Биогазовая установка для частного дома: добываем энергоресурсы своими руками. Биогазовая установка для отопления дома своими руками Метановый газогенератор на пищевых отходах

Биогазовая установка – это специальный агрегат, который позволяет перерабатывать отходы сельскохозяйственного производства и пищевой промышленности в биологические удобрения и биологический газ.

Использование подобной установки позволяет в кратчайшие сроки избавляться от навоза различных видов (включая птичий помет), перерабатывать остатки растений (перезимовавший силос, ботву пищевых культур и т.п.) и качественно утилизировать органические отходы скотобойни и птицефабрики. Время получения биологических отходов и газа, зависит от плотности перерабатываемых материалов и их количества.

Наибольшее распространение подобные установки получили в таких странах, как Германия и Голландия. В последние годы огромное количество китайских фермерских хозяйств и пищевых производств, также оснащаются биогазовыми установками собственного производства.

Устройство биогазовой установки. Следует сказать, что биогазовые установки имеют весьма простую конструкцию. Современные модели таких установок имеют достаточную степень автоматизации, и требуют минимальный контроль со стороны человека. Итак, современная биогазовая установка состоит из:

Переходная емкость, в которую попадает сырьё в самом начале переработки для подогрева.
Миксеры, для измельчения крупных частиц травы и навоза.
Емкость для газа (газгольдер), в которой хранится полученный газ, необходима для поддержания запасов и давления в системе.
Биореактор, самая главная часть биогазовой установки, в которой происходит брожение сырья и вырабатывается газ.
Газовая система, набор труб и шлангов подачи и отвода полученного газа.
Сепараторы сортируют переработанное сырьё на твёрдые и жидкие удобрения.
Насосы для перекачки сырья и воды.
Приборы измерения и контроля за давлением в реакторе и температурой подогревающей жидкости.
Когенерационная станция, служит для распределения полученного газа.
Аварийные горелки для стравливания лишнего газа из реактора и газгольдера, необходимы для поддержания заданного давления.

На первый взгляд кажется, что устройство биогазовой установки чересчур сложное и запутанное, а в состав ее входят дорогостоящие агрегаты и компоненты. Однако, на самом деле это далеко не так. Большинство компонентов имеют грозные названия, но на самом деле в их основе лежат обыденные предметы. В любом случае, подобные конструкции уже много лет используются людьми по всему миру, а значит, с принципом работы установки можно разобраться без всякого труда.

Принцип работы биогазовой установки. Прежде чем перейти к подробному рассмотрению принципа работы биогазовой установки, следует сказать, что появилось данное устройство исключительно благодаря процессам брожения и разложения. Как известно, любое органическое вещество (с течением времени и при соответствующих условиях) распадается на простейшие химические вещества, одним из которых и является биогаз. Именно на принципах брожения и распада создается любая биогазовая установка, а дополнительные узлы и агрегаты имеют вспомогательные либо контролирующие функции.

Этапы работы биогазовой установки.

1. Доставка продуктов переработки и отходов в установку. В том случае, если отходы жидкие их целесообразно доставлять в реактор с помощью специализированных насосов. Более твердые отходы могут доставляться в реактор вручную, либо по средствам транспортной ленты. В некоторых случаях целесообразно подогреть отходы, дабы увеличить их скорость брожения и распада в биореакторе. Для подогрева отходов используется переходная емкость, в которой продукты переработки доводятся до нужной температуры.
2. Переработка в реакторе. После переходной емкости, подготовленные (и подогретые!) отходы попадают в реактор. Качественный биореактор представляет собой герметичную конструкцию, изготовленную из особо прочной стали, либо из бетона, имеющего специальное, антикислотное покрытие. В обязательном порядке, реактор должен иметь идеальную тепловую и газовую изоляцию. Даже малейшее попадание воздуха или снижение температуры повлечет остановку процесса брожения и распада. Подогрев реактора осуществляется с помощью трубок с горячей водой. Система автономна. Нагрев воды происходит с помощью вырабатываемого биогаза. Реактор работает без доступа кислорода, в полностью замкнутой среде. Несколько раз в день, с помощью насоса в него можно добавлять новые порции перерабатываемого вещества. Оптимальный температурный режим реактора – около 40 градусов Цельсия. Если температура меньше, то процесс брожения существенно замедлится. Если увеличить температуру, то произойдет быстрое испарение воды, что не позволит отходам полностью распасться. Для того, чтобы ускорить процесс брожения используется специальный миксер. Данное устройство перемешивает субстанцию в реакторе через определенный промежуток времени.
3. Выход готового продукта. По истечению определенного времени (от нескольких часов, до нескольких дней) появляются первые результаты брожения. Это биогаз и биологические удобрения. В итоге получившийся биогаз попадает в газгольдер (бак для хранения газа). Давление газа в газгольдеры регулируется с помощью клапанов. В случае чрезмерного давления будут задействованы аварийные горелки, которые попросту сожгут лишний газ, и тем самым стабилизируют давление. Получаемый биогаз нуждается в усушке. Лишь после этого его можно использовать, как обычный природный газ. Отдельно следует сказать, что для поддержания работы биогазовой установки требуется около 15% получаемого газа. В свою очередь биологические удобрения попадают в специально подготовленный бак с сепаратором. Происходит разделение на твердые (биогумус) и жидкие удобрения. Биогумус составляет всего лишь около 5% от общего количества получаемых удобрений. Собственно, удобрения сразу могут быть использованы по назначению. Дополнительной переработки они не требуют. Более того, в Европе существуют целые поточные линии, которые запаковывают полученные биологические удобрения в пластиковые емкости. Торговля подобными удобрениями – достаточно прибыльный бизнес. Работа биогазовой установки непрерывна. Выражаясь проще, в реактор постоянно попадают новые порции перерабатываемого материала, а в газгольдер и сепараторный бак также постоянно попадает газ и биологические удобрения.

Эксплуатация и монтаж биогазовой установки. Монтаж биогазовой установки строго индивидуален. Нельзя просто привезти и собрать вместе все компоненты. Необходимо провести целый ряд подготовительных работ, выкопать несколько крупных котлованов, осуществить качественную изоляцию реактора. Следует учесть все индивидуальные особенности фермерского хозяйства или предприятия, и сделать биогазовую установку актуальной под конкретные задачи. Следить за биогазовой установкой сможет один человек, так как процесс переработки полностью автоматизирован. Эксплуатация установки не требует больших расходов. При хорошем присмотре и своевременном сервисном обслуживании ежегодные затраты на содержание такой установки не превысят 5% ее первоначальной стоимости.

Преимущества использования биогазовой установки. Биогазовая установка по-настоящему волшебное устройство, которое позволяет получать из отходов производства и навоза, действительно необходимые вещи. В частности, можно получить:

Биогаз
Биологические удобрения
Электрическую и тепловую энергию
Топливо для автомобилей.

Для того, чтобы преобразовывать биогаз в электрическую и тепловую энергию необходимо оснастить установку дополнительными агрегатами. Это увеличивает стоимость самой установки, но позволяет добиться значительной автономии от коммунальных служб, и существенно сократить оплачиваемые счета. Если в автомобиле установлено газовое оборудование, то его можно заправлять газом, которой вырабатывается биогазовой установкой. Естественно, биологический газ потребует дополнительной очистки, которая позволит отфильтровать углекислый газ. После этого автомобиль сможет ездить на газе, который вырабатывается биогазовой установкой. Это помогает значительно экономить на покупке бензина, что при нынешних ценах на топливо очень выгодно.

Кому необходима биогазовая установка?

Как уже было сказано выше, биогазовая установка – технически сложное устройство, которое требует профессионального монтажа и своевременного сервисного обслуживания.

Поэтому мелкому фермеру, хозяйство которого состоит из десятка коров и нескольких гектаров земли, такая техника определенно не нужна. У него попросту нет такого количества навоза, и прочих удобрений, чтобы заставить биогазовую установку работать круглосуточно и приносить значительный доход. И совсем другое дело, если речь зайдет о крупном фермерском хозяйстве, птицефабрике или мясокомбинате. Данные производства ежедневно генерируют сотни килограммов разнообразных отходов, которые попросту некуда девать. Для них покупка биогазовой установки чуть ли не единственный способ решить проблему утилизации отходов, и при этом получать бесплатный газ, электричество и биологические удобрения.

Как показывает практика, подобные биогазовые системы, начинают себя окупать уже через 2 года после установки. Учитывая, что средний срок службы установки – 25 лет, то не сложно подсчитать прибыль, которую принесет подобное оборудование.

Биогаз, биогазовые установки - все чаще и чаще эти слова встречаются в масс-медиа, в разговорах предприимчивых людей. Причина очевидна - рост цен на топливо
Биогаз - это смесь метана и углекислого газа, образующаяся в процессе анаэробного сбраживания специальных реакторах - метантенках, устроенных и управляемых таким образом, чтобы обеспечить максимальное выделение метана. Энергия, получаемая при сжигании биогаза, может достигать от 60 до 90% той, которой обладает исходный материал. Другое достоинство процесса переработки биомассы состоит в том, что в ее отходах содержится значительно меньше болезнетворных микроорганизмов, чем в исходном материале.

производят биогаз путем контролируемого сбраживания биомассы в анаэробных условиях.
Биогаз возможно получать в биогазовых установках самых разных масштабов. Это могут быть небольшие очистные и установки для обеспечения предприятия своей энергией и гигантские централизованные энергопарки для подачи газа и электроэнергии в сеть.
Для производства биогаза пригодно большинство отходов пищевой промышленности и сельского хозяйства, а также специально выращенные энергетические растения. Биогазовые установки могут работать как на моно-сырье, так и на смеси.
Биогазовые установки представляют собой строительные объекты, состоящие из герметичных реакторов оснащенных комплексом систем подачи сырья, подогрева, перемешивания, канализации, воздушной газовой и электрической.

Биогаз - выгоды

Биогазовая установка — это самая активная система очистки. Любые другие системы очистки потребляют энергию, а не производят.

Помимо экологии, главные выгоды — это получение биогаза и биоудобрений.

Дополнительные выгоды биогазовой установки: выработка электричества и тепла, получение биометана, экономия капитальных затрат на очистных при постройке новых предприятий.

Производство биогаза позволяет предотвратить выброс метана в атмосферу. Его улавливание — самый лучший способ предотвращения глобального потепления.

Принцип работы биогазовой установки

Биогазовая станция производит биогаз и биоудобрения путем бескислородного брожения из биоотходов и энергетических культур.

Промышленная биогазовая станция – строительный объект, в котором доля оборудования составляет 70-80%. Это закрытые реакторы (метантенки) выполненные из монолитного железобетона или стали с покрытием. Конструкция модульная с диаметром 24 м и высотой 6 м. При увеличении мощности увеличивается количество реакторов.

Жидкие биоотходы перекачиваются на биогазовую установку фекальными насосами по трубопроводу. Они попадают в предварительную емкость, где происходит перемешивание массы, разбавление до необходимой влажности и подогрев до необходимой температуры.

Выходы биогаза

Оборудование биогазовой установки

Биогазовый реактор

Биогазовый реактор состоит из панелей, выполненных из стали с высококачественным покрытием по технологии высокотемпературного спекания «elamel». Это покрытие является долговечным, стойким к химическим воздействиям, коррозии и ударо-прочным. Конструкция предусматривает быструю сборку и разборку.

Преимущество биогазовых реакторов из стали с покрытием по сравнению с бетонными состоит в долговечности, отсутствии необходимости в опалубке, сокращении сроков, возможности круглогодичного строительства. Люки из нержавеющей стали, усиленные вырезы под мешалки, смотровые окна — все рассчитано с учетом особенностей биогазовой технологии.

Важным преимуществом металлического реактора по сравнению с ж.б. является то, что он легко демонтируется и признается банками лучшим залогом.

Загрузчик для биогазовой установки

Силос или другое твердое сырье подается непосредственно в биогазовый реактор шнековым загрузчиком. Бункер укомплектовывается двумя турбошнеками, которые имеют систему плавного пуска, благодаря чему происходит экономия электроэнергии и гарантируется надежная работа привода в течение 24 часов в день.

Особо прочная конструкция из легированной стали со стойким к кислотному воздействию покрытием позволяет агрегатам работать при больших нагрузках. Использование специальных скребков с регулируемыми ножами увеличивает производительность. Привод с надежными планетарными редукторами гарантирует стабильность работы при максимальных нагрузках и вращающих моментах, а гидравлическое управление заслонкой обеспечивает очистку турбошнека и транспортера.

Мешалка наклонная для биогазовой установки

Наклонные мешалки разработаны специально для работы в агрессивных условиях внутри биогазового реактора. Винты изготовлены при помощи специального оборудования, которое обеспечивает миллиметровую точность в наклоне лопастей.

Мешалка с электрическим приводом разработана для работы во взрывоопасной среде класса 1 и класса 2. Все детали мешалки, включая изоляционную мембрану для трубки привода защищены от ультрафиолетового излучения. Винтовая мешалка монтируется с внешней стороны стены ферментатора.

Мешалка поддерживается при помощи двух верхних реек либо опционально на реечной передаче, что позволяет устанавливать любой угол наклона. Карданный вал, винт, и пластина изготовлены из нержавеющей стали.

Мешалка погружная

Погружные мешалки биогазовых станций с электрическим приводом сконструированы для работы во взрывоопасной и одновременно агрессивной среде.

Мешалка устанавливается на мачту с помощью крепления двигателя для регулировки высоты устройства. Благодаря роликовым направляющим мешалка может плавно погружаться и подниматься без трения, даже если кабель тянется под небольшим углом.

Мотор-редуктор изготовлен из чугуна с шаровидным графитом и сверху окрашен. Винт оцинкован, а крепление двигателя изготовлено из нержавеющей стали. Погружная мешалка выполнена в виде водонепроницаемого моноблока, приводящего в движение трехлопастной винт.

Теплопункт биогазовой станции

Внутри биогазового реактора поддерживается фиксированная для микроорганизмов температура. Температура в реакторе мезофильная около +37°С. Подогрев реактора ведется теплоносителем. Температура теплоносителя на входе в реактор +80°С. Температура носителя после реактора около +55°С.

Система подогрева — это котлы, насосы, теплообменники, гребенки. Сеть трубок для подогрева находится внутри стенки реактора, либо на ее внутренней поверхности. Если биогазовая установка комплектуется когенерационной установкой, то теплоноситель от охлаждения генератора используется для подогрева реактора.

Источниками теплоснабжения сооружений биогазовой установки могут быть газовые котлы, которые работают на биогазе, на природном газе и на смеси, а также электрические котлы.

Газгольдер-мешок

Материал газгольдера устойчив к поджогу электропроводами под напряжением, фейерверками, а также к прорыву металлическими стержнями, даже раскаленными докрасна.

Монтируется в специальном проветриваемом ангаре. Конструкция газгольдера позволяет накапливать и удерживать давление биогаза под пленкой от 0,005-0,01 Бар.

Подача биогаза в газгольдер осуществляется через специальные патрубки, оснащенными предохранительными клапанами во избежание переполнения.

Газгольдер биогазовой установки

Газгольдер — хранилище биогаза. Он герметично крепится сверху реактора. Система газгольдера имеет двухслойную конструкцию. Внешний купол-чехол имеет стойкость к ультрафиолетовому излучению и атмосферным осадкам.

Внутренний купол натягивается под действием вырабатываемого биогаза.

Между внешним и внутренним куполами закачивается воздух для создания давления на нижний купол, а также для придания формы внешнему. Давление биогаза внутри газгольдера составляет от 200 до 500 Па. Запас газгольдера на 2-3 часа хранения биогаза.

Сепаратор биогазовой станции

Сепаратор предназначен для разделения переброженной массы на твердую и жидкую фракции и входит в базовую комплектацию установки получения биогаза. Детали сепаратора выполнены из коррозионно- и износостойкой стали. Смесь поступает произвольно или подается при помощи насоса через патрубок подачи смеси в загрузочную камеру. Из загрузочной камеры с помощью шнека переменного шага, выполненного из износостойкой стали, смесь подается в камеру сепарирования.

Камера сепарирования представляет собой цилиндрическое сито, также выполненное из износостойкой стали. В камере сепарирования посредством отжима происходит разделение жидкой и твердой фракций. Жидкая фракция сливается через сливной парубок в накопительный резервуар. Твердая фракция через разгрузочное устройство покидает сепаратор и скапливается в накопительном контейнере.

Факел биогазовой установки

Факельная установка предназначена для временного или периодического полного сжигания биогаза, вырабатываемого биогазовыми установками или полигонами ТБО при отсутствии возможности его полезного использования в качестве энергоносителя.

Сжигающая система состоит из горелки и дополнительных узлов.

Горелка сконструирована по принципу инжекционного сжигания и состоит из сопла, инжектора с системой контроля подачи воздуха, трубы защиты пламени, штуцера и системы управления горелкой.

Система сжигания биогаза сделана из нержавеющей стали. Несущая конструкция держит горелку и вертикально установленный штуцер.

Система управления горелки установлена в шкафу, который монтируется на несущей конструкции системы сжигания, и содержит все элементы для контроля и управления зажиганием и пламенем.

Опции биогазовой установки

Когенерация

Производство электрической и тепловой энергии в установках на базе двигателя внутреннего сгорания — наиболее распространённый способ извлечения выгоды от биогазовой станции. Электроэнергия может круглогодично использоваться как собственных нужд, так и для подачи в сеть по нерегулируемому или зеленому тарифу.

Из 1 м3 биогаза вырабатывается одновременно 2,4 кВтч электрической +2,5 кВтч тепловой энергии.

Преимущества когенерационных установок по сравнению с аналогами:
— замены масла не 500, а 2000 моточасов,
— высокий эл. КПД до 40 %, сумм.КПД эл.+тепло до 90%,
— высшая надежность.

Электростанция — главная деталь биогазовой станции, в ней больше всего подвижных частей. От этого агрегата напрямую зависит выручка и это то, на чем не стоит экономить.

Очистка до метана

Данная система позволяет производить очистку (обогащение) биогаза до состояния биометана. Биометан — полный аналог гостовского природного газа с концентрацией метана в пределах 95-99%. После системы очистки газ может использоваться как моторное топливо для заправки автомобилей, может подаваться в общую систему газоснабжения в трубу среднего или низкого давления или использоваться на технологические нужды для полной замены природного газа.

Предлагается регенеративная водяная система обогащения биогаза. Ее принцип работы основан на различной растворимости газов в жидкости. При пропускании биогаза через холодную воду углекислый газ растворяется в ней, а при нагреве высвобождается.

Преимуществом водяной системы обогащения биогаза по сравнению с PSA или угольными системами абсорбции является низкая себестоимость очистки газа. Благодаря использованию воды как основного компонента данного процесса для процесса не требуется никаких реагентов или больших затрат на

Сушка удобрений

Сушка биоудобрений позволяет более полно использовать потенциал биогазовой станции и в разы повысить ее рентабельность. Сушеные биоудобрения имеют более высокую продажную цену по сравнению с просто отсепарированной биомассой. В сушеном гранулированном виде удобрения могут с низкими затратами транспортироваться на любые расстояния и храниться достаточно долго. Два побочных продукта биогазовой станции- тепло и сырые биоудобрения могут быть задействованы для производства востребованного продукта. Сушеные биоудобрения сравнимы с гуано.

Низкотемпературная конвейерная сушилка работает по высокоэффективному методу для сушки биомассы с помощью низкой температуры. Малый уровень выбросов и высококачественный конечный продукт, при низком уровне потребления являются преимуществом технологии. Регулировка скорости подачи продукта гарантирует постоянную влажность обсушиваемого продукта и оптимальное использование дополнительной тепловой энергии.

Каждый год на нашей планете энергоресурсов становится все меньше и меньше. Именно из-за этого приходится искать все время новые, альтернативные источники энергии. Однозначно, через какое-то время на нашей планете закончатся нефтяные и газовые залежи, и тогда миру придется всерьез задуматься над добычей (сбором) и использовании в качестве основного источника энергии биогазов.

Что такое биогаз? Принципы добычи биогаза

Как уже было сказано, биогаз – альтернативный источник энергии. Выделяется он при ферментации различных бытовых отходов, а также отходов выделяемых животными (навоз).

Данный метод использовался еще с древних веков в Китае, но позже, спустя века был невостребованным и в результате оказался забыт.

Добыча биогаза в домашних условиях своими руками

Шаг 1: Выбор бочки

Сначала необходимо выбрать подходящую бочку, в который мы будем хранить «источник энергии», то есть, как вы поняли, пищевые отходы и навоз.

Шаг 2: Делаем отверстия

Делаем отверстия на входе и на выходе в бочке. Можно сделать с помощью дрели, но в данном случае, отверстие сделано с помощью нагретой металлической трубы.

Шаг 3: Установка труб

Устанавливаем трубы на входе и выходе в отверстия, сделанные нами ранее. Трубы вставляем и вклеиваем.

Шаг 4: Создание и установка держателя «бензобака»

Было взято ведро от краски на 20 литров, этот резервуар будет содержать добываемый нами газ. Бак фиксируется с помощью клапана, который используют сантехники.

Шаг 5: Добавляем коровий навоз

Смешиваем коровий навоз (5 кг на 50 литров) и добавляем воды. Помещаем в бак.

Шаг 6: Почти закончили

Первые 10-15 дней газ вы не получите, так как это время необходимо для того, что бы прошли все необходимые процессы.

Шаг 7: Избавляемся от двуокиси углерода

Для того, чтобы данный газ горел, необходимо избавится от двуокиси углерода. Этого можно добиться за счет использования обычного фильтра, которых много в разных строительных магазинах.

Шаг 8: Готово!

Вы сами заметите, как «топливный бак» будет подниматься по мере происхождения химических реакций. Тогда уже необходимо открывать клапан и получать биогаз.

Использовать биогаз можно для разных целей. Не рекомендуется использовать биогаз для приготовления еды, так как это может негативно повлиять на вкусовые качества (если не избавится от отдушек).

Видео-Урок: Добыча биогаза в домашних условиях

Смонтировать небольшие установки можно и в домашних условиях. Для отступления скажу, что получение биогаза своими руками не является каким-то новым изобретением. Еще в древности биогаз в домашних условиях активно получали в Китае. Эта страна до сих пор является лидером по количеству биогазовых установок. Но вот как сделать биогазовую установку своими руками , что для этого необходимо, сколько это будет стоить – все это постараюсь рассказать в этой и последующих статьях.

Предварительный расчет биогазовой установки

Прежде чем приступать к покупке или самостоятельной сборке биогазовой установки необходимо адекватно оценить наличие сырья, его тип, качество и возможность бесперебойной поставки. Далеко не каждое сырье подходит для получения биогаза. Сырье, которое не походит:

сырье с высоким содержанием лигнина;
сырье, которое содержит опилки хвойных деревьев, (с наличием смол)
с влажностью, превышающей 94%
гниющий навоз, а также сырье плесенью либо синтетическими моющими веществами.

Если сырье подходит для переработки, то можно приступать к определению объема биореактора. Общий объем сырья для мезофильного режима (температура биомассы колеблется от 25-40 градусов, наиболее распространенный режим) не превышает 2/3 объема реактора. Суточная доза составляет не более 10% от общего загруженного сырья.

Любое сырье характеризуется тремя важными параметрами:

плотность;
зольность;
влажность.

Последние два параметра определяются из статистических таблиц. Сырье разбавляется водой из учета достижения 80-92% влажности. Отношение количества воды и сырья может колебаться в соотношении от 1:3 и до 2:1. Это делается, чтобы предать субстрату требуемую текучесть. Т.е. чтобы обеспечить проходимость субстрата по трубам и возможность его перемешивания. Для малых биогазовых установок плотность субстрата допускается принимать равной плотности воды.

Попробуем определить объем реактора на примере.

Допустим, хозяйство имеет 10 голов КРС, 20 свиней и 35 кур. В сутки выходит экскрементов: 55 кг от 1 КРС, от 1 свиньи – 4,5 кг и 0,17 кг от курицы. Объем суточных отходов составит: 10х55+20х4,5+0,17х35 = 550+90+5,95 =645,95 кг. Округлим до 646 кг. Влажность экскрементов свиней и КРС составляет 86%, а куриного помета -75%. Чтобы добиться 85% влажности куриного помета необходимо добавить 3,9 л воды (около 4 кг).

Получается, что суточная доза загрузки сырья составит около 650 кг. Полная загрузка реактора: ОС=10х0,65=6,5 тонн, а объем реактора ОР=1,5х6,5=9,75 м³. Т.е. нам понадобится реактор объемом 10 м³.

Расчет выхода биогаза

Таблица расчета выхода биогаза в зависимости от типа сырья.

Тип сырья	Выход газа, м³ на 1 кг сухого вещества	Выход газа м³ на 1 тонну при влажности 85%
Навоз КРС	0,25-0,34	38-51,5
Свиной навоз	0,34-0,58	51,5-88
Птичий помет	0,31-0,62	47-94
Конский навоз	0,2-0,3	30,3-45,5
Овечий навоз	0,3-0,62	45,5-94

Если взять все тот же пример, то перемножив вес каждого типа сырья на соответствующие табличные данные и просуммировав все три составляющие, получим выход биогаза равный приблизительно 27-36,5 м³ в сутки.

Для того чтобы сориентироваться в требуемом кол-ве биогаза скажу, что среднестатистической семье из 4 человек для приготовления пищи понадобится 1,8-3,6 м³. Чтобы обогреть помещение в 100 м² – 20 м³ биогаза в сутки.

Установка и изготовление реактора

В качестве реактора может быть использована металлическая цистерна, пластиковая емкость, либо он может быть построен из кирпича, бетона. В некоторых источниках говориться о том, что предпочтительной формой является цилиндр, в построенных же из камня либо кирпича квадратных конструкциях образуются трещины из-за давления сырья. Независимо от формы, материала и места установки реактор должен:

быть водо- и газонепроницаемым. В реакторе недолжно происходить смешивание воздуха с газом. Между крышкой и корпусом должна быть прокладка из герметичного материала;
быть теплоизолированным;
выдерживать все нагрузки (давление газа, вес и т.д.);
иметь люк для проведения ремонтных работ.

Установка и выбор формы реактора производится для каждого хозяйства индивидуально.

Тема изготовления биогазовой установки своими руками очень обширна. Поэтому в этой статье я на этом остановлюсь. В следующей статье поговорим о выборе остальных элементах биогазовой установки, ценах и где ее можно приобрести.

Среди важных составляющих нашей жизни большое значение имеют энергоносители, цены на которые растут чуть ли не каждый месяц. Каждый зимний сезон пробивает брешь в семейных бюджетах, заставляя нести расходы на отопление, а значит, на топливо для печей и отопительных котлов. А как быть, ведь электроэнергия, газ, уголь или дрова стоят денег и чем более удалены наши жилища от крупных энергетических магистралей, тем дороже обойдется отопление… Между тем альтернативное отопление, не зависимое от каких-либо поставщиков и тарифов, можно построить на биогазе, добыча которого не требует ни геологоразведки, ни бурения скважин, ни дорогостоящего насосного оборудования.

Биогаз можно получить в практически домашних условиях, понеся при этом минимальные, быстро окупаемые затраты - большую часть ответов по этому вопросу содержит данная статья.

Отопление биогазом - история

Интерес к горючему газу, образующемуся на болотах в теплый сезон года, возник еще у наших далеких предков - передовые культуры Индии, Китая, Персии и Ассирии экспериментировали с биогазом свыше 3 тысячелетий назад. В те же древние времена в родоплеменной Европе швабы-алеманны заметили, что выделяемый на болотах газ отлично горит - они использовали его в отоплении своих хижин, подводя к ним газ по кожаным трубам и сжигая в очагах. Швабы считали биогаз «дыханием драконов», которые, по их мнению, жили в болотах.

Спустя века и тысячелетия, биогаз пережил второе свое открытие - в 17-18 веках сразу два европейских ученых обратили на него внимание. Известный химик своего времени Ян Баптиста ван Гельмонт установил, что при разложении любой биомассы образуется горючий газ, а прославленный физик и химик Алессандро Вольта установил прямую зависимость между количеством биомассы, в которой идут процессы разложения, и количеством выделяемого биогаза. В 1804 году английский химик Джон Дальтон открыл формулу метана, а четырьмя годами позже англичанин Гемфри Дэви обнаружил его в составе болотного газа.Интерес к практическому применению биогаза возник с развитием газового освещения улиц - в конце 19-го века улицы одного района английского города Эксетера освещались газом, полученным из коллектора со сточными водами.

В 20-м веке потребность в энергоносителях, вызванная Второй мировой войной, вынудила европейцев искать альтернативные источники энергии. Биогазовые установки, в которых газ вырабатывался из навоза, распространились в Германии и Франции, частично в Восточной Европе. Однако после победы стран антигитлеровской коалиции о биогазе забыли - электроэнергия, природный газ и нефтепродукты полностью покрыли потребности производств и населения.

Сегодня отношение к альтернативным источникам энергии резко изменилось - они стали интересны, поскольку стоимость привычных энергоносителей возрастает год от года. По своей сути биогаз - реальный способ уйти от тарифов и расходов на классические энергоносители, получить свой собственный источник топлива, причем на любые цели и в достаточном количестве.

Наибольшее количество биогазовых установок создано и эксплуатируется в Китае: 40 миллионов установок средней и малой мощности, объем производимого метана - около 27 млрд. м3 за год.

Биогаз - что это

Это газовая смесь, состоящая в основном из метана (содержание от 50 до 85%), углекислого газа (содержание от 15 до 50%) и прочих газов в гораздо меньшем процентном содержании. Биогаз производят команда из трех видов бактерий, питающихся биомассой - гидролизные бактерии, производящие пищу для кислотообразующих бактерий, которые в свою очередь снабжают пищей метанобразующие бактерии, формирующие биогаз.

Ферментация исходного органического материала (к примеру, навоза), продуктом которой и будет биогаз, проходит без доступа внешней атмосферы и называется анаэробной. Другой продукт такой ферментации, называемый компостным перегноем, хорошо известен сельским жителям, применяющим его для удобрения полей и огородов, а вот производимые в компостных кучах биогаз и тепловая энергия обычно не используются - и напрасно!

От каких факторов зависит выход биогаза с более высоким содержанием метана

Прежде всего - от температуры. Активность бактерий, ферментирующих органику, тем выше, чем выше температура окружающей их среды, при минусовых температурах ферментация замедляется или прекращается полностью. По этой причине выработка биогаза более всего распространена в странах Африки и Азии, расположенных субтропиках и тропиках. В климате России получение биогаза и полный переход на него, как на альтернативной топливо, потребует теплоизоляцию биореактора и введение теплой воды в массу органики, когда температура внешней атмосферы опускается ниже нулевой отметки.Органический материал, закладываемый в биореактор, должен быть биологически разлагаемым, требуется вводить в него значительное количество воды - до 90% от массы органики. Важным моментом будет нейтральность органической среды, отсутствие в ее составе компонентов, препятствующих развитию бактерий, вроде чистящих и моющих веществ, любых антибиотиков. Биогаз можно получить из практически любых отходов хозяйственного и растительного происхождения, сточных вод, навоза и т.д.

Процесс анаэробной ферментации органики лучше всего проходит, когда значение pH находится в диапазоне 6,8-8,0 - большая кислотность замедлит формирование биогаза, т.к. бактерии будут заняты потреблением кислот и производством углекислого газа, нейтрализующего кислотность.

Соотношение азота и углерода в биореакторе необходимо рассчитать, как 1 к 30 - в этом случае бактерии получат необходимое им количество углекислого газа, а содержание метана в биогаза будет наивысшим.

Лучший выход биогаза с достаточно высоким содержанием метана достигается, если температура в ферментируемой органике находится в диапазоне 32-35 °С, при более низких и более высоких значениях температуры в биогазе увеличивается содержание двуокиси углерода, его качество падает. Бактерии, производящие метан, подразделяются на три группы: психрофильные, эффективны при температурах от +5 до +20 °С; мезофильные, их температурный режим от +30 до +42 °С; термофильные, работающие в режиме от +54 до +56 °С. Для потребителя биогаза наибольший интерес представляют мезофильные и термофильные бактерии, ферментирующие органику при большем выходе газа.

Мезофильная ферментация менее чувствительная к изменениям температурного режима на пару градусов от оптимального диапазона температур, требует меньших затрат энергии на обогрев органического материала в биореакторе. Ее минусы, по сравнению с термофильной ферментацией, в меньшем выходе газа, большим сроком полной переработки органического субстрата (около 25 дней), разложенный в результате органический материал может содержать вредоносную флору, т.к. невысокая температура в биореакторе не обеспечивает 100% стерильности.

Подъем и поддержание внутриреакторной температуры на уровне, приемлемом для термофильных бактерий, обеспечит наибольший выход биогаза, полная ферментация органики пройдет за 12 дней, продукты разложения органического субстрата полностью стерильны. Отрицательные характеристики: смена температурного режима на 2 градуса за пределы приемлемого для термофильных бактерий диапазона понизит выход газа; высокая потребность в обогреве, как следствие - значительные затраты энергоносителей.

Содержимое биореактора необходимо промешивать с периодичностью 2 раза за день, иначе на его поверхности образуется корка, создающая преграду для биогаза. Помимо ее устранения промешивание позволяет выровнять температуру и уровень кислотности внутри органической массы.В биореакторах непрерывного цикла работы наибольший выход биогаза происходит при одновременной выгрузке органики, прошедшей ферментацию и загрузке объема новой органики в количестве, равном выгружаемому объему. В биореакторы небольшого объема из тех, что обычно используют в дачных хозяйствах, каждые сутки требуется извлечь и ввести органики в объеме, примерно равном 5% от внутреннего объема камеры ферментации.

Выход биогаза напрямую зависит от типа органического субстрата, закладываемого в биореактор (ниже приведены средние данные на кг веса сухого субстрата):

навоз конский дает 0,27 м3 биогаза, содержание метана 57% ;
навоз КРС (крупного рогатого скота) дает 0,3 м3 биогаза, содержание метана 65%;
свежий навоз КРС дает 0,05 м3 биогаза с 68% содержанием метана;
куриный помет - 0,5 м3, содержание метана в нем составит 60%;
свиной навоз - 0,57 м3, доля метана составит 70%;
овечий навоз - 0,6 м3 с содержанием метана 70%;
солома пшеницы - 0,27 м3, с 58% содержанием метана;
солома кукурузы - 0,45 м3, содержание метана 58%;
трава - 0,55 м3, с 70% содержанием метана;
древесная листва - 0,27 м3, доля метана 58%;
жир - 1,3 м3, содержание метана 88%.

Биогазовые установки

Эти устройства состоят из следующих основных элементов - реактор, бункер загрузки органики, отвод биогаза, бункер выгрузки ферментированной органики.

По типу конструкции биогазовые установки бывают следующих типов:

без обогрева и без промешивания ферментируемой органики в реакторе;
без обогрева, но с промешиванием органической массы;
с обогревом и промешиванием;
с обогревом, с промешиванием и с приборам, позволяющими контролировать и управлять процесс ферментации.

Биогазовая установка первого типа подходит для небольшого хозяйства и рассчитана на психрофильные бактерии: внутренний объем биореактора 1-10 м3 (переработка 50-200 кг навоза за сутки), минимальная комплектация, полученный биогаз не хранится - сразу поступает к потребляющим его бытовым приборам. Такую установку можно использовать только в южных районах, она рассчитана на внутреннюю температуру 5-20 °С.

Удаление ферментированной (сброженной) органики производится одновременно с загрузкой новой партии, отгрузка выполняется в емкость, объем которой должен быть равным или больше внутреннего объема биореактора. Содержимое емкости храниться в ней до введения в удобряемую почву. Конструкция второго типа также рассчитана на небольшое хозяйство, ее производительность несколько выше биогазовых установок первого типа - в ее оснащение входит перемешивающее устройство с ручным или механическим приводом.

Третий тип биогазовых установок оснащен помимо промешивающего устройства принудительным обогревом биореактора, водогрейный котел при этом работает на альтернативном топливе, производимом биогазовой установкой. Выработкой метана в таких установках занимаются мезофильные и термофильные бактерии, в зависимости от интенсивности обогрева и уровня температуры в реакторе.

Последний тип биогазовых установок наиболее сложен и рассчитан на нескольких потребителей биогаза, в конструкцию установок вводятся электроконтактный манометр, предохранительный клапан, водогрейный котел, компрессор (пневматическое промешивание органики), ресивер, газгольдер, газовый редуктор, отвод для загрузки биогаза в транспорт. Эти установки работают непрерывно, допускают установку любого из трех температурных режимов благодаря точно настраиваемому обогреву, отбор биогаза выполняется в автоматическом режиме.

Биогазовая установка своими руками

Теплотворность биогаза, произведенного в биогазовых установках, примерно равна 5 500 ккал/м3, что немногим ниже калорийности природного газа (7 000 ккал/м3). Для отопления 50 м2 жилого дома и использования газовой плиты с четырьмя конфорками в течение часа потребуется в среднем 4 м3 биогаза.

Предлагаемые на рынке России промышленные установки по производству биогаза стоят от 200 000 руб. - при их внешне высокой стоимости стоит отметить, что эти установки точно рассчитаны по объему загружаемого органического субстрата и на них распространяются гарантии производителей.

Если же вы предпочитаете создать биогазовую установку самостоятельно, то дальнейшая информация - для вас!

Форма биореактора

Наилучшая форма для него будет овальной (яйцеобразной), однако соорудить такой реактор крайне сложно. Более легким для конструирования будет биореактор цилиндрической формы, верхняя и нижняя части которого выполнены в виде конуса или полукруга. Реакторы квадратной или прямоугольной формы из кирпича или бетона будут малоэффективны, т.к. по углам в них со временем образуются трещины, вызванные давлением субстрата, в углах будут накапливаться затвердевшие фрагменты органики, мешающие процессу ферментации.Стальные емкости биореакторов герметичны, устойчивы к высокому давлению, их не так сложно построить. Их минус - в слабой устойчивости к ржавчине, требуется нанесение на внутренние стенки защитного покрытия, к примеру, смолы. Снаружи поверхности стального биореактора необходимо тщательно зачистить и окрасить в два слоя.

Емкости биореакторов из бетона, кирпича или камня необходимо самым тщательным образом покрыть изнутри слоем смолы, способным обеспечить их эффективную водо- и газонепроницаемость, выдерживать температуру порядка 60 °С, агрессию сероводорода и органических кислот. Помимо смолы для защиты внутренних поверхностей реактора можно использовать парафин, разбавленный 4% моторного масла (нового) или керосина и разогретый до 120-150 °С - поверхности биореактора перед нанесением на них парафинового слоя необходимо прогреть горелкой.

При создании биореактора можно воспользоваться не подверженными ржавчине емкостями из пластика, но только из жесткого пластика с достаточно прочными стенками. Мягкий пластик можно использовать только в теплый сезон, т.к. с наступлением холодов на нем будет сложно закрепить утеплитель, к тому же стенки его недостаточно прочны. Пластиковые биореакторы можно применять только для психрофильной ферментации органики.

Место размещения биореактора

Его размещение планируют в зависимости от свободного места на данном участке, достаточного удаления от жилых построек, удаленности от места размещения отходов, от мест размещения животных и т.д. Планирование наземного, полностью или частично погруженного в землю биореактора зависит от уровня грунтовых вод, удобства ввода и вывода органического субстрата в емкость реактора. Оптимальным будет размещение корпуса реактора ниже уровня земли - достигается экономия на оборудовании для введения органического субстрата в емкость реактора, существенно повышается теплоизоляция, для обеспечения которой можно применить недорогие материалы (солому, глину).

Оснащение биореактора

Емкость реактора требуется оборудовать люком, с помощью которого можно выполнять ремонтные и профилактические работы. Между корпусом биореактора и крышкой люка необходимо проложить резиновую прокладку или слой герметика. Необязательным, но крайне удобным будет оснащение биореактора датчиком температуры, внутреннего давления и уровня органического субстрата.

Теплоизоляция биореактора

Ее отсутствие не позволит эксплуатировать биогазовую установку круглый год, лишь в теплое его время. Для утепления заглубленного или полузаглубленного биореактора используется глина, солома, сухой навоз и шлак. Укладка утеплителя выполняется слоями - при установке заглубленного реактора котлован перекрывается слоем пвх-пленки, препятствующей прямому контакту теплоизоляционного материала с почвой. До установки биореактора на дно котлована с уложенной пвх-пленкой насыпается солома, поверх нее слой глины, затем выставляется биореактор. После этого все свободные участки между емкостью реактора и проложенным пвх-пленкой котлованом засыпаются соломой практически до торца емкости, поверх, 300 мм слоем засыпается слой глины вперемешку со шлаком.

Загрузка и выгрузка органического субстрата

Диаметр труб загрузки в биореактор и выгрузки из него должен быть не меньше 300 мм, иначе они забьются. Каждую из этих труб в целях сохранениях анаэробных условий внутри реактора следует оснастить винтовыми или полуоборотными задвижками. Объем бункера для подачи органики, в зависимости от типа биогазовой установки, должен быть равным суточному объему вводимого сырья. Бункер подачи следует расположить на солнечной стороне биореактора, т.к. это будет способствовать повышению температуры во вводимом органическом субстрате, ускоряя процессы ферментации. Если же биогазовая установка связана непосредственно с фермой, то бункер следует разместить под ее строением так, чтобы органический субстрат поступал в него под действием сил гравитации.

Трубопроводы загрузки и выгрузки органического субстрата следует расположить по противоположным сторонам биореактора — в этом случае вводимое сырье будет распределено равномерно, а ферментированная органика будет легко извлекаться под воздействием гравитационных сил и массы свежего субстрата. Отверстия и монтаж трубопровода под загрузку и выгрузку органики следует выполнить до монтажа биореактора на место установки и до размещения на нем слоев теплоизоляции. Герметичность внутреннего объема биореактора достигается тем, что вводы труб загрузки и выгрузки субстрата расположены под острым углом, при этом уровень жидкости внутри реактора выше точек ввода труб — гидравлический затвор блокирует доступ воздуха.

Ввод нового и вывод прошедшего ферментацию органического материала проще всего проводить по принципу перелива, т.е. подъем уровня органики внутри реактора при вводе новой порции выведет через трубу выгрузки субстрат в объеме, равном объему вводимого материала.