Állandó promóciókgázárak, a strukturális válságok és a piaci spekulációk a politikai instabilitás hátterében lendületet adtak a mesterséges gáztermelési technológiák fejlesztésének, a különféle iparágak hulladéktermékeinek felhasználásával. Két évtizedes gyors fejlődésa biogázipar hatalmasra nőtt, és a mérnökök műszakilag megalapozott megoldásokat fejlesztettek ki arra, hogy decentralizált módon elegendő energiát állítsanak elő biohulladékból.Ma több mint 7000 biogáz üzem működik Németországban, kapacitással500 kW/h-tól 2 MW/h-ig.A biogázt ben termelikbiogáz üzemek ahol biohulladék elérhető, illenergetikailag értékes növényi anyag.

Mi az a biogáz?

Biogáz - anaerob mikrobiológiai folyamat (metán fermentáció) eredményeként szerves eredetű anyagok természetes bomlásával nyert éghető gázkeverék általános elnevezése. Annak érdekében, hogy a bomlási folyamat ne több ezer évig tartson, hanem napokban számolható legyen, többféle baktérium élettevékenységéhez a legkedvezőbb feltételeket teremtenek.Az élet hőmérsékletét és a baktériumok "ételét" gondosan készítik elő. A bioreaktorba betöltött keveréket ún bioszubsztrát. A bioszubsztrátum leggyakrabban trágya és zúzott kukoricaszilázs keverékéből áll (a bal oldali képen).

Napjaink biogázüzemeit egyre inkább a háztartási szerves hulladékok újrahasznosítására tervezik, így a bioszubsztrátum összetételét a biogáz üzemek számára egyedileg választják ki.

A biogáz felszabadulás folyamata egy kis ablakon keresztül figyelhető meg a fermentorban.

A biogáz üzemen belüli kémiai átalakulások folyamata a következő sémát tükrözi:

Kis buborékok a simán mozgó bioszubsztrátum felületén, ez a biogáz.

Biogáz mindig metán és más melléktermék gázok keveréke.A biogáz összetétele a következőket tartalmazza:

A biogáz üzemben használt bioszubsztrátum szerves komponenseinek típusától függően a biogáz összetétele eltérő lehet, a metán százalékos aránya magasabb vagy alacsonyabb lehet.

Mivel a biogáz 2/3-a metánból – a földgáz alapját képező éghető gázból – áll, energiaértéke (fajlagos égéshője) a földgáz energiaértékének 60-70%-a, vagyis körülbelül 7000 kcal/m. 3 . 1 m-nek felel meg 3 biogáz 700 gramm fűtőolaj és 1,7 kg tűzifa lehet.

Összehasonlításképp:

• Egy szarvasmarha évente 300-500 m 3 biogázt termel
• Egy hektár réti fű - 6000-8000 m3 biogáz évente
• 1 ha takarmányrépa - évi 8000-12000 m3 biogáz

Miért használjunk biogázt?

Tekintettel az energia magas költségére, másrészt a mezőgazdaságból és az emberi életből származó szerves hulladék növekvő mennyiségére (ez minden megújuló energiaforrások), b a jógáz fontos termék - mint alternatív energia. A biogáz üzem legfontosabb funkciója- ez garantált energiabiztonságönálló termelésként (sertéstelepek, üvegházak, magtárak), kistelepülési léptékben pedig kulcsfontosságú életfenntartó létesítmény, amely teljes decentralizált áram- és hőellátást biztosít minden lakó számára. Ukrajna fejlődésének mai válságkörülményei között ez a tényező különösen erősödik.

Milyen előnyei vannak a biogáz üzemnek?

1. Meleg. Amikor a kogenerátor motorját, amelyben a biogázt égetik, lehűtik, hő keletkezik forró víz formájában. A meleg vizet emberekkel és állatokkal rendelkező helyiségek fűtésére, üvegházak, úszómedencék fűtésére használják.
2. Elektromosság. Független és garantált forrás. Nincs folyamatos áramszünet. A belső égésű motorban a gáz elégetése meghajtja az elektromos generátor tengelyét, ami villamos energiát termel. Egy m3 biogázból körülbelül 2 kW villamos energia állítható elő.
3. Földgáz. A modern biogázüzemeket egyre gyakrabban szerelik fel biogáz-kezelő modulokkal. Több technológiai művelet eredményeként a metántartalom 90%-ra emelkedik, a mellékgázok eltávolításra kerülnek. A biogáz standard földgáz lett, és háztartási célokra használható.
4. szerves trágyák. A bioszubsztrát, miután eltávolítja belőle a gázt és baktériumokkal kezelte, környezetbarát, folyékony műtrágya, amely mentes a nitrátoktól, a gyommagvaktól és a kórokozó mikroflórától.
5. Környezeti problémák megoldása. Trágya elhelyezés. A biogáz üzemeket városi szennyvíztisztító telepeken, vidéken farmokon, baromfitelepeken, húsfeldolgozó üzemekben telepítik, hogy biztosítsák az energiafüggetlenséget, a termelési hulladékból villamos- és hőenergia-termelést.

A biogáz-előállítás lehetővé teszi a metán légkörbe történő kibocsátásának megakadályozását, a műtrágya-felhasználás csökkentését, valamint a talajvízszennyezés veszélyének kiküszöbölését.

Az ukrán gazdaság számára a legfontosabb, hogy a biogáz a szerves hulladék feldolgozásának mellékterméke, a biogáz előállításának alapanyaga már a vállalkozásnál van, nem kell megvenni.

Miből működik egy biogáz üzem? - A hulladékon!

A következő nyersanyagokat használják fel: mezőgazdasági hulladék (trágya, állattartó telepek és komplexumok ürüléke, növénytermesztési hulladék (siló)), vágóhídi hulladék, élelmiszeripari hulladék (vinasz, cellulóz), városi csatornahulladék. A biogáz termelés költségei csak a berendezések és a karbantartás üzemeltetési költségeihez kapcsolódnak. A közvetlen haszon a hő- és villamosenergia-megtakarításból, valamint az ásványi műtrágyák költségmegtakarításából fog állni a kiváló minőségű szerves trágyák gyártása miatt.

Ilyen létesítmények hiányában nagy fejtörést okoz a vállalkozásoknak a hulladékelhelyezés, a hulladék elszállításának és ártalmatlanításának magas anyagi és munkaköltsége, de a hulladék felhasználása és a bevezetett biogáz üzem teljesen megoldja ezt a problémát, ráadásul biztosítja a vállalkozás, ill. közeli települések villannyal, gázzal és hővel.

Egy állatból (szarvasmarhából) körülbelül 400-500 m3 biogáz nyerhető. Az energianövények felhasználásával hektáronként 6000-12000 (kukoricaszilázs/takarmányrépa) m3 biogáz beszerzése lehetséges. 1 m3 biogázból metántartalomtól függően 1,5-2,2 kW villamos energia termelése lehetséges.

Olyan kisméretű biogázüzemeket érdemes alkalmazni, ahol lehetőség van nyersanyagok beszerzésére és a keletkező termékek teljes körű hasznosítására. Sikeresen alkalmazzák azokat a berendezéseket, ahol hőre, gőzre, elektromos áramra vagy hidegre van szükség. A biogázüzemekhez általában elegendő alapanyag áll rendelkezésreszennyvíztisztító telepek, szeméttelepek, sertéstelepek, baromfitelepek, tehénistállók – mindez megújuló energia. Ezt az energiát iskolákban, egészségügyi intézményekben, uszodákban, kommunális hőerőművekben, szállodákban és hostelekben, gyárakban és gyárakban használják fel.

Napról napra folyamatosan növekszik az áramfogyasztás mennyisége. A fogyasztási arányok is emelkednek, de előbb-utóbb elfogy az áramtermelés alapanyaga. A biogáz jó alternatíva lehet a különféle villamosenergia-nyersanyagok helyett.

Mi az a biogáz?

A biogáz alternatív, nem hagyományos energiaforrás. Ez a fajta energiatermelés ismert volt az ókori Kínában, de sok év után biztonságosan feledésbe merült. És ahogy mondják: "Minden új az elfeledett régi."

A biogáz szerves anyagok anaerob fermentációjából nyert termék. Ez az egész folyamat levegő részvétele nélkül megy végbe.

A biogázra példa a trágya vagy egyéb háztartási hulladék erjesztése során felszabaduló gáz. Az ilyen gáz energiaforrásként szolgálhat a mezőgazdaságban.

Hogyan állítják elő a biogázt?

A biogáz termelés a különféle szerves és állati hulladékok feldolgozásának módja bioüzemanyag és szerves trágya előállítására. Ez a fajta energiatermelés sok kérdésre megoldást jelent: ökológia, tőke és agrokémia. A biokémiai reakció a trágya és a trágya anaerob körülmények közötti bomlási folyamatán alapul. Ez anaerob mikrobák egy csoportját használja, amelyek segítik a foszfor-, kálium- és nitrogéntartalmúakat tiszta formákká alakítani. A foszfor, kálium és nitrogén ilyen formáit a növények sokkal jobban felszívják, és teljesen elpusztítják a kártevőket. Természetesen a föld trágyázásához érdemesebb a biogáz termelésből származó hulladékot felhasználni. Tehát ne használjon nitrátot vagy nitriteket.

Így néz ki a biogáz előállítási folyamata

Azt a tartályt, amelyben biogázt állítanak elő, rothasztónak vagy reaktornak nevezik.. A termelési szabályok betartása esetén a biogáz hozama körülbelül 2-3 m3/m3 szerves hulladék.

A fermentációs folyamatot befolyásoló tényezők:

• pH szint;
• hőfok;
• a szén, a nitrogén és a foszfor aránya;
• nyersanyagrészecskék felülete;
• a környezet páratartalma;
• hordozó betáplálási frekvencia;
• késleltető szerek;
• stimuláns adalékok.

A biogáz jellemzői

A biogáz szén-dioxid és metán keveréke. Állati és növényi eredetű szerves anyagok metános fermentációjának terméke. A metánerjesztés az anaerob baktériumok természetes működésének eredménye. Ez a folyamat 15 és 60 fok közötti hőmérsékleten, három tartományban megy végbe:

• 15-30 fok - pszichofil;
• 30-45 fok - mezofil;
• 45-60 fok - termofil.

A szerves anyagok lebontása három szakaszból áll:

• szerves vegyületek oldása és hidrolízise;
• acidogenezis;
• metanogenezis.

A páratartalom 10-98%, optimális - 91-92%. A biogáz metántartalma a nyersanyag kémiai összetételétől függ, és 55-90% is lehet.

Hogyan tisztítsuk meg a biogázt a szennyeződésektől?

Az egylépcsős biogáz-tisztítás, vagy regeneratív, magában foglalja a szennyeződések eltávolítását, amíg a biogáz el nem éri a biometán állapotát. Az ilyen tisztítás után a biometán könnyen üzemanyagként szolgálhat autómotorokhoz, vagy felhasználható gázellátó rendszerben.

Ennek a módszernek a működési elve a következő:

• a biogázt 9-11 bar nyomásra sűrítik;
• az ilyen gázt a tisztítóoszlopba vezetik, és hideg víz nyomása alatt tisztítják;

Így a szén-dioxid és a hidrogén-szulfid szennyeződések jó vízoldhatóságuk miatt eltávolíthatók. Az ilyen tisztítás fő előnye az alacsony költségek, mivel a biogáz tisztításának fő összetevője a víz.

Hogyan csökkenthető a biogáz nedvességtartalma?

A biogáz nedvességarányának csökkentése csak mechanikusan, speciális berendezésekkel lehetséges. A nedvesség eltávolításának legegyszerűbb módja a hőmérséklet megváltoztatása. A hideg hőmérséklet hatására a nedvesség gőzzé kondenzálódik. Egy ilyen eljárás után a gáz nedvességtartalma 3-5-szörösére csökken. A biogázt egy földalatti csőbe vezetik, ahol a víz lemegy. Ezután a hőmérséklet emelkedik, ami lehetőséget ad a gáznak, hogy magasabbra emelkedjen és felmelegedjen.

Hol használják a biogázt?

• Mint már említettük, a biogáz a villamos energia és az autóüzemanyag előállításának alapanyaga.
• A vállalkozásoknál a biogáz felhasználása hatalmas összeget takarít meg. És mindezt azért, mert nem kell majd gázvezetéket, villanyvezetékeket, hulladéktárolókat építeni. Egy ilyen telepítés segít megtakarítani a teljes biogáz-rendszer költségének körülbelül 30-40% -át.
• A biogáz létesítmények kezelő létesítményként használhatók. Ha biogáz üzemet telepít egy farmra, gyárra vagy kombájnra, akkor nemcsak a szeméttől szabadulhat meg örökre, hanem ehhez nyersanyagot is kap elektromos áramhoz és üzemanyaghoz.

Hogyan telepítsünk biogáz üzemet saját kezűleg?

A biogáz otthoni előállítása meglehetősen munkaigényes. Tehát gondolja át, hogy képes lesz-e elsajátítani ezt a feladatot. Ez a biogáz üzem pénzt takarít meg üzemanyagon és elektromos áramon.

A biogáz előállításához speciális berendezésre van szükség, amely régi és már felesleges dolgokból is elkészíthető. A régi emésztőkből és fémedényekből létrehozhat egy reaktort egy jövőbeli telepítéshez. Az ideális forma egy henger.

A jövőbeli reaktor fő követelményei:

• víz- és vízállóság. A levegő és a gáz keveredése az erjedés során egyszerűen veszélyes. A reaktor megrepedhet, vagy a legrosszabb esetben felrobbanhat. Ezért a nagyobb biztonság érdekében tömített tömítést kell beépíteni a fedél és a test közé;
• elegendő hőszigetelés;
• megbízható legyen. A biogázt termelő reakciók során nagy mennyiségű gáz szabadul fel. A nyomás becsaphatja a reaktort, és akár fel is robbanhat.

A biogáz beszerzéséhez a következőkre lesz szüksége:

• keverjen össze 2 tonna trágyát és 4 tonna humuszt;
• adjuk hozzá a víz keverékéhez
• helyezze a keveréket a gödörbe, és melegítse fel 45 ° C-ra fűtőberendezések segítségével. Ezenkívül a keverék erjedni kezd, és levegőhöz jutás nélkül maga is felmelegszik 80 ° C-ra;

Annak elkerülése érdekében, hogy a gáznyomás felfújja a reaktort, ajánlott kábelekkel ellensúlyt rögzíteni. Hat tonna keverék elegendő a telepítéshez hat hónapos munkához.

Egyszerűen fogalmazva, egy lezárt tartályt helyeznek el a gödörben, amely reaktorként működik. Szerves hulladékot tartalmaz. Egy ilyen telepítésnél kötelező a gázkivezetés.

Most már csak meg kell várni, hogy a mikroorganizmusok elvégezzék a dolgukat és fermentálják a masszát. Ezt követően lehet majd biogázhoz jutni. A biogáz termelésből származó hulladék pedig kiváló műtrágya lehet.

Miután a mikroorganizmusok még erjesztették ezt a masszát, ki kell rakni. Ezt egy speciális lyukon keresztül kell megtenni. Az erjesztett masszát átmenetileg egy tartályba kell helyezni, amelynek legalább akkora méretűnek kell lennie, mint a reaktor.

A biogázüzem önálló termeléséhez a következő sorrend betartása javasolt:

• válassza ki a jövőbeli reaktor telepítésének helyét, és számítsa ki a napi hulladékmennyiséget a reaktor térfogatának meghatározásához;
• a be- és kiürítő csövek felszerelése és a biogázüzem gödrének előkészítése;
• betöltőgaratot és gázkivezető csövet szereljen fel;
• szereljen fel egy aknafedelet, amelyet a reaktor karbantartásához és javításához használnak majd.
• ellenőrizze a reaktor tömítettségét és hőszigetelését.

A legjobb, ha a reaktor falait betonból készítjük, hogy légtömörebbek és megbízhatóbbak legyenek. A biogázüzembe betöltött tömegnek antibiotikum- és oldószermentesnek kell lennie. Negatívan befolyásolják a mikroorganizmusok munkáját.

Ilyen telepítés létrehozásakor ne feledje a biztonsági óvintézkedéseket. Nem szükséges a ház vagy a mellékhelyiségek közelében elhelyezni.

Jó napot mindenkinek! Ez a bejegyzés az alternatív energia témáját folytatja az Ön számára. Ebben a biogázról és annak otthoni fűtésre, főzésre való felhasználásáról mesélek. Ez a téma leginkább azon gazdálkodókat érdekli, akik különféle nyersanyagokhoz férnek hozzá az ilyen típusú tüzelőanyag megszerzéséhez. Először is értsük meg, mi az a biogáz, és honnan származik.

Honnan származik a biogáz és miből áll?

A biogáz egy éghető gáz, amely a mikroorganizmusok létfontosságú tevékenységének termékeként fordul elő tápközegben. Ez a tápközeg lehet trágya vagy szilázs, amelyet egy speciális bunkerbe helyeznek el. Ebben a bunkerben, amelyet reaktornak neveznek, biogáz képződik. A reaktor belsejében a következőképpen lesz elrendezve:

A biomassza erjedési folyamatának felgyorsítása érdekében fel kell melegíteni. Ehhez bármilyen fűtőkazánhoz csatlakoztatott fűtőelem vagy hőcserélő használható. Nem szabad megfeledkezni a jó hőszigetelésről, hogy elkerüljük a fűtés felesleges energiaköltségeit. Az erjesztő masszát a melegítés mellett össze kell keverni. E nélkül a telepítés hatékonysága jelentősen csökkenthető. A keverés lehet kézi vagy mechanikus. Minden a költségvetéstől vagy a rendelkezésre álló technikai eszközöktől függ. A legfontosabb dolog egy reaktorban a térfogat! Egy kis reaktor egyszerűen fizikailag nem képes nagy mennyiségű gáz előállítására.

A gáz kémiai összetétele nagymértékben függ attól, hogy milyen folyamatok mennek végbe a reaktorban. Leggyakrabban ott megy végbe a metános erjedés folyamata, melynek eredményeként magas metántartalmú gáz keletkezik. De a metános erjedés helyett egy hidrogénképződési folyamat is előfordulhat. De véleményem szerint a hidrogénre nincs szükség egy hétköznapi fogyasztó számára, sőt, talán veszélyes is. Emlékezzen legalább a Hindenburg léghajó halálára. Most nézzük meg, miből nyerhető biogáz.

Honnan lehet biogázt szerezni?

Gázt különféle típusú biomasszából nyerhetünk. Soroljuk fel őket listaként:

• Élelmiszer-termelésből származó hulladék – ez lehet az állatállomány vagy a tejtermékek levágásából származó hulladék. A napraforgó- vagy gyapotmagolaj gyártásából származó megfelelő hulladék. Ez nem egy teljes lista, de elég ahhoz, hogy átadja a lényeget. Ez a fajta nyersanyag adja a legmagasabb metántartalmat a gázban (akár 85%).
• Termények – bizonyos esetekben speciális növényeket termesztenek gáztermelés céljából. Erre alkalmas például a silókukorica vagy a hínár. A metán százalékos arányát a gázban 70% körül tartják.
• Trágya - leggyakrabban nagy állattenyésztési komplexumokban használják. A metán aránya a gázban, ha trágyát nyersanyagként használunk, általában nem haladja meg a 60 %-ot, a többi szén-dioxid és jókora hidrogén-szulfid és ammónia lesz.

Biogáz üzem blokkvázlata.

A biogáz üzem működésének legjobb megértése érdekében nézzük meg a következő ábrát:

A bioreaktor berendezéséről fentebb volt szó, ezért nem beszélünk róla. Vegye figyelembe a telepítés egyéb összetevőit:

• A hulladékgyűjtő egyfajta tartály, amelybe a nyersanyagok az első szakaszban kerülnek. Ebben az alapanyagok vízzel keverhetők és összetörhetők.
• A szivattyú (a hulladékgyűjtő után) egy székletszivattyú, melynek segítségével a biomasszát a reaktorba szivattyúzzák.
• Kazán - bármilyen tüzelőanyagot használó fűtőkazán, amelyet a reaktoron belüli biomassza melegítésére terveztek.
• A szivattyú (a kazán mellett) a keringtető szivattyú.
• "Műtrágyák" - egy tartály, amelybe az erjesztett iszap belép. A szövegkörnyezetből kiderül, műtrágyaként is használható.
• A szűrő olyan berendezés, amelyben a biogázt állapotba hozzák. A szűrő eltávolítja a felesleges gázokat és nedvességet.
• Kompresszor - összenyomja a gázt.
• A gáztároló olyan zárt tartály, amelyben a felhasználásra kész gáz tetszőlegesen hosszú ideig tárolható.

Biogáz magánházba.

Sok kisgazdaság tulajdonosa gondolkodik a biogáz háztartási hasznosításán. De miután részletesebben megtudta, hogyan működik az egész, a többség elhagyja ezt az elképzelést. Ez annak köszönhető, hogy a trágya vagy siló feldolgozására szolgáló berendezések sok pénzbe kerülnek, és a gázhozam (alapanyagtól függően) kicsinek bizonyulhat. Ez viszont veszteségessé teszi a berendezések telepítését. Általában a gazdálkodók magánházaiban primitív berendezéseket telepítenek, amelyek trágyával dolgoznak. Leggyakrabban csak a konyhába és egy kis teljesítményű fali gázkazánba tudnak gázt biztosítani. Ugyanakkor sok energiát kell fordítani magára a technológiai folyamatra - a fűtésre, a szivattyúzásra és a kompresszor működésére. A drága szűrőket sem lehet kizárni a nézetből.

Általánosságban elmondható, hogy az erkölcs itt a következő: minél nagyobb maga a telepítés, annál jövedelmezőbb a munkája. Otthoni körülmények között pedig ez szinte mindig lehetetlen. De ez nem jelenti azt, hogy senki nem végez otthoni telepítést. Azt javaslom, hogy nézze meg a következő videót, hogy megtudja, hogyan néz ki rögtönzött anyagokból:

Összegzés.

A biogáz nagyszerű módja a szerves hulladékok hasznos újrahasznosításának. A kibocsátás üzemanyag és hasznos műtrágya erjesztett iszap formájában. Ez a technológia minél hatékonyabban működik, annál több nyersanyag kerül feldolgozásra. A modern technológiák lehetővé teszik a gáztermelés komoly növelését speciális katalizátorok és mikroorganizmusok használatával. Mindennek a fő hátránya egy köbméter magas ára. A hétköznapi emberek számára gyakran sokkal olcsóbb lesz palackos gázt vásárolni, mint egy hulladékkezelő telepet építeni. De természetesen minden szabály alól van kivétel, ezért mielőtt a biogázra való átállás mellett döntenénk, érdemes kiszámolni a köbméter árat és a megtérülési időt. Egyelőre ennyi, írjon kérdéseket a megjegyzésekben

A biogáz a biomassza metános fermentációjával keletkező gáz. A biomassza komponensekre bomlása 3 féle baktérium hatására megy végbe. A táplálékláncban a következő baktériumok az előzőek salakanyagaival táplálkoznak. Az első típus a hidrolitikus baktérium, a második savképző, a harmadik a metánképző. A biogáz előállításában nemcsak a metanogén osztályba tartozó baktériumok vesznek részt, hanem mindhárom faj.

A biogáz összetétele

55%-75% metán, 25%-45% CO2, kis mennyiségű H2 és H2S. A biogáz CO2-ból történő tisztítása után biometánt nyernek. A biometán a földgáz teljes analógja. Az egyetlen különbség az eredetben van.

Átvehető nyersanyag

Szerves hulladék: trágya, gabona és melasz alkoholos lepárlás után, sörszemek, répapép, széklet iszap, hal és vágóhídi hulladék (vér, zsír, belek, canyga), fű, háztartási hulladék, tejipari hulladék - laktóz, tejsavó, termelési hulladék biodízel - repcéből biodízel gyártásából származó műszaki glicerin, gyümölcslevek gyártásából származó hulladék - gyümölcspép, bogyó, szőlőtörköly, alga, keményítő- és melaszgyártásból származó hulladék - pép és szirup, burgonyafeldolgozásból, gyártásból származó hulladék chips - hámlás, héj, rothadt gumók.

A biogáz hozama a szárazanyag-tartalomtól és a felhasznált alapanyag típusától függ. Egy tonna szarvasmarha trágyából 30-50 m³ biogázt nyernek 60 metántartalommal. , 150-500 m3 biogáz különböző típusú üzemekből akár 70%-os metántartalommal. A biogáz maximális mennyisége 1300 m3, legfeljebb 87 metántartalommal zsírból lehet beszerezni.

A biogáz számításoknál a szárazanyag (CB vagy angol TS) vagy száraz maradék (CO) fogalmát használják. A biomasszában lévő víz nem termel gázt.

1 kg szárazanyagból 300-500 liter biogáz keletkezik.

Egy adott nyersanyagból származó biogáz hozamának kiszámításához laboratóriumi vizsgálatokat kell végezni, vagy referenciaadatokat kell megvizsgálni, és meghatározni a zsír-, fehérje- és szénhidráttartalmat. Ez utóbbi meghatározásakor fontos tudni a gyorsan lebomló (fruktóz, cukor, szacharóz, keményítő) és nehezen lebomló anyagok (például cellulóz, hemicellulóz, lignin) százalékos arányát. Az elemek tartalmának meghatározása után a gázkibocsátást mindegyikre külön számítják ki, majd összegzik.

Korábban, amikor még nem volt tudomány a biogázról, és a biogázt a trágyával társították, az „állati egység” fogalmát használták. Ma, amikor megtanulták, hogyan lehet biogázt nyerni bármiféle szerves anyagból, ez a koncepció eltávolodott, és megszűnt.

A biogázt a hulladék mellett speciálisan termesztett energianövényekből is elő lehet állítani, mint például a silókukorica vagy a szifon. A gázkibocsátás tonnánként akár 500 m3-t is elérhet.

Sztori

Az emberiség már régóta megtanulta a biogáz használatát. A Kr.e. 2. évezredben. primitív biogáz üzemek már léteztek a modern Németország területén. Az alemanok, akik az Elba-medence vizes élőhelyein laktak, a sárkányokat képzelték el a mocsárban. Azt hitték, hogy a mocsarak gödreiben felhalmozódó éghető gáz a Sárkány bűzös lehelete. A Sárkány megnyugtatására áldozatokat és ételmaradékot dobtak a mocsárba. Az emberek azt hitték, hogy a Sárkány éjszaka jön, és lehelete a gödrökben marad. Az alemanok arra gondoltak, hogy napellenzőket varrnak bőrből, lefedik velük a mocsarat, bőrcsöveken keresztül elvezetik a gázt a lakásukba, és elégetik a főzéshez. Ez érthető, mert nehéz volt száraz tűzifát találni, a mocsári gáz (biogáz) pedig tökéletesen megoldotta ezt a problémát.

A 17. században Jan Baptist Van Helmont felfedezte, hogy a bomló biomassza gyúlékony gázokat bocsát ki. Alessandro Volta 1776-ban arra a következtetésre jutott, hogy összefüggés van a bomló biomassza mennyisége és a felszabaduló gáz mennyisége között. 1808-ban Sir Humphry Davy felfedezte a metánt a biogázban.

Az első dokumentált biogáz üzemet 1859-ben építették az indiai Bombayben. 1895-ben az Egyesült Királyságban biogázt használtak utcai világításra. 1930-ban a mikrobiológia fejlődésével felfedezték a biogáz előállítási folyamatban részt vevő baktériumokat.

Ökológia

A biogáz előállítása segít megelőzni a metán légkörbe történő kibocsátását. A feldolgozott trágyát a mezőgazdaságban műtrágyaként használják. Ez csökkenti a műtrágyák használatát, csökkenti a talajvíz terhelését.

A metán 21-szer nagyobb üvegházhatású, mint a CO2, és 12 évig marad a légkörben. A metán felfogása a legjobb rövid távú módja a globális felmelegedés megelőzésének.

Termelés

Összesen mintegy 60 fajta biogáz-előállítási technológiát alkalmaznak vagy fejlesztenek jelenleg a világon. A legelterjedtebb módszer az anaerob emésztés metatankokban vagy anaerob oszlopokban (a kifejezést oroszul még nem állapították meg). A biogáz hasznosítás eredményeként kapott energia egy részét a folyamat támogatására fordítják (télen akár 15-20%). A forró éghajlatú országokban nincs szükség a metántartály fűtésére. A baktériumok a biomasszát metánná dolgozzák fel 25°C és 70°C közötti hőmérsékleten.

Bizonyos típusú nyersanyagok tiszta formában történő fermentálásához speciális kétlépcsős technológia szükséges. Például a madárürüléket, a szeszfőzdei lepárlást nem dolgozzák fel biogázzá hagyományos reaktorban. Az ilyen nyersanyagok feldolgozásához további hidrolizáló reaktor szükséges. Egy ilyen reaktor lehetővé teszi a savasság szintjének szabályozását, így a baktériumok nem halnak meg a sav- vagy lúgtartalom növekedése miatt.

A biogáz beszerzése gazdaságilag indokolt az állandó hulladékáram feldolgozásával, például az állattartó telepeken.

A depóniagáz a biogáz egyik fajtája. Települési háztartási hulladékból hulladéklerakókban nyerik.

Alkalmazás

A biogázt tüzelőanyagként használják villamos energia, hő vagy gőz előállítására, illetve járművek üzemanyagaként. Indiában, Vietnamban, Nepálban és más országokban kis (egycsaládos) biogázüzemek épülnek. Az általuk termelt gázt főzéshez használják fel.

A biogázüzemek kezelő létesítményként telepíthetők gazdaságokban, baromfitelepeken, szeszfőzdékben, cukorgyárakban, húsfeldolgozó üzemekben. A biogáz üzem helyettesítheti az állategészségügyi és egészségügyi üzemet. Azok. hús- és csontliszt előállítása helyett biogázba helyezhető a dög.

A kis biogázüzemek többsége Kínában található – több mint 10 millió (a 90-es évek végén). Évente mintegy 7 milliárd m³ biogázt állítanak elő, amely mintegy 60 millió gazdálkodó számára biztosít üzemanyagot. Indiában 1981 óta 3,8 millió kisméretű biogázüzemet telepítettek.

2006 végén körülbelül 18 millió biogáz üzem működött Kínában. Használatuk 10,9 millió tonna referencia-üzemanyag cseréjét teszi lehetővé.

Az iparosodott országok közül a biogáz előállításában és felhasználásában a relatív mutatókat tekintve Dániának van a vezető helye - a biogáz teljes energiamérlegében akár 18%-ot is elfoglal. Abszolút értékben a közepes és nagy telepítések számát tekintve Németország foglalja el a vezető helyet - 8000 ezer darabot. Nyugat-Európában a baromfitelepek legalább felét biogázzal fűtik.

A Volvo és a Scania biogázmotorral szerelt buszokat gyárt. Az ilyen buszokat svájci városokban aktívan használják: Bern, Bázel, Genf, Luzern és Lausanne. A Svájci Gázipari Szövetség előrejelzései szerint 2010-re Svájcban a járművek 10%-a fog biogázzal működni.

A bomló hulladéktermékekből és a biomasszából éghető gázok felszabadulását már a 17. században észlelték.

1776-ban Allesandro Volta tudós arra a következtetésre jutott, hogy kölcsönös kapcsolat van a bomló anyag tömege és a felszabaduló gáz térfogata között, majd később kiderült, hogy a keletkező biogáz fő éghető összetevője a metán.

Mivel a mélyből kitermelt földgáz fő alkotóeleme a metán, a biogáz tanulmányozása során a fosszilis tüzelőanyagok alternatívájaként kezdtek megjelenni az ipari előállítására szolgáló létesítmények.

Az első dokumentált biogáz üzem 1859-ben épült Indiában, Európában pedig először az Egyesült Királyságban használtak biogázt utcai lámpákban 1895-ben.

Az első biogáz üzem keresztmetszetét bemutató rajz

A biogáz képződés biokémiai folyamatai

Az első kísérleti biogázüzemeket próba és hiba útján fejlesztették ki, anélkül, hogy az érintett folyamatokat valóban megértették volna. A mikrobiológia fejlődésével kiderült, hogy a gázfejlődés a hidrogén és a metán hatására megy végbe. biomassza fermentáció. Mivel az ilyen típusú fermentáció oxigénhez való hozzáférés nélkül megy végbe, a biomassza lebontásának metánfelszabadító folyamatát anaerobnak is nevezik.

Az anaerob emésztés természetesen a mocsári gáz képződésében megy végbe

Más módon a biogáz szintézist a szerves anyagok biológiai lebomlásának (biológiai megsemmisítésének) nevezik szabad gáznemű felszabadulásával. metán (CH4). Az alábbiakban egy egyszerűsített képlet látható, amely a metanogén baktériumok élete során a szerves vegyületekből a vegyi anyagok felszabadulását mutatja be, amelyek az anyagcsere során metán melléktermék gázt bocsátanak ki:

Más szóval, a mikroszkopikus méretű baktériumok, amelyek a biomasszában és a biológiai hulladékban található szerves anyagokat fogyasztják, éghető gázt bocsátanak ki. De még a legkedvezőbb körülmények között sem történik meg azonnal az éghető gáz felszabadulása - először is a biomassza fermentációs folyamatára van szükség, amelynek bomlása több szakaszban, bizonyos időtartamok alatt megy végbe.

A biogáz szintézis szakaszai

A metánkibocsátó metanogének szaporodásához és élettevékenységéhez tápközegre van szükség, amelyet egy biogáz üzemben más baktériumok korábbi generációi hoznak létre. Az első szakaszban a biomasszában jelen lévő fehérjék, zsírok és szénhidrátok hidrolitikus enzimek hatására egyszerű szerves vegyületekké bomlanak le: aminosavak, cukor, zsírsavak. Ez a szakasz acetogén baktériumok hatására megy végbe, és hidrolízisnek nevezik.

Különféle baktériumok láthatók mikroszkóp alatt

A második szakaszban heteroacetogén baktériumok hatására a szerves vegyületek egy részének hidrolitikus oxidációja megy végbe, melynek eredményeként szén-dioxid, szabad hidrogén és acetát keletkezik.

Az első szakaszban nyert egyszerű szerves vegyületek oxidálatlan része a második szakaszban képződött acetáttal kölcsönhatásba lépve a legegyszerűbb szerves savakat képezi, amelyek a harmadik szakaszban metánt termelő baktériumok számára szükséges tápközeg.

A mikroorganizmusok életszakaszai a metán képződésében

A harmadik szakaszban zajlik a biogáz termelés, amelynek intenzitása a következő fő tényezőktől függ:

• Biomassza összetétele;
• A tápközeg hőmérséklete;
• Nyomás a berendezésen belül;
• Sav-bázis egyensúly pH;
• A víz és a betöltött biomassza aránya;
• Az alapanyagok csiszolása és az aljzat keverésének gyakorisága;
• stimuláló és késleltető komponensek jelenléte a környezetben;
• A szén, foszfor, nitrogén és egyéb elemek aránya.

A biogáz üzem fő alkotóelemeinek sematikus ábrázolása

Optimális alapanyag összetétel biogáz előállításához

Mivel fehérjéket, zsírokat és szénhidrátokat minden növényi vagy állati eredetű biomassza, valamint a hulladéktermékek és az élelmiszeripar tartalmaz, a tudományos laboratóriumok és ipari üzemek mellett a biogáz beszerzése otthon is lehetséges.

De egy barkácsoló otthoni telepítés esetén nagyon nehéz lesz ellenőrizni a fent leírt paramétereket. Az alábbi videó egy otthoni ipari biogázüzem példáját mutatja be:

A téma folytatásaként a következő cikk részletesen ismerteti a meglévő biogáz-generátor- és házi készítésű biogáz-üzemtípusokat, amelyeket a kézművesek saját kezűleg készítenek.

Ebben a szakaszban érdemes felidézni, hogy a biogáz éghető és robbanó, és a túlzott nyomás miatt a biogázüzem egy későbbi gázrobbanással megrepedhet. Ezért az elsődleges szabályozott paraméternek a beépítési nyomásnak és a szerkezet tömítettségének kell lennie.

Példák biogáz-előállítás nyersanyagaira

A biogáz maximális mennyisége állati eredetű zsírokból nyerhető - körülbelül 1500 m3 / tonna nyersanyag 87%-os metánkoncentráció mellett. Szintén jelentős biogázhozam érhető el túlfőzött növényi olajból - körülbelül 1200 m3 68%-os CH4-koncentráció mellett.

Lényegesen kevesebb biogáz nyerhető ki különböző növények magjából 500 m3 - 54% CH4 (zab) és 644 m3 - 65,7% CH4 (repce) között. A kukorica, fű és egyéb növények silójából 450-100 m3 nyerhető átlagosan 55-50%-os metánkoncentráció mellett.

Lehetséges biogáz előállítás különféle magvakból és gyökérnövényekből

Biogáz állati hulladékból

Az állati trágyából sokkal kisebb a gázkibocsátás, mivel a táplálékcsatornán való áthaladás után a salakanyagokban kicsi a tápanyag mennyisége a metánképző mikroorganizmusok számára.

Mivel a madár emésztőrendszerét úgy alakították ki, hogy a legtöbb tápanyagot gyorsan felvegye a táplálékból, gyakori székletürítéssel a repülés megkönnyítése érdekében, az alomból származó biogáz hozam a legnagyobb lesz – körülbelül 100 m3 65%-os CH4 mellett.

A biogáz üzem használata a baromfitelepeken a legelőnyösebb, ahol probléma van a madárürülék elszállításával.

Míg a szarvasmarhatrágya biogázhozama a legalacsonyabb, átlagosan 25 m3 55%-os CH4 mellett, mivel az emésztőrendszert úgy alakították ki, hogy a táplálék ismételt rágásával maximalizálja a tápanyagok kivonását a takarmányból hosszú időn keresztül.

A trágyából származó biogáz hozama nő, ha almot és takarmánymaradványokat keverünk. A trágya páratartalma és frissessége is számít - részletesebb adatokhoz speciális táblázatokat kell tanulmányoznia.

Lehetséges biogáz előállítás haszonállat trágyából

A víz minősége és a szennyeződések jelenléte nagyban befolyásolja az erjedés sebességét és a biogáz metánkoncentrációját. A trágya hígításához használt erősen klórozott csapvíz gátolja az erjedési folyamatot.

Ha az istállók tisztítása során baktériumölő szereket és vegyi tisztítószereket használnak, a biogázüzemben a reakciók sebessége jelentősen lelassul. Ugyanezen okból az alacsony jövedelmezőség és a mosószerek magas koncentrációja miatt jelentős nehézségek merülnek fel az emberi tartózkodásból származó szennyvíz elgázosítása során.

Az élőlények hulladéktermékeiből származó biogáz alacsony hozama ellenére a saját készítésű biogázüzemekben más típusú nyersanyagokhoz trágyát kell hozzáadni, hogy a szubsztrátumban elszaporodjon az összes szükséges baktériumtípus, amely eredetileg az emésztőrendszerben él. traktus

A biogáz előállításához baktériumokat tartalmazó trágyát kell hozzáadni az aljzathoz

A biogáz keverék összetétele

Mint fentebb említettük, a bioszintézis folyamatának különböző szakaszaiban a metán mellett szén-dioxid és hidrogén is felszabadul. Ezenkívül a nyersanyagoktól függően ammónia és hidrogén-szulfid bocsát ki. Bár a hidrogén éghető, illékonysága nem teszi lehetővé ennek a gáznak a használatát szabványos gázberendezésekben.

Az ammónia és a hidrogén-szulfid mérgező vegyületek, amelyek mind a biogázüzemben lévő baktériumokat, mind a környezetet károsítják. A szén-dioxid ballaszt, nagy mennyisége a keverékben jelentősen csökkenti a biogáz éghetőségét és fűtőértékét.

A szennyeződések átlagos százalékos aránya a különböző alapanyagokból előállított biogázban

Nyilvánvalóan a nagy mennyiségű szennyeződés miatt a hagyományos kazánokban és kályhákban biogáz felhasználása csak körültekintően lehetséges. tisztítás szintetizált gázkeverék. A keletkező biogáz tisztítása több lépcsőben történik, de szinte lehetetlen tökéletesen tiszta metánt elérni, a lényeg, hogy a szennyeződések koncentrációja ne lépje túl a megállapított normákat.

Az égő biogáz lángjának tisztának kell lennie, mint minden biológiai energiának

A tisztítás első szakaszában a biogáz egy vízszűrőn halad át, ahol a legtöbb szén-dioxid, ammónia és különféle aromás vegyületek feloldódnak. A nagy koncentrációjú oldott szén-dioxidot és ammóniát tartalmazó vizet algák termesztésére lehet használni, amelyekből pedig biogázt állítanak elő egy biogáz üzemben.

Biogáz tisztító rendszerek ipari biogáz üzemben

A víztisztítás után a biogáz a hidrogén-szulfidos tisztítószűrőbe kerül. A legegyszerűbb egy fémforgácsból és fűrészporból készült szűrő, amelyre kén rakódik le. Az ipari szűrők speciális katalizátorokat és kénlecsapó oldatokat használnak. A legjobb minőségű biogáz egy membránszűrőn való áthaladás után érhető el, ahol a nem kívánt szennyeződések molekulái molekuláris szinten eltávolíthatók.

Biogáz tisztítása tiszta metánná membránszűrő segítségével

Néhány tényező biogáz-kibocsátásra gyakorolt ​​hatásának leírása

Az erjedés sebességének és a biogáz felszabadulás intenzitásának meghatározásához az egyik döntő tényező a keverék hőmérséklete. Szüksége van egy hőmérőre, de inkább egy elektromos érzékelőre a hőmérséklet szabályozásához.

Az ipari biogázüzemekben a hőmérsékleti rendszert és egyéb paramétereket speciális szabályozók szabályozzák. Néha a reakcióhő elegendő az optimális hőmérséklet fenntartásához, de leggyakrabban az aljzatot fel kell melegíteni, különösen a hideg évszakban.

Számítógépes biogáz üzem vezérlő gázanalizátorokkal

A hőmérsékleti rendszer szerint háromféle anaerob fermentáció létezik:

• Fűtés nélkül működő pszichofil létesítmények, ahol a hőmérsékletet spontán módon 15-25ºC-on tartják. Meleg éghajlatú országokban használják;
• Mezofil, további enyhe melegítést igényel a 25-40ºC hőmérséklet fenntartásához. A nemzedék után kialakult környezetbarát műtrágyákban a leggazdagabb összetételűek, ezért optimálisan alkalmasak kisgazdaságok számára;
• Energiaigényes termofil biogázüzemek 40°C feletti, maximum 90°C hőmérséklet fenntartására. Ezen a hőmérsékleten a keletkező műtrágyákban a kórokozó baktériumok elpusztulnak, és a legnagyobb hozamú biogáz keletkezik, ezért széles körben használják a biogáz ipari előállításában.

Termofil biogáz üzem reaktorának hőszigetelése

A hőmérséklet mellett nagy jelentősége van a trágya, a hulladék és a biomassza szilárdanyag-tartalmának. Minél kisebbek a nyersanyag részecskék, annál nagyobb a baktériumok érintkezési területe a tápközeggel. Ezért az alapanyagok elkészítésében a legfontosabb az őrlés.

A baktériumok élelmiszerrel való érintkezése a mikroorganizmusok salakanyagainak felhalmozódása miatt a bioszintézis folyamatában gátolt. Ezért az erjesztési folyamat során a szubsztrát időben történő összekeverése is jelentős tényező a biomassza elgázosítása szempontjából. Példa egy ipari biogáz üzemre, amely minden paramétert szabályoz:

A biogáz termelés jövedelmezősége

Németország vezető szerepet tölt be a termesztett nyersanyagokból és az állattartó telepek hulladékából származó kiváló minőségű biogáz előállításában. A gázbioszintézis jövedelmezőségét egyrészt az energiahordozók magas költsége, másrészt az ösztönző kormányzati programok elérhetősége határozza meg.

A biogáz-technológiák bevezetésének ösztönzése egyszerre jelent jelentős támogatást a termelőktől származó környezeti energiaforrások vásárlásához, és lenyűgöző összegű bírságot a feldolgozatlan trágyával történő környezetszennyezésért.

Környezetbarát biogáz komplexum egy gazdaságilag fejlett országban

India és Kína szegény falvaiban a félig kézműves biogázüzemek tulajdonosai gyakorlatilag nem tisztítják a gázt, azonnal kályhában vagy gázégőben elégetik. Ezekben az országokban a biogáz háztartási hulladékból és speciálisan termesztett növényi nyersanyagokból történő előállítása megtérül a gazdálkodók alacsony kézi munkaköltsége és maguk a berendezések alacsony költsége miatt, amelyek nélkülözik a drága tisztítórendszereket és a komplex automatizált vezérlő- és irányítási rendszereket. .

Példa félig kézműves biogázüzemekre Ázsia szegény falvaiban

A sajtóban és az interneten sok vidám szalagcímet lehet találni, mint például: „Költségvetés spórolása biogáz üzemmel”, „Trágyából ingyen energia”, „Biogáz saját kezűleg”, de a gyakorlatban a megtérülési elvárások drága berendezések és költségek eltérnek a valóságtól. Ennek oka az összes paraméter szabályozásának nehézsége, valamint az optimális fermentációs sebességhez szükséges melegítés. Példa egy optimista hírre:

A következő cikkben példákat adunk saját készítésű telepítésekre, valós körülmények között történő gázkibocsátás bemutatásával, és mindenki saját maga döntheti el a saját lehetőségei és energiatarifái alapján a független biogáz-termelés jövedelmezőségét.

Az önálló biogáztermelés jelentős előnye a jó minőségű, környezetbarát műtrágya másodlagos előállítása. Az alábbi videóban a mester elmagyarázza a biogáz és a műtrágya beszerzésének elméleti alapjait.