Биогаз что это такое

Биогаз

Содержание

История

Человечество научилось использовать биогаз давно. В 1 тысячелетии до н. э. на территории современной Германии уже существовали примитивные биогазовые установки. Алеманам, населявшим заболоченные земли бассейна Эльбы, чудились Драконы в корягах на болоте. Они полагали, что горючий газ, скапливающийся в ямах на болотах — это дыхание Дракона. Чтобы задобрить Дракона, в болото бросали жертвоприношения и остатки пищи. Люди верили, что Дракон приходит ночью и его дыхание остаётся в ямах. Алеманы додумались [источник не указан 257 дней] шить из кожи тенты, накрывать ими болото, отводить газ по кожаным же трубам к своему жилищу и сжигать его для приготовления пищи. Оно и понятно, ведь сухие дрова найти было трудно, а болотный газ (биогаз) отлично решал эту проблему.

Первая задокументированная биогазовая установка была построена в Бомбее, Индия в 1859 году. В 1895 году биогаз применялся в Великобритании для уличного освещения. В 1930 году, с развитием микробиологии, были обнаружены бактерии, участвующие в процессе производства биогаза.

В СССР исследования проводились в 40-х годах прошлого века. В 1948—1954 гг. была разработана и построена первая лабораторная установка. В 1981 году при Госкомитете по науке и технике была создана специализированная секция по программе развития биогазовой отрасли. Запорожский конструкторско-технологический институт сельскохозяйственного машиностроения построил 10 комплектов оборудования. [1]

Состав и качество биогаза

50—87 % метана, 13—50 % CO₂, незначительные примеси H₂ и H₂S. После очистки биогаза от СО₂ получается биометан. Биометан — полный аналог природного газа, отличие только в происхождении.

Сырьё для получения

Перечень органических отходов, пригодных для производства биогаза: навоз, птичий помёт, зерновая и мелассная послеспиртовая барда, пивная дробина, свекольный жом, фекальные осадки, отходы рыбного и забойного цеха (кровь, жир, кишки, каныга), трава, бытовые отходы, отходы молокозаводов — соленая и сладкая молочная сыворотка, отходы производства биодизеля — технический глицерин от производства биодизеля из рапса, отходы от производства соков — жом фруктовый, ягодный, овощной, виноградная выжимка, водоросли, отходы производства крахмала и патоки — мезга и сироп, отходы переработки картофеля, производства чипсов — очистки, шкурки, гнилые клубни, кофейная пульпа.

Кроме отходов биогаз можно производить из специально выращенных энергетических культур, например, из силосной кукурузы или сильфия, а также водорослей. Выход газа может достигать до 300 м³ из 1 тонны.

Выход биогаза зависит от содержания сухого вещества и вида используемого сырья. Из тонны 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.

Различают теоретический (физически возможный) и технически-реализуемый выход газа. В 1950-70-х годах технически возможный выход газа составлял всего 20-30 % от теоретического. Сегодня применение энзимов, бустеров для искусственной деградации сырья (например, ультразвуковых или жидкостных кавитаторов) и других приспособлений позволяет увеличивать выход биогаза на самой обычной установке с 60 % до 95 %.

В биогазовых расчётах используется понятие сухого вещества (СВ или английское TS) или сухого остатка (СО). Вода, содержащаяся в биомассе, не даёт газа.

На практике из 1 кг сухого вещества получают от 300 до 500 литров биогаза.

Чтобы посчитать выход биогаза из конкретного сырья, необходимо провести лабораторные испытания или посмотреть справочные данные и определить содержание жиров, белков и углеводов. При определении последних важно узнать процентное содержание быстроразлагаемых (фруктоза, сахар, сахароза, крахмал) и трудноразлагаемых веществ (например, целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин). Определив содержание веществ, можно вычислить выход газа для каждого вещества по отдельности и затем сложить.

Раньше, когда не было науки о биогазе и биогаз ассоциировался с навозом, применяли понятие «животной единицы». Сегодня, когда биогаз научились получать из произвольного органического сырья, это понятие отошло и перестало использоваться.

Свалочный газ — одна из разновидностей биогаза. Получается на свалках из муниципальных бытовых отходов.

Экология

Переработанный навоз, барда и другие отходы применяются в качестве удобрения в сельском хозяйстве. Это позволяет снизить применение химических удобрений, сокращается нагрузка на грунтовые воды.

Производство

Существуют промышленные и кустарные установки. Промышленные установки отличаются от кустарных наличием механизации, систем подогрева, гомогенизации, автоматики. Наиболее распространённый промышленный метод — анаэробное сбраживание в метантенках.

Хорошая биогазовая установка должна иметь необходимые части:

Принцип работы установки

Биомасса (отходы или зеленая масса) периодически подаются с помощью насосной станции или загрузчика в реактор. Реактор представляет собой подогреваемый и утепленный резервуар, оборудованный миксерами. Стройматериалом для промышленного резервуара чаще всего служит железобетон или сталь с покрытием. В малых установках иногда используются композиционные материалы. В реакторе живут полезные бактерии, питающиеся биомассой. Продуктом жизнедеятельности бактерий является биогаз. Для поддержания жизни бактерий требуется подача корма, подогрев до 35-38 °С и периодическое перемешивание. Образующийся биогаз скапливается в хранилище (газгольдере), затем проходит систему очистки и подается к потребителям (котел или электрогенератор). Реактор работает без доступа воздуха, герметичен и неопасен.

Для сбраживания некоторых видов сырья в чистом виде требуется особая двухстадийная технология. Например, птичий помет, спиртовая барда не перерабатываются в биогаз в обычном реакторе. Для переработки такого сырья необходим дополнительно реактор гидролиза. Такой реактор позволяет контролировать уровень кислотности, таким образом бактерии не погибают из-за повышения содержания кислот или щелочей. Возможна переработка этих же субстратов по одностадийной технологии, но при коферментации (смешивании) с другими видами сырья, например, с навозом или силосом.

Факторы, влияющие на процесс брожения

Температура

Метановые бактерии проявляют свою жизнедеятельность в пределах температуры 0-70ºС. Если температура выше они начинают гибнуть, за исключением нескольких штаммов, которые могут жить при температуре среды до 90ºС. При минусовой температуре они выживают, но прекращают свою жизнедеятельность. В литературе как нижнюю границу температуры указывают 3-4ºС.

Площадь поверхности частиц сырья

Принципиальным является, что чем меньше частички субстрата, тем лучше. Чем больше площадь взаимодействия для бактерий и чем более волокнистый субстрат, тем легче и быстрее бактериям разлагать субстрат. Кроме того, его проще перемешивать, смешивать и подогревать без образования плавающей корки или осадка. Измельченное сырье имеет влияние на количество произведенного газа через длительность периода брожения. Чем короче период брожения, тем лучше должен быть измельчен материал.

При достаточно длительном периоде брожения количество выработанного газа снова увеличится. При использовании измельченного зерна этого уже удалось достичь через 15 дней.

Применение

Биогаз используют в качестве топлива для производства: электроэнергии, тепла или пара, или в качестве автомобильного топлива.

Биогазовые установки могут устанавливаться как очистные сооружения на фермах, птицефабриках, спиртовых заводах, сахарных заводах, мясокомбинатах. Биогазовая установка может заменить ветеринарно-санитарный завод, т. е. падаль может утилизироваться в биогаз вместо производства мясо-костной муки.

Среди промышленно развитых стран ведущее место в производстве и использовании биогаза по относительным показателям принадлежит Дании — биогаз занимает до 18 % в её общем энергобалансе. По абсолютным показателям по количеству средних и крупных установок ведущее место занимает Германия — 8000 тыс. шт. В Западной Европе не менее половины всех птицеферм отапливаются биогазом.

Биогаз в России

Потенциальное производство в России биогаза – до 72 млрд м³ в год. Потенциально возможное производство из биогаза электроэнергии в год составляет 151 200 ГВтч, тепла – 169 344 ГВтч.

Развивающиеся страны

В Индии, Вьетнаме, Непале и других странах строят малые (односемейные) биогазовые установки. Получаемый в них газ используется для приготовления пищи.

В Индии с 1981 года до 2006 года было установлено 3,8 млн малых биогазовых установок.

Автомобильный транспорт

Volvo и Scania производят автобусы с двигателями, работающими на биогазе. Такие автобусы активно используются в городах Швейцарии: Берн, Базель, Женева, Люцерн и Лозанна. По прогнозам Швейцарской Ассоциации Газовой Индустрии к 2010 году 10 % автотранспорта Швейцарии будет работать на биогазе.

Потенциал

Потенциал биогазовой индустрии Германии оценивается в 100 миллиардов кВт·ч энергии к 2030 году, что будет составлять около 10% от потребляемой страной энергии.

Источник

Что такое Биогаз: свойства, технологии получения, преимущества и недостатки

Биогаз – это продукт жизнедеятельности анаэробных бактерий, мало отличающийся по химическому составу от природного метана. Альтернативный источник энергии позволяет перерабатывать неликвидные органические отходы, уменьшает количество вредных свалок, сохраняет природные ресурсы России.

Состав и качество биогаза

Качество биогаза оценивается по процентному содержанию метана. При глубокой очистке биогаз не уступает природному газу из глубинных месторождений, в котором содержится 90% метана. Как источник энергии биогаз уступает каменному углю, продуктам нефтепереработки, дровам, но превосходит торфяные брикеты, прессованную солому. Тепловая энергия биогаза при сжигании одного кубометра эквивалентна 0,7 литрам мазута, 1.5 килограммам сухих дров или отходов пиломатериалов.

Сырье для получения биогаза

Производить биогаз из навоза, отходов производства выгодно крупным животноводческим комплексам, сахарным заводам, птицефабрикам, большим бойням, пивзаводам, фермерским хозяйствам.

Технологический процесс получения биогаза

Простейшая биогазовая установка состоит из реактора, в котором проходят процессы гидролиза сырья, метанового брожения (образования метаногенов). Промышленные биореакторы дополняются перемешивающими механизмами, подогревом, газгольдером для сбора биометана, очистными установками, станциями сжижения газа, тепловыми электростанциями.

Для увеличения продуктивности процесса получения биогаза лучшим сырьем становятся жировые отходы бойни, водоросли, испорченное зерно, силос. Из тонны этих продуктов можно получить от 200 до 500 кубометров биометана.

Основные преимущества и недостатки биогаза

Главным недостатком биометана становится высокая стоимость очистки газа до характеристик автомобильного топлива. В холодном климате биореакторы требуют подогрева зимой. Особых мер требует и хранение взрывоопасного газа.

История биогаза

Новейшая история производства биогаза началась 60 лет назад. Большие усилия для конструирования, производства малых биореакторов приложили Индия и Китай. Ряд правительств европейских стран предоставляют налоговые льготы производителям экологичного биометана.

В Европе купить биогаз в сжиженном состоянии можно на автомобильных заправках. Баллонный биометан жители Германии, Голландии, Бельгии используют для приготовления пищи, заправки электрогенераторов, отопительных котлов. В России «зеленые тарифы» производителям биогаза не предоставляются, но число биогазовых комплексов увеличивается. В компании «Трансутилизация» российские аграрии, перерабатывающие заводы, фермеры могут заказать биогазовые установки различной мощности.

Источник

Биогазовая установка

Пост опубликован: 7 августа, 2017

Альтернативные источники энергии все увереннее входят в повседневную жизнь современного человека. Люди научились использовать в своих целях энергию солнца, ветра, воды, недр земли, а также иные, альтернативные традиционным источникам энергии, виды топлива.

К таким, не обычным источникам энергии, относится биогаз, который получают в специальных установках и используют для получения различных видов энергии, используемых человеком в повседневной жизни (тепло, электричество и топливо для автомобилей).

Что это?

Биогаз, который является экологически чистым топливом, получают в биогазовых установках, агрегатах, представляющих из себя комплекс технических сооружений и аппаратов, объединенных в единый технологический цикл.

Комплектация биогазовой установки может быть различной, в зависимости от ее мощности, вида сырья и получаемого конечного продукта в виде тепловой или электрической энергии, обоих видов энергии или только биогаза, используемого в бытовых газовых плитах и в качестве топлива для автомобилей.

Стандартная установка, состоит из следующих узлов и агрегатов:

На выше приведенной схеме, условно показан технологический цикл производства биогаза с использованием жидкого и твердого сырья, с дальнейшей его переработкой и получением тепловой и электрической энергий.

Кому нужны биогазовые установки

В связи с тем, что современному человеку достаточно трудно обходиться без тепла и электричества, то биогазовые установки, которые являются агрегатами, производящими эти виды энергии, нужны всем и везде. Единственный фактор, который влияет на необходимость и возможность установки подобного агрегата в том или ином месте, это наличие достаточного количества органического сырья, необходимого для работы устройства.

К тому же, в наше время борьбы за чистоту окружающего мира, являясь экологически чистыми при производстве энергии и работающие на альтернативном топливе, данные установки, все более широко используются как в нашей стране, так и за ее пределами.

Принцип действия

Принцип работы подобный устройств основан на брожении и разложении органических отходов сельскохозяйственных и иных производств, осуществляемом в реакторе биогазовой установки, под воздействием особых гидролизных, кислотообразующих и метанобразующих бактерий. В результате разложения сырья получается биогаз, состоящий из смеси метана, углекислого газа и примесей прочих газов (аммиак, сероводород, азот и т.д.).

Работа биогазовой установки осуществляется следующим образом:

Сравнение биогаза с другими источниками энергии

При сравнении производства биогаза, служащего топливом для получения различных видов энергии, с другими видами получения альтернативной энергии, как то, солнечные электростанции и ветровые генераторы, то видно, что данные установки, обладают одним преимуществом, это способность работать, вне зависимости от внешних факторов (погода, сезонность и т.д.) в круглосуточном и круглогодичном циклах.
Еще один аспект использования биогазовых установок, как то, возможность использовать в полном объеме установленную мощность агрегатов, сопоставляет их с традиционными устройствами получения энергии (нефть, газ и т.д.) и гарантирует их использование в ближайшей и долгосрочной перспективах.

Внутренняя энергия 1,0 м3 биогаза, сопоставима с:

При сжигании 1,0 м3 биогаза выделяется 9,0 кВт тепловой энергии, что позволяет произвести до 1,5 кВт электрической энергии или обогреть помещение площадью до 80,0 м2 в течение нескольких часов.

Характеристики горючести биогаза и прочих горючих газов несколько разняться, для сравнения они приведены в ниже следующей таблице:

Биогаз – это альтернативный вид топлива, постепенно завоевывающий рынок возобновляемых источников энергии в разных странах и на разных континентах нашей планеты.

Биогазовая установка для частного дома

В связи с тем, что в личном подсобном хозяйстве, количество образующихся органических отходов и продуктов деревообработки и переработки сельскохозяйственных культур, ограничено, то в качестве основного и единственного источника энергии, вне зависимости от направленности (тепловая, электрическая, газ), биогазовые установки рассматривать не целесообразно.

К тому же, необходимо учитывать, что при работе подобных устройств, выделяется целая группа прочих газов (сероводород, аммиак и т.д.), которым свойственен специфический неприятный запах, что требует выполнять монтаж установки на некотором удалении от жилых помещений.

Конструктивно, подобная установка может выглядеть следующим образом:

Для фермерского хозяйства

При наличии у фермерского хозяйства, или иного не крупного предприятия, среднее количество органических отходов (пилорама, тепличное хозяйство, птицеферма и т.д.), появляется возможность смонтировать более крупную установку, позволяющую обеспечить собственные потребности в тепловой и электрической энергиях.
В этом случае процесс производства топлива аналогичен процессу, при использовании в частном порядке, отличие лишь в мощности агрегатов и соответственно, объемах перерабатываемого сырья.

Конструктивно, это может выглядеть следующим образом:

На данной схеме представлены:

Биогазовая установка для предприятия

Когда крупное предприятие, имеющее значительный объем отходов производства, строит биогазовую установку, то сам процесс ничем не отличается от выше перечисленных вариантов (личное и фермерское хозяйства).

Разница лишь в мощности установки, ее геометрических размерах, наличии средств автоматики и защиты. Вариант такой установки, для крупного предприятия, может выглядеть следующим образом:

Как правило, на крупные биогазовых установка, кроме стандартных операций, рассмотренных в выше рассмотренных вариантах комплектации, применяются и дополнительные, это:

Средние цены

В настоящее время, биогазовые установки изготавливаются рядом отечественных и зарубежных компаний.

Наиболее популярны среди различных групп пользователей, следующие модели, это:

Объем перерабатываемого сырья составляет 700,0 кг/сутки, при этом выход готового продукта составляет:

Как сделать своими руками

Умея работать с различным ручным инструментом, имея навыки сантехнических и сварочных работ, а также свободное время и желание, можно изготовить биогазовую установку малой мощности своими руками.

Работы выполняются в соответствии с ниже приведенной схемой и в следующей последовательности:

Плюсы и минусы

Топливо, получаемое в биогазовых установках (биогаз), является возобновляемым и альтернативным традиционным, источником энергии.

Использование подобных агрегатов позволяет добиться положительных результатов в различных составляющих их применения, это:

Достоинствами подобных агрегатов, также являются:

Недостатками являются:

Источник

Что такое биогаз, как его производят и используют?

Производство биогаза из биомассы обладает потенциалом в качестве альтернативного источника энергии, который потенциально богат ресурсами биомассы. Результаты показывают, что биогазовая технология должна поощряться, инвестироваться, внедряться и демонстрироваться. Она особенно актуальна в отдаленных сельских районах.

Перспективы использования биогаза

Для широкого спектра органических веществ из сельского хозяйства, пищевых продуктов кормовой промышленности анаэробное сбраживание является превосходной альтернативой компостированию, поскольку оно является производителем чистой энергии.

Для справки! Биогаз – это смесь метана и углекислого газа, которая создается во время анаэробного сбраживания и служит высокоэнергетическим возобновляемым топливом.

Это топливо можно использовать в качестве замены ископаемого топлива. При максимальном использовании экономичного энергоснабжения, широко внедряются:

Внедрение таких устройств повсеместно улучшает управление отходами, снижает уровень загрязненности окружающей среды.

Из чего получают биогаз?

К источникам относятся свалки, очистные сооружения и анаэробные реакторы.

Свалки и очистные сооружения выделяют биогаз из разлагающихся отходов. На сегодняшний день индустрия отходов сосредоточилась на контроле этих выбросов в окружающую среду и в некоторых случаях на использовании этого потенциального источника топлива для питания газовых турбин, тем самым вырабатывая электроэнергию.

Основными компонентами свалочного газа являются:

Состав биогаза по средней концентрации:

Другими компонентами в газе являются кислород (O2), водяной пар и следовые количества широкого ряда неметановых органических соединений (НМОК).

Как получается биогаз из отходов?

Биогаз образуется в результате анаэробной ферментации органических материалов, которая обычно происходит в больших резервуарах. Они называются анаэробными реакторами, исключают атмосферный кислород.

В качестве продукта метаболизма участвующих метаногенов и ацидогенных бактерий предпосылками для производства биогаза являются:

Период переваривания или период удержания обычно составляет от 10 до 30 дней, в зависимости от используемого типа переваривания. Анаэробные системы сегодня работают в основном в мезофильном диапазоне температур.

Этапы производства биогаза из отходов

Процесс производства биогаза делится на четыре этапа:

Первоначально сырье для варочных котлов поступает в первичную яму или резервуар для хранения жидкости. Предварительная обработка является важным фактором при использовании анаэробных реакторов для пищевых отходов.

Установка для получения биогаза использует различные технологии, которые могут включать:

Отсюда он загружается в варочный котел различными способами в зависимости от состава отходов. В резервуарах для сбраживания используется ряд биологических процессов для производства биогаза из отходов:

Резервуар для хранения газа выступает в качестве буфера, чтобы уравновесить колебания в производстве газа в варочных котлах. Биогаз затем преобразуется в возобновляемую энергию в форме электричества и тепла посредством когенерации.

Биогаз может содержать высокие уровни воды (влажности) и серы в зависимости от исходного сырья варочного котла. Разработчики биогазовых установок должны учитывать возможность загрязнения газа при проектировании своих установок.

Преимущества внедрения биогазовых технологий

Технология получения биогаза не только обеспечивает топливо, но и важна для всестороннего использования:

Такие установки повышают эффективность защиты окружающей среды, реализации сельскохозяйственной переработки, а также улучшения санитарных условий в сельских районах. Внедрение биогазовой технологии в широком масштабе имеет значение для макропланирования, такого как распределение государственных инвестиций и влияние на платежный баланс.

Факторы, определяющие скорость принятия биогазовых установок, такие как кредитные средства и услуги технического резервного копирования, вероятно, должны планироваться как часть общей макрополитики, как и распределение средств на исследования и разработки.

Источник