• επαρκής θερμομόνωση.
• να είναι αξιόπιστη. Κατά τις αντιδράσεις που παράγουν βιοαέριο, απελευθερώνονται μεγάλες ποσότητες αερίου. Η πίεση μπορεί να κάνει τον όλεθρο με τον αντιδραστήρα σας και μπορεί ακόμη και να εκραγεί.

Για να αποκτήσετε βιοαέριο θα χρειαστείτε:

• ανακατέψτε 2 τόνους κοπριάς και 4 τόνους χούμο.
• προσθέστε νερό στο μείγμα.
• Τοποθετήστε το μείγμα στο λάκκο και χρησιμοποιήστε θερμαντικές μονάδες για να το θερμάνετε στους 45°C. Στη συνέχεια το μείγμα θα αρχίσει να ζυμώνεται και χωρίς πρόσβαση αέρα θα ζεσταθεί στους 80°C.

Για να αποφευχθεί η έκρηξη της πίεσης αερίου στον αντιδραστήρα, συνιστάται η προσάρτηση ενός αντίβαρου χρησιμοποιώντας καλώδια. Έξι τόνοι μείγματος είναι αρκετοί για να λειτουργήσει η εγκατάσταση για έξι μήνες.

Με απλά λόγια, στο λάκκο είναι εγκατεστημένη μια σφραγισμένη δεξαμενή, η οποία λειτουργεί ως αντιδραστήρας. Σε αυτό αποθηκεύονται οργανικά απόβλητα. Σε μια τέτοια εγκατάσταση, η έξοδος αερίου είναι υποχρεωτική.

Τώρα δεν έχετε παρά να περιμένετε να κάνουν τη δουλειά τους οι μικροοργανισμοί και να ζυμώσουν τη μάζα. Μετά από αυτό θα μπορείτε να αποκτήσετε βιοαέριο. Και τα απόβλητα από την παραγωγή βιοαερίου μπορούν να γίνουν ένα εξαιρετικό λίπασμα.

Αφού οι μικροοργανισμοί έχουν ζυμώσει αυτή τη μάζα, πρέπει να ξεφορτωθεί. Αυτό πρέπει να γίνει μέσα από μια ειδική τρύπα. Η ζυμωμένη μάζα πρέπει να τοποθετηθεί προσωρινά σε δοχείο, το οποίο δεν πρέπει να είναι μικρότερο σε όγκο από τον αντιδραστήρα.

Για να παράγετε ανεξάρτητα μια μονάδα βιοαερίου, συνιστάται να τηρείτε την ακόλουθη σειρά:

• επιλέξτε μια τοποθεσία για την εγκατάσταση του μελλοντικού αντιδραστήρα και επίσης υπολογίστε την ημερήσια ποσότητα απορριμμάτων για να προσδιορίσετε τον όγκο του αντιδραστήρα.
• Εγκαταστήστε τους σωλήνες φόρτωσης και εκφόρτωσης και προετοιμάστε ένα λάκκο για τη μονάδα βιοαερίου.
• εγκαταστήστε μια χοάνη φόρτωσης και έναν σωλήνα εξόδου αερίου.
• εγκαταστήστε ένα κάλυμμα καταπακτής που θα χρησιμοποιηθεί για τη συντήρηση και την επισκευή του αντιδραστήρα.
• ελέγξτε τον αντιδραστήρα για διαρροές και θερμομόνωση.

Είναι καλύτερο να κατασκευάζονται τα τοιχώματα του αντιδραστήρα από σκυρόδεμα έτσι ώστε να είναι πιο στεγανά και αξιόπιστα. Η μάζα που φορτώνετε στη μονάδα βιοαερίου δεν πρέπει να περιέχει αντιβιοτικά ή διαλύτες. Επηρεάζουν αρνητικά τη λειτουργία των μικροοργανισμών.

Κατά τη δημιουργία μιας τέτοιας εγκατάστασης, θυμηθείτε τις προφυλάξεις ασφαλείας. Δεν χρειάζεται να το τοποθετήσετε κοντά στο σπίτι ή τον επαγγελματικό σας χώρο.

Καλημέρα σε όλους! Αυτή η ανάρτηση συνεχίζει το θέμα της εναλλακτικής ενέργειας για τη δική σας. Σε αυτό θα σας πω για το βιοαέριο και τη χρήση του για τη θέρμανση του σπιτιού και το μαγείρεμα. Αυτό το θέμα είναι πιο ενδιαφέρον για τους αγρότες που έχουν πρόσβαση σε μια ποικιλία πρώτων υλών για την απόκτηση αυτού του τύπου καυσίμου. Ας καταλάβουμε πρώτα τι είναι το βιοαέριο και από πού προέρχεται.

Από πού προέρχεται το βιοαέριο και από τι αποτελείται;

Το βιοαέριο είναι ένα εύφλεκτο αέριο που προκύπτει ως προϊόν της ζωτικής δραστηριότητας των μικροοργανισμών σε ένα θρεπτικό μέσο. Αυτό το θρεπτικό μέσο μπορεί να είναι κοπριά ή ενσίρωμα, το οποίο τοποθετείται σε ειδικό bunker. Σε αυτό το καταφύγιο, που ονομάζεται αντιδραστήρας, σχηματίζεται βιοαέριο. Το εσωτερικό του αντιδραστήρα θα διευθετηθεί ως εξής:

Για να επιταχυνθεί η διαδικασία ζύμωσης της βιομάζας, πρέπει να θερμανθεί. Για αυτό, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα θερμαντικό στοιχείο ή ένας εναλλάκτης θερμότητας συνδεδεμένος με οποιονδήποτε λέβητα θέρμανσης. Δεν πρέπει να ξεχνάμε την καλή θερμομόνωση για να αποφύγουμε το περιττό ενεργειακό κόστος για τη θέρμανση. Εκτός από τη θέρμανση, η μάζα ζύμωσης πρέπει να αναδεύεται. Χωρίς αυτό, η απόδοση της εγκατάστασης μπορεί να μειωθεί σημαντικά. Η ανάμιξη μπορεί να είναι χειροκίνητη ή μηχανική. Όλα εξαρτώνται από τον προϋπολογισμό ή τα διαθέσιμα τεχνικά μέσα. Το πιο σημαντικό πράγμα σε έναν αντιδραστήρα είναι ο όγκος! Ένας μικρός αντιδραστήρας είναι απλά φυσικά ανίκανος να παράγει μεγάλη ποσότητα αερίου.

Η χημική σύνθεση του αερίου εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στον αντιδραστήρα. Τις περισσότερες φορές, εκεί συμβαίνει η διαδικασία της ζύμωσης μεθανίου, η οποία έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό αερίου με υψηλό ποσοστό μεθανίου. Αλλά αντί για ζύμωση μεθανίου, μπορεί να συμβεί μια διαδικασία με το σχηματισμό υδρογόνου. Αλλά κατά τη γνώμη μου, το υδρογόνο δεν είναι απαραίτητο για τον μέσο καταναλωτή, και μπορεί ακόμη και να είναι επικίνδυνο. Θυμηθείτε μόνο τον θάνατο του αερόπλοιου Hindenburg. Τώρα ας καταλάβουμε από τι μπορεί να ληφθεί βιοαέριο.

Από τι μπορείτε να πάρετε βιοαέριο;

Το αέριο μπορεί να παραχθεί από διάφορους τύπους βιομάζας. Ας τα παραθέσουμε σε μορφή λίστας:

• Απόβλητα παραγωγής τροφίμων - αυτά μπορεί να είναι απόβλητα από σφαγή ή παραγωγή γαλακτοκομικών προϊόντων. Κατάλληλα απόβλητα από την παραγωγή ηλιέλαιου ή βαμβακέλαιου. Αυτή δεν είναι μια πλήρης λίστα, αλλά αρκεί για να μεταφέρουμε την ουσία. Αυτός ο τύπος πρώτης ύλης παράγει την υψηλότερη περιεκτικότητα σε μεθάνιο στο αέριο (έως και 85%).
• Γεωργικές καλλιέργειες - σε ορισμένες περιπτώσεις, καλλιεργούνται ειδικοί τύποι φυτών για την παραγωγή αερίου. Για παράδειγμα, καλαμπόκι ενσίρωσης ή φύκια είναι κατάλληλα για αυτό. Το ποσοστό περιεκτικότητας σε μεθάνιο στο αέριο είναι περίπου 70%.
• Η κοπριά χρησιμοποιείται συχνότερα σε μεγάλες κτηνοτροφικές εκμεταλλεύσεις. Το ποσοστό μεθανίου στο αέριο, όταν χρησιμοποιείται κοπριά ως πρώτη ύλη, συνήθως δεν ξεπερνά το 60%, και το υπόλοιπο θα είναι διοξείδιο του άνθρακα και αρκετό υδρόθειο και αμμωνία.

Μπλοκ διάγραμμα εγκατάστασης βιοαερίου.

Για να κατανοήσουμε καλύτερα πώς λειτουργεί μια μονάδα βιοαερίου, ας δούμε την παρακάτω εικόνα:

Ο σχεδιασμός του βιοαντιδραστήρα συζητήθηκε παραπάνω, επομένως δεν θα μιλήσουμε γι 'αυτό. Ας δούμε άλλα στοιχεία της εγκατάστασης:

• Ο δέκτης απορριμμάτων είναι ένα είδος δοχείου στο οποίο πέφτουν οι πρώτες ύλες στο πρώτο στάδιο. Σε αυτό, οι πρώτες ύλες μπορούν να αναμειχθούν με νερό και να θρυμματιστούν.
• Η αντλία (μετά τον δέκτη αποβλήτων) είναι μια αντλία κοπράνων, με τη βοήθεια της οποίας αντλείται βιομάζα μέσα στον αντιδραστήρα.
• Ο λέβητας είναι ένας λέβητας θέρμανσης που χρησιμοποιεί οποιοδήποτε καύσιμο, σχεδιασμένος να θερμαίνει τη βιομάζα μέσα στον αντιδραστήρα.
• Η αντλία (δίπλα στο λέβητα) είναι αντλία κυκλοφορίας.
• Το "λίπασμα" είναι ένα δοχείο στο οποίο πέφτει η ζυμωμένη λάσπη. Όπως προκύπτει από τα συμφραζόμενα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως λίπασμα.
• Το φίλτρο είναι μια συσκευή στην οποία το βιοαέριο φέρεται σε κατάσταση. Το φίλτρο αφαιρεί τα υπερβολικά αέρια και την υγρασία.
• Συμπιεστής - συμπιέζει το αέριο.
• Η αποθήκευση αερίου είναι μια σφραγισμένη δεξαμενή στην οποία μπορεί να αποθηκευτεί έτοιμο προς χρήση αέριο για όσο χρονικό διάστημα επιθυμείτε.

Βιοαέριο για ιδιωτική κατοικία.

Πολλοί ιδιοκτήτες μικρών αγροκτημάτων σκέφτονται να χρησιμοποιήσουν βιοαέριο για εσωτερικές ανάγκες. Αλλά έχοντας μάθει με περισσότερες λεπτομέρειες για το πώς λειτουργούν όλα, οι περισσότεροι εγκαταλείπουν αυτήν την ιδέα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ο εξοπλισμός για την επεξεργασία κοπριάς ή ενσίρωσης κοστίζει πολλά χρήματα και η παραγωγή αερίου (ανάλογα με την πρώτη ύλη) μπορεί να είναι μικρή. Αυτό με τη σειρά του καθιστά ασύμφορη την εγκατάσταση του εξοπλισμού. Συνήθως, οι αγρότες εγκαθιστούν πρωτόγονες εγκαταστάσεις που λειτουργούν με κοπριά για ιδιωτικές κατοικίες. Τις περισσότερες φορές, μπορούν να παρέχουν αέριο μόνο για την κουζίνα και έναν επιτοίχιο λέβητα αερίου χαμηλής ισχύος. Ταυτόχρονα, θα πρέπει να δαπανηθεί πολλή ενέργεια στην ίδια την τεχνολογική διαδικασία - στη θέρμανση, την άντληση και τη λειτουργία του συμπιεστή. Τα ακριβά φίλτρα δεν μπορούν επίσης να εξαιρεθούν από την προβολή.

Γενικά, το ηθικό δόγμα εδώ είναι το εξής: όσο μεγαλύτερη είναι η ίδια η εγκατάσταση, τόσο πιο επικερδής είναι η λειτουργία της. Αλλά για τις συνθήκες του σπιτιού αυτό είναι σχεδόν πάντα αδύνατο. Αυτό όμως δεν σημαίνει ότι κανείς δεν κάνει οικιακές εγκαταστάσεις. Σας προτείνω να παρακολουθήσετε το παρακάτω βίντεο για να δείτε πώς φαίνεται η χρήση υλικών σκραπ:

Περίληψη.

Το βιοαέριο είναι ένας εξαιρετικός τρόπος για χρήσιμη ανακύκλωση οργανικών απορριμμάτων. Η παραγωγή είναι καύσιμο και χρήσιμο λίπασμα με τη μορφή λάσπης που έχει υποστεί ζύμωση. Αυτή η τεχνολογία λειτουργεί όσο πιο αποτελεσματικά όσο μεγαλύτερος είναι ο όγκος των πρώτων υλών που επεξεργάζονται. Οι σύγχρονες τεχνολογίες καθιστούν δυνατή τη σημαντική αύξηση της παραγωγής αερίου μέσω της χρήσης ειδικών καταλυτών και μικροοργανισμών. Το βασικό μειονέκτημα όλων αυτών είναι η υψηλή τιμή του ενός κυβικού μέτρου. Για τους απλούς ανθρώπους, συχνά θα είναι πολύ φθηνότερο να αγοράσουν αέριο σε φιάλες από το να χτίσουν μια μονάδα επεξεργασίας απορριμμάτων. Αλλά, φυσικά, υπάρχουν εξαιρέσεις σε όλους τους κανόνες, επομένως πριν αποφασίσετε να μεταβείτε στο βιοαέριο, αξίζει να υπολογίσετε την τιμή ανά κυβικό μέτρο και την περίοδο απόσβεσης. Αυτό είναι όλο για τώρα, γράψτε ερωτήσεις στα σχόλια

Το βιοαέριο είναι ένα αέριο που παράγεται από τη ζύμωση της βιομάζας με μεθάνιο. Η αποσύνθεση της βιομάζας σε συστατικά συμβαίνει υπό την επίδραση 3 τύπων βακτηρίων. Στην τροφική αλυσίδα, τα επόμενα βακτήρια τρέφονται με τα απόβλητα των προηγούμενων. Ο πρώτος τύπος είναι υδρολυτικά βακτήρια, ο δεύτερος σχηματίζει οξέα, ο τρίτος σχηματίζει μεθάνιο. Όχι μόνο βακτήρια της κατηγορίας μεθανογόνων, αλλά και τα τρία είδη εμπλέκονται στην παραγωγή βιοαερίου.

Σύνθεση βιοαερίου

55%-75% μεθάνιο, 25%-45% CO2, μικρές ακαθαρσίες H2 και H2S. Μετά τον καθαρισμό του βιοαερίου από το CO2, λαμβάνεται βιομεθάνιο. Το βιομεθάνιο είναι ένα πλήρες ανάλογο του φυσικού αερίου. Η μόνη διαφορά είναι στην προέλευση.

Πρώτες ύλες προς απόκτηση

Οργανικά απόβλητα: κοπριά, σιτηρά και στάχυρα κιμωλίας, χρησιμοποιημένοι σπόροι, πολτός τεύτλων, ιλύς κοπράνων, απόβλητα ψαριών και σφαγείων (αίμα, λίπος, έντερα, ζαχαροκάλαμο), γρασίδι, οικιακά απορρίμματα, γαλακτοκομικά απόβλητα - λακτόζη, ορός γάλακτος, απόβλητα παραγωγής βιοντίζελ - τεχνικό γλυκερίνη από την παραγωγή βιοντίζελ από ελαιοκράμβη, απόβλητα από την παραγωγή χυμών - πολτός φρούτων, πολτός μούρων, πυρηνάκι σταφυλιού, φύκια, απόβλητα από την παραγωγή αμύλου και μελάσας - πολτός και σιρόπι, απόβλητα από την επεξεργασία πατάτας, παραγωγή τσιπς - φλούδες , δέρματα, σάπιοι κόνδυλοι.

Η απόδοση του βιοαερίου εξαρτάται από την περιεκτικότητα σε ξηρά ουσία και τον τύπο της πρώτης ύλης που χρησιμοποιείται. Ένας τόνος κοπριάς βοοειδών παράγει 30-50 m³ βιοαερίου με περιεκτικότητα σε μεθάνιο 60 , 150-500 m3 βιοαερίου από διάφορους τύπους φυτών με περιεκτικότητα σε μεθάνιο έως και 70%. Η μέγιστη ποσότητα βιοαερίου είναι 1300 m3 με περιεκτικότητα σε μεθάνιο έως και 87μπορεί να ληφθεί από λίπος.

Στους υπολογισμούς του βιοαερίου, χρησιμοποιείται η έννοια της ξηρής ύλης (DM ή Αγγλικά TS) ή του ξηρού υπολείμματος (CO). Το νερό που περιέχεται στη βιομάζα δεν παράγει αέριο.

Από 1 κιλό ξηρής ύλης λαμβάνονται 300 έως 500 λίτρα βιοαερίου.

Για τον υπολογισμό της απόδοσης βιοαερίου από μια συγκεκριμένη πρώτη ύλη, είναι απαραίτητο να πραγματοποιηθούν εργαστηριακές δοκιμές ή να εξεταστούν δεδομένα αναφοράς και να προσδιοριστεί η περιεκτικότητα σε λίπη, πρωτεΐνες και υδατάνθρακες. Κατά τον προσδιορισμό του τελευταίου, είναι σημαντικό να μάθετε το ποσοστό των ταχέως αποικοδομήσιμων (φρουκτόζη, ζάχαρη, σακχαρόζη, άμυλο) και δύσκολα αποσυντιθέμενων ουσιών (για παράδειγμα, κυτταρίνη, ημικυτταρίνη, λιγνίνη). Έχοντας καθορίσει το περιεχόμενο των στοιχείων, η έξοδος αερίου υπολογίζεται για καθένα ξεχωριστά και στη συνέχεια συνοψίζεται.

Προηγουμένως, όταν δεν υπήρχε επιστήμη για το βιοαέριο και το βιοαέριο σχετιζόταν με την κοπριά, χρησιμοποιήθηκε η έννοια της «ζωικής μονάδας». Σήμερα, όταν έμαθαν να παράγουν βιοαέριο από οτιδήποτε οργανικό, αυτή η ιδέα έχει απομακρυνθεί και έχει πάψει να χρησιμοποιείται.

Εκτός από τα απόβλητα, το βιοαέριο μπορεί να παραχθεί από ειδικά καλλιεργούμενες ενεργειακές καλλιέργειες, όπως το καλαμπόκι ενσίρωσης ή το σίλφιο. Η παραγωγή φυσικού αερίου μπορεί να φτάσει έως και 500 m3 ανά τόνο.

Ιστορία

Η ανθρωπότητα έμαθε να χρησιμοποιεί το βιοαέριο εδώ και πολύ καιρό. Στη 2η χιλιετία π.Χ. Πρωτόγονες μονάδες βιοαερίου υπήρχαν ήδη στο έδαφος της σύγχρονης Γερμανίας. Οι Αλεμάν, που κατοικούσαν στους υγροτόπους της λεκάνης του Έλβα, φαντάζονταν Δράκους σε παρασυρόμενα ξύλα στο βάλτο. Πίστευαν ότι το εύφλεκτο αέριο που συσσωρευόταν στους λάκκους στους βάλτους ήταν η βρωμούσα ανάσα του Δράκου. Για να κατευνάσουν τον Δράκο, θυσίες και υπολείμματα φαγητού πετάχτηκαν στο βάλτο. Ο κόσμος πίστευε ότι ο Δράκος έρχεται τη νύχτα και η ανάσα του μένει στους λάκκους. Οι Alemans σκέφτηκαν να ράψουν τέντες από δέρμα, να καλύπτουν το βάλτο με αυτές, να εκτρέψουν το αέριο μέσω δερμάτινων σωλήνων στο σπίτι τους και να το κάψουν για μαγείρεμα. Αυτό είναι κατανοητό, επειδή τα ξηρά καυσόξυλα ήταν δύσκολο να βρεθούν και το αέριο του βάλτου (βιοαέριο) έλυσε τέλεια αυτό το πρόβλημα.

Τον 17ο αιώνα, ο Jan Baptist Van Helmont ανακάλυψε ότι η αποσύνθεση βιομάζας απελευθέρωσε εύφλεκτα αέρια. Ο Alessandro Volta το 1776 κατέληξε στο συμπέρασμα ότι υπάρχει σχέση μεταξύ της ποσότητας βιομάζας που αποσυντίθεται και της ποσότητας αερίου που απελευθερώνεται. Το 1808, ο Sir Humphry Davy ανακάλυψε το μεθάνιο στο βιοαέριο.

Η πρώτη τεκμηριωμένη μονάδα βιοαερίου κατασκευάστηκε στη Βομβάη της Ινδίας το 1859. Το 1895, το βιοαέριο χρησιμοποιήθηκε στο Ηνωμένο Βασίλειο για φωτισμό δρόμων. Το 1930, με την ανάπτυξη της μικροβιολογίας, ανακαλύφθηκαν βακτήρια που εμπλέκονται στη διαδικασία παραγωγής βιοαερίου.

Οικολογία

Η παραγωγή βιοαερίου βοηθά στην πρόληψη των εκπομπών μεθανίου στην ατμόσφαιρα. Η ανακυκλωμένη κοπριά χρησιμοποιείται ως λίπασμα στη γεωργία. Αυτό μειώνει τη χρήση χημικών λιπασμάτων και μειώνει το φορτίο στα υπόγεια ύδατα.

Το μεθάνιο έχει φαινόμενο θερμοκηπίου 21 φορές μεγαλύτερο από το CO2 και παραμένει στην ατμόσφαιρα για 12 χρόνια. Η δέσμευση μεθανίου είναι ο καλύτερος βραχυπρόθεσμος τρόπος για την πρόληψη της υπερθέρμανσης του πλανήτη.

Παραγωγή

Συνολικά, περίπου 60 τύποι τεχνολογιών παραγωγής βιοαερίου χρησιμοποιούνται ή αναπτύσσονται σήμερα στον κόσμο. Η πιο κοινή μέθοδος είναι η αναερόβια χώνευση σε μεταδεξαμενές ή αναερόβιες στήλες (ο όρος δεν έχει καθιερωθεί στα ρωσικά). Μέρος της ενέργειας που λαμβάνεται ως αποτέλεσμα της χρήσης βιοαερίου χρησιμοποιείται για τη διατήρηση της διαδικασίας (έως 15-20% το χειμώνα). Σε χώρες με ζεστά κλίματα δεν χρειάζεται να θερμανθεί η δεξαμενή μεθανίου. Τα βακτήρια μετατρέπουν τη βιομάζα σε μεθάνιο σε θερμοκρασίες από 25°C έως 70°C.

Για τη ζύμωση ορισμένων τύπων πρώτων υλών στην καθαρή τους μορφή, απαιτείται ειδική τεχνολογία δύο σταδίων. Για παράδειγμα, τα περιττώματα πτηνών και η στάχυα απόσταξης δεν μετατρέπονται σε βιοαέριο σε συμβατικό αντιδραστήρα. Για την επεξεργασία τέτοιων πρώτων υλών, απαιτείται ένας πρόσθετος αντιδραστήρας υδρόλυσης. Ένας τέτοιος αντιδραστήρας σάς επιτρέπει να ελέγχετε το επίπεδο οξύτητας, έτσι ώστε τα βακτήρια να μην πεθαίνουν λόγω της αύξησης της περιεκτικότητας σε οξέα ή αλκάλια.

Η παραγωγή βιοαερίου δικαιολογείται οικονομικά κατά την επεξεργασία μιας συνεχούς ροής αποβλήτων, για παράδειγμα σε κτηνοτροφικές εκμεταλλεύσεις.

Το αέριο υγειονομικής ταφής είναι ένας από τους τύπους βιοαερίου. Λαμβάνεται σε χώρους υγειονομικής ταφής από αστικά οικιακά απορρίμματα.

Εφαρμογή

Το βιοαέριο χρησιμοποιείται ως καύσιμο για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, θερμότητας ή ατμού ή ως καύσιμο οχημάτων. Στην Ινδία, το Βιετνάμ, το Νεπάλ και άλλες χώρες κατασκευάζονται μικρές (μονοοικογενειακές) μονάδες βιοαερίου. Το αέριο που παράγεται σε αυτά χρησιμοποιείται για το μαγείρεμα.

Οι μονάδες βιοαερίου μπορούν να εγκατασταθούν ως μονάδες επεξεργασίας λυμάτων σε αγροκτήματα, πτηνοτροφεία, αποστακτήρια, εργοστάσια ζάχαρης και μονάδες επεξεργασίας κρέατος. Μια μονάδα βιοαερίου μπορεί να αντικαταστήσει μια κτηνιατρική και υγειονομική μονάδα. Εκείνοι. τα πτώματα μπορούν να ανακυκλωθούν σε βιοαέριο αντί να παράγουν κρεατάλευρα και οστεάλευρα.

Ο μεγαλύτερος αριθμός μικρών μονάδων βιοαερίου βρίσκεται στην Κίνα - περισσότερα από 10 εκατομμύρια (στα τέλη της δεκαετίας του 1990). Παράγουν περίπου 7 δισεκατομμύρια m³ βιοαερίου ετησίως, το οποίο παρέχει καύσιμα για περίπου 60 εκατομμύρια αγρότες. Στην Ινδία, 3,8 εκατομμύρια μικρές μονάδες βιοαερίου έχουν εγκατασταθεί από το 1981.

Στα τέλη του 2006, υπήρχαν περίπου 18 εκατομμύρια μονάδες βιοαερίου που λειτουργούσαν στην Κίνα. Η χρήση τους καθιστά δυνατή την αντικατάσταση 10,9 εκατομμυρίων τόνων ισοδύναμου καυσίμου.

Μεταξύ των βιομηχανικών χωρών, η ηγετική θέση στην παραγωγή και χρήση βιοαερίου σε σχετικούς δείκτες ανήκει στη Δανία - το βιοαέριο καταλαμβάνει έως και 18% στο συνολικό ενεργειακό της ισοζύγιο. Σε απόλυτες τιμές, η Γερμανία κατέχει την ηγετική θέση στον αριθμό των μεσαίων και μεγάλων εγκαταστάσεων - 8.000 χιλιάδες μονάδες. Στη Δυτική Ευρώπη, τουλάχιστον οι μισές πτηνοτροφικές μονάδες θερμαίνονται με βιοαέριο.

Η Volvo και η Scania παράγουν λεωφορεία με κινητήρες βιοαερίου. Τέτοια λεωφορεία χρησιμοποιούνται ενεργά στις πόλεις της Ελβετίας: Βέρνη, Βασιλεία, Γενεύη, Λουκέρνη και Λωζάνη. Σύμφωνα με τις προβλέψεις της Ελβετικής Ένωσης Βιομηχανίας Φυσικού Αερίου, έως το 2010 το 10% των ελβετικών οχημάτων θα κινούνται με βιοαέριο.

Η απελευθέρωση εύφλεκτων αερίων από αποσυντιθέμενα απόβλητα και βιομάζα παρατηρήθηκε ήδη από τον 17ο αιώνα.

Το 1776, ο επιστήμονας Allesandro Volta κατέληξε στο συμπέρασμα ότι υπήρχε μια αμοιβαία σχέση μεταξύ της μάζας της αποσυντιθέμενης ύλης και του όγκου του αερίου που απελευθερώθηκε και αργότερα ανακαλύφθηκε ότι το κύριο εύφλεκτο συστατικό του βιοαερίου που προέκυψε ήταν το μεθάνιο.

Δεδομένου ότι το μεθάνιο είναι το κύριο συστατικό του φυσικού αερίου που εξάγεται από το υπέδαφος, στη διαδικασία μελέτης του βιοαερίου, οι εγκαταστάσεις για τη βιομηχανική παραγωγή του άρχισαν να εμφανίζονται ως εναλλακτική λύση στα ορυκτά καύσιμα.

Το πρώτο τεκμηριωμένο εργοστάσιο βιοαερίου κατασκευάστηκε το 1859 στην Ινδία και για πρώτη φορά στην Ευρώπη, στο Ηνωμένο Βασίλειο, το βιοαέριο άρχισε να χρησιμοποιείται στον φωτισμό των δρόμων το 1895.

Σχέδιο που δείχνει διατομή της πρώτης μονάδας βιοαερίου

Βιοχημικές διεργασίες σχηματισμού βιοαερίου

Οι πρώτες πειραματικές εγκαταστάσεις για την παραγωγή βιοαερίου αναπτύχθηκαν με δοκιμή και λάθος, χωρίς πραγματική κατανόηση των διεργασιών που λαμβάνουν χώρα. Με την ανάπτυξη της μικροβιολογίας, αποκαλύφθηκε ότι η έκλυση αερίων οφείλεται στο υδρογόνο και το μεθάνιο ζύμωση βιομάζας. Δεδομένου ότι αυτοί οι τύποι ζύμωσης συμβαίνουν χωρίς πρόσβαση σε οξυγόνο, η διαδικασία αποσύνθεσης βιομάζας που εκπέμπει μεθάνιο ονομάζεται επίσης αναερόβια.

Η αναερόβια χώνευση συμβαίνει φυσικά στο σχηματισμό αερίου βάλτου.

Με άλλο τρόπο, η σύνθεση βιοαερίου ονομάζεται βιοκαταστροφή (βιολογική καταστροφή) οργανικών ουσιών με απελευθέρωση ελεύθερου αερίου μεθάνιο (CH4). Παρακάτω είναι ένας απλοποιημένος τύπος που καταδεικνύει την απελευθέρωση χημικών ουσιών από οργανικές ενώσεις κατά τη διάρκεια της ζωής των βακτηρίων μεθανογόνου, τα οποία απελευθερώνουν αέριο υποπροϊόν μεθανίου κατά τον μεταβολισμό:

Με άλλα λόγια, τα μικροσκοπικά βακτήρια, καταναλώνοντας οργανικές ουσίες που περιέχονται στη βιομάζα και τα βιολογικά απόβλητα, απελευθερώνουν εύφλεκτο αέριο. Αλλά ακόμη και κάτω από τις πιο ευνοϊκές συνθήκες, η απελευθέρωση εύφλεκτου αερίου δεν συμβαίνει αμέσως, απαιτείται μια διαδικασία ζύμωσης βιομάζας, η αποσύνθεση της οποίας συμβαίνει σε διάφορα στάδια σε ορισμένες χρονικές περιόδους.

Στάδια σύνθεσης βιοαερίου

Για την αναπαραγωγή και τη ζωτική δραστηριότητα των μεθανογόνων που εκπέμπουν μεθάνιο, απαιτείται ένα θρεπτικό μέσο, ​​το οποίο σχηματίζεται στην εγκατάσταση για την παραγωγή βιοαερίου από προηγούμενες γενιές άλλων βακτηρίων. Στο πρώτο στάδιο, οι πρωτεΐνες, τα λίπη και οι υδατάνθρακες που υπάρχουν στη βιομάζα, υπό την επίδραση υδρολυτικών ενζύμων, διασπώνται σε απλές οργανικές ενώσεις: αμινοξέα, ζάχαρη, λιπαρά οξέα. Αυτό το στάδιο συμβαίνει υπό την επίδραση ακετογόνων βακτηρίων και ονομάζεται υδρόλυση.

Διάφορα βακτήρια που παρατηρούνται στο μικροσκόπιο

Στο δεύτερο στάδιο, υπό την επίδραση ετεροακετογόνων βακτηρίων, συμβαίνει υδρολυτική οξείδωση μέρους των οργανικών ενώσεων, με αποτέλεσμα διοξείδιο του άνθρακα, ελεύθερο υδρογόνο και οξικό άλας.

Το μη οξειδωμένο μέρος των απλών οργανικών ενώσεων που λαμβάνεται στο πρώτο στάδιο, όταν αλληλεπιδρά με το οξικό άλας που σχηματίζεται στο δεύτερο στάδιο, σχηματίζει τα απλούστερα οργανικά οξέα, τα οποία είναι το απαραίτητο θρεπτικό μέσο για τα βακτήρια που παράγουν μεθάνιο στο τρίτο στάδιο.

Στάδια ζωτικής δραστηριότητας μικροοργανισμών κατά το σχηματισμό μεθανίου

Στο τρίτο στάδιο παράγεται το βιοαέριο, η ένταση του οποίου εξαρτάται από τους ακόλουθους κύριους παράγοντες:

• Σύνθεση βιομάζας;
• Θερμοκρασία του θρεπτικού μέσου.
• Πίεση στο εσωτερικό της εγκατάστασης.
• Οξεοβασική ισορροπία pH;
• Αναλογία νερού και φορτωμένης βιομάζας.
• Άλεση πρώτων υλών και συχνότητα ανάμειξης υποστρώματος.
• Η παρουσία διεγερτικών και ανασταλτικών συστατικών στο περιβάλλον.
• Αναλογίες άνθρακα, φωσφόρου, αζώτου και άλλων στοιχείων.

Σχηματική αναπαράσταση των κύριων συστατικών μιας μονάδας βιοαερίου

Βέλτιστη σύνθεση πρώτων υλών για παραγωγή βιοαερίου

Δεδομένου ότι πρωτεΐνες, λίπη και υδατάνθρακες περιέχονται σε οποιαδήποτε βιομάζα φυτικής ή ζωικής προέλευσης, καθώς και στη βιομηχανία απορριμμάτων και τροφίμων, εκτός από τα επιστημονικά εργαστήρια και τις βιομηχανικές εγκαταστάσεις, είναι πολύ πιθανό να ληφθεί βιοαέριο στο σπίτι.

Αλλά σε μια εγκατάσταση σπιτιού DIY, θα είναι πολύ δύσκολο να ελέγξετε τις παραμέτρους που περιγράφονται παραπάνω. Το παρακάτω βίντεο δείχνει ένα παράδειγμα βιομηχανικής μονάδας βιοαερίου για ένα σπίτι:

Συνεχίζοντας αυτό το θέμα, το επόμενο άρθρο θα μιλήσει λεπτομερώς για τους υπάρχοντες τύπους γεννητριών βιοαερίου και σπιτικές εγκαταστάσεις βιοαερίου που φτιάχνουν οι τεχνίτες με τα χέρια τους.

Σε αυτό το στάδιο αξίζει να υπενθυμίσουμε ότι το βιοαέριο είναι εύφλεκτο και εκρηκτικός, και η υπερβολική πίεση μπορεί να προκαλέσει ρήξη της μονάδας βιοαερίου με επακόλουθη έκρηξη αερίου. Επομένως, η κύρια ελεγχόμενη παράμετρος θα πρέπει να είναι η πίεση στην εγκατάσταση και η στεγανότητα της κατασκευής.

Παραδείγματα πρώτων υλών για την παραγωγή βιοαερίου

Η μέγιστη ποσότητα βιοαερίου μπορεί να ληφθεί από ζωικά λίπη - περίπου 1500 m3 από έναν τόνο πρώτων υλών με συγκέντρωση μεθανίου 87%. Επίσης, σημαντική απόδοση βιοαερίου λαμβάνεται από υπερμαγειρεμένο φυτικό έλαιο - περίπου 1200 m3 με συγκέντρωση CH4 68%.

Σημαντικά λιγότερο βιοαέριο λαμβάνεται από τους σπόρους διαφόρων φυτών από 500 m3 - 54% CH4 (βρώμη) έως 644 m3 - 65,7% CH4 (κράμβη). Από ενσίρωση καλαμποκιού, χόρτο και άλλα φυτά, μπορούν να ληφθούν 450-100 m3 με μέση συγκέντρωση μεθανίου 55-50%.

Πιθανή παραγωγή βιοαερίου από διάφορους σπόρους και ριζικές καλλιέργειες

Βιοαέριο από ζωικά απόβλητα

Η απόδοση αερίου από την κοπριά των ζώων είναι πολύ μικρότερη, αφού μετά τη διέλευση από την τροφική οδό η ποσότητα των θρεπτικών ουσιών για τους μικροοργανισμούς που σχηματίζουν μεθάνιο στα απόβλητα είναι μικρή.

Δεδομένου ότι τα πτηνά έχουν ένα πεπτικό σύστημα σχεδιασμένο να εξάγει γρήγορα το μεγαλύτερο μέρος των θρεπτικών συστατικών από τα τρόφιμα, με συχνές κινήσεις του εντέρου για διευκόλυνση της πτήσης, η παραγωγή βιοαερίου από τα περιττώματα θα είναι η μεγαλύτερη - περίπου 100 m3 σε 65% CH4.

Η χρήση μιας μονάδας βιοαερίου είναι πιο ωφέλιμη σε πτηνοτροφεία όπου υπάρχει πρόβλημα με την απόρριψη περιττωμάτων πτηνών

Ενώ η κοπριά βοοειδών έχει τη χαμηλότερη απόδοση βιοαερίου, κατά μέσο όρο 25 m3 σε 55% CH4, λόγω του πεπτικού σωλήνα που έχει σχεδιαστεί για να εξάγει τα μέγιστα θρεπτικά συστατικά από την τροφή για μεγάλο χρονικό διάστημα με επαναλαμβανόμενη μάσηση της τροφής.

Η απόδοση βιοαερίου από την κοπριά αυξάνεται όταν αναμιγνύεται με υπολείμματα στρωμνής και ζωοτροφών. Η υγρασία και η φρεσκάδα της κοπριάς έχουν επίσης σημασία - για πιο λεπτομερή δεδομένα πρέπει να μελετήσετε ειδικούς πίνακες.

Πιθανή παραγωγή βιοαερίου από κοπριά ζώων εκτροφής

Ο ρυθμός ζύμωσης και η συγκέντρωση μεθανίου στο βιοαέριο επηρεάζονται σε μεγάλο βαθμό από την ποιότητα του νερού και την παρουσία ακαθαρσιών. Το πολύ χλωριωμένο νερό της βρύσης που χρησιμοποιείται για την αραίωση της κοπριάς θα εμποδίσει τη διαδικασία ζύμωσης.

Εάν χρησιμοποιούνται βακτηριοκτόνες ουσίες και χημικά απορρυπαντικά κατά τον καθαρισμό πάγκων, ο ρυθμός αντίδρασης στη μονάδα βιοαερίου θα επιβραδυνθεί σημαντικά. Για τον ίδιο λόγο, προκύπτουν σημαντικές δυσκολίες στην αεριοποίηση των απορριμμάτων λυμάτων από ανθρώπινες κατοικίες λόγω της χαμηλής κερδοφορίας και της υψηλής συγκέντρωσης απορρυπαντικών.

Παρά τη χαμηλή απόδοση βιοαερίου από τα απόβλητα οργανισμών, στις οικιακές εγκαταστάσεις βιοαερίου είναι απαραίτητο να προστεθεί κοπριά σε άλλους τύπους πρώτων υλών για να πολλαπλασιαστούν στο υπόστρωμα όλοι οι απαιτούμενοι τύποι βακτηρίων που ζουν αρχικά στον πεπτικό σωλήνα.

Στο υπόστρωμα πρέπει να προστεθεί κοπριά που περιέχει βακτήρια για την παραγωγή βιοαερίου.

Σύνθεση του μείγματος βιοαερίου

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, σε διαφορετικά στάδια της διαδικασίας βιοσύνθεσης, εκτός από το μεθάνιο, απελευθερώνεται διοξείδιο του άνθρακα και υδρογόνο. Επίσης, ανάλογα με την πρώτη ύλη, απελευθερώνεται αμμωνία και υδρόθειο. Αν και το υδρογόνο είναι εύφλεκτο, η πτητικότητά του δεν επιτρέπει τη χρήση αυτού του αερίου σε τυπικές εγκαταστάσεις αερίου.

Η αμμωνία και το υδρόθειο είναι τοξικές ενώσεις που βλάπτουν τόσο τα βακτήρια εντός της μονάδας βιοαερίου όσο και το περιβάλλον. Το διοξείδιο του άνθρακα είναι ένα έρμα και η μεγάλη του ποσότητα στο μείγμα μειώνει σημαντικά την ευφλεκτότητα και τη θερμογόνο δύναμη του βιοαερίου.

Μέσο ποσοστό προσμίξεων στο βιοαέριο που λαμβάνεται από διάφορες πρώτες ύλες

Είναι προφανές ότι λόγω του μεγάλου αριθμού ακαθαρσιών, η χρήση βιοαερίου σε συμβατικούς λέβητες και κουζίνες είναι δυνατή μόνο μετά από προσεκτική καθάρισμαμείγμα συνθετικού αερίου. Το προκύπτον βιοαέριο καθαρίζεται σε διάφορα στάδια, αλλά είναι σχεδόν αδύνατο να επιτευχθεί ιδανικά καθαρό μεθάνιο, το κυριότερο είναι ότι η συγκέντρωση των ακαθαρσιών δεν υπερβαίνει τα καθιερωμένα πρότυπα.

Η φλόγα του βιοαερίου που καίγεται πρέπει να είναι καθαρή, όπως κάθε βιολογική ενέργεια

Στο πρώτο στάδιο του καθαρισμού, το βιοαέριο διέρχεται από ένα φίλτρο νερού, όπου διαλύεται το μεγαλύτερο μέρος του διοξειδίου του άνθρακα, της αμμωνίας και διαφόρων αρωματικών ενώσεων. Νερό με υψηλή συγκέντρωση διαλυμένου διοξειδίου του άνθρακα και αμμωνίας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την καλλιέργεια φυκιών, τα οποία, με τη σειρά τους, θα χρησιμοποιηθούν για τη σύνθεση βιοαερίου σε μια μονάδα βιοαερίου.

Συστήματα καθαρισμού βιοαερίου σε βιομηχανική μονάδα βιοαερίου

Μετά τον καθαρισμό του νερού, το βιοαέριο πηγαίνει σε ένα φίλτρο αφαίρεσης υδρόθειου. Το πιο απλό είναι ένα φίλτρο από μεταλλικά ρινίσματα και πριονίδι στο οποίο εναποτίθεται θείο. Τα βιομηχανικά φίλτρα χρησιμοποιούν ειδικούς καταλύτες και διαλύματα καθίζησης θείου. Η καλύτερη ποιότητα βιοαερίου επιτυγχάνεται αφού περάσει από ένα φίλτρο μεμβράνης, όπου τα μόρια των ανεπιθύμητων ακαθαρσιών αποβάλλονται σε μοριακό επίπεδο.

Καθαρισμός βιοαερίου σε καθαρό μεθάνιο με χρήση φίλτρου μεμβράνης

Περιγραφή της επίδρασης ορισμένων παραγόντων στην απελευθέρωση βιοαερίου

Για τον προσδιορισμό του ρυθμού ζύμωσης και της έντασης της απελευθέρωσης βιοαερίου, ένας από τους καθοριστικούς παράγοντες είναι η θερμοκρασία του μείγματος. Χρειάζεστε ένα θερμόμετρο, ή ακόμα καλύτερα, έναν ηλεκτρικό αισθητήρα για τον έλεγχο της θερμοκρασίας.

Στις βιομηχανικές μονάδες βιοαερίου, η θερμοκρασία και άλλες παράμετροι ελέγχονται από ειδικούς ελεγκτές. Μερικές φορές η θερμότητα της αντίδρασης είναι αρκετή για να διατηρηθεί η βέλτιστη θερμοκρασία, αλλά τις περισσότερες φορές το υπόστρωμα πρέπει να θερμαίνεται, ειδικά κατά την ψυχρή περίοδο.

Ηλεκτρονικός ελεγκτής εγκατάστασης βιοαερίου με αναλυτές αερίων

Με βάση τις συνθήκες θερμοκρασίας, διακρίνονται τρεις τύποι αναερόβιας ζύμωσης:

• Ψυχόφιλες εγκαταστάσεις που λειτουργούν χωρίς θέρμανση, όπου η θερμοκρασία διατηρείται αυθόρμητα στους 15-25ºC. Χρησιμοποιείται σε χώρες με ζεστά κλίματα.
• Μεσόφιλο, απαιτούν πρόσθετη μικρή θέρμανση για διατήρηση θερμοκρασίας 25-40ºC. Έχουν την πλουσιότερη σύνθεση φιλικών προς το περιβάλλον λιπασμάτων που σχηματίζονται μετά από γενιά, γι' αυτό είναι τα βέλτιστα κατάλληλα για μικρές εκμεταλλεύσεις.
• Οι θερμόφιλες εγκαταστάσεις βιοαερίου απαιτούν μεγάλες ποσότητες ενέργειας για να διατηρήσουν θερμοκρασίες πάνω από 40ºC, μέγιστο 90ºC. Σε αυτή τη θερμοκρασία, τα παθογόνα βακτήρια στα λιπάσματα που προκύπτουν πεθαίνουν και επιτυγχάνεται η υψηλότερη απόδοση βιοαερίου, γι' αυτό και χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανική παραγωγή βιολογικού αερίου.

Θερμομόνωση αντιδραστήρα θερμόφιλης μονάδας βιοαερίου

Μαζί με τη θερμοκρασία, μεγάλη σημασία έχει το μέγεθος των στερεών σωματιδίων κοπριάς, απορριμμάτων και βιομάζας. Όσο μικρότερα είναι τα σωματίδια της πρώτης ύλης, τόσο μεγαλύτερη είναι η περιοχή επαφής μεταξύ των βακτηρίων και του θρεπτικού μέσου. Επομένως, το πιο σημαντικό πράγμα κατά την προετοιμασία των πρώτων υλών είναι αυτό άλεση.

Η επαφή των βακτηρίων με τα τρόφιμα παρεμποδίζεται κατά τη διαδικασία της βιοσύνθεσης λόγω της συσσώρευσης αποβλήτων μικροοργανισμών. Ως εκ τούτου, η έγκαιρη ανάμειξη του υποστρώματος κατά τη διαδικασία της ζύμωσης είναι επίσης σημαντικός παράγοντας για την αεριοποίηση της βιομάζας. Παράδειγμα βιομηχανικής μονάδας βιοαερίου με έλεγχο όλων των παραμέτρων:

Κερδοφορία παραγωγής βιοαερίου

Η Γερμανία κατέχει ηγετική θέση στην παραγωγή βιοαερίου υψηλής ποιότητας από καλλιεργούμενες πρώτες ύλες και απόβλητα από κτηνοτροφικές εκμεταλλεύσεις. Η κερδοφορία της βιοσύνθεσης αερίου καθορίζεται από το υψηλό κόστος των ενεργειακών πόρων, αφενός, και την παρουσία κυβερνητικών προγραμμάτων κινήτρων.

Το κίνητρο για την εφαρμογή τεχνολογιών βιοαερίου είναι ταυτόχρονα μια σημαντική επιδότηση για την αγορά περιβαλλοντικών ενεργειακών πόρων από τους παραγωγούς και ένα εντυπωσιακό ποσό προστίμων για τη ρύπανση του περιβάλλοντος με μη επεξεργασμένη κοπριά.

Φιλικό προς το περιβάλλον συγκρότημα βιοαερίου σε μια οικονομικά ανεπτυγμένη χώρα

Σε φτωχά χωριά στην Ινδία και την Κίνα, οι ιδιοκτήτες ημι-χειροτεχνικών μονάδων βιοαερίου ουσιαστικά δεν καθαρίζουν το αέριο τους, καίγοντάς το αμέσως σε σόμπα ή καυστήρα αερίου. Σε αυτές τις χώρες, η παραγωγή βιολογικού αερίου από οικιακά απορρίμματα και ειδικά καλλιεργημένα φυτικά υλικά αποδίδει λόγω του χαμηλού κόστους της χειρωνακτικής εργασίας των αγροτών και του χαμηλού κόστους των ίδιων των εγκαταστάσεων, οι οποίες δεν διαθέτουν ακριβά συστήματα καθαρισμού και πολύπλοκα αυτοματοποιημένα συστήματα παρακολούθησης και ελέγχου. .

Ένα παράδειγμα ημι-βιομηχανικών μονάδων βιοαερίου σε φτωχά χωριά της Ασίας

Στον Τύπο και στο Διαδίκτυο μπορείτε να βρείτε πολλούς χαρούμενους τίτλους όπως: «Εξοικονόμηση προϋπολογισμού με τη βοήθεια μιας μονάδας βιοαερίου», «Δωρεάν ενέργεια από κοπριά», «Φτιάξτο μόνος σου βιοαέριο», αλλά στην πράξη, προσδοκίες για το Η απόσβεση ακριβού εξοπλισμού και το κόστος είναι σε αντίθεση με την πραγματικότητα. Αυτό οφείλεται στη δυσκολία ελέγχου όλων των παραμέτρων, καθώς και στην ανάγκη για θέρμανση για βέλτιστη ταχύτητα ζύμωσης. Ένα παράδειγμα μιας αισιόδοξης είδησης:

Το επόμενο άρθρο θα δώσει παραδείγματα οικιακών εγκαταστάσεων που καταδεικνύουν την παραγωγή φυσικού αερίου σε πραγματικές συνθήκες και ο καθένας θα μπορεί να προσδιορίσει μόνος του την κερδοφορία της ανεξάρτητης παραγωγής βιοαερίου, με βάση τις δυνατότητές του και τα τιμολόγια ενέργειας.

Ένα σημαντικό πλεονέκτημα της αυτοπαραγωγής βιοαερίου είναι η παραγωγή υποπροϊόντων υψηλής ποιότητας φιλικού προς το περιβάλλον λιπάσματος. Στο παρακάτω βίντεο, ο πλοίαρχος εξηγεί τη θεωρητική βάση για την απόκτηση βιοαερίου και την απόκτηση λιπασμάτων.